基于FPGA的以太网设计（一）

以太网简介

以太网（Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测）的总线技术。

以太网只是组成互联网的一个子集，以太网是现在主流的局域网标准，而互联网是指将大量的局域网连接起来，进行资源的分享。另外，互联网与以太网是两个不同的概念，前者是范围概念，后者是技术概念。互联网（Internet）、广域网（WAN）、局域网（LAN）可以算作一类，它们都是按照区域和范围来分类的。而以太网（Ethernet）、ATM网和FDDI网可以算作一类，它们是按照传输技术分类的。

下面是一个局域网的示意图：

• OSI七层模型

为了实现网络通信的标准化，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）将整个以太网通信结构制定了 OSI (Open System Interconnection)模型，即开放式系统互联模型，也就是著名的7层网络模型。其示意图如下：

OSI7层模型只是个理想模型，相当于开发商提供的参考设计，它并不是强制规范，一般的网络系统只涉及其中几层就可以完成通信。以最常见的TCP/IP协议为例，它就只分为了4层或者5层。4层和5层的差异在于，是否将最底层的两层合并了。

1. 第一层与第二层

以太网在第 1 层上涉及信号、在介质中传输的比特流、将信号放到介质上的物理组件以及各种拓扑，它在设备之间的通信中扮演主要角色。

数据链路子层极大地促进了技术兼容性和计算机通信。

（1）MAC 子层负责将要用于传送信息的物理组件，并且准备通过介质传输的数据。
（2）逻辑链路控制 (LLC) 子层保持通信过程所用物理设备的相对独立性。

LLC 子层获取网络协议数据（通常是IPv4 数据包）并加入控制信息，帮助将数据包传送到目的节点。第 2 层通过 LLC 与上层通信。

逻辑链路控制（LLC）

1.建立与上层的连接

2.将网络层数据包封装成帧

3.标识网络层协议

4.保持物理设备的相对独立性

MAC——获取到介质的数据

介质访问控制 (MAC) 是数据链路层以太网子层的下半层，由硬件（NIC）实现
以太网 MAC 子层主要有两项职责
（1）数据封装
（2）介质访问控制

数据封装：帧定界、编址、错误检测

介质访问控制：对于将帧放入介质中和从介质中取下帧实施控制、介质恢复

1. 其它层