以太網(wǎng)協(xié)商原理

1、自協(xié)商基本原理自動協(xié)商模式是端口根據(jù)另一端設備的連接速度和雙工模式，自動 把它的速度調節(jié)到最高的公共水平，即線路兩端能具有的最快速度和雙 工模式。自協(xié)商功能允許一個網(wǎng)絡設備能夠將自己所支持的工作模式信息 傳達給網(wǎng)絡上的對端，并接受對方可能傳遞過來的相應信息，從而解決 雙工和10M/100M速率自協(xié)商問題。自協(xié)商功能完全由物理層芯片設計 實現(xiàn)，因此并不使用專用數(shù)據(jù)包或帶來任何高層協(xié)議開銷。自協(xié)商功能的基本機制是：每個網(wǎng)絡設備在上電、管理命令發(fā)出、 或是用戶干預時發(fā)dl FLP （快速連接脈沖）,協(xié)商信息封裝在這些FLP 序列中。FLT中包含有時鐘/數(shù)字序列，將這些數(shù)據(jù)從中提取出來就可 以得到對端

2、設備支持的工作模式，以及一些用于協(xié)商握手機制的其他信 息。當一個設備不能對FLP作出有效反應，而僅返回一個NLP （普通 連接脈沖）時，它被作為一個10BASE-T兼容設備。快速鏈路脈沖FLP 和普通鏈路脈沖NLP都僅使用于非屏蔽雙絞線上，而不能應用在光纖 媒體。自動協(xié)商的內容主要包括雙工模式、運行速率.流控等內容，一旦 協(xié)商通過，鏈路兩端的設備就鎖定在這樣一種運行模式下° WOOM以太網(wǎng)也支持自協(xié)商，在此從略。電口和光口自協(xié)商主要區(qū)別是在OSI中它們所處的位置不同。對 于電口來說，協(xié)商發(fā)生在鏈路信號傳輸之前；對于光口來說，自協(xié)商機制 與PCS在同一層，這意味著光口的協(xié)商必須先建立鏈

3、路同步以后才可 以進行協(xié)商。協(xié)商過程如呆兩端都支持自協(xié)商，則都會接收到對方的FLP,并且把FLP中的信息解碼出來。得到對方的連接能力。并且把對端的自協(xié)商能力值 記錄在自協(xié)商對端能力寄存器中(AutoNegotiation Link Partner AbilityRegister , PHY標準寄存器地址5 )。同時把狀態(tài)寄存器(PHY標準寄存器地址1)的自協(xié)商完成bit (bit5)置成仁 在自協(xié)商未完成的 情況下，這個bit直為0。然后齊自根據(jù)自己和對方的最大連接能力，選擇最好的連接方式Linko比如 如果雙方都即支持WM也支持100M.則速率按照W0M 連接；雙方都即支持全雙工也支持半雙工

4、，則按照全雙工連接。一定連接建立后，F(xiàn)LP就停止發(fā)送。直到鏈路中斷，或考得到自協(xié) 商Restart命令時，才會再次發(fā)送FLP。為了保證在對端不能支持自協(xié)商的情況下也能連接，引入了被稱為 并行檢測(Parallel Detection)的機制。在一端打開自協(xié)商，另一端關閉自協(xié)商的情況下，連接的建立就依靠并行檢測功能實現(xiàn)。并行檢測機制是這樣的：在具有自協(xié)商能力的設備端口上，如果接 收不到FLP，則檢測是否有10M鏈路的特征信號或100M鏈路的特征 信號。如果設備是WM設備，不支持自協(xié)商，則在鏈路上發(fā)送普通連接脈 沖（Normal Link Pulse）簡稱NLP。NLP僅僅表示設備在位，不包含其它

5、的額外信息。NLP脈沖如圖:如果是W0M設備，不支持自協(xié)商，則在沒有數(shù)據(jù)的情況下，在鏈 路上一直發(fā)送4B/5B編碼的Idle符號。并行檢測機制如果檢測到NLP,則知道對方支持WM速率；如果 檢測到4B/5B編碼的Idle符號，則知道對方支持100M速率。但是對 方是否支持全雙工、是否支持流控幀這些信息是無法得到的。因此在這 種情況下，認為對方只支持半雙工，不支持全雙工，且不支持流控幀。基于以上原理，在對端不打開自協(xié)商時，打開自協(xié)商的一方只能協(xié) 商成半雙工模式。802,3協(xié)議規(guī)定，通過并行檢測建立連接后，PHY的狀態(tài)寄存器（PHY標準寄存器地址1）的自協(xié)商完成bit （bit5 ）依然要置位成仁

6、盡管鏈路上并非使用了真正的自協(xié)商操作。同時規(guī)定在自協(xié)商完成bit 為1的情況下，本地自協(xié)商能力寄存器（PHY標準寄存器地址4）和對 端自協(xié)商能力寄存器（PHY標準寄存器地址5）是有意義的。所以，要 把寄存器5中的數(shù)據(jù)更新。如果建立的連接為10M,則寄存器5的WM 能力bit (bits)置仁 其它bit置0,表示對端只能支持WM半雙工;如果建立的連接為100M,則寄存器5的100M能力bit (bit?)置仁其它bit置0,表示對端只能支持100M半雙工。千兆光口自協(xié)商千兆光口可以工作在強制和自協(xié)商兩種模式。802.3規(guī)范中千兆光 口只支持1000M速率，支持全雙工(Full)和半雙工(Hal

7、f)兩種雙工 模式。自協(xié)商和強制最根木的區(qū)別就是兩者再建立物理鏈路時發(fā)送的碼 流不同，自協(xié)商模式發(fā)送的是/C/碼，也就是配置(Configuration)碼流, 而強制模式發(fā)送的是/I/碼，也就是idle碼流。千兆光口自協(xié)商過程:1兩端都設置為自協(xié)商模式雙方互相發(fā)送/C/碼流，如果連續(xù)接收到3個相同的/C/碼且接收到 的碼流和木端工作方式相匹配，則返回給對方一個帶有Ack應答的/C/ 碼，對端接收到Ack信息后，認為兩考可以互通，設置端口為UP狀態(tài)2端設置為自協(xié)商，一端設置為強制自協(xié)商端發(fā)送/C/碼流，強制端發(fā)送/I/碼流，強制端無法給對端提供 木端的協(xié)商信息，也無法給對端返回Ack應答，故自

8、協(xié)商端DOWNo但是強制端木身可以識別/C/碼，認為對端是與自己相匹配的端口，所 以直接設置木端端口為UP狀態(tài)3兩端均設置為強制模式雙方互相發(fā)送/I/碼流，一端接收到/I/碼流后，認為對端是與自己相 匹配的端口，直接設置木端端口為UP狀態(tài)快速鏈接脈沖(FLPs)和普通鏈接脈沖(NLPs)自動協(xié)商的執(zhí)行是通過FLPs來實現(xiàn)的oNLPs是周期為16ms左右 的脈沖，脈沖寬度為 100ns(10base-T)> 10ns(100base-TX)o FLPs 類 似于NLPs,它是連續(xù)的1733個的脈沖用來傳輸16bit的連接碼(linkcode word)以進行自動協(xié)商，碼寬為125us,在1

9、25us碼寬中間有脈沖為1,無脈沖為Oo link code word并不是以太網(wǎng)通信結點的有效數(shù)據(jù),只被PHY接口模塊識別。FIGURE 15:FAST LINK PULSESNormal Link Pui«sFast Link Pulses (Transmit QOOQh)Fasi Link Pulses (Transmit 1234h)Fast Link Pulses fTransmt FFFFW12S±UiijilMJaiiiiMiiiir.0 0 00 00 0 017 Fast bnk Pulses. (FLPsHi Lmk Code Wd)it0K4iTOxi

10、TBiMlunmjHUi0«& X : 0416 : 4011: 6&&022 FMt Link Pulses (FLPfc) 1 Uhk OMe VMM)2ta224|1111.1111.£3.11<1112tQ224nxir 甜 “dtUnkPuHes(2sH«lJnk8seA5d)：自協(xié)商基本頁信息在鏈路初始化的時候，自協(xié)商協(xié)議向對端發(fā)送16Bit的報文，也就 是所謂的脈沖信號，然后從對端接收類似的報文，這個16Bit的報文就 是我們所說的基木頁，不同的設備，在針對基木頁做字位信息的時候, 那就能識別它是屬于哪一個情況。bitO

11、4：指示自協(xié)商數(shù)據(jù)幀，對于802.3標準，設置為10000'；bit512：指示結點（端口）信息性能域;bit59：定義端口可連接類型，按照優(yōu)先級從高到低如下（SETBIT有效）:bit& 100baseTX 全雙工；bit9： 100base-T4； bit?： 10Obase-TX半雙工；bite： 10base-T 全雙工；bit5： 10base-T 半雙工;bit10：指不流量控制侶息：0：流控無效；1：流控有效，決定了端口后續(xù)通信是否有PAUSE幀;bit11：支持全雙工連接時的非對稱暫停機制;bit12：擴展下一頁信息頁，僅用于千兆端口;bit13：遠程故障指示;

12、bit14：握手信號Ack,當收到三個連續(xù)的相同F(xiàn)LP后，此位置1；bit15：指示是否有下一頁基木頁信息。下一頁信息用來傳輸在自協(xié)商過程中已連接節(jié)點的額外信息。PAUSE幀(流量控制)為什么要有流量控制呢？現(xiàn)在的網(wǎng)絡有10M和100M的以太，那么 當10m以太和100m以太共存的時候，那就有可能會產(chǎn)生這種線路速 率不匹配的情況，這個時候，當通過交換機一個端口的流量過大，超出 了它的處理能力時，就會發(fā)生端口擁塞，擁塞的時候那么丟包、重傳、 時延等都會隨之而來，流量控制的作用時防止在出現(xiàn)擁塞的情況下丟幀。這里的流量控制釆用的是最常用的一種方式一PAUSE幀。在半雙工方式下，流量控制是通過后退壓力

13、(backpressure)技術實現(xiàn)的，模擬產(chǎn)生碰撞，使得信息源降低發(fā)送速度。在全雙工方式下流控一般遵循IEEE 802.3X標準。釆用一 64字節(jié)的PAUSE的幀來控制，使用一個保留的組播地址：01-80-C2-00-00-01 發(fā)送給正在發(fā)送的站，發(fā)送站接到該幀后，就會暫?；蛲Ｖ拱l(fā)送。這個 地址的數(shù)據(jù)不會被網(wǎng)橋和交換機所轉發(fā)，所以PAUSE幀不會產(chǎn)生附加PAUSE功能應用場合:一對終端（簡單的兩點網(wǎng)絡）一個交換機和一個終端交換機和交換機之間的鏈路PAUSE功能的增加主要是為了防止瞬時流量的過載導致的緩沖區(qū)溢出而造成以太網(wǎng)幀的丟棄。PAUSE功能不能解決下列問題:o穩(wěn)定狀態(tài)的網(wǎng)絡擁塞端到端流

14、量控制比簡單“停一啟”更復雜的機制以太網(wǎng)端口電口工作模式簡單介紹1. 以太網(wǎng)口的兩端工作模式（WM半雙工、WM全雙工.100M半雙工、100M全雙工、自協(xié)商）必須設置一致。2. 如果一端是固定模式（無論是10M 100M）,另外一端是自協(xié)商模式，即便能夠協(xié)商成功，自協(xié)商的那一端也將只能工作在半雙工模 式。3. 如果一端工作在全雙工模式，另外一端工作在半雙工模式（包括自協(xié)商出來的半雙工，也一樣處理），Ping是沒有問題的，流量小的時 候也沒有任何問題，流量達到約15%以上時，就會出現(xiàn)沖突、錯包，最 終影響了工作性能!4. 對于兩端工作模式都是自協(xié)商，最后協(xié)商成的結果是“兩端都支持的工作模式中優(yōu)先級最高的那一類蔦5. 如果A端自協(xié)商，B端設置為WOM全雙工，A協(xié)商為100M半雙工后，再強制將B改為WM全雙工,A端也會馬上向下協(xié)商到10M 半雙工；如果A端自協(xié)商，B端設置為WM全雙工，A協(xié)商為WM半 雙工后，再強制將B改為100M全雙工，會出現(xiàn)協(xié)商不成功，連接不上!這個時候，如果插拔一下網(wǎng)線，又會重新協(xié)商在WOM半雙工。建議以太網(wǎng)口的兩端工作模式必須設置一致。否則，就會出現(xiàn)