学习笔记-以太网基础和CRC心得

以太网基础和CRC心得

1. 以太、以太网

1.1. 先上凉菜，闲扯以太（就不留作案底了）

1.2. 局域网（LAN）

1.2.1. 局域网主要特点 (范围__、站点数__、信道误码率__、传送速率__) 1.2.2. 局域网与以太网(IEEE 802.3) triple

1.3. 网络层次结构概念

1.3.1. 一个简单的网络叠罗汉示意

应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层

1.3.2. 交换芯片的作用：在数据链路层（MAC子层）和物理层之间作数据交换。FPGA只

要关心数据链路层的东西。

1.4. 以太网帧结构及数据传送顺序

1.4.1. 以太网帧结构

以太网帧结构图

1.4.1.1. 数据同步部分（包括Preamble和SFD）

1) 数据同步意义：可以从一串数据流中准确地找到所需数据包的始末位置，然后可以

定位包内各字段位置，从此就我为刀俎，包为鱼肉，庖丁解包，绰绰有余了。 2) 数据同步的常见方式：

3)

1.4.1.2.

1)

2)

a) 增加同步信号线，具体例子可参见PDH设备中CU和TU的两根同步信号线。 另加自以为是的见解

优点：同步处理方便 缺点：增加了一条信号线，相当于可以提供两倍信号速率，但现在只用了一倍，效率较低。

适用情况：在信号传送距离较短，走线资源比较丰富的情况下，如芯片内部，单板内部以及同一设备各板之间也可以考虑。

b) 信号数据流中插入特定同步码，如以太网帧结构中的Preamble和SFD部分。 另加自以为是的见解

优点：带宽浪费较少，数据传送效率得到提高，具体传送效率和同步码长度及数据包长度有关。

缺点：同步处理相对复杂，同步时间变长，并需要一定缓存存储数据。 适用情况：远距离通信。 以太网帧数据同步部分简介：

a) Preamble: 前同步码，共七个0x55字节。 b) SFD: 包头指示，一个字节，值为0xD5。

路由相关部分（包括DA和SA） DA（目的地址）：指示数据帧发送的目的地，路由设备根据DA及内部存储的路由表决定收到该包后从哪个端口转发。FF-FF-FF-FF-FF-FF为广播地址，而如果DA的第一字节最低位为1的地址保留为组播地址。 SA（源地址）：指示数据帧的发送源，可以帮助路由设备更新路由表，同时对端设备也可以根据此地址回复。

1.4.1.3. L/T及有效数据部分

1) L/T：用于指示本帧的数据长度或类型。802.3协议最大支持1500字节长数据（仅仅有效数据部分，如果不考虑增加VLAN标签，整个数据帧长最大1518字节）。一般来说，本字段如果等于或超过1536，则表示帧类型（如流控帧等），反之则表示数据长度。

2) 有效数据字段：没啥说的，就是长度限制在46到1500字节，如果要传送的数据小于46字节，就用0x00来填充，直到46字节。

1.4.1.4. FCS部分（数据校验使用CRC32，正餐稍候上）

1.4.2. 数据传送顺序：

对于整个帧来说，高位字节（图左边）先传，对于每个字节来说，低位先传。

1.5. 流量控制

1.5.1. 作用：调节各级数据传送速率，保证可靠传输。

1.5.2. 以太网流量控制帧结构示意

Dest. MAC Address Start Preamble Frame (6-bytes) Source = MAC Length/Type (2-bytes) MAC Control MAC Control Reserved Frame Opcode Parameters Check = 802.3 MAC (42-bytes) (7-bytes) Delimiter (01-80-C2- Address (2-bytes) (2-bytes) Sequence Control = all zeros (1-byte) 00-00-01) (6-bytes) = PAUSE = (00-00 to (4-bytes) (88-08) or unique (00-01) FF-FF) DA

图6.4 Ethernet控制帧格式 (其中MAC Control Parameters 用于指示中断时间)

1) DA：流控帧一般使用0x01-80-C2-00-00-01作为目的地址，虽然协议规定也可以用

对端的物理地址。

2) L/T：用0x88-08作为类型指示。 3) Opcode：指定为0x00-01

4) MAC Control Parameter：表示传送暂停时间长短。

1.5.3. 流量控制机制

1) 当本端资源紧张时，发送一个流量控制帧其中MAC Control Parameter字段值为

0xFF-FF，对端收到后停止发送。

2) 当本端资源充足后，再发一个流量控制帧其中MAC Control Parameter字段值为

0x00-00，相当于要求对端续传。

3) 如果资源一直紧张，则每隔一定时间发一MAC Control Parameter为0xFF-FF的流

控帧。

高速低速设备1设备2设备3

这里，流量控制帧的发送需要占用另一个方向的信号线。 ！！！感叹号友情提醒：流控有延时，缓存须准备，原因嘛 1) 流控帧和数据帧的要争夺信号线使用权，万一不利，就得等人家发完货才能用。 2) 因为是发帧来控制，就算及时夺权成功，整个帧发送也需要多个时钟，要生效，

等呗。

2. CRC(Cycle Redundant Check)心得

2.1. CRC目的

通过增加冗余数据进行检错！纠错？

2.2. CRC的原理及硬件实现

2.2.1. 部分基本概念

1) （n,k）分组码的意义：n为码字长度，k为信息为长度，n-k为用于检错纠错的冗余位长度。

2) 码字和多项式间的转换

例子：

100011?x^5+x+1

3) 生成多项式概念（这里只考虑二元编码）：对于一个（n,k）CRC码，如果所有码字都是一个n-k次多项式的倍式，这个多项式就是对应CRC码的SCDXS(我规定的生成多项式的简称，为了简略起见)。

2.2.2. CRC基本算法介绍及硬件实现

2.2.2.1. 基本算法：对于(n,k)的CRC编码，在k位信息位后添加n-k位0后对生成多项式

求余，得到的n-k位余数为CRC校验位，将校验位加在信息位后就构成对应信息数据的n位CRC码字。

2.2.2.2. 多项式除法

算个简单的例子，用101除10010好了，和多位数除法很相似的 1 0 1 1 0 1 || 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1

2.2.2.3. 一个硬件实现例子，就是用移位异或来实现除法运算。