RJ-45 Link基本原理

上禮拜某天，去問了老大關於乙太網路端口Link燈的意義，雖然被念說之前講那多次都會忘記，這次總算是融會貫通，再把這些記的得趕快寫下來以備後來查詢。

RJ-45是一種乙太網路常見的接口，電話線的接孔也長這個樣子。以主機板的網路孔為例子，接上你的設備（電腦，交換機，路由器等等設備）之後，過一段時間他的Link燈號會亮起。本文就是在說明他的燈號亮起的原理是什麼。燈號的模式IEEE有一個規範在，因此各家的PHY或是FPGA/RTC點燈的方式，都會依照規範來走，所以原理大同小異而已。底下一步步來介紹：

「Auto MDI/MDIX」

網路線材裡頭，有4對線，其中1.2一對，3.6一對，4.5一對，7.8一對。為何3.4不一對呢？因為早期電話線是佔用了4.5的線，因此為了沿用，就變成這種配對方式。然後這四對線裡頭，100Mb只用到1.2和3.6，一對負責傳送，一對負責接收。1G的話則是二對負責傳送，二對負責接收，原則上是這樣。當一邊傳送訊號時，另一邊負責接收，如果沒有接收到訊號，有些網卡的PHY會進行Tx/Rx對調，也就是傳送端（之後簡稱Tx）接收端（之後簡稱Rx）對調，所謂自動跳線功能。這就稱作Auto MDI/MDIX。這就是為何網卡平行線和跳線都會通的原因。因為PHY去做自動調換了。

「Auto Negotiation」

Auto MDI/MDIX的功能是Link的第一步（其實是第二步，還有一個極性的偵測，這邊沒有細問），A.B兩邊說好你Tx我就Rx，Tx/Rx對起來之後，再來就開始要做連線。連線的最基本原理是A的Tx端發送一連串訊號，被B的Rx端接收到後，就算連接。Tx端在一上電，做好Auto MDI/MDIX之後，就會開始發送訊號，這個訊號稱作pulse，每間隔一段時間發送的意思。Rx端在接收到一連串訊號之後（幾個看每家規定不一樣，通常都不會看單純一個，因為可能是雜訊），裝置就可以處於Link狀態。而在100M的速度下，發送的pulse訊號是以MLT-3編碼的方式，而在1G 的速度下，發送的pulse訊號是以PAM-5編碼的方式，底下列出三種速度的pulse編碼方式如下：

 編碼方式不重要，就當成是大量的資料從A的Tx端傳送，因此，B裝置Rx端看到這串訊號，若是以10M的方式來解讀的話，就會認為是Link的狀態了。說到這邊，一個很重要的觀念來了，那要怎麼辨認他的Speed是多少？到底是10M還是100M，還是1G呢？單純pulse資料沒辦法做到，因此有一個技術稱作「Auto negotiation」，這個功能是選擇性開啟的。他會在pulse的後頭在跟上幾十個bit的訊號（準確的個數我也不懂，說是有些是被忽略的，目的是讓裝置被喚起），裡頭摻雜16bit的資料，稱作FLP(Fase Link Pulse)，相對於這個，傳統的pulse就稱作NLP(Normal)。兩者的差別如下，FLP除了pulse之外，還帶了auto negotiation的資料：

 這些pulse後頭帶的bit，除了表示speed之外，在1G speed的時候，還有帶master/slave的參數，類似告訴另一端走哪個頻道等等的（因為一對CAT-6的線，最高傳輸速率為250Mbps，四對線就是1Gbps，佔滿了頻寬，同時上下行的話需要master/slave兩邊說好）！這邊更多可以深究的，我也沒細看。原理大概就是這樣啦。接收端裝置看到來的資料，對照本身資料做個and運算，對齊之後就知道自己的最高speed能力到哪裡了，找到一樣的最高速度，link燈亮起了！

在網路中遇到的速度不對等狀況很多種，就幾種來對照上頭說的，會呈現哪種狀況。

狀況	A端		B端		Result
	Auto negotiation	Speed	Auto negotiation	Speed
1	Auto	100MF	Auto	10MF	A.B Link 10MF
2	Auto	100MF	Force	10MH	A Link 10MF, B Link 10MH*
3	Force	100MF	Force	10MF	A Link down, B Link 10MH*

l  A端會降速，且會收到來自B端的pulse，但無auto negotiation資料，連線至該speed。

l  因為B端會看到來自A端發送的pulse資料，但是上頭無auto negotiation資料，不知道其speed，根據10M的解釋因此連結在10MFull。看各家解讀，有些廠商會將此狀況link down處理。反正在這種狀態下，也無法將資料送達對方。

以上~~然後雄雄發現，這剛好是我第100篇文章耶!