网络基本常识总结：网口PCB布局与走线，是得好好看看了！

百科 2024-11-24 20:05 北京

一、基本概念总结

1.因特网，也称互联网。网络把许多计算机连接在一起，因特网则把许多网络连接在一起。连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。

2.端系统通信。主机A和主机B进行的通信，也称计算机之间通信。实际上是指运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信。即主机 A 的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。

3.路由器，是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

4.交换模式。早期广域网的通信子网数据交换方式中，可采用电路交换和存储转发交换。存储转发交换主要采用分组交换形式。

5.电路交换。提供面向连接的服务，资源独占。通信实时性强，适用于交互会话类通信；但是存在对突发性通信不适应，系统效率低，不具备存储数据、差错控制的能力，无法发现和纠正传输过程中发生的差错。

6.吞吐量，表示在单位时间内通过某个网络或信道的数据量。

二、网络体系结构

计算机网络体系结构是层次结构模型和各层协议的集合。

1.OSI网络的七层结构：①物理层、②数据链路层、③网络层、④传输层、⑤会话层、⑥表示层、⑦应用层。

2.TCP/IP四层网络模型：①应用层、②传输层、③互联层主机、④网络层。

OSI模型的优缺点：

优点：开放的标准化接口，多厂商兼容性，理论清晰。缺点：模型复杂，实现困难。会话层在大多数应用中很少用到，表示层几乎是空的。

TCP/IP模型的优缺点：

优点：简单、高效。缺点：网络接口层定义不清楚。

3.五层协议的网络体系结构

物理层：透明地传送比特流。

数据链路层：在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧frame为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。

网络层：选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。

运输层：向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务。

应用层：直接为用户的应用进程提供服务。

三、IPv4

IPv4的地址长度是32bit，用点分十进制表示。一般采用x.x.x.x格式来表示，每个x是8bit，取值范围0~255。

IP地址由网络号和主机号两部分构成。

1.A类地址

2.B类地址

3.C类地址

4.子网的基本概念

提出背景：标准分类的IP地址在分配使用时浪费严重。

子网技术：允许将网络划分成多个部分供内部使用，但是对于外部网络仍然像一个网络一样。子网技术将某一个A类网段、B类网段或C类网段，再划分成多个子网，每个子网形成单独的网络，有效解决IP地址浪费问题。

5.子网的地址结构

三级地址结构：网络号+子网号+主机号，在标准分类的主机号部分通过借位实现子网号，从而进行子网的划分。

6.子网掩码

定义：子网掩码subnet mask，也称子网屏蔽码，用来标识一个IP地址在哪一个子网内。子网掩码中网络号和子网号对应的二进制位都为1，主机号都为0。

没有划分子网的情况：即标准分类的IP地址，其掩码结构如下：

IP不足，并且为了避免IP浪费，所以要划分子网。

四、IPv6

由于IPv4最大的问题在于网络地址资源不足，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。

IPv6有3种表示方法如下：

五、网口PCB布局与走线

作为硬件工程师，掌握网口的布局走线是非常重要的。网口也叫以太网口，以太网口需要通过RJ45接口来和外部进行连接通信。下图1就是以太网的典型框架图，从硬件的层面上看，以太网电路主要由MAC控制和物理层接口PHY构成。

图1

1.PHY（Physical Layer Chip）芯片是网络通信设备中的一种重要硬件组件，用于处理OSI模型中的物理层功能。它负责设备之间的物理信号传输和接收，将数字信号转换为适合传输介质的电信号（如光信号、电信号），并在接收端将接收到的信号还原为数字数据。PHY芯片在网络通信中起到关键作用，负责将数字信号转化为物理信号并进行传输和接收，是物理层的核心设备。它广泛应用于各种有线和无线通信系统中，确保数据可以在不同的物理介质之间可靠传输。

2.PHY芯片的主要功能：

3.PHY芯片的工作流程

4.比喻方法解释PHY芯片原理

要通过比喻方法来解释PHY芯片的原理，可以将PHY芯片比喻成一名翻译员，负责在两种不同的语言之间进行沟通和转换。这名翻译员使双方能够相互理解，就像PHY芯片在设备和网络传输介质之间转换信号一样。

具体比喻：

1）发送数据（翻译过程1）：当你通过设备发送数据时，相当于你在说一种语言（数字语言）。PHY芯片将这些“话”翻译成适合传输线路的另一种语言（电信号或光信号），让这些数据可以在网络上流通。

2）接收数据（翻译过程2）：当设备接收到来自其他设备的信号时，PHY芯片将这些信号“翻译”回设备可以理解的语言（数字数据），就像翻译员把外语翻译成你能理解的语言。

5.PCB的布局基本都是要遵循这个框架图展开，其中图1中Transformer是“网络变压器”。网络变压器的具体作用主要有：1）电气隔离，能非常有效地隔离RJ45与PHY之间的直流分量。2）提高信号质量，能有效滤除通信过程中产生的杂波，保证通信稳定。3）抑制共模干扰。正是因为网络变压器的重要性，在PCB布局走线中需妥善处理。常规布局如下图2：

图2

布局要点：

1）图1中的D1和D2的走线长度尽量控制在合理范围内，如图1标注所示。

2）整体布局按照三个部分来布，分别是RJ45接口，网络变压器，PHY芯片（目前很多RJ45内置了网络变压器，布局走线也是同理）。

3）按照三个部分的信号流向来布局，RJ45→网络变压器→PHY，顺序切勿调换。

4）网络变压器中间隔离区域必须大于100mil以上，目的是要满足EMC的要求，如上图2所示的安全间距是155mil。

5）PHY和RJ45要分属不同的地平面，不能跨平面布局和走线。

6）用于连接GND和PGND之间的电容或者电阻需放置在网络变压器中心位置（也就是中心分割区），最好不要放于其他地方。

7）RJ45与网络变压器之间的4对差分线还有网络变压器和PHY之间的4对差分线需要做阻抗匹配和等长处理，一般控制在100Ω±10%。

8）指示灯驱动线要尽量避开差分线，有空间就直接使用GND平面隔离开，而且尽量减少环路面积。

9）4个75Ω的电阻要就近放置，且走线粗且短。4个75Ω电阻的作用就不再赘述了，网上可以查一下。

10）PHY芯片的每一个电源管脚需就近放置一个退耦电容，还有晶振也是一样就近放置。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxNjQ3NjE1NQ==&mid=2649589144&idx=3&sn=49073d610a519a3c79348d36f316613f

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