論文架構

本論文共分為五個章節。第一章主要是介紹 Ethernet 的演進過程，並且描述 10Gigabit 乙太網路的特性與應用領域還有本論文的研究動機。第二章是對 IEEE 802.3ae 標準所規範的 10Gigabit Ethernet 實體層硬體規格與架構作詳細的介 紹。第三章為實體編碼子層電路設計。根據 IEEE 802.3ae 標準所規定的硬體架 構，先規劃實體編碼子層的硬體架構，然後將實體編碼子層分割為多個子硬體，

並且利用硬體描述語言（Verilog）完成所有子硬體電路功能的設計。第四章為百 億位元乙太網路硬體電路的模擬驗證與網路資料接收傳送的測試向量建立。在電 路模擬與驗證我們設計自動測試向量產生器與自動測試向量檢查器，透過這兩個 測試模組可以更快速的驗證硬體電路的功能、提高電路測試向量的覆蓋率、並且 降低人為觀察錯誤的發生。當電路驗證完成後，我們整合整個電路與測試向量，

建立百億位元乙太網路的實體層資料傳輸接收測試平台，透過這個平台將可以清 楚觀察實體層資料鏈結的步驟與方法。第五章為結論與 Ethernet 未來的發展方 向。

第二章 10GBASE–R 實體層架構介紹

2.1 10GBASE–R 實體層概要

10Gigabit 乙太網路使用 IEEE 802.3 MAC 的子層架構，透過調解子層

（Reconciliation）與 10Gigabit Media Independent Interface（XGMII）與實體編碼 子層連接。10Gigabit 乙太網路只能操作於全雙工的模式。圖 2–1 為 10 GBASE–R 架構圖。

LLC - LOGICAL LINK CONTROL MAC CONTROL MAC - MEDIA ACCESS CONTROL

RECONCILIATION

XGMII

66B/64B PCS

PMA

PMD

MDI

MEDIUM PHY

PHYSICAL DATA LINK

圖2–1 10 GBASE–R 子層架構圖[4]

圖 2–1 為本論文所要執行的架構圖。在 IEEE 802.3ae 標準中，實體層主要 有三種架構；除了上述架構外，其中有一種架構為 8B/10B 的實體編碼子層

（PCS），應用於區域網路之中。另外一種架構為廣域網路介面子層（WAN Interface Sublayer–WIS），在實體編碼子層與實體媒體連接子層（PMA）之中多 了廣域網路介面子層，廣域網路介面子層的作用是將資料速率修正以符合 SONET/SDH 的網路傳輸標準，這樣架構大多應用於廣域網路之上。接下來本論 文執行的架構以圖2–1 為標準，其他種類的架構可以參考 IEEE 802.3ae 標準規 格書，裡面有更詳盡的介紹與描述。

由圖 2–1 中可以看出在本論文實作中主要有兩個子層，資料鏈結層（Data Link）與實體層（Physical）。資料鏈結層是整個資料傳送接收的核心，它主要功 能是負責在傳輸封包的過程中進行網路存取控制，以及在封包組裝與拆卸過程中 進行資料格式控制。在本論文硬體實作中，資料連結層是為一個功能驗證之用的 模組，意即我們並不將整個資料連結層的功能實做成硬體，僅模擬其功能作為實 體層電腦模擬驗證之用。

10GBASE–R 實體層主要由三個子層構成，實體編碼子層、實體媒體連接

（PMA）子層與實體媒體相依（PMD）子層。實體編碼子層負責將資料鏈結層 的資料經過編碼然後傳送到實體媒體連接子層，或是將從實體媒體連接子層所接 收到的訊號解碼後傳送到資料鏈結子層。實體媒體連接子層的功能是為從實體媒 體相依子層接收到的訊號作平行化的處理，然後傳送至實體編碼子層，或是從實 體編碼子層接收的訊號作序列化的處理然後送至實體媒介相依子層。實體媒介相 依子層負責傳送（接收）實際連接器上的串流訊號。

除此之外，資料鏈結層與實體層之間還有調解子層（RECONCILIATION）

與 XGMII。調解子層主要功能是在資料鏈結層與實體層界面中將訊號組對應到 實體層訊號（PLS），還有將傳輸過程中發生錯的訊息傳遞至資料鏈結層去做適 當的處理。XGMII 為 GMII 延伸而來，它是由 IEEE 802.3 所發展出來，主要目 的是提供實體子層的獨立性，讓一個通用的媒體存取控制器可以運用在任何架構

的10GBASE 的實體層上。接下來章節會針對上述子層作更詳盡的介紹。