什么是以太网高级物理层?以太网高级物理层有什么优势?

以太网的故事始于ALOHA时期，以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法。为增进大家对以太网的认识，本文将对以太网以及以太网高级物理层予以介绍。如果你对以太网或者对本文内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、以太网

以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类：第一类是经典以太网，第二类是交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网，可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但快速以太网(100BASE-T、1000BASE-T标准)为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型;但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。

以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法，每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息，有时也叫作以太(Ether)。(这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。) 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址，以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍，许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板。

二、以太网高级物理层

1、从单对以太网到高级物理层

随着工业领域各种传感和控制功能的更新迭代，对连接的要求是越来越高，挑战越来越大。传统的一个以太网连接可能需要多条用于快速100 Mbps以太网的导线，即便如此可能也不能保证各种数据能够进行即时的交换。单对以太网解决了此类挑战，并迅速在工业自动化应用上发挥出它经济高效的优势。单对以太网作为一种能够在短距离内只需一对绞铜线即能以高达1Gb/s速度连接的技术，它能同时进行双向通信，并借助PoDL实现数据与电力的传输。

基于单对以太网的增强物理层，Ethernet-APL(advanced physical layer)，是一种新兴的以太网高级物理层。以太网高级物理层根据10BASE-T1L(IEEE802.3cg-2019)以太网物理层标准，直接将单对以太网100m的限制拉长到1000m，通信速度最高可以达到10 MBit/s。可以把以太网高级物理层Ethernet-APL看作单对以太网的进一步拓展，支持EtherNet/IP、HART-IP、OPC-UA、PROFINET或任何其他更高级别的协议，进一步解决以太网在实际使用中遇到的挑战。

2、高速率之外，高级物理层还有哪些优势

概括来看，以太网高级物理层增加了标准以太网的通用性和通信速度。通信速度上增强很明显，而通用性不仅仅是说以太网高级物理层支持任何基于以太网的自动化协议，而且还解决工厂场景中恶劣的环境条件所造成的具体需求。

以太网高级物理层两种幅度模式，一种是1000m线缆的2.4V峰值，一种是缩短距离的1.0V峰值。1.0峰值模式下，以太网高级物理层满足严格的最大能量限制，符合Zone 0本质安全应用需求，可以在极端恶劣的环境下稳定工作。这一通用性是很难做到的。

和其他通信标准对比，带宽上10BASE-T1L的优势已经很明显了，功率上Ethernet-APL也大大解放了4 mA至20 mA的功率限制。Ethernet-APL在Zone 0应用中可以提供高达500 mW的功率(最高60W)，其他标准很难抗衡。

从整个通信系统的完整性，互通性来看，以太网通过在高级物理层上的融合，可以取代掉昂贵、复杂且耗电的网关，原本分散的基础设施，分散的信息孤岛，分散的数据访问在此契机下被全部整合在一起，对于工业通信来说这是很高效益的选择。

3、实现以太网高级物理层的器件

要与支持 Ethernet-APL 的设备通信，需要具有集成介质访问控制MAC的主机处理器或具有 10BASE-T1L端口的以太网交换机。这就少不了适用于单对以太网的PHY和MAC-PHY的身影。一般这种PHY都会集成MAC接口，可通过串行外设接口SPI与各种主机控制器直接连接。

，PHY集成所有相关的模拟电路、输入和输出时钟缓冲、管理接口控制寄存器和子系统寄存器以及MAC接口和控制逻辑，用以支持Ethernet-APL过程自动化带来长距离、稳健的10BASE-T1L以太网连接。

换另一个器件的角度来看，以太网连接器也是影响高级物理层最终传输效果的很重要的一类器件。以太网高级物理层组织定义的连接器标准是允许线缆接线到螺旋式或弹簧夹端子，从而通过密封套连接电缆进入的。在这类连接器上，目前常见的有螺纹型、推拉自锁型和快速推锁型。以太网高级物理层是数据与电源混合传输的，因此必须要做到金属屏蔽分离，以避免功率信号与数据信号的干扰。

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