以太网卡杂记之MAC和PHY

网卡工作在osi的最后两层，物理层和数据链路层。

 

物理层的芯片称之为PHY。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。

 

以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器， 数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。

 

MAC和PHY之间的关系是PCI总线接MAC总线，MAC接PHY，PHY接网线（当然也不是直接接上的，还有一个变压装置），很多网卡的这两个部分是做到一起的。

PHY和MAC之间互连的界面是IEEE定义的标准：MII/GigaMII(Media Independed Interfade，介质独立界面)。MII界面传递了网络的所有数据和数据的控制。

写文章的这天有人在网上问， 如果操作系统没有加载网卡驱动，网卡虽然在系统设备树上，但网卡接口创建不了，那网卡实际能不能接收到数据？ 下面是我在网上讨论的整理：

这里面有很多细节， 我根据Intel网卡的Spec大概写了写， 想尽量写的通俗一些，所以没有刻意用Spec里的术语，另外本文虽然讲的是MAC/PHY，但光口卡的（SERDES）也是类似的。

1. PCI设备做reset以后进入D0uninitialized（非初始化的D0状态， 参考PCI电源管理规范），此时网卡的MAC和DMA都不工作，PHY是工作在一个特殊的低电源状态的。

2. 操作系统创建设备树时，初始化这个设备，PCI命令寄存器的 Memory Access Enable or the I/O Access Enable bit会被enable, 这就是D0active。此时PHY/MAC就使能了。

3. PHY被使能应该就可以接收物理链路上的数据了，否则不能收到FLP/NLP, PHY就不能建立物理连接。但这类包一般是流量间歇发送的.

4. 驱动程序一般要通过寄存器来控制PHY, 比如自动协商speed/duplex， 查询物理链路的状态Link up/down。

5. MAC被使能后， 如果没有驱动设置控制寄存器的一个位（CTRL.SLU)的话， MAC和PHY是不能通讯的， 就是说MAC不知道PHY的link已经ready, 所以收不到任何数据的。这位设置以后， PHY完成自协商， 网卡才会有个Link change的中断，知道物理连接已经Link UP了。

6. 即使Link已经UP， MAC还需要enable接收器的一个位（RCTL.RXEN），包才可以被接收进来，如果网卡被reset，这位是0，意味着所有的包都会被直接drop掉，不会存入网卡的 FIFO。老网卡在驱动退出前利用这位关掉接收。Intel的最新千兆网卡发送接收队列的动态配置就是依靠这个位的，重新配置的过程一定要关掉流量。

7. 无论驱动加载与否， 发生reset后，网卡EEPOM里的mac地址会写入网卡的MAC地址过滤寄存器，驱动可以去修改这个寄存器，现代网卡通常支持很多MAC地址，也就是说，MAC地址是可以被软件设置的。例如，Intel的千兆网卡就支持16个单播MAC地址，但只有1个是存在EEPROM里的，其它是软件声称和设置的。

8. 但如果驱动没有加载，网卡已经在设备树上，操作系统完成了步骤1-2的初始化，此时网卡的PHY应该是工作的，但因为没有人设置控制位（CTRL.SLU）来让MAC和PHY建立联系，所以MAC是不收包的。这个控制位在reset时会再设置成0。

9. PHY可以被软件设置加电和断电， 断电状态除了接收管理命令以外，不会接收数据。另外，PHY还能工作在Smart Power Down模式下，link down就进入省电状态。

10. 有些多口网卡，多个网口共享一个PHY, 所以BIOS里设置disbale了某个网口, 也未必会把PHY的电源关掉，反过来，也要小心地关掉PHY的电源。

11. 要详细了解PHY，最终还是要熟悉IEEE以太网的相关协议。