乙太網路卡雜記之MAC和PHY

網卡工作在osi的最後兩層，物理層和資料連結層。

 

物理層的晶片稱之為PHY。物理層定義了資料傳送與接收所需要的電與光訊號、線路狀態、時鐘基準、資料編碼和電路等，並向資料連結層裝置提供標準介面。

 

乙太網路卡中資料連結層的晶片稱之為MAC控制器， 資料連結層則提供定址機構、資料幀的構建、資料差錯檢查、傳送控制、向網路層提供標準的資料介面等功能。

 

MAC和PHY之間的關係是PCI匯流排接MAC匯流排，MAC接PHY，PHY接網線（當然也不是直接接上的，還有一個變壓裝置），很多網卡的這兩個部分是做到一起的。

PHY和MAC之間互連的介面是IEEE定義的標準：MII/GigaMII(Media Independed Interfade，介質獨立介面)。MII介面傳遞了網路的所有資料和資料的控制。

寫文章的這天有人在網上問， 如果作業系統沒有載入網卡驅動，網卡雖然在系統裝置樹上，但網卡介面建立不了，那網卡實際能不能接收到資料？
下面是我在網上討論的整理：

這裡面有很多細節， 我根據Intel網卡的Spec大概寫了寫， 想盡量寫的通俗一些，所以沒有刻意用Spec裡的術語，另外本文雖然講的是MAC/PHY，但光口卡的（SERDES）也是類似的。


1. PCI裝置做reset以後進入D0uninitialized（非初始化的D0狀態， 參考PCI電源管理規範），此時網卡的MAC和DMA都不工作，PHY是工作在一個特殊的低電源狀態的。


2. 作業系統建立裝置樹時，初始化這個裝置，PCI命令寄存器的 Memory Access Enable or the I/O Access Enable bit會被enable, 這就是D0active。此時PHY/MAC就使能了。


3. PHY被使能應該就可以接收物理鏈路上的資料了，否則不能收到FLP/NLP, PHY就不能建立物理串連。但這類包一般是流量間歇發送的.


4. 驅動程式一般要通過寄存器來控制PHY, 比如自動協商speed/duplex， 查詢物理鏈路的狀態Link up/down。


5. MAC被使能後， 如果沒有驅動設定控制寄存器的一個位（CTRL.SLU
)的話， MAC和PHY是不能通訊的， 就是說MAC不知道PHY的link已經ready, 所以收不到任何資料的。這位設定以後， PHY完成自協商， 網卡才會有個Link change的中斷，知道物理串連已經Link UP了。


6. 即使Link已經UP， MAC還需要enable接收器的一個位（RCTL.RXEN
），包才可以被接收進來，如果網卡被reset，這位是0，意味著所有的包都會被直接drop掉，不會存入網卡的 FIFO。老網卡在驅動退出前利用這位關掉接收。Intel的最新千兆網卡發送接收隊列的動態配置就是依靠這個位的，重新設定的過程一定要關掉流量。



7. 無論驅動載入與否， 發生reset後，網卡EEPOM裡的mac地址會寫入網卡的MAC地址過濾寄存器，
驅動可以去修改這個寄存器，現代網卡通常支援很多MAC地址，也就是說，MAC地址是可以被軟體佈建的。例如，Intel的千兆網卡就支援16個單播
MAC地址，但只有1個是存在EEPROM裡的，其它是軟體聲稱和設定的。


8. 但如果驅動沒有載入，網卡已經在裝置樹上，作業系統完成了步驟1-2的初始化，此時網卡的PHY應該是工作的，但因為沒有人設定控制位（CTRL.SLU）來讓MAC和PHY建立聯絡，所以MAC是不收包的。這個控制位在reset時會再設定成0。


9. PHY可以被軟體佈建加電和斷電， 斷電狀態除了接收管理命令以外，不會接收資料。另外，PHY還能工作在Smart Power Down模式下，link down就進入省電狀態。


10. 有些多口網卡，多個網口共用一個PHY, 所以BIOS裡設定disbale了某個網口, 也未必會把PHY的電源關掉，反過來，也要小心地關掉PHY的電源。


11. 要詳細瞭解PHY，最終還是要熟悉IEEE乙太網路的相關協議。