以太网协议学习笔记

以太网接口电路主要由MAC（Media Access Control）控制器和物理层接口PHY两大部分构成。

PHY在发送数据时，接收MAC发过来的数据，把并行的数据转化为串行流数据，按照物理层的编码规则把数据编码转化为模拟信号发送出去，接收数据时的流程反之。

1. MDIO接口

MAC和PHY芯片有一个配置接口，即MDIO接口，可以配置PHY芯片的工作模式以及获得PHY芯片的若干状态信息。

MDIO接口也称SMI接口，包括ETH_MDC（数据管理时钟）和ETH_MDIO（数据管理输入输出）两条信号线。

ETH_MDC为ETH_MDIO提供时钟，ETH_MDC的最大时钟不能超过12.5MHz；ETH_MDIO为双向数据引脚，既用于发送数据，也用于接收数据。

2. PHY芯片

3. ARP协议

 ARP：地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的一种TCP/IP协议。

在以太网通信中，数据以帧格式传输，帧格式里包含目的主机的MAC地址。目的主机的MAC地址直接被网卡接收和解析，当解析到目的MAC地址非本地MAC地址时，则直接丢弃该包数据，因此在通信前需要先获得目的MAC地址，而ARP协议正是实现了此功能。

ARP协议通过目的设备的IP地址，查询目的设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。MAC地址在网络中表示网卡的ID，每个网卡都需要并有且仅有一个MAC地址。在获取到目的MAC地址之后，将目的MAC地址更新至ARP缓存表中，称为ARP映射。下次通信时，可以直接从ARP缓存表中获取，而不用重新通过ARP获取MAC地址。但一般ARP缓存表会有过期时间，过期后需要重新通过ARP协议进行获取。

ARP映射分为：（1）静态映射；（2）动态映射

静态映射指手动创建一张ARP表，把IP地址和MAC地址关联起来。

动态映射指使用协议来获取相对应的物理地址，自动完成ARP表的创建和更新。

 源主机发起查询目的MAC地址的报文称为ARP请求，目的主机响应源主机并发送包含本地MAC地址的报文称为ARP应答。

 
ARP协议位于以太网MAC帧格式的数据段：

  

4. 以太网

 

前导码（Preamble）：7个字节，实现数据的同步：55-55-55-55-55-55-55

帧起始界定符（SFD，Start Frame Delimiter）：1个字节，0xd5，表示一帧的开始

目的MAC地址：即接收端MAC地址，占用6个字节。MAC地址从应用上可分为单播地址、组播地址和广播地址。

源MAC地址：即发送端物理MAC地址，占用6个字节。

长度/类型：

数据：以太网中的数据段长度最小为46个字节，最大1500个字节。

帧检验序列：CRC校验

帧间隔：网络设备和组件在接收一帧之后，需要短暂的时间来恢复并为接收下一帧做准备时间。

以太网的通信离不开物理层PHY芯片的支持，以太网MAC和PHY之间有一个接口，常用的接口有MII、RMII、GMII和RGMII等。

 

RGMII接口