网络传输数据链路层，MAC和PHY芯片

声明：资料来源于网络整理。

一、TCP/IP四层模型

数据链路层：实现网卡接口的网络驱动程序，处理数据在物理媒介（比如以太网、令牌环等）上的传输。数据链路层两个常用的协议是ARP协议（Address Resolve Protocol，地址解析协议）和RARP协议（ReverseAddress Resolve Protocol，逆地址解析协议）。

• ARP：将物理地址转化为IP地址； 
• RARP：将IP地址转换为物理地址；
• 网络层使用IP地址寻址设备，数据链路层使用物理地址（MAC地址）寻址设备；
• ARP协议很不安全，它会全网广播你的IP和MAC。

二、网络收包

1、硬件结构

intel82546：PHY与MAC集成在一起的PCI网卡芯片；
bcm5461：PHY芯片，与之对应的MAC是TSEC；
TSEC：Three Speed Ethernet Controller，三速以太网控制器，TSEC内部有DMA子模块；
DMA：(Direct Memory Access，直接存储器访问) ，它将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间，而无需CPU的参与。

2、收包原理

no NAPI：mac每收到一个以太网包，都会产生一个接收中断给cpu，即完全靠中断方式来收包。缺点是当网络流量很大时，cpu                    大部分时间耗在处理mac中断；
netpoll：  轮询收包，缺点是实时性差；
NAPI：     采用 中断 + 轮询 的方式。mac收到一个包来后会产生接收中断，但是马上关闭。
                 直到收够了n个包，或者收完mac上所有包后，才再打开接收中断。

3、收包流程

      网线 -> Rj45网口 -> MDI 差分线->bcm5461(PHY芯片进行数模转换) -> MII总线-> 
      TSEC（MAC） -> DMA把网络数据包搬到CPU收包缓存->收够n个包，CPU开始处理

三、网络发包

       预先把发送的数据拷贝到一个物理连续的缓冲区里，然后把缓冲区的物理地址传递给网卡，启动网卡传输，网卡就用DMA方式把数据发送出去。发送成功后给出一个中断，表示发送完成。

四、关键硬件

1、PHY

       物理接口收发器,它实现物理层。IEEE-802.3标准定义了以太网PHY，包括MII/GMII(介质独立接口)子层，PCS(物理编码子层)，PMA(物理介质附加)子层，PMD(物理介质相关)子层，MDI子层。它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14条)100BaseTX(第24条和第25条)的规范。

2、MAC

        MAC即Media Access Control，即媒体访问控制子层协议。该协议位于OSI七层协议中数据链路层的下半部分,主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC层。

3、MII总线

        在IEEE802.3中规定的，MII总线是一种用于将不同类型的PHY与相同网络控制器(MAC)相连接的通用总线，使网络控制器可以用同样的硬件接口与任何PHY 通信。ETHERNET的接口实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程。

五、问答

问:10BaseT和100BaseTX PHY实现方式不同的原因何在?

答:两种实现的分组描述本质上是一样的，但两者的信令机制完全不同。其目的是一种让硬件，容易实现处理两种速度。10BaseT采用曼彻斯特编码，100BaseTX采用4B/5B编码。

问:网卡的MAC和PHY间的关系?

答:网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层。

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，物理层的芯片称之为PHY。

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。以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器。很多网卡的这两个部分是做到一起的，他们之间的关系是PCI总线接MAC总线，MAC接PHY，PHY接网线(PHY与网线间，还有一个变压装置)。