摘要：以太网啊，这个网络的基础，大家都离不开它，它的协议栈，一层一层地，还挺有意思的，先说物理层吧，也叫 PHY，挺底层的，真的，负责数据的物理传输，就是那些电信号，光信号什么的，很直接，还有时钟同步，数据编码，一大堆东西，关键组件是 PHY 芯片，物理接口收发器，

以太网协议栈分层架构漫谈。

以太网啊，这个网络的基础，大家都离不开它，它的协议栈，一层一层地，还挺有意思的，先说物理层吧，也叫 PHY，挺底层的，真的，负责数据的物理传输，就是那些电信号，光信号什么的，很直接，还有时钟同步，数据编码，一大堆东西，关键组件是 PHY 芯片，物理接口收发器，听着就挺专业的，是不是，所有人都觉得它很重要，没有它网络就瘫痪了。

然后是数据链路层，MAC 层，控制对物理介质的访问，就是谁能发数据，谁不能发数据，它说了算，处理数据帧的构建和解析，还有错误检测，保证数据没问题，关键组件是 MAC 控制器，感觉像个交通警察，指挥着数据的来来往往，但是它也很累，数据量太大了，可是在那种环境下，谁能受得了，数据出错就麻烦了。

连接 MAC 层和 PHY 层，有个 MII，介质独立接口，提供标准化的数据和控制信号接口，常见类型有 MII，RMII，GMII，RGMII，一堆缩写，看着头大，它们的作用就是让 MAC 和 PHY 能好好沟通，不然就乱套了，也不知道是谁发明的，真厉害。

MAC 和 PHY，它们的功能和关系，得好好说说，MAC，媒体访问控制，协议位于 OSI 七层协议中数据链路层的下半部分，有点拗口，发送时，MAC 会判断是否可以发送数据，感觉它权力很大，决定着大家能不能说话，添加控制信息后发送到物理层，就像给信封贴邮票，接收时，判断输入信息是否发生传输错误，无误则去掉控制信息发送至 LLC 层，有点像拆信封，取出里面的信，过程还挺复杂的。

PHY，物理接口收发器，包括 MII/GMII 子层，PCS 子层，PMA 子层，PMD 子层，MDI 子层，又是一堆缩写，看着就晕，PHY 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，数据编码和电路等等，感觉它像个翻译官，把 MAC 层的抽象指令变成具体的物理信号，才能在网络上传输。

数据传输，MAC 和 PHY 通过 MII 接口进行数据交换，就像两个人用同一种语言交流，才能明白对方在说什么，PHY负责把数字信号变成电信号，在网线上传输，MAC负责把电信号变成数字信号，供上层使用，所以它们是合作关系，缺一不可。

以太网硬件系统组成，也挺重要的，常见架构有几种，CPU 集成 MAC 和 PHY，难度高，一般人搞不定，CPU 集成 MAC，PHY 独立芯片，这个是主流，大家都在用，CPU 不集成 MAC 和 PHY，两者独立或集成，这是高端玩法，一般用在高级设备上，大家都在想，这到底是怎么一回事。

CPU 集成 MAC，PHY 独立芯片这个，比较常见，CPU 负责处理各种逻辑，数据，MAC 负责控制数据的收发，PHY负责把数据变成电信号，通过网线传输出去，各司其职，挺好的。

关键接口，MDIO 总线，CPU 对 PHY 芯片进行寄存器配置，就是告诉 PHY 芯片，我要怎么工作，通过 SMI 接口，MAC 芯片主动地轮询PHY层芯片，获得状态信息，并发出命令信息，感觉像领导视察工作，了解情况，然后下达指示，可这事情也挺折腾人的，挺麻烦的。

MDIO 总线，包括 MDC，时钟线，2.5MHz，MDIO，双向数据线，支持 32 个 PHY 芯片，想象一下，一个 CPU 要管理 32 个 PHY 芯片，也够呛，这也太累了吧。

MII 接口，MAC 和 PHY 之间的数据通道，信号包括发送数据 TXD，发送使能 TX_EN，发送时钟 TX_CLK，接收数据 RXD，接收有效 RX_DV，接收时钟 RX_CLK 等等，太多了，包括信号 MDC(clock)，MDIO(data)，采样时钟(TX_CLK,RX_CLK)，输入/输出Bus(TX[0:3],RX[0:3])启动信号(TX_EN)，错误通知(TX_ER,RX_ER)，有效数据通知(RX_DV)，拥塞信号(Col)，以及回复信号(CRS)，一堆信号，看得眼花缭乱，它们的作用就是保证 MAC 和 PHY 之间的数据传输是可靠的，有序的。

MII 接口演进与速率，也得了解一下，MII，4 位并行数据传输，时钟频率 25MHz，速率 100Mb/s，当年挺快的，现在不行了，GMII，千兆以太网 MII 接口，速度更快了，RGMII，减少引脚数量，数据与控制信号复用，双边沿采样，更先进了，所有人都觉得，科技发展真快。

这么多接口，其实都是为了提高数据传输速度，减少引脚数量，降低功耗，让网络设备更加高效，更加稳定，工程师们也是绞尽脑汁，想了各种办法，真不容易，但是他们挣钱也挺多的，不知道是不是真的。

速率与频率对应关系，10M 带宽对应 2.5MHz 时钟，100M 带宽对应 25MHz 时钟，1000M 带宽对应 125MHz 时钟，带宽越高，时钟频率也越高，就像车速越快，发动机转速也越高，但是也更费油，也更容易出事故，也不知道是不是这个道理。

所以说，以太网协议栈分层架构，MAC 和 PHY 的功能与关系，以太网硬件系统组成，MII 接口演进与速率，速率与频率对应关系，这些知识点，都是环环相扣的，缺一不可，要理解它们，需要花点功夫，很多人看完这个故事，都会去想，网络到底是怎么运作的。

其实网络也没那么神秘，就是各种协议，各种硬件，各种软件，相互配合，才能实现数据的传输，就像一个复杂的机器，每个零件都有自己的作用，才能正常运转，但是零件坏了，机器就出问题了，网络也是一样，某个环节出了问题，网络就瘫痪了，所以维护网络也很重要，不能掉以轻心，不然损失就大了，感觉挺严重的，真的。

总而言之，以太网是个好东西，没有它，我们就没法上网，没法聊天，没法看电影，没法玩游戏，生活就少了很多乐趣，所以我们要感谢那些发明以太网的人，他们改变了世界，也改变了我们的生活，他们才是真的英雄，可他们现在在哪里呢，谁知道呢。

来源：电子小课堂一点号