最近做服务器项目在学习MAC和PHY，总结了一些知识点，拿来分享一下
说到MAC和PHY首先要提到OSI七层模型
| OSI七层模型 | TCP/IP四层模型 | 对应网络协议 |
|---|---|---|
| 应用层（Application） | 应用层 | HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP |
| 表示层（Presentation） | Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher | |
| 会话层（Session） | SMTP, DNS | |
| 传输层（Transport） | 传输层 | TCP, UDP |
| 网络层（Network） | 网络层 | IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP |
| 数据链路层（Data Link） | 数据链路层 | FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP |
| 物理层（Physical） | IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802.11 |
在OSI七层模型中，最下面两层是硬件层面，上面五层是软件层面，由于博主是硬件，主要关注硬件的这两层。
数据链路层：
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.该层协议是以太网MAC由IEEE-802.3以太网标准定义.最新的MAC同时支持10Mbps和100Mbps两种速率.
以前，每个公司会定义自己的电路信号分组方式，后来出现了以太网。一组电信号就是一个数据包，也就是帧（frame），它分为两部分，标头（head）和数据(data)，标头里一般会放一些说明的东西，比如发送者、接收者和数据类型等等。
那么数据包中是如何确定发送者位置的呢？
以太网规定每个网卡必须包含一个mac地址，mac地址就是这个网卡的身份证。接入网络的所有设备都得有网卡，数据包中就是通过mac地址进行网卡定位的。每块网卡出厂时就有一个唯一的mac地址。48位的二进制，但是一般用12个16进制数字表示，前6个16进制是厂商编号，后6个16进制是网卡流水号。
那么以太网的数据包是怎么从一个mac地址发送到另一个mac地址的呢？这个其实不是点对点的，而是会广播给局域网内的所有网卡，然后每个网卡会从数据包中获取接收者的mac地址进行比对，如果相同就说明是给自己的数据包。
以太网数据链路层其实包含MAC(介质访问控制)子层和LLC(逻辑链路控制)子层.一块以太网卡MAC芯片的作用不但要实现MAC子层和LLC子层的功能,还要提供符合规范的PCI界面以实现和主机的数据交换.
物理层PHY
物理层协议定义电气信号、线的状态、时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器
物理层负责用网线、WiFi、光纤等方式把电脑连接起来，形成一个网络。它传输的是计算机最底层的0 1信号
网线上传输的是模拟信号.因为它传出和接收是采用的模拟的技术.虽然它传送的信息是数字的(并不是传送的信息是数字的信号就可以叫做数字信号).
CPU<---PCIe Bus-->MAC<----MII&SMI Bus--->PHY<----MDI Bus--->AC Coupling/LAN Transformer<--RJ45网口-->网线
MII（Media Independent Interface）即媒体独立接口，MII接口是MAC与PHY连接的标准接口。它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。
"媒体独立"表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下,任何类型的PHY设备都可以正常工作.它包括一个数据接口,以及一个MAC和PHY之间的管理接口.
通过管理接口,上层能监视和控制PHY.其管理是使用SMI(Serial Management Interface)总线通过读写PHY的寄存器来完成的.PHY里面的部分寄存器是IEEE定义的,这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里面,MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态,例如连接速度,双工的能力等.当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达到控制的目的,
LAN Transformer
把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端.这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号,隔断了信号中的直流分量,还可以在不同0V电平的设备中传送数据.
隔离变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的.也起到了防雷感应保护的作用
一张网卡的传输最大距离和与对端设备连接的兼容性主要是PHY决定的.但是可以将信号送的超过100米的PHY其输出的功率也比较大,更容易产生EMI的问题.这时候就需要合适的Transformer与之配合.作PHY的老大公司Marvell的PHY,常常可以传送180~200米的距离,远远超过IEEE的100米的标准.
RJ-45的接头实现了网卡和网线的连接.它里面有8个铜片可以和网线中的4对双绞(8根)线对应连接.其中100M的网络中1,2是传送数据的,3,6是接收数据的.1,2之间是一对差分信号,也就是说它们的波形一样,但是相位相差180度,同一时刻的电压幅度互为正负.这样的信号可以传递的更远,抗干扰能力强.同样的,3,6也一样是差分信号.
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本文参考了以下大佬的文章：
MAC和PHY的关系_mac phy_王哥来了快跑的博客-CSDN博客
大白话聊OSI七层模型和TCP/IP四层模型-腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)
