1 MAC和PHY
2 MDIO接口
MDIO（Management Data Input/Output）接口是根据IEEE 802.3标准定义的一种简单双线串行接口，主要用于以太网MAC（Media Access Control）控制器与物理层（PHY, Physical Layer）器件之间的管理通信。这种接口允许MAC控制器或者上层管理系统读取和修改PHY芯片内部的寄存器设置，以便控制和监测PHY的工作状态。
MDIO接口包含了两条信号线：
MDIO: 这是一条双向数据线，用于在管理器件和PHY之间交换控制和状态信息。在不同的时间段内，这条线既可以用作数据输入也可以用作数据输出。
MDC (Management Data Clock): 这是MDIO接口的时钟信号线，由管理器件提供，用来同步MDIO上的数据传输。
通过MDIO接口，可以实现以下功能：
- 配置PHY芯片的各种参数，比如速度选择、双工模式、自动协商、节能模式等。
- 查询PHY芯片的状态，如链路状态（Link Up/Down）、接收信号强度、错误统计等。
- 控制物理层的特性，例如启动和停止物理层的自动协商过程。
MDIO协议基于特定的时序进行操作，允许MAC控制器按照一定的命令格式读取或写入PHY的多个寄存器，从而实现了对以太网物理层设备的灵活配置和实时监控。
3 以太网帧格式
典型的以太网帧格式主要包括以下几个主要部分：
前导码（Preamble）：
- 一组连续的7个字节（56比特）的
10101010…101010序列，用于接收设备同步时钟和确定帧的开始。
帧起始定界符（SFD, Start-of-Frame Delimiter）：
- 第8个字节，值为
10101011，标志着帧正文的开始。
以太网帧头（Ethernet Header）：
- 源MAC地址（Source MAC Address）：6个字节，表示发送方的物理地址。
- 目标MAC地址（Destination MAC Address）：6个字节，表示接收方的物理地址。
- 类型/长度字段（Type/Length Field）：2个字节，指明上层协议类型（如IPv4、IPv6、ARP等）或在某些类型的帧中表示帧的数据部分的长度。
数据负载（Payload）：
- 可变长度，最小46字节，最大取决于以太网类型。通常承载的是上层协议数据单元（如IP数据包）。
帧校验序列（FCS, Frame Check Sequence）：
- 4个字节（32位），采用循环冗余校验（CRC）算法计算得出，用于检测帧在传输过程中是否出错。
4 ARP
在以太网中，每个设备都有一个唯一的MAC地址，这是其硬件标识符，用于在物理层上识别设备。而IP地址则是网络层为了寻址和路由数据包所使用的逻辑地址。当一台主机想要与同一网络内的另一台主机通信时，即使它知道目标主机的IP地址，也需要知道目标主机的MAC地址以便封装数据包到以太网帧中进行传输。
以下是ARP的工作流程：
ARP请求： 当主机A需要向主机B发送数据，并且只知道主机B的IP地址时，主机A会通过广播的方式发送一个ARP请求到整个局域网中。这个请求中包含了目标主机B的IP地址，并询问：“具有这个IP地址的设备，请告诉我你的MAC地址。”
ARP响应： 主机B收到ARP请求后，发现请求的目标IP地址与自己的IP地址匹配，便会回复一个ARP应答给主机A。ARP应答中包含了主机B的MAC地址。
ARP缓存： 主机A收到ARP应答后，会将主机B的IP地址与其对应的MAC地址存储在本地的ARP缓存中，这样下次再需要发送数据给主机B时，就可以直接从缓存中查找MAC地址，无需再次发起ARP请求。
4.1 以太网 ARP 数据包格式
帧格式：
ARP 数据报文格式:
硬件类型（Hardware Type，2字节）
- 表示物理层地址类型，例如对于以太网，其值通常为0x0001。
协议类型（Protocol Type，2字节）
- 表示要映射的网络层协议地址类型，对于IPv4，其值为0x0800。
硬件地址长度（Hardware Address Length，1字节）
- 指定硬件地址（MAC地址）的字节数，对于以太网，该值为6。
协议地址长度（Protocol Address Length，1字节）
- 指定协议地址（IP地址）的字节数，对于IPv4，该值为4。
操作代码（Operation Code，2字节）
- 定义了ARP请求（0x0001）或ARP应答（0x0002）的操作类型。
发送者硬件地址（Sender Hardware Address，6字节）
- 发送ARP数据报文的设备的MAC地址。
发送者协议地址（Sender Protocol Address，4字节）
- 发送ARP数据报文的设备的IP地址。
目标硬件地址（Target Hardware Address，6字节）
- 在ARP请求中通常填充全0，表明请求未知的目标MAC地址；
- 在ARP应答中填充请求者期望的目标MAC地址。
目标协议地址（Target Protocol Address，4字节）
- 在ARP请求中填充需要解析的远程IP地址；
- 在ARP应答中填充请求者的IP地址。