Linux ethtool深度解析：网卡管理与驱动实现框架

78 浏览量更新于2024-08-28 1 收藏 535KB PDF 举报

"《ethtool在Linux中的实现框架和应用》一文详细探讨了Linux网络管理中不可或缺的工具ethtool的功能和其与Linux内核的关系。Linux凭借其强大的网络功能，支持多种网络协议，而ethtool作为一个重要的网络管理工具，它不仅提供了对网卡硬件、驱动程序和网络协议栈的深入管理和调试能力，还与底层网络驱动程序有着密切的联系。文章首先强调了Linux网络管理的必要性，这些工具如ifconfig、route、ip和ethtool共同支撑着系统的网络操作。ethtool的独特之处在于其强大的网卡及驱动程序管理，它的实现框架紧密围绕网络驱动程序，特别是对于以太网控制器，它是物理层和数据链路层的关键接口。以太网控制器的基本结构包含PHY（物理接口收发器），它负责处理电与光信号的传输，以及与MAC（媒体访问控制）的交互。MAC作为数据链路层的一部分，负责帧的发送和接收，通过IEEE 802.3标准进行规范。在Linux中，ethtool的使用涉及到了驱动程序对它的支持。例如，MII/GMII子层使得PHY可以在不同的硬件平台上工作，而不必修改MAC硬件。ethtool允许用户设置和监控网卡参数，如速度、双工模式、流控等，这对于网络调试和优化至关重要。此外，ethtool还提供了查看网卡状态、统计信息以及诊断功能，这对于Linux网络开发人员和管理人员来说，是进行网络维护和性能优化的重要工具。总结来说，ethtool在Linux中的实现框架是一个高度模块化且可扩展的系统，它与底层硬件驱动紧密结合，通过标准化的接口实现对网卡的高级管理。这不仅体现了Linux操作系统的灵活性，也为网络管理员提供了强大且易于使用的网络管理手段，从而确保网络环境的稳定性和高效运行。"

ethtool在在Linux中的实现框架和应用中的实现框架和应用

简介简介： Linux 的一个显著特点就是其强大的网络功能，Linux 几乎支持所有的网络协议，并在这些协议基础上提供了丰富的应

用。对 Linux 网络管理的重要性不言而喻，这些管理依赖于网络工具，比如最常用的 ifconfig,route,ip,ethtool 等，其中 ethtool

提供了强大的网卡及网卡驱动管理能力，其具体的实现框架和网络驱动程序及网络硬件关系紧密，容易修改和扩展，能够为

Linux 网络开发人员和管理人员提供对网卡硬件，驱动程序和网络协议栈的设置，查看以及及调试等功能。

Linux 网卡驱动程序对 ethtool 的支持和实现

从典型的以太网控制器说起

网卡工作在 OSI 网络体系的最后两层，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

（当然也不是直接接上的，还有一个变压装置）。一般地，一个典型的以太网控制器的基本结构如图 1 所示：

图 1. 一个典型的符合 IEEE802.3 标准的的以太网控制器结构图

数据链路层 MAC 是 Media Access Control 的缩写，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。以太网 MAC 由 IEEE-802.3 以太网标

准定义。

物理层 PHY 是物理接口收发器，它实现物理层。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。

MII 即媒体独立接口 , “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。包

括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII 数据接口总共需要 16 个信

号，包括 TX_ER，TXD<3:0>，TX_EN，TX_CLK，COL，RXD<3:0>，RX_EX，RX_CLK，CRS，RX_DV 等。

RMII (Reduced Media Independant Interface ) 是简化的 MII 接口，在数据的收发上它比 MII 接口少了一倍的信号线，所以它

一般要求是 50 兆的总线时钟。RMII 一般用在多端口的交换机，它不是每个端口安排收、发两个时钟，而是所有的数据端口

公用一个时钟用于所有端口的收发，这里就节省了不少的端口数目。RMII 的一个端口要求 7 个数据线，比 MII 少了一倍，所

以交换机能够接入多一倍数据的端口。和 MII 一样，RMII 支持 10 兆和 100 兆的总线接口速度。

GMII(Gigabit MII) 是千兆网的 MII 接口，这个也有相应的 RGMII 接口，表示简化了的 GMII 接口。GMII 采用 8 位接口数据，

工作时钟 125MHz，因此传输速率可达 1000Mbps 。同时兼容 MII 所规定的 10/100 Mbps 工作方式。

MII 管理接口是个双信号接口，一个是时钟信号 MDC，另一个是数据信号 MDIO。通过管理接口，上层能监视和控制 PHY 的

寄存器。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 通过管理接口不

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。当然也可以通过管理接口设置 PHY 的

寄存器达到控制的目的，例如流控的打开关闭，自协商模式还是强制模式等，这也是 ethtool 的工作原理。

MDIO/MDC，即 PHY 管理接口串行通信总线，该总线由 IEEE 通过以太网标准 IEEE 802.3 的若干条款加以定义。MDIO 是一

种简单的双线串行接口，将管理器件 ( 如 MAC 控制器、微处理器 ) 与具备管理功能的收发器 ( 如多端口吉比特以太网收发器

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