您的位置: 首页  >  文章  >  关于以太网PAUSE的一点研究

关于以太网PAUSE的一点研究

分类: 文章 • 2024-06-09 20:36:34

 

在学习自动协商时，发现有以太网PAUSE帧这个东西，很网上资料很少，有讲到的也是很简略，似乎这是一个神秘的不想让人知道的东西。这里将自己对PAUSE帧的一些研究，对于太术语的方面，直接参考网上资料，不在这里提及。

疑惑

在使用ethtool查看网卡信息中，有一个比较疑惑的地方，它就是“Advertised pause frame use:”，有的是"No"，有的是“ Symmetric”，不同芯片平台信息不同，在ARM上，一般是No，而在x86上，一般是Symmetric，以此信息搜索，网络资料少得可怜，甚至说没有，没法，只能跟踪代码。

下面就是ethtool的一个比较经典的输出：

 

 

  1. [email protected]:~# ethtool eth0

  2. Settings for eth0:

  3. Supported ports: [ TP AUI BNC MII FIBRE ]

  4. Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full

  5. 100baseT/Half 100baseT/Full

  6. 1000baseT/Full

  7. Supports auto-negotiation: Yes

  8. Advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full

  9. 100baseT/Half 100baseT/Full

  10. 1000baseT/Full

  11. Advertised pause frame use: Symmetric Receive-only

  12. Advertised auto-negotiation: Yes

  13. Speed: 1000Mb/s

  14. Duplex: Full

  15. Port: MII

  16. PHYAD: 0

  17. Transceiver: external

  18. Auto-negotiation: on

  19. Current message level: 0x00000000 (0)

  20.  

  21. Link detected: yes

可以看到，这回变成“Symmetric Receive-only”了。

 

首先找到ethtool源码，以前写有文章讲过，但那时使用的版本旧，我担心版本的问题，于是找到新的版本的官网：https://www.kernel.org/pub/software/network/ethtool/，网址是Linux内核官网上的。最新的版本是3.18。我对比旧的和新的版本，发现在打印“Advertised pause frame use:”所用的代码是相同的。如下：

 

 

  1. fprintf(stdout, " %s pause frame use: ", prefix);

  2. if (mask & ADVERTISED_Pause) {

  3. fprintf(stdout, "Symmetric");

  4. if (mask & ADVERTISED_Asym_Pause)

  5. fprintf(stdout, " Receive-only");

  6. fprintf(stdout, "\n");

  7. } else {

  8. if (mask & ADVERTISED_Asym_Pause)

  9. fprintf(stdout, "Transmit-only\n");

  10. else

  11. fprintf(stdout, "No\n");

  12. }

其中mask是ethtool_cmd结构体的advertising成员，ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause定义如下：

 

 

  1. #define ADVERTISED_Pause (1 << 13)

  2. #define ADVERTISED_Asym_Pause (1 << 14)

 

 

可以得到如下结论：

ADVERTISED_Pause ADVERTISED_Asym_Pause 结果
0 0 No
0 1 Symmetric Transmit-only
1 0 Symmetric
1 1 Symmetric Receive-only

至于ethtool为什么会如此打印，这方面资料也少，幸好，在无意中，看到802.3标志有关于PAUSE的描述。但还是有人对标准文档的描述有疑问的：

关于以太网PAUSE的一点研究

后来又查了下，发现关于此解释有新版本了，见附录。

标准

在跟踪内核代码之前，先了解802.3标准有关描述。在标准中，关于PAUSE主要有PAUSE和ASM_DIR两个标志，分别对应于PS1和PS2。如下图所示：

 

关于以太网PAUSE的一点研究

右侧说的4.7和4.8似乎说的是PHY的第4个寄存器，在看PHY芯片时，发现对应不上来，但寄存器4的确有相关的位说明，因此认为上图所说的和寄存器是对应的关系。下面是Intel一款PHY芯片手册的截图：

关于以太网PAUSE的一点研究

描述如下：

关于以太网PAUSE的一点研究

从描述上看到，PAUSE和ASM_DIR的不同取值，将影响PAUSE的表现。在这里，当PAUSE和ASM_DIR分别取0和1时，表示从本地设备到对端的异步暂停，亦即“Transmit-only”，至于最后一项，ethtool打印的和标准文档所说的有点出入，我暂时还没有研究透。在某些角度上说，好像是可以得到结论：PAUSE、ASM_DIR和ethtool（内核定义）使用的ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause是一一对应的关系。

关于本地设备(即网卡)和对端设备(如交换机)的详细关系如下：

关于以太网PAUSE的一点研究

驱动

在看以太网流控方面的资料时，发现3.17版本内核打印网络状态函数新增了flow control的信息，如下：

 

 

 

  1. void phy_print_status(struct phy_device *phydev)

  2. {

  3. if (phydev->link) {

  4. netdev_info(phydev->attached_dev,

  5. "Link is Up - %s/%s - flow control %s\n",

  6. phy_speed_to_str(phydev->speed),

  7. DUPLEX_FULL == phydev->duplex ? "Full" : "Half",

  8. phydev->pause ? "rx/tx" : "off");

  9. } else {

  10. netdev_info(phydev->attached_dev, "Link is Down\n");

  11. }

  12. }

只判断pause值为1即认为流控为rx/tx，否则为off，目前我还不知道为什么是这样判断。

而赋值相关的代码在genphy_read_status函数中，如下：

 

 

  1. lpa = phy_read(phydev, MII_LPA);

  2. if (lpa < 0)

  3. return lpa;

  4.  

  5. phydev->lp_advertising |= mii_lpa_to_ethtool_lpa_t(lpa);

  6.  

  7. adv = phy_read(phydev, MII_ADVERTISE);

  8. if (adv < 0)

  9. return adv;

  10.  

  11. common_adv = lpa & adv;

  12.  

  13. phydev->speed = SPEED_10;

  14. phydev->duplex = DUPLEX_HALF;

  15. phydev->pause = 0;

  16. phydev->asym_pause = 0;

  17.  

  18. if (common_adv_gb & (LPA_1000FULL | LPA_1000HALF)) {

  19. phydev->speed = SPEED_1000;

  20.  

  21. if (common_adv_gb & LPA_1000FULL)

  22. phydev->duplex = DUPLEX_FULL;

  23. } else if (common_adv & (LPA_100FULL | LPA_100HALF)) {

  24. phydev->speed = SPEED_100;

  25.  

  26. if (common_adv & LPA_100FULL)

  27. phydev->duplex = DUPLEX_FULL;

  28. } else

  29. if (common_adv & LPA_10FULL)

  30. phydev->duplex = DUPLEX_FULL;

  31.  

  32. if (phydev->duplex == DUPLEX_FULL) {

  33. phydev->pause = lpa & LPA_PAUSE_CAP ? 1 : 0;

  34. phydev->asym_pause = lpa & LPA_PAUSE_ASYM ? 1 : 0;

  35. }

根据第5个寄存器MII_LPA的值判断对端(如交换机)的情况，如果对端支持LPA_PAUSE_CAP、LPA_PAUSE_ASYM就分别赋值到pause、asym_pause。从上面的分析可以知道，这两个可以和寄存器4的值对应起来，也可以和标准文档说的PAUSE和ASM_DIR对应起来。
再回到前面ethtool代码出现的ADVERTISED_Pause和ADVERTISED_Asym_Pause。内核定义了许多ADVERTISED_XXX的宏，它表示接口通告的能力(这个有点难理解，我还不太应该怎么描述，感觉就是在自动协商时，将“能力”告诉对端，让对方知道你具备哪些能力)，对应寄存器4(MII_ADVERTISE)。相应的，有SUPPORTED_XXX宏定义，它表示接口所支持的能力、特性。

PHY在自动协商时会调用到genphy_config_advert函数(注意！该函数不对PAUSE标志ADVERTISE_PAUSE_CAP进行特别处理，只是根据phydev->advertising来判断)：

 

 

  1. static int genphy_config_advert(struct phy_device *phydev)

  2. {

  3. u32 advertise;

  4. int oldadv, adv, bmsr;

  5. int err, changed = 0;

  6.  

  7. /* Only allow advertising what this PHY supports */

  8. phydev->advertising &= phydev->supported; // 先获取本地网卡所支持的特性

  9. advertise = phydev->advertising;

  10.  

  11. /* Setup standard advertisement */

  12. adv = phy_read(phydev, MII_ADVERTISE); // 读取寄存器4的值

  13. if (adv < 0)

  14. return adv;

  15.  

  16. oldadv = adv;

  17. adv &= ~(ADVERTISE_ALL | ADVERTISE_100BASE4 | ADVERTISE_PAUSE_CAP |

  18. ADVERTISE_PAUSE_ASYM);

  19. adv |= ethtool_adv_to_mii_adv_t(advertise); // 将内核支持特性的格式转换成PHY芯片识别的，因为adv要写到寄存器

  20.  

  21. if (adv != oldadv) {

  22. err = phy_write(phydev, MII_ADVERTISE, adv);

  23.  

  24. if (err < 0)

  25. return err;

  26. changed = 1;

  27. }

  28.  

  29. // ...

  30. }

 

 

 

 

该函数调用了ethtool_adv_to_mii_adv_t，在这个函数里面判断特性，相关代码如下：

 

  1. static inline u32 ethtool_adv_to_mii_adv_t(u32 ethadv)

  2. {

  3. u32 result = 0;

  4.  

  5. if (ethadv & ADVERTISED_10baseT_Half)

  6. result |= ADVERTISE_10HALF;

  7. if (ethadv & ADVERTISED_10baseT_Full)

  8. result |= ADVERTISE_10FULL;

  9. if (ethadv & ADVERTISED_100baseT_Half)

  10. result |= ADVERTISE_100HALF;

  11. if (ethadv & ADVERTISED_100baseT_Full)

  12. result |= ADVERTISE_100FULL;

  13. if (ethadv & ADVERTISED_Pause)

  14. result |= ADVERTISE_PAUSE_CAP;

  15. if (ethadv & ADVERTISED_Asym_Pause)

  16. result |= ADVERTISE_PAUSE_ASYM;

  17.  

  18. return result;

  19. }

 

为了和文章开头对应，最后跟踪一下advertising值。

ethtool获取网卡信息：

phy_ethtool_gset
-> cmd->advertising = phydev->advertising;

 

PHY驱动定义：

 

  1. static struct phy_driver genphy_driver[] =

  2. {

  3. .phy_id = 0xffffffff,

  4. .phy_id_mask = 0xffffffff,

  5. .name = "Generic PHY",

  6. .soft_reset = genphy_soft_reset,

  7. .config_init = genphy_config_init,

  8. .features = PHY_GBIT_FEATURES | SUPPORTED_MII |

  9. SUPPORTED_AUI | SUPPORTED_FIBRE |

  10. SUPPORTED_BNC,

  11. }

在phy_probe会赋值，但后面的函数会将其覆盖掉：

phy_probe
-> phydev->supported = phydrv->features;
-> phydev->advertising = phydev->supported;

在phy初始化时，会调用genphy_config_init：

 

 

  1. int genphy_config_init(struct phy_device *phydev)

  2. {

  3. int val;

  4. u32 features;

  5.  

  6. features = (SUPPORTED_TP | SUPPORTED_MII

  7. | SUPPORTED_AUI | SUPPORTED_FIBRE |

  8. SUPPORTED_BNC);

  9.  

  10. /* Do we support autonegotiation? */

  11. val = phy_read(phydev, MII_BMSR);

  12. if (val < 0)

  13. return val;

  14.  

  15. if (val & BMSR_ANEGCAPABLE)

  16. features |= SUPPORTED_Autoneg;

  17.  

  18. if (val & BMSR_100FULL)

  19. features |= SUPPORTED_100baseT_Full;

  20. if (val & BMSR_100HALF)

  21. features |= SUPPORTED_100baseT_Half;

  22. if (val & BMSR_10FULL)

  23. features |= SUPPORTED_10baseT_Full;

  24. if (val & BMSR_10HALF)

  25. features |= SUPPORTED_10baseT_Half;

  26.  

  27. if (val & BMSR_ESTATEN) {

  28. val = phy_read(phydev, MII_ESTATUS);

  29. if (val < 0)

  30. return val;

  31.  

  32. if (val & ESTATUS_1000_TFULL)

  33. features |= SUPPORTED_1000baseT_Full;

  34. if (val & ESTATUS_1000_THALF)

  35. features |= SUPPORTED_1000baseT_Half;

  36. }

  37.  

  38. phydev->supported &= features;

  39. phydev->advertising &= features;

  40.  

  41. return 0;

  42. }

从代码跟踪来看，通用的PHY驱动没有开启PAUSE功能。为了全面性，又跟踪了Intel的igb驱动，获取网卡信息在igb_get_settings函数中，对于暂停帧处理代码如下：

 

 

  1. switch (hw->fc.requested_mode) {

  2. case e1000_fc_full:

  3. ecmd->advertising |= ADVERTISED_Pause;

  4. break;

  5. case e1000_fc_rx_pause:

  6. ecmd->advertising |= (ADVERTISED_Pause |

  7. ADVERTISED_Asym_Pause);

  8. break;

  9. case e1000_fc_tx_pause:

  10. ecmd->advertising |= ADVERTISED_Asym_Pause;

  11. break;

  12. default:

  13. ecmd->advertising &= ~(ADVERTISED_Pause |

  14. ADVERTISED_Asym_Pause);

  15. }

可以看到，如果为fc_full时，就只赋值ADVERTISED_Pause。这在一定程度上对PAUSE和ASM_DIR的取值进行了验证。

附录

千兆PAUSE优先级解释：

http://www.ieee802.org/3/interp/interp-1-1104.pdf

对PAUSE和ASM_DIR讨论的文章：

http://www.juniper.net/techpubs/en_US/junos13.2/topics/concept/cos-qfx-series-congestion-notification-understanding.html

http://www.tomshardware.com/forum/19497-42-weird-asymmetric-pause-autoconfiguration-code

e1000驱动关于标准文档PAUSE/ASM_DIR的值的说明(约2219行)：

http://lxr.oss.org.cn/source//drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000_hw.c?v=3.17



相关推荐