網(wǎng)卡組成及工作原理.doc

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1、網(wǎng)卡組成及原理一認(rèn)識網(wǎng)卡網(wǎng)卡充當(dāng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)纜線之間的物理接口或連線將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電或光信號,稱為nic（networkinterfacecard）。數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)總線中傳輸是并行方式即數(shù)據(jù)是肩并肩傳輸?shù)?，而在網(wǎng)絡(luò)的物理纜線中說數(shù)據(jù)以串行的比特流方式傳輸?shù)?，網(wǎng)卡承擔(dān)串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)卡在發(fā)送數(shù)據(jù)前要同接收網(wǎng)卡進(jìn)行對話以確定最大可發(fā)送數(shù)據(jù)的大小、發(fā)送的數(shù)據(jù)量的大小、兩次發(fā)送數(shù)據(jù)間的間隔、等待確認(rèn)的時(shí)間、每個(gè)網(wǎng)卡在溢出前所能承受的最大數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。網(wǎng)卡工作在osi的最后兩層，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的

2、電與光信號、線路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。物理層的芯片稱之為PHY。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱之為MAC控制器。很多網(wǎng)卡的這兩個(gè)部分是做到一起的。他們之間的關(guān)系是pci總線接mac總線，mac接phy，phy接網(wǎng)線（當(dāng)然也不是直接接上的，還有一個(gè)變壓裝置）。二工作原理以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片一般簡稱之為MAC控制器，物理層的芯片我們簡稱之為PHY。許多網(wǎng)卡的芯片把MAC和PHY的功能做到了一顆芯片中，比如Intel8

3、2559網(wǎng)卡的和3COM3C905網(wǎng)卡。但是MAC和PHY的機(jī)制還是單獨(dú)存在的，只是外觀的表現(xiàn)形式是一顆單芯片。當(dāng)然也有很多網(wǎng)卡的MAC和PHY是分開做的，比如D-LINK的DFE-530TX等。1數(shù)據(jù)鏈路層MAC控制器首先我們來說說以太網(wǎng)卡的MAC芯片的功能。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層其實(shí)包含MAC（介質(zhì)訪問控制）子層和LLC（邏輯鏈路控制）子層。一塊以太網(wǎng)卡MAC芯片的作用不但要實(shí)現(xiàn)MAC子層和LLC子層的功能，還要提供符合規(guī)范的PCI界面以實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。MAC從PCI總線收到IP數(shù)據(jù)包（或者其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)包）后，將之拆分并重新打包成最大1518B

4、yte，最小64Byte的幀。這個(gè)幀里面包括了目標(biāo)MAC地址、自己的源MAC地址和數(shù)據(jù)包里面的協(xié)議類型（比如IP數(shù)據(jù)包的類型用80表示）。最后還有一個(gè)DWORD(4Byte)的CRC碼?？墒悄繕?biāo)的MAC地址是哪里來的呢？這牽扯到一個(gè)ARP協(xié)議（介乎于網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的一個(gè)協(xié)議）。第一次傳送某個(gè)目的IP地址的數(shù)據(jù)的時(shí)候，先會發(fā)出一個(gè)ARP包，其MAC的目標(biāo)地址是廣播地址，里面說到："誰是xxx.xxx.xxx.xxx這個(gè)IP地址的主人？"因?yàn)槭菑V播包，所有這個(gè)局域網(wǎng)的主機(jī)都收到了這個(gè)ARP請求。收到請求的主機(jī)將這個(gè)IP地址和自己的相比較，如果不相同就不予理

5、會，如果相同就發(fā)出ARP響應(yīng)包。這個(gè)IP地址的主機(jī)收到這個(gè)ARP請求包后回復(fù)的ARP響應(yīng)里說到："我是這個(gè)IP地址的主人"。這個(gè)包里面就包括了他的MAC地址。以后的給這個(gè)IP地址的幀的目標(biāo)MAC地址就被確定了。（其它的協(xié)議如IPX/SPX也有相應(yīng)的協(xié)議完成這些操作。）IP地址和MAC地址之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系保存在主機(jī)系統(tǒng)里面，叫做ARP表，由驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)完成。在Microsoft的系統(tǒng)里面可以用arp-a的命令查看ARP表。收到數(shù)據(jù)幀的時(shí)候也是一樣，做完CRC以后，如果沒有CRC效驗(yàn)錯誤，就把幀頭去掉，把數(shù)據(jù)包拿出來通過標(biāo)準(zhǔn)的借口傳遞給驅(qū)動和上層的協(xié)議客棧

6、，最終正確的達(dá)到我們的應(yīng)用程序。還有一些控制幀，例如流控幀也需要MAC直接識別并執(zhí)行相應(yīng)的行為。以太網(wǎng)MAC芯片的一端接計(jì)算機(jī)PCI總線，另外一端就接到PHY芯片上。以太網(wǎng)的物理層又包括MII/GMII（介質(zhì)獨(dú)立接口）子層、PCS（物理編碼子層）、PMA（物理介質(zhì)附加）子層、PMD（物理介質(zhì)相關(guān)）子層、MDI子層。而PHY芯片是實(shí)現(xiàn)物理層的重要功能器件之一，實(shí)現(xiàn)了前面物理層的所有的子層的功能。1物理層PHYPHY在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，收到MAC過來的數(shù)據(jù)（對PHY來說，沒有幀的概念，對它來說，都是數(shù)據(jù)而不管什么地址，數(shù)據(jù)還是CRC），每4bit就增加1bit的

7、檢錯碼，然后把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)，再按照物理層的編碼規(guī)則（10Based-T的NRZ編碼或100based-T的曼徹斯特編碼）把數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)槟M信號把數(shù)據(jù)送出去。（注：關(guān)于網(wǎng)線上數(shù)據(jù)是數(shù)字的還是模擬的比較不容易理解清楚。最后我再說）收數(shù)據(jù)時(shí)的流程反之。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PHY還有個(gè)重要的功能就是實(shí)現(xiàn)CSMA/CD的部分功能，它可以檢測到網(wǎng)絡(luò)上是否有數(shù)據(jù)在傳送。網(wǎng)卡首先偵聽介質(zhì)上是否有載波（載波由電壓指示），如果有，則認(rèn)為其他站點(diǎn)正在傳送信息，繼續(xù)偵聽介質(zhì)。一旦通信介質(zhì)在一定時(shí)間段內(nèi)（稱為幀間縫隙IFG=9.6微秒）是安靜的，即沒有被其他站點(diǎn)占用，則開始

8、進(jìn)行幀數(shù)據(jù)發(fā)送，同時(shí)繼續(xù)偵聽通信介質(zhì)，以檢測沖突。在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，