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一、认识网卡
网络接口卡，也称为网络适配器，是连接计算机和局域网的设备。不管是 无论是普通电脑还是高端服务器，只要连接到局域网，就需要安装网卡。如果需要，一台计算机也可以同时安装两个或更多的网卡。
网卡包括两层OSI模型，物理层和数据链路层：
1 quot物理层定义数据发送和接收所需的电信号和光信号、线路状态、时钟参考、数据编码和电路，并为数据链路层设备提供标准接口。
2.数据链路层向网络层提供寻址机制、数据帧构造、数据错误检查、传输控制和标准数据接口。
二：网卡组功能。
网卡有两个主要功能：
一种是将电脑的数据封装成帧，通过网线发送到网络；
第二种是从网络上的其他设备接收帧，将帧重组为数据，然后发送到您的计算机。
网卡可以接收网络上传输的所有信号，但正常情况下只接受发送到这台计算机的帧和广播帧，其余的都丢弃。然后，它被传输到系统CPU进行进一步处理。当计算机发送数据时，网卡等待适当的时间将数据包插入数据流。接收系统通知计算机消息是否完整到达，如果有问题，会要求对方重新发送。
三。网卡的组成及工作原理
图1网卡
以最常见的PCI接口的网卡为例：
网卡的组成：
主芯片：网卡的主控芯片是网卡的核心部件。网卡的好坏取决于它的性能和功能。如下图所示：
主芯片
BOOTROM插槽：BOOTROM socket又称无盘引导ROM接口，用于通过远程引导服务构建无盘工作站。如下图所示：
BOOTROM插槽
数据泵：第一个功能是传输数据；二是隔离不同网络设备之间通过网线连接的不同层次，对设备也能起到一定的防雷作用。如下图所示：
数据泵
晶体振荡器，即应时振荡器，提供参考频率，如下图所示：
晶体振荡器是应时振荡器。
LED指示灯：用于识别网卡的不同工作状态。比如Link/Act表示连接是活动的，Full表示是否全双工，Power表示电源。
网线接口：有BNC接口和RJ-45接口。目前主要使用8核RJ-45接口。
网络接口
总线接口：用于连接网卡和计算机。内置网卡需要通过俗称 quot金手指 quot。主要有ISA、PCI、PCMCIA、USB等常见的带有PCI总线接口的网卡。
四：网卡的工作原理
网卡作为计算机和网络电缆之间的物理接口或连接，负责将计算机中的数字信号转换为电信号或光信号。
网卡负责串行数据或并行数据之间的转换。数据在计算机总线中并行传输，但在网络的物理电缆中是串行比特流。
以太网卡中数据链路层的芯片一般被称为MAC控制器，物理层的芯片被称为PHY。网卡的很多芯片都是在一个芯片里有MAC和PHY的功能，比如Intel 82559网卡，3COM 3C905网卡。然而，MAC和PHY的机制仍然分开存在，但外观是一个单一的芯片。当然也有很多网卡的MAC和PHY是分开做的，比如D-LINK的DFE-530TX等。
1个数据链路层MAC控制器
首先，让 让我们来谈谈以太网卡MAC芯片的功能。以太网数据链路层实际上包括MAC子层和LLC子层。一个以太网卡MAC芯片的作用不仅是实现MAC子层和LLC子层的功能，还提供一个标准的PCI接口与主机交换数据。从PCI总线接收到IP包后，MAC将其拆分并重新打包成最大1518字节、最小64字节的帧。该帧包括目的MAC地址、自己的源MAC地址和数据包中的协议类型。最后，还有一个双字CRC码。但是目标的MAC地址是从哪里来的呢？这涉及到ARP协议。第一次传输一个目的IP地址的数据时，会先发送一个ARP包，它的MAC的目的地址是广播地址，上面写着 quot谁是IP地址XXX的所有者。XXX。XXX？因为它是一个广播数据包，所以这个局域网中的所有主机都收到了这个ARP请求。收到请求的主机将这个IP地址与自己的IP地址进行比较，如果不同就忽略它，如果相同就发送一个ARP响应包。收到这个ARP请求包后，这个IP地址的主机在ARP响应中回复： quot我是这个IP地址的所有者 quot。他的MAC地址包含在这个包里。将来，给定该IP地址的帧的目的地MAC地址被确定。ip地址和MAC地址的关系存储在主机系统中，称为ARP表，由驱动程序和操作系统共同完成。在微软 系统中，可以使用arp -a命令查看arp表。接收数据帧时也是如此。CRC结束后，如果没有CRC验证错误，去掉帧头，取出数据包，通过标准借口传给驱动和上层协议inn，最终正确到达我们的应用。还有一些控制帧，比如流量控制帧，需要MAC直接识别并执行相应的动作。以太网MAC芯片的一端连接到计算机PCI总线，另一端连接到PHY芯片。以太网的物理层包括MII/GMII子层、PCS、PMA子层、PMD子层和MDI子层。PHY芯片是实现物理层的重要功能器件之一，它实现了前一物理层所有子层的功能。
2物理层PHY
PHY发送数据的时候是从MAC接收数据的，每4比特增加1个4比特的检错码，然后将并行数据转换成串行流数据，再按照物理层的编码规则对数据进行编码数据收集的过程是相反的。在发送数据时，PHY的另一个重要功能是实现CSMA/CD的一些功能，可以检测网络上是否有数据在传输。首先网卡监听介质上是否有载波。如果有，则假定其它站正在传输信息，并继续监听介质。一旦通信介质在一定时间内是安静的，即没有被其他站占用，就开始帧数据传输，同时持续监视通信介质以检测冲突。在数据传输过程中，如果检测到冲突，立即停止传输，并发送 quot阻止 quot向媒体发送信号，通知其他站点发生了冲突，从而丢弃可能一直收到的损坏帧数据，并等待一个随机时间。再次发送前，请等待一段随机时间。如果多次重传后仍发生冲突，将放弃传输。接收时，网卡浏览介质上传输的每一帧，如果其长度小于64字节，则认为是碰撞碎片。如果收到的帧不是冲突碎片，并且目的地址是本地地址，则检查帧的完整性。如果帧长大于1518字节或CRC校验失败，则认为帧失真。经验证的帧被认为是有效的，网卡接收它进行本地处理。很多网友喜欢用网卡带强 quot加扰 quot接入互联网宽带时。正是因为不同的PHYS对碰撞后随机时间的计算有不同的设计方法，使得一些网卡 quot利用 quot。但是，网络加扰只是针对广播域内的网络，并不 对于点对点连接到本地设备没有意义。而且， quot抓住线 quot只是相对的，不会有质变。
3关于网络之间的冲突
现在交换机的普及使得交换网络普及，使得冲突域的网络少了很多，大大提高了网络的带宽。但是如果用HUB或者共享带宽上网，还是属于冲突域网络，会有冲突。交换机集线器和交换机集线器最大的区别在于，一个是构建点对点网络的局域网交换设备，一个是构建冲突域网络的局域网互联设备。我们的PHY还提供了与对等设备连接的重要功能，并通过LED灯显示其当前的连接状态和工作状态，让我们知道。当我们将网卡连接到网线时，PHY发出的脉冲信号会不断检测到对面有设备。他们通过标准的 quot语言 quot，相互协商并决定连接速度、双工模式、是否采用流量控制等。通常，协商的结果是双方设备支持的最大速度和最佳双工模式。这项技术被称为自动协商或NWAY，它们意味着一件事-自动协商。
4 PHY的输出部分
现在让 让我们理解PHY的后半部分 输出。CMOS芯片工作时，信号电平总是大于0V，但这样的信号送到100米以上的地方，DC分量会有很大的损耗。而且如果外网直接连接芯片，电磁感应和静电很容易造成芯片损坏。即设备的接地方式不同，电网环境不同，会导致双方0V电平不同，这样信号就会从A点传到B点，由于A点设备和B点的0V电平不同，会导致大电流从电位高的设备流向电位低的设备。怎么才能解决这个问题？这时变压器出现了。PHY发出的差分信号经过差模耦合线圈滤波增强信号，通过电磁场的转换耦合到连接网线的另一端。这样，网线和PHY之间没有物理连接，而是交换传输信号，信号中的DC成分被切断，数据可以在不同0V电平的设备中传输。隔离变压器本身的设计能承受2KV~3KV的电压。还起到防雷感应的作用。一些朋友 网络设备在雷雨天气容易被烧坏，大部分是PCB设计不合理造成的，设备的接口大部分被烧坏，而芯片烧坏的很少，也就是隔离变压器起到了保护作用。
5关于传输媒体
隔离变压器本身是一个无源元件，只把PHY信号耦合到网络线路上，不起到功率放大的作用。那么一个网卡信号的最长传输距离是谁决定的呢？网卡的最大传输距离和与对等设备的兼容性主要由PHY决定。但是PHY可以发送超过100米的信号，具有更高的输出功率，这更容易引起电磁干扰问题。这时候就需要一个合适的变压器与之配合。the boss公司Marvell的PHY，往往能传输180~200米的距离，远远超过100米的IEEE标准。RJ-45连接器实现网卡和网线的连接。里面有8片铜片，可以连接网线中的4对双绞线。在100M网络中，1和2发送数据，3和6接收数据。介于1和2之间
它是一对差分信号，也就是说，它们的波形相同，但相位差为180度，同一时刻的电压幅值为正负。这样的信号可以传输得更远，抗干扰能力强。同样，3和6也是差分信号。网线中的八根线每两根绞在一起形成一对。我们在做网线的时候，一定要注意把1和2做成一对，3和6做成一对。否则这种网线在长途使用时，会导致连接不上或者连接不稳定。新PHY现在支持AUTO MDI-X的功能。可以实现RJ-45接口1、2号发送信号线和3、6号接收信号线功能的自动交换。有些PHYS甚至支持一对导线中正负信号的自动交换。这样，我们就不会 不必担心我们需要使用直通网线还是交叉网线来连接设备。这项技术已经广泛应用于交换机和SOHO路由器。在1000Basd-T网络中，最常见的一种传输方式是使用网线中的全部四根双绞线，其中增加4根、5根、7根和8根，共同发送和接收数据。由于1000Based-T网络的规范中包含了AUTOMDI-X功能，所以无法严格确定它们的出网或收网关系，具体取决于双方的具体协商结果。
6 PHY和MAC之间如何通信
让 我们将继续关注PHY和MAC如何传输数据和相互通信。MAC和PHY通过IEEE定义的标准MII/gigamii接口连接。这个接口是由IEEE定义的。MII接口传输网络的所有数据和数据控制。而MAC通过SMI接口读写PHY寄存器来决定PHY的工作状态和控制PHY。PHY中的部分寄存器也是IEEE定义的，使得PHY将其当前状态反映到寄存器中，MAC通过SMI总线不断读取PHY的状态寄存器，了解PHY的当前状态，如连接速度、双工能力等。当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器来达到控制的目的，比如流量控制的开启和关闭，自协商模式或者强制模式等。我们可以看到，无论是MII接口和SMI总线的物理连接，还是PHY的状态寄存器和控制寄存器都是由IEEE规定的，因此不同公司的MAC可以与PHY和谐工作。当然，为了匹配不同公司的PHY的一些独特功能，需要对驱动程序进行相应的修改。
7网卡电源
最后是动力部分。现在大多数网卡使用3.3V或更低的电压。有些是双电压的。因此，需要电源转换电路。而且为了实现在线唤醒功能，网卡必须保证所有PHY和极小一部分MAC始终处于通电状态，这就需要一个将主板上的5V待机电压转换成PHY工作电压的电路。主机开机后，PHY的工作电压应该由5V转换的电压代替，以节省5V待机的消耗。。具有在线唤醒功能的网卡通常具有WOL接口。那 因为PCI2.1没有 以前没有唤醒主机的功能，所以需要一根线通过主板上的WOL接口连接到南桥来实现WOL功能。新主板网卡普遍支持PCI2.2/2.3，扩展了PME#信号功能，可以通过PCI总线实现唤醒功能，不需要那个接口。
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