網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一

2019-11-04 20:29:57

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　　網絡中最基礎的部件是什么?不是交換機也不是路由器，而是小小的不起眼但又無處不在的網卡。假如在5年前，或許網卡與您無關，但在如今這網絡的時代，無論是上網沖浪還是聯網玩游戲，都離不開網卡，更何況，就算您不食人間煙火，多數主板上也會為您集成一塊板載網卡。所以，對于想邁入網絡之門的讀者而言，先熟悉網卡，會讓您在進行各種網絡應用時更得心應手。
　　
　　一、網卡的主要特點
　　
　　網卡(Network Interface Card，簡稱NIC)，也稱網絡適配器，是電腦與局域網相互連接的設備。無論是普通電腦還是高端服務器，只要連接到局域網，就都需要安裝一塊網卡。假如有必要，一臺電腦也可以同時安裝兩塊或多塊網卡。
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖一）

　　圖1 一塊10/100Mbps的PCI網卡
　　
　　電腦之間在進行相互通訊時，數據不是以流而是以幀的方式進行傳輸的。我們可以把幀看做是一種數據包，在數據包中不僅包含有數據信息，而且還包含有數據的發送地、接收地信息和數據的校驗信息。一塊網卡包括OSI模型的兩個層——物理層和數據鏈路層。物理層定義了數據傳送與接收所需要的電與光信號、線路狀態、時鐘基準、數據編碼和電路等，并向數據鏈路層設備提供標準接口。數據鏈路層則提供尋址機構、數據幀的構建、數據差錯檢查、傳送控制、向網絡層提供標準的數據接口等功能。
　　
　　網卡的功能主要有兩個:一是將電腦的數據封裝為幀，并通過網線(對無線網絡來說就是電磁波)將數據發送到網絡上去;二是接收網絡上其它設備傳過來的幀，并將幀重新組合成數據，發送到所在的電腦中。網卡能接收所有在網絡上傳輸的信號，但正常情況下只接受發送到該電腦的幀和廣播幀，將其余的幀丟棄。然后，傳送到系統CPU做進一步處理。當電腦發送數據時，網卡等待合適的時間將分組插入到數據流中。接收系統通知電腦消息是否完整地到達，假如出現問題，將要求對方重新發送。
　　
　　二、圖解網卡
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖二）

　　圖2 圖解PCI網卡
　　
　　以最常見的PCI接口的網卡為例，一塊網卡主要由PCB線路板、主芯片、數據汞、金手指(總線插槽接口)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45接口、指示燈、固定片等等，以及一些二極管、電阻電容等組成。下面我們就來分別了解一下其中主要部件。
　　
　　●主芯片
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖三）

　　圖3 最常見的8139D芯片
　　
　　網卡的主控制芯片是網卡的核心元件，一塊網卡性能的好壞和功能的強弱多寡，主要就是看這塊芯片的質量。以常見的Realtek公司推出的RTL8139C和RTL8139D為例，二者首先在封裝上略有不同，前者是128pin QFP/LQFP而后者為100pin，其次在搭配的EEPROM上，8139C比后者多出了對93c56的支持，而8139D是93C46。但是在功能方面，8139D更強一些，它多提供了對PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支持，PCI Multi-function答應把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如硬件調制解調芯片)設計在同塊PCB板上協同工作來做成不同種類的多功能卡，在其中8139起的作用是辨別LAN信號還是PCI總線信號的作用;8139D還增強了電源治理功能。
　　
　　假如按網卡主芯片的速度來劃分，常見的10/100M自適應網卡芯片有Realtek 8139系列/810X系列、VIA VT610*系列、Intel 82550PM/82559系列、Broadcom 44xx系列、3COM 3C920系列、Davicom DM9102、Mxic MX98715等等。
　　
　　常見的10/100/1000M自適應網卡芯片有Intel的8254*系列，Broadcom的BCM57**系列，Marvell的88E8001/88E8053/88E806*系列，Realtek的RTL8169S-32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、RTL8169SB、RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCI EXPress)、RTL8111(LOM、PCI Express)系列，VIA的VT612*系列等等。
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖四）

　　圖4 VIA的VT6120千兆芯片
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖五）

　　圖5 Marvell的88E8001千兆芯片
　　
　　需要說明的是網卡芯片也有“軟硬”之分，非凡是對與主板板載(LOM)的網卡芯片來說更是如此，這是怎么回事呢?大家知道，以太網接口可分為協議層和物理層。
　　
　　協議層是由一個叫MAC(Media access Layer，媒體訪問層)控制器的單一模塊實現。
　　
　　物理層由兩部分組成，即PHY(Physical Layer，物理層)和傳輸器。
　　
　　常見的網卡芯片都是把MAC和PHY集成在一個芯片中，但目前很多主板的南橋芯片已包含了以太網MAC控制功能，只是未提供物理層接口，因此，需外接PHY芯片以提供以太網的接入通道。這類PHY網絡芯片就是俗稱的“軟網卡芯片”，常見的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖六）

　　圖6 RTL8201BL PHY芯片
　　
　　“軟網卡”一般將網絡控制芯片的運算部分交由處理器或南橋芯片處理，以簡化線路設計，從而降低成本，但其多少會更多占用系統資源.
　　
　　●BOOTROM
　　
　　BOOTROM插座也就是常說的無盤啟動ROM接口，其是用來通過遠程啟動服務構造無盤工作站的。遠程啟動服務(Remoteboot，通常也叫RPL)使通過使用服務器硬盤上的軟件來代替工作站硬盤引導一臺網絡上的工作站成為可能。網卡上必須裝有一個RPL(Remote Program Load遠程初始程序加載)ROM芯片才能實現無盤啟動，每一種RPL ROM芯片都是為一類特定的網絡接口卡而制作的，它們之間不能互換。帶有RPL的網絡接口卡發出引導記錄請求的廣播(broadcasts)，服務器自動的建立一個連接來響應它，并加載MS-DOS啟動文件到工作站的內存中。
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖七）

　　圖7 BOOTROM插座及其中心的93C46 EEPROM芯片
　　
　　此外，在BOOTROM插槽中心一般還有一顆93C46、93LC46或93c56的EEPROM芯片(93C56是128*16bit的EEPROM，而93C46是64*16bit的EEPROM)，它相當于網卡的BIOS，里面記錄了網卡芯片的供給商ID、子系統供給商ID、網卡的MAC地址、網卡的一些配置，如總線上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否啟用BOOTROM引導系統等內容。主板板載網卡的EEPROM信息一般集成在主板BIOS中。
　　
　　●LED指示燈
　　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖八）

　　圖8
　　
　　一般來講，每塊網卡都具有1個以上的LED(Light Emitting Diode發光二極管)指示燈，用來表示網卡的不同工作狀態，以方便我們查看網卡是否工作正常。典型的LED指示燈有Link/Act、Full、Power等。Link/Act表示連接活動狀態，Full表示是否全雙工(Full Duplex)，而Power是電源指示(主要用在USB或PCMCIA網卡上)等。
　　
　　●網絡喚醒接口
　　網絡基礎必修課圖解網卡硬件篇一（圖九）

　　圖9 一些網卡上還依稀可見WOL的預留接口
　　
　　早期網卡上還有一個專門的3芯插座網絡喚醒(WOL)接口(PCI2.1標準網卡)，Wake On LAN(網絡喚醒)提供了遠程喚醒計算機的功能，它是IBM公司和Intel公司于1996年10月成立的先進治理性聯盟(Advanced Manageability Alliance)的一項成果，它可以讓治理員在非工作時間遠程喚醒計算機，并使它們自動完成一些治理服務，例如軟件的更新或者病毒掃描。它也是Wired for Management基本規范中的一部分。網絡喚醒的工作原理是先由一個治理軟件包發出一個基于Magic Packet標準的喚醒幀，支持網絡喚醒的網卡收到喚醒幀后對其進行分析并確定該幀是否包含本網卡的MAC地址。假如包含本網卡的MAC地址，該計算機系統就會自動進入開機狀態。
　　
　　目前主流的獨立網卡或主板板載網卡都符合PCI2.2及以上的規范，所以不再需要這個接口，要啟動網絡喚醒功能，只需到主板BIOS中啟用“Wake on PCI Card”功能即可。

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