網(wǎng)卡工作原理圖
我們?nèi)粘J褂玫木W(wǎng)卡都是以太網(wǎng)網(wǎng)卡。目前網(wǎng)卡按其傳輸速度來分可分為10M網(wǎng)卡、10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡以及千兆(1000M)網(wǎng)卡。如果只是作為一般用途,如日常辦公等,比較適合使用10M網(wǎng)卡和10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡兩種。如果應(yīng)用于服務(wù)器等產(chǎn)品領(lǐng)域,就要選擇千兆級(jí)的網(wǎng)卡。
一、網(wǎng)卡的主要特點(diǎn)
網(wǎng)卡(Network Interface Card,簡稱NIC),也稱網(wǎng)絡(luò)適配器,是電腦與局域網(wǎng)相互連接的設(shè)備。無論是普通電腦還是高端服務(wù)器,只要連接到局域網(wǎng),就都需要安裝一塊網(wǎng)卡。如果有必要,一臺(tái)電腦也可以同時(shí)安裝兩塊或多塊網(wǎng)卡。
電腦之間在進(jìn)行相互通訊時(shí),數(shù)據(jù)不是以流而是以幀的方式進(jìn)行傳輸?shù)?。我們可以把幀看做是一種數(shù)據(jù)包,在數(shù)據(jù)包中不僅包含有數(shù)據(jù)信息,而且還包含有數(shù)據(jù)的發(fā)送地、接收地信息和數(shù)據(jù)的校驗(yàn)信息。一塊網(wǎng)卡包括OSI模型的兩個(gè)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電與光信號(hào)、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。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(cuò)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。
網(wǎng)卡的功能主要有兩個(gè):一是將電腦的數(shù)據(jù)封裝為幀,并通過網(wǎng)線(對無線網(wǎng)絡(luò)來說就是電磁波)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去;二是接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備傳過來的幀,并將幀重新組合成數(shù)據(jù),發(fā)送到所在的電腦中。網(wǎng)卡能接收所有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?hào),但正常情況下只接受發(fā)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(tǒng)CPU做進(jìn)一步處理。當(dāng)電腦發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),網(wǎng)卡等待合適的時(shí)間將分組插入到數(shù)據(jù)流中。接收系統(tǒng)通知電腦消息是否完整地到達(dá),如果出現(xiàn)問題,將要求對方重新發(fā)送。
二、圖解網(wǎng)卡
以最常見的PCI接口的網(wǎng)卡為例,一塊網(wǎng)卡主要由PCB線路板、主芯片、數(shù)據(jù)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(wǎng)卡的主控制芯片是網(wǎng)卡的核心元件,一塊網(wǎng)卡性能的好壞和功能的強(qiáng)弱多寡,主要就是看這塊芯片的質(zhì)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(qiáng)一些,它多提供了對PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支持,PCI Multi-function允許把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如硬件調(diào)制解調(diào)芯片)設(shè)計(jì)在同塊PCB板上協(xié)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(hào)還是PCI總線信號(hào)的作用;8139D還增強(qiáng)了電源管理功能?! ?BR> 如果按網(wǎng)卡主芯片的速度來劃分,常見的10/100M自適應(yīng)網(wǎng)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(yīng)網(wǎng)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。
圖4 VIA的VT6120千兆芯片
需要說明的是網(wǎng)卡芯片也有“軟硬”之分,特別是對與主板板載(LOM)的網(wǎng)卡芯片來說更是如此,這是怎么回事呢?大家知道,以太網(wǎng)接口可分為協(xié)議層和物理層。
協(xié)議層是由一個(gè)叫MAC(Media Access Layer,媒體訪問層)控制器的單一模塊實(shí)現(xiàn)。
物理層由兩部分組成,即PHY(Physical Layer,物理層)和傳輸器。
常見的網(wǎng)卡芯片都是把MAC和PHY集成在一個(gè)芯片中,但目前很多主板的南橋芯片已包含了以太網(wǎng)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(wǎng)的接入通道。這類PHY網(wǎng)絡(luò)芯片就是俗稱的“軟網(wǎng)卡芯片”,常見的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。
“軟網(wǎng)卡”一般將網(wǎng)絡(luò)控制芯片的運(yùn)算部分交由處理器或南橋芯片處理,以簡化線路設(shè)計(jì),從而降低成本,但其多少會(huì)更多占用系統(tǒng)資源.
●BOOTROM
BOOTROM插座也就是常說的無盤啟動(dòng)ROM接口,其是用來通過遠(yuǎn)程啟動(dòng)服務(wù)構(gòu)造無盤工作站的。遠(yuǎn)程啟動(dòng)服務(wù)(Remoteboot,通常也叫RPL)使通過使用服務(wù)器硬盤上的軟件來代替工作站硬盤引導(dǎo)一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)上的工作站成為可能。網(wǎng)卡上必須裝有一個(gè)RPL(Remote Program Load遠(yuǎn)程初始程序加載)ROM芯片才能實(shí)現(xiàn)無盤啟動(dòng),每一種RPL ROM芯片都是為一類特定的網(wǎng)絡(luò)接口卡而制作的,它們之間不能互換。帶有RPL的網(wǎng)絡(luò)接口卡發(fā)出引導(dǎo)記錄請求的廣播(broadcasts),服務(wù)器自動(dòng)的建立一個(gè)連接來響應(yīng)它,并加載MS-DOS啟動(dòng)文件到工作站的內(nèi)存中。
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(dāng)于網(wǎng)卡的BIOS,里面記錄了網(wǎng)卡芯片的供應(yīng)商ID、子系統(tǒng)供應(yīng)商ID、網(wǎng)卡的MAC地址、網(wǎng)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(dǎo)系統(tǒng)等內(nèi)容。主板板載網(wǎng)卡的EEPROM信息一般集成在主板BIOS中。
LED指示燈
一般來講,每塊網(wǎng)卡都具有1個(gè)以上的LED(Light Emitting Diode發(fā)光二極管)指示燈,用來表示網(wǎng)卡的不同工作狀態(tài),以方便我們查看網(wǎng)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(dòng)狀態(tài),F(xiàn)ull表示是否全雙工(Full Duplex),而Power是電源指示(主要用在USB或PCMCIA網(wǎng)卡上)等
●網(wǎng)絡(luò)喚醒接口
圖10 數(shù)據(jù)汞
數(shù)據(jù)汞是消費(fèi)級(jí)PCI網(wǎng)卡上都具備的設(shè)備,數(shù)據(jù)汞也被叫做網(wǎng)絡(luò)變壓器或可稱為網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器。它在一塊網(wǎng)卡上所起的作用主要有兩個(gè),一是傳輸數(shù)據(jù),它把PHY送出來的差分信號(hào)用差模耦合的線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號(hào),并且通過電磁場的轉(zhuǎn)換耦合到不同電平的連接網(wǎng)線的另外一端;一是隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平,以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸損壞設(shè)備。除此而外,數(shù)據(jù)汞還能對設(shè)備起到一定的防雷保護(hù)作用。
●晶振
例如某網(wǎng)卡的時(shí)鐘電路采用了高精度的SKO25MHz的晶振,較可靠保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_同步性,大大減少了丟包的可能性,并且在線路的設(shè)計(jì)上盡量靠近主芯片,使信號(hào)走線的長度大大縮短,可靠性進(jìn)一步增加。而如果采用劣質(zhì)晶振,這樣做雖然可以降低一點(diǎn)網(wǎng)卡成本,但因?yàn)轭l率的準(zhǔn)確性問題,極易造成傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟包的情況。
●網(wǎng)線接口
在桌面消費(fèi)級(jí)網(wǎng)卡中常見網(wǎng)卡接口有BNC接口和RJ-45接口(類似電話的接口),也有兩種接口均有的雙口網(wǎng)卡。接口的選擇與網(wǎng)絡(luò)布線形式有關(guān),在小型共享式局域網(wǎng)中,BNC口網(wǎng)卡通過同軸電纜直接與其它計(jì)算機(jī)和服務(wù)器相連;RJ-45口網(wǎng)卡通過雙絞線連接集線器(HUB)或交換機(jī),再通過集線器或交換機(jī)連接其它計(jì)算機(jī)和服務(wù)器。
目前BNC接口這種接口類型的網(wǎng)卡已很少見,主要因?yàn)橛眉?xì)同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)就比較少及組網(wǎng)方式問題較多有關(guān)。RJ-45是8芯線,而電話線的接口是4芯的,通常只接2芯線(ISDN的電話線接4芯線);但大家可以仔細(xì)看看,其實(shí)10M網(wǎng)卡的RJ-45插口也只用了1、2、3、6四根針,而100M或1000M網(wǎng)卡的則是八根針都是全的,這也是區(qū)別10M和100M網(wǎng)卡的一種方法(見上圖8)。
●傳輸介質(zhì)類型
說到網(wǎng)卡,就順便就談?wù)勁c網(wǎng)卡連接的雙絞線。
雙絞線,是由許多在一個(gè)絕緣外套中的對線組成的數(shù)據(jù)傳輸線,它的特點(diǎn)就是價(jià)格便宜,現(xiàn)在的網(wǎng)卡大部分都是使用的雙絞線做為傳輸線纜。雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接,兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭),連接網(wǎng)卡與集線器,最大網(wǎng)線長度為100米左右。
●總線接口
網(wǎng)卡要與電腦相連接才能正常使用,電腦上各種接口層出不窮,這也造成了網(wǎng)卡所采用的總線接口類型紛呈。此外,提到總線接口,需要說明的是人們一般將這類接口俗稱為“金手指”,為什么叫金手指呢?是因?yàn)檫@類插卡的線腳采用的是鍍鈦金(或其它金屬),保證了反復(fù)插拔時(shí)的可靠接觸,既增大了自身的抗干擾能力又減少了對其他設(shè)備的干擾。
為了方便您了解,下面我們就分別來圖解一下常見的各種接口類型的網(wǎng)卡。
?、買SA接口網(wǎng)卡
?、赑CI接口網(wǎng)卡
?、跴CI-X接口網(wǎng)卡
PCI-X是PCI總線的一種擴(kuò)展架構(gòu),它與PCI總線不同的是,PCI總線必須頻繁的于目標(biāo)設(shè)備和總線之間交換數(shù)據(jù),而PCI-X則允許目標(biāo)設(shè)備僅于單個(gè)PCI-X設(shè)備看已進(jìn)行交換,同時(shí),如果PCI-X設(shè)備沒有任何數(shù)據(jù)傳送,總線會(huì)自動(dòng)將PCI-X設(shè)備移除,以減少PCI設(shè)備間的等待周期。所以,在相同的頻率下,PCI-X將能提供比PCI高14-35%的性能。目前服務(wù)器網(wǎng)卡經(jīng)常采用此類接口的網(wǎng)卡。
?、躊CI-E接口網(wǎng)卡
⑤USB接口網(wǎng)卡
?、進(jìn)ini-PCI接口網(wǎng)卡
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