網口掃盲一:網絡卡初步認識

網路介面卡又稱網絡卡或網路介面卡(NIC),英文名Network Interface Card.它是使計算機聯網的裝置.平常所說的網絡卡就是將PC機和LAN連線的網路介面卡.網絡卡(NIC) 插在計算機主機板插槽中,負責將使用者要傳遞的資料轉換為網路上其它裝置能夠識別的格式,通過網路介質傳輸.資料在計算機匯流排中傳輸是並行方式即資料是肩並肩傳輸的,而在網路的物理纜線中說資料以序列的位元流方式傳輸的,網絡卡承擔序列資料和並行資料間的轉換.網絡卡在傳送資料前要同接收網絡卡進行對話以確定最大可傳送資料的大小、傳送的資料量的大小、兩次傳送資料間的間隔、等待確認的時間、每個網絡卡在溢位前所能承受的最大資料量、資料傳輸的速度.

網絡卡的主要技術引數為頻寬,匯流排方式,電氣介面方式等.它的基本功能為:從並行到序列的資料轉換,包的裝配和拆裝,網路存取控制,資料快取和網路訊號.

網絡卡的主要工作原理:傳送資料時, 計算機把要傳輸的資料並行寫到網絡卡的快取,網絡卡對要傳輸的資料進編碼(10M乙太網使用曼切斯特碼,100M 乙太網使用差分曼切斯特碼), 序列發到傳輸介質上.接收資料時, 則相反.

1. 網絡卡的基本構造

以最常見的PCI 介面的網絡卡為例,一塊網絡卡主要由 PCB 線路板,主晶片,資料汞（？）,金手指(匯流排插槽介面) ,BOOTROM,EEPROM,晶振,RJ45介面,指示燈,固定片等等,以及一些二極體,電阻電容等組成.網絡卡包括硬體和韌體程式(只讀儲存器中的軟體例程),該韌體程式實現邏輯鏈路控制和媒體訪問控制的功能

,還記錄唯一的硬體地址即mac地址,網絡卡上一般有快取.網絡卡須分配中斷irq及基本i/o埠地址,同時還須設定基本記憶體地址(base memory address)和收發器(transceiver)

1. 網絡卡的控制晶片:網絡卡中最重要元件,是網絡卡的控制中心,有如電腦的cpu,控制著整個網絡卡的工作,負責資料的傳送和連線時的訊號偵測.早期的10/100Mbps的雙速網絡卡會採用兩個控制晶片(單元)分別用來控制兩個不同速率環境下的運算,而目前較先進的產品通常只有一個晶片控制兩種速度.

常見的 10/100/1000M bps自適應網絡卡晶片有 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.

2. 晶體震盪器:負責產生網絡卡所有晶片的運算時鐘,其原理就象主機板上的晶體震盪器一樣,通常網絡卡是使用20或25Mhz的晶體震盪器.千兆網絡卡使用62.5MHz或者125MHz晶振.
3. BOOT ROM插槽:如無特殊要求網絡卡中的這個插槽處在空置狀態.一般是和boot rom晶片搭配使用,其主要作用是引導電腦通過伺服器引導進入作業系統.boot rom就是啟動晶片,讓電腦可以在不具備硬碟,軟碟機和光碟機的情況下,直接通過伺服器開機,成為一個無硬碟無軟碟機的工作站.沒有軟碟機就無法將資料輸出,這樣也可以達到資料保密的功能.同時,還可以節省下購買這些電腦部件的費用.在使用boot rom時要注意自己使用何種網路作業系統,通常有boot rom for nt,boot rom for unix,boot rom for netware等,boot rom啟動晶片要自行購買.
4. EEPROM:從前的老式網絡卡都要靠設定跳線或是dip開關來設定irq,dma和i/o port等值,而現在的網絡卡則都使用軟體設定,幾乎看不見跳線的存在.各種網絡卡的狀態和網絡卡的資訊等資料都存在這顆小小的eeprom裡,通過它來自動設定.裡面記錄了網絡卡晶片的供應商ID,子系 統供應商ID,網絡卡的MAC地址,網絡卡的一些配置,如SMI總線上PHY的地址,BOOTROM的容量, 是否啟用BOOTROM引導系統等東西
5. 資料汞:這是消費級PCI 網絡卡上都具備的裝置,資料汞也被叫做網路變壓器或可稱為網路隔離變壓器.它在一塊網絡卡上所起的作用主要有兩個,一是傳輸資料,它把 PHY 送出來的差分訊號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強訊號,並且通過電磁場的轉換耦合到不同電平的連線網線的另外一端;一是隔離網線連線的不同網路裝置間的不同電平,以防止不同電壓通過網線傳輸損壞裝置.除此而外,資料汞還能對裝置起到一定的防雷保護作用.
6. rj-45和bnc接頭: rj-45是採用雙絞線作為傳輸媒介的一種網絡卡介面,在100mbps網中最常應用.bnc是採用細同軸電纜作為傳輸媒介.
7. 訊號指示燈:在網絡卡後方會有二到三個不等的訊號燈,其作用是顯示目前網路的連線狀態,通常具有tx和rx兩個資訊.tx代表正在送出資料,rx代表正在接收資料,若看到兩個燈同時亮則代表目前是處於全雙工的運作狀態,也可由此來辨別全雙工的網絡卡是否處於全雙工的網路環境中.也有部分低速網絡卡只用一個燈來表示訊號,通過不同的燈光變換來表示網路是否導通.
8. WOL:有些網絡卡會有WOL的功能, WOL網路開機的功能(wake on LAN).它可由另外一臺電腦,使用軟體製作特殊格式的資訊包傳送至一臺裝有具wol功能網絡卡的電腦,而該網絡卡接收到這些特殊格式的資訊包後,就會命令電腦開啟電源,目前已有越來越多的網絡卡支援網路開機的功能.

2. 網絡卡的分類

• 以傳輸速率可分為:

10Mbps網絡卡,100Mbps網絡卡,1000Mbps網絡卡,10GMbps網絡卡.目前常見的三種架構有10baset,100basetx與base2,前兩者是以rj-45雙絞線為傳輸媒介,傳輸速率分別為10Mbps和100Mbps.而雙絞線又分為category 1至category 5五種規格（超5標準）,分別有不同的用途以及頻寬,category通常簡稱cat,只要使用cat5規格的雙絞線皆可用於10/100mbps的網絡卡上.而10base2架構則是使用細同軸電纜作為傳輸媒介,傳輸速率只有10Mbps.這裡提到的10Mbps或100Mbps是指網絡卡上的最大傳送速率,而並不等於網路上實際的傳送速度,實際速度要考慮到傳送的距離,線路的品質,和網路上是否擁擠等因素,這裡所談的bps指的是每秒傳送的bit(1個byte=8個bit).而100Mbps則稱為高速乙太網卡(fast ethernet),多為PCI/PCI-E介面.當前市面上的pci網絡卡多具有10/100/1000Mbps自動切換的功能,會根據所在的網路連線環境來自動調節網路速度.1000 Mbps乙太網卡多用於交換機或交換機與伺服器之間的高速鏈路或backbone.

• 以介面型別可分為:

ISA介面網絡卡,PCI/ PCI-X/ PCI-E介面網絡卡,USB介面網絡卡和膝上型電腦專用的PCMCIA介面.現在的ISA介面的網絡卡均採用16bit的匯流排寬度,其特性是採用programmed i/o的模式傳送資料,傳送資料時必須通過cpu在i/o上開出一個小視窗,作為網絡卡與pc之間的溝通管道,需要佔用較高的cpu使用率,在傳送大量資料時效率較差. PCI介面的網絡卡則採用32bit的匯流排頻寬,採用bus master的資料傳送方式,傳送資料是由網絡卡上的控制晶片來控制,不必通過i/o埠和cpu,可大幅降低cpu的佔用率,目前產品多為10/100Mbps雙速自動偵測切換網絡卡.

• 以傳輸方式可分為:

半雙工網絡卡,全雙工網絡卡.半雙工網絡卡無法同一時間內完成接收與傳送資料的動作,如10base2使用細同軸電纜的網路架構就是半雙工網路,同一時間內只能進行傳送或接收資料的工作,效率較低.要使用全雙工的網路就必須要使用雙絞線作為傳輸線才能達到,並且也要搭配使用全雙工的集線器,要使用10base或100basetx的網路架構,網絡卡當然也要是全雙工的產品.

• 以傳輸介質可分為:

rj-45雙絞線的網絡卡與bnc的同軸電纜兩種,有的網絡卡同時具有兩種接頭,可適用於兩種網路線,但無法兩個接頭同時使用.另外還有光纖介面的網絡卡,通常頻寬在1000 Mbps.

• 其它網絡卡:

從網路傳輸的物理媒介上還有無線網絡卡,利用2.4GHz的無線電波來傳輸資料.目前ieee有兩種規範802.11和802.11b,最高傳輸速率分別為2Mbps和11Mbps,介面有PCI,USB和PCMCIA幾種. 

 

* 注：

100標識傳輸速率為100Mbit/s；  base標識採用基帶傳輸； T表示傳輸介質，2對5類UTP，當為F時，代表為光纖。X沒有單獨的意思，只表示速度更快的代號；   CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)基帶 衝突檢測的載波監聽多路訪問技術(載波監聽多點接入/碰撞檢測)。在傳統的共享乙太網中，所有的節點共享傳輸介質。如何保證傳輸介質有序、高效地為許多節點提供傳輸服務，就是乙太網的介質訪問控制協議要解決的問題。

BNC:( Bayonet Nut Connector) 一種RF端子同軸電纜

網路介面卡又稱網絡卡或網路介面卡(NIC),英文名Network Interface Card.它是使計算機聯網的裝置.平常所說的網絡卡就是將PC機和LAN連線的網路介面卡.網絡卡(NIC) 插在計算機主機板插槽中,負責將使用者要傳遞的資料轉換為網路上其它裝置能夠識別的格式,通過網路介質傳輸.資料在計算機匯流排中傳輸是並行方式即資料是肩並肩傳輸的,而在網路的物理纜線中說資料以序列的位元流方式傳輸的,網絡卡承擔序列資料和並行資料間的轉換.網絡卡在傳送資料前要同接收網絡卡進行對話以確定最大可傳送資料的大小、傳送的資料量的大小、兩次傳送資料間的間隔、等待確認的時間、每個網絡卡在溢位前所能承受的最大資料量、資料傳輸的速度.

網絡卡的主要技術引數為頻寬,匯流排方式,電氣介面方式等.它的基本功能為:從並行到序列的資料轉換,包的裝配和拆裝,網路存取控制,資料快取和網路訊號.

網絡卡的主要工作原理:傳送資料時, 計算機把要傳輸的資料並行寫到網絡卡的快取,網絡卡對要傳輸的資料進編碼(10M乙太網使用曼切斯特碼,100M 乙太網使用差分曼切斯特碼), 序列發到傳輸介質上.接收資料時, 則相反.

1. 網絡卡的基本構造

以最常見的PCI 介面的網絡卡為例,一塊網絡卡主要由 PCB 線路板,主晶片,資料汞（？）,金手指(匯流排插槽介面) ,BOOTROM,EEPROM,晶振,RJ45介面,指示燈,固定片等等,以及一些二極體,電阻電容等組成.網絡卡包括硬體和韌體程式(只讀儲存器中的軟體例程),該韌體程式實現邏輯鏈路控制和媒體訪問控制的功能,還記錄唯一的硬體地址即mac地址,網絡卡上一般有快取.網絡卡須分配中斷irq及基本i/o埠地址,同時還須設定基本記憶體地址(base memory address)和收發器(transceiver)

1. 網絡卡的控制晶片:網絡卡中最重要元件,是網絡卡的控制中心,有如電腦的cpu,控制著整個網絡卡的工作,負責資料的傳送和連線時的訊號偵測.早期的10/100Mbps的雙速網絡卡會採用兩個控制晶片(單元)分別用來控制兩個不同速率環境下的運算,而目前較先進的產品通常只有一個晶片控制兩種速度.

常見的 10/100/1000M bps自適應網絡卡晶片有 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.

2. 晶體震盪器:負責產生網絡卡所有晶片的運算時鐘,其原理就象主機板上的晶體震盪器一樣,通常網絡卡是使用20或25Mhz的晶體震盪器.千兆網絡卡使用62.5MHz或者125MHz晶振.
3. BOOT ROM插槽:如無特殊要求網絡卡中的這個插槽處在空置狀態.一般是和boot rom晶片搭配使用,其主要作用是引導電腦通過伺服器引導進入作業系統.boot rom就是啟動晶片,讓電腦可以在不具備硬碟,軟碟機和光碟機的情況下,直接通過伺服器開機,成為一個無硬碟無軟碟機的工作站.沒有軟碟機就無法將資料輸出,這樣也可以達到資料保密的功能.同時,還可以節省下購買這些電腦部件的費用.在使用boot rom時要注意自己使用何種網路作業系統,通常有boot rom for nt,boot rom for unix,boot rom for netware等,boot rom啟動晶片要自行購買.
4. EEPROM:從前的老式網絡卡都要靠設定跳線或是dip開關來設定irq,dma和i/o port等值,而現在的網絡卡則都使用軟體設定,幾乎看不見跳線的存在.各種網絡卡的狀態和網絡卡的資訊等資料都存在這顆小小的eeprom裡,通過它來自動設定.裡面記錄了網絡卡晶片的供應商ID,子系 統供應商ID,網絡卡的MAC地址,網絡卡的一些配置,如SMI總線上PHY的地址,BOOTROM的容量, 是否啟用BOOTROM引導系統等東西
5. 資料汞:這是消費級PCI 網絡卡上都具備的裝置,資料汞也被叫做網路變壓器或可稱為網路隔離變壓器.它在一塊網絡卡上所起的作用主要有兩個,一是傳輸資料,它把 PHY 送出來的差分訊號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強訊號,並且通過電磁場的轉換耦合到不同電平的連線網線的另外一端;一是隔離網線連線的不同網路裝置間的不同電平,以防止不同電壓通過網線傳輸損壞裝置.除此而外,資料汞還能對裝置起到一定的防雷保護作用.
6. rj-45和bnc接頭: rj-45是採用雙絞線作為傳輸媒介的一種網絡卡介面,在100mbps網中最常應用.bnc是採用細同軸電纜作為傳輸媒介.
7. 訊號指示燈:在網絡卡後方會有二到三個不等的訊號燈,其作用是顯示目前網路的連線狀態,通常具有tx和rx兩個資訊.tx代表正在送出資料,rx代表正在接收資料,若看到兩個燈同時亮則代表目前是處於全雙工的運作狀態,也可由此來辨別全雙工的網絡卡是否處於全雙工的網路環境中.也有部分低速網絡卡只用一個燈來表示訊號,通過不同的燈光變換來表示網路是否導通.
8. WOL:有些網絡卡會有WOL的功能, WOL網路開機的功能(wake on LAN).它可由另外一臺電腦,使用軟體製作特殊格式的資訊包傳送至一臺裝有具wol功能網絡卡的電腦,而該網絡卡接收到這些特殊格式的資訊包後,就會命令電腦開啟電源,目前已有越來越多的網絡卡支援網路開機的功能.

2. 網絡卡的分類

• 以傳輸速率可分為:

10Mbps網絡卡,100Mbps網絡卡,1000Mbps網絡卡,10GMbps網絡卡.目前常見的三種架構有10baset,100basetx與base2,前兩者是以rj-45雙絞線為傳輸媒介,傳輸速率分別為10Mbps和100Mbps.而雙絞線又分為category 1至category 5五種規格（超5標準）,分別有不同的用途以及頻寬,category通常簡稱cat,只要使用cat5規格的雙絞線皆可用於10/100mbps的網絡卡上.而10base2架構則是使用細同軸電纜作為傳輸媒介,傳輸速率只有10Mbps.這裡提到的10Mbps或100Mbps是指網絡卡上的最大傳送速率,而並不等於網路上實際的傳送速度,實際速度要考慮到傳送的距離,線路的品質,和網路上是否擁擠等因素,這裡所談的bps指的是每秒傳送的bit(1個byte=8個bit).而100Mbps則稱為高速乙太網卡(fast ethernet),多為PCI/PCI-E介面.當前市面上的pci網絡卡多具有10/100/1000Mbps自動切換的功能,會根據所在的網路連線環境來自動調節網路速度.1000 Mbps乙太網卡多用於交換機或交換機與伺服器之間的高速鏈路或backbone.

• 以介面型別可分為:

ISA介面網絡卡,PCI/ PCI-X/ PCI-E介面網絡卡,USB介面網絡卡和膝上型電腦專用的PCMCIA介面.現在的ISA介面的網絡卡均採用16bit的匯流排寬度,其特性是採用programmed i/o的模式傳送資料,傳送資料時必須通過cpu在i/o上開出一個小視窗,作為網絡卡與pc之間的溝通管道,需要佔用較高的cpu使用率,在傳送大量資料時效率較差. PCI介面的網絡卡則採用32bit的匯流排頻寬,採用bus master的資料傳送方式,傳送資料是由網絡卡上的控制晶片來控制,不必通過i/o埠和cpu,可大幅降低cpu的佔用率,目前產品多為10/100Mbps雙速自動偵測切換網絡卡.

• 以傳輸方式可分為:

半雙工網絡卡,全雙工網絡卡.半雙工網絡卡無法同一時間內完成接收與傳送資料的動作,如10base2使用細同軸電纜的網路架構就是半雙工網路,同一時間內只能進行傳送或接收資料的工作,效率較低.要使用全雙工的網路就必須要使用雙絞線作為傳輸線才能達到,並且也要搭配使用全雙工的集線器,要使用10base或100basetx的網路架構,網絡卡當然也要是全雙工的產品.

• 以傳輸介質可分為:

rj-45雙絞線的網絡卡與bnc的同軸電纜兩種,有的網絡卡同時具有兩種接頭,可適用於兩種網路線,但無法兩個接頭同時使用.另外還有光纖介面的網絡卡,通常頻寬在1000 Mbps.

• 其它網絡卡:

從網路傳輸的物理媒介上還有無線網絡卡,利用2.4GHz的無線電波來傳輸資料.目前ieee有兩種規範802.11和802.11b,最高傳輸速率分別為2Mbps和11Mbps,介面有PCI,USB和PCMCIA幾種. 

 

* 注：

100標識傳輸速率為100Mbit/s；  base標識採用基帶傳輸； T表示傳輸介質，2對5類UTP，當為F時，代表為光纖。X沒有單獨的意思，只表示速度更快的代號；   CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)基帶 衝突檢測的載波監聽多路訪問技術(載波監聽多點接入/碰撞檢測)。在傳統的共享乙太網中，所有的節點共享傳輸介質。如何保證傳輸介質有序、高效地為許多節點提供傳輸服務，就是乙太網的介質訪問控制協議要解決的問題。

BNC:( Bayonet Nut Connector) 一種RF端子同軸電纜