网卡芯片的构成

科学的发展-只不过是读大自然写的代码

已于 2024-12-02 08:45:58 修改

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分类专栏：设备树文章标签：网络

于 2024-12-01 15:41:44 首次发布

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1.概要

2.内容

网卡芯片是网卡的核心元件，其性能的好坏直接决定了网卡的性能。以下是网卡芯片构成的详细介绍：

一、主要部件

MAC（Media Access Control，媒体访问控制）
- MAC是数据链路层的芯片，负责数据的封装与解封装，即发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部形成以太网帧，接收时将以太网帧剥去首部和尾部送交上层。
- MAC地址是存在网卡EEPROM中的硬件地址，全球唯一。MAC地址由6个8位二进制组构成，范围从00:00:00:00:00:00到FF:FF:FF:FF:FF:FF，前三位（组）由IEEE管理分配给厂商，后三位由厂商分配给接口。
- MAC芯片由硬件控制器及通信协议构成，其地址具有唯一性，主要负责控制和连接物理层的物理介质。一般情况下，以太网MAC芯片的一端连接PCI总线，另一端通过MII接口连接PHY芯片。
PHY（Physical Layer，物理层）
- PHY是物理层的芯片，负责数据的传送与接收。它定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
- PHY是IEEE-802.3定义的一个标准模块，在发送数据和接收数据时可以遵循一定的规律。
- PHY是MAC的工具人，是CSMA/CD的执行部件。当发生冲突时，它告知MAC，由MAC做决策。PHY眼里只有数据没有帧概念，数据、地址、CRC都同等看待。它负责网络数据编码、解码、链路错误检测。
变压器
- 变压器的主要作用是提高传输距离、波形修复、电气隔离、抗干扰、防雷等。没有变压器两网卡之间也可以通信，只是这个距离会很短，距离越远衰减越大。加上变压器提高信号幅度，通信距离得以提高，同样远端传递的信号幅度太低，经过变压器后得以放大，实现波形修复功能。变压器使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用。
RJ45接口
- RJ45是布线系统中信息插座（即通信引出端）连接器的一种，连接器由插头（接头、水晶头）和插座（模块）组成，插头有8个凹槽和8个触点。RJ是Registered Jack的缩写，意思是“注册的插座”。在FCC（美国联邦通信委员会标准和规章）中RJ是描述公用电信网络的接口，计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。网线有8根4对双绞线，百兆以太网中只用到其中4根：1、2发送，3、6接收。

二、其他部件

EEPROM
- EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）通常用于存储网卡的MAC地址、网卡的一些配置等信息。虽然没有EEPROM网卡也能工作，MAC地址可以待CPU启动后由CPU写入，但EEPROM相当于网卡的BIOS，对于网卡的初始化和配置非常重要。
BOOTROM
- BOOTROM是无盘启动的ROM接口，通过远程启动服务构造无盘工作站。网卡上必须装有一个RPL（Remote Program Load远程初始程序加载）ROM芯片才能实现无盘启动。
晶振
- 晶振是处理器自同步的时钟源，负责产生网卡所有芯片的运算时钟。不同速度的网卡可能使用不同频率的晶振，如千兆网卡可能使用62.5MHz或者125MHz的晶振。
LED指示灯
- 网卡上至少有两个LED灯，分别表示Link（链路正常）和数据传输或数据速率选择（如10M/100M）。这些指示灯用于帮助用户识别网卡的工作状态。
金手指
- 金手指是网卡与主板或其他扩展插槽连接的接口，用于网卡与主板之间的通信。

综上所述，网卡芯片是一个复杂的系统，由多个部件共同构成，每个部件都发挥着重要的作用。这些部件协同工作，使得网卡能够实现数据的发送、接收和传输等功能。

3.关联知识

1.什么是CSMA/CD协议

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/collision detection）协议，即载波监听多路访问/碰撞检测协议，是一种用于共享介质局域网（如以太网）中的访问控制方法。以下是关于CSMA/CD协议的详细解析：

一、基本概念

定义：CSMA/CD协议是一种媒体访问控制方法，允许网络中的多个设备共享同一物理传输介质，通过载波侦听和碰撞检测机制来协调数据发送，避免数据冲突。
起源：CSMA/CD协议起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有更高的介质利用率。
应用：CSMA/CD协议广泛应用于以太网等局域网中，是实现多个设备之间数据通信的关键技术之一。

二、工作原理

CSMA/CD协议的工作原理可以概括为以下几个步骤：

载波侦听（Carrier Sense）：设备在发送数据之前，首先会侦听网络上的传输介质，判断当前是否有其他设备正在发送数据。如果介质空闲，则设备可以开始发送数据；如果介质忙碌，则设备需要等待。
发送数据（Send Data）：当设备检测到介质空闲后，它会开始发送数据。在发送数据的同时，设备会继续侦听介质上的信号，以确保没有其他设备在同一时间发送数据。
碰撞检测（Collision Detection）：如果在发送数据的过程中，设备检测到来自其他设备的数据冲突（即碰撞），它会立即停止发送数据，并发送一个特殊的信号来通知其他设备冲突的发生。
冲突处理（Collision Handling）：所有检测到冲突的设备都会停止发送数据，并等待一个随机的时间间隔后再次尝试发送。这个随机时间间隔的目的是防止所有设备同时重试发送数据，从而避免再次发生碰撞。