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網(wǎng)卡工作原理詳解 網(wǎng)卡的主要功能是什么( 二 )

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1 數(shù)據(jù)鏈路層MAC 控制器
首先我們來說說以太網(wǎng)卡的 MAC 芯片的功能 。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層其實包含MAC（介質(zhì)訪問控制）子層和LLC（邏輯鏈路控制）子層 。一塊以太網(wǎng)卡MAC 芯片的作用不但要實現(xiàn)MAC 子層和LLC 子層的功能，還要提供符合規(guī)范的PCI 界面以實現(xiàn)和主機的數(shù)據(jù)交換 。MAC 從PCI 總線收到IP 數(shù)據(jù)包（或者其他網(wǎng)絡層協(xié)議的數(shù)據(jù)包）后，將之拆分并重新打包成最大1518Byte，最小64Byte 的幀 。這個幀里面包括了目標MAC 地址、自己的源MAC 地址和數(shù)據(jù)包里面的協(xié)議類型（比如IP 數(shù)據(jù)包的類型用80 表示） 。最后還有一個DWORD(4Byte)的CRC 碼 ?？墒悄繕说?MAC 地址是哪里來的呢？這牽扯到一個ARP 協(xié)議（介乎于網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層的一個協(xié)議） 。第一次傳送某個目的IP 地址的數(shù)據(jù)的時候，先會發(fā)出一個ARP 包，其MAC 的目標地址是廣播地址，里面說到："誰是xxx.xxx.xxx.xxx 這個IP 地址的主人？"因為是廣播包，所有這個局域網(wǎng)的主機都收到了這個ARP 請求 。收到請求的主機將這個IP地址和自己的相比較，如果不相同就不予理會，如果相同就發(fā)出ARP 響應包 。這個IP 地址的主機收到這個ARP 請求包后回復的ARP 響應里說到："我是這個IP 地址的主人" 。這個包里面就包括了他的MAC 地址 。以后的給這個IP 地址的幀的目標MAC 地址就被確定了 。（其它的協(xié)議如IPX/SPX 也有相應的協(xié)議完成這些操作 。）IP 地址和MAC 地址之間的關聯(lián)關系保存在主機系統(tǒng)里面，叫做ARP 表，由驅(qū)動程序和操作系統(tǒng)完成 。在Microsoft 的系統(tǒng)里面可以用 arp -a 的命令查看ARP 表 。收到數(shù)據(jù)幀的時候也是一樣，做完CRC 以后，如果沒有CRC 效驗錯誤，就把幀頭去掉，把數(shù)據(jù)包拿出來通過標準的借口傳遞給驅(qū)動和上層的協(xié)議客棧，最終正確的達到我們的應用程序 。還有一些控制幀，例如流控幀也需要MAC 直接識別并執(zhí)行相應的行為 。以太網(wǎng)MAC芯片的一端接計算機PCI 總線，另外一端就接到PHY 芯片上 。以太網(wǎng)的物理層又包括MII/GMII（介質(zhì)獨立接口）子層、PCS（物理編碼子層）、PMA（物理介質(zhì)附加）子層、PMD（物理介質(zhì)相關）子層、MDI 子層 。而PHY 芯片是實現(xiàn)物理層的重要功能器件之一，實現(xiàn)了前面物理層的所有的子層的功能 。
2 物理層PHY
PHY 在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，收到MAC 過來的數(shù)據(jù)（對PHY 來說，沒有幀的概念，對它來說，都是數(shù)據(jù)而不管什么地址，數(shù)據(jù)還是CRC），每4bit 就增加1bit 的檢錯碼，然后把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)，再按照物理層的編碼規(guī)則（10Based-T 的NRZ 編碼或100based-T的曼徹斯特編碼）把數(shù)據(jù)編碼，再變?yōu)槟M信號把數(shù)據(jù)送出去 。（注：關于網(wǎng)線上數(shù)據(jù)是數(shù)字的還是模擬的比較不容易理解清楚 。最后我再說）收數(shù)據(jù)時的流程反之 。發(fā)送數(shù)據(jù)時，PHY 還有個重要的功能就是實現(xiàn)CSMA/CD 的部分功能，它可以檢測到網(wǎng)絡上是否有數(shù)據(jù)在傳送 。網(wǎng)卡首先偵聽介質(zhì)上是否有載波（載波由電壓指示），如果有，則認為其他站點正在傳送信息，繼續(xù)偵聽介質(zhì) 。一旦通信介質(zhì)在一定時間段內(nèi)（稱為幀間縫隙IFG= 9.6 微秒）是安靜的，即沒有被其他站點占用，則開始進行幀數(shù)據(jù)發(fā)送，同時繼續(xù)偵聽通信介質(zhì)，以檢測沖突 。在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，如果檢測到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質(zhì)發(fā)送一個“阻塞”信號，告知其他站點已經(jīng)發(fā)生沖突，從而丟棄那些可能一直在接收的受到損壞的幀數(shù)據(jù)，并等待一段隨機時間（CSMA/CD 確定等待時間的算法是二進制指數(shù)退避算法） 。在等待一段隨機時間后，再進行新的發(fā)送 。如果重傳多次后（大于16 次）仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā)送 。接收時，網(wǎng)卡瀏覽介質(zhì)上傳輸?shù)拿總€幀，如果其長度小于64 字節(jié)，則認為是沖突碎片 。如果接收到的幀不是沖突碎片且目的地址是本地地址，則對幀進行完整性校驗，如果幀長度大于1518 字節(jié)（稱為超長幀，可能由錯誤的LAN 驅(qū)動程序或干擾造成）或未能通過CRC校驗，則認為該幀發(fā)生了畸變 。通過校驗的幀被認為是有效的，網(wǎng)卡將它接收下來進行本地處理許多網(wǎng)友在接入 Internt 寬帶時，喜歡使用"搶線"強的網(wǎng)卡，就是因為不同的PHY 碰撞后計算隨機時間的方法設計上不同，使得有些網(wǎng)卡比較"占便宜" 。不過，搶線只對廣播域的網(wǎng)絡而言的，對于交換網(wǎng)絡和ADSL 這樣點到點連接到局端設備的接入方式?jīng)]什么意義 。而且"搶線"也只是相對而言的，不會有質(zhì)的變化 。

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