网卡基础知识.ppt

网卡功能简述 网卡是工作在物理层的网路组件 是局域网中连接计算机和传输介质的接口 不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配 还涉及帧的发送与接收 帧的封装与拆封 介质访问控制 数据的编码与解码以及数据缓存的功能等 网卡功能详解 网卡上面装有处理器和存储器 包括RAM和ROM 网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的 而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I O总线以并行传输方式进行 因此 网卡的一个重要功能就是要进行串行 并行转换 由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同 因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片 在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中 这个驱动程序以后就会告诉网卡 应当从存储器的什么位置上将局域网传送过来的数据块存储下来 网卡还要能够实现以太网协议 网卡并不是独立的自治单元 因为网卡本身不带电源而是必须使用所插入的计算机的电源 并受该计算机的控制 因此网卡可看成为一个半自治的单元 当网卡收到一个有差错的帧时 它就将这个帧丢弃而不必通知它所插入的计算机 当网卡收到一个正确的帧时 它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层 当计算机要发送一个IP数据报时 它就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网 随着集成度的不断提高 网卡上的芯片的个数不断的减少 虽然现在个厂家生产的网卡种类繁多 但其功能大同小异 网卡的主要功能有以下五个 代表固定的网络地址在网络中传输数据 必须确定数据从哪台计算机来 到哪台计算机去 如何标识这些计算机呢 这就要靠网卡的物理地址来标识 数据从一台计算机传输到另外一台计算机时 也就是从一块网卡传输到另一块网卡 即从源网络地址传输到目的网络地址 以太网网卡的物理地址 EthernetAddress 是由十六进制数表示的 长度为6个字节的一组数字 IEEE802标准为每个网卡规定了一个6个字节48位的全局地址 它是站点的全球唯一的标识符 与其物理位置无关 MAC地址 物理地址 MAC地址的前3个字节 高24位 由IEEE统一分配给厂商 低24位由厂商分配给每一块网卡 所有厂商生产的所有网卡 物理地址绝对不会相同 网卡地址也是称为网卡的物理地址 可以认为就是该网卡所在站点的MAC地址 转换数据并将数据送到网线上网络上传输数据的方式与计算机内部处理数据的方式是不相同的 它必须遵从一定的数据格式 通信协议 当计算机将数据传输到网卡上时 网卡会将数据转换为网络设备可处理的字节 那样才能将数据送到网线上 网络上其它的计算机才能处理这些数据 接收数据并转换数据格式在网络中 网卡的工作是双重的 一方面它将本地计算机上的数据转换格式后送入网络 另一方面它负责接收网络上传过来的数据包 对数据进行与发送数据时相反的转换 将数据通过主板上的总线传输给本地计算机 3 数据的封装与解封发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部 成为以太网的帧 接收时将以太网的帧剥去首部和尾部 然后送交上一层 4 链路管理主要是CSMA CD CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection 带冲突检测的载波监听多路访问 协议的实现 5 编码与译码即曼彻斯特编码与译码 曼彻斯特编码 曼彻斯特编码 ManchesterEncoding 也叫做相位编码 PE 是一个同步时钟编码技术 被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据 曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中 曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别 因而防止时钟同步的丢失 或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误 在这个技术下 实际上的二进制数据被传输通过这个电缆 不是作为一个序列的逻辑1或0来发送的 相反地 这些位被转换为一个稍微不同的格式 它通过使用直接的二进制编码有很多的优点 一 网卡的分类 随着计算机网络技术的飞速发展 为了满足各种应用环境和应用层次的需求 出现了许多不同类型的网卡 网卡的划分标准也因此出现了多样化 下面我们就对目前市面上主流的网卡分类情况进行一下浏览 1 按总线接口类型分 按网卡的总线接口类型来分我们一般可分为早期的ISA接口网卡 PCI接口网卡 目前在服务器上PCI X总线接口类型的网卡也开始得到应用 笔记本电脑所使用的网卡是PCMCIA接口类型的 1 ISA总线网卡 ISA插槽是基于ISA总线 IndustrialStandardArchitecture 工业标准结构总线 的扩展插槽 其颜色一般为黑色 比PCI接口插槽要长些 位于主板的最下端 其工作频率为8MHz左右 为16位插槽 最大传输率16MB sec 可插接显卡 声卡 网卡以及所谓的多功能接口卡等扩展插卡 其缺点是CPU资源占用太高 数据传输带宽太小 是已经被淘汰的插槽接口 PCI和ISA的区别 如图1 2 PCI总线网卡 这种总线类型的网卡在当前的台式机上相当普遍 也是目前最主流的一种网卡接口类型 因为它的I O速度远比ISA总线型的网卡快 ISA最高仅为33MB s 而目前的PCI2 2标准32位的PCI接口数据传输速度最高可达133MB s 所以在这种总线技术出现后很快就替代了原来老式的ISA总线 它通过网卡所带的两个指示灯颜色初步判断网卡的工作状态 目前能在市面上买到的网卡基本上是这种总线类型的网卡 一般的PC机和服务器中也提供了好几个PCI总线插槽 基本上可以满足常见PCI适配器 包括显示卡 声卡等 不同的产品利用金手指的数量是不同的 安装 目前主流的PCI规范有PCI2 0 PCI2 1和PCI2 2三种 PC机上用的32位PCI网卡 三种接口规范的网卡外观基本上差不多 主板上的PCI插槽也一样 如图2 3 PCI X总线网卡 PCI X接口是并连的PCI总线 PeripheralComponentsInterconnect 的更新版本 仍采用传统的总线技术 不过有更多数量的接线针脚 同时 如前所述的所有的连接装置会共享所有可用的频宽 与原先PCI接口所不同的是 一改过去的32位 PCI X采用64位宽度来传送数据 所以频宽自动就倍增两倍 而扩充槽的长度当然就不可避免的加大了 除此之外 其余的包含传输通讯协议 讯号和标准的接头格式都一并兼容 好处是3 3伏特的32位PCI适配卡可以用在PCI X扩充槽上 当然如果你愿意 也可以将64位PCI X适配卡接在32位PCI扩充槽上 不过 频宽速度将会大减 如图4 但目前因受到Intel新总线标准PCI Express的排挤 是否能最终流行还是未知之数 因为由Intel提出 由PCI SIG PCI特殊兴趣组织 颁布的PCI Express无论在速度上 还是结构上都比PCI X总线要强许多 目前Intel的i875P芯片组已提供对PCI Express总线的支持 有专家分析预计将在明年底逐步普及这一新的总线接口 它将取代PCI和现行的AGP接口 最终实现内部总线接口的统一 4 PCMCIA总线网卡 这种总类型的网卡是笔记本电脑专用的 它受笔记本电脑的空间限制 体积远不可能像PCI接口网卡那么大 随着笔记本电脑的日益普及 这种总线类型的网卡目前在市面上较为常见 很容易找到 而且现在生产这种总线型的网卡的厂商也较原来多了许多 PCMCIA总线分为两类 一类为16位的PCMCIA 另一类为32位的CardBus CardBus是一种用于笔记本计算机的新的高性能PC卡总线接口标准 就像广泛地应用在台式计算机中的PCI总线一样 该总线标准与原来的PC卡标准相比 具有以下的优势 第一 32位数据传输和33MHz操作 CardBus快速以太网PC卡的最大吞吐量接近90Mbps 而16位快速以太网PC卡仅能达到20 30Mbps 第二 总线自主 使PC卡可以独立于主CPU 与计算机内存间直接交换数据 这样CPU就可以处理其它的任务 第三 3 3V供电 低功耗 提高了电池的寿命 降低了计算机内部的热扩散 增强了系统的可靠性 第四 后向兼容16位的PC卡 老式以太网和Modem设备的PC卡仍然可以插在CardBus插槽上使用 图5所示的是一款16位的PCMCIA网卡和一款32位的CardBus笔记本电脑网卡示意图 如图5 5 USB接口网卡 作为一种新型的总线技术 USB UniversalSerialBus 通用串行总线 已经被广泛应用于鼠标 键盘 打印机 扫描仪 Modem 音箱等各种设备 由于其传输速率远远大于传统的并行口和串行口 设备安装简单并且支持热插拔 USB设备一旦接入 就能够立即被计算机所承认 并装入任何所需要的驱动程序 而且不必重新启动系统就可立即投入使用 当不再需要某台设备时 可以随时将其拔除 并可再在该端口上插入另一台新的设备 然后 这台新的设备也同样能够立即得到确认并马上开始工作 所以越来越受到厂商和用户的喜爱 USB这种通用接口技术不仅在一些外置设备中得到广泛的应用 如Modem 打印机 数码相机等 在网卡中也不例外 图6所示为D LinkDSB 650TXUSB接口的网卡示意图 如图6 1 RJ 45接口网卡 这是最为常见的一种网卡 也是应用最广的一种接口类型网卡 这主要得益于双绞线以太网应用的普及 因为这种RJ 45接口类型的网卡就是应用于以双绞线为传输介质的以太网中 它的接口类似于常见的电话接口RJ 11 但RJ 45是8芯线 而电话线的接口是4芯的 通常只接2芯线 ISDN的电话线接4芯线 在网卡上还自带两个状态批示灯 通过这两个指示灯颜色可初步判断网卡的工作状态 如图7所示的是两款RJ 45接口的网卡示意图 如图7 图7所示的是台式机所用的PCI总线类型RJ 45以太网卡 笔记本专用的PCMCIA总线接口的网卡 因其结构限制 所以通常不直接提供RJ 45接口 而是通过一条转接线来提供的 如图8左图所示的是一款笔记本专用的PCMCIA双绞线以太网卡和转接线 不过也有一些PCMCIA笔记本专用网卡直接提供RJ 45以太网卡 如图8右图所示 如图8 2 BNC接口网卡 这种接口网卡对应用于用细同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网中 目前这种接口类型的网卡较少见 主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少 图9所示的是两款总线接口分别为ISA和PCI的BNC接口网卡 如图9 3 AUI接口网卡 这种接口类型的网卡对应用于以粗同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网中 这种接口类型的网卡目前更是很少见 因为用粗同轴电缆作为传输介质的网络更是少上加少 如图10 4 FDDI接口网卡 这种接口的网卡是适应于FDDI网络中 这种网络具有100Mbps的带宽 但它所使用的传输介质是光纤 所以这种FDDI接口网卡的接口也是光模接口的 随着快速以太网的出现 它的速度优越性已不复存在 但它须采用昂贵的光纤作为传输介质的缺点并没有改变 所以目前也非常少见 如图11 这种接口类型的网卡是应用于ATM光纤 或双绞线 网络中 它能提供物理的传输速度达155Mbps 图12分别是两款接口不一样 分别为MMF SC光接口或RJ45电接口 的ATM网卡产品示意图 如图12 3 按带宽划分 随着网络技术的发展 网络带宽也在不断提高 但是不同带宽的网卡所应用的环境也有所不同 当然价格也完全不一样了 为此我们有必要对网卡的带宽作进一步了解 目前主流的网卡主要有10Mbps网卡 100Mbps以太网卡 10Mbps 100Mbps自适应网卡 1000Mbps千兆以太网卡四种 1 10Mbps网卡 10Mbps网卡主要是比较老式 低档的网卡 它的带宽限制在10Mbps 这在当时的ISA总线类型的网卡中较为常见 目前PCI总线接口类型的网卡中也有一些是10Mbps网卡 不过目前这种网卡已不是主流 这类事宽的网卡仅适应于一些小型局域网或家庭需求 中型以上网络一般不选用 但它的价格比较便宜 一般仅几十元 2 100Mbps网卡 100Mbps网卡在目前来说是一种技术比较先进的网卡 它的传输I O带宽可达到100Mbps 这种网卡一般用于骨干网络中 目前这种带宽的网卡在市面上已逐渐得到普及 但它的价格稍贵 一些名牌的此带宽网卡一般都要几百元以上 注意一些杂牌的100Mbps网卡不能向下兼容10Mbps网络 3 10Mbps 100Mbps网卡 这是一种10Mbps和100Mbps两种带宽自适应的网卡 也是目前应用最为普及的一种网卡类型 最主要因为它能自动适应两种不同带宽的网络需求 保护了用户的网络投资 它既可以与老式的10Mbps网络设备相连 又可应用于较新的100Mbps网络设备连接 所以得到了用户普遍的认同 这种带宽的网卡会自动根据所用环境选择适当的带宽 如与老式的10Mbps旧设备