答案：网卡上班在物理层和数据链路层的MAC子层。
解密网络传输工程师带你深化意识网卡
一、什么是网卡？
网卡如今曾经上成为了目前电脑里的规范性能之一。小小的网卡，终究蕴涵着多少秘密呢？让咱们一同来看。
咱们最罕用的网络设施当属网卡了。网卡自身是LAN（局域网）的设施，经过网关、路由器等设施就可以把这个局域网挂接到Internet上。而Internet自身就是有数个这样的局域网组成的。
网卡有许多种，依照数据链路层控制来分有以太网卡，令牌环网卡，ATM网卡等；依照物理层来分类有无线网卡，RJ-45网卡，同轴电缆网卡，光线网卡等等。它们的数据链路控制、寻址、帧结构等不同；物理上的衔接方式不同、数据的编码、信号传输的介质、电对等不同。以下关键引见咱们最罕用到的以太网网卡。
以太网驳回的CSMA/CD（载波侦听多路访问/抵触检测）的控制技术。他关键定义了物理层和数据链路层的上班方式。数据链路层和物理层各自成功自己的性能，相互之间不关心对方如何操作。二者之间有规范的接口(例如MII，GMII等)来传递数据和控制。
以太网卡的物理层可以蕴含很多种技术，经常出现的有RJ45，光纤，无线等，它们的区别在于传送信号的物理介质和媒质不同。这些都在IEEE的802协定族中有详细的定义。
这次咱们关键探讨的RJ45的网卡属于IEEE802.3定义的范畴。
二、网卡的组成
1．网卡的基本结构
一块以太网网卡包括OSI（开方系统互联）模型的两个层。物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接纳所须要的电与光信号、线路形态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设施提供规范接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据过错审核、传送控制、向网络层提供规范的数据接口等性能。
以太网卡中数据链路层的芯片普通简称之为MAC控制器，物理层的芯片咱们简称之为PHY。许多网卡的芯片把MAC和PHY的性能做到了一颗芯片中，比如Intel82559网卡的和3COM3C905网卡。但是MAC和PHY的机制还是独自存在的，只是外观的体现方式是一颗单芯片。当然也有很多网卡的MAC和PHY是离开做的，比如D-LINK的DFE-530TX等。
2．什么是MAC?
首先咱们来说说以太网卡的MAC芯片的性能。以太网数据链路层其实蕴含MAC（介质访问控制）子层和LLC（逻辑链路控制）子层。一块以太网卡MAC芯片的作用岂但要成功MAC子层和LLC子层的性能，还要提供合乎规范的PCI界面以成功和服务器的数据替换。
MAC从PCI总线收到IP数据包（或许其余网络层协定的数据包）后，将之拆分并从新打包成最大1518Byte，最小64Byte的帧。这个帧外面包括了指标MAC地址、自己的源MAC地址和数据包外面的协定类型（比如IP数据包的类型用80示意）。最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC码。
可是指标的MAC地址是哪里来的呢？这牵扯到一个ARP协定（介乎于网络层和数据链路层的一个协定）。第一次性传送某个目的IP地址的数据的时刻，先会收回一个ARP包，其MAC的指标地址是广播地址，外面说到："谁是xxx.xxx.xxx.xxx这个IP地址的客人？"由于是广播包，一切这个局域网的服务器都收到了这个ARP恳求。收到恳求的服务器将这个IP地址和自己的相比拟，假设不相反就不予理会，假设相反就收回ARP照应包。这个IP地址的服务器收到这个ARP恳求包后回复的ARP照应里说到："我是这个IP地址的客人"。这个包外面就包括了他的MAC地址。以后的给这个IP地址的帧的指标MAC地址就被确定了。（其它的协定如IPX/SPX也有相应的协定成功这些操作。）
IP地址和MAC地址之间的关联相关保留在服务器系统外面，叫做ARP表，由驱动程序和操作系统成功。在Microsoft的系统外面可以用arp-a的命令检查ARP表。收到数据帧的时刻也是一样，做完CRC以后，假设没有CRC效验失误，就把帧头去掉，把数据包拿进去经过规范的借口传递给驱动和下层的协定客栈，最终正确的到达咱们的运行程序。
还有一些控制帧，例如流控帧也须要MAC间接识别并口头相应的行为。
以太网MAC芯片的一端接计算机PCI总线，另外一端就接到PHY芯片上。以太网的物理层又包括MII/GMII（介质独立接口）子层、PCS（物理编码子层）、PMA（物理介质附加）子层、PMD（物理介质相关）子层、MDI子层。而PHY芯片是成功物理层的关键性能器件之一，成功了前面物理层的一切的子层的性能。
3．网络传输的流程
PHY在发送数据的时刻，收到MAC上来的数据（对PHY来说，没有帧的概念，对它来说，都是数据而不论什么地址，数据还是CRC），每4bit就参与1bit的检错码，而后把并行数据转化为串行流数据，再依照物理层的编码规则（10Based-T的NRZ编码或100based-T的曼彻斯特编码）把数据编码，再变为模拟信号把数据送进来。（注：关于网线上数据是数字的还是模拟的比拟不容易了解分明。最后我再说）
收数据时的流程反之。
PHY还有个关键的性能就是成功CSMA/CD的局部性能。它可以检测到网络上能否有数据在传送，假设有数据在传送中就期待，一旦检测到网络闲暇，再期待一个随机期间后将送数据进来。假设两块网卡碰巧同时送出了数据，那样必将形成抵触，这时刻，抵触检测机构可以检测到抵触，而后各期待一个随机的期间从新发送数据。
这个随机期间很有考究的，并不是一个常数，在不同的时辰计算进去的随机期间都是不同的，而且有多重算法来接待发生概率很低的同两台服务器之间的第二次抵触。
许多网友在接入Internt宽带时，青睐经常使用"抢线"强的网卡，就是由于不同的PHY碰撞后计算随机期间的方法设计上不同，使得有些网卡比拟"占廉价"。不过，抢线只对广播域的网络而言的，关于替换网络和ADSL这样点到点衔接到局端设施的接入方式没什么意义。而且"抢线"也只是相对而言的，不会有质的变动。
4．关于网络间的抵触
如今替换机的遍及使得替换网络的遍及，使得抵触域网络少了很多，极大地提高了网络的带宽。但是假设用HUB，或许共享带宽接入Internet的时刻还是属于抵触域网络，有抵触碰撞的。替换机和HUB最大的区别就是：一个是构建点到点网络的局域网替换设施，一个是构建抵触域网络的局域网互连设施。
咱们的PHY还提供了和对端设施衔接的关键性能并经过LED灯显示出自己目前的衔接的形态和上班形态让咱们知道。当咱们给网卡接入网线的时刻，PHY一直收回的脉冲信号检测到对端有设施，它们经过规范的"言语"交流，相互协商并却定衔接速度、双工形式、能否驳回流控等。
理论状况下，协商的结果是两个设施中能同时支持的最大速度和最好的双工形式。这个技术被称为AutoNegotiation或许NWAY，它们是一个意思--智能协商。
5.PHY的输入局部
如今来了解PHY的输入前面局部。一颗CMOS制程的芯片上班的时刻发生的信号电平总是大于0V的（这取决于芯片的制程和设计需求），但是这样的信号送到100米甚至更长的中央会有很大的直流重量的损失。而且假设外部网现间接和芯片相连的话，电磁感应（打雷）和静电，很容易形成芯片的损坏。
再就是设施接中央法不同，电网环境不同会造成双方的0V电平不分歧，这样信号从A传到B，由于A设施的0V电温和B点的0V电平不一样，这样会造成很大的电流从电势高的设施流向电势低的设施。咱们如何处置这个疑问呢？
这时就发生了Transformer（隔离变压器）这个器件。它把PHY送进去的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且经过电磁场的转换耦合到衔接网线的另外一端。这样岂但使网线和PHY之间没有物理上的衔接而换传递了信号，隔断了信号中的直流重量，还可以在不同0V电平的设施中传送数据。
隔离变压器自身就是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷感应（我团体以为这里用防雷击不适合）包全的作用。有些好友的网络设施在雷雨天气时容易被烧坏，大都是PCB设计不正当形成的，而且大都烧毁了设施的接口，很少有芯片被烧毁的，就是隔离变压器起到了包全作用。
6.关于传输介质
隔离变压器自身是个主动元件，只是把PHY的信号耦合了到网线上，并没有起到功率加大的作用。那么一张网卡信号的传输的最长距离是谁选择的呢？
一张网卡的传输最大距离和与对端设施衔接的兼容性关键是PHY选择的。但是可以将信号送的超越100米的PHY其输入的功率也比拟大，更容易发生EMI的疑问。这时刻就须要适合的Transformer与之配合。作PHY的老大公司Marvell的PHY，经常可以传送180~200米的距离，远远超越IEEE的100米的规范。
RJ-45的接头成功了网卡和网线的衔接。它外面有8个铜片可以和网线中的4对双绞（8根）线对应衔接。其中100M的网络中1、2是传送数据的，3、6是接纳数据的。1、2之间是一对差分信号，也就是说它们的波形一样，但是相位相差180度，同一时辰的电压幅度互为正负。这样的信号可以传递的更远，抗搅扰才干强。雷同的，3、6也一样是差分信号。
网线中的8根线，每两根扭在一同成为一对。咱们制造网线的时刻，必定要留意要让1、2在其中的一对，3、6在一对。否则长距离状况下经常使用这根网线的时刻会造成无法衔接或衔接很不稳固。
如今新的PHY支持AUTOMDI-X性能(也须要Transformer支持)。它可以成功RJ-45接口的1、2上的传送信号线和3、6上的接纳信号线的性能智能相互替换。有的PHY甚至支持一对线中的正信号和负信号的性能智能替换。这样咱们就不用为了究竟衔接某个设施须要经常使用直通网线还是交叉网线而费神了。这项技术曾经被宽泛的运行在替换机和SOHO路由器上。
在1000Basd-T网络中，其中最普遍的一种传输方式是经常使用网线中一切的4对双绞线，其中参与了4、5和7、8来独特传送接纳数据。由于1000Based-T网络的规范蕴含了AUTOMDI-X性能，因此不能严厉确定它们的传出或接纳的相关，要看双方的详细的协商结果。
7．PHY和MAC之间如何启动沟通
上方继续让咱们来关心一下PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的。经过IEEE定义的规范的MII/GigaMII（MediaIndependedInterfade，介质独立界面）界面衔接MAC和PHY。这个界面是IEEE定义的。MII界面传递了网络的一切数据和数据的控制。
而MAC对PHY的上班形态确实定和对PHY的控制则是经常使用SMI（SerialManagementInterface）界面经过读写PHY的寄存器来成功的。PHY外面的局部寄存器也是IEEE定义的，这样PHY把自己的目前的形态反映到寄存器外面，MAC经过SMI总线一直的读取PHY的形态寄存器以得悉目前PHY的形态，例如衔接速度，双工的才干等。当然也可以经过SMI设置PHY的寄存器到达控制的目的，例如流控的关上封锁，自协商形式还是强迫形式等。
咱们看到了，不论是物理衔接的MII界面和SMI总线还是PHY的形态寄存器和控制寄存器都是有IEEE的规范的，因此不同公司的MAC和PHY一样可以协调上班。当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些性能，驱动须要做相应的修正。
一片网卡关键性能的成功就基本上是上方这些器件了。
其余的，还有一颗EEPROM芯片，理论是一颗93C46。外面记载了网卡芯片的供应商ID、子系统供应商ID、网卡的MAC地址、网卡的一些性能，如SMI总线上PHY的地址，BOOTROM的容量，能否启用BOOTROM疏导系统等物品。
很多网卡上还有BOOTROM这个物品。它是用于无盘上班站疏导操作系统的。既然无盘，一些疏导用必需用到的程序和协定栈就放到外面了，例如RPL、PXE等。实践上它就是一个规范的PCIROM。所以才会有一些硬盘写包全卡可以经过烧写网卡的BootRom来成功。其实PCI设施的ROM是可以放到主板BIOS外面的。启动电脑的时刻一样可以检测到这个ROM并且正确识别它是什么设施的。AGP在性能上和PCI很多中央一样，所以很多显卡的BIOS也可以放到主板BIOS外面。这就是为什么板载的网卡咱们素来没有看到过BOOTROM的要素。
8．网卡的供电
最后就是电源局部了。大少数网卡如今都经常使用3.3V或更低的电压。有的是双电压的。因此须要电源转换电路。
而且网卡为了成功Wakeonline性能，必定保障所有的PHY和MAC的极少一局部一直处于有电的形态，这须要把主板上的5VStandby电压转换为PHY上班电压的电路。在服务器开机后，PHY的上班电压应该被从5V转进去的电压代替以节俭5VStandby的消耗。（许多劣质网卡没有这么做）。
有Wakeonline性能的网卡普通还有一个WOL的接口。那是由于PCI2.1以前没有PCI设施唤醒服务器的性能，所以须要着一根线经过主板上的WOL的接口连到南桥外面以成功WOL的性能。
新的主板合网卡普通支持PCI2.2/2.3，裁减了PME#信号性能，不须要那个接口而经过PCI总线就可以成功唤醒性能。
结语
一块以太网卡就是这些局部组成。它们严密地配兼并且相互协调，供应咱们一个稳固而通知的网络接入。网络的遍及岂但极大地参与了上班效率，而且使咱们可以自在的驰骋在Internet的陆地中！
注解：
网线上的究竟是模拟信号还是数字信号呢？
答案是模拟信号。由于它传出和接纳是驳回的模拟的技术。只管它传送的信息是数字的，并不是传送的信息是数字的，信号就可以叫做数字信号。
便捷的例子：咱们知道电话是模拟信号，但是当咱们拨号上网的时刻，电话线里传送的是数字信息，但信号自身照旧是模拟的。但是ADSL雷同是经过电话线传送的，却是数字信号。这取决于它传出和接受驳回的技术。
须要说明的是网卡芯片也有软硬之分，特意是对与主板板载(LOM)的网卡芯片来说更是如此，这是怎样回事呢?大家知道，以太网接口可分为协定层和物理层。协定层是由一个叫MAC(MediaAccessLayer，媒体访问层)控制器的繁多模块成功。
物理层由两局部组成，即PHY(PhysicalLayer，物理层)和传输器。经常出现的网卡芯片都是把MAC和PHY集成在一个芯片中，但目前很多主板的南桥芯片已蕴含了以太网MAC控制性能，只是未提供物理层接口，因此，需外接PHY芯片以提供以太网的接入通道。这类PHY网络芯片就是俗称的软网卡芯片，经常出现的PHY性能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。软网卡普通将网络控制芯片的运算局部交由处置器或南桥芯片处置，以简化线路设计，从而降落老本，但其多少会更多占用系统资源。
（作者简介：Ase，VIA网络研发工程师，VNTvianetworkingtechnologiesAE/FAE。介入过100m/1000m网卡，usb2.0卡，1394卡，pcmcia的usb和1394卡，主板，带治理替换机，显卡等的设计上班。）
