網(wǎng)卡的組成工作原理之一--MAC+PHY

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                                                1。認(rèn)識(shí)網(wǎng)卡，我們上網(wǎng)必備組件之一。
   
網(wǎng)卡工作在osi的最后兩層，物理層（PHY）和數(shù)據(jù)鏈路層（MAC，即MAC實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層），物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號(hào)、
線(xiàn)路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路
層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。物理層的芯片稱(chēng)之為PHY。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯(cuò)檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。
以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱(chēng)之為MAC控制器。很多網(wǎng)卡的這兩個(gè)部分是做到一起的。他們之間的關(guān)系是pci總線(xiàn)接mac總線(xiàn)，mac接phy，phy接
網(wǎng)線(xiàn)（當(dāng)然也不是直接接上的，還有一個(gè)變壓裝置）。
下面繼續(xù)讓我們來(lái)關(guān)心一下PHY和MAC之間是如何傳送數(shù)據(jù)和相互溝通的。通過(guò)IEEE定義的標(biāo)準(zhǔn)的MII/GigaMII(Media
Independed
Interfade，介質(zhì)獨(dú)立界面)界面連接MAC和PHY。這個(gè)界面是IEEE定義的。MII界面?zhèn)鬟f了網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的控制。
而MAC對(duì)PHY的工作狀態(tài)的確定和對(duì)PHY的控制則是使用SMI(Serial Management
Interface)界面通過(guò)讀寫(xiě)PHY的寄存器來(lái)完成的。PHY里面的部分寄存器也是IEEE定義的，這樣PHY把自己的目前的狀態(tài)反映到寄存器里面，
MAC通過(guò)SMI總線(xiàn)不斷的讀取PHY的狀態(tài)寄存器以得知目前PHY的狀態(tài)，例如連接速度，雙工的能力等。當(dāng)然也可以通過(guò)SMI設(shè)置PHY的寄存器達(dá)到控
制的目的，例如流控的打開(kāi)關(guān)閉，自協(xié)商模式還是強(qiáng)制模式等。
我們看到了，不論是物理連接的MII界面和SMI總線(xiàn)還是PHY的狀態(tài)寄存器和控制寄存器都是有IEEE的規(guī)范的，因此不同公司的MAC和PHY一樣可以協(xié)調(diào)工作。當(dāng)然為了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能，驅(qū)動(dòng)需要做相應(yīng)的修改。
一片網(wǎng)卡主要功能的實(shí)現(xiàn)就基本上是上面這些器件了。
其他的，還有一顆EEPROM芯片，通常是一顆93C46。里面記錄了網(wǎng)卡芯片的供應(yīng)商ID、子系統(tǒng)供應(yīng)商ID、網(wǎng)卡的MAC地址、網(wǎng)卡的一些配置，如SMI總線(xiàn)上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否啟用BOOTROM引導(dǎo)系統(tǒng)等東西。
很多網(wǎng)卡上還有BOOTROM這個(gè)東西。它是用于無(wú)盤(pán)工作站引導(dǎo)操作系統(tǒng)的。既然無(wú)盤(pán)，一些引導(dǎo)用必需用到的程序和協(xié)議棧就放到里面了，例如RPL、
PXE等。實(shí)際上它就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI
ROM。所以才會(huì)有一些硬盤(pán)寫(xiě)保護(hù)卡可以通過(guò)燒寫(xiě)網(wǎng)卡的BootRom來(lái)實(shí)現(xiàn)。其實(shí)PCI設(shè)備的ROM是可以放到主板BIOS里面的。啟動(dòng)電腦的時(shí)候一樣
可以檢測(cè)到這個(gè)ROM并且正確識(shí)別它是什么設(shè)備的。AGP在配置上和PCI很多地方一樣，所以很多顯卡的BIOS也可以放到主板BIOS里面。這就是為什
么板載的網(wǎng)卡我們從來(lái)沒(méi)有看到過(guò)BOOTROM的原因。
2。工作過(guò)程，
PHY在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，收到MAC過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)(對(duì)PHY來(lái)說(shuō)，沒(méi)有幀的概念，對(duì)它來(lái)說(shuō)，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(cuò)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�擬信號(hào)把數(shù)據(jù)送出去。收數(shù)據(jù)時(shí)的流程反之�，F(xiàn)在來(lái)了解PHY的輸出后面部分。一顆CMOS制程的芯片工作的時(shí)候產(chǎn)生的信號(hào)電平總是大于
0V的(這取決于芯片的制程和設(shè)計(jì)需求)，但是這樣的信號(hào)送到100米甚至更長(zhǎng)的地方會(huì)有很大的直流分量的損失。而且如果外部網(wǎng)現(xiàn)直接和芯片相連的話(huà)，電
磁感應(yīng)(打雷)和靜電，很容易造成芯片的損壞。
再就是設(shè)備接地方法不同，電網(wǎng)環(huán)境不同會(huì)導(dǎo)致雙方的0V電平不一致，這樣信號(hào)從A傳到B，由于A設(shè)備的0V電平和B點(diǎn)的0V電平不一樣，這樣會(huì)導(dǎo)致很大的電流從電勢(shì)高的設(shè)備流向電勢(shì)低的設(shè)備。我們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)問(wèn)題呢？
這時(shí)就出現(xiàn)了Transformer(隔離變壓器)這個(gè)器件。它把PHY送出來(lái)的差分信號(hào)用差模耦合的線(xiàn)圈耦合濾波以增強(qiáng)信號(hào)，并且通過(guò)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換耦合
到連接網(wǎng)線(xiàn)的另外一端。這樣不但使網(wǎng)線(xiàn)和PHY之間沒(méi)有物理上的連接而換傳遞了信號(hào)，隔斷了信號(hào)中的直流分量，還可以在不同0V電平的設(shè)備中傳送數(shù)據(jù)。
隔離變壓器本身就是設(shè)計(jì)為耐2KV~3KV的電壓的。也起到了防雷感應(yīng)(我個(gè)人認(rèn)為這里用防雷擊不合適)保護(hù)的作用。有些朋友的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在雷雨天氣時(shí)容易
被燒壞，大都是PCB設(shè)計(jì)不合理造成的，而且大都燒毀了設(shè)備的接口，很少有芯片被燒毀的，就是隔離變壓器起到了保護(hù)作用。
10BaseT和100BaseTX PHY實(shí)現(xiàn)方式不同：10BaseT采用曼徹斯特編碼，100BaseTX采用4B/5B編碼。
曼徹斯特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示"1"，從低到高
跳變表示"0"。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變表示"0"或"1"，有跳變?yōu)?quot;0"，無(wú)跳變?yōu)?br /> "1"。
               
               
               
               
               
               
               
               
               

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立冬elf

{:2_172:}不錯(cuò)

yuanzh78

寫(xiě)太好了               

haotianmai

有一定收獲

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學(xué)到了一點(diǎn)東西，但對(duì)于上層應(yīng)用的效果不大