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认识网卡
,网卡的概念
计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入一块网络接口板(或者是在笔记本电脑中插入一块PCMCIA卡)。
网络接口板又称为通信适配器或网络适配器(adapter)或网络接口卡NIC(NetworkInterfaceCard)但是现在更多的人愿意使用更为简单的名称“网卡”。
网卡分类-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
这是早期的一种的接口类型网卡,在上世纪80年代末,90年代初期几乎所有内置板板卡都是采用ISA总线接口类型,一直到上世纪90年代末期都还有部分这类接口类型的网卡。
当然这种总线接口不仅用于网卡,像现在的PCI接口一样,当时也普遍应用于包括网卡、显卡、声卡等在内所有内置板卡。
ISA总线接口由于I/O速度较慢,随着上世纪90年代初PCI总线技术的出现,很快被淘汰了。
目前在市面上基本上看不到有ISA总线类型的网卡。
不过近期出现一种复古现象,就是在一些品牌的最新的i865系列芯片组主板中居然又提供了几条ISA插槽,真是令人费解!
(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)。
服务器上用的64位PCI网卡外观就与32位的有较大差别,主要体现在金手指的长度较长。
(3)PCI-X总线网卡
这是目前最新的一种在服务器开始使用的网卡类型,它与原来的PCI相比在I/O速度方面提高了一
网卡分类
倍,比PCI接口具有更快的数据传输速度(2.0版本最高可达到266MB/s的传输速率)。
目前这种总线类型的网卡在市面上还很少见,主要是由服务器生产厂商随机独家提供,如在IBM的X系列服务器中就可以见到它的踪影。
PCI-X总线接口的网卡一般32位总线宽度,也有的是用64位数据宽度的。
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*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。
(5)USB接口网卡
网卡分类
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。
网卡分类-2.按网络接口划分
除了可以按网卡的总线接口类型划分外,我们还可以按网卡的网络接口类型来划分。
网卡最终是要与网络进行连接,所以也就必须有一个接口使网线通过它与其它计算机网络设备连接起来。
不同的网络接口适用于不同的网络类型,目前常见的接口主要有以太网的RJ-45接口、细同轴电缆的BNC接口和粗同轴电AUI接口、FDDI接口、ATM接口等。
而且有的网卡为了适用于更广泛的应用环境,提供了两种或多种类型的接口,如有的网卡会同时提供RJ-45、BNC接口或AUI接口。
(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
网卡分类
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。
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,不过也有一些PCMCIA笔记本专用网卡直接提供RJ-45以太网卡。
(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。
(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。
(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。
(5)ATM接口网卡
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。
网卡分类-3.按带宽划分
(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旧设备相连,那它的带宽就是10Mbps,但如果是与100Mbps网络设备相连,那它的带宽就是100Mbps,仅需简单的配置即可(也有不用配置的)。
也就是说它能兼容10Mbps的老式网络设备和新的100Mbps网络设备。
(4)1000Mbps以太网卡
千兆以太网(GigabitEthernet)是一种高速局域网技术,它能够在铜线上提供1Gbps的带宽。
与它对应的网卡就是千兆网卡了,同理这类网卡的带宽也可达到1Gbps。
千兆网卡的网络接口也有两种主要类型,一种是普通的双绞线RJ-45接口,另一种是多模SC型标准光纤接口。
网卡分类-4.按网卡应用领域来分
如果根据网卡所应用的计算机类型来分,我们可以将网卡分为应用于于工作
网卡分类
站的网卡和应用于服务器的网卡。
前面所介绍的基本上都是工作站网卡,其实通常也应用于普通的服务器上。
但是在大型网络中,服务器通常采用专门的网卡。
它相对于工作站所用的普通网卡来说在带宽(通常在100Mbps以上,主流的服务器网卡都为64位千兆网卡)、接口数量、稳定性、纠错等方面都有比较明显的提高。
还有的服务器网卡支持冗余备份、热拨插等服务器专用功能。
●主芯片
图3最常见的8139D芯片
网卡的主控制芯片是网卡的核心元件,一块网卡性能的好坏和功能的强弱多寡,主要就是看这块芯片的质量。
以常见的Realtek公司推出的RTL8139C和RTL8139D为例,二者首先在封装上略有不同,前者是128pinQFP/LQFP而后者为100pin,其次在搭配的EEPROM上,8139C比后者多出了对93c56的支持,而8139D是93C46。
但是在功能方面,8139D更强一些,它多提供了对PCIMulti-function和PCI-bridgeI/F的支持,PCIMulti-function允许把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如硬件调制解调芯片)设计在同块PCB板上协同工作来做成不同种类的多功能卡,在其中8139起的作用是辨别LAN信号还是PCI总线信号的作用;8139D还增强了电源管理功能。
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如果按网卡主芯片的速度来划分,常见的10/100M自适应网卡芯片有Realtek8139系列/810X系列、VIAVT610*系列、Intel82550PM/82559系列、Broadcom44xx系列、3COM3C920系列、DavicomDM9102、MxicMX98715等等。
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常见的10/100/1000M自适应网卡芯片有Intel的8254*系列,Broadcom的BCM57**系列,Marvell的88E8001/88E8053/88E806*系列,Realtek的RTL8169S-32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、RTL8169SB、RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCIExpress)、RTL8111(LOM、PCIExpress)系列,VIA的VT612*系列等等。
图4VIA的VT6120千兆芯片
图5Marvell的88E8001千兆芯片
需要说明的是网卡芯片也有“软硬”之分,特别是对与主板板载(LOM)的网卡芯片来说更是如此,这是怎么回事呢?
大家知道,以太网接口可分为协议层和物理层。
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协议层是由一个叫MAC(MediaAccessLayer,媒体访问层)控制器的单一模块实现。
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物理层由两部分组成,即PHY(PhysicalLayer,物理层)和传输器。
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常见的网卡芯片都是把MAC和PHY集成在一个芯片中,但目前很多主板的南桥芯片已包含了以太网MAC控制功能,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”,常见的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。
图6RTL8201BLPHY芯片
“软网卡”一般将网络控制芯片的运算部分交由处理器或南桥芯片处理,以简化线路设计,从而降低成本,但其多少会更多占用系统资源.
●BOOTROM
BOOTROM插座也就是常说的无盘启动ROM接口,其是用来通过远程启动服务构造无盘工作站的。
远程启动服务(Remoteboot,通常也叫RPL)使通过使用服务器硬盘上的软件来代替工作站硬盘引导一台网络上的工作站成为可能。
网卡上必须装有一个RPL(RemoteProgramLoad远程初始程序加载)ROM芯片才能实现无盘启动,每一种RPLROM芯片都是为一类特定的网络接口卡而制作的,它们之间不能互换。
带有RPL的网络接口卡发出引导记录请求的广播(broadcasts),服务器自动的建立一个连接来响应它,并加载MS-DOS启动文件到工作站的内存中。
图7BOOTROM插座及其中心的93C46EEPROM芯片
此外,在BOOTROM插槽中心一般还有一颗93C46、93LC46或93c56的EEPROM芯片(93C56是128*16bit的EEPROM,而93C46是64*16bit的EEPROM),它相当于网卡的BIOS,里面记录了网卡芯片的供应商ID、子系统供应商ID、网卡的MAC地址、网卡的一些配置,如总线上PHY的地址,BOOTROM的容量,是否启用BOOTROM引导系统等内容。
主板板载网卡的EEPROM信息一般集成在主板BIOS中。
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●LED指示灯
图8
一般来讲,每块网卡都具有1个以上的LED(LightEmittingDiode发光二极管)指示灯,用来表示网卡的不同工作状态,以方便我们查看网卡是否工作正常。
典型的LED指示灯有Link/Act、Full、Power等。
Link/Act表示连接活动状态,Full表示是否全双工(FullDuplex),而Power是电源指示(主要用在USB或PCMCIA网卡上)等。
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●网络唤醒接口
图9一些网卡上还依稀可见WOL的预留接口
早期网卡上还有一个专门的3芯插座网络唤醒(WOL)接口(PCI2.1标准网卡),WakeOnLAN(网络唤醒)提供了远程唤醒计算机的功能,它是IBM公司和Intel公司于1996年10月成立的先进管理性联盟(AdvancedManageabilityAlliance)的一项成果,它可以让管理员在非工作时间远程唤醒计算机,并使它们自动完成一些管理服务,例如软件的更新或者病毒扫描。
它也是WiredforManagement基本规范中的一部分。
网络唤醒的工作原理是先由一个管理软件包发出一个基于MagicPacket标准的唤醒帧,支持网络唤醒的网卡收到唤醒帧后对其进行分析并确定该帧是否包含本网卡的MAC地址。
如果包含本网卡的MAC地址,该计算机系统就会自动进入开机状态。
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目前主流的独立网卡或主板板载网卡都符合PCI2.2及以上的规范,所以不再需要这个接口,要启动网络唤醒功能,只需到主板BIOS中启用“WakeonPCICard”功能即可。
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●数据汞
图10数据汞
数据汞是消费级PCI网卡上都具备的设备,数据汞也被叫做网络变压器或可称为网络隔离变压器。
它在一块网卡上所起的作用主要有两个,一是传输数据,它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端;一是隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平,以防止不同电压通过网线传输损坏设备。
除此而外,数据汞还能对设备起到一定的防雷保护作用。
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●晶振
图11
晶振是石英振荡器的简称,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出现问题。
由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好,已不容易出现故障,但在选用时仍可留意一下晶振的质量。
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例如某网卡的时钟电路采用了高精度的SKO25MHz的晶振,较可靠保证了数据传输的精确同步性,大大减少了丢包的可能性,并且在线路的设计上尽量靠近主芯片,使信号走线的长度大大缩短,可靠性进一步增加。
而如果采用劣质晶振,这样做虽然可以降低一点网卡成本,但因为频率的准确性问题,极易造成传输过程中的数据丢包的情况。
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●网线接口
在桌面消费级网卡中常见网卡接口有BNC接口和RJ-45接口(类似电话的接口),也有两种接口均有的双口网卡。
接口的选择与网络布线形式有关,在小型共享式局域网中,BNC口网卡通过同轴电缆直接与其它计算机和服务器相连;RJ-45口网卡通过双绞线连接集线器(HUB)或交换机,再通过集线器或交换机连接其它计算机和服务器。
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目前BNC接口这种接口类型的网卡已很少见,主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少及组网方式问题较多有关。
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);但大家可以仔细看看,其实10M网卡的RJ-45插口也只用了1、2、3、6四根针,而100M或1000M网卡的则是八根针都是全的,这也是区别10M和100M网卡的一种方法(见上图8)。
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●传输介质类型
说到网卡,就顺便就谈谈与网卡连接的双绞线。
图12
双绞线,是由许多在一个绝缘外套中的对线组成的数据传输线,它的特点就是价格便宜,现在的网卡大部分都是使用的双绞线做为传输线缆。
双绞线一般用于星型网的布线连接,两端安装有RJ-45头(水晶头),连接网卡与集线器,最大网线长度为100米左右。
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双绞线有STP(屏蔽双绞线)和UTP(非屏蔽双绞线)两种。
STP的双绞线内有一层金属隔离膜,在数据传输时可减少电磁干扰,所以它的稳定性较高。
而UTP内没有这层金属膜,所以它的稳定性较差,但它的优势就是价格便宜。
其中STP(屏蔽双绞线)主要分为3类和5类两种线,UTP(非屏蔽双绞线)主要分为3类/4类/5类/超5类/6类几种,一般网络主要使用的是5类双绞线,5类双绞线外层保护胶皮厚,胶皮上标注“CAT5”字样。
超5类双绞线属非屏蔽双绞线,与普通5类双绞线比较,超5类双绞线在传送信号时衰减更小,抗干扰能力更强,在100M网络中,用户设备的受干扰程度只有普通5类线的1/4,其也是目前应用的主流。
●总线接口
网卡要与电脑相连接才能正常使用,电脑上各种接口层出不穷,这也造成了网卡所采用的总线接口类型纷呈。
此外,提到总线接口,需要说明的是人们一般将这类接口俗称为“金手指”,为什么叫金手指呢?
是因为这类插卡的线脚采用的是镀钛金(或其它金属),保证了反复插拔时的可靠接触,既增大了自身的抗干扰能力又减少了对其他设备的干扰。
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为了方便您了解,下面我们就分别来图解一下常见的各种接口类型的网卡。
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①ISA接口网卡
图13
ISA是早期网卡使用的一种总线接口,ISA网卡采用程序请求I/O方式与CPU进行通信,这种方式的网络传输速率低,CPU资源占用大,其多为10M网卡,目前在市面上基本上看不到有ISA总线类型的网卡,笔者从旧件堆中找到了几款ISA网卡,D-LINK的产品,居然用橡皮擦清洁金手指上机后还能用。
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②PCI接口网卡
图14
PCI(peripheralcomponentinterconnect)总线插槽仍是目前主板上最基本的接口。
其基于32位数据总线,可扩展为64位,它的工作频率为33MHz/66MHz。
数据传输率为每秒132MB(32*33MHz/8)。
目前PCI接口网卡仍是家用消费级市场上的绝对主流。
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③PCI-X接口网卡
图15
PCI-X是PCI总线的一种扩展架构,它与PCI总线不同的是,PCI总线必须频繁的于目标设备和总线之间交换数据,而PCI-X则允许目标设备仅于单个PCI-X设备看已进行交换,同时,如果PCI-X设备没有任何数据传送,总线会自动将PCI-X设备移除,以减少PCI设备间的等待周期。
所以,在相同的频率下,PCI-X将能提供比PCI高14-35%的性能。
目前服务器网卡经常采用此类接口的网卡。
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④PCI-E接口网卡
图16
PCIExpress1X接口已成为目前主流主板的必备接口。
不同与并行传输,PCIExpress接口采用点对点的串行连接方式,PCIExpress接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异,分为PCIExpress1X(标准250MB/s,双向500MB/s)、2X(标准500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)。
采用PCI-E接口的网卡多为千兆网卡。
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⑤USB接口网卡
图17
在目前的电脑上很难找到没有USB接口(UniversalSerialBus,通用串行总线)的,USB总线分为USB2.0和USB1.1标准。
USB1.1标准的传输速率的理论值是12Mbps,而USB2.0标准的传输速率可以高达480Mbps,目前的USB有线网卡多为USB2.0标准的。
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⑥PCMCIA接口网卡
图18
PCMCIA接口是笔记本电脑专用接口,PCMCIA总线分为两类,一类为16位的PCMCIA,另一类为32位的CardBus,CardBus网卡的最大
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