弱电安防--数据链路层设备——网卡.docx

从零开始学布线：数据链路层设备一 —网卡〜
网卡（NetworklnterfaceCard）是 0SI 模型中数据 链路层的设备，如下图所示。
1. 网卡概述图网卡在0SI/RM中的位置图网卡在0SI/RM中的位置
网卡是LAN的接入设备，是单机与网络间架设的桥 梁。它主要完成如下功能：
1）读入由其他网络设备（路由器、交换机、集线器 或其他NIC）传输过来的数据包，经过拆包，将其变成 客户机或服务器可以的数据，通过主板上的总线将数据 传输到所需设备中（CPU、RAM或硬盘驱动器）。
2）将PC设备（CPU、RAM或硬盘驱动器）发送的数 据，打包后输送至其他网络设备中。
目前，市面上常见的网卡种类繁多。按所支持的带 宽分有10M网卡、100M网卡、10/100M自适应网卡和 1000M网卡。按总线类型分有PCI网卡、ISA网卡、 EISA网卡及其他总线网卡。由于历史原因，以太网的 传输介质并不统一，使网卡的网络接口有些复杂，按传 统介质分，以太网可分为粗缆网（AUI接口）、细缆网 （BNC接口）及双绞线网（RJ-45接口），网卡相应地分为 RJ-45 口、 IPC 口 (RJ-45+BNC)、 TPO 口 (RJ-45)、 COMBO(RJ-45+AUI+BNC)和 TP 口 (BNC+AUI)。其中 TP 现在已经很少见到。在采购网卡之前应搞清楚自己的网 络需要什么接口，以免买回来无法使用。一般来讲， 10M网卡大多为ISA总线，100M网卡中全部是PCI总 线；服务器端的网卡可能有EISA总线或其他总线。众 所周知，ISA为16位总线，PCI为32位总线，PCI卡 自然比ISA总线多、速度快。
由于老式的网卡上用的都是分离元件，性能不稳定 且设置复杂，兼容性差。主要是采用逐帧处理技术，这 种工作方式大大降低了系统的性能。之后针对这些缺 点，后来进行了多方面的改进，如提高了集成度，网卡 的稳定性有所增强；采用了标准软件接口；传送方面采 用了多帧处理技术，即多帧缓冲技术。发送数据时，网 卡在发送前一帧的同时可以接收CPU发来的下一帧数 据，同样，网卡在接收端口传来数据的同时，即可向内 存发送上一帧数据，但必须是整帧整帧地发送或接收数 据，并非完全意义上的并行处理。
最新网卡采用ASIC和最先进的元件，大大提高了 性能和集成度。另外成本也降低了许多。用网卡驱动软 件优化传输操作时序，使管道任务的重叠达到最大，延 时达到最小。从而得到真正并行机制，使性能平均提高 了 40%o在并行机制中，传送和接收是可叠加的流水过 程，不再是从前的逐帧处理。在发送数据时，不等整帧 装入网卡缓冲区即可开始向网络发送数据。在接收时， 不等整帧进入网上缓冲区即可开始向系统内存发送数 据。
并行处理技术对处理精度和定时要求非常准确，当 数据帧还未完全发送完毕时，网卡缓冲区变空就称为下 溢，网卡缓冲区里数据已满时，网络接口处又来数据或 未传完便称为上溢。在接收端采用动态调整机制，其目 的是将数据移入系统内存避免上溢。在接收数据间，并 行机制使用预测中断，即在网卡已确定了帧地址时， CPU就开始处理中断，同时，已收到足够长的字节能来 预测来帧的数据量。在CPU处理完第一个预测中断时， CPU就开始将数据从网卡缓冲区送到主存，网卡在接收 第一数据帧的末字节时，CPU已准备将数据移向内存。
2. 网卡的类型
网卡分有线网卡和无线网卡。有线网卡用于有线无 线网卡用于无线网络。下面就有线网卡的类别、总线类 型进行介绍。
从工作方式上来看，网卡大致有5类:
主CPU用IN和OUT指令对网卡的I/O端口寻址并 交换数据。这种方式完全依靠主CPU实现数据传送。当 数据进入网卡缓冲区时，LAN控制器发出中断请求，调 用ISR, ISR发出I/O端口的读写请求，主CPU响应中 断后将数据帧读入内存。
网卡采用共享内存方式，即CPU使用MOV指令直接 对内存和网卡缓冲区寻址。接收数据时数据帧先进入网 卡缓冲区，ISR发出内存读写请求，CPU响应后将数据 从网卡送至系统内存。
网卡采用DMA方式，ISR通过CPU对DMA控制器编 程，DMA控制器一般在系统板上，有的网卡也内置DMA 控制器。DMA控制器收到ISR请求后，向主CPU发出总 线HOLD请求，获CPU应答后即向LAN发出DMA应答并 接管总线，同时开始网卡缓冲区与内存之间的数据传 输。
主总线网卡能够裁决系统总线控制权，并对网卡和 系统内存寻址，LAN控制权裁决总线控制权后以成组方 式将数据传向系统内存，IRQ调用LAN驱动程序ISR, 由ISR完成数据帧处理，并同高层协议一起协调接收和 发送操作，这种网卡由于有较高的数据传输能力，常常 省去了自身的缓冲区。
智能网卡中有CPU、RAM、ROM以及较大的缓冲 区。其I/O系统可独立于主CPU, LAN控制器接收数据 后由内置CPU控制所有数据帧的处理，LAN控制器裁决 总线控制并将数据成组地在系统内存和网卡缓冲区之间 传递。IRQ调用LAN驱动程序ISR,通过ISR完成数据 帧处理，并同高层协议一起协调接收和发送操作。
一般的网卡占用主机的资源较多，对主CPU的依赖 较大，而智能型网卡拥有自己的CPU,可大大增加LAN 带宽，有独立的I/O子系统，将通道处理移至独立的自 身处理器上。
100Mbps和1000Mbps高速以太网是流行的10Mbps以太网发展而来的，它保留了 CSMA/CD协议， 从而使得10Mbps、100Mbps > 1000Mbps以太网在带宽 上可以方便地连接起来，不需要协议转换。100Mbps和 1000Mbps以太网传输速率比传统的10Mbps以太网提 高了 10-100倍，理论上数据吞吐量可达 80"8000MbpSo
100Mbps、1000Mbps以太网网卡的出使以太网进 入了高速网的行列，基于交换机和共享集线器实现 lOOMbps/lOOOMbps共享速度。高性能的网络需要高性 能的网卡，由于有了高性能的硬件、软件和算法以及先 进的技术，网卡的性能得到大大的提高，使网络用户可 以得到更强大、更全面的服务。
以总线类型来看，网卡主要有ISA、EISA、PCMCIA. PCI、MC（MicroChannel,微通道）5 种类型 的网卡，它们的作用分别叙述如下。
（l）ISA
工业标准体系结构ISA卡，ISA卡总线作为传送为 10Mbps （在10Mbps交换制时）或100Mbps的媒介时， 应注意如下几点：
□ ISA总线只有16位宽。
□ ISA总线的工作时钟频率只有8MHzo□ ISA总线不允许猝发式数据传输。
□大多数ISA总线为I/O映射型，从而降低数据传 输速度。
ISA适配卡具有以下性能特点口支持8或者6位ISA插槽。
口可利用软件进行配置。
口与NE2000兼容。
口可编程I/O 口或者共享内存操作方式。
口支持RPL标准。
口支持POSTo□加电检测。
□全双工（FDX）操作。
口安装支持“即插即用"。
口利用IBM的LANAID应用程序，安装过程轻松自 如。
口支持对称多处理器（SMP）以及所有在EISA、微通 道或PCI插槽之外，同时带有ISA插槽的个人计算机。
口带有RPL可选件。
口支持POSTo（2）PCI适配卡
PCI总线外部设备互连适配卡，它不仅具有32位 总线主控器，性能卓越.而且可以在UTP或AUI介质 上，以高达10Mbps的速度进行操作，该适配卡具有以 下性能特点：
口性能优良，具有32位总线主控器。
□全双工（FDX）操作。
口安装支持“即插即用”。
口配有外部状态LED,用来显示链路（Link）及活动 （Activity）状态。
口带有RPL可选件。
口支持POSTo
100/10PCI以太网适配卡可以采用全双工（FDX）或 半双工（HDX）工作方式，运行速率为100Mbps或 10Mbps可选。该适配卡符合IEEE802. 3的高速以太网 规程，可以操作于共享式或交换式以太网两种方式。 100/10PCI以太网适配卡具有以下性能特点：
□目前支持10Mbps速率，将来可以支持 100Mbps,以适应网络不断发展的需求。
口对现有网络无需作大幅度改动，即可通过数种途 径来改善网络性能。
口利用单个RJ-45接头即可连接到速率为10Mbps 或100Mbps的网络。
口支持SMPo（3）专为便携机设计的PCMCIA适配卡
PC存储器接口卡PCMCIA对于遵循 PCMCIARelease2. 0的便携机，IBM还提供以太网信用 卡型适配卡II型（用于10BASE-T或10BASE-2）。该适 配卡与 IEEE802. 3/EthernetVersion2. 0 网络兼容。 另外，同一块以太网信用卡型适配卡，既可以连接 10BASE-T缆线，也可以连接10BASE-2缆线。这样就 可以为那些需要使用两种网络的用户，提供一个经济有 效的解决方案。
(4) 专为微通道系统设计的以太网适配卡
对于那些基于微通道(MCA)体系结构的系统，IBM 提供3种以太网适配卡以供选择，IBMLANAdapter/AuforEthernet 便是其中之一。它是 一种客户机适配卡，支持16位或3 2位。该适配卡配有 接头，用于将微通道系统与所有的以太网配线系统相 连。它还具有另外一些性能特性。
口共享内存操作方式。
口支持RPL标准。
口支持POSTo为EISA系统设计的以太网适配卡
EISA以太网适配卡是为服务器和高性能工作站提 供的一种32位总线主控器适配卡。它能够减少发送和 接收数据所需的主机CPU时钟数，以及增加以太网的数 据吞吐量，从而极大地提高网络性能。
3, 网卡的电缆接口
网卡的不同接口适用于不同的网络类型，网卡的接 口主要有RJ-45接口、光纤模块接口、细同轴电缆的 BNC接口、粗同轴电AUI接口、FDDI接口、ATM接口 等。BNC接口、AUI接口、FDD ［接口、ATM接口比较 少。
光纤模块接口分为LC、SC、FC、ST等。
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