以太網(wǎng)芯片MAC和PHY知識(shí)詳細(xì)講解

1、網(wǎng)口掃盲三：以太網(wǎng)芯片 MAG口 PHY的關(guān)系 問(wèn)：如何實(shí)現(xiàn)單片以太網(wǎng)微控制器?答：訣竅是將微控制器、以太網(wǎng)媒體接入控制器（MAC）和物理接口收發(fā)器（PHY）整合進(jìn)同一芯片，這樣能去掉許多外接元器件.這種方案可使 MAG口 PHY實(shí)現(xiàn)很好的匹配，同時(shí)還可減小引腳數(shù)、縮小芯片面積.單片以太網(wǎng)微控制器還降低了功耗，特別是在采用掉電模式的情況下.問(wèn)：以太網(wǎng)MAO什么？答:MAC即Media Access Control,即媒體訪問(wèn)控制子層協(xié)議 .該協(xié)議位于 OSI七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì).在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候,MAC協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送

2、將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層 ；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候,MAC協(xié)議首先判斷輸入的信息 并是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，則去掉控制信息發(fā)送至LLC層.該層協(xié)議是以太網(wǎng) MAC由IEEE-802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義.最新的MAM時(shí)支持10Mbps和100Mbps兩種速率. 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層其實(shí)包含MAC介質(zhì)訪問(wèn)控制）子層和LLC（邏輯鏈路控制）子層.一塊以太網(wǎng)卡MACS片的作用不但要實(shí)現(xiàn)MAC?層和LLC子層的功能，還要提供符合規(guī)范的 PCI界面以實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的數(shù)據(jù)交換.MAO PCI總線收到IP數(shù)據(jù)包（或者其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的數(shù)據(jù)包 ）后，將之拆分并重新打包成最

3、大1518Byte,最小64Byte的幀.這個(gè)幀里面包括了目標(biāo)MAC%址、自己的源MACM址和數(shù)據(jù)包里面的協(xié)'議類型（比如IP數(shù)據(jù)包的類型用80表示）.最后還有一個(gè) DWORD（4Byte的CR弼. 可是目標(biāo)的MACfe址是哪里來(lái)的呢？這牽扯到一個(gè)ARPW議（介乎于網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的一 個(gè)協(xié)議）.第一次傳送某個(gè)目的IP地址的數(shù)據(jù)的時(shí)候，先會(huì)發(fā)出一個(gè) ARP包，其MAC勺目標(biāo)地 址是廣播地址，里面說(shuō)到："誰(shuí)是 xxx.xxx.xxx.xxx 這個(gè)IP地址的主人？”因?yàn)槭菑V播包 ， 所有這個(gè)局域網(wǎng)的主機(jī)都收到了這個(gè)ARP青求.收到請(qǐng)求的主機(jī)將這個(gè)IP地址和自己的相比較，如果不相

4、同就不予理會(huì)，如果相同就發(fā)出 ARP響應(yīng)包.這個(gè)IP地址的主機(jī)收到這個(gè) ARP 請(qǐng)求包后回復(fù)的 ARP響應(yīng)里說(shuō)到："我是這個(gè) IP地址的主人”.這個(gè)包里面就包括了他的 MAGfe址.以后的給這個(gè)IP地址的幀的目標(biāo) MAGfe址就被確定了 .（其它的協(xié)議如IPX/SPX也 有相應(yīng)的協(xié)議完成這些操作 .）IP地址和MACM址之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系保存在主機(jī)系統(tǒng)里面，叫做ARP表，由驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)完成.在Microsoft的系統(tǒng)里面可以用 arp-a的命令查看AR% .收到數(shù)據(jù)幀的時(shí)候也是一 樣，做完CRCA后，如果沒(méi)有CRO驗(yàn)錯(cuò)誤，就把幀頭去掉，把數(shù)據(jù)包拿出來(lái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的借口傳 遞給驅(qū)動(dòng)和上層

5、的協(xié)議客棧，最終正確的達(dá)到我們的應(yīng)用程序 . 還有一些控制幀，例如流控幀也需要 MACt接識(shí)別并執(zhí)行相應(yīng)的行為.以太網(wǎng)MACK片的一端接計(jì)算機(jī) PCI總線，另外一端就接到 PHY芯片上，它們之間是通過(guò) MII 接口鏈接的.問(wèn)：什么是MII?答:MII即媒體獨(dú)立接口，它是IEEE-802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)."媒體獨(dú)立"表明在不對(duì) MA彼件重新設(shè)計(jì)或替換的情況下，任何類型的PHY<備都可以正常工作.它包括一個(gè)數(shù)據(jù)接 口，以及一個(gè)MACF口 PHY之間的管理接口 .? 數(shù)據(jù)接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道.每條信道都有自己的數(shù)據(jù)，時(shí)鐘和控制信號(hào).MII 數(shù)

6、據(jù)接口總共需要16個(gè)信號(hào)，包括 TX_ER,TXD<3:0>,TX_EN,TX_CLK, COL,RXD<3:0>,RX_EX,RX_CLK,CRS,RX_DVl? .MII 以4位半字節(jié)方式傳送數(shù)據(jù)雙向傳輸，時(shí)鐘速率25MHz.其工作速率可達(dá)100Mb/s;? MII管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口，一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào).通過(guò)管理接口，上層能監(jiān)視和控制 PHY其管理是使用SMI（Serial Management Interface） 總線通過(guò) 讀寫PHY的寄存器來(lái)完成的.PHY里面的部分寄存器是 IEEE定義的，這樣PHYffi自己的目前的狀態(tài)反映到寄存器里面，M

7、AC通過(guò)SMI總線不斷的讀取 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.不論是物理連接的MII總線和SMI總線還是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 MACF口 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.MII支持10Mbps和100Mbps的操作，一個(gè)接口由14根線組成，它的支持還是比較靈活的，但 是有一個(gè)缺點(diǎn)是因?yàn)樗粋€(gè)端口用的信號(hào)線太多，如果一個(gè)8端口的交換機(jī)

8、要用到112根線,16端口就要用到224根線，到32端口的話就要用到 448根線，一般按照這個(gè)接口做交換 機(jī)，是不太現(xiàn)實(shí)的，所以現(xiàn)代的交換機(jī)的制作都會(huì)用到其它的一些從MII簡(jiǎn)化出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，比如 RMII,SMII,GMII 等.RMII是簡(jiǎn)化的MII接口，在數(shù)據(jù)的收發(fā)上它比 MII接口少了一倍的信號(hào)線，所以它一般要求 是50MHz的總線時(shí)鐘.RMII 一般用在多端口的交換機(jī)，它不是每個(gè)端口安排收，發(fā)兩個(gè)時(shí)鐘， 而是所有的數(shù)據(jù)端口公用一個(gè)時(shí)鐘用于所有端口的收發(fā)，這里就節(jié)省了不少的端口數(shù)目.RMII的一個(gè)端口要求7個(gè)數(shù)據(jù)線，比MII少了一倍，所以交換機(jī)能夠接入多一倍數(shù)據(jù)的端 口 .和MII T羊，

9、RMII支持10Mbps和100Mbps的總線接口速度.SMII是由思科提出的一種媒體接口，它有比RMII更少的信號(hào)線數(shù)目，S表示串行的意思.因?yàn)樗挥靡桓盘?hào)線傳送發(fā)送數(shù)據(jù)，一根信號(hào)線傳輸接受數(shù)據(jù)，所以為了滿足100Mbps的總線接口速度的需求，它的時(shí)鐘頻率就達(dá)到了125MHz，為什么用125MHz是因?yàn)閿?shù)據(jù)線里面會(huì)傳送一些控制信息.SMII 一個(gè)端口僅用4根信號(hào)線完成100Mbps的傳輸，比起RMII差不多又少 了一倍的信號(hào)線.SMII在工業(yè)界的支持力度是很高的.同理，所有端口的數(shù)據(jù)收發(fā)都公用同一個(gè)外部的125MHz時(shí)鐘.GMII是千兆網(wǎng)的MII接口，這個(gè)也有相應(yīng)的 RGMII接口，表示簡(jiǎn)

10、化了的 GMII接口 .MII總線在IEEE802.3中規(guī)定的MII總線是一種用于將不同類型的PHY與相同網(wǎng)絡(luò)控制器（MAC相連接的通用總線.網(wǎng)絡(luò)控制器可以用同樣的硬件接口與任何PHY .GMII（Gigabit MII）GMII采用8位接口數(shù)據(jù)，工作時(shí)鐘125MHz，因此傳輸速率可達(dá) 1000Mbps.同時(shí)兼容 MII所規(guī) 定的10/100 Mbps工作方式.GMII接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合 IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn).該接口定義見(jiàn)IEEE 802.3-2000. 發(fā)送器：? GTXCL吉比特TX.信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)（125MHz）? TXCLK10/100Mbps 信號(hào)時(shí)鐘? TXD7.0被發(fā)送數(shù)據(jù)? TXE

11、N-發(fā)送器使能信號(hào)? TXER-發(fā)送器錯(cuò)誤（用于破壞一個(gè)數(shù)據(jù)包）注：在千兆速率下，向PHY供GTXCLK號(hào),TXD,TXEN,TXER信號(hào)與此時(shí)鐘信號(hào)同步.否則，在 10/100Mbps速率下，PHY提供TXCLK時(shí)鐘信號(hào)，其它信號(hào)與此信號(hào)同步.其工作頻率為25MHz（100M網(wǎng)絡(luò)）或 2.5MHz（10M 網(wǎng)絡(luò)）.接收器：? RXCLK一接收日鐘信號(hào)（從收到的數(shù)據(jù)中提取，因此與GTXCLK6關(guān)聯(lián)）?RXD7.0接收數(shù)據(jù)? RXDV一接收數(shù)據(jù)有效指示? RXER-接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)指示? COL-沖突檢測(cè)（僅用于半雙工狀態(tài)） 管理配置? MDC一配置接口時(shí)鐘? MDIO-配置接口 I/O管理配置接口

12、控制 PHY勺特性.該接口有32個(gè)寄存器地址，每個(gè)地址16位.其中前16個(gè)已經(jīng) 在"IEEE 802.3,2000-22.2.4 Management Functions"中規(guī)定了用途，其余的則由各器件自己 指定.RMII（Reduced Media Independant Interface）簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口之一，比MII有更少的I/O傳輸.RMII 口是用兩根線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的,MII 口是用4根線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的，GMII是用8根線來(lái)傳輸 數(shù)據(jù)的.MII/RMII只是一種接口，對(duì)于10Mbps線速,MII的時(shí)鐘速率是 2.5MHz就可以了，RMII 則需要5

13、MHz對(duì)于100Mbps線速,MII需要的時(shí)鐘速率是 25MHz,RMII則是50MHz.MII/RMII用于傳輸以太網(wǎng)包，在MII/RMII接口是4/2bit的，在以太網(wǎng)的PHY里需要做串并 轉(zhuǎn)換，編解碼等才能在雙絞線和光纖上進(jìn)行傳輸，其幀格式遵循IEEE 802.3（10M）/IEEE802.3u（100M）/IEEE 802.1q（VLAN）.以太網(wǎng)幀的格式為 ：前導(dǎo)符+開(kāi)始位+目的 mac地址+源mac地址 + 類型 / 長(zhǎng)度 + 數(shù)據(jù) +padding（optional）+32bitCRC如果有vlan,則要在類型/長(zhǎng)度后面加上 2個(gè)字節(jié)的vlan tag,其中12bit來(lái)表示vla

14、n id, 另外4bit表示數(shù)據(jù)白優(yōu)先級(jí)！ 問(wèn)：以太網(wǎng)PHY是什么？答:PHY是物理接口收發(fā)器，它實(shí)現(xiàn)物理層 .IEEE-802.3 標(biāo)準(zhǔn)定義了以太網(wǎng)PHY.包括MII/GMII（介質(zhì)獨(dú)立接口）子層，PCS（物理編碼子層）,PMA（物理介質(zhì)附加）子層,PMD（物理介質(zhì) 相關(guān)）子層，MDI子層.它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT（第14條）和100BaseTX（第24條 和第25條）的規(guī)范.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對(duì)于100BaseTX因?yàn)槭褂?B/5B編碼，每4bit就增加1bit

15、 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)則把數(shù)據(jù)編碼 ，再變 為模擬信號(hào)把數(shù)據(jù)送出去.收數(shù)據(jù)時(shí)的流程反之.PHY還有個(gè)重要的功能就是實(shí)現(xiàn) CSMA/CD勺 部分功能.它可以檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)上是否有數(shù)據(jù)在傳送 ，如果有數(shù)據(jù)在傳送中就等待，一旦檢測(cè)到 網(wǎng)絡(luò)空閑，再等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間后將送數(shù)據(jù)出去 .如果兩個(gè)碰巧同時(shí)送出了數(shù)據(jù) ，那樣必將造 成沖突，這時(shí)候，沖突檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以檢測(cè)到?jīng)_突 ，然后各等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間重新發(fā)送數(shù)據(jù). 這個(gè)隨機(jī)時(shí)間很有講究的，并不是一個(gè)常數(shù)，在不同的時(shí)刻計(jì)算出來(lái)的隨機(jī)時(shí)間都是不同的，而且有多重算法來(lái)應(yīng)付出現(xiàn)概率很低的同兩臺(tái)主機(jī)之間的第二次沖突許多網(wǎng)友在接入

16、Internt寬帶時(shí)，喜歡使用“搶線”強(qiáng)的網(wǎng)卡，就是因?yàn)椴煌腜HY«撞后計(jì) 算隨機(jī)時(shí)間的方法設(shè)計(jì)上不同，使得有些網(wǎng)卡比較”占便宜”.不過(guò)，搶線只對(duì)廣播域的網(wǎng)絡(luò)而言的，對(duì)于交換網(wǎng)絡(luò)和 ADSL樣點(diǎn)到點(diǎn)連接到局端設(shè)備白接入方式?jīng)]什么意義.而且“搶線”也只是相對(duì)而言的，不會(huì)有質(zhì)的變化.現(xiàn)在交換機(jī)的普及使得交換網(wǎng)絡(luò)的普及，使得沖突域網(wǎng)絡(luò)少了很多，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬.但是如果用HUB或者共享帶寬接入Internet的時(shí)候還是屬于沖突域網(wǎng)絡(luò) ，有沖突碰撞的 交換機(jī)和 HUB最大的區(qū)別就是：一個(gè)是構(gòu)建點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的局域網(wǎng)交換設(shè)備，一個(gè)是構(gòu)建沖突域網(wǎng)絡(luò)的局域網(wǎng)互連設(shè)備.除此之外PHY®

17、提供了和對(duì)端設(shè)備連接的重要功能并通過(guò)LED丁顯示出自己目前的連接的狀態(tài)和工作狀態(tài)讓我們知道 .當(dāng)我們給網(wǎng)卡接入網(wǎng)線的時(shí)候,PHY不斷發(fā)出的脈沖信號(hào)檢測(cè)到對(duì)端有設(shè)備，它們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的“語(yǔ)言”交流 ，互相協(xié)商并卻定連接速度、 雙工模式、是否采用 流控等.通常情況下，協(xié)商的結(jié)果是兩個(gè)設(shè)備中能同時(shí)支持白最大速度和最好的雙工模式.這個(gè)技術(shù)被稱為AutoNegotiation 或者NWAY它們是一個(gè)意思-自動(dòng)協(xié)商 .具體傳輸過(guò)程為，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)卡首先偵聽(tīng)介質(zhì)上是否有載波（載波由電壓指示，如果有，則認(rèn)為其他站點(diǎn)正在傳送信息，繼續(xù)偵聽(tīng)介質(zhì).一旦通信介質(zhì)在一定時(shí)間段內(nèi)（稱為幀間縫隙IFG=9.6微秒）是安靜的，

18、即沒(méi)有被其他站點(diǎn)占用，則開(kāi)始進(jìn)行幀數(shù)據(jù)發(fā)送，同時(shí)繼續(xù)偵聽(tīng)通 信介質(zhì)，以檢測(cè)沖突.在發(fā)送數(shù)據(jù)期間，如果檢測(cè)到?jīng)_突，則立即停止該次發(fā)送，并向介質(zhì)發(fā)送 一個(gè)“阻塞”信號(hào)，告知其他站點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生沖突 ，從而丟棄那些可能一直在接收的受到損壞 的幀數(shù)據(jù)，并等待一段隨機(jī)時(shí)間（CSMA/CD確定等待時(shí)間的算法是二進(jìn)制指數(shù)退避算法）.在等待一段隨機(jī)時(shí)間后，再進(jìn)行新的發(fā)送.如果重傳多次后（大于16次）仍發(fā)生沖突，就放棄發(fā) 送.接收時(shí)，網(wǎng)卡瀏覽介質(zhì)上傳輸?shù)拿總€(gè)幀，如果其長(zhǎng)度小于 64字節(jié)，則認(rèn)為是沖突碎片.如果接收到的幀不是沖突碎片且目的地址是本地地址，則對(duì)幀進(jìn)行完整性校驗(yàn)，如果幀長(zhǎng)度大于1518字節(jié)（稱為超長(zhǎng)幀，可

19、能由錯(cuò)誤的LAN驅(qū)動(dòng)程序或干擾造成）或未能通過(guò)CRC驗(yàn)，則 認(rèn)為該幀發(fā)生了畸變.通過(guò)校驗(yàn)的幀被認(rèn)為是有效的，網(wǎng)卡將它接收下來(lái)進(jìn)行本地處理.IS。Mork，耐AplllcalienPrnHitaliort$電佩mElhmdTrancniilvbdtanTianoiiierinirugeniidWUDTratTCAediiiin-tnlependin' interface|NI)Nhim ind 喉心 it M»ce( N Hi日怕in， p卅LoopbaukuppirtIhmuitierRecenrefRianMedransoiitcrReceiverManclfeer enE

20、Nling戰(zhàn)encoding/Itic Etlwmct MAC and PHY Imp Ie me nt the bottom two layers of the lirtomitionai rganiution for Standardization/Op«ii Syetam Intarconiidd ISC/QSI) stack. Ths MACntertaces with the PUT throutfi an MIL The typical 10/100 PHY Ethernet inplefnentation ncorciorates separate lOBaseT an

21、d IDOBaseDt Interfaces.問(wèn)：造成以太網(wǎng)MACF口 PHY單片整合難度高白原因是什么 ？答:PHY整合了大量模擬硬件，而MA兆典型的全數(shù)字器件.芯片面積及模擬/數(shù)字混合架構(gòu)是 為什么先將MAC!成進(jìn)微控制器而將 PHY留在片外的原因.更靈活、密度更高的芯片技術(shù)已 經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)MAC PHY的單芯片整合.問(wèn)：網(wǎng)卡上除RJ-45接口外，還需要其它元件嗎？答:PHY和MAC!網(wǎng)卡的主要組成部分，網(wǎng)卡一般用RJ-45插口 ,10M網(wǎng)卡的RJ-45插口也只用 了 1,2,3,6四根針，而100M或1000M網(wǎng)卡的則是八根針都是全的.除此以外，還需要其它元件 因?yàn)殡m然PHY供絕大多數(shù)模擬

22、支持，但在一個(gè)典型實(shí)現(xiàn)中，仍需外接6,7只分立元件及一個(gè)局域網(wǎng)絕緣模塊.絕緣模塊一般采用一個(gè) 1: 1的變壓器.這些部件的主要功能是為了保護(hù)PHY免遭由于電氣失誤而引起的損壞.另外，一顆CMO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)線直接和芯片相連的話，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

23、.為了解決以上問(wèn)題 Transformer（隔離變壓器）這個(gè)器件就應(yīng)運(yùn)而生.它把PHY送出來(lái)的差分 信號(hào)用差模耦合的線圈耦合濾波以增強(qiáng)信號(hào)，并且通過(guò)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換耦合到連接網(wǎng)線的另外一端.這樣不但使網(wǎng)線和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2KV3KV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.隔離變壓器本身是個(gè)被動(dòng)元件，只是把PH

24、Y的信號(hào)耦合了到網(wǎng)線上，并沒(méi)有起到功率放大的 作用.那么一張網(wǎng)卡信號(hào)的傳輸?shù)淖铋L(zhǎng)距離是誰(shuí)決定的呢？一張網(wǎng)卡的傳輸最大距離和與對(duì)端設(shè)備連接的兼容性主要是PHY決定的.但是可以將信號(hào)送的超過(guò)100米的PHY其輸出的功率也比較大，更容易產(chǎn)生EMI的問(wèn)題.這時(shí)候就需要合適的 Transformer與之配合.作PHY的老大公司 Marvell的PHY,常常可以傳送180200米的距離， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)IEEE的100米的標(biāo)準(zhǔn).RJ-45的接頭實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)卡和網(wǎng)線的連接 .它里面有8個(gè)銅片可以和網(wǎng)線中的4對(duì)雙絞（8根）線對(duì)應(yīng)連接.其中100M的網(wǎng)絡(luò)中1,2是傳送數(shù)據(jù)的，3,6是接收數(shù)據(jù)的.1,2之間是一對(duì)差分 信號(hào)

25、，也就是說(shuō)它們的波形一樣，但是相位相差180度,同一時(shí)刻的電壓幅度互為正負(fù).這樣的信號(hào)可以傳遞的更遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng).同樣的,3,6也一樣是差分信號(hào). 網(wǎng)線中的8根線，每?jī)筛ぴ谝黄鸪蔀橐粚?duì).我們制作網(wǎng)線的時(shí)候，一定要注意要讓1,2在其 中的一對(duì),3,6在一對(duì).否則長(zhǎng)距離情況下使用這根網(wǎng)線的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致無(wú)法連接或連接很不 穩(wěn)定.現(xiàn)在新的 PHY支持 AUTO MDI-X功能（也需要 Transformer 支持）.它可以實(shí)現(xiàn) RJ-45接口的 1,2上的傳送信號(hào)線和 3,6上的接收信號(hào)線的功能自動(dòng)互相交換.有的PHY甚至支持一對(duì)線中的正信號(hào)和負(fù)信號(hào)的功能自動(dòng)交換.這樣我們就不必為了到底連接某個(gè)設(shè)備

26、需要使用直通網(wǎng)線還是交叉網(wǎng)線而費(fèi)心了.這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在交換機(jī)和SOH弗由器上.在1000Basd-T網(wǎng)絡(luò)中，其中最普遍的一種傳輸方式是使用網(wǎng)線中所有的4對(duì)雙絞線，其中增加了 4,5和7,8來(lái)共同傳送接收數(shù)據(jù).由于1000Based-T網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范包含了 AUTOMDI-雙能， 因此不能嚴(yán)格確定它們的傳出或接收的關(guān)系，要看雙方的具體的協(xié)商結(jié)果.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EEPRO肱片，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MA刖址，網(wǎng)卡的一些配置，如SMI總線上PHY的地址，BOOTROM1容量，是 否啟用B

27、OOTROM導(dǎo)系統(tǒng)等東西.很多網(wǎng)卡上還有 BOOTROM個(gè)東西.它是用于無(wú)盤工作站引導(dǎo)操作系統(tǒng)的 .既然無(wú)盤，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 PCIROM所以才會(huì)有一些硬盤寫保護(hù)卡可以通過(guò)燒寫網(wǎng)卡的BootRom來(lái)實(shí)現(xiàn).其實(shí)PCI設(shè)備的ROM!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原因.最后就是電源部分了 .大多數(shù)網(wǎng)卡現(xiàn)在都使用3.3V或

28、更低白電壓.有的是雙電壓的.因此需要電源轉(zhuǎn)換電路.而且網(wǎng)卡為了實(shí)現(xiàn) Wakeon line功能，必須保證全部的 PHY MAC勺極少一部分始終處于有 電的狀態(tài)，這需要把主板上的5V Standby 電壓轉(zhuǎn)換為 PHY工作電壓的電路.在主機(jī)開(kāi)機(jī)后,PHY的工作電壓應(yīng)該被從 5V轉(zhuǎn)出來(lái)的電壓替代以節(jié)省5V Standby的消耗.（許多劣質(zhì)網(wǎng)卡沒(méi)有這么做）.有Wake on line 功能的網(wǎng)卡一般還有一個(gè) WOL勺接口 .那是因?yàn)镻CI2.1以前沒(méi)有PCI設(shè)備 喚醒主機(jī)的功能，所以需要著一根線通過(guò)主板上的 WOL勺接口連到南橋里面以實(shí)現(xiàn) WOL勺功 能.新的主板合網(wǎng)卡一般支持 PCI2.2/2.3

29、,擴(kuò)展了 PME管號(hào)功能，不需要那個(gè)接口而通過(guò) PCI 總線就可以實(shí)現(xiàn)喚醒功能.我們現(xiàn)在來(lái)看兩個(gè)圖MACF口 PHY分開(kāi)的以太網(wǎng)卡MAG口 PHY集成在一顆芯片的以太網(wǎng)卡 上圖中各部件為：RJ-45接口Transformer（隔離變壓器）PHY芯片MACS片 EEPROM BOOTROM 槽WO弦頭晶振電壓轉(zhuǎn)換芯片LED指示燈網(wǎng)卡的功能主要有兩個(gè)：一是將電腦的數(shù)據(jù)封裝為幀，并通過(guò)網(wǎng)線（對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)就是電磁波）將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去；二是接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備傳過(guò)來(lái)的幀，并將幀重新組合成數(shù)據(jù)，發(fā)送到所在的電腦中.網(wǎng)卡能接收所有在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男盘?hào)，但正常情況下只接受發(fā)送到該電腦的幀和廣播幀，將其余的幀

30、丟棄.然后，傳送到系統(tǒng) CPU做進(jìn)一步處理.當(dāng)電腦發(fā)送數(shù)據(jù) 時(shí)，網(wǎng)卡等待合適的時(shí)間將分組插入到數(shù)據(jù)流中.接收系統(tǒng)通知電腦消息是否完整地到達(dá)，如果出現(xiàn)問(wèn)題，將要求對(duì)方重新發(fā)送.問(wèn):10BaseT和100BaseTX PHY實(shí)現(xiàn)方式不同的原因何在 ？答：兩種實(shí)現(xiàn)的分組描述本質(zhì)上是一樣的，但兩者的信令機(jī)制完全不同.其目的是阻止一種硬件實(shí)現(xiàn)容易地處理兩種速度.10BaseT采用曼徹斯特編碼，100BaseTX采用4B/5B編碼.問(wèn)：什么是曼徹斯特編碼？答：曼徹斯特編碼又稱曼彳斯特相位編碼 ，它通過(guò)相位變化來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)位 （圖2）.通常，用一 個(gè)時(shí)鐘周期中部的上升沿表示“ 1”，下降沿表示“ 0” .周期

31、末端的相位變化可忽略不計(jì)，但有時(shí)又可能需要將這種相位變化計(jì)算在內(nèi) ，這取決于前一位的值.數(shù)字信號(hào)0 I 1標(biāo)惟里徹斯 特解碼j I i I ； l-: -1 i | LU U麥分曼徹丁 I ;111r._【斯闿編碼問(wèn)：什么是4B/5B編碼？答:4B/5B編碼是一種塊編碼方式.它將一個(gè)4位的塊編碼成一個(gè) 5位的塊.這就使5位塊內(nèi) 永遠(yuǎn)至少包含2個(gè)“1”轉(zhuǎn)換，所以在一個(gè)5位塊內(nèi)總能進(jìn)行時(shí)鐘同步.該方法需要25%勺額 外開(kāi)銷.問(wèn)：網(wǎng)卡的MAG口 PHY間的關(guān)系？答：網(wǎng)卡工作在osi的最后兩層，物理層和數(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)、線路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并

32、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總線接mac總線,mac接phy,phy接網(wǎng)線（當(dāng)然也不是直接接上的，還有一個(gè)變壓裝置）.PHY MAd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（MediaIndepended 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)

33、據(jù)的控制.ETHERNET的接口實(shí)質(zhì)是 MAC通過(guò)MII總線控制PHY的過(guò)程. 問(wèn)：網(wǎng)線上傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)？答：是模擬信號(hào).因?yàn)樗鼈鞒龊徒邮帐遣捎玫哪M的技術(shù).雖然它傳送的信息是數(shù)字的（并不是傳送的信息是數(shù)字的信號(hào)就可以叫做數(shù)字信號(hào)）.簡(jiǎn)單的例子：我們知道電話是模擬信號(hào)，但是當(dāng)我們撥號(hào)上網(wǎng)的時(shí)候，電話線里傳送的是數(shù)字 信息，但信號(hào)本身依舊是模擬的.然而ADSL同樣是通過(guò)電話線傳送的，卻是數(shù)字信號(hào).這取決 于它傳出和接受采用的技術(shù) . 問(wèn)：若操作系統(tǒng)沒(méi)有加載網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，網(wǎng)卡雖然在系統(tǒng)設(shè)備樹(shù)上，但網(wǎng)卡接口創(chuàng)建不了 ，那網(wǎng)卡實(shí)際能不能接收到數(shù)據(jù) ？答：這里面有很多細(xì)節(jié)，我根據(jù)Intel網(wǎng)卡的Spec大概寫了寫，想盡量寫的通俗一些，所以 沒(méi)有刻意用 Spec里的術(shù)語(yǔ)，另外本文雖然講的是 MAC/PHY但光口卡的（SERDES也是類似 的.1 . PCI設(shè)備做reset以后進(jìn)入D0uninitialized（ 非初始化的D0狀態(tài)，參考P