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网卡(Network Interface Card ， 简称NIC) ， 也称网络适配器 ， 是电脑与局域网相互连接的设备 。 只要连接到局域网 ， 就需要安装网卡 。 一个网卡主要包括OSI的最下面的两层 ， 物理层和数据链路层 ， 物理层的芯片称之为PHY ， 数据链路层的芯片称之为MAC控制器 ， 这方面的内容在之前已经有过介绍（以太网——PHY、MAC和 MII基础知识?） 。
今天我们来了解网卡的工作原理 ， 学习数据包的发送和接收的处理过程 。
网卡工作在OSI的最后两层：物理层和数据链路层 ， 物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等 ， 并向数据链路层设备提供标准接口 。 数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能 。 以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器 。 很多网卡的这两个部分是做到一起的 。 他们之间的关系是PCI总线接MAC总线 ， MAC接PHY ， PHY接网线(通过变压装置) 。
【以太网——网卡的组成及工作原理】
下面继续让我们看一下PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的 。 通过IEEE定义的标准的MII界面连接MAC和PHY 。 这个界面是IEEE定义的 。 MII界面传递了网络的所有数据和数据的控制 。 而MAC对PHY的工作状态的确定和对PHY的控制则是使用SMI(Serial Management Interface)界面通过读写PHY的寄存器来完成的 。 PHY里面的部分寄存器也是IEEE定义的 ， 这样PHY把自己目前的状态反映到寄存器里面 ， MAC通过SMI总线不断地读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态 ， 例如连接速度、双工的能力等 。 当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达到控制的目的 ， 例如流控的打开关闭 ， 自协商模式还是强制模式等 。
所以 ， 不论是物理连接的MII界面和SMI总线还是PHY的状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一样可以协调工作 。 当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能 ， 驱动需要做相应的修改 。
工作过程PHY在发送数据的时候 ， 收到MAC过来的数据(对PHY来说 ， 没有帧的概念 ， 对它来说 ， 都是数据而不管什么地址 ， 数据还是CRC) ， 每4bit就增加1bit的检错码 ， 然后把并行数据转化为串行流数据 ， 再按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出去 。 收数据时的流程反之 。
现在来了解PHY的输出后面部分 。
一颗CMOS制程的芯片工作的时候产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米甚至更远的地方会有很大的直流分量的损失 。 而且如果外部网线直接和芯片相连的话 ， 电磁感应和静电 ， 很容易造成芯片的损坏 。
再就是设备接地方法不同 ， 电网环境不同会导致双方的0V电平不一致 ， 这样信号从A传到B ， 由于A设备的0V电平和B点的0V电平不一样 ， 这样会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备 。 这时就需要Transformer(隔离变压器) 。 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连接网线的另外一端 。 这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号 ， 隔断了信号中的直流分量 ， 还可以在不同0V电平的设备中传送数据 。
隔离变压器本身就是为耐2KV~3KV的电压而设计的 ， 同时起到防雷感应保护的作用 。 有些用户的网络设备在雷雨天气时容易被烧坏 ， 大都是PCB设计不合理造成的 ， 而且大都烧毁了设备的接口 ， 很少有芯片被烧毁的 ， 就是隔离变压器起到了保护作用 。

发送数据时 ， 网卡首先侦听介质上是否有载波(载波由电压指示) ， 如果有 ， 则认为其他站点正在传送信息 ， 继续侦听介质 。 一旦通信介质在一定时间段内(称为帧间缝隙IFG=9.6微秒)是安静的 ， 即没有被其他站点占用 ， 则开始进行帧数据发送 ， 同时继续侦听通信介质 ， 以检测冲突 。 在发送数据期间 ， 如果检测到冲突 ， 则立即停止该次发送 ， 并向介质发送一个“阻塞”信号 ， 告知其他站点已经发生冲突 ， 从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据 ， 并等待一段随机时间(CSMA/CD确定等待时间的算法是二进制指数退避算法) 。 在等待一段随机时间后 ， 再进行新的发送 。 如果重传多次后(大于16次)仍发生冲突 ， 就放弃发送 。