phy和mac是網絡卡的主要組成部分,網絡卡一般用rj-45插口,10m網絡卡的rj-45插口也只用了1,2,3,6四根針,而100m或1000m網絡卡的則是八根針都是全的.除此以外,還需要其它元件,因為雖然phy提供絕大多數模擬支援,但在乙個典型實現中,仍需外接6,7只分立元件及乙個區域網絕緣模組.絕緣模組一般採用乙個1：1的變壓器.這些部件的主要功能是為了保護phy免遭由於電氣失誤而引起的損壞.
另外,一顆cmos製程的晶元工作的時候產生的訊號電平總是大於0v的(這取決於晶元的製程和設計需求),但是這樣的訊號送到100公尺甚至更長的地方會有很大的直流分量的損失.而且如果外部網線直接和晶元相連的話,電磁感應(打雷)和靜電,很容易造成晶元的損壞.再就是裝置接地方法不同,電網環境不同會導致雙方的0v電平不一致,這樣訊號從a傳到b,由於a裝置的0v電平和b點的0v電平不一樣,這樣會導致很大的電流從電勢高的裝置流向電勢低的裝置.
為了解決以上問題transformer(隔離變壓器)這個器件就應運而生.它把phy送出來的差分訊號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強訊號,並且通過電磁場的轉換耦合到連線網線的另外一端.這樣不但使網線和phy之間沒有物理上的連線而換傳遞了訊號,隔斷了訊號中的直流分量,還可以在不同0v電平的裝置中傳送資料.
隔離變壓器本身就是設計為耐2kv~3kv的電壓的.也起到了防雷感應(我個人認為這裡用防雷擊不合適)保護的作用.有些朋友的網路裝置在雷雨天氣時容易被燒壞,大都是pcb設計不合理造成的,而且大都燒毀了裝置的介面,很少有晶元被燒毀的,就是隔離變壓器起到了保護作用.
隔離變壓器本身是個被動元件,只是把phy的訊號耦合了到網線上,並沒有起到功率放大的作用.那麼一張網絡卡訊號的傳輸的最長距離是誰決定的呢?
一張網絡卡的傳輸最大距離和與對端裝置連線的相容性主要是phy決定的.但是可以將訊號送的超過100公尺的phy其輸出的功率也比較大,更容易產生emi的問題.這時候就需要合適的transformer與之配合.作phy的老大公司marvell的phy,常常可以傳送180~200公尺的距離,遠遠超過ieee的100公尺的標準.
rj-45的接頭實現了網絡卡和網線的連線.它裡面有8個銅片可以和網線中的4對雙絞(8根)線對應連線.其中100m的網路中1,2是傳送資料的,3,6是接收資料的.1,2之間是一對差分訊號,也就是說它們的波形一樣,但是相位相差180度,同一時刻的電壓幅度互為正負.這樣的訊號可以傳遞的更遠,抗干擾能力強.同樣的,3,6也一樣是差分訊號.
網線中的8根線,每兩根扭在一起成為一對.我們製作網線的時候,一定要注意要讓1,2在其中的一對,3,6在一對.否則長距離情況下使用這根網線的時候會導致無法連線或連線很不穩定.
現在新的phy支援auto mdi-x功能(也需要transformer支援).它可以實現rj-45介面的1,2上的傳送訊號線和3,6上的接收訊號線的功能自動互相交換.有的phy甚至支援一對線中的正訊號和負訊號的功能自動交換.這樣我們就不必為了到底連線某個裝置需要使用直通網線還是交叉網線而費心了.這項技術已經被廣泛的應用在交換機和soho路由器上.
在1000basd-t網路中,其中最普遍的一種傳輸方式是使用網線中所有的4對雙絞線,其中增加了4,5和7,8來共同傳送接收資料.由於1000based-t網路的規範包含了automdi-x功能,因此不能嚴格確定它們的傳出或接收的關係,要看雙方的具體的協商結果.
一片網絡卡主要功能的實現就基本上是上面這些器件了.
其他的,還有一顆eeprom晶元,通常是一顆93c46.裡面記錄了網絡卡晶元的**商id,子系統**商id,網絡卡的mac位址,網絡卡的一些配置,如smi匯流排上phy的位址,bootrom的容量,是否啟用bootrom引導系統等東西.
很多網絡卡上還有bootrom這個東西.它是用於無盤工作站引導作業系統的.既然無盤,一些引導用必需用到的程式和協議棧就放到裡面了,例如rpl,pxe等.實際上它就是乙個標準的pci rom.所以才會有一些硬碟寫保護卡可以通過燒寫網絡卡的bootrom來實現.其實pci裝置的rom是可以放到主機板bios裡面的.啟動電腦的時候一樣可以檢測到這個rom並且正確識別它是什麼裝置的.agp在配置上和pci很多地方一樣,所以很多顯示卡的bios也可以放到主機板bios裡面.這就是為什麼板載的網絡卡我們從來沒有看到過bootrom的原因.
最後就是電源部分了.大多數網絡卡現在都使用3.3v或更低的電壓.有的是雙電壓的.因此需要電源轉換電路.
而且網絡卡為了實現wake on line功能,必須保證全部的phy和mac的極少一部分始終處於有電的狀態,這需要把主機板上的5v standby電壓轉換為phy工作電壓的電路.在主機開機後,phy的工作電壓應該被從5v轉出來的電壓替代以節省5v standby的消耗.(許多劣質網絡卡沒有這麼做).
有wake on line功能的網絡卡一般還有乙個wol的介面.那是因為pci2.1以前沒有pci裝置喚醒主機的功能,所以需要著一根線通過主機板上的wol的介面連到南橋裡面以實現wol的功能.新的主機板合網絡卡一般支援pci2.2/2.3,擴充套件了pme#訊號功能,不需要那個介面而通過pci匯流排就可以實現喚醒功能.
我們現在來看兩個圖
mac和phy整合在一顆晶元的乙太網卡
上圖中各部件為:
①rj-45介面
②transformer(隔離變壓器)
③phy晶元
④mac晶元
⑤eeprom
⑥bootrom插槽
⑦wol接頭
⑧晶振⑨電壓轉換晶元
⑩led指示燈
網絡卡的功能主要有兩個:一是將電腦的資料封裝為幀,並通過網線(對無線網路來說就是電磁波)將資料傳送到網路上去;二是接收網路上其它裝置傳過來的幀,並將幀重新組合成資料,傳送到所在的電腦中.網絡卡能接收所有在網路上傳輸的訊號,但正常情況下只接受傳送到該電腦的幀和廣播幀,將其餘的幀丟棄.然後,傳送到系統cpu做進一步處理.當電腦傳送資料時,網絡卡等待合適的時間將分組插入到資料流中.接收系統通知電腦訊息是否完整地到達,如果出現問題,將要求對方重新傳送.
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