1．网卡的基本构造
以太网卡中数据链路层的芯片一样平常简称之为MAC掌握器，物理层的芯片我们简称之为PHY。许多网卡的芯片把MAC和PHY的功能做到了一颗芯片中，比如Intel 82559网卡的和3COM 3C905网卡。但是MAC和PHY的机制还是单独存在的，只是外不雅观的表现形式是一颗单芯片。当然也有很多网卡的MAC和PHY是分开做的，比如D-LINK的DFE-530TX等。
图一：MAC和PHY分开的以太网卡（点击放大）
图二：MAC和PHY集成在一颗芯片的以太网卡（点击放大）
①RJ-45接口 ②Transformer（隔离变压器） ③PHY芯片
④MAC芯片 ⑤EEPROM ⑥BOOTROM插槽
⑦WOL接头 ⑧晶振 ⑨电压转换芯片
⑩LED指示灯
2．什么是MAC?
首先我们来说说以太网卡的MAC芯片的功能。以太网数据链路层实在包含MAC（介质访问掌握）子层和LLC（逻辑链路掌握）子层。一块以太网卡MAC芯片的浸染不但要实现MAC子层和LLC子层的功能，还要供应符合规范的PCI界面以实现和主机的数据交流。
MAC从PCI总线收到IP数据包（或者其他网络层协议的数据包）后，将之拆分并重新打包成最大1518Byte，最小64Byte的帧。这个帧里面包括了目标MAC地址、自己的源MAC地址和数据包里面的协议类型（比如IP数据包的类型用80表示）。末了还有一个DWORD(4Byte)的CRC码。
可是目标的MAC地址是哪里来的呢？这牵扯到一个ARP协议（介乎于网络层和数据链路层的一个协议）。第一次传送某个目的IP地址的数据的时候，先会发出一个ARP包，其MAC的目标地址是广播地址，里面说到：”谁是xxx.xxx.xxx.xxx这个IP地址的主人？”由于是广播包，所有这个局域网的主机都收到了这个ARP要求。收到要求的主机将这个IP地址和自己的比较较，如果不相同就不予理会，如果相同就发出ARP相应包。这个IP地址的主机收到这个ARP要求包后回答的ARP相应里说到：”我是这个IP地址的主人”。这个包里面就包括了他的MAC地址。往后的给这个IP地址的帧的目标MAC地址就被确定了。（其它的协议如IPX/SPX也有相应的协议完成这些操作。）
IP地址和MAC地址之间的关联关系保存在主机系统里面，叫做ARP表，由驱动程序和操作系统完成。在Microsoft的系统里面可以用 arp -a 的命令查看ARP表。收到数据帧的时候也是一样，做完CRC往后，如果没有CRC效验缺点，就把帧头去掉，把数据包拿出来通过标准的借口通报给驱动和上层的协议堆栈，终极精确的达到我们的运用程序。
还有一些掌握帧，例如流控帧也须要MAC直接识别并实行相应的行为。
以太网MAC芯片的一端接打算机PCI总线，其余一端就接到PHY芯片上。以太网的物理层又包括MII/GMII（介质独立接口）子层、PCS（物理编码子层）、PMA（物理介质附加）子层、PMD（物理介质干系）子层、MDI子层。而PHY芯片是实现物理层的主要功能器件之一，实现了前面物理层的所有的子层的功能。
3．网络传输的流程
PHY在发送数据的时候，收到MAC过来的数据（对PHY来说，没有帧的观点，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，再变为仿照旗子暗记把数据送出去。（注：关于网线上数据是数字的还是仿照的比较不随意马虎理解清楚。末了我再说）
收数据时的流程反之。
PHY还有个主要的功能便是实现CSMA/CD的部分功能。它可以检测到网络上是否有数据在传送，如果有数据在传送中就等待，一旦检测到网络空闲，再等待一个随机韶光后将送数据出去。如果两块网卡恰巧同时送出了数据，那样必将造成冲突，这时候，冲突检测机构可以检测到冲突，然后各等待一个随机的韶光重新发送数据。
这个随机韶光很有讲究的，并不是一个常数，在不同的时候打算出来的随机韶光都是不同的，而且有多重算法来搪塞涌现概率很低的同两台主机之间的第二次冲突。
许多网友在接入Internt宽带时，喜好利用”抢线”强的网卡，便是由于不同的PHY碰撞后打算随机韶光的方法设计上不同，使得有些网卡比较”占便宜”。不过，抢线只对广播域的网络而言的，对付交流网络和ADSL这样点到点连接到局端设备的接入办法没什么意义。而且”抢线”也只是相对而言的，不会有质的变革。
4．关于网络间的冲突
现在交流机的遍及使得交流网络的遍及，使得冲突域网络少了很多，极大地提高了网络的带宽。但是如果用HUB，或者共享带宽接入Internet的时候还是属于冲突域网络，有冲突碰撞的。交流机和HUB最大的差异便是：一个是构建点到点网络的局域网交流设备，一个是构建冲突域网络的局域网互连设备。
我们的PHY还供应了和对端设备连接的主要功能并通过LED灯显示出自己目前的连接的状态和事情状态让我们知道。当我们给网卡接入网线的时候，PHY不断发出的脉冲旗子暗记检测到对端有设备，它们通过标准的”措辞”互换，相互协商并却定连接速率、双工模式、是否采取流控等。
常日情形下，协商的结果是两个设备中能同时支持的最大速率和最好的双工模式。这个技能被称为Auto Negotiation或者NWAY，它们是一个意思–自动协商。
5.PHY的输出部分
现在来理解PHY的输出后面部分。一颗CMOS制程的芯片事情的时候产生的旗子暗记电平总是大于0V的（这取决于芯片的制程和设计需求），但是这样的旗子暗记送到100米乃至更长的地方会有很大的直流分量的丢失。而且如果外部网现直接和芯片相连的话，电磁感应（打雷）和静电，很随意马虎造成芯片的破坏。
再便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，这样旗子暗记从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。我们如何办理这个问题呢？
这时就涌现了Transformer（隔离变压器）这个器件。它把PHY送出来的差分旗子暗记用差模耦合的线圈耦合滤波以增强旗子暗记，并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的其余一端。这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换通报了旗子暗记，隔断了旗子暗记中的直流分量，还可以在不同0V电平的设备中传送数据。
隔离变压器本身便是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷感应（我个人认为这里用防雷击不得当）保护的浸染。有些朋友的网络设备在雷雨景象时随意马虎被烧坏，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，便是隔离变压器起到了保护浸染。
6.关于传输介质
隔离变压器本身是个被动元件，只是把PHY的旗子暗记耦合了到网线上，并没有起到功率放大的浸染。那么一张网卡旗子暗记的传输的最长间隔是谁决定的呢？
一张网卡的传输最大间隔和与对端设备连接的兼容性紧张是PHY决定的。但是可以将旗子暗记送的超过100米的PHY其输出的功率也比较大，更随意马虎产生EMI的问题。这时候就须要得当的Transformer与之合营。作PHY的老大公司Marvell的PHY，常常可以传送180~200米的间隔，远远超过IEEE的100米的标准。
RJ-45的接头实现了网卡和网线的连接。它里面有8个铜片可以和网线中的4对双绞（8根）线对应连接。个中100M的网络中1、2是传送数据的，3、6是吸收数据的。1、2之间是一对差分旗子暗记，也便是说它们的波形一样，但是相位相差180度，同一时候的电压幅度互为正负。这样的旗子暗记可以通报的更远，抗滋扰能力强。同样的，3、6也一样是差分旗子暗记。
网线中的8根线，每两根扭在一起成为一对。我们制作网线的时候，一定要把稳要让1、2在个中的一对，3、6在一对。否则长间隔情形下利用这根网线的时候会导致无法连接或连接很不稳定。
现在新的PHY支持AUTO MDI-X功能(也须要Transformer支持)。它可以实现RJ-45接口的1、2上的传送旗子暗记线和3、6上的吸收旗子暗记线的功能自动互相交换。有的PHY乃至支持一对线中的正旗子暗记和负旗子暗记的功能自动交流。这样我们就不必为了到底连接某个设备须要利用直通网线还是交叉网线而费心了。这项技能已经被广泛的运用在交流机和SOHO路由器上。
在1000Basd-T网络中，个中最普遍的一种传输办法是利用网线中所有的4对双绞线，个中增加了4、5和7、8来共同传送吸收数据。由于1000Based-T网络的规范包含了AUTO MDI-X功能，因此不能严格确定它们的传出或吸收的关系，要看双方的详细的协商结果。
7．PHY和MAC之间如何进行沟通
下面连续让我们来关心一下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/GigaMII（Media Independed Interfade，介质独立界面）界面连接MAC和PHY。这个界面是IEEE定义的。MII界面通报了网络的所有数据和数据的掌握。
而MAC对PHY的事情状态的确定和对PHY的掌握则是利用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把自己的目前的状态反响到寄存器里面，MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态，例如连接速率，双工的能力等。当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达到掌握的目的，例如流控的打开关闭，自协商模式还是逼迫模式等。
我们看到了，不论是物理连接的MII界面和SMI总线还是PHY的状态寄存器和掌握寄存器都是有IEEE的规范的，因此不同公司的MAC和PHY一样可以折衷事情。当然为了合营不同公司的PHY的自己特有的一些功能，驱动须要做相应的修正。
一片网卡紧张功能的实现就基本上是上面这些器件了。
其他的，还有一颗EEPROM芯片，常日是一颗93C46。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SMI总线上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否启用BOOTROM勾引系统等东西。
很多网卡上还有BOOTROM这个东西。它是用于无盘事情站勾引操作系统的。既然无盘，一些勾引用必需用到的程序和协议栈就放到里面了，例如RPL、PXE等。实际上它便是一个标准的PCI ROM。以是才会有一些硬盘写保护卡可以通过烧写网卡的BootRom来实现。实在PCI设备的ROM是可以放到主板BIOS里面的。启动电脑的时候一样可以检测到这个ROM并且精确识别它是什么设备的。AGP在配置上和PCI很多地方一样，以是很多显卡的BIOS也可以放到主板BIOS里面。这便是为什么板载的网卡我们从来没有看到过BOOTROM的缘故原由。
8．网卡的供电
末了便是电源部分了。大多数网卡现在都利用3.3V或更低的电压。有的是双电压的。因此须要电源转换电路。
而且网卡为了实现Wake on line功能，必须担保全部的PHY和MAC的极少一部分始终处于有电的状态，这须要把主板上的5V Standby电压转换为PHY事情电压的电路。在主机开机后，PHY的事情电压该当被从5V转出来的电压替代以节省5V Standby的花费。（许多劣质网卡没有这么做）。
有Wake on line功能的网卡一样平常还有一个WOL的接口。那是由于PCI2.1以前没有PCI设备唤醒主机的功能，以是须要着一根线通过主板上的WOL的接口连到南桥里面以实现WOL的功能。
新的主板合网卡一样平常支持PCI2.2/2.3，扩展了PME#旗子暗记功能，不须要那个接口而通过PCI总线就可以实现唤醒功能。
结语
一块以太网卡便是这些部分组成。它们紧密地合营并且相互折衷，供给我们一个稳定而见告的网络接入。网络的遍及不但极大地增加了事情效率，而且使我们可以自由的驰骋在Internet的海洋中！
表明：
网线上的到底是仿照旗子暗记还是数字旗子暗记呢？
答案是仿照旗子暗记。由于它传出和吸收是采取的仿照的技能。虽然它传送的信息是数字的，并不是传送的信息是数字的，旗子暗记就可以叫做数字旗子暗记。
大略的例子：我们知道电话是仿照旗子暗记，但是当我们拨号上网的时候，电话线里传送的是数字信息，但旗子暗记本身依旧是仿照的。然而ADSL同样是通过电话线传送的，却是数字旗子暗记。这取决于它传出和接管采取的技能。
