网卡的基本组成结构和工作原理

Posted 2020-11-24 winter-blogs

1.网卡的基本机构

网卡包含7个功能模块，分别是CU（Control Unit，控制单元）、OB（Output Buffer，输出缓存）、IB（Input Buffer，输入缓存）、LC（Line Coder，线路编码器）、LD（Line Decoder，线路解码器）、TX（Transmitter，发射器）、RX（Receiver，接收器）。

2.网卡信息发送

2.1 计算机的应用软件会产生等待发送的原始数据，这些数据经过TCP/IP模型的应用层、传输层、网络层处理后，得到一个一个的数据包（Packet）。然后，网络层会将这些数据包逐个下传给网卡的CU。

2.2 CU 从网络层哪里接收到数据包之后，会将每个数据包封装成帧（Frame）。在以太网中封装的数据帧为以太帧（Ethernet Frame）。然后CU单元会将这些帧逐个传递给OB。

2.3 OB从CU哪里接收到帧以后，会按帧的接收顺序将这些帧排成一个队列，然后将队列中的帧逐个传递给LC。先从CU哪里接收的帧会先传给LC。

2.4 LC从OB哪里接收到帧之后，会对这些帧进行线路编码。从逻辑上讲，一个帧就是一个长度有限的一串“0”和“1”。OB中的“0”和“1”所对应的物理量（指电平、电流、电荷等）只适合于待在缓存之中，而不适合于在线路上进行传输。LC的作用就是将这些“0”和“1”所对应的物理量转换成适合于在线路上进行传输的物理信号，并将物理信号传递给TX。

2.5 TX从LC哪里接收到物理信号之后，会对物理信号的功率等特性进行调整，然后将调整后的物理信号通过线路发送出去。

3.网卡信息接收

3.1 RX从传输介质（例如双绞线）哪里接收到物理信号（指电压/电流波形等），然后对物理信号的功率特性进行调整，再将调整后的物理信号传递给LD。

3.2 LD会对来自RX的物理信号进行线路解码。线路解码：就是从物理信号中识别出逻辑上的“0”和“1”，并将这些“0”和“1”重新表达为适合于待在缓存中的物理量（指电平、电流、电荷等），然后将这些“0”和“1”以帧为单位逐渐传递给IB。

3.3 IB从LD哪里接收到帧以后，会按照帧的接收顺序将这些帧逐渐排列成一个队列，然后将队列中的帧逐个传递给CU，先从LD哪里接收的帧会先传给CU。

3.4 CU从IB哪里接收到帧以后，会对帧进行分析和处理，一个帧的处理结果有且只有两种可能：直接将这个帧丢弃，或者将这个帧的帧头和帧尾丢弃，得到数据包，然后将数据包上传给TCP/IP模型的网络层。

3.5 从CU上传到网络层的数据包会经过网络层、传输层、应用层逐层处理，处理后的数据被送达给应用软件使用。当然，数据也可能会在某一层的处理中提前丢失了，从而无法到达给应用软件。