Una tarjeta de interfaz de red (NIC, por sus siglas en inglés), también conocida como adaptador de red, es un dispositivo que conecta una computadora a una red de área local. Siempre que esté conectado a una LAN, es necesario instalar una tarjeta de red. Una tarjeta de red incluye principalmente las dos capas inferiores de OSI, la capa física y la capa de enlace de datos. El chip de la capa física se denomina PHY y el chip de la capa de enlace de datos se denomina controlador MAC. sobre la introducción.
Hoy llegamos a comprender el principio de funcionamiento de la tarjeta de red y aprendemos el proceso de envío y recepción de paquetes de datos.
La tarjeta de red trabaja en las dos últimas capas de OSI: la capa física y la capa de enlace de datos. La capa física define las señales eléctricas y ópticas, el estado de la línea, la referencia del reloj, la codificación de datos y los circuitos necesarios para la transmisión y recepción de datos, y se comunica con los dispositivos de la capa de enlace de datos que proporcionan interfaces estándar. La capa de enlace de datos proporciona funciones como el mecanismo de direccionamiento, la construcción de tramas de datos, la comprobación de errores de datos, el control de transmisión y la interfaz de datos estándar a la capa de red. El chip de la capa de enlace de datos en la tarjeta Ethernet se denomina controlador MAC. Estas dos partes de muchas tarjetas de red se hacen juntas. La relación entre ellos es que el bus PCI está conectado al bus MAC, el MAC está conectado al PHY y el PHY está conectado al cable de red (a través del transformador).
Sigamos viendo cómo PHY y MAC transmiten datos y se comunican entre sí. Conecte MAC y PHY a través de la interfaz MII estándar definida por IEEE. Esta interfaz está definida por IEEE. La interfaz MII transfiere todos los datos y el control de datos de la red. El MAC determina el estado de trabajo de la PHY y controla la PHY mediante el uso de la interfaz SMI (interfaz de administración en serie) al leer y escribir los registros de la PHY. Parte de los registros en PHY también están definidos por IEEE, de modo que PHY refleja su estado actual en los registros, y MAC lee continuamente el registro de estado de PHY a través del bus SMI para conocer el estado actual de PHY, como como velocidad de conexión y capacidad dúplex Espere. Por supuesto, también puede configurar los registros PHY a través de SMI para lograr fines de control, como el control de flujo de apertura y cierre, el modo de negociación automática o el modo obligatorio, etc.
Por lo tanto, ya sea la interfaz MII conectada físicamente y el bus SMI o el registro de estado y el registro de control del PHY, existen especificaciones IEEE, por lo que los MAC y PHY de diferentes compañías pueden funcionar en armonía. Por supuesto, para cooperar con algunas funciones únicas de PHY de diferentes empresas, el controlador debe modificarse en consecuencia.
Proceso de trabajo
Cuando el PHY envía datos, recibe los datos del MAC (para el PHY, no existe el concepto de trama, para él, todos son datos independientemente de la dirección, los datos siguen siendo CRC), y cada 4 bits se agregan 1 bit de código de detección de errores, y luego convierte los datos paralelos en datos de flujo en serie, y luego de acuerdo con las reglas de codificación de la capa física (codificación NRZ de 10Based-T o codificación Manchester de 100based-T), la codificación de datos se convierte en una señal analógica y se envía. El proceso de recepción de datos se invierte.
Ahora veamos la última parte de la salida del PHY.
Cuando un chip de proceso CMOS está funcionando, el nivel de la señal generada siempre es superior a 0 V (esto depende del proceso y los requisitos de diseño del chip), pero dicha señal tendrá un gran voltaje de CC cuando se envíe a 100 metros o incluso más lejos. fuera. pérdida de peso. Además, si el cable de red externo está conectado directamente al chip, la inducción electromagnética y la electricidad estática pueden causar daños fácilmente al chip.
Además, el método de conexión a tierra del equipo es diferente, y el entorno de red diferente hará que los niveles de 0V de las dos partes sean inconsistentes. De esta manera, la señal se transmite de A a B. Dado que el nivel de 0 V del equipo A es diferente del nivel de 0 V del punto B, esto provocará una gran corriente. Flujo de un dispositivo con un potencial más alto a un dispositivo con un potencial más bajo. En este momento, se necesita un transformador (transformador de aislamiento). Filtra la señal diferencial enviada por el PHY con un filtro de acoplamiento de bobina acoplada de modo diferencial para mejorar la señal y la acopla al otro extremo del cable de red a través de la conversión del campo electromagnético. De esta manera, no hay conexión física entre el cable de red y el PHY y la señal se transfiere, el componente de CC en la señal se corta y los datos también se pueden transmitir en dispositivos con diferentes niveles de 0V.
El transformador de aislamiento en sí está diseñado para soportar el voltaje de 2KV~3KV y, al mismo tiempo, desempeña la función de protección contra rayos. El equipo de red de algunos usuarios es fácil de quemar en clima tormentoso, la mayoría de los cuales son causados por un diseño de PCB irrazonable, y la mayoría de ellos quemaron la interfaz del equipo, y se quemaron pocos chips, porque el transformador de aislamiento juega un papel protector .
Al enviar datos, la tarjeta de red primero escucha si hay un portador en el medio (el portador está indicado por el voltaje), y si lo hay, piensa que otras estaciones están transmitiendo información y continúa escuchando el medio. Una vez que el medio de comunicación está en silencio durante un cierto período de tiempo (llamado intervalo entre tramas IFG = 9,6 microsegundos), es decir, no está ocupado por otras estaciones, se inicia la transmisión de datos de trama mientras se continúa escuchando el medio de comunicación para detectar colisiones. Durante la transmisión de datos, si se detecta una colisión, la transmisión se detiene de inmediato y se envía una señal de "bloqueo" al medio para informar a otras estaciones que se ha producido una colisión, descartando así los datos de trama dañados que puedan haberse recibido. , y esperando Una cantidad de tiempo aleatoria (el algoritmo de CSMA/CD para determinar el tiempo de espera es un algoritmo de retroceso exponencial binario). Espere una cantidad de tiempo aleatoria antes de realizar un nuevo envío. Si aún ocurre una colisión después de múltiples retransmisiones (más de 16 veces), se abandona la transmisión.
Al recibir, la tarjeta de red escanea cada cuadro transmitido en el medio, y si tiene menos de 64 bytes de longitud, se considera un fragmento de colisión. Si la trama recibida no es un fragmento en conflicto y la dirección de destino es una dirección local, verifique la integridad de la trama, si la longitud de la trama es superior a 1518 bytes (llamada trama de gran tamaño, puede deberse a un controlador LAN incorrecto o interferencia) o si no pasa la verificación CRC, se considera que el marco está distorsionado. Las tramas que superan la verificación se consideran válidas y la tarjeta de red las recibe para su procesamiento local.