圖解網卡硬體－什麼是軟硬網卡、PHY是什麼意思等

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網路中最基礎的組件是什麼?不是交換器也不是路由器，而是小小的不起眼但又無處不在的網卡。如果在5年前，或許網卡與您無關，但在如今這網路的時代，無論
是上網衝浪還是連網玩遊戲，都離不開網卡，更何況，就算您不食人間煙火，多數主板上也會為您整合一塊板載網卡。所以，對於想邁入網路之門的讀者而言，先認
識網卡，會讓您在進行各種網路應用時更得心應手。 
　　一、網卡的主要特點 
　　網卡(Network Interface Card，簡稱NIC)，也稱網路介面卡，是電腦與區域網路相互串連的裝置。無論是普通電腦還是高端伺服器，只要串連到區域網路，就都需要安裝一塊網卡。如果有必要，一台電腦也可以同時安裝兩塊或多塊網卡。 

圖1 一塊10/100Mbps的PCI網卡 
　
　電腦之間在進行相互連訊時，資料不是以流而是以幀的方式進行傳輸的。我們可以把幀看做是一種資料包，在資料包中不僅包含有資料資訊，而且還包含有資料的
發送地、接收地資訊和資料的校正資訊。一塊網卡包括OSI模型的兩個層——物理層和資料連結層。物理層定義了資料傳送與接收所需要的電與光訊號、線路狀
態、時鐘基準、資料編碼和電路等，並向資料連結層裝置提供標準介面。資料連結層則提供定址機構、資料幀的構建、資料差錯檢查、傳送控制、向網路層提供標準
的資料介面等功能。 
　　網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)將資料發送到網路上去;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，發送到所在的電腦中。網卡能接收所有在網路上傳輸的訊號，但正常情況下只接受發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。當電腦發送資料時，網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，將要求對方重新發送。 
　　二、圖解網卡 

圖2 圖解PCI網卡 
　　以最常見的PCI介面的網卡為例，一塊網卡主要由PCB線路板、主晶片、資料汞、金手指(匯流排插槽介面)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45介面、指示燈、固定片等等，以及一些二極體、電阻電容等組成。下面我們就來分別瞭解一下其中主要組件。 
　　●主晶片 
圖3 最常見的8139D晶片 
　
　網卡的主控制晶片是網卡的核心元件，一塊網卡效能的好壞和功能的強弱多寡，主要就是看這塊晶片的品質。以常見的Realtek公司推出的
RTL8139C和RTL8139D為例，二者首先在封裝上略有不同，前者是128pin QFP/LQFP而後者為100pin，其次在搭配的
EEPROM上，8139C比後者多出了對93c56的支援，而8139D是93C46。但是在功能方面，8139D更強一些，它多提供了對
PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支援，PCI Multi-function允許把RTL8139D晶片和其他的
功能晶片(如硬體調製解調晶片)設計在同塊PCB板上協同工作來做成不同種類的多功能卡，在其中8139起的作用是辨別LAN訊號還是PCI匯流排訊號的作
用;8139D還增強了電源管理功能。 
　　如果按網卡主晶片的速度來劃分，常見的10/100M自適應網卡晶片有Realtek 8139系列
/810X系列、VIA VT610*系列、Intel 82550PM/82559系列、Broadcom 44xx系列、3COM 3C920系列、
Davicom DM9102、Mxic MX98715等等。 
　　常見的10/100/1000M自適應網卡晶片有Intel的8254*系
列，Broadcom的BCM57**系列，Marvell的88E8001/88E8053/88E806*系列，Realtek的RTL8169S-
32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、RTL8169SB、RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCI Express)、
RTL8111(LOM、PCI Express)系列，VIA的VT612*系列等等。 

圖4 VIA的VT6120千兆晶片 

圖5 Marvell的88E8001千兆晶片 
　　需要說明的是網卡晶片也有“軟硬”之分，特別是對與主板板載(LOM)的網卡晶片來說更是如此，這是怎麼回事呢?大家知道，乙太網路介面可分為協議層和物理層。 
　　協議層是由一個叫MAC(Media Access Layer，媒體訪問層)控制器的單一模組實現。 
　　物理層由兩部分組成，即PHY(Physical Layer，物理層)和傳輸器。 
　
　常見的網卡晶片都是把MAC和PHY整合在一個晶片中，但目前很多主板的南橋晶片已包含了乙太網路MAC控制功能，只是未提供物理層介面，因此，需外接
PHY晶片以提供乙太網路的接入通道。這類PHY網路晶片就是俗稱的“軟網卡晶片”，常見的PHY功能的晶片有RTL8201BL、VT6103等等。 

圖6 RTL8201BL PHY晶片 
　　“軟網卡”一般將網路控制晶片的運算部分交由處理器或南橋晶片處理，以簡化線路設計，從而降低成本，但其多少會更多佔用系統資源.
●BOOTROM 
　
　BOOTROM插座也就是常說的無盤啟動ROM介面，其是用來通過遠程啟動服務構造無盤工作站的。遠程啟動服務(Remoteboot，通常也叫
RPL)使通過使用伺服器硬碟上的軟體來代替工作站硬碟引導一台網路上的工作站成為可能。網卡上必須裝有一個
RPL(Remote Program Load遠程初始程式載入)ROM晶片才能實現無盤啟動，每一種RPL ROM晶片都是為一類特定的網路介面卡而
製作的，它們之間不能互換。帶有RPL的網路介面卡發出引導記錄請求的廣播(broadcasts)，伺服器自動的建立一個串連來響應它，並載入MS-
DOS開機檔案到工作站的記憶體中。 

圖7 BOOTROM插座及其中心的93C46 EEPROM晶片 
　
　此外，在BOOTROM插槽中心一般還有一顆93C46、93LC46或93c56的EEPROM晶片(93C56是128*16bit的
EEPROM，而93C46是64*16bit的EEPROM)，它相當於網卡的BIOS，裡面記錄了網卡晶片的供應商ID、子系統供應商ID、網卡的
MAC地址、網卡的一些配置，如匯流排上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否啟用BOOTROM引導系統等內容。主板板載網卡的EEPROM資訊一般
整合在主板BIOS中。 
　　●LED指示燈 

圖8 
　
　一般來講，每塊網卡都具有1個以上的LED(Light Emitting Diode發光二極體)指示燈，用來表示網卡的不同工作狀態，以方便我們查
看網卡是否工作正常。典型的LED指示燈有Link/Act、Full、Power等。Link/Act表示串連活動狀態，Full表示是否全雙工系統
(Full Duplex)，而Power是電源指示(主要用在USB或PCMCIA網卡上)等。 
　　●網路喚醒介面

圖9 一些網卡上還依稀可見WOL的預留介面 
　
　早期網卡上還有一個專門的3芯插座網路喚醒(WOL)介面(PCI2.1標準網卡)，Wake On LAN(網路喚醒)提供了遠程喚醒電腦的功能，
它是IBM公司和Intel公司於1996年10月成立的先進管理性聯盟(Advanced Manageability Alliance)的一項成
果，它可以讓管理員在非工作時間遠程喚醒電腦，並使它們自動完成一些管理服務，例如軟體的更新或者病毒掃描。它也是
Wired for Management基本規範中的一部分。網路喚醒的工作原理是先由一個管理軟體包發出一個基於Magic Packet標準的喚醒
幀，支援網路喚醒的網卡收到喚醒幀後對其進行分析並確定該幀是否包含本網卡的MAC地址。如果包含本網卡的MAC地址，該電腦系統就會自動進入開機狀
態。 
　　目前主流的獨立網卡或主板板載網卡都符合PCI2.2及以上的規範，所以不再需要這個介面，要啟動網路喚醒功能，只需到主板BIOS中啟用“Wake on PCI Card”功能即可。 
　　●資料汞 

圖10 資料汞 
　
　資料汞是消費級PCI網卡上都具備的裝置，資料汞也被叫做網路變壓器或可稱為網路隔離變壓器。它在一塊網卡上所起的作用主要有兩個，一是傳輸資料，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不同電平的串連網線的另外一端;一是隔離網線串連的不同網路裝置
間的不同電平，以防止不同電壓通過網線傳輸損壞裝置。除此而外，資料汞還能對裝置起到一定的防雷保護作用。 
　　●晶振 

圖11 
　
　晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，它是時鐘電路中最重要的組件，它的作用是向顯卡、網卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，它就像個標
尺，工作頻率不穩定會造成相關裝置工作頻率不穩定，自然容易出現問題。由於製造工藝不斷提高，現在晶振的頻率偏差、溫度穩定性、老化率、密封性等重要技術
指標都很好，已不容易出現故障，但在選用時仍可留意一下晶振的品質。 
　　例如某網卡的時鐘電路採用了高精度的SKO25MHz的晶振，較可靠保
證了資料轉送的精確同步性，大大減少了丟包的可能性，並且線上路的設計上盡量靠近主晶片，使訊號走線的長度大大縮短，可靠性進一步增加。而如果採用劣質晶
振，這樣做雖然可以降低一點網卡成本，但因為頻率的準確性問題，極易造成傳輸過程中的資料丟包的情況。 
　　●網線介面 
　　在案頭消費
級網卡中常見網卡介面有BNC介面和RJ-45介面(類似電話的介面)，也有兩種介面均有的雙口網卡。介面的選擇與網路布線形式有關，在小型共用式區域網路
中，BNC口網卡通過同軸電纜直接與其它電腦和伺服器相連;RJ-45口網卡通過雙絞線串連集線器(HUB)或交換器，再通過集線器或交換器串連其它計
算機和伺服器。 
　　目前BNC介面這種介面類型的網卡已很少見，主要因為用細同軸電纜作為傳輸介質的網路就比較少及組網方式問題較多有關。
RJ-45是8芯線，而電話線的介面是4芯的，通常只接2芯線(ISDN的電話線接4芯線);但大家可以仔細看看，其實10M網卡的RJ-45插口也只用
了1、2、3、6四根針，而100M或1000M網卡的則是八根針都是全的，這也是區別10M和100M網卡的一種方法(見8)。 
　　●傳輸介質類型 
　　說到網卡，就順便就談談與網卡串連的雙絞線。 

圖12 
　　雙絞線，是由許多在一個絕緣外套中的對線組成的資料轉送線，它的特點就是價格便宜，現在的網卡大部分都是使用的雙絞線做為傳輸線纜。雙絞線一般用於星型網的布線串連，兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭)，串連網卡與集線器，最大網線長度為100米左右。 
　
　雙絞線有STP(屏蔽雙絞線)和UTP(非屏蔽雙絞線)兩種。STP的雙絞線內有一層金屬隔離膜，在資料轉送時可減少電磁幹擾，所以它的穩定性較高。而
UTP內沒有這層金屬膜，所以它的穩定性較差，但它的優勢就是價格便宜。其中STP(屏蔽雙絞線)主要分為3類和5類兩種線，UTP(非屏蔽雙絞線)主要
分為3類/4類/5類/超5類/6類幾種，一般網路主要使用的是5類雙絞線，5類雙絞線外層保護膠皮厚，膠皮上標註“CAT5”字樣。超5類雙絞線屬非屏
蔽雙絞線，與普通5類雙絞線比較，超5類雙絞線在傳送訊號時衰減更小，抗幹擾能力更強，在100M網路中，使用者裝置的受幹擾程度只有普通5類線的1/4，
其也是目前應用的主流。
●匯流排介面 
　　網卡要與電腦相串連才能正常使用，電腦上各種介面層出不窮，這也造成了網卡所採用的匯流排介面類型
紛呈。此外，提到匯流排介面，需要說明的是人們一般將這類介面俗稱為“金手指”，為什麼叫金手指呢?是因為這類插卡的線腳採用的是鍍鈦金(或其它金屬)，保
證了反覆插拔時的可靠接觸，既增大了自身的抗幹擾能力又減少了對其他裝置的幹擾。 
　　為了方便您瞭解，下面我們就分別來圖解一下常見的各種介面類型的網卡。 
　　①ISA介面網卡 

圖13 
　
　ISA是早期網卡使用的一種匯流排介面，ISA網卡採用程式請求I/O方式與CPU進行通訊，這種方式的網路傳輸速率低，CPU資源佔用大，其多為10M
網卡，目前在市面上基本上看不到有ISA匯流排類型的網卡，筆者從舊件堆中找到了幾款ISA網卡，D-LINK的產品，居然用橡皮擦清潔金手指上機後還能
用。 
　　②PCI介面網卡 

圖14 
　
　PCI(peripheral component interconnect)匯流排插槽仍是目前主板上最基本的介面。其基於32位元據匯流排，可擴充為
64位，它的工作頻率為33MHz/66MHz。資料轉送率為每秒132MB(32*33MHz/8)。目前PCI介面網卡仍是家用消費級市場上的絕對主
流。 
　　③PCI-X介面網卡 

圖15 
　
　PCI-X是PCI匯流排的一種擴充架構，它與PCI匯流排不同的是，PCI匯流排必須頻繁的於目標裝置和匯流排之間交換資料，而PCI-X則允許目標裝置僅於
單個PCI-X裝置看已進行交換，同時，如果PCI-X裝置沒有任何資料傳送，匯流排會自動將PCI-X裝置移除，以減少PCI裝置間的等待周期。所以，在
相同的頻率下，PCI-X將能提供比PCI高14-35%的效能。目前伺服器網卡經常採用此類介面的網卡。 
　　④PCI-E介面網卡 

圖16 
　
　PCI Express 1X介面已成為目前主流主板的必備介面。不同與並行傳輸，PCI Express介面採用點對點的串列串連方
式，PCI Express介面根據匯流排介面對位寬的要求不同而有所差異，分為PCI Express 1X(標準250MB/s，雙向500MB
/s)、2X(標準500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)。採用PCI-E介面的網卡
多為千兆網卡。 
　　⑤USB介面網卡 

圖17 
　
　在目前的電腦上很難找到沒有USB介面(Universal Serial Bus，通用序列匯流排)的，USB匯流排分為USB2.0和USB1.1標
准。USB1.1標準的傳輸速率的理論值是12Mbps，而USB2.0標準的傳輸速率可以高達480Mbps，目前的USB有線網卡多為USB2.0標
準的。 
　　⑥PCMCIA介面網卡 

圖18 
　　PCMCIA介面是膝上型電腦專用介面，PCMCIA匯流排分為兩類，一類為16位的PCMCIA，另一類為32位的CardBus，CardBus網卡的最大輸送量接近90Mbps，其是目前市售筆記本網卡的主流。 
　　⑦Mini-PCI介面網卡 

圖19 
　　MiniPCI介面是在台式機PCI介面基礎上擴充出的適用於膝上型電腦的介面標準，其速度和PCI標準相當，很多此類產品都是無線網卡。 
　　除此而外，市場上還有AMR等介面的網卡等等，限於篇幅及其流行度，本文就不一一介紹了。