Linux网卡基本结构和传输流程总结_linux网卡类型-程序员宅基地

简介

网卡的功能主要有两个:
一、是将电脑的数据封装为帧,并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去；
二、是接收网络上其它设备传过来的帧,并将帧重新组合成数据,发送到所在的应用层中。
本文介绍网卡的结构和基本的网卡传输流程。

网卡的结构

网络设备主要分为 PHY、MAC 和 DMA 三个硬件模块。以太网卡中数据链路层的芯片一般简称之为MAC控制器，物理层的芯片我们简称之为PHY，同时通过DMA进行数据的传输。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
在这里插入图片描述
具体的硬件结构如下：

上图中各部件为:
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

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。其中100M的网络中1、2是传送数据的，3、6是接收数据的。1、2之间是一对差分信号，也就是说它们的波形一样，但是相位相差180度，同一时刻的电压幅度互为正负。这样的信号可以传递的更远，抗干扰能力强。同样的，3、6也一样是差分信号

以太网MAC芯片的一端接计算机PCI总线，另外一端就接到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（物理介质相关）子层、MDI子层。而PHY芯片是实现物理层的重要功能器件之一，实现了前面物理层的所有的子层的功能。

网络传输的流程

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).最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC码。
PHY在发送数据的时候，收到MAC过来的数据（对PHY来说，没有帧的概念，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，再变为模拟信号把数据送出去。
PHY还有个重要的功能就是实现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，再等待一个随机时间后将送数据出去。
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）
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linux系统里面可以用 arp -i xxx网卡名称，如：arp -i enp0s3 的命令查看ARP表。收到数据帧的时候也是一样，做完CRC以后，如果没有CRC效验错误，就把帧头去掉，把数据包拿出来通过标准的借口传递给驱动和上层的协议客栈，最终正确的达到我们的应用程序。
还有一些控制帧，例如流控帧也需要MAC直接识别并执行相应的行为。

本文链接：https://blog.csdn.net/Luckiers/article/details/123772146

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