网卡

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计算机硬件
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简介
网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）。网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。 
网卡以前是作为扩展卡插到计算机总线上的，但是由于其价格低廉而且以太网标准普遍存在，大部分新的计算机都在主板上集成了网络接口。这些主板或是在主板芯片中集成了以太网的功能，或是使用一块通过PCI (或者更新的PCI-Express总线)连接到主板上的廉价网卡。除非需要多接口或者使用其它种类的网络，否则不再需要一块独立的网卡。甚至更新的主板可能含有内置的双网络（以太网）接口。
在安装网卡时必须将管理网卡的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉网卡，应当从存储器的什么位置上将局域网传送过来的数据块存储下来。网卡还要能够实现以太网协议。
网卡并不是独立的自治单元，因为网卡本身不带电源而是必须使用所插入的计算机的电源，并受该计算机的控制。因此网卡可看成为一个半自治的单元。当网卡收到一个有差错的帧时，它就将这个帧丢弃。当网卡收到一个正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层。当计算机要发送一个IP数据包时，它就由协议栈向下交给网卡组装成帧后发送到局域网。
随着集成度的不断提高，网卡上的芯片的个数不断的减少，虽各个厂家生产的网卡种类繁多，但其功能大同小异。
主要功能
1、数据的封装与解封
发送时将上一层传递来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层
2、链路管理
主要是通过CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ，带冲突检测的载波监听多路访问）协议来实现
3、数据编码与译码
即曼彻斯特编码与译码。其中曼彻斯特码，又称数字双向码、相位编码(PE)，是一种常用的二元码线路编码方式之一，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。在通信技术中，用来表示所要发送比特 流中的数据与定时信号所结合起来的代码。 常用在以太网通信，列车总线控制，工业总线等领域。
属性设置
通过高级网卡选项可以提升网络性能：
有效利用CPU：巨型帧vs.卸载功能
如果服务器性能低下，那么可能是由于网络负载较大。标准的以太网数据包大小为1518个字节，大多数文件被拆分为成百上千甚至上百万个数据包或者帧。这些小的数据包通过网络传输，和众多节点共享网络带宽，但是数据帧的发送与接收会带来CPU开销。
大多数网卡支持巨型帧，这意味着能够处理高达9000字节的数据包或者帧。巨型帧在每个数据包中包括更多的数据，因此网络中需要传输的数据包数量就变小了。吞吐量提升意味着开销——数据包头与其他数据包内容——以及CPU开销减少了。
巨型帧肯定存在缺点。管理员必须对网络中的所有节点进行配置才能支持巨型帧的传输。巨型帧并不是IEEE标准的一部分，因此不同的网卡配置的巨型帧大小有所不同。为了在节点之间高效传输巨型帧要做一些实验。更大的数据包可能会增加某些负载的延迟，因为其他节点要等更长的时间才能使用带宽，请求与发送被丢弃或者被破坏的数据包也需要花更长的时间。
IT专业人员可能放弃巨型帧而使用具有LSO以及LRO功能的网卡。LSO和LRO允许CPU通过网卡传输更多数量的数据，而且基本上与巨型帧提供了相同的CPU性能。
通行能力：可调整的帧间距vs.以太网升级
以太网在每发送一个数据包后都要等一段时间，这称之为帧间距。这为其他网络节点占用带宽并发送数据包提供了机会。帧间距等于发送96个数据位的时间。例如，1Gb以太网使用标准的0.096ms的帧间距，10Gb以太网的帧间距为0.0096ms。
利用这一固定的数据包传输之间的间距并非总是有效而且在网络负载较大的情况下可能会降低网络性能。支持自适应帧间距的网卡能够基于网络负载动态调整帧间距，这有可能提升网络性能。除非接近网络带宽，否则调整帧间距通常不会提升网络性能。
全方位的网络性能基准测试能够展现网络使用模式。如果以太网连接频繁达到带宽上限，那么升级到速度更快的以太网或者使用网卡绑定而非调整帧间距将能够提升网络性能。
限制CPU中断，提升CPU性能
当数据包在网络中传输时，网卡会产生CPU中断。以太网速度越快，CPU中断的频率也就越高，CPU必须更多地关注网络驱动器以及其他处理数据包的软件。如果流量起伏不定，CPU性能可能会变得不稳定。支持人为中断节流的网卡能够减少CPU中断频率，将CPU从网卡中放出来，很可能能够提升CPU性能。
中断限制越多并不一定越好。过高的中断限制可能会降低CPU的响应能力；CPU将需要花更长的时间来处理所有正在产生的中断。当高速小数据包近乎实时地到达时，限制中断将会降低性能。在多种模式下对网络以及CPU性能进行测试直到能够建立起充分的系统响应能力，产生平滑的CPU中断。
还可以考虑支持TCP/IP卸载功能的网卡。这些网卡能够在线处理众多CPU密集型工作任务，同时减少对CPU的中断请求。
优先处理对时间敏感的数据类型：启用包标记
对事件敏感的数据类型比如VoIP或者视频通常按照高优先级流量对待，但是网络对所有数据包一视同仁。采用数据包标记，被标记的数据包能够被分到操作系统设置的流量队列中，在处理其他低优先级的数据包之前先处理高优先级的VoIP以及视频数据包。包标记有助于QoS战略，而且是很多VLAN部署的一个必要组成部分。
如果网络性能低于已定义的基准，可以对网卡进行调整，务必对服务器以及网卡进行基准测试后再对配置进行更改。这些推荐的网卡调整不会带来显著的性能提升，但是也不受预算的限制。随时间变化评估并观察网络性能，检查任何意想不到的后果，比如提升了某个工作负载性能却降低了其他工作负载的性能。
网卡驱动
由于驱动功能层的存在，协议驱动程序和网卡驱动程序之间相互独立，大大简化了网络设备增加和网络组件扩展的复杂度。网络协议栈主要支持增强型的网络设备驱动 （Enhanced Network Driver）。 
END设备驱动程序的装载
END设备驱动程序的装载主要就是完成END设备驱动 程序与驱动功能抽象层的挂接，使得网络协议栈实现对 END设备的控制。具体过程包括： 初始化网卡和PHY设备，配置网卡和 PHY 设备的通信参数等；为网卡控制结构分配空间同时初始化END_OBJ结构，END_OBJ结构主要包括网卡控制结构以及与网络协议栈相关的参数信息；对网卡驱动对应的参数串进行解析和处理；为接收数据分配空间，保证接收数据的存放；通过配置END_OBJ结构中的NET_FUNCS 参数实现网卡驱动与网络协议栈的挂接。 
启动 END 设备
END设备的启动过程主要包括中断处理程序的挂接和使 能网卡中断。对于网卡设备来说，其处理数据的方式可分为中断和轮询两种工作模式，在END设备启动过程中，将接收数据和发送数据均设置为中断模式，并挂接接收和发送数据的中断处理程序，最后使能网卡中断、接收和发送中断，则可完成END设备的启动。 
网络数据包的接收
对于网络数据包的接收来说，操作系统的网络协议栈无需网卡驱动实现对网络数据包的处理。当网卡设备接 收到数据后，其会产生一个接收中断，在接收中断处理程序中， 程序会调用netJobAdd函数启动一个任务程序将网卡设备接收到的数据传递给驱动功能抽象层，网络协议栈通过驱动功能抽象层的接收函数获取到网络数据包并进行相应的数据处理。此处利用netJobAdd 函数可以减少接收中断的处理时间，提高网络数据的接收能力。 
网络数据包的发送
对于网络数据包的发送来说，当网络协议栈发送数据时，其会将数据放置到缓冲区中，并通过调用驱动功能抽象层的发送函数将缓冲区中的数据发送给网卡设备，网卡设备接收到数据后就将其置于发送缓冲区中等待数据的发送。 
分类
根据网卡所支持的物理层标准与主机接口的不同，网卡可以分为不同的类型，如以太网卡和令牌环网卡等。根据网卡与主板上总线的连接方式、网卡的传输速率和网卡与传输介质连接的接口的不同，网卡分为不同的类型。
按照网卡支持的计算机种类分类，主要分为标准以太网卡和PCMCIA网卡：
标准以太网卡用于台式计算机联网，而PCMCIA网卡用于笔记本电脑。
按照网卡支持的传输速率分类，主要分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡四类：
根据传输速率的要求，10Mbps和100Mbps网卡仅支持10Mbps和100Mbps的传输速率，在使用非屏蔽双绞线UTP作为传输介质时，通常10Mbps网卡与3类UTP配合使用，而100Mbps网卡与5类UTP相连接。10/100Mbps自适应网卡是由网卡自动检测网络的传输速率，保证网络中两种不同传输速率的兼容性。随着局域网传输速率的不断提高，1000Mbps网卡大多被应用于高速的服务器中。
按网卡所支持的总线类型分类，主要可以分为ISA、EISA、PCI等：
由于计算机技术的飞速发展，ISA总线接口的网卡的使用越来越少。EISA总线接口的网卡能够并行传输32位数据，数据传输速度快，但价格较贵。PCI总线接口网卡的CPU占用率较低，常用的32位PCI网卡的理论传输速率为133Mbps，因此支持的数据传输速率可达100Mbps。
双网卡切换
为了使2块网卡实现高效双冗余备份，必须保证这2块网卡具有相同的物理地址和IP地址这样 对于上层应用系统而言，系统中呈现“单网卡”的特征；反之，当系统中一块网卡切换到另一块网卡工作时，如果IP地址发生变化，则系统无法正常接收和发送数据。如果IP地址不改变，而物理地址改变，则会引起协议栈中ARP绑定表的变化，而重新对应ARP绑定表中IP地址与网卡物理地址的关系会延长两个网卡之间的切换时间。 
然而，每块网卡的物理地址在全世界范围内是唯一的，它保存在网卡的PROM中。为了使2块网卡具有相同的物理地址，在网卡初始化时，从PROM中读出其中一块网卡的物理地址，将该物理地址的内容写入另一 块网卡物理地址寄存器和数据结构变量中，在此情况下，这2块网卡就具有完全相同的物理地址了。 
有线网卡
光纤网卡，指的是光纤以太网适配器，简称光纤网卡，学名Fiber Ethernet Adapter.传输的是以太网通信协议，一般通过光纤线缆与光纤以太网交换机连接。按传输速率可以分为100Mbps、1Gbps、10Gbps，按主板插口类型可分为PCI、PCI-X、PCI-E(x1/x4/x8/x16)等，按接口类型分为LC、SC、FC、ST等。
LC接口光纤网卡的含义：
LC接口名字的由来是根据光纤模块的接口定义而命名的。光纤模块按其接口可以分为：SC、LC、ST、FC等几种类型。
SC接口，由于其操作的便利性，得到广泛运用，比如光纤到桌面（FTTD）的广泛运用，使得SC接口光纤网卡得到普及。
SC接口光纤网卡的含义：
SC接口光纤网卡名字的由来是根据光纤模块的接口定义而命名的。光纤模块按其接口可以分为：SC、LC、ST、FC、MTRJ等几种类型。由于SC接口光纤操作的便利性，从而使得带SC接口光模块的网卡，
得到广泛运用，而经常被人们所提起，因为也诞生了：SC接口光纤网卡这个名词。
光纤端口工作波长及传输距离:
光纤接口 网络媒介 工作波长 工作距离
SC/APC 单纤，单模 波长1310/1550nm 10/20KM
SC/PC 双纤，单模 波长1310nm 10/20/40KM
SC/PC 双纤，多模 波长850nm 550M
SFP光纤网卡含义：
SFP是 （Small Form-factor Pluggables）可以简单的理解为GBIC的升级
版本。SFP模块（体积比GBIC模块减少一半，可以在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini-GBIC）。
SFP光纤网卡，故名思议，就是一种小型可热拨插模块的光纤网卡。在网卡集成SFP插槽，用户可根据实际需要，插入多模或者单模SFP光模块，而且可以根据实际传输距离，插入不同传统距离的光模块；而不需要根据网卡本身。这就给用户很大的选择空间。
无线网卡
无线网卡用于连接无线网络，就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的无线局域网（WLAN），与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份，只可惜速度相较于有线网络略逊且延迟较大。无线网卡是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行上网使用的无线终端设备。具体来说无线网卡就是使你的电脑可以利用无线来上网的一个装置，但是有了无线网卡也还需要一个可以连接的无线网络，如果你在家里或者所在地有无线路由器或者无线AP（Access Point，无线接入点）的覆盖，就可以通过无线网卡以无线的方式连接无线网络可上网。
无线网卡的工作原理是微波射频技术，笔记本有WIFI、LTE等几种无线数据传输模式来上网，后者由移动网络运营商来实现，前者三大运营商有所参与，但大多主要是自己拥有接入互联网的WIFI基站（其实就是WIFI路由器等）和笔记本用的WIFI网卡。无线上网遵循802.11标准，通过无线传输，有无线接入点发出信号，用无线网卡接受和发送数据。
按照IEEE802.11协议，无线局域网卡分为媒体访问控制（MAC）层和物理层（PHY Layer）。在两者之间，还定义了一个媒体访问控制-物理（MAC-PHY）子层（Sublayers）。MAC层提供主机与物理层之间的接口，并管理外部存储器，它与无线网卡硬件的NIC单元相对应。
物理层具体实现无线电信号的接收与发射，它与无线网卡硬件中的扩频通信机相对应。物理层提供空闲信道估计CCA信息给MAC层，以便决定是否可以发送信号，通过MAC层的控制来实现无线网络的CSMA/CA协议，而MAC-PHY子层主要实现数据的打包与拆包，把必要的控制信息放在数据包的前面。
IEEE802.11协议指出，物理层必须有至少一种提供空闲信道估计CCA信号的方法。无线网卡的工作原理如下：当物理层接收到信号并确认无错后提交给MAC-PHY子层，经过拆包后把数据上交MAC层，然后判断是否是发给本网卡的数据，若是则上交，否则丢弃。
如果物理层接收到的发给本网卡的信号有错，则需要通知发送端重发此包信息。当网卡有数据需要发送时，首先要判断信道是否空闲。若空，随机退避一段时间后发送；否则，暂不发送。由于网卡为时分双工工作，所以，发送时不能接收，接收时不能发。
无线网卡标准：
1．IEEE 802.11a：使用5GHz频段，传输速度54Mbps，与802.11b不兼容
2．IEEE 802.11b ：使用2.4GHz频段，传输速度11Mbps
3．IEEE 802.11g：使用2.4GHz频段，传输速度54Mbps
4．IEEE 802.11n ：使用2.4GHz频段或5Ghz频段，传输速度可达300Mbps
5．IEEE 802.11ac：使用2.4GHz频段或5Ghz频段传输速度最大可达1.73Gbps
6．IEEE 802.11ax：使用2.4GHz频段、5Ghz频段或6Ghz频段，最高速度可达11 Gbps
WIFI联盟已经将802.11a/b/g命名为WIFI3，802.11n命名为WIFI4，802.11ac命名为WIFI5，802.11ax命名为WIFI6，这种命名方式能更好的方便消费者了解产品支持的WIFI技术标准，从而方便消费者更好的选择WIFI产品。
无线网卡的作用、功能跟普通电脑网卡一样，是用来连接到局域网上的。它只是一个信号收发的设备，只有在找到上互联网的出口时才能实现与互联网的连接，所有无线网卡只能局限在已布有无线局域网的范围内。无线网卡就是不通过有线连接，采用无线信号进行连接的网卡。
无线网卡可以根据不同的接口类型来区分，第一种是USB无线网卡，是最常见的；第二种是台式机专用的PCI/PCI-E接口无线网卡;第三种是笔记本电脑内置的MINI-PCIE/M.2 1216接口无线网卡。
就如上面所说，我们光有无线网卡是无法连接无线网络，还必须有无线路由器或无线AP。无线网卡就好比是接收器，无线路由相当于发射器。其实还是需要有线的Internet线路接入到无线猫上，再将信号转化为无线的信号发射出去，由无线网卡接收。
无线网卡最先进的标准是IEEE 802.11ax，它大幅提升了无线局域网竞争力。随着无线局域网标准、技术快速发展，产品逐渐成熟，无线局域网的应用也日益丰富。越来越多的家庭用户开始使用无线网络，许多企业也纷纷在自己的办公大楼内布设无线局域网，同时，电信运营商对无线局域网也给予了极大关注，无论是在机场、酒店、咖啡厅等公共区域铺设公众无线网络，给大家提供方便的无线上网。
虚拟网卡
随着嵌入式设备对网络需求的增长，物联网技术通过传 感器获取大量数据，这些数据通过嵌入式网关进行处理，这就涉及到各种网络通信算法。但是通常嵌入式软硬件开发时间是不均衡的。如果网络通信算法已经完成。而硬件仍然处于调试状态，导致网络通信算法不能够及时验证，则开发效率降低。虚拟网卡测试平台提供了不需要具体硬件参与，就能完成多网卡设备的通信算法验证，降低了软件开发周期。 并且通过分析虚拟网卡接收和发送的数据包，进而对算法的准确性和性能进行测试。 
故障及解决方法
网络连接不稳定
在网卡工作正常的情况下，网卡的指示灯是长亮的(而在传输数据时,会快速地闪烁)。如果出现时暗时明，且网络连接老是不通的情况，最可能的原因就是网卡和PCI插槽接触不良。和其他PCI设备一样，频繁拔插网卡或移动电脑时，就很容易造成此类故障，重新拔插一下网卡或换插到其他PCI插槽都可解决。此外，灰尘多、网卡金手指被严重氧化，网线接头损坏也会造成此类故障。只要清理一下灰尘、用报纸把“金手指"擦亮即可解决。 
驱动程序出现的故障
网卡和其他硬件一样，驱动程序不完善也极易引起故障，比如果用瑞显(Realtek)RT18469芯片的网卡，在Windows下就经常会出现Net-BIOSTCP/IP方面的错误。棉驱动更新到最新版后，此类问题就会迎刃而解。所以，当网卡出现一些不明缘由的故障时，可以到“驱动之家”等专业网站更新驱动来解决(推荐大家优先使用经过微软WHQL认证的驱动，通过此认证的驱动程序与Windows系统的兼容性是最好的)。一般在排除硬件，网络故障前提下，升级或重装驱动可以解决很多莫名故障。如果网卡故障是发生在驱动程序更新之后的话，可以用网卡自带的驱动程序来恢复一下。 
磁场导致故障
网卡与其它电子产品一样。很容易受到磁场干扰而发生故障。所以，网卡和网络布线时，就要采用屏蕺性强的网线和网卡设备，同时尽可能地避开微波炉、电冰箱、电视机等大功率强磁场设备，降低网卡故障的几率。 
网卡数据收发异常
第一步：依次单击“开始”、“控制面板”命令，弹出系统控制面板窗口，用 鼠标双击“网络和共享中心”图标，点击其后界面中的“管理网络连接”按钮，进 入网络连接列表窗口，右击“本地连接”图标，执行快捷菜单中的“属性”命令， 打开本地连接属性对话框，选中TCP/IPv4协议选项，点击“属性”按钮，切换到对应协议属性对话框，看看这里的IP地址等参数是否设置正确，如果用户输入了错误的IP地址，或者对网络参数配置不熟悉，就很容易引起网络故障。设置好了网络参数，或许故障现象就能自动消失了。
第二步：检查网卡设备工作状态是否正常。首先用手触摸网卡附近是否存在温度过高现象，在计算机长时间工作的情况下，如果计算机散热性能不好的话，很容易使网卡发生性能下降现象。当确认由于温度过高引起网卡工作不正常时，只要暂时关闭计算机一段时间，就能解决问题。其次检查一些应用程序或软件系统有没有对网卡设备进行操作权限方面的限制，比方说保密系统或网络病毒，可能会影响网卡设备的工作状态，此时只要查杀干净病毒，或取消程序或软件对网卡权限的限制，就能恢复网卡设备运行状态。第三判断网卡自身是否存在硬件问题。打开系统设备管理器窗口，展开网络适配器节点，用鼠标右键单击目标网卡设备，进入对应设备属性对话框，选择“常规”标签，在对应标签页面中就能直观看到网卡设备是否有问题了。如果从里还不能识别出网卡究竞是否正常时，不妨通过加装一块正常网卡的方法，来判断旧网卡是否在质量方面存在问题。最后尝试用鼠标右键单击“本地连接”图标，执行快捷菜单中的“修复”命令，这样或许能解决一些网卡错误，从而恢复网卡的工作状态。
第三步：通过专业线缆测试仪器，对物理线路的连通性进行测试，以此来判断网络线缆是否有断点，网卡水晶头是否接触不良。如果发现网络线缆有断点，必须要重新更换新的网络线缆。如果看到水晶头接触不好时，不妨选用质量较高的头，重新制作网络接头。
第四步：要检查交换机的工作状态。在长时间工作后，交换机设备很容易出现老化现象，这时会引起连接到该交换机中的所有计算机上网不正常，所以观察其他计算机的上网状态，如果有多台计算机网卡数据收发异常，那十有八九是交换机问题，只要重新更换交换机即可。如果其他计算机上网正常，那不妨尝试换插一个交换端口，看看是否是端口模块有问题。有的时候，小小的灰尘也能引起交换机或网卡设备的性能下降，因此要加强设备的保养。