計(jì)算機(jī)如何傳輸數(shù)據(jù) 網(wǎng)卡的工作原理

大家都知道計(jì)算機(jī)里面存儲(chǔ)的是一堆01組成的二進(jìn)制代碼，那么計(jì)算機(jī)是怎樣把這些數(shù)字信號(hào)傳輸出去的呢?

計(jì)算機(jī)只有一根網(wǎng)線是和外界相連的，而和網(wǎng)線連接的地方叫做網(wǎng)卡，而網(wǎng)卡的作用就是把計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)發(fā)送出去。要想知道計(jì)算機(jī)是如何傳輸數(shù)據(jù)的首先要了解的是網(wǎng)卡的工作原理。

計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)包只是存放在內(nèi)存中的一串?dāng)?shù)字信息，沒有辦法直接發(fā)送給對方。因此，我們要將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為電或者光信號(hào)，才能在網(wǎng)線或者光纖上傳輸。

負(fù)責(zé)這個(gè)轉(zhuǎn)換工作的設(shè)備叫網(wǎng)卡，但是網(wǎng)卡是無法單獨(dú)工作的，要控制網(wǎng)卡還需要網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序，想必大家新買的電腦第一件事肯定是裝系統(tǒng)，然后是裝驅(qū)動(dòng)，這里的驅(qū)動(dòng)就包含了網(wǎng)卡，顯卡，鍵盤，鼠標(biāo)的驅(qū)動(dòng)等。如果沒有網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，網(wǎng)卡是工作不了的，也就是上不了網(wǎng)了，同樣沒有顯卡啟動(dòng)，你的電腦也就顯示不了東西。

不同廠商的網(wǎng)卡在結(jié)構(gòu)上有所不同，因此網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序也是由各大網(wǎng)卡廠商開發(fā)的專門的應(yīng)用程序。

網(wǎng)卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：

網(wǎng)卡并不是通電后就開始工作的，而是和其他硬件一樣需要初始化，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)操作系統(tǒng)后，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序會(huì)對硬件進(jìn)行初始化，然后網(wǎng)卡才能進(jìn)入工作狀態(tài)。

網(wǎng)卡的內(nèi)部存儲(chǔ)著全世界唯一的地址叫做MAC地址，這是在生產(chǎn)網(wǎng)卡的時(shí)候?qū)懭氲?，這個(gè)地址不能被修改，因?yàn)樗菍懺?a href="http://wenjunhu.com/tags/rom/" target="_blank">ROM當(dāng)中的，ROM是只讀存儲(chǔ)器，但是可以在Windows系統(tǒng)里面被模擬修改成其他MAC地址。

網(wǎng)卡中的保存的MAC地址會(huì)由網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序讀取并分配給MAC模塊，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)從IP模塊獲取數(shù)據(jù)包后，會(huì)將其復(fù)制到網(wǎng)卡內(nèi)的緩沖區(qū)中，然后MAC模塊會(huì)將數(shù)據(jù)包從緩沖區(qū)取出，并在開頭加上報(bào)頭和起始幀分界符，在末尾加上用于檢測錯(cuò)誤的幀校驗(yàn)系列如下圖：

報(bào)頭是一串像10101010…這樣 1 和 0 交替出現(xiàn)的比特序列，長度為 56 比特，它的作用是確定包的讀取時(shí)機(jī)。

當(dāng)這些 1010 的比特序列被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，會(huì)形成如下圖這樣的波形。接收方在收到信號(hào)時(shí)，遇到這樣的波形就可以判斷讀取數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)。

用電信號(hào)來表達(dá)數(shù)字信息時(shí)，我們需要讓 0 和 1 兩種比特分別對應(yīng)特定的電壓和電流，例如下圖這樣的電信號(hào)就可以表達(dá)數(shù)字信息。

通過電信號(hào)來讀取數(shù)據(jù)的過程就是將這種對應(yīng)關(guān)系顛倒過來。也就是說，通過測量信號(hào)中的電壓和電流變化，還原出 0 和 1 兩種比特的值。

加上一系列報(bào)頭等數(shù)據(jù)之后，我們就可以將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)線發(fā)送出去了，發(fā)送信號(hào)的操作分為2種，一種是使用集線器的半雙工模式，另一種是使用交換機(jī)的全雙工模式。

什么是半雙工?什么是全雙工?半雙工就是同一時(shí)間只能一方發(fā)送一方接收。而全雙工，收發(fā)雙方可以同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。

然后MAC 模塊從報(bào)頭開始將數(shù)字信息按每個(gè)比特轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由 PHY， 或者叫 MAU 的信號(hào)收發(fā)模塊發(fā)送出去。在這里，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為電信的速率就是網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，例如每秒將 10 Mbit 的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送出去，則速率就是 10 Mbit/s。

接下來，PHY(MAU)模塊會(huì)將信號(hào)轉(zhuǎn)換為可在網(wǎng)線上傳輸?shù)母袷剑?并通過網(wǎng)線發(fā)送出去。

以太網(wǎng)規(guī)格中對不同的網(wǎng)線類型和速率以及其對應(yīng)的信號(hào)格式進(jìn)行了規(guī)定，但 MAC 模塊并不關(guān)心這些區(qū)別，而是將可轉(zhuǎn)換為任意格式的通用信號(hào)發(fā)送給 PHY(MAU)模塊，然后 PHY(MAU)模塊再將其轉(zhuǎn)換為可在網(wǎng)線上傳輸?shù)母袷健?/p>

網(wǎng)卡將包轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送出去的過程到這里就結(jié)束了，有興趣深入了解的同學(xué)請關(guān)注我。

原文標(biāo)題：計(jì)算機(jī)是怎樣把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸出去的?

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審核編輯：湯梓紅