第15章 网络接口

第一章网络概述一、填空题：1.独立的计算机系统、通信介质、网络协议、交换数据2. ARPANET、分组交换网3.开放系统互联参考模型、1981年4.微型计算机、微型计算机、微型计算机5.TCP/IP6.万维网7.CHINAPAC、CHINAPAC、3、88.钱天白、cn、cn9.计算机技术、通信技术10.星型、总线型、环型11.资源共享、数据通信、均衡负载相互协作、分布处理、提高计算机系统的可靠性12.地理范围有限、几百到十几千M、建筑物13.交换信息14.数字信道、模拟信道15.连续变化、连接变化的、不同、离散的脉冲16.分组交换、电路交换、报文交换17.单工通信、双工通信、全双工通信18.短距离、长距离二、选择题1、B2、C3、D4、B5、B6、A7、D8、B9、B 10、B 11、B 12、B13、B 14、D 15、A 16、A 17、A 18、B 19、A 20、C三、简答题1.什么是计算机网络将地理位置不同但具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和通信线路连接起来，在功能完善的网络软件<网络协议、网络操作系统、网络应用软件等）的协调下实现网络资源共享的计算机系统的集合。

2.ARPANET网的特点是什么？<1）实现了计算机之间的相互通信，称这样的系统为计算机互连网络。

<2）将网络系统分为通信子网与资源于网两部分，网络以通信子网为中心。

通信子网处在网络内层，子网中的计算机只负责全网的通信控制，称为通信控制处理机。

资源子网处在网络外围，由主计算机、终端组成，负责信息处理，向网络提供可以共享的资源。

<3）使用主机的用户，通过通信子网共享资源子网的资源。

<4）采用了分组交换技术。

<5）使用了分层的网络协议。

3. 计算机网络的发展经历了哪几个阶段？第一阶段是具有通信功能的多机系统阶段第二阶段以通信子网为中心的计算机网络第三阶段网络体系结构标准化阶段第四阶段网络互连阶段4. 简述计算机网络的主要功能？资源共享、数据通信、均衡负载相互协作、分布处理、提高计算机系统的可靠性5. 计算机网络的主要拓扑结构有哪些？星型拓扑、环型拓扑、总线型拓扑6. 串行通信与并行通信的区别是什么？并行<Parallel）通信：数据以成组的方式在多个并行信道上同时传输。

图15-1
Ethernet协议与OSI协议栈的比较
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千兆位Ethernet提供下列子层： 介质访问控制 （MAC） 子层——MAC子层在MAC与其对等站点之间提供一条逻辑连接， 其主要任务是初始化、控制和管理对等站点之间的连接。 调和子层——调和子层担当命令翻译器。它把MAC子层中使用的术语和命令映射成适 合于物理层实体的电气形式。 MII（介质独立接口）子层——MII子层MAC层和物理层之间的标准接口，支持10/100M
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操作。它将MAC层和物理层分离，使得MAC层可以用于各种物理层实现。 GMII （千兆位介质独立接口） 子层——GMII子层提供MAC层和物理层之间的标准接口， 支持1Gbps操作。它将MAC层和物理层分离，使得MAC层可以用于各种物理层实现。 PCS（物理编码子层）——PCS负责对进入和离开MAC子层的数据流进行编码和解码。 介质（1000BASEX）8B/10B编码用于光纤，介质（1000BASET）8B/1Q编码用于无屏 蔽双绞线（UTP） 。 PMA（物理介质连接）子层——PMA负责将码组串行化为适合于位串行物理设备 （SerDes）的位流，或相反。为保证正确数据解码，该子层还要实现同步。PMA位于 PCS和PMD子层之间。 对于光纤介质 （1000BASEX） ， PMA PMD端的接口是1位1250MHz 的信号，而在PMA PCS端的接口是125MHz的10位接口（TBI 10-bit interface） 。TBI是 GMII接口的一个备选方案。如果使用TBI，千兆位Ethernet控制器就必须能执行PCS功 能。对于UTP介质，PMA PMD端的接口由四对62.5MHz、PAM5编码的信号组成，PCS 端则向8B1Q4 PCS提供1250MHz的输入。 PMD（物理介质依赖）子层——PMD子层负责信号传输。典型的PMD功能包括放大、 调制和波形整形。不同的PMD设备支持不同的介质。 MDI（介质依赖接口）子层——MDI是一个连接器，它为不同的物理介质和PMD设备 定义不同的连接器。 图15-2描述了不同的物理层接口标准。

网络驱动程序我们已经讨论了字符设备和块设备驱动程序，接着要讨论的是迷人的网络世界。

网络接口是Linux设备中的第三标准类，这一章就是讲述它们是如何与核心的其余部分交互的。

网络接口并不象字符和块设备那样存在于文件系统。

相反，它在核心层处理包的发送和接收，并不与进程中的某个打开的文件绑定在一起。

网络接口在文件系统中的角色就象被安装的块设备。

一个块设备在blk_dev数组和其它核心结构中注册它的特征，接着按照要求通过它的request_fn函数“发送”和“接收”块。

类似地，一个网络接口必须在特定的数据结构中注册自己，从而在与外部世界交换包时可以被调用。

安装的磁盘与包发送接口有几个重要的不同。

首先，磁盘以一个结点的形式存在于/dev 目录，而网络接口并不在文件系统中出现。

不过两者之间最大的不同在于：磁盘是被请求向核心发送一个缓冲区，而网络接口则是请求向核心推送进来的包。

Linux的网络子系统被设计成完全协议无关的。

这对网络协议（IP vs. IPX 或其它协议）和硬件协议（以太网vs.令牌环等）都是如此。

网络驱动程序和核心之间的交互一次处理一个网络包；这允许协议可以干净地对驱动程序隐`藏起来，而物理传输则可以对协议隐藏起来。

本章描述网络接口如何与核心的其它部分紧密合作，并给出一个基于内存的模块化的网络接口，称之为（你可能已经猜到了）snull。

为简化讨论，这个接口使用以太网硬件协议并传送IP包。

通过snull获得的知识可以很好地应用于IP以外的协议，从以太网移到其它硬件协议只要求你对使用的物理协议有所了解。

snull的另一个限制是它不能在Linux1.2中编译。

再说一遍，这样做只是为了保持代码简单，并避免在snull中加入一些另人厌倦的条件。

不过，本章将会提到与网络驱动程序相关的可移植性问题。

本章并不介绍IP的编号原则，网络协议，以及其它普通的网络概念。

这个主题与驱动程序作者无关，而且以不到几百页的篇幅想对网络技术有一个令人满意的概述是不可能的。

网口工作原理网口（网络接口）是计算机与外部网络连接的物理接口，通过网口可以实现计算机与其他设备之间的数据传输。

网口工作原理涉及到数据的发送和接收两个方面。

首先是数据的发送。

当计算机需要向外部设备发送数据时，应用层将数据交给传输层，传输层将数据划分为较小的数据包，并添加相应的头部信息，形成传输层协议数据单元（Transport Layer Protocol Data Unit，简称TPDU）。

然后，传输层将TPDU交给网络层，网络层将TPDU添加网络层协议头部信息，形成网络层协议数据单元（Network Layer Protocol Data Unit，简称NPDU）。

接着，网络层将NPDU传递给数据链路层，数据链路层再添加数据链路层协议头部信息，形成数据链路层协议数据单元（Data Link Layer Protocol Data Unit，简称DPDU）。

最后，数据链路层将DPDU发送到物理层，物理层将DPDU转换为电信号，通过网口发送到外部网络。

其次是数据的接收。

当计算机收到来自外部网络的数据时，物理层先将电信号转换为DPDU，然后逐层剥去数据链路层、网络层和传输层的头部信息，得到应用层需要的数据。

网口工作原理的关键在于协议堆栈的处理。

数据在发送和接收过程中，会经过多个协议层，每层都会为数据添加相应的头部信息，以便在网络中正确传输和解析。

在接收端，每层都负责校验和解析相应的头部信息，并将数据传递给上一层。

总的来说，网口的工作原理是将待发送的数据通过协议堆栈逐层封装成数据包，然后通过网口发送到外部网络；而接收时，网口会逆序地解析各层协议头部信息并将数据传递给上一层。

这样，计算机与外部网络之间可以实现可靠的数据传输。