网卡究竟工作在OSI的哪一层?

网卡工作在物理层和数据链路层的MAC子层。网卡作为局域网设备，通过网关、路由器等连接到互联网。网卡有多种类型，按数据链路层控制分为以太网卡、令牌环网卡、ATM网卡等，按物理层分为无线网卡、RJ-45网卡、同轴电缆网卡、光纤网卡等。以太网采用CSMA/CD控制技术，定义物理层和数据链路层工作方式。数据链路层和物理层通过标准接口如MII、GMII传递数据和控制。

一块以太网网卡包含OSI模型的物理层和数据链路层。物理层定义信号传输与接收所需的标准接口，数据链路层提供寻址、数据帧构建、差错检查等功能。MAC控制器实现MAC子层和LLC子层功能，并提供符合PCI规范的接口。MAC从PCI总线接收IP数据包，拆分并打包成最大1518字节帧。帧包含目标MAC地址、源MAC地址、协议类型和CRC校验码。

MAC通过ARP协议从IP地址获取目标主机的MAC地址，ARP协议在IP层和数据链路层之间执行IP地址与MAC地址的转换。数据帧在PHY层发送，每4比特增加1比特校验码，转换为串行信号，按照物理层编码规则编码并传输。接收数据时，PHY恢复信号并删除帧头，将数据传递给驱动和协议栈。

PHY实现CSMA/CD功能，检测网络空闲后发送数据，若冲突则等待随机时间重新发送。交换机和HUB构建不同类型的局域网。PHY通过LED显示连接状态和工作状态，通过标准“语言”与对端设备协商连接速度、双工模式和流控。

隔离变压器将PHY信号耦合到网线上，增强信号并隔断直流分量，允许不同0V电平的设备间数据传输。变压器保护设备免受雷击和静电损伤。网卡传输最大距离由PHY决定，支持长距离传输的PHY可实现超过100米的距离。

网线中的8根线分为4对双绞线，1、2对用于数据传输，3、6对用于接收。网线制作时，1、2与3、6必须分属不同一对，以确保长距离下稳定连接。新的PHY支持AUTO MDI-X功能，自动交换1、2与3、6的功能，无需区分直通或交叉网线。

物理层和MAC之间通过MII/GigaMII界面进行数据和控制通信，通过SMI总线读写PHY寄存器实现状态查询和控制。EEPROM存储网卡ID、MAC地址、配置信息。BOOTROM用于无盘工作站引导操作系统，可烧写到网卡ROM中实现系统启动。

网卡供电采用3.3V或更低电压，需要电源转换电路。具备WOL功能的网卡在主机开机时转换至5V Standby电压，以节省5V Standby的电力消耗。主板提供WOL接口或通过PCI总线支持唤醒功能。

综上所述，网卡由物理层、数据链路层、MAC控制器、PHY、隔离变压器、MII/GigaMII接口、SMI总线、EEPROM、BOOTROM等组成，共同实现稳定的网络接入。网络的普及极大地提高了工作效率，并使我们能够畅游于互联网。

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