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LAN CHIP动作原理与应用

更新时间:2013-08-30 11:47:42

Ethernet  Evolution

802.11A/802.11B/802.11G相關介紹
以目前最常用的802.11b來說,傳輸速率是每秒11 Mega bits(mbps),有效範圍是300英尺(約90公尺)﹔而現在家用寬頻下載的最大值,大概是7.1Mbps,所以市面上所有的無線產品,與有線的寬頻串接後,要達到寬頻的順暢,是絕對綽綽有餘的。雖然802.11b標準對一般人使用已經非常足夠,但是802.11b卻有一個難以克服的缺點,就是安全性不夠,假如企業想利用802.11b的無線設備來傳遞機密性的資料,會很容易就被盜取。

802.11a的傳輸速度可以達到54mbps,簡而言之,a的資料傳輸速度是b的五倍,而且最重要的是安全性非常好,不僅可以提供更多人同時使用無線網路,對於企業機密性資料傳輸的需求,802.11a的規格可以符合企業發展的需要。

 
但是802.11a有一些先天上的缺點,首先,a無法與b相容,當企業建置802.11a網路設備時,原來電腦上的802.11b是無法入a網路的,設備的更新就必須要讓企業成本增加。再者,802.11a所使用的頻道,目前在大多數的國家,都屬於「管制頻道」包括在台灣國內,802.11a所定義使用的頻道是國家管制使用的頻道,目前是給飛航與軍方使用,並未開放﹔許多國家,包含歐洲幾個大國,對802.11a所定義的頻道仍未開放,因此802.11a能否成長,另一個關鍵是在各國能否合法。802.11g則是一被討論了很久的規格,直到去年(2003年)才在IEEE拍版定案﹔g的特色是「擁有a的好處,但是又能與b相容」,802.11g的
傳輸速率與a一樣,理論值可以達到54mbps,但是使用的頻道與802.11b相同,也可以與b相容,所以802.11g號稱「有802.11a的速度,安全性優於802.11b,但是又可以與802.11b相容。


意思是,企業可以使用802.11g規格的無線產品,不僅可以讓辦公室其他安裝b規格的電腦相容,安全性更好,更重要的是,g所使用的頻道都是合法的。認為802.11g未來一定可以取代現有的802.11b,成為無線網路的主流產品。

現今幾個較為重要的短距無線技術有802.11b、802.11a、802.11g、Bluetooth等,各個不同的技術除了在其應用領域範圍內不斷提升傳輸速度外,整個短距無線網路的技術演進呈現出下列幾個趨勢:第一,隨著傳輸速度引發的無線頻寬需求,以各種技術林立導致的訊號干擾等因素影響,短距無線通訊技術將從現有的2.4GHz頻段,逐漸朝向5GHz發展。
第二,短距無線網路技術已突破單純的數位資料傳遞,而向外整合語音的行動通訊以及視訊的網路多媒體相關機制。

第三,過去短距無線網路技術在不同的應用領域與市場區隔中,標準各自林立且互不相通,為降低成本、提升互通性、促進無線網路應用服務發展,將不同技術標準再予以融合已成為影響短距無線網路技術發展的重要關鍵。

網路基本概念
 大部份的資料網路可分為區域網路(LAN)及 廣域網路(WAN)

– LAN (Local Area Network)通常位於同一棟建築物或校園中,負責控制辦公室之間的通訊

網路依作業方式可分為對等式(Peer To Peer)與主從式(ClientTo Server)兩種網路『對等式』(Peer-to-Peer)的架構。在工作
群組中並沒有一台擔任管理角色的電腦,因此在設計和使用上比較簡單,但是比較缺乏帳戶、資源 和安全集中管理的特性,因此不適合應用於大型或安全性要求較高的網路。

工作群组
网域

在網域中,有一台電腦擔任管理的角色,是屬於『主從式』(Server-Client) 的架構。在每一個網域中,都有一個安全資料庫,儲存在擔任管理的電腦 中,該資料庫包含了網域中各使用者的資料。此種網路架構比較適合在大型或安全性要求較高的企業網路使用。

區域網路之拓樸圖
星狀拓樸圖 (Star Topological)
• 優點:傳輸品質高、資料安全及
網路維護容易。
• 缺點:中央主機故障時,將導致
網路癱瘓。

區域網路之拓樸圖

樹狀拓樸圖 (Tree Topological)
• 優點:可改善星狀的缺點,提高網路的可靠性。

•缺點:網路可靠性還是限制於各網路中心。

區域網路之拓樸圖

 

環狀拓樸圖 (Ring Topological)
• 優點:公平分配傳輸媒介使用權,沒有碰撞現象。
• 缺點:某一節點故障會導致網路癱瘓,佈線困難。
匯流排拓樸圖 (Bus Topological)
• 優點:佈線簡單,電腦容易加入或退出。
• 缺點:網路維護不易。

環狀拓樸圖 匯流排拓樸圖

區域網路是一種網路形式, 也有人將網路形式稱為(網路架構), 例如: 行動電話,有線電話,區域網路都是一種網路形式.我們要討論的是從實體層到連結層的部分,實體層所要討論的是設備的連接何其訊號傳輸的方式, 而連結層要介紹的是媒介存取控(MAC)的方法.
以下將為大家講解:

MAC位址與定位
傳輸資料前, 必須決定資料由誰接收, 就好像在大庭廣眾之下, 要跟誰講話要先呼叫名字, 那網路上的裝置也都有它用來識別的名字, 稱為位址
.
以乙太網路為例, 如下圖:

上圖中的0X0000E8-977381是網路卡的MAC位址, 每張網路卡都會有一個MAC位址, 其前3Bytes為廠商代號, 後3Bytes為流水號, 它是由硬體製造廠商向IEEE統 一註冊登記而來的, 如此可使每個MAC位址保持全球獨一無二.當A要傳資料給B會註明資料的目的端 為B的MAC位址

CSMA/CD
乙太網路是以CSMA/CD(載波偵測多重存取/碰撞偵測)的方式來做媒介存取控制, 其原理就好像會議規定只能有一個人發言, 而且是以按鈴搶答的方式來取得發言權, 取得發言權的人在發言完畢後, 其他人又可以再爭取發言權。在乙太網路上, 當A有資料需要送出時, 會先偵測媒介上是否已經有訊號?如果有則耐心等待並繼續偵測, 反之則偵測此空檔能持續96 Bit Time, 才可確定可以傳輸資料, 立即送出訊框。訊號傳輸的過程中同時也偵測媒介上的訊號, 如果發現碰撞則立即停止傳送並且改輸出一個擾亂訊號, 通知每一部電腦發生碰撞, 使得所有需要送出訊框的電腦等待一段時間之後重新搶送資料.等待一段隨機時間的作法, 是遭到碰撞時所進行的一個程序. 它會依遭到碰撞的次數而運算出一個隨機的時間值使工作站等待此時間之後再從頭開始, 以錯開再次碰撞機會, 當連續碰撞16次後, 便宣告失敗, 放棄這次傳送, 並向上層通知錯誤.
CSMA/CD流程如下圖:

CSMA/CD流程

雙絞線 (Twisted Pair)
• 電流傳遞,容易受電磁波干擾。
• 區分為『遮蔽式雙絞線』(STP)
• 與『無遮蔽式雙絞線』(UTP)。
• Cat-3 UTP 使用於 10 Mbps。
• Cat-5 UTP 使用於 100 Mbps。
• 點對點傳輸方式。

雙絞線

100BaseT4
• 使用 Cat-5 UTP 傳輸媒介
• 利用 4 對線
• 第 1, 2 對線為單工運作
• 第 3, 4 對線為半雙工運作
• 3 對線作為傳輸訊號,另一對線做碰撞偵測

100BaseT4

Crossover Cable

 

Crossover Cable

1000BaseT
• Cat-5 UTP
• 使用四對半雙工連線
• 採用 5-Level Pulse Amplitude Modulation (5-leve PAM) 編碼技術

1000BaseT
同軸電纜 (Coaxial Cable)
• 50 歐姆阻抗:基頻傳輸、10 ~ 100 Mbps。
• 75 歐姆阻抗:寬頻傳輸、300 ~ 750 MHz 頻寬。
• 電波傳遞,容易受電磁波干擾。
• 適合廣播網路,如 Ethernet。
• CATV 網路。

同軸電纜

光纖纜線 (Optical Fiber)
•多模光纖 (Multi- Mode Fiber):使用 LED、傳輸距離於 100 公尺以內、較便宜。
• 單模光纖 (Single Mode Fiber):使用 Laser 二極體發送,可達數公里,價格較昂貴。
• 光傳輸,不受電磁波干擾。
• 適合點對點傳輸。

光纖纜線

2

OSI 協定堆疊
1.實體層 (Physical Layer):定義網路系統中實際的連線,如同軸電纜、絞對線、光纖、無線電波等。也包含傳輸中的電氣特性。
2.資料連結層 (Data-Link Layer):定義如何將傳輸資料分裝成資料封包格式的規格,檢查資料傳輸錯誤的方法,以及同步化、錯誤控制、流量控制與鏈路管理等等。
3.網路層(Network Layer):此層的主要的工作包含以下兩項功能:
a) 定址
b) 選擇傳送路徑
4.傳輸層 (Transport Layer):定義真實的發送端和接收端或是點對點 (End-to-End) 連線技術。
5.交談層 (Session Layer):定義不同機器上使用者雙方交談連線的建立、維持和終止方法。
6.表現層 (Presentation Layer):定義通訊雙方的資料格式及轉譯。
7.應用層 (Application Layer):定義使用者和通訊軟體之間的介面。

OSI 協定堆疊
CSA Communications Streaming

如圖所示, 82547EI(GI)使用CSA Communications Streaming

Architecture,採用Memory Control Hub 連接到北橋, 理論上資料頻寬

為266MB/Sec。

82562ez(ex)採用 I/O Control Hub連接到南橋,資料頻寬為

33.3MB/Sec。

南桥
o
 
腳位名稱 功能
CS 晶片選擇
SK 串列資料 CLOCK
DI 串列資料輸入
DO 串列資料輸出
GND 接地
VCC 電源
ORG EEPROM 組態
DC 不接

 

腳位名稱
EEPROM 內部方塊圖
EEPROM 內部方塊圖
EEPROM 內部方塊圖
EEPROM 內部方塊圖

 

IDSEL

低電位啟動連接至南橋,由被選取的裝置啟動告知匯流排控制器,他已經

認知到自己的裝置位址 。

LWAKE 提供了 4 種不同的輸出信號包括了

active high

active low

positive pulse

negative pulse

 

腳位位於105PIN,屬於輸出腳位,是3.3V的輸出腳位,這腳位動作時則會告訴

主機板去執行WAKE-UP的動作,其中會搭配LACT和LWPTN腳位。

 

LWACT: LWAKE active mode:

Configuration Register 1 BIT 4

LWPIN:LWAKE pattern:

Configuration Register4 BIT2

 

RTL8100C QFP

 

93C46擁有4個CONFIG暫存器,每個暫存器有8

個BIT

 

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