计算机网络故障诊断与排除第3讲：数据链路层故障诊断与排除

老的网卡上用的都是分离元件，性能不稳定且设置复杂， 兼容性差，且主要是采用逐帧处理技术，这种工作方式 大大降低了系统的性能。针对这些缺点，后来进行了多 方面的改进。例外如，提高了集成度，网卡的稳定性有 所增强；采用了标准软件接口；传送方面采用了多帧处 理技术，即多帧缓冲技术。发送数据时，网卡在发送前 一帧的同时可以接收CPU发来的下一帧数据。同样，网 卡在接收端口传来数据的同时，即可向内存发送上一帧 数据，但必须是整帧整帧地发送或接收数据，并非完全 意义上的并行处理。
最新网卡采用ASIC和最先进的元件，大大提高了能和 集成度。另外，成本也降低了许多。用网卡驱动软件优 化传输操作时序，使管道任务的重叠达到最大，延时达 到最小。从而得到真正并行机制，使性能平均提高了 40%。在并行机制中，传送和接收是可叠加的流水过程， 不再是从前的逐帧处理。在发送数据时，不等整帧装入 网卡缓冲区即可开始向网络发送数据。在接收时，不等 整帧进入网上缓冲区即可开始向系统内存发送数据。
(2) 网卡采用共享内存方式，即CPU使用MOV指令直接对内存和网 卡缓冲区寻址。接收数据时数据帧先进入网卡缓冲区，ISR发出 内存读写请求，CPU响应后将数据从网卡送至系统内存。
(3) 网卡采用DMA方式，ISR通过CPU对DMA控制器编程，DMA控 制器一般在系统板上，有的网卡也内置DMA控制器。DMA控制 器收到ISR请求后，向主CPU发出总线HOLD请求，获CPU应答 后即向LAN发出DMA应答并接管总线，同时开始网卡缓冲区与 内存之间的数据传输。
一般的网卡占用主机的资源较多，对主CPU的依赖较大， 而智能型网卡拥有自己的CPU，可大大增加LAN带宽， 同时有独立的I/O子系统，将通道处理移至独立的自身 处理器上。
100Mbps和1000Mbps高速以太网是由当今最为 流行的10Mbps以太网发展而来的，其保留了 CSMA/CD协议，从而使得10、100、1000Mbps 以太网在带宽上可以方便地连接起来，不需要 协议转换。100Mbps和1000Mbps以太网传输速 率比传统的10Mbps以太网提高了10～100倍，理 论上数据吞吐量可达80Mbps～8000Mbps。
读入由其他网络设备(路由器、交换机、集线器或其他NIC)传输 过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别 的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需设备中(CPU、 RAM或硬盘驱动器)；
将PC设备(CPU、RAM或硬盘驱动器)发送的数据，打包后输送 至其他网络设备中。 目前，市面上常见的网卡种类繁多。按所支持的带宽分，有 10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡、 1000Mbps网卡和10000Mbps网卡。按总线类型分，有PCI网卡、 ISA网卡、EISA网卡及其他总线网卡。由于历史原因，以太网的 传输介质并不统一，使网卡的网络接口有些复杂，按传统介质 分，以太网可分为粗缆网(AUI接口)、细缆网(BNC接口)及双绞 线网(RJ45接口)，网卡相应地分为RJ-45口、IPC口(RJ45+BNC)、 TPO口(RJ45)、COMBO口(RJ45+AUI+BNC)和TP口(BNC+AUI)。 其中TP口现在已经很少见到。在采购网卡之前应搞清楚自己的 网络需要什么接口，以免买回来以后无法使用。一般来讲， 10Mbps网卡大多为ISA总线，100Mbps网卡中全部是PCI总线； 服务器端的网卡可能有EISA总线或其他总线。众所周知，ISA为 16位总线，PCI为32位总线，PCI网卡比ISA网卡的总线多，速度 快。
(4) 主总线网卡能够裁决系统总线控制权，并对网卡和系 统内存寻址，LAN控制器裁决总线控制权后以成组方式 将数据传向系统内存，IRQ调用LAN驱动程序ISR，由 ISR完成数据帧处理，并同高层协议一起协调接收和发 送操作。这种网卡由于有较高的数据传输能力，常常省 去了自身的缓冲区。
(5) 智能网卡中有CPU、RAM、ROM和较大的缓冲区。其 I/O系统可独立于主CPU，LAN控制器接收数据后由内 置CPU控制所有数据帧的处理，LAN控制器裁决总线控 制并将数据成组地在系统内存和网卡缓冲区之间传递。 IRQ调用LAN驱动程序ISR，通过ISR完成数据帧处理， 并同高层协议一起协调接收和发送操作。
并行处理技术对处理精度和定时要求非常准确， 当数据帧还未完全发送完毕时，网卡缓冲区变 空就称为下溢，网卡缓冲区里数据已满时，网 络接口处又来数据或未传完便称为上溢。在接 收端采用动态调整机制，其目的是将数据移入 系统内存避免上溢。在接收数据期间，并行机 制使用预测中断，即在网卡已确定了帧地址时， CPU就开始处理中断，同时，已收到足够长的 字节以预测来帧的数据量。在CPU处理完第一 个预测中断时，CPU就开始将数据从网卡缓冲 区送到主存，网卡在接收第一数据帧的末字节 时，CPU已准备将数据移向内存。
数据链路层的功能为：在物理层提供比特流传 输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据 链路连接，传送以帧为单位的数据，通过差错 控制，流量控制方法，使有差错的物理线路变 成无差错的数据链路。数据链路层在OSI模型中 的位置如图3-1所示。
3.2 网卡故障诊断与排除
网卡是LAN的接入设备，是单机与网络间架设的桥梁。它主要完成 如下功能：
第3讲：数据链路层故障诊断与排除
本章重点介绍以下内容： 数据链路层概述； 网卡故障诊断与排除； 网桥故障诊断与排除； 交换机故障诊断与排除； 数据链路层故障排除实例。
3.1 数据链路层概述
数据链路层利用物理层提供的服务，与对等层 进行以信元为信息单位的通信，它们对其上一 层网络提供服务。
3.2.2 网卡的类型
下面介绍网卡的类别和总线类型。
1. 网卡的类别
从工作方式上来看，网卡大致有5类。
(1) 主CPU用IN和OUT指令对网卡的I/O端口寻址并交换数据。这种 方式完全依靠主CPU实现数据传送。当数据进入网卡缓冲区时， LAN控制器发出中断请求，调用ISR，ISR发出I/O端口的读写请 求，主CPU响应中断后将数据帧读入内存。