На Транспортном уровне, кроме того, к пакету добавляется информация, которая поможет компью­теру-получателю восстановить исходные данные из последовательно­сти пакетов.

Когда, завершив свой путь к кабелю, пакет проходит Физический уровень, он содержит информацию всех остальных шести уровней.

Адресация пакета

Большинство пакетов в сети адресуется конкретному компьютеру, и, как результат, только он один реагирует на них. Каждая плата сетевого адаптера «видит» все пакеты, передаваемые по сегменту кабеля, но только при совпадении адреса пакета с адресом компьютера она прерывает его работу. Используется также и широковещательная адресация (broadcast addressing). На пакет с таким типом адреса одновременно реагируют множество компьютеров в сети.

В крупномасштабных сетях, покрывающих огромные территории (или государства), предлагается несколько возможных маршрутов для передачи данных. Коммутирующие и соединяющие сетевые компоненты используют адресную информацию пакетов для определения наилучшего из маршру­тов.

Рассылка пакетов

Сетевые компоненты используют адресную информацию пакетов и для других целей: чтобы направлять пакеты по назначению и не допускать их в те области сети, к которым они не относятся. В правильной рассылке пакетов ключевую роль играют две функции:

• Продвижение пакетов. Компьютер может отправить пакет на следующий подходящий сетевой компонент, основываясь на адресе из заголовка пакета;

• Фильтрация пакетов. Компьютер может отбирать определенные пакеты на основе некоторых критериев, например, адреса.

Платы сетевого адаптера

Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического соединения между компьютером и се­тевым кабелем. После установки платы к ее соответствующему разъему подключается сетевой ка­бель. При этом плата должна предназначаться для определенного типа шины расширения и иметь разъем для кабеля, используемого в данной сетевой среде. Поэтому, чтобы обеспечить совмести­мость ПК и сети, плата должна отвечать следующим требованиям:

• иметь соединитель (он должен подходить к типу кабельной системы) для подключения сете­вого кабеля;

• соответствовать внутренней архитектуре ПК (архитектуре шины данных);

Например, плата Apple в сети с топологией «шина» не будет работать в ПК IBM в сети с топологией «шина». Конструкция сетевых адаптеров ориентиро­вана на конкретные методы передачи сетевого сигнала, тип компьютерной шины и сетевую передающую среду.

Сетевые кабели и соединители

Координируя взаимодействие сетевого кабеля и ПК, плата сетевого адаптера выполняет три важные функции:

• организует соединение с кабелем;

• генерирует электрические сигналы, передаваемые по кабелю;

• следует определенным правилам, регламентирующим доступ к сетевому кабелю.

Прежде чем выбрать сетевую плату, следует определить тип кабеля и соединителей, которые будут использованы.

Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ. Эти программы реализуют функции подуровней Канального уровня модели OSI.

Для реализации сетевого соединения нужны четыре компонента:

• коннектор, соответствующий сетевой передающей среде;

• трансивер;

• контроллер, поддерживающий подуровень MAC канального уровня OSI;

• микропрограммное обеспечение для управления протоколом.

Коннекторы и обрамляющие цепи разрабатываются для конкретного типа коммуникационной среды (например, для коаксиала, витой пары, оптово­локна или беспроводных технологий). Некоторые сетевые платы, подобные показанной на рис. 3.4, изготавливаются с несколькими разъемами, и по­этому могут использоваться с различными типами среды. Довольно часто встречаются платы Ethernet с разъемами RJ45, BNC и AUI. Стоят такие платы, конечно, дороже. Использовать единовременно можно только один разъем.

Рис. 3.4 Комбинированный сетевой адаптер

Комбинированные адаптеры чаще всего делаются с выходами под коаксиал и витую пару. Такие адаптеры поставляются с программными драйверами или программно-аппаратными средствами (firmware), соответствующими типам передающей среды. Программно-аппаратные (микропрограммные) сред­ства представляют собой программы, хранящиеся в микросхеме, например, в постоянной памяти (ПЗУ). Кроме того, некоторые драйверы могут распо­знавать тип среды, подключенной к сетевому адаптеру, и соответствующий драйвер устанавливается автоматически. В некоторых операционных систе­мах, например, в Windows 2000 и Windows XP, драйверы аппаратных средств, включая сетевые, могут быть подписанными. Подписанный драйвер содержит некоторую цифровую подпись, которая гарантирует, что данный драйвер проверялся на совместимость с операционной системой, не заменит более свежую версию и не со­держит ошибок или вирусов.

Примечание

Комбинированный адаптер может поддерживать две среды передачи сигнала и более, но для его правильной работы необходимо, чтобы в конкретный момент времени была подключена только одна среда.

Кабельный разъем подключается к трансиверу (приемопередатчику), кото­рый может быть или внешним, или встроенным в сетевой адаптер. Трансивер (transceiver) – это устройство, обеспечивающее передачу и прием сигна­лов по коммуникационному кабелю. В компьютерах, серверах и сетевом оборудовании трансивер чаще всего встраивается в плату интерфейса. В некоторых случаях, обычно в старом сетевом оборудовании, трансивер является внешним по отношению к адаптеру, и для его подключения к адаптеру применяется ответвительный кабель.

Совет

Ответвительный кабель для трансивера нужен только в том случае, когда тран­сивер является внешним по отношению к сетевому адаптеру. Он не должен ис­пользоваться, если трансивер встроен в плату адаптера.

Назначение блока контроллера MAC

Общая задача блока контроллера MAC и программно-аппаратных средств – правильно упаковать адреса источника и приемника (физические адреса передающего и принимающего сетевых адаптеров), передаваемые данные и контрольную сумму. Контроллер MAC работает на подуровне MAC Ка­нального уровня OSI и форматирует фреймы. Кроме этого, блок контролле­ра функционирует на подуровне LLC того же уровня и выполняет следую­щие задачи:

• инициирует коммуникационный канал между двумя узлами;

• обеспечивает целостность канала и надежную передачу данных;

• следит за тем, чтобы сетевые адаптеры на обоих коммуникационных уз­лах выдерживали паузу, равную 9,6 мкс, между приемом одного фрейма и передачей последующего, чтобы у обоих адаптеров был неболь­шой запас времени для правильного переключения между режимами прие­ма и передачи.

Блок контроллера MAC и программно-аппаратные средства настроены на конкретную сетевую технологию, например:

• Ethernet;

• Fast Ethernet;

• Gigabit Ethernet;

• 10 Gigabit Ethernet;

• Token Ring;

• Fast Token Ring;

• FDDI;

• ATM.

Назначение платы сетевого адаптера:

• подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

• передача данных другому компьютеру;

• управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

При этом выполняются следующие задачи:

- Инкапсуляция данных. При подготовке данных для передачи в сеть сетевой адаптер и его драй­вер отвечают за формирование кадра из данных, сгенерированных протоколом сетевого уровня. Кроме того, сетевой адаптер считывает содержимое входящих кадров и направляет данные из них соответствующему протоколу сетевого уровня;

- Кодирование и декодирование сигнала. Сетевой адаптер кодирует информацию на физическом уровне, преобразуя двоичные данные, сгенерированные на сетевом уровне и инкапсулированные в кадр, в электрические заряды, световые импульсы или другие сигналы (в зависимости от типа сетевой среды), а также преобразует принятые сигналы в двоичные данные для дальнейшего ис­пользования на вышестоящих уровнях;

- Передача и прием данных. Основная функция сетевого адаптера – генерация и передача по сети сигналов соответствующего типа, а также прием входящих сигналов соответствующего типа. Природа сигнала зависит от сетевой среды и протокола каналь­ного уровня. В обычной ЛВС передаваемые пакеты попадают на все компьютеры без исключения. Сетевой адаптер проверяет целевой адрес канального уровня у каждого пакета, чтобы найти среди них те, которые предназначены для данного компьютера. Если пакет достиг своей цели, сетевой адаптер направляет его для обработки следующим уровням стека протокола, в противном случае пакет игнорируется;

- Буферизация данных. Сетевые адаптеры передают и получают данные по кадру за раз. Поэтому адаптеру необходим буфер для временного хранения данных, прибывающих от компьютера или из сети в то время, когда адаптер занят формированием кадра и его подготовкой к обработке;

- Последовательное/параллельное преобразование. Обмен данными между компьютером и сете­вым адаптером, как правило, осуществляется параллельно (за исключением USB-адаптеров), т. е. по 16 или 32 бита за раз (в зависимости от шины компьютера). С другой стороны, передача ин­формации по сети осуществляется последовательно (побитово). Сетевой адаптер отвечает за пре­образование этих типов передачи;

- Управление доступом к сетевой среде. Сетевой адаптер реализует механизм МАС, необходи­мый протоколу канального уровня для управления доступом к сетевой среде. Характер управле­ния зависит от используемого протокола. Этот процесс завершается переводом цифровых данных ПК в электрические и оптические сиг­налы. Отвечает за это преобразование трансивер.

Сетевой адрес

Сетевая плата обязательно должна указать свой адрес, чтобы ее можно было найти в сети. Сете­вые адреса определены комитетом по стандартам. Этот комитет закрепляет за каждым производи­телем определенный интервал адресов, которые затем «зашиваются» в микросхемы. Благодаря этому каждая сетевая карта имеет уникальный адрес в сети. Кроме того, сетевая карта участвует в следующих процедурах:

1. ПК и сетевая карта должны быть связаны друг с другом для передачи данных. Если плата мо­жет использовать прямой доступ к памяти, ПК выделяет ей некоторую область памяти;

2. Плата сетевого адаптера запрашивает у ПК данные;

3. Шина ПК передает данные из памяти ПК плате сетевого адаптера. Если данные поступают быстрее, чем их способна передать плата, то они временно поступают в буфер.

Передача и управление данными

Перед тем как послать данные по сети, плата сетевого адаптера проводит электронный диалог с принимающей платой, во время которого обговариваются:

• максимальный размер блока предаваемых данных;

• объем данных, передаваемый без подтверждения о получении;

• интервалы между передачами блоков данных;

• интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение о получении;

• объем данных, который может принять каждая плата, не переполняясь;

• скорость передачи данных.

Если более быстрая плата должна взаимодействовать с медленной, то они должны найти общую скорость передачи. Некоторые современные платы могут приспосабливаться к скорости старых плат. Каждая плата оповещает другую о своих параметрах, принимает «чужие» параметры и подстраи­вается под них. После того, как все детали определены, платы начинают обмен данными.

Параметры конфигурации

Конфигурирование сетевого адаптера состоит в его настройке на использование определенных аппаратных ресурсов, перечисленных ниже.

Параметры конфигурации платы сетевого адаптера должны быть корректно установлены, чтобы ее работа протекала правильно. В их число входят:

• прерывание;

• базовый адрес порта ввода/вывода;

• базовый адрес памяти;

• используемый трансивер.

Параметры платы сетевого адаптера чаще всего устанавливаются в программном обеспечении, но они должны совпадать с установками, заданными на плате перемычками или DIP‑переключате­лями. Ранние модели плат могли менять параметры только при помощи перемычек на самой плате.

Прерывание

Линии запроса прерывания – это физические линии, по которым различные устройства могут по­слать микропроцессору ПК запросы на обслуживание или прерывание.

Линии запроса прерывания встроены в аппаратуру ПК, они имеют различные приорите­ты, что позволяет определить наиболее важные из запросов. Все устройства в ПК должны пользоваться разными прерываниями (IRQ). Линия запроса прерывания задается при настройке устройства.

В большинстве случаев платы сетевого адаптера используют IRQ3, IRQ5, IRQ10 или IRQ11. Если есть выбор, рекомендуется выбрать IRQ5, т. к. это значение установлено по умолчанию в боль­шинстве систем. Если же IRQ3 или IRQ5 недоступны, то выбирается любой доступный номер прерывания.

Стандартные распределения аппаратных прерываний