38. Кабели и структурированные кабельные системы. Коаксиальные кабели.

39. Сетевые адаптеры (Network Interface Card). Назначение. Настройка. Функции сетевых адаптеров. Типы сетевых адаптеров. Параметры.

--- Сетевые адаптеры – это сетевое оборудование, обеспечи-

вающее функционирование сети на физическом и канальном

уровнях.

Сетевой адаптер относится к периферийному устройству ком-

пьютера, непосредственно взаимодействующему со средой передачи

данных, которая прямо или через другое коммуникационное обо-

рудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство

решает задачи надежного обмена двоичными данными, представ-

ленными соответствующими электромагнитными сигналами, по

внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сете-

вой адаптер работает под управлением драйвера операционной

системы, и распределение функций между сетевым адаптером и

драйвером может изменяться от реализации к реализации.

Компьютер, будь то сервер или рабочая станция, подключается

к сети с помощью внутренней платы – сетевого адаптера (хотя бы-

вают и внешние сетевые адаптеры, подключаемые к компьютеру

через параллельный порт).

Сетевой адаптер вставляется в гнездо материнской платы.

Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей

станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос

к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда

файловый сервер готов. Сетевые адаптеры преобразуют параллель-

ные коды, используемые внутри компьютера и представленные ма-

ломощными сигналами, в последовательный поток мощных сигна-

лов для передачи данных по внешней сети. Сетевые адаптеры

должны быть совместимы с кабельной системой сети, внутренней

информационной шиной ПК и сетевой операционной системой.

--- Для работы ПК в сети надо правильно установить и настроить

сетевой адаптер. Для адаптеров, отвечающих стандарту PnP

(plug and play), настройка производится автоматически. В ином

случае необходимо настроить линию запроса на прерывание (Interrupt

Request Line, IRQ) и адрес ввода/вывода (Input/Output address).

Адрес ввода/вывода – это трехзначное шестнадцатеричное

число, которое идентифицирует коммуникационный канал между

аппаратными устройствами и центральным процессором.

Чтобы сетевой адаптер функционировал правильно, должны

быть настроены линия IRQ и адрес ввода/вывода. Запросы на пре-

рывание IRQ и адреса ввода/вывода для основных устройств ком-

пьютера приведены в таблице.

Обычно сетевая карта обнаруживает конфликт, если двум

устройствам назначен один и тот же ресурс (запрос на прерывание

или адрес ввода/вывода). Сетевые карты поддерживают различные

типы сетевых соединений.

Физический интерфейс между самой сетевой картой и сетью

называют трансивером (transceiver) – устройство, которое как по-

лучает, так и посылает данные.

Трансиверы на сетевых картах могут получать и посылать

цифровые и аналоговые сигналы. Тип интерфейса, который ис-

пользует сетевая карта, часто может быть физически определен на

сетевой карте. Перемычки, или джамперы (маленькие перемычки,

соединяющие два контакта), могут быть настроены для указания

типа трансивера, который должна использовать сетевая карта в

соответствии со схемой сети. Например, перемычка в одном по-

ложении может включить разъем RJ-45 для поддержки сети типа

витая пара, в другом – поддержку внешнего трансивера.

--- Сетевые адаптеры производят семь основных операций при

приеме или передаче сообщения.

1. Гальваническая развязка с коаксиальным кабелем или ви-

той парой. Для этой цели используются импульсные трансформа-

торы. Иногда для развязки используются оптроны.

2. Прием (передача) данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в

адаптер или из адаптера в память ПК через программируемый канал

ввода/вывода, канал прямого доступа или разделяемую память.

3. Буферизация. Для согласования скоростей пересылки дан-

ных в адаптер или из него со скоростью обмена по сети использу-

ются буфера. Во время обработки в сетевом адаптере данные хра-

нятся в буфере. Буфер позволяет адаптеру осуществлять доступ ко

всему пакету информации. Использование буферов необходимо

для согласования между собой скоростей обработки информации

различными компонентами ЛВС.

4. Формирование пакета. Сетевой адаптер должен разделить

данные на блоки в режиме передачи (или соединить их в режиме

приема) данных и оформить в виде кадра определенного формата.

Кадр включает несколько служебных полей, среди которых име-

ется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по

которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о кор-

ректности доставленной по сети информации.

5. Доступ к каналу связи. Набор правил, обеспечивающих

доступ к среде передачи. Выявление конфликтных ситуаций и

контроль состояния сети.

6. Идентификация своего адреса в принимаемом пакете.

Физический адрес адаптера может определяться установкой пе-

реключателей, храниться в специальном регистре или проши-

ваться в ППЗУ.

7. Преобразование параллельного кода в последовательный

код при передаче данных и из последовательного кода в парал-

лельный при приеме. В режиме передачи данные передаются по

каналу связи в последовательном коде.

8. Кодирование и декодирование данных. На этом этапе долж-

ны быть сформированы электрические сигналы, используемые для

представления данных. Большинство сетевых адаптеров для этой

цели используют манчестерское кодирование. Этот метод не тре-

бует передачи синхронизирующих сигналов для распознавания

единиц и нулей по уровням сигналов, а вместо этого для пред-

ставления 1 и 0 используется перемена полярности сигнала.

9. Передача или прием импульсов. В режиме передачи

закодированные электрические импульсы данных передаются в

кабель (при приеме импульсы направляются на декодирование).

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспече-

нием способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые мо-

гут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой

работы оборудования.

Последние типы сетевых адаптеров поддерживают техноло-

гию Plug and Play. Если сетевую карту установить в компьютер,

то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит

для него драйверы.

Некоторые сетевые адаптеры имеют возможность использо-

вать оперативную память ПК в качестве буфера для хранения

входящих и исходящих пакетов данных. Базовый адрес (Base

Memory Address) представляет собой шестнадцатеричное число,

которое указывает на адрес в оперативной памяти, где находится

этот буфер. Важно выбрать базовый адрес без конфликтов с дру-

гими устройствами.

--- Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности исполь-

зуемой в компьютере внутренней шины данных – ISA, PCI, PCI-E.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в

сети технологии – Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п. Как правило,

конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной се-

тевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каж-

дой технологии сейчас имеется возможность использования раз-

личных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коак-

сиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволокон-

ный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и

одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер

поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо

использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только ме-

тодами доступа к среде и протоколами, но еще и следующими па-

раметрами:

− скорость передачи;

− объем буфера для пакета;

− тип шины;

− быстродействие шины;

− совместимость с различными микропроцессорами;

− использование прямого доступа к памяти (DMA);

− адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

− конструкция разъема.

Классификация сетевых адаптеров. В качестве примера клас-

сификации адаптеров можно использовать подход фирмы 3Com,

имеющей репутацию лидера в области адаптеров Ethernet. Фирма

3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем раз-

витии три поколения.

Сетевые адаптеры первого поколения были выполнены на дис-

кретных логических микросхемах, в результате чего обладали

низкой надежностью. Они имели буферную память только на один

кадр, что приводило к низкой производительности адаптера, так

как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в

компьютер последовательно. Кроме этого, задание конфигурации

адаптера первого поколения происходило вручную, с помощью

перемычек. Для каждого типа адаптеров использовался свой драй-

вер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной

системой не был стандартизирован.

В сетевых адаптерах второго поколения для повышения произ-

водительности стали применять метод многокадровой буферизации.

При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в

буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра

в сеть. В режиме приема, после того как адаптер полностью принял

один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в па-

мять компьютера одновременно с приемом другого кадра из сети.

В сетевых адаптерах второго поколения широко используются

микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает на-

дежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров осно-

ваны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколе-

ния обычно поставляются с драйверами, работающими как в

стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера),

разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM,

так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разра-

ботанном фирмой Novell.

В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com

относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется

конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что

процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и пе-

редачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после

приема нескольких первых байт кадра начинается их передача.

Это существенно (на 25–55 %) повышает производительность це-

почки оперативная память – адаптер – физический канал –

адаптер – оперативная память. Такая схема очень чувствительна

к порогу начала передачи, то есть к количеству байт кадра, кото-

рое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть.

Сетевой адаптер третьего поколения осуществляет самонастройку

этого параметра путем анализа рабочей среды, а также методом

расчета без участия администратора сети. Самонастройка обеспе-

чивает максимально возможную производительность для конкрет-

ного сочетания производительности внутренней шины компьютера,

его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.

Адаптеры третьего поколения базируются на специализиро-

ванных интегральных схемах (ASIC), что повышает производи-

тельность и надежность адаптера при одновременном снижении

его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвей-

ерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также

реализовали похожие схемы в своих адаптерах. Повышение про-

изводительности канала адаптер – память очень важно для по-

вышения производительности сети в целом, так как производи-

тельность сложного маршрута обработки кадров, включающего,

например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, гло-

бальные каналы связи и т. п., всегда определяется производитель-

ностью его самого медленного элемента. Следовательно, если се-

тевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает мед-

ленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить ско-

рость работы сети.

Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к

четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входят эле-

менты ASIC, выполняющие функции МАС-уровня, а также боль-

шое количество высокоуровневых функций. В набор таких функ-

ций может входить поддержка агента удаленного мониторинга

RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного

управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров

почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего

центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого

поколения может служить адаптер компании Intel – Intel PRO/1000

MT Desktop или Hardlink HA-32G фирмы MAS Elektronik AG.

Современные сетевые адаптеры, как правило, поддерживают

следующие функции.

1. PCI BUS-Mastering. Данная функция означает возможность

пересылки данных устройством без участия центрального процес-

сора. На сетевой карте должны быть распаяны схемы, позволяю-

щие осуществлять прямую передачу информации.

2. BootRom. Возможность загрузки системы по сети заложена

в виде BootRom сетевой карты. Это микросхема энергонезависи-

мой памяти, где хранится код загрузчика. Он выполняет поиск в

сети сервера и запрашивает у него IP-адрес, а также путь, указы-

вающий, где можно получить образ операционной системы. После

того, как образ загружен и размещен в оперативной памяти, даль-

нейшее управление загрузкой передается ему точно так, как при

работе с обычной загрузочной дискетой или диском. Таким обра-

зом, при соответствующей настройке ПК может работать вообще

без жесткого диска. Загрузка через сеть настраивается в BIOS ма-

теринских плат, которые поддерживают данную функцию.

3. Wake-on-Lan. Данная технология представляет собой вклю-

чение удаленной системы через сеть. Адаптер отслеживает сетевой

траффик в ожидании специального Wake-пакета и при его получе-

нии пробуждает систему. При этом требуется, чтобы в настройках

BIOS была разрешена активация компьютера по запросу с порта, на

который установлена карта.