Сетевые карты
Сетевая плата (также известная как сетевая карта, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card)) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
Типы
По физической реализации сетевые платы делятся на:
· внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот;
· внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно используемые в ноутбуках;
· встроенные в материнскую плату.
По типу используемого протокола платы делятся на Ethernet, TokenRing, FDDI и др. Так как самым распространенным протоколом является Ethernet, далее будем рассматривать только Ethernet-карты.
По скорости передачи и типу линий связи платы делятся на следующие виды (упрощенно):
· 10-мегабит и менее скоростные — уже не используются;
· 100-мегабит — самый распространенный для локальных сетей;
· 1-гигабит — получает распространение в локальных сетях, территориальные сети;
· 10-гигабит — глобальные сети;
· коаксиальный кабель (тонкий и толстый) — уже не используется;
· витая пара — самый распространенный тип кабелей для локальных сетей;
· оптоволокно (одномодовое и многомодовое) — используется в глобальных компьютерных сетях и при передаче данных на большие расстояния, с падением цен в этом секторе и увеличением скоростей передачи данных начинает завоевывать свое «место под солнцем» и в области локальных сетей.
На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 3 типа разъёмов:
· 8P8C (8 Position 8 Contacts) для витой пары (еще его называют RJ-45);
· BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
· 15-контактный разъём трансивера для толстого коаксиального кабеля (AUI).
Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, иногда даже все три сразу, но в любой данный момент работает только один из них, кроме того из-за особенностей конструкции сетевой карты может возникнуть ситуация когда один из разъемов «перегорает», но при этом остальные могут функционировать.
На 100-мегабитных и более скоростных платах устанавливают разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45) и/или различные оптические разъемы для передачи данных по оптоволокну.
Рядом с разъёмом могут быть один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.
Параметры сетевого адаптера
При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:
· номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ;
· номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается);
· базовый адрес ввода/вывода;
· базовый адрес памяти ОЗУ (если используется);
· поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости;
· поддержка теггрированных пакетов VLAN (801.q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID;
· параметры WON (Wakeup on LAN).
В зависимости от мощности и сложности сетевой карты она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с использованием центрального процессора).
Серверные сетевые карты могут поставляться с двумя (и более) сетевыми разъёмами. Некоторые сетевые карты (встроенные на материнскую плату) также обеспечивают функции межсетевого экрана (например, nforce).
Функции и характеристики сетевых адаптеров
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра. Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):
· Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
· Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
· Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скремблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZ1. MLT-3 и т.п.
Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:
· Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
· Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
· Если данные перед отправкой в кабель подвергались скремблированию, то они пропускаются через дескремблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
· Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.
В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя. Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960.
В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т.д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100/1000. Это свойство некоторые производители называют авточувствительностью.
Старый сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.
Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера во многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.