Мережева плата

Мережева плата ( ISA) з роз'ємами AUI (зверху) і BNC (знизу).
Мережева плата 3Com 3CXFE575CT встановлена ​​в ноутбук.

Мережева плата, також відома як мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер, NIC ( англ. network interface controller ) - Периферійний пристрій, що дозволяє комп'ютера взаємодіяти з іншими пристроями мережі. В даний час, особливо в персональних комп'ютерах, мережеві плати досить часто інтегровані в материнські плати для зручності і здешевлення всього комп'ютера в цілому.


1. Типи

За конструктивної реалізації мережеві плати діляться на:

На 10-мегабітних мережевих платах для підключення до локальної мережі використовуються 4 типи роз'ємів:

Ці роз'єми можуть бути присутніми в різних комбінаціях, іноді навіть всі три відразу, але в будь-який даний момент працює тільки один з них.

На 100-мегабітних платах встановлюють або роз'єм для витої пари ( 8P8C, помилково називаний RJ-45 [2]), або оптичний роз'єм (SC, ST, MIC [3]).

Поряд з роз'ємом для витої пари встановлюють один або декілька інформаційних світлодіодів, що повідомляють про наявність підключення і передачі інформації.

Однією з перших масових мережевих карт стала серія NE1000 / NE2000 фірми Novell з роз'ємом BNC.


2. Параметри мережного адаптера

При конфігуруванні карти мережного адаптера можуть бути доступні наступні параметри:

  • номер лінії запиту на апаратне переривання IRQ
  • номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо підтримується)
  • базовий адресу вводу / виводу
  • базовий адреса пам'яті ОЗУ (якщо використовується)
  • підтримка стандартів автоузгодження дуплексу / напівдуплекса, швидкості
  • підтримка тегованих пакетів VLAN (802.1q) з можливістю фільтрації пакетів заданого VLAN ID
  • параметри WOL ( Wake-on-LAN)
  • функція Auto-MDI/MDI-X автоматичний вибір режиму роботи по прямій або перехресної обтискача витої пари

В залежності від потужності і складності мережевої карти вона може реалізовувати обчислювальні функції (переважно підрахунок і генерацію контрольних сум кадрів) апаратно або програмно ( драйвером мережевої карти з використанням центрального процесора).

Серверні мережеві карти можуть поставлятися з двома (і більше) мережевими роз'ємами. Деякі мережеві карти (вбудовані в материнську плату) також забезпечують функції міжмережевого екрану (наприклад, nforce).


3. Функції і характеристики мережевих адаптерів

Мережевий адаптер (Network Interface Card (або Controller), NIC) разом зі своїм драйвером реалізує другий, канальний рівень моделі відкритих систем ( OSI) в кінцевому вузлі мережі - комп'ютері. Більш точно, в мережевій операційній системі пара адаптер і драйвер виконує тільки функції фізичного та MAC -рівнів, у той час як LLC -рівень звичайно реалізується модулем операційної системи, єдиним для всіх драйверів і мережевих адаптерів. Власне так воно і повинно бути у відповідності з моделлю стека протоколів IEEE 802. Наприклад, в ОС Windows NT рівень LLC реалізується в модулі NDIS, загальному для всіх драйверів мережевих адаптерів, незалежно від того, яку технологію підтримує драйвер.

Мережевий адаптер спільно з драйвером виконують дві операції: передачу і прийом кадру. Передача кадру з комп'ютера в кабель складається з перерахованих нижче етапів (деякі можуть бути відсутніми, залежно від прийнятих методів кодування):

  • Прийом кадру даних LLC через міжрівневий інтерфейс разом з адресною інформацією MAC-рівня. Зазвичай взаємодія між протоколами усередині комп'ютера відбувається через буфери, розташовані в оперативній пам'яті. Дані для передачі в мережу поміщаються в ці буфери протоколами верхніх рівнів, які витягають їх з дискової пам'яті або з файлового кеша за допомогою підсистеми вводу / виводу операційної системи.
  • Оформлення кадру даних MAC-рівня, в який інкапсулюються кадр LLC (з відкинутими прапорами 01111110). Заповнення адрес призначення і джерела, обчислення контрольної суми.
  • Формування символів кодів при використанні надлишкових кодів типу 4В/5В. Скремблювання кодів для отримання більш рівномірного спектра сигналів. Цей етап використовується не у всіх протоколах - наприклад, технологія Ethernet 10 Мбіт / с обходиться без нього.
  • Видача сигналів у кабель відповідно до прийнятого лінійним кодом - манчестерским, NRZI, MLT-3 і т. п.

Прийом кадру з кабелю в комп'ютер включає наступні дії:

  • Прийом з кабелю сигналів, що кодують бітовий потік.
  • Виділення сигналів на тлі шуму. Цю операцію можуть виконувати різні спеціалізовані мікросхеми або сигнальні процесори DSP. У результаті в приймачі адаптера утвориться деяка бітова послідовність, з великим ступенем імовірності співпадаюча з тією, яка була послана передавачем.
  • Якщо дані перед відправленням у кабель піддавалися скремблювання, то вони пропускаються через дескремблер, після чого в адаптері відновлюються символи коду, послані передавачем.
  • Перевірка контрольної суми кадру. Якщо вона неправильна, то кадр відкидається, а через міжрівневий інтерфейс наверх, протоколу LLC передається відповідний код помилки. Якщо контрольна сума вірна, то з MAC-кадру витягається кадр LLC і передається через міжрівневий інтерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC поміщається в буфер оперативної пам'яті.

Розподіл обов'язків між мережним адаптером і його драйвером стандартами не визначається, тому кожен виробник вирішує це питання самостійно. Зазвичай мережеві адаптери діляться на адаптери для клієнтських комп'ютерів і адаптери для серверів.

В адаптерах для клієнтських комп'ютерів значна частина роботи перекладається на драйвер, тим самим адаптер виявляється простіше і дешевше. Недоліком такого підходу є високий ступінь завантаження центрального процесора комп'ютера рутинними роботами по передачі кадрів з оперативної пам'яті комп'ютера в мережу. Центральний процесор змушений займатися цією роботою замість виконання прикладних завдань користувача.

Тому адаптери, призначені для серверів, звичайно забезпечуються власними процесорами, які самостійно виконують більшу частину роботи по передачі кадрів з оперативної пам'яті в мережу і в зворотному напрямку. Прикладом такого адаптера може служити мережевий адаптер SMC EtherPower з вбудованим процесором Intel i960.

В залежності від того, який протокол реалізує адаптер, адаптери діляться на Ethernet-адаптери, Token Ring -адаптери, FDDI -адаптери і т. д. Так як протокол Fast Ethernet дозволяє за рахунок процедури автопереговорів автоматично вибрати швидкість роботи мережевого адаптера в залежності від можливостей концентратора, то багато адаптерів Ethernet сьогодні підтримують дві швидкості роботи і мають у своїй назві приставку 10/100. Це властивість деякі виробники називають авточувствітельностью.

Мережевий адаптер перед установкою в комп'ютер необхідно конфігурувати. При конфігуруванні адаптера звичайно задаються номер переривання IRQ, використовуваного адаптером, номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо адаптер підтримує режим DMA) і базова адреса портів введення / виводу.

Якщо мережевий адаптер, апаратура комп'ютера і операційна система підтримують стандарт Plug-and-Play, то конфігурування адаптера і його драйвера здійснюється автоматично. В іншому випадку потрібно спочатку сконфигурировать мережевий адаптер, а потім повторити параметри його конфігурації для драйвера. У загальному випадку, деталі процедури конфігурування мережевого адаптера і його драйвера багато в чому залежать від виробника адаптера, а також від можливостей шини, для якої розроблений адаптер.


4. Класифікація мережевих адаптерів

Як приклад класифікації адаптерів використаємо підхід фірми 3Com. Фірма 3Com вважає, що мережеві адаптери Ethernet пройшли у своєму розвитку три покоління.

4.1. Перше покоління

Адаптери першого покоління були виконані на дискретних логічних мікросхемах, внаслідок чого мали низьку надійність. Вони мали буферну пам'ять тільки на один кадр, що приводило до низької продуктивності адаптера, так як всі кадри передавалися з комп'ютера в мережу або з мережі в комп'ютер послідовно. Крім цього, завдання конфігурації адаптера першого покоління відбувалося вручну, за допомогою перемичок. Для кожного типу адаптерів використовувався свій драйвер, причому інтерфейс між драйвером і мережевою операційною системою не був стандартизований.


4.2. Друге покоління

У мережевих адаптерах другого покоління для підвищення продуктивності стали застосовувати метод багатокадрової буферизації. При цьому наступний кадр завантажується з пам'яті комп'ютера в буфер адаптера одночасно з передачею попереднього кадру в мережу. У режимі прийому, після того як адаптер повністю прийняв один кадр, він може почати передавати цей кадр з буфера в пам'ять комп'ютера одночасно з прийомом іншого кадру з мережі.

У мережевих адаптерах другого покоління широко використовуються мікросхеми з високим ступенем інтеграції, що підвищує надійність адаптерів. Крім того, драйвери цих адаптерів засновані на стандартних специфікаціях. Адаптери другого покоління зазвичай поставляються з драйверами, що працюють як у стандарті NDIS (специфікація інтерфейсу мережевого драйвера), розробленому фірмами 3Com і Microsoft і схваленому IBM, так і в стандарті ODI (інтерфейс відкритого драйвера), розробленому фірмою Novell.


4.3. Третє покоління

У мережевих адаптерах третього покоління (до них фірма 3Com відносить свої адаптери сімейства EtherLink III) здійснюється конвеєрна схема обробки кадрів. Вона полягає в тому, що процеси прийому кадру з оперативної пам'яті комп'ютера і передачі його в мережу сполучаються в часі. Таким чином, після прийому декількох перших байт кадру починається їх передача. Це істотно (на 25-55%) підвищує продуктивність ланцюжка " оперативна пам'ять - адаптер - фізичний канал - адаптер - оперативна пам'ять ". Така схема дуже чутлива до порога початку передачі, тобто до кількості байт кадру, яке завантажується в буфер адаптера перед початком передачі в мережу. Мережевий адаптер третього покоління здійснює самонастроювання цього параметра шляхом аналізу робочого середовища, а також методом розрахунку, без участі адміністратора мережі. Самонастройка забезпечує максимально можливу продуктивність для конкретного поєднання продуктивності внутрішньої шини комп'ютера, його системи переривань і системи прямого доступу до пам'яті.

Адаптери третього покоління базуються на спеціалізованих інтегральних схемах ( ASIC), що підвищує продуктивність і надійність адаптера при одночасному зниженні його вартості. Компанія 3Com назвала свою технологію конвеєрної обробки кадрів Parallel Tasking, інші компанії також реалізували схожі схеми у своїх адаптерах. Підвищення продуктивності каналу "адаптер-пам'ять" дуже важливо для підвищення продуктивності мережі в цілому, так як продуктивність складного маршруту обробки кадрів, що включає, наприклад, концентратори, комутатори, маршрутизатори, глобальні канали зв'язку і т. п., завжди визначається продуктивністю самого повільного елемента цього маршруту. Отже, якщо мережевий адаптер сервера або клієнтського комп'ютера працює повільно, ніякі швидкі комутатори не зможуть підвищити швидкість роботи мережі.


4.4. Четверте покоління

Випускаються сьогодні мережеві адаптери можна віднести до четвертого покоління. У ці адаптери обов'язково входить ASIC, що виконує функції MAC-рівня ( англ. MAC-PHY ), Швидкість розвинена до 1 Гбіт / сек, а також є велика кількість високорівневих функцій. У набір таких функцій може входити підтримка агента вилученого моніторингу RMON, схема пріоритезації кадрів, функції дистанційного керування комп'ютером і т. п. У серверних варіантах адаптерів майже обов'язкова наявність потужного процесора, що розвантажує центральний процесор. Прикладом мережевого адаптера четвертого покоління може служити адаптер компанії 3Com Fast EtherLink XL 10/100.


Примітки

  1. В даний час маловідомі мережеві карти 10BASE, засновані на чіпі RTL8002, наприклад "SHI-TEC PE-NET/CT" з максимальною швидкістю передачі даних до 1,5 Мбіт / с
  2. Trulove, James (December 19, 2005). "Designing LAN Wiring Systems". LAN wiring (3rd ed.). McGraw-Hill Professional. p. 23. ISBN 0-07-145975-8. "The 8-pin modular jack is sometimes referred to as an" RJ-45, "because the connector / jack components are the same. However, RJ-45 actually applies to a special purpose jack configuration that is not used in LAN or standard telephone wiring. "
  3. "Embedded ethernet and internet complete: designing and programming small devices for networking" - books.google.com / books? id = I54uKGNc1BoC & lpg = PA74 & dq = 10base-fl mic & pg = PA74 # v = onepage & q = 10base-fl mic & f = False ISBN 1 - 931448-00-0 Page 74