Сетевые адаптеры

Лекция 12 Аппаратура локальных сетей

Занятия по дисциплине «Клиническая анатомия» начинаются с 12.03.2012 года

Занятия по физической культуре проводятся по расписанию кафедры физвоспитания и спорта.

Вопросы:

1. Сетевые адаптеры.

2. Концентраторы

3. Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде и преимущества логической структуризации сети.

4. Структуризация с помощью мостов и коммутаторов.

5. Алгоритм работы прозрачного моста.

6. Мосты с маршрутизацией от источника.

7. Ограничения топологии сети, построенной на мостах.

8. Алгоритм Spanning Tree.

9. Коммутаторы локальных сетей.

10. Ограничения мостов и коммутаторов.

11. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.

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. Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.

Передача кадра из компьютера в кабель состоит из следующих этапов:

· Прием кадра данных через межуровневый интерфейс вместе с адресной
информацией аппаратного уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памя­ти.

· Оформление кадра данных аппаратного уровня, в который инкапсулируется кадр данных. Заполнение адресов назначения и источ­ника, вычисление контрольной суммы.

· Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа
4В/5В. Скрэмблирование 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, NRZI, 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. 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 скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются сим­волы кода, посланные передатчиком.

· Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается. Если контрольная сумма верна, то из кадра извле­каются данные и передается через межуровневый интерфейс наверх.

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.

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. Это свойство некоторые производители назы­вают авточувствительностью.

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.

Классификация сетевых адаптеров

В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.

Адаптеры первого поколения были выполнены на дискретных 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 драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операци­онной системой не был стандартизирован.

В сетевых адаптерах второго поколения для повышения производительности 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 память ком­пьютера одновременно с приемом другого кадра из сети.

В сетевых адаптерах второго поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры вто­рого поколения 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), разработанном 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 передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55 %) повышает производительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память.

Адаптеры третьего поколения базируются на специализированных интеграль­ных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою техноло­гию конвейерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реали­зовали похожие схемы в своих адаптерах.

Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколе­нию. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции МАС-уровня, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций 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 3Com Fast EtherLink XL 10/100.