Основные функции сетевых адаптеров

Сетевой адаптер, или сетевая интерфейсная карта (Network Interface Card, NIC), вместе со своим драйвером реализует канальный уровень модели OSI в конеч­ном узле сети — компьютере. Точнее, в сетевой операционной системе пара адап­тер-драйвер выполняет только функции физического уровня и уровня MAC, в то время как уровень LLC обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Например, в ОС Windows ХР 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 требует выполнения перечисленных ниже этапов.

1. Прием кадра данных уровня LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией уровня MAC. 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.

2. Оформление кадра данных уровня MAC, в который инкапсулируется кадр уровня LLC. Заполнение адресов приемника и источника, вычисление кон­трольной суммы.

3. Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скремблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап выполняется не во всех протоколах, например, техноло­гия Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.

4. 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.

1. Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.

2. Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различ­ные специализированные микросхемы или процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с боль­шой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана пере­датчиком.

3. Если данные перед отправкой в кабель подвергались скремблированию, то они пропускаются через дескремблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.

4. Проверка контрольной суммы кадра. Если контрольная сумма неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC пе­редается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из МАС-кадра извлекается LLC-кадр и передается через межуровневый интер­фейс наверх, протоколу LLC.

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. Однако при этом увеличивается степень загрузки центрального процессора компьютера ру­тинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть.

Адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными про­цессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по пере­даче кадров из оперативной памяти в сеть и обратно.

В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, они делятся на адап­теры Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволя­ет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две ско­рости работы и имеют в своем названии приставку 10/100.

В сетевых адаптерах реализована конвейерная схема обработки кадров, то есть процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байтов кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55 %) повышает произ­водительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память. Такая схема очень чувствительна к порогу на­чала передачи, то есть к количеству байтов кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Сетевой адаптер осуществляет самона­стройку этого параметра путем анализа рабочей среды и расчета, без участия ад­министратора сети. Самонастройка обеспечивает максимально возможную про­изводительность для конкретного сочетания внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.

Адаптеры базируются на специализированных интегральных схемах, что повы­шает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости.

ВНИМАНИЕ --------------------------------------------------------------------------------------------------------

Повышение производительности канала «память-адаптер» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как скорость продвижения кадра по любому мар­ шруту обработки, включающему, к примеру, концентраторы, коммутаторы, маршрутиза­ торы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие другие коммуникационные устрой­ства не смогут повысить скорость работы сети.

Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит интегральная схема ASIC (Application-Spe- cific Integrated Circuit), выполняющая функции уровня MAC, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адапте­ров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего централь­ный процессор.