Сетевые карты

При возникновении проблемы переноса больших объемов данных между компьютерами и необходимости синхронизации передаваемой информации целесообразным является использование локальной вычислительной сети (ЛВС).

ЛВС может объединять тысячи компьютеров и иметь протяженность несколько километров. ЛВС подразумевает использование кабельных систем, связывающих между собой отдельные компьютеры, а также применение специального оборудования. Одним из элементов этого оборудования является сетевая карта.

Сетевая карта (сетевой адаптер, net card, network card, network adapter) – плата расширения, устанавливаемая в разъем материнской платы компьютера, которая предназначена для присоединения компьютера к ЛВС и обеспечения обмена данными между ним и сетью.

Современные сетевые карты устанавливаются, как правило, в разъем PCI на материнской плате (устаревшие устанавливались в разъемы ISA, EISA, VL-Bus). Существуют также сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для портативных компьютеров. Они вставляются в специальный разъем в корпусе портативного компьютера.

На рынке сетевых устройств встречаются сетевые карты, подключаемые к USB-порту компьютера. Кроме того, существуют и сетевые контроллеры, интегрированные на материнской плате.

Рассмотрим характеристики и особенности современных сетевых адаптеров.

Основными характеристиками сетевых плат являются:

1) Разрядность. Существуют 8-битные, 16-битные, 32-битные и 64-битные сетевые карты.

2) Тип шины данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, EISA, VL-Bus, PCI, PCMCIA, USB.

3) Скорость передачи: 10Mbit/s (20Mbit/s – в режиме Full Duplex), 100Mbit/s (200Mbit/s – в режиме Full Duplex), 1000Mbit/s.

4) Поддерживаемая сетевая среда передачи (коаксиальный кабель – тонкий или толстый, неэкранированная витая пара – UTP, оптический кабель). Иначе говоря, установленные на карте разъемы для подключения к определенному сетевому кабелю: разъем для коаксиального кабеля (BNC), разъем AUI, разъем под витую пару (RJ-45), разъемы для подключения к волоконной оптике.

Важнейшим элементом любой сетевой карты является микросхема контроллера (чип, chip, chipset). Именно он определяет разрядность, тип шины и т.д.

Еще одна важная микросхема сетевой карты – это микросхема ПЗУ BootROM. Она предназначена для загрузки операционной системы компьютера не с локального диска, а с сервера сети. В результате можно использовать компьютер, не имеющий установленных дисков и дисководов. Для установки BootROM на сетевой карте предусмотрена панелька под Dip-корпус.

Рассмотрим стандарты передачи данных в сетях, аппаратно реализованные в сетевом оборудовании, в том числе и в сетевых картах.

Стандарты определяют правила обмена информацией в сети и сетевые сигналы.

Наиболее распространенными стандартами физического уровня сети являются Ethernet и IEEE 802.3. Стандарт Ethernet разработан в 70-х годах компанией Xerox, а затем был усовершенствован в результате совместной работы Xerox, Intel и DEC.

IEEE 802.3 был одобрен в 1985 году для стандартизации комитетом по LAN IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Ethernet и IEEE 802.3 описывают схожие технологии. Эти стандарты определяют архитектуры сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Метод доступа к коммуникационному каналу – случайный доступ с коррекцией ошибок. Оба стандарта реализованы на аппаратном уровне.

Различий между этими стандартами не много. Ethernet определяет один физический уровень сети, в то время как IEEE 802.3 – несколько.

В настоящее время существует несколько уровней или спецификаций, используемых при построении сетей: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F, 100Base-TX, 100Base-FX, 1000Base-X и т. д. Различаются эти спецификации скоростью передачи, методом передачи сигнала, максимальной длиной сегмента, топологией (топология – физическая или электрическая конфигурация кабельного хозяйства и соединений сети (общая шина, звезда)), сетевой средой.

В локальной сети Ethernet данные передаются в виде блоков, называемых кадрами (frames). Для успешной доставки в пункт назначения каждый кадр должен помимо данных содержать дополнительную служебную информацию. Так, простейший кадр сети Ethernet – Ethernet_II содержит следующие поля:

1) Преамбула и признак начала кадра (SFD) – предназначены для синхронизации приемной и передающей станций.

2) Адрес получателя DA (Destination Address) и адрес отправителя SA (Source Address). Эти поля имеют длину шесть байтов каждое. Они представляют собой физические адреса сетевых адаптеров и являются уникальными. Первые три байта адреса назначаются каждому производителю сетевых адаптеров. Так, например, в шестнадцатиричной форме первые три байта адреса для адаптеров фирмы Intel имеют значение 00-AA-00, а для адаптеров 3Com – 00-20-AF. Последние три байта адреса определяются самим производителем.

При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой поток данных и ищут в каждом пакете свой адрес. Если этот адрес выявляется, то сетевой адаптер декодирует этот кадр.

Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting – режим широковещательной передачи).

3) Двухбайтовое поле Type – идентифицирует протокол сетевого уровня, пакет которого переносится этим кадром.

4) Поле данных.

5) Контрольная сумма FCS (Frame Check Sequence). Перед пересылкой данных передающая станция рассчитывает контрольную сумму всех полей кадра (за исключением полей преамбулы, SFD и FCS) и помещает полученное значение в четырехбайтовое поле FCS. Станция назначения производит аналогичный расчет, и если результат не совпадает со значением FCS, то кадр “забраковывается”.