Организация связи ЭВМ через сетевые адаптеры. Обобщенная структура и принципы функционирования
2.1. Сетевые адаптеры
По выполняемым функциям сетевые адаптеры можно разделить на две группы:
а) реализующие функции физического и канального уровней;
б) реализующие функции этих и более высоких уровней (сетевого, транспортного).
Адаптеры второй группы обладают высокой технической сложностью и стоимостью по сравнению с первой, но позволяют сократить затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмена. Однако для однородных ЛВС адаптеры первой группы предпочтительнее.
Для адаптеров обоих групп общими функциями являются:
- организация приема/передачи данных из/в ЭВМ. Управлять обменом может центральный процессор ЭВМ или контроллер ПДП;
- согласование скорости приема/передачи (буферизация);
- формирование пакетов данных;
- параллельно-последовательное преобразование (конвертирование);
- кодирование/декодирование данных;
- проверка правильности передачи;
- установление соединения с требуемым абонентом сети;
- организация обмена данными.
Адаптеры второй группы могут дополнительно выполнять функции маршрутизации и ретрансляции данных, согласование протоколов различных сетей, сегментации данных, сборки данных в сообщения из пакетов, поступающих в произвольном порядке при дейтаграммном способе передачи.
При реализации протоколов нижних уровней адаптеры ориентированны на определенную архитектуру ЛВС, и их можно разделить на группы, поддерживающие: шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную и комбинированную (шинно-звездную).
Все перечисленные выше функции сетевого адаптера можно разделить на две большие группы. Первая группа включает в себя функции сопряжения адаптера с компьютером (магистральные функции), а вторая – функции по организации обмена в сети (сетевые функции).
Функции первой группы определяются устройством ЭВМ и разновидностью системных интерфейсов (шины ISA, PSI), поэтому они не отличаются большим разнообразием.
Функции второй группы определяются типом сети и могут быть самыми различными в зависимости от типа сетевого кабеля, метода доступа, топологии сети и т.д. Главное – это метод доступа. В связи с этим каждый конкретный тип адаптера имеет свою внутреннюю структуру и свою программу управления, зашитую в ПЗУ. Однако, согласно общим функциям, реализуемым всеми адаптерами, можно составить его обобщенную структуру (рис. 9.8 КН, стр. 19), ориентированную в большей степени на реализацию протоколов УДС ( МАС-протоколов).
Вам необходимо разобраться в этой схеме и уметь воспроизводить ее по памяти (этот вопрос входит в экзамен). Если Вы знаете любой МАС-протокол и понимаете процесс преобразования информации этим протоколом, эту схеме построить (не запомнить!) будет не сложно. Кроме того, Вы уже прошли дисциплину «Организация ЭВМ».
Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ.
Плата сетевого адаптера принимает параллельные данные от ЭВМ и организует их для последовательной передачи в линию связи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных ЭВМ в электрические или оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Отвечает за это преобразование специальное устройство – трансивер. Эти устройства бывают встроенные в адаптер (для витой пары проводов, тонкого коаксиального кабеля) и внешние (для толстого коаксиального кабеля).
Каждая плата сетевого адаптера имеет свой 6-байтный адрес, зашитый в микросхему, по которому она идентифицируется среди других плат. Этот адрес называется сетевым адресом (физическим адресом узла сети, МАС-адресом). Сетевые адреса определены комитетом IEEE, который выдает каждому производителю сетевых адаптеров свой диапазон МАС-адресов, поэтому эти адреса уникальные.
На уникальность МАС-адреса указывает первый его байт, который устанавливается в «0», остальные 5 байт задают адрес конкретного сетевого адаптера. Уникальность адресации адаптеров обеспечивается специальным соглашением, по которому каждому производителю аппаратуры выделяется свое значение (одно или несколько) кода (Manufactorer Id), которое записывается в байты 2-3. Иногда к коду производителя относят и первый байт, имеющий нулевое значение. Байты 4-6 заполняются производителем (серийный номер сетевой карты), на котором лежит ответственность за их уникальность. Иногда «подпольные» производители снабжают свои адаптеры одинаковыми адресами. Это приводит к тому, что если они попадут в одну локальную сеть, то будет работать только одно устройство. Ряд моделей адаптеров (в комплекте с драйверами) позволяет задавать МАС-адрес узла и произвольно, но в этом случае ответственность за его уникальность ложится на администратора. Признаком «ручного» задания адреса должна быть единица во втором справа разряде первого байта адреса (02h-хх-хх-хх-хх-хх). Иногда адреса сетевых карт специально заменяют, чтобы «поломать» сеть.
Если скорость передачи данных по каналу выше, чем скорость их обработки, то данные помещаются адаптером в буфер. Адрес первой ячейки памяти такого буфера называется базовым адресом памяти адаптера. Часто базовым адресом памяти у платы сетевого адаптера является адрес D8000.
Объем внутреннего буфера самого простого адаптера равен максимальному размеру передаваемого кадра, определенного протоколом УДС (для сети Ethernet этот размер равен 1,5 Кбайта). Но, чтобы скорость обмена данными между адаптером и ОЗУ ЭВМ была максимальной и чтобы максимально разгрузить ЦП (особенно для скоростных сетей со скоростью модуляции 100 Мбит/с, 1 Гбит/с), стараются увеличить размер этого буфера. У современных адаптеров размер внутреннего буфера достигает нескольких Мбайт.
Для сетей Ethernet в зависимости от типа ЭВМ и используемого сетевого кабеля применяют сетевые адаптеры серии EtherLink, NE, для сетей Token Ring – TokenLink, а для сетей Arcnet – сетевые адаптеры NetCard-I (NK-SN406-C), RX-Net.
Существуют интеллектуальные (программируемые) платы сетевых адаптеров и платы со встроенным модемом. Также используются специализированные платы сетевого адаптера, применяемые для беспроводных сетей, и со специальной микросхемой ПЗУ удаленной загрузки, которая содержит код для загрузки компьютера и для подключения его к сети. Адаптеры с такой микросхемой, используются для запуска бездисковых рабочих станций, например, для связи терминалов телефонисток с сервером в пейджинговых компаниях.
Связь между платой сетевого адаптера и сетевым программным обеспечением обеспечивается посредством сетевых драйверов. Та часть сетевого программного обеспечения, которая принимает от ЭВМ запросы ввода/вывода, относящиеся к удаленным файлам, и переадресовывает их по сети на другой компьютер, называется редиректором. Драйвер платы сетевого адаптера располагается на подуровне УЛК канального уровня модели ВОС.