Сетевые адаптеры (карты)

Сетевая карта

Сетевая карта или сетевой адаптер - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы (main board) компьютера. Также существуют сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для нотебуков (notebook), они вставляются в специальный разъем в корпусе нотебука. Или интегрированные на материнской плате компьютера, они подключаются по какой либо локальной шине. Появились Ethernet сетевые карты подключаемые к USB (Universal Serial Bus) порту компьютера.

Назначение и виды сетевого адаптера

Сетевая карта или сетевой адаптер выступает в качестве физического интерфейса между компьютером и средой передачи.

Платы сетевого адаптера подсоединяются ко всем сетевым компьютерам и серверам. К соответствующему разъёму платы подключается сетевой кабель.

Сетевая карта - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы (main board) компьютера (вставляется в слоты расширения). Существуют сетевые адаптеры для нотебуков (notebook), они вставляются в специальный разъем в корпусе нотебука. Также существуют сетевые адаптеры, интегрированные на материнской плате компьютера, Ethernet сетевые адаптеры подключаются к USB (Universal Serial Bus) порту компьютера и позволяют подключаться к сети без вскрытия корпуса компьютера.

Функции сетевого адаптера

Подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю.

Передача данных другому компьютеру.

Управление потоком данных между компьютером и средой передачи.

Приём данных из кабеля и перевод в форму, понятную центральному процессору компьютера.

Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ. Эти программы реализуют функции подуровня “управление логической связью” и “управление доступом к среде”, “канального" уровня модели OSI.

Подготовка данных

Плата сетевого адаптера принимает параллельные данные из шины и организует их для последовательной передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические или оптические сигналы, передающиеся по кабелю (или радиосигнал). Отвечает за это преобразование специальное устройство - трансивер (приёмо-передатчик).

Название "Transceiver" происходит от английских слов transmiter (передатчик)и receiver (приемник). Трансивер позволяет станции передавать в и получать из общей сетевой среды передачи. Существуют внутренние трансиверы, встроенные в схему сетевого адаптера и отдельные внешние трансиверы через AUI-кабель.

Пример внешнего трансивера для тонкого коаксиала

Шина компьютера передаёт данные из памяти ПК, и если они поступают быстрее, чем их способна передать плата, то они временно помещаются в буфер сетевого адаптера.

Передача и управление данными

Перед тем как послать данные в сеть сетевой адаптер проводит электронный диалог с принимающей платой, во время которого определяется:

Максимальный размер блока передаваемых данных.

Интервал между передачами блоков данных.

Интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение.

Объём данных, который может принять плата без переполнения буфера.

Скорость передачи.

Если более сложная и быстрая плата взаимодействует с устаревшей, то современная плата подстраивается под устаревшую.

Сетевые платы характеризуются своей

Разрядностью: 8 бит (самые старые), 16 бит и 32 бита. Следует ожидать появления 64 бит сетевых карт (если их уже не выпустили).

Шиной данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, EISA, VL-Bus, PCI и др.

Микросхемой контроллера или чипом (Chip, chipset) , на котором данная плата изготовлена. И который определяет тип используемого совместимого драйвера и почти все остальное : разрядность, тип шины и т.д.

Поддерживаемой сетевой средой передачи (network media) , т.е. установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю. BNC для сетей на коаксиальном кабеле, rJ45 для сетей на витой паре или разъемы для подключения к волоконной оптике.

Скоростью работы: Ethernet 10Mbit и/или Fast Ethernet 100Mbit, Gigabit Ethernet 1000Base-Т.

MAC- адресом

Для определения точки назначения пакетов (frames) в сети Ethernet используется MAC-адрес. Это уникальный серийный номер присваиваемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. MAC-адрес присваивается адаптеру его производителем, но может быть изменен с помощью программы. Делать это не рекомендуется ( только в случае обнаружения двух устройств в сети с одним MAC- адресом). При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой трафик и ищут в каждом пакете свой MAC-адрес. Если таковой находится, то устройсво (адаптер) декодирует этот пакет. Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting). MAC-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцетиричном виде, например 12:34:56:78:90:AB

Двоеточия могут и отсутствовать, но их наличие делает число более читаемым. Каждый производитель присваивает адреса из принадлежащего ему диапазона адресов. Первые три байта адреса определяют производителя.

При выборе сетевого адаптера следует принять во внимание следующие соображения.

Тип шины данных, установленной в вашем компьютере (ISA, VESA, PCI или какой-либо еще). Старые компьютеры 286, 386 содержат только ISA, соответственно и карту вы можете установить только на шине ISA. 486 - ISA и VESA или ISA и PCI (хотя существуют платы поддерживающие все три ISA, VESA и PCI). Узнать это можно посмотрев в описании или посмотрев на саму материнскую плату, после того как откроете корпус компьютера. Вы можете установить сетевую карту в любой соответствующий свободный разъем. Pentium, Pentium Pro, Pentium-2 и им подобные используют ISA и PCI шины данных, причем шина ISA - для совместимости со старыми картами. Есть еще одно достаточно веское соображение - шина ISA, скорее всего постепенно будет вытеснена шиной PCI. Но произойдет это, наверное, через пару лет, когда ваш адаптер, наверное, дешевле будет сдать в музей.

Тип сети к которой вы будете подключаться. Если, например, вы будете подключаться к сети на коаксиальном кабеле (10Base-2, "тонкий" Ethernet), то вам нужна сетевая карта с соответствующим разъемом (BNC).

Его стоимость, учитывая, что цена на самое передовое компьютерное оборудование падает очень быстро. А выйти из строя сетевая карта, при неблагоприятных обстоятельствах, может очень легко вне зависимости от того, сколько денег вы за нее заплатили.

Еще надо учитывать поддержку вашего адаптера различными операционными системами.

В случае совместимых, например, с NE2000 ISA адаптеров проблем, обычно, не возникает, вы просто указываете "NE2000 Compatible" не задумываясь какая фирма его произвела.

Существует еще целый ряд адаптеров, поддержка которых обеспечена практически во всех операционных системах. Для того, чтобы проверить какие сетевые карты поддерживает ваша ОС надо посмотреть в "Compatibility List". Часто в таком списке указан чип, котрый поддерживается, т.е. если приобретаемый сетевой адаптер сделан на основе этой микросхемы, то все будет работать.

От использования некоторых сетевых карт приходится отказываться, так как никто не хочет выпустить драйвер именно для этой карты, именно для этой операционной системы. Тут все очень похоже на использование принтера, если драйвер под вашу ОС есть - его можно покупать, если драйвера нет - надеяться не на что. Правда если вы всегда пользуетесь windows, проблем с поиском драйверов, обычно, не возникает.

Виды сетевых карт

Сетевая карта ISA

Сетевая карта комбинированная (BNC+rJ45), шина ISA Одновременное использование двух разъемов недопустимо.

1 - Разъем под витую пару (rJ-45) 2 - Разъем для коаксиального провода (BNC) 3 - Шина данных ISA 4 - Панелька под микросхему BootrOM 5 - Микросхема контроллера платы (Chip или Chipset)

BootrOM

Микросхема ПЗУ "BootrOM" предназначена для загрузки операционной системы компьютера не с локального диска, а с сервера сети. Таким образом можно использовать компьютер вовсе не имеющий установленных дисков и дисководов.

Иногда это полезно с точки зрения безопасности ( не принести, не унести), иногда с точки зрения экономии. Для установки BootrOM на сетевой карте предусмотрена панелька под Dip корпус. Микросхема загрузки должна соответствовать сетевой карте.

Сетевые карты PCI UTP rJ-45

32-х разрядные сетевые адаптеры. Если имеется поддержка PCI BUS-Mastering (PCI-Bus-Master-Mode), то это позволяет уменьшить нагрузку на процессор.

1 - Разъем под витую пару (rJ-45) 3 - Шина данных PCI 4 - Панелька под микросхему BootrOM 5 - Микросхема контроллера платы

Установка сетевой карты

Сетевая карта вставляется в соответствующий разъем шины данных, расположенный на материнской плате.

Если сетевая карта предназначена для шины данных ISA, то вставлять надо в любой свободный разъем ISA.

Если сетевая карта предназначена для шины данных PCI, то вставлять надо в любой свободный разъем PCI.

Разъем ISA - 16bit

Разъем PCI

В компьютере

Конфигурирование сетевой платы

Для нормальной работы каждой сетевой платы ей необходимы адрес ввода-вывода (In/Out port) и номер прерывания (IrQ).

Конфигурирование сетевой платы заключается в настройке ее на свободные адрес и прерывание, которые затем будут использоваться операционной системой. Адрес (i/o port) и прерывание(IrQ) для каждой сетевой платы должно быть свое, отличное от других устройств компьютера. Современные сетевай карты, поддерживающие технологию Plug-n-play сами выполняют эту операцию, для всех остальных необходимо самим проделать ее.

Поиск незанятых адреса и прерывания зависит от вашего знания аппаратной части компьютера или программного обеспечения на нем установленного.

Настройка сетевых карт

Установка сетевой карта ISA plug'n'play

Некоторые старые компьютеры (486,386,286) не поддерживают технологию plug'n'play. Может также отсутствовать драйвер, поддерживающий plug'n'play для вашей операционной системы. В этом случае необходимо при помощи программы настройки параметров сетевой карты отключить в ней эту функцию. И в дальнейшем настраивать сетевую карту при помощи программы. Теоретически, при включении компьютера BIOS должен сам указать сетевой карте свободные номер прерывания и адрес ввода-вывода. Но на практике очень часто случаются ошибки, приводящие к конфликтам между сетевой картой и другими устройствами. Существует три подхода при установке сетевых карт plug'n'play.

Устанавливать сетевую карту, полностью полагаясь на технологию plug'n'play. Если произойдет какая-либо проблема, то воспользоваться одним из нижеследующих способов:

Изменяя настройки BIOS, относящиеся к назначению прерываний различным слотам шины PCI, а также ISA устройствам, оставить свободным прерывание, которое и будет назначено сетевому адаптеру. Если же и этот способ не привел к положительному результату, тогда воспользуйтесь следующим пунктом.

При помощи программы настройки вашего сетевого адаптера отключить, если это вообще возможно, функцию plug'n'play адаптера. И в дальнейшем устанавливать его, как адаптер с software конфигурированием.

Конфигурирование (настройка) сетевой карты при помощи специальной утилиты (программы)

Для настройки сетевой карты на нужный адрес и прерывание необходимо пользоваться той программой настройки, которая поставлялась вместе с платой.

Если программа, поставляемая вместе с платой по каким-то причинам отсутствует, можно попытаться найти сетевую плату с точно таким же типом микросхемы контроллера и воспользоваться программой настройки от нее.

Большая часть программ расчитаны для работы в DOS (т.к. они требуют прямого доступа к устройству), вам потребуется загрузить компьютер с помощью этой операционной системы или в режиме MS-DOS для Win95.

Запущенная программа конфигурации показывает текущие настройки сетевой карты и позволяет изменить их в случае конфликтов с другим оборудованием. Также позволяет проверить работу сетевой карты при помощи тестов.

Тесты бывают внутренние и внешние. При внутренних (internal или self) тестах программа тестирует наличие ошибок регистров внутри платы. При внешних (external) тестах, карта посылает пакеты в сеть и слушает ответы из сети. Таким образом, запустив внешний тест на двух разных машинах, можно проверить работоспобность сетевого сегмента. Надо отметить, что некоторые программы автоматически завершают работу внешних тестов через небольшой промежуток времени (~1 мин) и этого промежутка не хватает, чтобы добежать до другой машины и запустить на ней тест. Складывается неправильное впечатление, что присутствует какая-то неисправность.

Часто для запуска внешних тестов на одной сетевой карте надо указать, что она выступает в качестве сервера (server), а на другой - клиента (client)

Для некоторых сетевых карт требуется указывать тип используемого разъема (port или media type) BNC, UTP(RJ-45) или AUI вручную. Лучше всего записать внесенные изменения (на бумажку), чтобы не забыть.

В конце работы программа спросит вас про необходимость записи новых значений в перезаписываемую ПЗУ (EPROM), это надо обязательно сделать.

Утраченные программы настройки можно попытаться найти в интернете на сайте производителя или на сайтах архивов.

Конфигурирование (настройка) сетевой карты при помощи перемычек

На плате сетевой карты располагаются штырьки контактов и перемычки, переставлением которых и производится настройка сетевой платы на нужный адрес и прерывание. Описание правильного положения перемычек должно быть в прилагаемой инструкции или нанесено на плату. Надо отметить, что бывают случаи несовпадения прилагаемой инструкции и рисунка на плате, в этом случае надо пользоваться описанием, приведенным на плате. Переставлять перемычки удобнее всего пинцетом на вынутой из компьютера плате.

В описаниях на перемычки возможны следующие обозначения: JP1 - группа контактов (штырьков) номер один (разъем номер один), штырьков в разъеме может быть два или больше (три, четыре и тд.).

ON или EN или Enable, что обозначает замкнуть. Вам необходимо одеть перемычку на штырьки соответствующего разъема.

OFF или DIS или Disable - разомкнуть. Надо снять премычку или убедиться, контакты не замкнуты.

1-2 что обозначает: замкнуть штырьки 1 и 2, могут быть и другие номера, соответственно. На схеме должен быть указан первый контакт, от которого ведется отсчет.

Например "2-3". Обычно контакты распологаются в один ряд, но изредка бывает, что в несколько рядов

А также бывает:

Boot Rom - использовать микросхему загрузки или нет. Если вы не пользуетесь этой микросхемой, то ставиться в положение Off или Disable.

Вам необходимо выставить нужное прерывание и нужный адрес.

Если необходимо оставить разъем в разомкнутом состоянии, не выбрасывайте перемычку, но оставьте ее одетой на какой-либо один контакт, вдруг она вам еще понадобится.

Еще 10--15 лет тому назад никто не видел принципиального различия между сетевыми адаптерами, устанавливаемыми в серверы и в рабочие станции. Разве что в шинной архитектуре: в наиболее мощных серверах обычно использовалась шина EISA. Однако со временем изменилась роль сетей: из средства разделения ресурсов они превращаются в основной элемент корпоративных информационных систем. Дисковые подсистемы рабочих станций становятся настолько емкими, что проблема дефицита дисковой памяти теряет остроту. Парадигма разделения дискового пространства сменяется парадигмой разделения вычислительных ресурсов, и в соответствии с ней файл-серверы вытесняются серверами приложений. Мощность многопроцессорных серверов приложений с оперативной памятью, объем которой достигает нескольких гигабайт, становится сравнимой с мощностью суперкомпьютеров, и на первый план постепенно выходят сетевые карты, которые для эффективной работы разделяемых бизнес-приложений должны обеспечивать надежное подсоединение к сети и высокую пропускную способность. В ответ на возникшую проблему индустрия начинает разрабатывать отдельный класс сетевых карт с расширенными функциями, специально предназначенных для установки в высокопроизводительные серверы.

Требования к серверным сетевым картам

Безусловно, требования к сетевым картам зависят от того, какие функции выполняют серверы, в которые они устанавливаются. С этой точки зрения последние могут быть отнесены к трем категориям.

Серверы-десктопы. В секторе SOHO в сетях, обычно редко превышающих 10 станций, зачастую в качестве сервера выступает обычный десктоп. Как правило, он используется как файл- и принт-сервер, на нем могут функционировать небольшая база данных, бухгалтерские программы, храниться архивы. Такие серверы не применяются для бизнес-критических приложений, и с запросами пользователей вполне справляется традиционная PCI-карта 10/100 Ethernet.

LAN-серверы. Серверы этого класса устанавливаются в достаточно большие локальные сети, которые могут насчитывать 200--300 рабочих станций. Они выполняют намного более широкий спектр функций, в число которых могут входить службы разделения файлов и печати, межсерверные коммуникации, электронная почта, сервисы Internet/intranet. Требования к сетевым картам для таких серверов более высокие, так как они уже могут влиять на производительность последних.

Суперсерверы. Это мощные, как правило, многопроцессорные, хорошо масштабируемые компьютеры, на которых выполняются ресурсоемкие приложения, играющие существенную роль в бизнес-процессах предприятий. Они обслуживают тысячи пользователей. Сетевые карты для суперсерверов должны обладать столь широкими возможностями, что их можно рассматривать как своеобразные сетевые процессоры.

В итоге, к серверным сетевым картам предъявляются следующие требования. Они должны:

поддерживать многопользовательскую многозадачную операционную среду и быть оптимизированными в отношении выполнения транзакций "сеть Ethernet--шина PCI";

поддерживать дуплексный режим передачи и обеспечивать высокую пропускную способность посредством эффективного управления трафиком, носящим непредсказуемый характер;

предоставлять высокую плотность портов, поддерживать многообразие физических сред передачи и автоматическую конфигурацию;

обладать высоким уровнем надежности, быть устойчивыми к сбоям и предоставлять широкие возможности для управления и мониторинга своей работы.

Эти требования должны обеспечиваться тремя структурными уровнями карты, а именно, микросхемным, конструктивным и программным.

Для повышения производительности карт как можно больше логики стараются перенести на уровень микросхем. Если раньше они (карты), как правило, преобразовывали данные в сигналы для передачи в соответствующей физической среде, то сейчас выполняют многие функции, бывшие прерогативой процессора. Являясь задатчиками шины, они управляют шинными транзакциями, буферизируют трафик, поддерживают несколько стандартов Ethernet, обрабатывают сетевые протоколы, такие, как TCP/IP, UDP/IP. На чипы возлагается поддержка полудуплексного и дуплексного режимов передачи и отработка автосогласования для технологий 10/100 Ethernet. Аппаратно выполняются также повторная передача пакетов, управление коллизиями и т. п. Большинство современных серверных сетевых карт поддерживают стандарт PCI 2.0 (64-разрядная шина, частота 66 MHz).

Перейдем к конструктивному уровню. Один из методов повышения производительности сервера заключается в том, чтобы подсоединить к нему как можно больше сегментов сети. Этого можно достичь двумя способами: либо установить несколько сетевых карт, либо увеличить число портов на картах. Второй способ более привлекателен, поскольку количество слотов расширения и прерываний ограничено. Так как серверы обычно работают в режиме non-stop, желательно, чтобы сетевые карты поддерживали режим оперативной замены и способность перенаправлять трафик при выходе из строя одной из карт.

Встроенное программное обеспечение приближает серверные сетевые карты к специализированным коммуникационным процессорам. Оно может улучшить производительность системы в целом, значительно расширить функции управления и мониторинга, обеспечить конфигурационную гибкость. Возможность группировки портов в один логический канал повышает не только пропускную способность канала, но и его надежность. Группировка портов может сочетаться с балансировкой нагрузки. Поддержка стандарта SNMP наряду со сбором критических данных о функционировании сетевой карты предоставляет мощный инструмент для управления сетевой инфраструктурой. По-видимому, в будущем сетевые карты будут играть заметную роль в управлении трафиком и реализации политик.

Функциональные характеристики

Очень часто функциональность сервера оценивается быстродействием процессора и соотношением цена/производительность. Однако поскольку серверы сегодня стали ключевым элементом практически везде, где используются IT-технологии, то, пожалуй, при их выборе нужно следовать словам "мы за ценой не постоим". В ситуации, когда простой или даже недостаточная производительность сервера выливается в огромные потери, нижеследующие критерии при выборе сетевых карт становятся более важными, чем их цена.

Масштабируемость. Здесь следует учитывать два аспекта. Первый -- это увеличение количества подключенных рабочих станций с обеспечением каждому пользователю достаточной полосы пропускания. Этого можно достичь, используя многопортовые карты или/и путем установки дополнительных карт в сервер. Второй аспект -- увеличение производительности сети в целом. Наиболее простым способом здесь является переход на высокоскоростные сетевые технологии.

Управляемость. С увеличением масштаба сетей на первый план выходит их управляемость. С помощью эффективного администрирования можно повысить утилизацию ресурсов, добиться приемлемого качества сервисов, избежать простоев. И существенный вклад здесь могут внести сетевые карты. Они должны обеспечивать возможность удаленного доступа с использованием стандартных протоколов, иметь и предоставлять данные из MIB (Management Information Base) для осуществления мониторинга и управления.

Доступность. Эта характеристика определяется как процент времени, в течение которого система или компонент предоставляет предусмотренный уровень обслуживания. Высокая степень доступности -- это ключевая характеристика серверной сетевой карты. Стандартным методом обеспечения постоянной доступности является установка избыточных карт, находящихся в режиме "горячего резерва", а также использование технологий группировки каналов и балансировки нагрузки.

Производительность. Производительность сетевых карт традиционно определяется такими характеристиками, как пропускная способность и степень утилизации процессора. Однако для серверных сетевых карт, работающих в многопользовательской среде, оценить производительность сложнее ввиду их расширенной функциональности. К примеру, группировка портов создает эффект повышенной производительности. Трудно также определить степень утилизации шины PCI.

Выше перечислены требования и приведены основные функциональные характеристики серверных сетевых карт, которые должны быть учтены в первую очередь. С ростом сетей и вычислительных возможностей серверов сетевые карты могут стать элементом, препятствующим достижению высокой производительности системы в целом. Поэтому при проектировании современных сетей они ни в коем случае не должны рассматриваться как второстепенные компоненты.