Мережева плата

Мережева плата (ISA) зі з'єднувачами AUI (зверху) та BNC (знизу).

Мережева плата 3Com 3CXFE575CT встановлена в ноутбук.

Мережева плата, також відома як мережева карта, мережевий адаптер, Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface card) — периферійний пристрій, що дозволяє комп'ютеру взаємодіяти з іншими пристроями мережі. В даний час, особливо в персональних комп'ютерах, мережеві плати досить часто інтегровані в материнські плати для зручності і здешевлення всього комп'ютера в цілому.

Опис

Мережевий адаптер, що відноситься до периферійного пристрою комп'ютера, безпосередньо взаємодіє із середовищем передавання даних, яке прямо чи через інше комунікаційне обладнання пов'язує його з іншими комп'ютерами. Цей пристрій вирішує завдання надійного обміну двійковими даними, представленими відповідними електромагнітними сигналами, по зовнішніх лініях зв'язку. Як і будь-який контролер комп'ютера, мережевий адаптер працює під управлінням драйвера ОС, і розподіл функцій між мережним адаптером та драйвером може змінюватися від реалізації до реалізації.

Топологія

Комп'ютер, чи то сервер, чи робоча станція, під'єднується до мережі за допомогою внутрішньої плати — мережевого адаптера (хоча бувають і зовнішні мережні адаптери, що підключаються до комп'ютера через паралельний порт).

Мережевий адаптер вставляється в гніздо материнської плати. Карти мережевих адаптерів встановлюються на кожній робочій станції і на файловому сервері.

Принцип дії

Робоча станція надсилає запит до файлового серверу і отримує відповідь через мережевий адаптер, коли файловий сервер готовий. Мережеві адаптери перетворять паралельні коди, використовувані всередині комп'ютера та представлені малопотужними сигналами, в послідовний потік потужних сигналів для передачі даних по зовнішній мережі.

Вимоги

Мережеві адаптери повинні бути сумісні з кабельною системою мережі, внутрішньою інформаційною шиною ПК і мережевою операційною системою. З точки зору кабельної системи мережеві карти можна класифікувати наступним чином:

• Карти, які оснащено з'єднувачами для підключення через коаксіальний кабель. Такі карти вже достатньо застаріли, оскільки пропускна спроможність коаксіального кабелю порівняно з іншими не велика.

• Карти, які оснащені з'єднувачами під звиту пару. Швидкість підключення на витій парі досягає гігабіта на секунду, що є максимальною швидкістю для звичайного комп'ютера. Найпоширеніші на даний момент.

• Карти з бездротовим інтерфейсом. Радіус їх дії достатньо великий, а швидкість передачі даних висока. При побудові мережі за допомогою бездротових карт немає необхідності тягнути по офісу або квартирі довгі пучки проводів. При цьому можна легко перемістити системний блок в будь-яке зручне для вас місце, не прив'язуючись до мережевих проводів. Мають все більший попит.

Існує ще один варіант з вбудованою мережевою картою, коли вона інтегрована безпосередньо у материнську плату. Це дуже поширений варіант для домашнього або офісного комп'ютера, а особливо для ноутбука. Вбудовані мережеві карти мають як правило з'єднувач для витої пари. Це економить вам вільне місце на материнській платі, в яке при необхідності можна встановити інший пристрій.

Призначення мережевого адаптера

• підготовка даних, що поступають від комп'ютера, для передачі по мережевому кабелю;
• передача даних іншому комп'ютеру;
• управління потоком даних між комп'ютером та кабельною системою.

Приклади

Мережевий адаптер 3Com EtherLink 10/100 Мбіт/с

Мережний інтерфейс 

Галузевий стандарт Ethernet IEEE 802.3 зі смугою пропускання 10 Мбіт/с CSMA/CD (10BASE-T) і зі смугою пропускання 100 Мбіт/с CSMA/CD (100BASE-T, FX), смуга пропускання 10 Мбіт/с CSMA/CD (10BASE2 і 10BASE5)

Тип кабеля і робочі відстані 

Роз'єм AUI для підключення кабеля трансивера підтримує мережеві сегменти довжиною до 500 м.

Можливості 

Підтримуються мережі Ethernet 10 Мбіт/с на основі тонкого/товстого коаксіального чи кабелю крученої пари (тільки 10/100 Combo) категорії 3, 4, 5. Можливі перехід на 100 Мбіт/с і застосування порту 10/100 RJ-45 для UTP категорії 5.

Серверна мережева плата 3Com Gigabit Server

• Дозволяє підвищити швидкість передачі даних в мережі до 1000 Мбіт/с;
• Сумісна з апаратними засобами і кабельною проводкою мереж 100 Мбіт/с Fast Ethernet;
• Розроблена для корпоративних серверів і мережевих магістралей, тому відрізняється винятково високою пропускною спроможністю, надійністю;
• Має засоби управління, що дозволяють економити час адміністратора;
• Розвантаження центрального процесора: звільняє центральний процесор сервера від обчислювального навантаження, пов'язаного з розрахунком контрольних сум TCP/UDP/IP і відновленням сегментованих пакетів TCP. При цьому підвищується продуктивність системи і час життя процесора;
• Прискорення і підвищення надійності з'єднання;
• Підтримка 64-розрядної 133-МГц шини PCI-X з режимом bus mastering;
• Об'єднання переривань;
• Підтримка кадрів збільшеного розміру і режиму Microsoft large send;
• Великий буфер пакетів і засоби управління потоками.

Збільшення продуктивності сервера

Технологія об'єднання каналів (Link Aggregation) дозволяє: встановити на один сервер декілька мережевих плат для підвищення пропускної спроможності, автоматично перемикатися на резервний канал.

Двонаправлене вирівнювання навантаження дозволяє вирівнювати вхідний і вихідний трафік сервера по декількох мережевих платах і комутаторах. Підтримка декількох віртуальних локальних мереж дозволяє контролювати і захищати від несанкціонованого доступу потоки даних, не витрачаючи час на підрахунок переходів через маршрутизатори.

Розширена підтримка PCI включає: режим PCI Hot Plug, який дозволяє змінювати мережеві плати без відключення сервера, сумісну із специфікацією PCI 2.2 передачу сигналів дистанційного ввімкнення, підтримку 64-розрядного інтерфейсу PCI-X.

Централізоване управління

Дозволяє скоротити витрати на налаштування і підтримку в робочому стані підключених персональних комп'ютерів. Централізоване управління: дистанційне включення, підтримка DMI і SNMP MIB.

Серверна мережева плата 3Com Gigabit Fiber-SX

У стандартній комплектації підтримують набір розширених серверних функцій, які забезпечують незалежне від комутатора двонаправлене вирівнювання навантаження для декількох мережевих плат і комутаторів. Режим відновлення після збоїв і режим відновлення роботи з використанням додаткових мережевих плат. Механізми розподілу навантаження і відновлення після збоїв. Призначена для роботи у складі серверів.

Розширені функції підтримує 32/64-бітну 33/66-МГц шину PCI, 32/64-бітную 33/66/100/133-МГц шину PCI-X. Буферна пам'ять об'ємом 96 Кбайт. Апаратне прискорення підрахунку контрольних сум протоколів TCP/UDP/IP і сегментації пакетів TCP. Забезпечує низьке завантаження центрального процесора високопродуктивних корпоративних серверів, серверів середнього класу, які обслуговують філії компаній, і серверів початкового рівня.

Мережева плата ETH-DB-V3 на базі Ethernet-контролера CP2201

Мережева плата на базі мікроконтролера С8051F340 і Ethernet-контролера СР2201 фірми Silicon Laboratories служить для навчання студентів, створення та відладки вбудованих продуктів, які дозволять різноманітним цифровим пристроям обмінюватися інформацією через локальну мережу чи Internet. Спершу, дана розробка виникла з метою моніторингу датчиків і керування антенними системами, що розробляються на кафедрі ПВ та НДЛ «ІТІС». Однак з впровадженням мережевих технологій в прилади і завдяки наявності АЦП, 64КБайт пам'яті програм і великій кількості портів та інтерфейсів, дана плата може служити для відладки і демонстрації різноманітних пристроїв, що потребують зв'язку з ПК на великі відстані. Може підключатися як прямо до ПК, так і до мережевих комутаторів, в залежності від використовуваного типу кабелю. Завдяки наявності власних МАС і ІР адреси є окремою ланкою в мережі і може бути доступною через всесвітню павутину Internet. В платі реалізовано зміну прошивки через мережевий інтерфейс по TFTP протоколу, що виключає необхідність використання додаткових засобів програмування мікроконтролера.

Характеристики Ethernet-контролера CP2201 фірми Silicon Laboratories:

• Фізичний рівень — 10BASE-T PHY;
• Підтримка IEEE 802.3 NAC;
• Повна сумісність з 100/1000BASE-T мережами;
• Full/half duplex з автовизначенням;
• 8КБ Flash-пам'яті;
• 2КБ TX-буфер и 4КБ FIFO RX-буфер;
• Автоматичне відновлення обміну даними при колізіях.

Характеристики мікроконтролера С8051F340 фірми Silicon Laboratories:

• Ядро CIP-51 — розробка Silicon Labs;
• Продуктивність до 48 MIPS при частоті внутрішнього генератора 48МГц±1.5%;
• 4352 Байт RAM;
• 64 КБайт Flash-пам'яті;
• Наявність інтерфесу зовнішньої пам'яті;
• 10 біт АЦП;
• 40 ліній вводу/виводу;
• 2xUART, USB 2.0, SPI, SMBus.

Пристрої, розроблені на основі даної відлагоджувальної плати, можуть бути застосовані як:

• Системи моніторингу і збору даних з датчиків;
• Віддалене керування різноманітними пристроями;
• VoIP телефонні адаптери;
• Забезпечення роботи і сервісу автоматизованих точок продаж;
• Веб-сервери для вбудованих рішень;
• Віддалений перетворювач Ethernet-to-UART;
• Мережевий годинник.

Сайти виробників

 • Allied Telesis  • 3Com  • Atheros (англ.)  • Broadcom (англ.)  • Marvell (англ.)  • Intel (англ.)  • Realtek (англ.)  • D-Link  • VIA (англ.)  • Planet

Типи

За конструктивною реалізацією мережеві плати поділяються на:

• Внутрішні — окремі плати, вставляються в ISA, PCI або PCI-E слот;
• Зовнішні, що підключаються через USB або PCMCIA інтерфейс, переважно використовуються в ноутбуках;
• Вбудовані в материнську плату.

На 10-мегабітних мережевих платах для підключення до локальної мережі використовуються 4 типи роз'ємів:

• 8P8C для витої пари;
• BNC-коннектор для тонкого коаксіального кабелю;
• 15-контактний роз'єм AUI трансівера для товстого коаксіального кабелю.
• Оптичний роз'єм ( en: 10BASE-FL та інші стандарти 10 Мбіт Ethernet)

Ці роз'єми можуть бути присутніми в різних комбінаціях, іноді навіть всі три відразу, але в будь-який даний момент працює тільки один з них.

На 100-мегабітних платах встановлюють або роз'єм для витої пари (8P8C, помилково званий RJ-45), або оптичний роз'єм (SC, ST, MIC).

Поряд з роз'ємом для витої пари встановлюють один або кілька інформаційних світлодіодів, що повідомляють про наявність підключення і передачі інформації.

Однією з перших масових мережевих карт стала серія NE1000/NE2000 фірми Novell з роз'ємом BNC.

Параметри мережного адаптера

При конфігуруванні карти мережного адаптера можуть бути доступні наступні параметри:

• Номер лінії запиту на апаратне переривання IRQ
• Номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо підтримується)
• Базова адреса вводу/виводу
• Базова адреса пам'яті ОЗУ (якщо використовується)
• Підтримка стандартів автоузгодження дуплексу/напівдуплексу, швидкості
• Підтримка теггрованих пакетів VLAN (802.1q) з можливістю фільтрації пакетів заданого VLAN ID
• Параметри WOL (Wake-on-LAN)
• Функція Auto-MDI/MDI-X автоматичний вибір режиму роботи по прямій або перехресній обжимці витої пари

Залежно від потужності і складності мережевої карти вона може реалізовувати обчислювальні функції (переважно підрахунок і генерацію контрольних сум кадрів) апаратно або програмно (драйвером мережевої карти з використанням центрального процесора).

Серверні мережеві карти можуть поставлятися з двома (і більше) мережевими роз'ємами. Деякі мережеві карти (вбудовані в материнську плату) також забезпечують функції міжмережевого екрану (наприклад, nforce).

Функції та характеристики мережевих адаптерів

Мережевий адаптер (Network Interface Card (або Controller), NIC) разом зі своїм драйвером реалізує другий, канальний рівень моделі відкритих систем (OSI) в кінцевому вузлі мережі — комп'ютері. Більш точно, у мережній операційній системі пара адаптер і драйвер виконує тільки функції фізичного й MAC-рівнів, у той час як LLC-рівень звичайно реалізується модулем операційної системи, єдиним для всіх драйверів і мережевих адаптерів. Власне так воно і повинно бути згідно з моделлю стека протоколів IEEE 802. Наприклад, в ОС Windows NT рівень LLC реалізується в модулі NDIS, загальному для всіх драйверів мережевих адаптерів, незалежно від того, яку технологію підтримує драйвер.

Мережевий адаптер разом із драйвером виконують дві операції: передачу і прийом кадру. Передача кадру з комп'ютера в кабель складається з перерахованих нижче етапів (деякі можуть бути відсутні, залежно від прийнятих методів кодування):

• Прийом кадру даних LLC через міжрівневий інтерфейс разом з адресною інформацією MAC-рівня. Звичайна взаємодія між протоколами усередині комп'ютера відбувається через буфери, розташовані в оперативній пам'яті. Дані для передачі в мережу містяться в цьому буфері протоколами верхніх рівнів, які витягають їх з дискової пам'яті або з файлового кеша за допомогою підсистеми вводу/виводу операційної системи.
• Оформлення кадру даних MAC-рівня, у який інкапсулюються кадр LLC (з відкинутими прапорцями 01111110). Заповнення адрес призначення й джерела, обчислення контрольної суми.
• Формування символів кодів при використанні надлишкових кодів типу 4В/5В. Скремблювання кодів для одержання більш рівномірного спектра сигналів. Цей етап використовується не у всіх протоколах — наприклад, технологія Ethernet 10 Мбіт/с обходиться без нього.
• Видача сигналів у кабель відповідно до прийнятого лінійного коду — манчестерським, NRZI, MLT-3 і т. п .

Прийом кадру з кабелю в комп'ютер включає наступні дії:

• Прийом з кабелю сигналів, що кодують бітовий потік.
• Виділення сигналів на тлі шуму. Цю операцію можуть виконувати різні спеціалізовані мікросхеми або сигнальні процесори DSP. У результаті в приймачі адаптера утвориться деяка бітова послідовність, з великим ступенем ймовірності збігається з тією, яка була послана передавачем.
• Якщо дані перед відправленням у кабель піддавалися скремблюванню, то вони пропускаються через дескремблер, після чого в адаптері відновлюються символи коду, надіслані передавачем.
• Перевірка контрольної суми кадру. Якщо вона неправильна, то кадр відкидається, а через міжрівневий інтерфейс наверх, протоколу LLC передається відповідний код помилки. Якщо контрольна сума вірна, то з MAC-кадру витягається кадр LLC і передається через міжрівневий інтерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC поміщається в буфер оперативної пам'яті.

Розподіл обов'язків між мережним адаптером і його драйвером стандартами не визначається, тому кожен виробник вирішує це питання самостійно. Зазвичай мережеві адаптери діляться на адаптери для клієнтських комп'ютерів та адаптери для серверів.

В адаптерах для клієнтських комп'ютерів значна частина роботи перекладається на драйвер, тим самим адаптер виявляється простіше й дешевше. Недоліком такого підходу є високий ступінь завантаження центрального процесора комп'ютера рутинними роботами по передачі кадрів з оперативної пам'яті комп'ютера в мережу. Центральний процесор змушений займатися цією роботою замість виконання прикладних завдань користувача.

Тому адаптери, призначені для серверів, звичайно забезпечуються власними процесорами, які самостійно виконують більшу частину роботи з передачі кадрів з оперативної пам'яті в мережу й у зворотному напрямку. Прикладом такого адаптера може служити мережевий адаптер SMC EtherPower з вбудованим процесором Intel i960.

У залежності від того, який протокол реалізує адаптер, адаптери діляться на Ethernet-адаптери, Token Ring-адаптери, FDDI-адаптери і т. д. Тому що протокол Fast Ethernet дозволяє за рахунок процедури автопереговорів автоматично вибрати швидкість роботи мережевого адаптера залежно від можливостей концентратора, то багато адаптерів Ethernet сьогодні підтримують дві швидкості роботи й мають у своїй назві приставку 10/100. Цю властивість деякі виробники називають авточуттєвістю.

Мережевий адаптер перед установкою в комп'ютер необхідно конфігурувати. При конфігуруванні адаптера задаються номер переривання IRQ, використовуваного адаптером, номер каналу прямого доступу до пам'яті DMA (якщо адаптер підтримує режим DMA) і базова адреса портів введення/виводу.

Якщо мережевий адаптер, апаратура комп'ютера і операційна система підтримують стандарт Plug-and-Play, то конфігурування адаптера і його драйвера здійснюється автоматично. В іншому випадку потрібно спочатку настроїти мережевий адаптер, а потім повторити параметри його конфігурації для драйвера. У загальному випадку, деталі процедури конфігурування мережевого адаптера і його драйвера багато в чому залежать від виробника адаптера, а також від можливостей шини, для якої розроблений адаптер.

Класифікація мережевих адаптерів

Як приклад класифікації адаптерів використаємо підхід фірми 3Com. Фірма 3Com вважає, що мережеві адаптери Ethernet пройшли у своєму розвитку три покоління.

Перше покоління

Адаптери першого покоління були виконані на дискретних логічних мікросхемах, у результаті чого мали низьку надійність. Вони мали буферну пам'ять тільки на один кадр, що призводило до низької продуктивності адаптера, тому що всі кадри передавалися з комп'ютера в мережу або з мережі в комп'ютер послідовно. Крім цього, завдання конфігурації адаптера першого покоління відбувалося вручну, за допомогою перемичок. Для кожного типу адаптерів використався свій драйвер, причому інтерфейс між драйвером і мережевою операційної системою не був стандартизований.

Друге покоління

У мережевих адаптерах другого покоління для підвищення продуктивності стали застосовувати метод багатокадрової буферизації. При цьому наступний кадр завантажується з пам'яті комп'ютера в буфер адаптера одночасно з передачею попереднього кадру в мережу. У режимі прийому, після того як адаптер повністю прийняв один кадр, він може почати передавати цей кадр із буфера в пам'ять комп'ютера одночасно з прийняттям іншого кадру з мережі.

У мережевих адаптерах другого покоління широко використовуються мікросхеми з високим ступенем інтеграції, що підвищує надійність адаптерів. Крім того, драйвери цих адаптерів засновані на стандартних специфікаціях. Адаптери другого покоління звичайно поставляються з драйверами, що працюють як у стандарті NDIS (специфікація інтерфейсу мережного драйвера), розробленого фірмами 3Com й Microsoft і схваленому IBM, так і в стандарті ODI (інтерфейс відкритого драйвера), розробленого фірмою Novell.

Третє покоління

У мережевих адаптерах третього покоління (до них фірма 3Com відносить свої адаптери сімейства EtherLink III) здійснюється конвеєрна схема обробки кадрів. Вона полягає в тому, що процеси прийому кадру з оперативної пам'яті комп'ютера й передачі його в мережу сполучаються в часі. Таким чином, після прийому декількох перших байт кадру починається їхня передача. Це істотно (на 25-55 %) підвищує продуктивність ланцюжка «оперативна пам'ять — адаптер — фізичний канал — адаптер — оперативна пам'ять». Така схема дуже чутлива до порога початку передачі, тобто до кількості байт кадру, що завантажується в буфер адаптера перед початком передачі в мережу. Мережевий адаптер третього покоління здійснює самонастроювання цього параметра шляхом аналізу робочого середовища, а також методом розрахунку, без участі адміністратора мережі. Самонастроювання забезпечує максимально можливу продуктивність для конкретного сполучення продуктивності внутрішньої шини комп'ютера, його системи переривань і системи прямого доступу до пам'яті.

Адаптери третього покоління базуються на спеціалізованих інтегральних схемах (ASIC), що підвищує продуктивність і надійність адаптера при одночасному зниженні його вартості. Компанія 3Com назвала свою технологію конвеєрної обробки кадрів Parallel Tasking, інші компанії також реалізували схожі схеми у своїх адаптерах. Підвищення продуктивності каналу «адаптер-пам'ять» дуже важливо для підвищення продуктивності мережі в цілому, тому що продуктивність складного маршруту обробки кадрів, що включає, наприклад, концентратори, комутатори, маршрутизатори, глобальні канали зв'язку тощо, завжди визначається продуктивністю найповільнішого елемента цього маршруту. Отже, якщо мережевий адаптер сервера або клієнтського комп'ютера працює повільно, ніякі швидкі комутатори не зможуть підвищити швидкість роботи мережі.

Четверте покоління

Виготовлені сьогодні мережеві адаптери можна віднести до четвертого покоління. У ці адаптери обов'язково входить ASIC, що виконує функції MAC-рівня (англ. MAC-PHY), швидкість розвинена до 1 Гбіт / сек, а також є велика кількість високорівневих функцій. У набір таких функцій може входити підтримка агента вилученого моніторингу RMON, схема пріоритезації кадрів, функції дистанційного керування комп'ютером тощо У серверних варіантах адаптерів майже обов'язкова наявність потужного процесора, що розвантажує центральний процесор. Прикладом мережевого адаптера четвертого покоління може служити адаптер компанії 3Com Fast EtherLink XL 10/100.

Посилання

http://loknet.ru/oborudovanie/setevaya-karta-setevoj-adapter.html