Сетевые адаптеры общие сведения

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) — это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправи-теля непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий — switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных — ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии — Ethernet, Token Ring, FDDI и т. п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) — это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet’а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Основные типы сетей использующихся в настоящее время это Ethernet и Wi-Fi.

Проводные сети

Современные сети Ethernet работают по проводным каналам связи и используют для этого кабели тапа UTP или STP (Unshielded Twisted Pair или Shielded Twisted Pair), известные ещё под названием «витая пара», в таких проводах используется 4 перекрученных между собой пары проводов по которым достигается скорость до 1 Гбита/с, на данный момент шире распространены сетевые адаптеры развивающие скорость до 100Мбит/с, в них используются те же технологии и те же кабели что и в 1Гбит/с сетях, поэтому сети 1Гбит/с являются обратно совместимыми как с сетями 100Мбит/с так и с сетями 10Мбит/с по витой паре.

Основной характеристикой сетевого адаптера стоит считать максимальную скорость. Сети 1000Мбит уже достаточно давно представлены на рынке, но оборудование 100Мбит всё еще широко представлено в ассортименте и может быть вполне актуально для сетей не столь требовательных к ширине сетевого канала.

Беспроводные сети

Беспроводные сети (их также называют WAN — Wireless local Area Network) появились сравнительно недавно, и пока не обрели такого широкого распространения как проводные, как ввиду не столь высокой скорости, в сравнении с проводными сетями (в рамках данного абзаца их можно обозначить как LAN), до 300Мбит/с, так и достаточно сильным затуханием сигнала при прохождении через препятствия, а так же более высокой стоимости. Казалось бы скорость 300Мбит/с могла бы быть вполне достаточной для большинства сетей, да и расстояние в 150 метров, на которое может действовать связь, тоже. Но тут есть ряд оговорок все это обозначения берутся в идеальных условиях. Скажем связь на скорости 300 мегабит в секунду возможно и будет установлена, но на расстоянии 2−3 метра прямой видимости, увеличение дальности пагубно скажется на скорости, да и скорость эта вполне условна. Проблема в том, что для защиты беспроводных сетей используются различные протоколы шифрования, забивая канал избыточными данными, да и доля служебной информации довольно высока. При скорости соединения 300Мбит/с реальная скорость полезных данных будет около 100Мбит. Причём скорость связи 300Мбит может быть установлена на стандарте IEEE 802.11N, который ещё не стандартизирован, поэтому устройства разных производителей вряд ли разовьют скорость 300Мбит. Официальную стандартизацию прошли лишь стандарты 802.11 ag, потолок скорости последней из них 54Мбита/с, а реальная около 25 ти.

Поэтому и сфера применения таких сетей весьма ограничена.