39. Сетевые платы. Модемы.

Сетевая плата, также известная как сетевая карта, сетевой адаптер,Ethernet-адаптер, NIC (англ. network interface controller) — периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.

По физической реализации сетевые платы делятся на:

1.внутренние— отдельные платы, вставляющиеся в PCI, ISA или PCI-E слот

2.внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использовавшиеся в ноутбуках.

3.встроенные в материнскую плату

Назначение сетевой платы

подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;

передача данных другому компьютеру;

управление потоком данных между компьютером и кабелем.

принимает данные из кабеля и переводит их в форму, понятную центральному процессору компьютера

Параметры сетевой платы

номер линии запроса на аппаратное прерывание IRQ

номер канала прямого доступа к памяти DMA (если поддерживается)

базовый адрес ввода/вывода

базовый адрес памяти ОЗУ (если используется)

поддержка стандартов автосогласования дуплекса/полудуплекса, скорости

поддержка теггрированных пакетов VLAN (801.q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN I

параметры WON (Wakeup on LAN)

Механизм

1.Подготовка данных

Перед тем как послать данные в сеть, плата сетевого адаптера должна перевести их из формы, понятной компьютеру, в форму, в которой они могут передаваться по сетевому кабелю.

Внутри компьютера данные передаются по шинам. Шина - это несколько проводников, расположенных параллельно друг другу. Так как линий несколько, то и биты данных передаются по ним блоками, а не последовательно.

В первых персональных компьютерах IBM использовались 8-разрядные шины: они могли передавать блоки по 8 битов данных. IBM PC/AT имеет 16-разрядную шину, — это означает, что она способна передавать сразу 16 битов. Большинство современных компьютеров оснащены уже 32-разрядной шиной. Часто говорят, что данные по шине компьютера передаются параллельно, так как 16 битов или 32 бита движутся параллельно друг другу.

В сетевом кабеле данные должны перемещаться в виде потока битов. При этом говорят, что происходит последовательная передача, потому что биты следуют друг за другом.

Плата сетевого адаптера принимает параллельные данные и организует их для последовательной, побитовой, передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические и оптические сигналы, передающиеся по сетевым кабелям. Отвечает за это преобразование трансивер (приемопередатчик).

2.Сетевой адрес

Плата сетевого адаптера, помимо преобразования данных, должна указать свое местонахождение, или адрес, — чтобы ее могли отличить от остальных плат.

Сетевые адреса находятся в ведении комитета IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc). Этот комитет IEEE закрепляет за каждым производителем плат сетевого адаптера некоторый интервал адресов. Затем каждый производитель записывает в ПЗУ платы ее уникальный сетевой адрес.

При приеме данных от компьютера и подготовке их к передаче по сетевому кабелю плата сетевого адаптера выполняет и другие действия:

Компьютер и плата сетевого адаптера должны быть связаны друг с другом, чтобы осуществлять передачу данных (от компьютера к плате). Если плата может использовать прямой доступ к памяти, компьютер выделяет ей некоторую область своей памяти.

Плата сетевого адаптера запрашивает у компьютера данные.

Шина компьютера передает данные из его памяти плате сетевого адаптера.

Часто данные поступают быстрее, чем их способна передать плата сетевого адаптера, поэтому временно они помещаются в буфер.

3.Передача и управление данными

Перед тем как послать данные в сеть, плата сетевого адаптера проводит электронный диалог с принимающей платой, во время которого они «обговаривают»:

максимальный размер блока передаваемых данных;

объем данных, передаваемых без подтверждения о получении;

интервалы между передачами блоков данных;

интервал, в течение которого необходимо послать подтверждение;

объем данных, который может принять каждая плата без переполнения буфера;

скорость передачи.

Если новой (более сложной и быстрой) плате приходится взаимодействовать со старой (медленной) платой, то они должны найти общую для них обеих скорость передачи. Схемы современных плат сетевого адаптера позволяют им приспособиться к медленной скорости старых плат.

Каждая плата оповещает другую о своих параметрах, принимая «чужие» параметры и подстраиваясь к ним. После того как все детали определены, платы начинают обмен данными.

4.Параметры настройки

Для правильной работы платы сетевого адаптера должны быть корректно установлены ее параметры:

номер прерывания (IRQ);

базовый адрес порта ввода/вывода;

базовый адрес памяти;

тип трансивера.

Параметры платы сетевого адаптера задаются в программном обеспечении и они должны совпадать с установками, заданными на плате перемычками или DIP-переключателями. Дополнительную информацию о настройке платы с помощью переключателей можно получить из ее документации.

5.Номер прерываний

Линии запроса прерывания — это физические линии, по которым различные устройства (например, порты ввода/вывода, клавиатура, дисковые накопители и платы сетевого адаптера) могут отправить микропроцессору запрос на обслуживание.

Линии запроса прерывания встроены в оборудование компьютера и имеют различные уровни приоритетов, что позволяет процессору определить наиболее важный из запросов.

Посылая компьютеру запрос, плата сетевого адаптера организует прерывание — электрический сигнал, который направляется центральному процессору компьютера. Все устройства в компьютере должны пользоваться разными линиями запроса прерывания, или прерыванием (IRQ). Линия запроса прерывания задается при настройке устройства.

В большинстве случаев платы сетевого адаптера используют прерывание IRQ3, IRQ5, IRQ10 или IRQ11. Если есть возможность выбирать, рекомендуется отдать предпочтение IRQ10, тем более что это значение установлено по умолчанию во многих системах. Для того, чтобы определить, какие значения прерываний установлены по умолчанию в Вашей системе, воспользуйтесь диагностическими программными утилитами.

6. Выбор трансивера

Плата сетевого адаптера может иметь и дополнительные параметры, — их также необходимо задать при настройке. Например, некоторые платы поставляются с внешним и встроенным трансивером. Нужно указать тот трансивер, который будет использоваться.

Выбор трансивера часто производится с помощью перемычек — небольших соединителей, которые, связывая два вывода, определяют, какая цепь будет работать.

7.Сетевые кабели и соединители

Координируя взаимодействие сетевого кабеля и компьютера, плата сетевого адаптера выполняет три важные функции:

организует физическое соединение с кабелем;

генерирует электрические или световые сигналы, передаваемые по кабелю;

следует определенным правилам, регламентирующим доступ к сетевому кабелю.

Прежде чем выбрать плату сетевого адаптера, подходящую для Вашей сети, надо установить тип кабеля и соединителей, которые Вы будете использовать.

Каждый тип кабеля имеет различные физические характеристики, которым должна соответствовать плата. Поэтому плата сетевого адаптера рассчитана для работы с определенным типом кабеля (коаксиальным, витой парой или оптоволокном).

Некоторые платы сетевого адаптера имеют несколько типов соединителей. Например, есть платы, разъемы которых подходят для тонкого и толстого коаксиальных кабелей, или для витой пары и толстого коаксиального кабеля.

Если у платы сетевого адаптера более одного интерфейсного разъема, выбор каждого из них производится либо с помощью перемычек или DIP-переключателей, расположенных на самой плате, либо программно. Чтобы правильно сконфигурировать сетевую плату, изучите ее документацию. Ниже приведены типичные соединители, которые можно найти на плате сетевого адаптера.

Моде́м — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации (то есть переносе его на несущую с модуляцией), и выполняющее функцию модуляции и демодуляции этого сигнала (чаще всего в речевом диапазоне).

Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор — осуществляет обратный процесс. Модем выполняет функцию оконечного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработки принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).

Модемы широко применяются для связи компьютеров (одно из их периферийных устройств), позволяющее одному из них связываться с другим (также оборудованным модемом) через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем). Также модемы ранее применялись в сотовых телефонах (пока не были вытеснены цифровыми способами передачи данных).

Типы компьютерных модемов

По исполнению:

внешние — подключаются через COM или LPT[1], USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).

внутренние — дополнительно устанавливаются внутрь аппарата (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR)

встроенные — являются частью аппарата, куда встроены (например ноутбука или док-станции).

По принципу работы:

аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

программные (софт-модемы, Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находится только входные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), также контроллер интерфейса (например USB).

полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов

ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

Радио — работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы.

Сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.

Спутниковые

PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Устройство

Порты ввода-вывода — схемы, предназначенные для обмена данными между телефонной линией и модемом с одной стороны, и модемом и компьютером — с другой. Для взаимодействия с аналоговой телефонной линией зачастую используется трансформатор.

Сигнальный процессор (Digital Signal Processor, DSP) Обычно модулирует исходящие сигналы и демодулирует входящие на цифровом уровне в соответствии с используемым протоколом передачи данных. Может также выполнять другие функции.

Контроллер управляет обменом с компьютером.

Микросхемы памяти:

ROM — энергонезависимая память, в которой хранится микропрограмма управления модемом — прошивка, которая включает в себя наборы команд и данных для управления модемом, все поддерживаемые коммуникационные протоколы и интерфейс с компьютером. Обновление прошивки модема доступно в большинстве современных моделей, для чего служит специальная процедура описанная в руководстве пользователя. Для обеспечения возможности перепрошивки для хранения микропрограмм применяется флэш-память (EEPROM). Флэш-память позволяет легко обновлять микропрограмму модема, исправляя ошибки разработчиков и расширяя возможности устройства. В некоторых моделях внешних модемов она так же используется для записи входящих голосовых и факсимильных сообщений при выключенном компьютере.

NVRAM — энергонезависимая электрически перепрограммируемая память, в которой хранятся настройки модема (профиль модема)[2]. Пользователь может изменять установки, например используя набор AT-команд.

RAM — оперативная память модема, используется для буферизации принимаемых и передаваемых данных, работы алгоритмов сжатия и прочего.

Дополнительные функции

Факс-модем — позволяет компьютеру, к которому он присоединён, передавать и принимать факсимильные изображения на другой факс-модем или обычную факс-машину.

Голосовой модем — с функцией оцифровки сигнала с телефонной линии и воспроизведения произвольного звука в линию. Часть голосовых модемов имеет встроенный микрофон. Такой модем позволяет осуществить:

передачу голосовых сообщений в режиме реального времени на другой удалённый голосовой модем, приём сообщений от него и воспроизведение их через внутренний динамик;

использование в режиме автоответчика и для организации голосовой почты.