_Глава 9. Оборудование Ethernet и Fast Ethernet (Глава 9. Оборудование Ethernet и Fast Ethernet)

Глава 9. Оборудование Ethernet и Fast Ethernet

9.1. Адаптеры Ethernet и Fast Ethernet

Так как сеть Ethernet/Fast Ethernet в настоящее время распространена наиболее широко, ее аппаратура выпускается наибольшим числом производителей и ее перспективы представляются самыми благоприятными, остановимся подробнее на некоторых особенностях ее аппаратных средств. Впрочем, многое из сказанного в этом разделе относится не только к Ethernet, но и к аппаратуре других, менее популярных сетей.

9.1.1. Характеристики адаптеров

Сетевые адаптеры (NIC, Network Interface Card) Ethernet и Fast Ethernet могут сопрягаться с компьютером через один из следующих стандартных интерфейсов:

• шина ISA (Industry Standard Architecture);

• шина PCI (Peripheral Component Interconnect);

• шина EISA (Enhanced ISA);

• шина MCA (Micro Channel Architecture);

• шина VLB (VESA Local Bus);

• шина PC Card (она же PCMCIA);

• параллельный порт Centronics (LPT);

• последовательный порт RS232-C (COM).

Наиболее часто встречаются адаптеры, рассчитанные на системную шину (магистраль) ISA, так как эта шина пока еще распространена больше других, ее слоты расширения имеет подавляющее большинство настольных компьютеров. Именно поэтому адаптеры данного типа самые дешевые. Адаптеры для ISA выпускаются 8- и 16-разрядными. 8-разрядные адаптеры дешевле, а 16-разрядные - быстрее. Правда, обмен информацией по шине ISA не может быть слишком быстрым (в пределе - 16 Мбайт/с, реально - не более 8 Мбайт/с). Поэтому адаптеры Fast Ethernet, требующие для эффективной работы больших скоростей обмена, для этой системной шины практически не выпускаются.

Шина PCI сейчас постепенно вытесняет шину ISA и становится основной шиной расширения для компьютеров. Она обеспечивает обмен 32- и 64-разрядными данными и отличается высокой пропускной способностью (теоретически до 264 Мбайт/с), что вполне удовлетворяет требованиям не только Fast Ethernet, но и более быстрой Gigabit Ethernet. Важно еще и то, что шина PCI применяется не только в компьютерах типа IBM PC, но и в компьютерах типа PowerMac, а также то, что она поддерживает режим автоматического конфигурирования оборудования Plug-and-Play. Видимо, в ближайшем будущем именно на шину PCI будет ориентировано большинство сетевых адаптеров. Недостаток PCI по сравнению с шиной ISA в том, что количество ее слотов расширения в компьютере невелико (обычно 3 слота).

Шины MCA, EISA и VLB некоторое время конкурировали с PCI (все они обеспечивают 32-разрядный обмен данными), но не выдержали конкуренции и быстро отмирают. На вновь выпускаемых компьютерах они уже не предусматриваются. Поэтому исчезают и сетевые адаптеры, рассчитанные на эти шины. Отметим, что адаптеры ISA полностью совместимы с разъемами EISA. Но это единственный пример подобной взаимной совместимости перечисленных интерфейсов.

Шина PC Card (старое название PCMCIA) применяется пока только в портативных компьютерах класса Notebook. В этих компьютерах внутренняя шина PCI обычно не выводится наружу. Интерфейс PC Card предусматривает простое подключение к компьютеру миниатюрных плат расширения, причем скорость обмена с этими платами достаточна высока. Однако все больше портативных компьютеров оснащается встроенными сетевыми адаптерами, так как возможность доступа к сети становится неотъемлемой частью стандартного набора функций. Эти встроенные адаптеры опять же подключены к внутренней шине PCI.

При выборе сетевого адаптера, ориентированного на ту или иную шину, необходимо прежде всего убедиться, что свободные слоты расширения данной шины есть в компьютере, включаемом в сеть. Не мешает также оценить трудоемкость установки приобретаемого адаптера и перспективы выпуска плат данного типа. Последнее может понадобиться в случае выхода адаптера из строя.

Наконец, параллельный (принтерный) порт LPT и последовательный порт СОМ применяются для подключения сетевых адаптеров довольно редко. Главное достоинство такого подхода состоит в том, что для подключения адаптеров не нужно вскрывать корпус компьютера. Кроме того, в данном случае адаптеры не занимают системных ресурсов компьютера, таких как каналы прерываний и ПДП, а также адреса памяти и устройств ввода/ вывода. Однако скорость обмена информацией между ними и компьютером в обоих этих случаях значительно ниже, чем при использовании системной шины. К тому же они требуют больше процессорного времени на обмен с сетью, замедляя тем самым работу компьютера в целом. Важно и то, что адаптерам в этом случае требуется внешний источник питания, так как на разъемы LPT и СОМ питание компьютера не выведено.

Перечислим важнейшие характеристики сетевых адаптеров:

• способ конфигурирования адаптера;

• размер установленной на плате буферной памяти и режимы обмена с ней;

• возможность установки на плату ПЗУ удаленной загрузки (BootROM).

• возможность подключения адаптера к разным типам среды передачи (витая пара, тонкий и толстый коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель);

• используемая адаптером скорость передачи по сети и возможность ее переключения;

• возможность использования адаптером полнодуплексного режима обмена;

• совместимость адаптера (точнее, драйвера адаптера) с используемыми сетевыми программными средствами.

Конфигурирование адаптера подразумевает настройку на использование системных ресурсов компьютера (адресов ввода/вывода, каналов прерываний и прямого доступа к памяти, адресов буферной памяти и памяти удаленной загрузки). Конфигурирование может осуществляться путем установки в нужное положение переключателей (джамперов) или с помощью прилагаемой к адаптеру DOS-программы конфигурирования (Jumperless, Software configuration). При запуске такой программы

пользователю предлагается установить конфигурацию аппаратуры при помощи простого меню: выбрать параметры адаптера. Эта же программа позволяет произвести самотестирование адаптера. Выбранные параметры хранятся в энергонезависимой памяти адаптера. В любом случае при выборе параметров необходимо избегать конфликтов с системными устройствами компьютера и с другими платами расширения. Конфигурирование может выполняться и автоматически в режиме Plug-and-Play при включении питания компьютера. Адаптеры, поддерживающие этот режим, может легко установить любой неподготовленный пользователь.

В простейших адаптерах обмен с внутренней буферной памятью адаптера (Adapter RAM) осуществляется через адресное пространство устройств ввода/вывода. В этом случае никакого дополнительного конфигурирования адресов памяти не требуется. Базовый адрес буферной памяти, работающей в режиме разделяемой памяти, необходимо задавать. Он приписывается к области верхней памяти компьютера (UMA, Upper Memory Address) в диапазоне адресов AOOOOh-FFFFFh. В эту же зону адресов помещается и ПЗУ удаленной загрузки (Boot ROM), если предполагается его использование для создания бездисковой рабочей станции. При выборе значений адресов надо следить, чтобы не было конфликтов с другими устройствами компьютера.

Все операции по конфигурированию сетевого адаптера необходимо проводить в строгом соответствии с документацией, поставляемой вместе с ним, так как каждый из многочисленных производителей адаптеров обычно вносит в них что-то свое, оригинальное. Поэтому никакие более подробные универсальные рекомендации попросту невозможны. Впрочем, это относится к любым электронным устройствам.

От размера буферной памяти адаптера зависит как скорость работы адаптера, так и его способность держать высокие информационные нагрузки. Размер памяти обычно составляет от 8 Кбайт до нескольких мегабайт. Чем больше память, тем больше сетевых пакетов может в ней храниться. Для адаптеров, работающих на выделенном сервере, большой объем буферной памяти просто необходим, ведь через него пойдут все информационные потоки сети. Впрочем, самая большая буферная память не поможет, эсли компьютер работает медленно, не успевает перекачивать приходящую по сети информацию.

Все функции по обслуживанию обмена по сети в сетевом адаптере, как правило, выполняет одна специализированная микросхема или неболь-лой комплект микросхем (2-3 штуки). Этим и объясняется достаточно низкая цена адаптеров. Поставщиков подобных комплектов микросхем к так много, поэтому очень многие адаптеры выполнены по сходным схемам. Однако организация обмена шины компьютера с адаптером может быть различной, поэтому показатели производительности адаптеров от разных изготовителей и показатели надежности их работы, особенно в экстремальных условиях, сильно различаются.

Адаптер может быть рассчитан только на один тип среды передачи, к примеру, на витую пару, но может поддерживать возможность подключения и нескольких разных сред передачи, например, тонкий и толстый коаксиальные кабели. Для этого на плате устанавливаются соответствующие разъемы. Наиболее универсальны так называемые адаптеры «Combo», которые имеют полный набор разъемов (BNC, RJ-45 и AUI для Ethernet). Для выбора конкретного типа среды иногда используются переключатели (джамперы), как правило, их несколько и переключать их надо обязательно все вместе.

Адаптеры Fast Ethernet выпускаются как односкоростными (100 Мбит/ с), так и двухскоростными (10 Мбит/с и 100 Мбит/с). Двухскоростные платы (их обычно помечают «10/100») несколько дороже односкоростных, но зато они могут работать в любой сети Ethernet/Fast Ethernet без всяких проблем. Поэтому лучше в данном случае не экономить на мелочах.

Все сетевые адаптеры должны быть сертифицированы. Сертификат FCC класса А позволяет использовать адаптер в бизнесе, сертификат FCC класса В - в домашних условиях. Стандарт предусматривает безопасный уровень электромагнитного излучения сетевого адаптера.

При выборе адаптера очень важно обращать внимание на совместимость . его драйвера с сетевым программным обеспечением. Все поставщики сетевых программных средств (Novell, Microsoft и др.) проводят работу по сертификации драйверов. Если такой сертификат имеется, то можно быть уверенным, что проблем по совместимости не будет. С другой стороны, все сетевые программные продукты поставляются с набором протестированных драйверов, совместимых с ними. Если драйвер приобретенной платы входит в этот набор, то проблем тоже, скорее всего, не будет. Солидные производители сетевых адаптеров регулярно распространяют обновленные, более быстрые и универсальные версии драйверов для своих плат. Низкая цена некоторых адаптеров может объясняться как раз отсутствием сертификата, плохой совместимостью с программными средствами.

Несколько слов о производительности адаптера.

Реальная скорость обмена информацией по сети представляет собой интегральный параметр, зависящий не только от адаптера, но и от компьютера (быстродействия процессора и диска, объема памяти), от среды передачи (уровня помех), от программных средств, от величины загрузки сети и т.д. Поэтому выбор самого быстрого (и дорогого) адаптера далеко не всегда гарантирует заметный выигрыш в скорости обмена. Например, переход с 8-разрядного адаптера ISA на 16-разрядный или с ISA адаптера на 32-разрядный PCI адаптер может практически не сказаться на скорости. Тем не менее, нередки ситуации, когда именно адаптер становится самым узким местом в системе и его замена может резко увеличить производительность сети.

Косвенные показатели производительности адаптера уже были перечислены: производительнее всего работают те, которые рассчитаны на PCI, поддерживают режим разделения буферной памяти и имеют буферную память большего объема. Быстрее будут те адаптеры, которые максимальное количество функций выполняют без участия процессора, опираясь на свой собственный встроенный интеллект.

Но получить реальные количественные показатели производительности можно только в результате тестирования всей сети в целом. Для этого существует целый ряд тестовых программ, наиболее известны из которых Performs фирмы Novell и Netbench 3.0 фирмы Ziff-Davis. Любые тестовые программы слабо отражают реальную ситуацию в сети, но позволяют сравнивать между собой различные сетевые адаптеры в условиях, близких к реальным, и в реальной конфигурации аппаратных средств.

9.1.2. Адаптеры с внешними трансиверами

Адаптеры Fast Ethernet могут выпускаться с внешним, выносным модулем трансивера для подключения к среде передачи (PHY). В этом случае для присоединения внешнего модуля трансивера к адаптеру используется интерфейс МП (Media-Independent Interface), предусматривающий использование 40-контактного разъема, подобного разъему компьютерного интерфейса SCSI. Сменный модуль трансивера может устанавливаться непосредственно на плате адаптера (в специальный вырез платы), а может связываться с платой адаптера внешним кабелем длиной до 0,5 м (рис. 9.1 и 9.2). При вычислении полного времени задержки в сети необходимо учитывать и задержку в этом трансиверном кабеле.

На плате трансивера располагается микросхема приемопередатчика и разъем, зависящий от типа среды (MDI - Medium Dependent Interface), например, RJ-45 для витой пары. Таким образом, один и тот же адаптер может поддерживать обмен с любым типом среды за счет простой замены сравнительно дешевого трансивера. Понятно, что в целом подобные составные адаптеры оказываются дороже обычных адаптеров со встроенными приемопередатчиками, но иногда их применение оправдано, если предполагается постепенная замена среды передачи, например, на оптоволоконные кабели.

Рис.9.1. Сетевой адаптере внешнимтрансивером на МП-кабеле

Рис. 9.2. Сетевой адаптер с внешним трансивером, устанавливаемым на плату

9.2. Репитеры и концентраторы Ethernet и Fast Ethernet

Использование репитеров и концентраторов в сети Ethernet не является обязательным. Небольшие сети на основе сегментов 10BASE2 или 10BASE5 вполне могут обойтись без них. Для сетей из нескольких таких сегментов необходимы простейшие репитеры. А при выборе в качестве среды передачи витой пары или оптоволоконного кабеля уже необходимы концентраторы (если, конечно, в сеть объединяются не два компьютера, а хотя бы три). Для сети Fast Ethernet концентраторы совершенно необходимы.

9.2.1. Функции репитеров и репитерных концентраторов