Книга: Устранение неисправностей и ремонт ПК своими руками на 100%

Основные характеристики сетевой карты

Основные характеристики сетевой карты

В зависимости от сети, сетевых протоколов и конструктивных особенностей сетевые адаптеры могут выполнять различный набор функций. Главная задача сетевого адаптера – сопряжение компьютера с сетью. Любой адаптер с установленным драйвером выполняет две основные операции: передачу и прием кадров.

Кадр можно условно представить как единицу данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет определенный формат и включает в себя как поле данных, так и различную служебную информацию, например адреса получателя и отправителя.

При попадании кадра в среду передачи данных все сетевые адаптеры принимают его одновременно и определяют адрес назначения, который находится в одном из начальных полей кадра. Если адрес совпадает с собственным адресом одного из них, то кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера и компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.

В сетевых адаптерах осуществляется конвейерная схема обработки – процессы приема кадра из оперативной памяти ПК и передачи его в сеть совмещаются во времени. После приема нескольких первых байтов кадра начинается их передача. Это позволяет повысить производительность цепочки ОЗУ-адаптер-физический канал-адаптер-ОЗУ.

Имеет значение порог начала передачи – число байтов кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Адаптер самостоятельно настраивает свои параметры без участия администратора сети. Самонастройка позволяет оптимизировать скорость передачи для конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.

Адаптеры базируются на специализированных интегральных схемах ASIC. Они выполняют функции МАС-уровня и высокоуровневые функции, среди которых: поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритетности кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего ЦП.

Увеличение пропускной способности канала адаптер – память очень важно для повышения производительности сети в целом, так как быстродействие сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется возможностями самого медленного элемента сети. Если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, даже самые быстрые коммутаторы не увеличат скорость работы сети.

Сетевой адаптер включает в себя: модуль согласования со средой передачи данных, входной/выходной буфер, микропроцессор, ПЗУ, модуль преобразования параллельного кода в последовательный и модуль согласования с компьютером.

Согласование со средой передачи данных зависит от ее типа. Распространена сеть Fast Ethernet с теоретической пропускной способностью 100 Мбит/с. Средой передачи данных может выступать волоконно-оптический кабель (100Base-F) или медный кабель «витая пара» (100Base-T), который имеет разновидности: экранированный (STP), неэкранированный (UTP), кабель пятой (CAT5) или третей категории (CAT3). При использовании кабеля CAT3 среда называется 100Base-T4.

Наиболее распространены адаптеры для работы с кабелем CAT5, у которого из четырех пар проводов задействованы лишь две. По одной передаются данные, а по другой – принимаются, эта среда называется 100Base-TX.

Модуль согласования со средой передачи данных обеспечивает гальваническую развязку с кабелем, для этого могут использоваться как импульсные трансформаторы, так и оптроны.

Буферы ввода-вывода данных объединены в одной микросхеме с микропроцессором, они используются для промежуточного хранения данных, по принципу «первый пришел – первый вышел» (FIFO). С помощью буфера ввода-вывода данных функции контроля за сетью перекладываются на адаптер. ЦП может не отслеживать момент передачи данных.

Микропроцессор адаптера выполняет все основные функции, отвечает за окончательное формирование структуры кадра (добавление MAC-адреса источника и получателя) и вычисление контрольной суммы кадра. Данные передаются по сети не в том виде, в котором они поступают от компьютера к адаптеру, микропроцессор отвечает за логическое кодирование данных и формирование линейного кода.

Передача данных по сети связана с определенными сложностями синхронизации и ширины спектра передаваемого сигнала. При высокой скорости обмена данными и длинных последовательностях нулей или единиц в передаваемой информации даже небольшое рассогласование в тактовых частотах может привести к возникновению ошибок приема.

Для передачи данных применяется специальное логическое кодирование, а при их приеме осуществляется обратное преобразование.

Работой микропроцессора управляют микропрограмма, «зашитая» в ПЗУ процессора, и драйвер адаптера.

Для согласования адаптера с ПК предназначен модуль согласования адаптера с PCI-шиной компьютера, он выполнен в виде отдельной микросхемы.

Существуют типы PCI-шин, которые различаются по тактовой частоте (66– и 33-мегагерцевые) и по ширине шины данных (32– и 64-битные). Для рабочих станций используются, как правило, сетевые адаптеры с поддержкой 32-битной 33-мегагерцевой PCI-шины, а 64-битные многопортовые адаптеры устанавливаются в сервера. Пропускная способность 32-битной 33-мегагерцевой PCI-шины составляет 133 Мбайт/с, что намного больше пропускной способности сети Fast Ethernet.

Дополнительные функции сетевых адаптеров: автосогласование скорости работы, возможность удаленной загрузки, поддержка режима Bus Master, дистанционное включение (Wake on LAN), управление питанием (ACPI).

Возможность работы в сетях Ethernet 10Base-TX и Fast Ethernet 100Base-TX с автоопределением режима работы (автосогласование) означает, что адаптер сам определяет максимально возможную скорость функционирования. В этом случае допускается работа адаптера в неоднородной сети, а переход от сети Ethernet к Fast Ethernet не требует дополнительных настроек.

Модуль (Boot ROM) позволяет бездисковым рабочим станциям производить удаленную загрузку с сервера. Эта функция используется редко, некоторые сетевые адаптеры поддерживают ее опционально – есть место для установки специальной микросхемы памяти (Boot ROM), которая приобретается отдельно.

Режим Bus Master обеспечивает передачу данных непосредственно между адаптером и оперативной памятью компьютера, без ЦП. Это снижает загрузку процессора компьютера при передаче и получении данных по сети.

Дистанционное включение (Wake on LAN) позволяет запускать ПК по сети, если МП поддерживает такую возможность. Для этой цели используются 3-контактные разъемы на МП и сетевом адаптере, соединяемые специальным кабелем. Кроме того, необходимо и специальное программное обеспечение.

Поддержка режима управления питанием ACPI, позволяющая снизить энергопотребление реализуется как программными, так и аппаратными методами.

Главная характеристика адаптера – показатель его производительности – это пропускная способность. Реальная производительность адаптера зависит от конкретной модели и может быть существенно ниже, чем заявлено в спецификации.

Важной характеристикой адаптера и его драйвера является степень использования ЦП при максимальной скорости передачи. Сравнивая два адаптера с равными пропускными способностями, нужно выбрать тот, который меньше нагружает процессор.

При высокой сетевой активности компьютер с таким адаптером, который сильно загружает ЦП, будет «подвисать», делая невозможным запуск каких-либо приложений.

Индекс эффективной производительности (Performance/Efficiency Index Ratio, P/E) – это отношение пропускной способности адаптера (измеряемой в мегабитах в секунду) к степени утилизации центрального процессора (измеряемой в процентах). Его значение позволяет сравнивать адаптеры между собой – чем выше индекс, тем более производительным является адаптер.

Оглавление книги