Из чего состоит сетевая карта

Сетевая карта (Ethernet-адаптер) – это специальное интерфейсное устройство, которое позволяет компьютеру (ноутбук) взаимодействовать с другими участниками локальной вычислительной сети. Сетевая карта, довольно часто интегрирована в материнскую плату ПК. С помощью сетевой карты компьютер способен получать доступ не только к информационному полю локальной сети, но и осуществлять взаимодействие с сетями более высокого ранга (интернет). Синонимами сетевой карты являются: сетевой адаптер, сетевая плата.

Назначение и особенности сетевых карт

Благодаря сетевому адаптеру создается и поддерживается функционирование локальной сети. Это происходит как на физическом, так и на программном уровне. Сетевой адаптер отвечает за передачу двоичных данных в виде электромагнитных импульсов по настроенному каналу ЛВС. Сетевая карта является разновидностью контроллера, управление над которой осуществляется при помощи драйвера, который устанавливается программным путем в операционной системе.

К особенностям сетевых карт можно отнести перечь функций, которые они выполняют при приеме или передаче информации.

Во-первых, речь идет непосредственно о приеме и передаче данных. Информация поступает из компьютера на сетевую плату или наоборот. Происходит данная операция через запрограммированный канал ввода/вывода, линию прямого доступа или же разделяемую память.

Во-вторых, происходит формирование данных. При приеме происходит процедура соединения блоков данных, а при передаче, наоборот, разъединение данных на отдельные блоки. Это оформляется в виде кадра установленного формата.

Кадр содержит ряд полей, необходимых для передачи информации. В одном из таких служебных полей указывается адрес компьютера пользователя, а в другом поле – контрольная сумма кадра. Контрольная сумма – это необходимый показатель, который свидетельствует о корректности и подлинности доставленной по сетевому каналу информации.

В-третьих, еще одной особенностью является шифрование передаваемых данных. Электрические сигналы, которые будут передаваться по каналам связи, как правило, кодируются (популярным видом кодирования является манчестерское кодирование). При получении данных они должны быть подвержены декодированию.

Классификация сетевых карт

Современные сетевые карты подразделяются на три категории: встроенные, внешние и внутренние.

Встроенные

Под встроенными сетевыми картами подразумеваются те, что входят в состав материнской платы. Эта категория сетевых кар считается самой простой в использовании. Драйвера для работы с такой сетевой картой, как правило, устанавливаются на компьютер (с операционной системой Windows) наряду с другими драйверами.

Внешние

Внешние сетевые карты представляют собой USB-адаптеры, которые подключаются через соответствующий разъем. После подключения необходимо выполнить установку драйверов для работы с данным типом сетевых карт. Для операционных систем Windows установка зачастую происходит автоматически, а, к примеру, для Linux может понадобиться дополнительная ручная настройка. Чаще всего встречаются ситуации, когда внешние сетевые карты подключаются в том случае, если на материнской плате уже нет свободных слотов или в отношение старых ноутбуков, в которых нет встроенной сетевой карты.

Внутренние

Внутренние сетевые карты – это отдельные платы, которые устанавливаются в системный блок (в PCI либо PCI-E слоты материнской платы) или в ноутбук (слоты: PC Card, ExpressCard). Для установки потребуется наличие определенных знаний или помощь квалифицированного специалиста.

Основные параметры сетевой карты

Различные модели сетевых адаптеров могут отличаться рядом параметров:

• Скоростью передачи пакетов данных.
• Типом и быстродействием шины.
• Методами доступа к среде.
• Наличием вариантов совместимости в многочисленными микропроцессорами.
• Протоколами передачи.
• Разъёмами.

Сетевые адаптеры являются неотъемлемой частью жизни любого современного человека. Как правило, обычный пользователь даже не замечает использования сетевых карт, если они встроены в материнскую плату компьютера или ноутбука, а драйвера были установлены автоматически. Зачастую проблемы с доступом к сети могут во многом ссылаться на неисправность сетевой карты или использование несовместимых с операционной системой драйверов.

Сетевая плата (в англоязычной среде NIC — англ. network interface controller/card ), также известная как сетевая карта, сетевой адаптер (в терминологии компании Intel [1] ), Ethernet-адаптер — по названию технологии — дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой платы, довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства, в том числе унификации драйвера и удешевления всего компьютера в целом.

Содержание

Типы [ править | править код ]

По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:

• внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в ISA, PCI или PCI-E слот;
• внешние, подключающиеся через LPT[2] , USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;
• встроенные в материнскую плату.

На 10-мегабитных сетевых платах для подключения к локальной сети используются 4 типа разъёмов:

• 8P8C для витой пары;
• BNC-коннектор для тонкого коаксиального кабеля;
• 15-контактный разъём AUI трансивера для толстого коаксиального кабеля.
• оптический разъём (en:10BASE-FL и другие стандарты 10 Мбит Ethernet)

Эти разъёмы могут присутствовать в разных комбинациях, но в любой данный момент работает только один из них.

На 100-мегабитных платах устанавливают либо разъём для витой пары (8P8C, ошибочно называемый RJ-45 [3] ), либо оптический разъем (SC, ST, MIC [4] ).

Рядом с разъёмом для витой пары устанавливают один или несколько информационных светодиодов, сообщающих о наличии подключения и передаче информации.

Одной из первых массовых сетевых карт стала серия NE1000/NE2000 фирмы Novell с разъемом BNC.

Параметры сетевого адаптера [ править | править код ]

При конфигурировании карты сетевого адаптера могут быть доступны следующие параметры:

• 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 [5][6]
• поддержка тегированных пакетов VLAN (802.1q) с возможностью фильтрации пакетов заданного VLAN ID
• параметры WOL (Wake-on-LAN)
• функция Auto-MDI/MDI-X автоматический выбор режима работы по прямой либо перекрестной обжимке витой пары
• MTU канального уровня

В зависимости от мощности и сложности сетевой карты она может реализовывать вычислительные функции (преимущественно подсчёт и генерацию контрольных сумм кадров) аппаратно либо программно (драйвером сетевой карты с использованием центрального процессора).

Серверные сетевые карты могут поставляться с двумя (и более) сетевыми разъёмами. Некоторые сетевые карты (встроенные в материнскую плату) также обеспечивают функции межсетевого экрана (например, nForce).

Функции и характеристики сетевых адаптеров [ править | править код ]

Сетевой адаптер (Network Interface Card (или Controller), NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем (OSI) в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и MAC-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.

Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и приём кадра. Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапов (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования):

• Приём кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией MAC-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода-вывода операционной системы.
• Оформление кадра данных MAC-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
• Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скремблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
• Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п.

Приём кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия:

• Приём из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
• Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приёмнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
• Если данные перед отправкой в кабель подвергались скремблированию, то они пропускаются через дескремблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
• Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.

Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.

В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.

Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMC EtherPower со встроенным процессором Intel i960.

В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют авточувствительностью.

Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода-вывода.

Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера во многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.

Если сетевой адаптер работает некорректно, может происходить флаппинг его порта.

Классификация сетевых адаптеров [ править | править код ]

В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии 5 поколений.

Первое поколение [ править | править код ]

Адаптеры первого поколения были выполнены на дискретных логических микросхемах, в результате чего обладали низкой надежностью. Они имели буферную память только на один кадр, что приводило к низкой производительности адаптера, так как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в компьютер последовательно. Кроме этого, задание конфигурации адаптера первого поколения происходило вручную, с помощью перемычек. Для каждого типа адаптеров использовался свой драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной системой не был стандартизирован.

Второе поколение [ править | править код ]

В сетевых адаптерах второго поколения для повышения производительности стали применять метод многокадровой буферизации. При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра в сеть. В режиме приёма, после того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приёмом другого кадра из сети.

В сетевых адаптерах второго поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколения обычно поставляются с драйверами, работающими как в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разработанном фирмой Novell.

Третье поколение [ править | править код ]

В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что процессы приёма кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приёма нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25—55 %) повышает производительность цепочки «оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память». Такая схема очень чувствительна к порогу начала передачи, то есть к количеству байт кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Сетевой адаптер третьего поколения осуществляет самонастройку этого параметра путём анализа рабочей среды, а также методом расчета, без участия администратора сети. Самонастройка обеспечивает максимально возможную производительность для конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти.

Адаптеры третьего поколения базируются на специализированных интегральных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвейерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реализовали похожие схемы в своих адаптерах. Повышение производительности канала «адаптер-память» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как производительность сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить скорость работы сети.

Четвёртое поколение [ править | править код ]

Сетевые адаптеры Fast Ethernet можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции MAC-уровня (англ. MAC-PHY ), скорость развита до 1 Гбит/сек, а также есть большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритизации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.

Пятое поколение [ править | править код ]

Выпускаемые с 2006 года сетевые карты Gigabit Ethernet. Так же выпускаются домашние коммутаторы и маршрутизаторы для гигабитной связи. Поддерживают протоколы IPv6, цифровое телевидение и многое другое.

Шестое поколение [ править | править код ]

Терабитный Ethernet находится в стадии разработки для домашнего пользователя, но реально применяется интернет-провайдерами для осуществления связи.

Привет, друзья! Сегодня в нашем фокусе – сетевая карта. Что это такое и для чего она нужна, или можно обойтись без такого компонента, мы рассмотрим в этой публикации.

p, blockquote 1,0,0,0,0 –>

Что это такое

В среде англоязычных пользователей ПК, это устройство называется Network Interface Controller, или же NIC. Другие популярные названия – сетевой адаптер или Ethernet‐адаптер.

p, blockquote 2,0,0,0,0 –>

Как можно догадаться из названия, девайс служит для связи компьютера с сетью, как локальной, так и всемирной. Самый простой вариант использования – домашняя локальная сеть из двух компьютеров, что позволяет организовать общий доступ к файлам. Более сложный, требующий обслуживания соответствующими специалистами – локалка небольшого предприятия.

p, blockquote 3,0,0,0,0 –>

По сути, доступ в интернет выполняется из обычной домашней сети, состоящей непосредственно из самого компьютера, а также модема и/или роутера.

p, blockquote 4,0,0,0,0 –>

Также сетевая плата используется для доступа к сетевому принтеру – согласитесь, не слишком экономно в каком‐нибудь учреждении обеспечивать принтером каждый компьютер, когда с потоком задач может справиться одно производительное устройство. Более подробно об этом вы можете почитать в статье « Для чего служит сетевая карта ».Естественно, без сетевой платы можно обойтись даже сегодня, в 2018 году. Однако функционал такого компьютера будет урезан – можно запустить только файлы, которые хранятся на винчестере, а копировать новые данные придется с помощью флешки или компакт‐диска.

p, blockquote 5,0,0,0,0 –>

Конструкционные особенности и принцип работы

Из чего состоит такое устройство? Даже в самой простой конструкции должны присутствовать следующие элементы:

p, blockquote 6,0,1,0,0 –>

• Входной и выходной буферы;
• Кодер и декодер;
• Передающий и приемный сдвиговые регистры;
• Физический интерфейс;
• Блок подсчета;
• Логика управления.

Если объяснять принцип работы адаптера простыми словами, следует помнить, что обмен информацией ведется покадрово. При передаче ПК помещает пакет во входной буфер и выдает команду на отправку. Дождавшись окна для передачи, логика копирует данные в передающий регистр, где параллельные данные трансформируются в последовательный поток битов.

p, blockquote 7,0,0,0,0 –>

Кодер преобразует этот биполярный код в код, для передачи (в случае с Ethernet это так называемый «Манчестерский код», который уже отправляется «гулять по проводам» пока не достигнет адресата. Прием информации из сети происходит по этому же принципу, но в обратной последовательности.

p, blockquote 8,0,0,0,0 –>

Важно знать, что любая сетевая карта имеет уникальный MAC‐адрес, по которому ее можно идентифицировать среди миллионов аналогичных девайсов. И если для продвинутого пользователя бан по IP не вызывает затруднений (достаточно запустить VPN и зайти под другим адресом), то блокировка по MAC – проблема гораздо серьезнее.

Требуется изменение конфигурации сетевухи на аппаратном уровне, что подразумевает полную перепрошивку. Так что, если вас где‐то забанили по MAC, наименее затратный способ обхода блокировки – установка дополнительного сетевого адаптера.В среде айтишников, некогда гуляла шутка про еще более серьезный метод блокировки – так называемый супербан. Суть его в том, что один из администраторов форума или сайта лично посещает пользователя и бьет ему лицо, раз и навсегда отбивая охоту флудить и прочими способами нарушать условия пользовательского соглашения.

p, blockquote 10,0,0,0,0 –>

Однако медаль имеет и обратную сторону: владелец Wi‐Fi роутера может разрешить доступ в сеть только некоторым устройствам по MAC‐адресу. Это актуально в случае, если ваш, продвинутый в техническом плане сосед, не желая платить за интернет, пользуется вашим каналом.

p, blockquote 11,0,0,0,0 –>

Типы сетевых карт и их характеристики

Для подключения внешних устройств используется несколько типов слотов:

p, blockquote 12,0,0,0,0 –>

• 8P8C (который у нас часто ошибочно называют RJ‐45) – восьмижильная витая пара;
• BNC – тонкий коаксиальный кабель;
• 15‐контактный AUI – толстый коаксиальный кабель;
• Оптические разъемы.

Конечно, можно подключить сразу несколько кабелей к одной сетевухе, но в конкретный момент времени передавать данные будет только один из них. Стоит отметить, что наличие всех слотов вовсе необязательно. Самый популярный вариант – 8P8C, который есть практически в каждой сетевой плате.

p, blockquote 13,1,0,0,0 –>

Для удобства пользователя, такой слот оборудован светодиодами, которые загораются при подключении LAN‐кабеля.

p, blockquote 14,0,0,0,0 –>

По типу подключения устройства делят на внешние и внутренние. Интегрированная микросхема встроена в материнскую плату (учитывайте, что в современных моделях она присутствует почти всегда).

p, blockquote 15,0,0,0,0 –>

Также следует помнить, что сетевая карта для корректной работы требует установки соответствующего драйвера, поэтому рекомендую хранить диск с драйверами для материнки или сделать резервную копию важных данных.

p, blockquote 16,0,0,0,0 –>

Зачем, можете спросить вы? При переустановке Винды (а многие из пользователей делают это не реже раза в год) все драйвера удаляются. Скачать их можно в интернете, однако без драйверов, сетевуха не работает.

p, blockquote 17,0,0,0,0 –>

Если дома только один компьютер и нет мобильника с доступом в интернет, придется воспользоваться другим устройством для загрузки требуемых драйверов.Дискретные карты чаще всего подключаются через слот PCI (в системном блоке) или через USB (можно использовать и с ноутбуком). Они могут соединяться с сетью как с помощью кабеля, так и иметь дополнительные беспроводные интерфейсы – Wi‐Fi и/или Bluetooth. Зачем «Синий зуб» в современном компьютере?

p, blockquote 18,0,0,0,0 –>

Для подключения беспроводных наушников и манипуляторов это – один из наиболее удобных вариантов, а базовый передатчик, который поставляется в комплекте, имеет свойство теряться.

p, blockquote 19,0,0,1,0 –>

Можно использовать и две сетевухи в одном компьютере – например, встроенную и внешнюю. Однако, как и в случае с разными портами подключения, в определенный момент времени, данные будет передавать только одна из них.

Сколько стоит такое устройство, зависит от его технических характеристик, одним из ключевых, среди которых является скорость (100 Mbit и 1000 Mbit).

p, blockquote 21,0,0,0,0 –>

Средний диапазон цен – от 4 долларов в случае с самым простеньким устройством, оборудованным портом 8P8C и подключаемым через PCI, до скоростной карты с беспроводной передачей данных, оборудованной мощной антенной и длинным USB‐кабелем, которая стоит 80 долларов.

p, blockquote 22,0,0,0,0 –>

Устройства с любыми необходимыми характеристиками, по самой выгодной цене, вы найдете в этом популярном интернет‐магазине . Также советую почитать про карты расширения для компьютера и сетевые карты с Wi‐Fi .

p, blockquote 23,0,0,0,0 –>

Спасибо за внимание и до следующих встреч на страницах моего блога! Не забывайте подписаться на новостную рассылку и поделиться этой публикацией в социальных сетях.

p, blockquote 24,0,0,0,0 –>

p, blockquote 25,0,0,0,0 –> p, blockquote 26,0,0,0,1 –>

“>