Rozdział 5. ¨ Karty sieciowe: sprzętowe „serce” sieci LAN 95
u Instalacja karty w komputerze.
u We wnętrzu peceta.
u Dodatkowe opcje kart sieciowych.
u Karty sieciowe dla PC.
u Ważne ogniwo.
Wbudowane możliwości sieciowe
Każdy z liczących się producentów komputerów sprzedaje pecety z wewnętrznymi kartami sieciowymi. Hewlett-Packard i niektóre inne firmy oferują modele z kartami sieciowymi zintegrowanymi z płytą główną, jednak większość kart sieciowych wciąż przeznaczona jest do instalacji w złączu rozszerzeń.
Przedmiotem niniejszego rozdziału jest fizyczna strona sieci lokalnych. Aby podłączyć komputer do sieci LAN niezbędny jest niewielki element sprzętowy: karta sieciowa, która ma podstawowe znaczenie i wymaga rozpatrzenia wielu opcji.
W następnym rozdziale podążymy „ścieżką” kabli sieciowych, które łączą komputery w sieci LAN i dowiemy się, jak wysyłane są sygnały za pomocą światła. Informacje te zostały zorganizowane w sposób, który ma pomóc w zakupie najlepszych kart i wyborze najbardziej odpowiednich systemów okablowania dla danej instalacji. W kolejnych rozdziałach poznamy okablowanie i systemy sygnalizacji używane w sieciach Ethernet i Token-Ring. Jednak w tym rozdziale przedstawiono szczegółowy opis elementów i części używanych we wszystkich tych systemach.
Niskonapięciowe sygnały elektryczne, które reprezentują dane w postaci cyfrowej przesyłane są wewnątrz komputera poprzez 8, 16, 32 lub 64 równoległe przewody, nazywane zbiorczo magistralami danych. Magistrale danych przenoszą sygnały pomiędzy procesorem, pamięcią RAM i urządzeniami wejścia-wyjścia, takimi jak porty szeregowe, równoległe i USB (Universal Serial Bus), znajdującymi się na płycie głównej.
Karta sieciowa, zwana także kartą adaptera LAN lub kartą interfejsu sieciowego (Network Interface Card – NIC) instalowana jest w złączu rozszerzeń lub na płycie głównej (systemowej) komputera PC (patrz rysunek 5.1). Karta ta przekształca niskonapięciowe, równoległe sygnały przesyłane z magistrali danych w szybki strumień elektrycznych zer i jedynek przesyłanych szeregowo kablem łączącym stacje w sieci.
Rysunek 5.1.
Karta
wstawiłem podpis do rysunku
sieciowa dokonuje konwersji niskonapięciowego strumienia danych równoległych z komputera na mocniejszy strumień danych szeregowych w kablu sieciowym i odwrotnie. Do sterowania transmisją danych w kablu sieciowym karta sieciowa używa protokołów sterowania z dostępem do nośników.
Idea wprowadzenia do komputera specjalnego adaptera umożliwiającego komunikację z urządzeniami znajdującymi się na zewnątrz komputera nie jest niczym nowym. W pierwszych komputerach osobistych połączenia z portami szeregowymi i równoległymi zawsze były realizowane za pomocą kupowanych osobno kart adapterów. Na początku lat 80. firmy, takie jak Zenith i Tandy zaczęły seryjnie wbudowywać porty szeregowe i równoległe do swoich komputerów, aby podnieść ich wartość.
Szeroka akceptacja portów szeregowych konfigurowanych zgodnie ze standardem IEEE RS-232C oraz portów szeregowych zgodnych ze standardem wprowadzonym przez firmę Centronics, zachęciła producentów do seryjnego montażu tych portów w komputerach PC. Projektanci wiedzieli bowiem, że te standardowe porty będą kompatybilne z wieloma różnymi produktami, takimi jak modemy czy drukarki. Najnowszą opcją połączeniową montowaną na płytach pecetów są porty USB. Rozwiązanie to zostanie omówione osobno z uwagi na swój wielki potencjał w zakresie połączeń sieciowych, zarówno lokalnych, jak i dalekiego zasięgu.
Jak zlokalizować USB?
Jeśli nie wiadomo, czy dany PC ma port USB, należy obejrzeć tylny panel. Jeśli jest tam coś na kształt dwóch szczelin na drobne monety i symbol podobny do „wisienek” na wrzutowym automacie do gry, to jest to właśnie port USB. Należy jednak pamiętać, że do połączenia dowolnego sprzętu z interfejsem USB potrzebne są specjalne kable.
Terminy Ethernet i Token-Ring pojawiły się już wielokrotnie w tej książce. Jeszcze kilka lat wstecz każdy z nich dotyczył rodziny produktów obejmującej określony typ okablowania, złączy, sieciowego oprogramowania komunikacyjnego i kart sieciowych.
Obecnie produkty z tych rodzin ewoluowały poza pierwotne definicje. W praktyce terminy te odnoszą się obecnie do technik używanych przez karty sieciowe do wspólnego użytkowania okablowania sieci LAN – czyli protokołów sterowania dostępem do nośnika (MAC) – oraz do typu sygnałów wysyłanych przez okablowanie. Wybór karty sieciowej determinuje jednocześnie wybór sterowania dostępem do nośnika i parametrów wysyłanych sygnałów.
Do kabli wrócimy w podrozdziale „Kable sieciowe” w rozdziale 6 .
Rozdział 7. zawiera szereg szczegółów na temat typów okablowania i sygnalizacji.
Chociaż większa część książki jest poświęcona zagadnieniom związanym z kablami i zewnętrznymi połączeniami w sieci lokalnej, najważniejsze połączenia sieciowe znajdują się wewnątrz komputera.
Najlepsze systemy okablowania i sygnalizacji nie przydadzą się na wiele, jeśli dane nie będą się dość szybko poruszać pomiędzy kartą sieciową a resztą komputera. W szczególności dotyczy to komputera działającego w sieci jako serwer plików lub serwer komunikacyjny. Wąskie gardło na serwerze spowalnia całą sieć. Może nim być oprogramowanie, które integruje kartę sieciową z komputerem lub wymiana sygnałów elektrycznych pomiędzy kartą a komputerem.
W nowych sieciach tylko Ethernet
Jest oczywiste, że bitwę o sieci LAN wygrał Ethernet. Kiedy Autor zasiądzie do spisania historii sieci komputerowych – Token-Ring, ARCnet, a nawet ATM w zastosowaniach lokalnych, znajdą się w niej tylko w przypisach. Wszystkie nowe instalacje sieci lokalnych powinny opierać się na Ethernecie. Jednak nie można zignorować faktu, że wielu potencjalnych Czytelników wciąż używa „starych” systemów Token-Ring i ARCnet, które działają całkiem nieźle. Dlatego technologie te zostały również wyczerpująco opisane w tej książce. Czytelnicy zainteresowani wyłącznie Ethernetem mogą potraktować wszystko, co z nim niezwiązane, jako ciekawostki historyczne.
Karta sieciowa ma dwa rodzaje złącz: złącza magistrali rozszerzeń i złącza od strony kabla sieciowego. Złącza obu rodzajów mogą występować w kilku odmianach, które trzeba pokrótce omówić, aby następnie wybrać najlepszą kombinację dla posiadanego komputera.
Testy przeprowadzone przez Autora w dziale LAN Labs PC Magazine jasno pokazały, jak ważna jest rola sterownika karty sieciowej, czyli niewielkiego programu, który musi być zainstalowany na każdym komputerze z kartą sieciową. Sterownik (driver) to program, który umożliwia współpracę karty z resztą sprzętu komputera i z określonym systemem operacyjnym. To sterowniki umożliwiają przesyłanie danych pomiędzy komputerem a karta sieciową. W szczególności do nich należy odczyt i zapis danych w buforach sprzętowych. Sterowniki implementują również określone protokoły, które stanowią element procesu komunikacji w sieci.
Wybierając kartę sieciową, należy mieć na uwadze zgodność z fizyczną charakterystyką sprzętu komputera, zgodność z systemem operacyjnym i zgodność z charakterystyką sieci. Nie jest to może wielki problem w przypadku Windows 95/98, ale to trzypoziomowe dopasowanie w przypadku Windows 3.x, Uniksa lub niektórych innych systemów operacyjnych może stanowić prawdziwe wyzwanie.
Firmy produkujące sprzęt i oprogramowanie prezentują kilka różnych podejść w celu uzyskania zgodności karty sieciowej z systemem operacyjnym. Microsoft i 3Com opracowały wspólnie specyfikację NDIS (Network Development Interface Specification) z nadzieją, że wszyscy pozostali ją zaadoptują dla własnych produktów. Jeśli producent kart sieciowych dostarcza ze swoimi wyrobami dyskietkę ze sterownikami NDIS, karty te powinny działać w każdym systemie operacyjnym zgodnym z tą specyfikacją. Plan Microsoftu w dużej mierze się powiódł i do większości kart sieciowych dostępne są sterowniki NDIS. Ponadto Microsoft dołączył sterowniki NDIS dla kilkunastu popularnych modeli kart sieciowych do swojego systemu operacyjnego Windows.
Z kolei Novell opracował interfejs kart sieciowych ODI (Open Data-Link Interface), który na poziomie ogólnej koncepcji jest podobny do NDIS. Jednak interfejs ten nie jest tak popularny, jak NDIS, ponadto Microsoft stworzył specyfikację NDIS III, która jest zgodna z ODI.
Kłopoty? Zdobądź nowy sterownik!
Eksperci od sieci najczęściej radzą sobie z problemami, zdobywając najnowsze sterowniki do posiadanych kart sieciowych.
Aktualizacja sterowników odbywa się z niezwykłą częstotliwością, gdyż wiele nierozwiązanych i zagadkowych problemów można rozwiązać, pobierając nowy sterownik z serwisu WWW producenta. Trzeba się jednak liczyć z tym, że instalacja nowego sterownika może również pociągnąć za sobą nowe kłopoty!
NDIS a ODI
Podczas instalacji klienta systemu Novella na komputerze z systemem Windows 95 lub 98, pojawia się komunikat z pytaniem o wymianę sterowników NDIS Microsoftu na sterowniki ODI Novella. Oba te standardy są obecnie bardzo do siebie zbliżone i jeśli to możliwe, lepiej pozostawić w użyciu sterowniki Microsoft.
Niektórzy producenci – na przykład Standard Microsystems i Intel – próbują uzyskać kompatybilność, dostarczając ze swoimi kartami dyskietkę pełną sterowników do różnych sieciowych systemów operacyjnych. Inni – tak jak Artisoft i D-Link – próbują odwrotnego podejścia: klonują oni sposób działania karty z możliwie szeroką obsługą w różnych systemach (popularnej i zasłużonej karty NE2000 Novella), wykorzystując istnienie dużej biblioteki istniejącego oprogramowania dla tych kart.
Kupując kartę sieciową należy upewnić się, że będzie ona współpracowała z używanym systemem operacyjnym i będzie zgodna z architekturą magistrali posiadanego komputera. Szczególną ostrożność należy zalecić użytkownikom którejś z wersji Uniksa lub Linuksa. W tym przypadku przydatny jest interfejs zgodny ze specyfikacją Packet Driver. Projektanci Uniksa akceptują interfejs Packet Driver, a wielu dostawców kart często dołącza do nich oprogramowanie zgodne z ta specyfikacją. Natomiast ci, którzy planują używać systemu NetWare Novella, powinni sprawdzić, czy dla karty – oprócz sterowników NDIS – dostępne są również sterowniki ODI.
Programiści używają różnych technik, tworząc sterowniki. Niektóre metody transmisji danych i dostępu do buforów pozwalają uzyskać nieco większe prędkości transmisji danych pomiędzy kartą a pecetem. Niektórzy programiści tworzą mały i wydajny kod, używając języków niskiego poziomu (asemblera), inni z kolei wybierają łatwiejszą drogę i opracowują mniej wydajne sterowniki w C. Krótko mówiąc, niektórzy programiści opracowują szybsze i bardziej niezawodne sterowniki kart sieciowych, a firmy przeznaczają na opracowanie sterowników do swoich urządzeń więcej zasobów.
Chociaż karty sieciowe różnych firm są pod wieloma względami podobne do siebie, najbezpieczniej będzie kupić produkty markowe. Zwykle sterowniki dla takich kart przechodzą szersze testy i są również dołączane do pakietów instalacyjnych oprogramowania systemowego najbardziej liczących się dostawców.
Więcej informacji o sterownikach można znaleźć przy okazji omówienia konkretnych systemów operacyjnych, które jest przedstawione w rozdziale 9.
Istnieje kilka różnych technik komunikacji komputera z kartą sieciową poprzez magistralę danych. Aby wybór karty sieciowej był optymalny pod względem wydajności, poziomu złożoności i ceny, konieczne jest bliższe poznanie różnych opcji wejścia-wyjścia.
Do przesyłania danych pomiędzy kartą sieciową a pamięcią RAM komputera konstruktorzy współczesnych kart używają jednej z czterech technik: programowalnych układów wejścia-wyjścia (Progammed I/O – PIO), bezpośredniego dostępu do pamięci (Direct Memory Access – DMA), pamięci wspólnej lub przejmowania magistrali DMA. Ale nie w każdym komputerze działają wszystkie te rozwiązania interfejsów. Z tego powodu większość kart pozwala wybrać jedno z przynajmniej dwóch rozwiązań. Poniżej – jako przygotowanie do zadania dopasowania karty sieciowej do komputera – przedstawiono szczegóły dla czterech technik obsługi wejścia-wyjścia.
Technika PIO oferuje wydajną metodę przesyłania danych pomiędzy kartą sieciową a komputerem. W technice tej wykorzystuje się specjalny procesor na karcie, który steruje wspólnymi blokami pamięci o wielkości 8, 16 lub 32 kB. Procesor karty komunikuje się z procesorem komputera poprzez te standardowe lokalizacje wejścia-wyjścia.
Obydwa urządzenia szybko przesyłają dane, zapisując je i odczytując w tych samych blokach pamięci, które przypominają okno pomiędzy zapleczem kuchennym a stołówką w barach szybkiej obsługi. Podobnie jak w barze – procesor po jednej ze stron wspólnego okna sygnalizuje drugiemu obecność danych w oknie. W przypadku techniki PIO sygnał ten nosi nazwę I/O Ready.
Technika PIO charakteryzuje się mniejszym wykorzystaniem pamięci niż inne strategie transferu danych. Z tego powodu wiele starszych i popularnych kart sieciowych, takich jak AE-2 Artisoftu, DE-250 firmy D-Link System oraz NE1000 i NE2000 Novella, używa jej jako podstawowego trybu pracy.
Wiele kart sieciowych komunikuje się z procesorem PC, posługując się techniką bezpośredniego dostępu do pamięci. Technika ta jest szczególnie użyteczna w przypadku starszych, ale wciąż użytkowanych komputerów PC. Kiedy procesor PC odbiera żądanie DMA z karty sieciowej, przerywa inne operacje, aby obsłużyć transfer danych.
Metoda pamięci wspólnej została opracowana w celu przezwyciężenia pewnych niedostatków technik PIO i DMA. Karta sieciowa w tej metodzie posiada pamięć, do której procesor komputera ma bezpośredni dostęp z pełną prędkością bez cykli oczekiwania. Takie karty dostępne są z interfejsem magistrali danych o szerokości 8 i 16 bitów, jednak karty 16-bitowe często powodują konflikty z innymi urządzeniami wewnątrz komputera.
Pamięć wspólna umożliwia najszybszy transfer danych miedzy kartą a komputerem, jednak instalacja odpowiedniej karty w komputerze obciążonym wieloma pamięciochłonnymi urządzeniami, może być zadaniem mocno frustrującym. Bardzo prawdopodobne są konflikty w dostępie do pamięci powstające wówczas, gdy karta sieciowa i jakieś inne urządzenie będą próbowały jednocześnie skorzystać z tego samego obszaru pamięci.
Przejmowanie magistrali (bus mastering) umożliwia przesyłanie danych pomiędzy kartą a pamięcią komputera bez przerywania pracy procesora. Pracujące w tej technice adaptery przejmują kontrolę na magistralą danych i umożliwiają przesyłanie danych bezpośrednio pomiędzy kartą sieciową i pamięcią RAM, podczas gdy procesor może w tym czasie wykonywać inne operacje. Wykorzystujące metodę przejmowania magistrali karty sieciowe są obecnie szeroko dostępne i zazwyczaj są zgodne z magistralą PCI, opisaną w następnej sekcji.
Współczesne karty sieciowe są już w zasadzie urządzeniami powszechnego użytku. W szczególności dzięki zaciętej konkurencji Intela i 3Com, produkty te wyewoluowały, osiągając wysoki poziom niezawodności i stając się szeroko dostępne. Niezależnie od tego, trzeba jednak bliżej poznać niektóre różnice i opcje.
Karty sieciowe muszą być dobrane do magistrali znajdującej się wewnątrz komputera. W większości sprzedawanych dzisiaj pecetów wykorzystywana jest architektura złączy rozszerzeń o nazwie Peripheral Component Interconnect (PCI), choć wciąż w użyciu są komputery ze złączami standardu ...
mgram