Методическая документация к лабораторной работе №2.

СЕТЕВЫЕ АДАПТЕРЫ

Сетевые адаптеры, или интерфейсные карты (NIC - Nelwork Interface Cart) предназначены для выполнения функций 1-2-го уровня в компьютерах, подключённых к локальной сети. Адаптеры имеют передающую и принимающую часть, которые в случае поддержки полного дуплекса должны быть независимы друг от друга. Задача передающей части; по получении со стороны центрального процессора (ЦП) блока данных и адреса назначения для передачи получить доступ среде передачи, сформировать и передать кадр (добавить преамбулу, свой адрес в поле адреса источника, CRC-код) делая повторные попытки в случае обнаружения коллизий. Адаптер должен сообщить процессору об успехе или невозможности передачи. Приемная часть, просматривая заголовки всех кадров, проходящих в линии, «выуживает» из этого потока кадры, адресованные данному узлу уникальным широковещательным или групповым способом. Эти кадры полностью принимаются в буфер и проверяются на отсутствие ошибок (длина кадра корректность CRC). О приёме кадров уведомляется центральный процессор и организуется передача кадра из локального буфера адаптера в системную память компьютера. Ошибочные кадры как правило, игнорируются, хотя адаптер может собирать статистику их появления. Нa практике попадаются и адаптеры, не обнаруживающие ошибок в поврежденных кадрах. Диагностика сети с таким адаптером непроста.

Из описанных функций очевидно, что адаптер должен иметь следующие обязательные узлы:

§ Физический интерфейс подключения к среде передачи и схемы организации доступа но CSMA/CD.

§ Буферную память для передаваемых и принимаемых кадров.

§ Схему прерывании для уведомления ЦП об асинхронных событиях завершение передачи (успешное или нет), прием кадра.

§ Средства доставки данных между буфером кадров и системной памятью компьютера.

§ Устройство управления, реализующее логику работы адаптера.

Дополнительно адаптер может иметь микросхему ПЗУ удаленной загрузки (Boot ROM) и средства «пробуждения» по сети (Wake On LAN). В этом же ПЗУ иногда размещают и антивирусный модуль, контролирующий обращение по записи в системною область жесткого диска Master Boot и Boot Record). Эта антивирусная.защита хороша тем, что запускается до загрузки ОС, но только при включенном ПЗУ удаленной загрузки.

Сетевые адаптеры (Network Interface Сагd, NIC) для PC выпускаются для шин ISA, EISA, MCA, VLB, PCI, PC Card. Существуют адаптеры, подключаемые к стандартному LPT-порту PC, их преимущество - отсутствие потребности в системных ресурсах (порты, прерывания и т. п.) и легкость подключения (без вскрытия компьютеров), недостаток — при обмене они значительно загружают процессор и не обеспечивают высокой скорости передачи («потолок» - 10 Мбит/с). Сетевые адаптеры интегрируются и в некоторые модели системных плат.

Эффективная скорость обмена данными по сети очень сильно зависит от архитектуры сетевых адаптеров. При прочих равных условиях эта скорость зависит от скорости передачи данных между локальной памятью адаптера и системной памятью компьютера, а также от возможности параллельного выполнения нескольких операций. В качестве «средств доставки» используются каналы прямого доступа к памяти (DMA), програмный ввод-вывод (РІО), прямое управление шиной. Стандартные 8-битные каналы прямого доступа шины ISA способны развивать скорость до 2 Мбат/с. 16-битные до 4 Мбайт/с. Кадр максимальной длины они передают примерно да 1, 3 или 2, 6 мс соответственно. По сравнению с 12 мс, тре6уемыми для передачи кадра в среде Ethernet, это время относительно невелико. Однако для Fast Ethernet, где максимальный кадр в среде передаётся за 1, 2 мс, такая транспортировка оказывается слишком медленной. Более высокую скорость обмена с буфером адаптера обеспечивает режим программного ввода-вывода (PIO), но он полностью загружает центральный процессор на время передачи. Более эффективны интеллектуальные адаптеры, использующие прямое управление шиной (bus mastering) ISA/EISA, сочетающие в относительно высокую скорость (до 8 Мбайт/с ISA 16 бит и до 33 Мбайт/с EISA). Однако для скорости 100 Мбит/с производительности шины ISA уже недостаточно, а дорогая и малораспространённая EISA имеет менее чем трёхкратный запас полосы пропускания. На сегодняшний день широко применяются адаптеры шины РСI, где для 32-разрядного интерфейса при частоте 33 MГц пропускная способность достигает 132 Мбайт/с. Но для технологии Gigabit Ethernet и этого только-только хватает, правда, у PCI есть резервный переход на частоту 66 МГц и разрядность 64 бит, что позволяют далеко не все системные платы. Особенно эффективны активные адаптеры для шины PCI, имеющие собственный процессор. Они выполняют передачи на полной скорости PCI, практически не загружая центральный процессор. Это свойство особенно важно для серверов. Параллельное выполнение операций подразумевает поддержку полного дуплекса — полную независимость принимающей и передающей частей, а также возможность одновременного выполнения приёма кадра в буфер, передачи другого кадра и обмена данными между буферной памятью адаптера и системной памятью компьютера. На производительность адаптера ISA/ EISA влияет и объем буферной памяти: при ограниченной (по сравнению со скоростью в линии) пропускной способности шины применяют буферную память объёмом до 64 Кбайт, которую делят между передатчиком и приемником либо поровну, либо с преимуществом для передатчика. Для шины PSI при эффективных средствах доставки (интелектуальное прямое управление шиной) для скорости 100 Мбит/с большой буфер не нужен – достаточно по 2 Кбайта на приёмник и передатчик. Однако адаптеры Gigabit Ethernet опять снабжают буфером значительного размера (256 Кбайт).

Адаптеры разных моделей могут различаться по цене на порядок (не беря в расчёт сверхдорогой Gigabit Ethernet). Их можно разделить на две группы – адаптеры для рабочих станций и адаптеры для серверов. Деление условно – адаптеры для рабочих станций могут иметь черты, относящиеся к серверным. Использовать простые карты в серверах не стоит – они могут стать узким местом сети и пожирателя ресурсов ЦП.

Адаптеры для рабочих станций проще и дешевле — для лих (пока?) не требуется скорости выше 100 Мбит/с полный дуплекс используется редко, к исполь­зованию процессорного времени особо жестких требований не предъявляют. Карты обычно имеют колодку для установки Boot ROM, современные модели часто обеспечивают возможность пробуждения по сети (remote wake up), под­держивают интерфейс DMI и АСРI. Долгие годы широко используются адаптеры, программно совместимые с картами NE2000 — 16-битными неинтеллекту­альными картами для шины ISA разработки Novell-Eagle. Совместимость с этом моделью имеют и ряд карт для шины PCI. Наиболее удобны и популярны двух­скоростные карты 10/100 Мбит/с – для их подключения в современных сетях легко найти оптимальное место.

Адаптеры для серверов должны иметь высокопроизводительную шину - сейчас используют PCI 32/64 бит 33/66 МГц, раньше в серверах часто применяли шину EISA или МСА. Для серверных карт критична загрузка ЦП при обмене данными, поэтому эти карты наделяют интеллектом для прямого управления шиной и параллельной работы узлов адаптера. Полнодуплексные адаптеры должны поддерживать управление потоком по 802.3х.

Ряд продвинутых моделей поддерживают приоритизацию трафика по 802.1р, фильтрацию многоадресного трафика, поддержку ВЛС, определенных на всей локальной сети. Для повышения надежности серверные карты могут поддерживать резервирование линий (Resilient Link) - резервный адаптер и линия связи заменяют основной канал в случае его отказа. При этом резервному адаптеру присваивается МАС-адрес основного, чтобы сеть «не заметила» подмены. Резервирование линий должно поддерживаться программными драйверами, чтобы замена происходила прозрачно и для серверных приложений. «Самоизлечивающиеся» драйверы (Self-Healing Drivers) в случае обнаружения проблем функционирования («зависании») могут автоматически выполнить сброс и реинициализацию адаптера. Удаленная загрузка и пробуждение по сети серверам, как правило, не требуется. Адаптеры (совместно c драйверами) могут поддерживать SNMP и RMON. Для серверов выпускаются и многопортовые (как правило, на 4 порта) адаптеры, конфигурируемые как для раздельного независимого использования, так и для резервирования друг друга. Taкие карты позволяют экономить слоты PCI (для шины EISA проблема экономии слотов не была острой). Типовая скорость для, серверных карт на сегодняшний день 100 Мбит/с, производительность Gigabit Ethernet может быть востребована лищь очень мощными серверами.

Адаптер может иметь один или несколько интерфейсных разъемов:

§ BNC — для сегмента 10Basе2;

§ AUI -для 10Base5, 10Base2, 10BaseТ, 10BaseF, FOIRL;

§ RJ-45 MDI - для lOBaseT, 100BaseTX и/или 100BaseТ4, подключение к концентратору (MDIX-порту) «прямым кабелем;

SC (пара), иногда ST – для 100BaseFX, 1000BaseSX, 1000BaseLX.

Для 10-мегабитных адаптеров характерны сочетания DNC+AUIили RJ-45+AUI, наиболее универсальные «Combo» имеют полный 10-мегабитный набор BNC/AU1/RJ 45. Первые модели карт на 10 и 100 Мбит/с имели пару разъемов RJ 45 — каждый для своей скорости. При наличии нескольких разных разъемов (например, BNC и RJ-45) одновременно они использоваться не могут -- адаптер и может работать в качестве повторителя. Многопортовые серверные карты имеют несколько независимых адаптеров, каждый со своим интерфейсом.

Интерфейсные карты потребляют системные ресурсы компьютера:

§ Ilpocmраниство ввода-вывода — как правило, 4-32 смежных адреса из обла­сти, адресуемой 10-битным (для шины ISA) или 16-битным (EISA, PCI) адресом. Используется для обращения к регистрам адаптера при иннциа­лизации, текущем управлении, опросе состояния и передаче данных.

§ Запрос прерывания — одна линия (IRQ3, 5, 7, 9, 10, 11, 12 или 15), возбуж­даемая по приему кадра, адресованного данному узлу, а также по оконча­нии передачи кадра (успешной или безуспешной из-за коллизии). Преры­вания — самый дефицитный ресурс PC и из-за него часто возникают конфликты. Без прерывании сетевые карты работать не могут, при некор­ректном назначении обращения к сети «зависают». Иногда обмен данны­ми все-таки происходнт — прием и передача пакета драйвером могут фик­сироваться и при опросе состояния по тайм-ауту (секунды), но скорость обмена будет удивительно низкой. Используемый номер прерывания дол­жен быть с помощью BIOS Setup компьютера закреплен за шиной, на ко­торой установлен адаптер: Legacy ISA для карт ISA без поддержки PnP, PCI/PnP — для карт PCI и ISA с поддержкой PnP.

§ Канал прямого доступа к памяти (DМA) используется в некоторых кар­тах ISA/EISA, для прямого управления (bus mastering) шины ISA пригод­ны только 16-битные каналы 5-7.

§ Разделяемая память (adapter RAM) адаптера — буфер для передаваемых и принимаемых кадров — для карт ISA обычно приписывается к области верхней памяти (UMA), лежащей в диапазоне А0000h-FFFFFh. Карты PCI могут располагаться в любом месте адресного пространства, не заня­того оперативной памятью компьютера. Разделяемую память используют не все модели карт. Теневую память (shadow RAM) и кэширование на об­ласть adapter RAM в BIOS Setup задавать нельзя, поскольку ее содержи­мое при приеме кадра модифицируется неожиданно для контроллера па­мяти.

§ Постоянная память (adapter ROM) — область адресов для модулей рас­ширения ROM BIOS, 4/8/16/32 Кбайт в диапазоне C0000-DFFFFh. Ис­пользуется для установки ПЗУ удаленной загрузки (Boot ROM) и анти­вирусной зашиты.

Под конфигурированием адаптера подразумевается настройка на использова­ние системных ресурсов PC и выбор среды передачи. Конфигурирование, в зави­симости от модели карты, может осуществляться разными способами:

· С помощью переключателей (джамперов), установленных на карте. Ис­пользуется на адаптерах первых поколений тины ISA. Для каждого ресур­са, а также выбора среды передачи имеется свой блок джамперов. С помощью энергонезависимой памяти конфигурации (NVRAM, EEPROM) установленном на карте с шиной ISA. Эти карты не имеют джамперов (jumperless), но конфигурируются вручную. Для конфигурирования тре­буется специальная утилита, специфическая для конкретной модели (се­мейства) карт.

· С помощью энергонезависимой памяти конфигурации, установленной на карте с шиной EISA или МСА, и системной памяти конфигурирования устройств (ESCD для EISA). Конфигурирование ресурсов осуществляется пользователем с помощью системной утилиты (ECU — EISA Configurati­on Utility для шины EISA).

· Автоматическое — PnP для шин ISA и РСI. Распределение ресурсов осу­ществляется на этапе загрузки ОС.

Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки. «Железное» кон­фигурирование (джамперами) дает максимальную свободу пользователю (в том' числе и для ошибок), но для переконфигурировання адаптер приходится выни­мать из компьютера. Назначенная конфигурация держится постоянно, но уста­новленные параметры приходится сообщать драйверам ОС вручную. Конфигури­рование < безджамперных> карт с помощью утилиты при установке нескольких карт, особенно разнотипных, может оказаться проблематичным. Утилита может обнаруживать несуществующие конфликты и не давать возможности установить требуемые параметры. При ошибочном задании адресов RAM и ROM с перекры­тием областей видеоадаптера компьютер или перестанет загружаться из-за ошибки тестирования видеоадаптера, или загрузится со «слепым» экраном. В та­ком состоянии для исправления ошибки запустить утилиту будет сложно (спа­сение — конфигурирование карты в системе с видеоадаптером MDA/Hercules). Хорошим компромиссом были карты с несколькими джамперами, с помощью которых можно выбрать 2-3 фиксированных конфигурации или включить ре­жим программного конфигурирования (soft configuration). Полностью автомати­ческое конфигурирование PnP нормально работает лишь с ОС, поддерживаю­щими PnP. Здесь надо быть готовым к тому, что при установке в систему нового оборудования (или удалении устройств) настройки карты «уйдут». Больше все­го неприятностей с картами PnP ISA, особенно если их устанавливается не­сколько. К счастью, режим PnP можно отключать утилитой конфигурирования карты.

Выбор среды и скорости передачи может быть ручным (программным) или автоматическим. В ряде случаев имеет смысл делать явные назначения, чтобы избегать сюрпризов излишней автоматизации. Автоматическая настройка вно­сит дополнительные задержки в процесс инициализации (при загрузке) и не со всяким сетевым оборудованием ра6отает корректно. Для некоторых моделей карт с интерфейсом 10Base2 (BNC-разъем) предлагается расширенный режим, увеличивающий дальность связи до 305 м против штатных 185. При необходи­мости использования длинных сегментов этим режимом можно воспользовать­ся, но при условии, что он имеется и включен во всех картах данного сегмента. В утилитах конфигурирования могут предлагаться и дополнительные опции -оптимизация для клиента или сервера, поддержка модема и некоторые другие. Их установка должна соответствовать конкретному применению.

При выборе адаптера следует обращать внимание на следующие свойства:

§ Интерфейс и скорость перeдачи должны соответствовать текущей конфи­гурации сети и учитывать перспективы развития. В настоящее время наи­более популярны карты с разъемом RJ-45 на 10/100 Мбит/с с автоматиче­ским выбором скорости.

§ Системная шина и способ обмена данными — для многозадачных приме­нений желательно использование интеллектуальных адаптеров с прямым управлением шиной (bus-master), разгружающим процессор. Адаптеры bus-master должны иметь 32-разрядную шину (EISA, MCA, PCI), в про­тивном случае будут проблемы с пропускной способностью и использова­нием ОЗУ свыше 16 Мбайт.

§ Возможность полного дуплекса о многозадачных системах (на серверах) позволяет теоретически удвоить пропускную способность (при подключе­нии к полнодуплексному коммутатору).

§ Размер установленной буферной памяти -- чем больше, тем лучше. Сейчас есть платы и с объемом буферной памяти, исчисляемой мегабайтами.

§ Наличие гнезда для микросхемы BootROM, если планируется удаленная загрузка, доступность микросхемы с соответствующей программой загрузки.

§ Наличие драйвера для используемой ОС в комплекте поставки адаптера или драйвера адаптера в составе используемой ОС.

§ Наличие утилиты конфигурирования (для программно конфигурируемых адаптеров).

§ Цена (соотношение цена/производительноть).

IP-адреса, имена хостов, имена доменов, имена NetBIOS

Как уже отмечалось, основной функцией TCP/IP является передача информа­ции от одного компьютеру к другому по правилам, понятным обоим компью­терам. Они должны отправлять и получать информацию быстро и без оши­бок, а операторы компьютеров должны иметь возможность с легкостью из влекать полученную информацию.

Известно, что различные компьютеры требуют различных схем именования элементов сети, а это, в свою очередь, является причиной трудностей работы с соседними компьютерами. Каждый компьютер или компоненты сети должны иметь свои уникальный адрес, чтобы другие компьютеры или компоненты могли точно передавать информацию, предназначенную именно для этого компонента. Операторы для работы с каким-либо компьютером и сети должны задать его имя и имя своего компьютера, чтобы с ним могли рабо­тать другие пользователи, например, если они совместно используют разде­ляемую в сети информацию. Но способ именования подходящий для ком­пьютеров, не приемлем для использования людьми.

Это приводит к одной из центральных проблем, которую необходимо раз­решить протоколу TCP/IP, — проблеме соотнесения имен и адресов. Для ис­пользования людьми созданы три типа именования, для использования компьютерами, операционными системами и приложениями имеются два типа адресации. Проблема соотнесения имен и адресов гораздо сложнее, чем это может покачаться на первый взгляд В сети TCP/IP Windows NT ис­пользуются следующие типы именования:

§ Машинные адреса. Это — гарантированный уникальный адрес, который " зашит" в сетевое аппаратное обеспечение, например, в карту сетевого адаптера персонального компьютера. Этот адрес является предопреде­ленным номером сетевого адаптера, так что два различных адаптера никогда не смогут иметь один и тот же адрес. Каждый производитель адаптеров имеет свое собственное адресное пространство, в котором он назначает уникальные адреса своим продуктам. Поэтому можно быть уверенным, что никогда не будут созданы два адаптера с одним и тем же адресом. Уникальность адресов достигается за счет того, что в устройство вставляется микросхема ROM или другой подобный эле­мент с уникальным идентификатором, который становится частью ад­реса. Машинный адрес состоит из 12 шестнадцатеричных цифр (например, 00 04 AC 26 5Е 8Б). При написании для удобства воспри­ятия этот адрес группируется в шесть пар по две цифры.

§ IP-адреса. Адреса, используемые операционными системами и сете­вым программным обеспечением в сетях TCP/IP. Если вы создаете локальную сеть, надо быть уверенным, что два устройства в сети не имеют одного и того же IP-адреса. Если вы хотите подсоединиться к Internet, то должны запросить часть адреса у организации InterNIC (Network Information Center) — сетевого информационного центра Internet. Полученную часть адреса вы должны затем использовать в построении своего адреса. Так достигается уникальность адресации компьютеров в Internet. IP-адрес записывается в десятичном формате с точками, например:

123.45.67.89. Каждая из четырех частей адреса называется октетом и может изменяться от 1 до 254 (0 и 255 резервированы для служебных целей). Этот адрес должен быть уникальным для каждою устройства в данной се­ти. IP-адрес состоит из двух частей: ID сети и ID хоста. Сетевой ID, за­нимающий первые два октета, должен быть одинаковым для всех уст­ройств на одном сегменте сети или в подсети, и отличным от соответст­вующего значения у всех других подсетей. ID хоста, занимающий послед­ние два октета, должен быть уникальным внутри данного сетевого ID.

§ Имя хоста. Это имя компьютера или устройства в сети TCP/IP в форме, удобной для восприятия человеком. Оно также называется полностью специфицированным именем домена FQDN (Fully Qualified Domain Name) или просто именем домена. Хост-имя сервера может быть dataserver, а его имя FQDN будет dataserver.company.com. Имя хоста чувствительно к ре­гистру набора символов. Это имя может фигурировать вместо IP-адреса при работе с приложениями, программами и командами протокола TCP/IP. Однако для выполнения команд Windows типа NET USE или NET VIEW используется не имя хоста, а имя NetBIOS, которое будет описано далее.

Примечание

Вы можете использовать одно и то же ими и как имя хоста и как имя NetBIOS. Это может помочь избежать путаницы при наборе команд. Каждое имя по-прежнему будет играть свою роль, однако, приложения, исполь­зующие эти имена, построены для работы с определенным типом имен (иди имя NetBIOS, или имя хоста, или и то и другое).

§ Имя домена. Это другое имя для имени хоста. Последняя часть лого иерархического имени (например, company.com) называется первым уровнем имени (first level или top level) и используется как уникальный идентификатор вашей организации в сети Internet. Приложения или операционная система часто используют только это имя, а не FQDN.

§ Имя NetBIOS. Это имя используется для команд сети Microsoft, на­пример, NET USE, и автоматически используется при работе с сете­выми функциями программ Windows, такими как File Manager или Windows 95 Network Neighborhood. Имя NetBIOS может иметь длину до 15 символов (например, DATASERVER). Имя NetBIOS не чувстви­тельно к регистру набора символов.