Функции сетевого адаптера

Плата сетевого адаптера в сочетании с драйвером обеспечивает выполнение функций протоколов Каналового уровня, используемых компьютером, подключенным к сети, такой как Ethernet или Token Ring, а также части функций Физичекого уровня. Помимо этого сетевой адаптер устанавливает связь между протоколом Сетевого уровня, который целиком и полностью реализуется средствами операционной системы, и сетевой средой передачи данных, в большинстве случаев являющейся кабелем, подсоединенных к адаптеру.

Сетевой адаптер и его драйвер осуществляют основные функции, необходимые для доступа компьютера к сети. Процесс пересылки данных состоит из следующих шагов (которые, естественно, при получении пакета располагаются в обратном порядке):

1. Передача данных. Данные, размещенные в оперативной памяти компьютера, передаются сетевому адаптеру через системную шину; при этом применяется одна из следующих технологий: прямой доступ к памяти (DMA), общая память или программируемый ввод/вывод.

2. Размещение данных в буфере. Скорость, с которой компьютер обрабатывает информацию, отличается от скорости передачи данных сети. Как следствие, плата сетевого адаптера содержит буферы памяти, которые используются для накопления и хранения данных с той целью, чтобы эти данные можно было обрабатывать порциями фиксированного объема. Обычная плата адаптера Ethernet имеет буфер размером 4 Кбайта, поделенный на части для передачи и приема, по 2 Кбайта каждая. Платы Token Ring и адаптеры Ethernet высокого класса могут обладать буфером размером 64 Кбайта и более, который может быть разбит на области для приема и передачи произвольным образом.

3. Создание кадра. Сетевой адаптер получает данные, упакованные протоколом Сетевого уровня, и инкапсулирует их кадр, который включает собственно заголовок Канального уровня и постинформацию. В зависимости от размера пакета и используемого протокола Канального уровня, адаптеру, возможно, также требуется поделить данные на сегменты соответствующего размера для передачи их в сеть. Кадры Ethernet, например, переносят 1500 байт данных, в то время как кадры Token Ring могут содержать сегменты размером до 4500 байт. Для входящего трафика сетевой адаптер считывает информацию в кадры Канального уровня, проверяет их на наличие ошибок и определяет, должен ли пакет быть предан следующему уровню протокольного стека. Если да, то адаптер удаляет оболочку кадра Канального уровня и передает вложенные данные протоколу Сетевого уровня.

4. Управление доступа к среде. Сетевой адаптер также несет ответственность за арбитраж доступа системы к общей среде передачи данных, что обеспечивается соответствующим механизмом управления доступом к среде. Нам известно, что необходимо предотвращать передачу данных по сети несколькими системами одновременно, так как бесконтрольная передача может привести к потере данных в результате возникновения коллизии пакетов.

5. Параллельное/последовательное преобразование. Системная шина, соединяющая сетевой адаптер и массив основной памяти компьютера, осуществляет обмен данными в параллель – по 16 или 32 бита одновременно, в то время как адаптер передает и принимает данные из сети последовательно – по одному биту. Сетевой адаптер отвечает за размещение получаемых параллельно данных в своем буфере и преобразование этих данных в последовательный поток битов для последующей передачи через сетевую среду. Для данных, получаемых из сети, описанный процесс носит обратный характер.

6. Кодирование/декодирование данных. Компьютер работает с данными в двоичной форме, поэтому, прежде чем они смогут быть переданы по сети, их необходимо закодировать способом, подходящим для сетевой среды передачи данных, а входящие сигналы должны быть, соответственно, декодированы при приеме. Рассматриваемый и следующий шаг являются процессами Физического уровня, реализуемыми непосредственно сетевым адаптером. Для медного кабеля данные переводятся в электрические импульсы, для оптововолоконной линии – преобразуются в световые импульсы. Другие среды передачи могут использовать радиоволны, инфракрасное излучение или иные технологии. Схема кодирования определяется протоколом Канального уровня. Например, в Ethernet применяется манчестерская перекодировка, а в сетях Token Ring – разностное манчестерское кодирование.

7. Прием/передача данных. На этом шаге сетевой адаптер усиливает сигнал до подходящей амплитуды и посылает закодированные им данные через сетевую среду. Это – чисто физический процесс, целиком и полностью зависящий от природы сигнала, используемого сетевой средой.