Функции сетевого адаптера.

Функции сетевого адаптера.

       Cетевые адаптеры обеспечивают сопряжение компьютера и среды передачи информации с учетом принятого в данной сети протокола обмена информацией. Адаптер должен выполнять ряд функций, количество и суть которых во многом зависят от типа конкретной сети. Все функции сетевого адаптера можно разделить на две большие группы. Первая группа включает в себя функции сопряжения адаптера с компьютером (магистральные функции), а вторая - функции по организации обмена в сети (сетевые функции). Функции первой группы определяются интерфейсом компьютера, к которому подключается сетевой адаптер, и не отличаются большим разнообразием. Функции второй группы определяются типом сети и могут быть самыми различными в зависимости от типа сетевого кабеля, принятого протокола управления, топологии сети и т.д.
                Магистральные (канальные, шинные) функции сетевых адаптеров обеспечивают организацию их сопряжения с одной из локальных шин системного интерфейса персонального компьютера. Для процессора сетевой адаптер это обычный контроллер, соответствующий определенным стандартам, в котором имеется ряд прогрмммно-доступных регистров, каждый из которых имеет свое функциональное назначение.              Процессор управляет любым контроллером через его программно-доступные регистры, записывая и читая информацию с помощью команд IN, OUT, INS, OUTS. Сетевой адаптер, как любой другой контроллер имеет свой набор команд. Получив от процессора, выполняющего программу сетевого взаимодействия, команду (через программно-доступный регистр или регистры), контроллер отрабатывает команду автономно, реализуя, в том числе, функции обмена по сетевому кабелю с другим сетевым адаптером или несколькими сетевыми адаптерами. Команда может вызвать в сетевом адаптере выполнение очень сложных преобразований информации по программам, выполняемым специализированным процессором, встроенным в плату сетевого адаптера. Кроме того, контроллер может выполнять ряд вспомогательных аппаратных функций инициируемых аппаратными сигналами или записью управляющей информации в его программно-доступный регистр, формировать сигнал запроса на обслуживание (прерывание). Некоторые сетевые адаптеры имеют в своем составе аппаратуру, позволяющую ему выполнять функции устройства, инициирующего операцию обмена на интерфейсе (Master). 
                Сопряжение с компьютером возможно не только через системную магистраль, но и через внешние интерфейсы, например, через интерфейс USB. Низкая скорость передачи информации по этим интерфейсам не позволяет организовать эффективную работу сетевых адаптеров, для которых очень важна скорость обмена.
                Данные передаются из памяти компьютера в адаптер или из адаптера в память с помощью прямого доступа к памяти, или совместно используемой области памяти или программируемого ввода-вывода.
К сетевым функциям адаптеров, относят функции, которые обеспечивают реализацию принятого в сети протокола обмена. Часть этих функций может выполняться как аппаратурой адаптера, так и программным обеспечением персонального компьютера (перенос части функций на программные средства позволяет упростить аппаратуру адаптера и существенно увеличить гибкость обмена, но ценой замедления работы). К основным сетевым функциям адаптера, относятся нижеследующие функции:
1.Гальваническая развязка компьютера и локальной сети. Эта функция не является обязательной. При некоторых типах среды передачи (оптоволоконный кабель, радиоканал, инфракрасный канал) развязка не нужна.
2.Преобразование уровней сигналов из логических в сетевые (при передаче) и из сетевых в логические (при приеме). Электрически закодированные импульсы, содержащие данные, т.е. образующие кадр данных, усиливаются и передаются в линию связи (после приема импульсы передаются на устройство декодирования).
3.Кодирование сигналов при передаче и декодирование при приеме. Эта функция не нужна при использовании в сети простейшего кода NRZ. Для передачи данных по сетям формируются специальные электрические сигналы, которые соответствуют передаваемой информации и по которым эта информация восстанавливается на принимающем устройстве.
4. Распознавание своего пакета при приеме. Плата сетевого адаптера воспринимает весь информационный поток, передаваемый по сетевому кабелю, но выбирает лишь те сообщения, которые в передаваемом пакете данных содержат адрес сетевого адаптер, установленного в данной рабочей станции. При отправке данных сетевой адаптер получает из памяти компьютера, данные в свой буфер, оформляет их в соответствии с протоколом, ожидает некоторое время (определяемое уровнем используемого протокола), а затем помещает данные в поток. 
5. Преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и последовательного кода в параллельный при приеме. При обмене данные поступают из буфера в сеть и из сети в буфер последовательно, т.е. один бит данных следует за другим. Адаптер осуществляет преобразование параллельных данных в последовательные перед передачей или последовательных в параллельные после приема. 
6.Буфериризация передаваемых и принимаемых данных в буферном ОЗУ. Во время обработки сетевым адаптером данные хранятся в его буфере. Это позволяет плате получить доступ сразу ко всему кадру и компенсировать разницу между скоростью передачи данных в сети и скоростью их обработки в компьютере. Сетевой адаптер разбивает поступившие данные на отдельные порции (а при передаче собирает их вместе). В сетях Ethernet размер таких порций составляет около 1 500 байт, а в сетях Token Ring кадр обычно имеет длину 4 Кбайт. Пакету данных обычно должен предшествовать заголовок, а завершать его - заключение. Заголовок и заключение образуют на физическом уровне протокола "конверт". Именно после их добавления сигнал готов к передаче. (При приеме сетевой адаптер как бы распечатывает "конверт", удаляя заголовок и заключение.)
7.Проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов, доступ к кабелю и т.д.). В сетях Ethernet сетевой адаптер перед началом передачи (или повторной передачи) проверяет доступность линии. В сети Token Ring адаптер не отсылает сообщение до тех пор, пока не получит маркер. (При приеме, конечно, эти действия не выполняются.)
8.Подсчет контрольной суммы пакета при передаче и при приеме. Сетевые адаптеры и управляющая программа обнаруживают и, по возможности, исправляют ошибки, возникшие в результате помех, коллизий (в сетях Ethernet) и неисправности оборудования. Ошибки обычно обнаруживаются с помощью включаемой в кадр данных контрольной суммы. Ее контроль осуществляется у адресата, и, если вычисленное значение контрольной суммы не совпадает с переданным, адресат сообщает отправителю об ошибке и запрашивает повторную передачу поврежденного кадра.
                Иногда в состав адаптера включаются узлы для самоконтроля и самодиагностики, позволяющие проверить его работоспособность даже без подключения к сети. Первая и вторая функции всегда реализуются аппаратно, а третья и четвертая для медленных сетей, в принципе, могут выполняться программно, но в быстродействующих сетях они, как правило, тоже реализуются аппаратно. Остальные функции также очень часто возлагаются на аппаратуру с целью повышения скорости обмена. Более того, аппаратно иногда выполняются и функции более высоких уровней, например, операции по обслуживанию виртуальных каналов. Но в ряде случаев быстродействие современных персональных компьютеров позволяет без особого снижения производительности реализовать их программно и упростить аппаратуру адаптера, повысив при этом ее надежность и снизив стоимость и энергопотребление.