Aby podłączyć komputer do sieci LAN niezbędny jest niewielki element sprzętowy: karta sieciowa, która ma podstawowe znaczenie i wymaga rozpatrzenia wielu opcji.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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 Industry Standard Architecture (ISA). Ponadto w milionach komputerów na całym świecie używane są jeszcze inne rozwiązania. Oto przegląd konfiguracji magistrali, z jakimi można się spotkać:
u ISA. Oryginalny komputer PC wykorzystywał magistralę ośmiobitową (przez którą przesyłano 8 bitów jednocześnie) zwaną magistralą PC lub XT. Wraz z komputerami PC AT z procesorem 286 magistralę poszerzono do 16 bitów i przyjęto jako Standardową Architekturę Przemysłową (Industry Standard Architecture – ISA). Gniazda magistrali ISA mają złącza o długości 5,5 cala (niecałe 14 cm – przyp. tłum.).
u Micro Channel. Kiedy IBM wprowadził linię komputerów PS/2, próbował pozyskać klientów, wprowadzając szybką, 32-bitową magistralę Micro Channel (MCA). Chcąc jednak połączyć w sieć stare maszyny PS/2 z gniazdami rozszerzeń MCA, ciężko będzie znaleźć odpowiednie karty sieciowe. Karty ISA i MCA znacznie się od siebie różnią.
u EISA. Aby zareagować na wprowadzenie architektury Micro Channel i rozszerzyć magistralę ISA z 16 do 32 bitów, grupa dostawców pod wodzą Compaqa wprowadziła Extended Industry Standard Architecture (EISA). Z magistralą EISA można używać kart EISA i ISA, jednak została ona całkowicie wyparta przez magistralę PCI.
u Local Bus. Jest to opracowana przez stowarzyszenie VESA (Video Electronics Standard Association) koncepcja poprawionej magistrali danych, która nie zdobyła szerokiej popularności. Jednak komputery z taką magistralą mają również złącza w standardzie ISA, więc jeśli trzeba połączyć je w sieć, można użyć kart sieciowych ISA.
PCI to 32/64-bitowa magistrala lokalna zaprojektowana przez Intela, używana w komputerach PC i Macintosh. Do przesyłania danych wykorzystuje ona ścieżki o szerokości 32 i 64 bity i umożliwia stosowanie techniki przejmowania magistrali. Magistrala PCI umożliwia przesyłanie danych pomiędzy kartą sieciową a procesorem komputera z prędkością 132 MB/s, może więc obsłużyć najszybsze karty sieciowe, jakie chcielibyśmy zainstalować w pececie. Większość nowych komputerów posiada trzy do czterech gniazd PCI i kilka gniazd ISA.
Niektórzy producenci oferują gniazdo uniwersalne, w którym można zainstalować karty PCI lub ISA. Złącze PCI ma 3,75 cala (około 9,5 cm) długości. Magistrala PCI obsługuje funkcję plug-and-play, umożliwiając automatyczną konfigurację karty PCI po jej włożeniu do gniazda. W przypadku używania jednocześnie kart PCI i ISA, trzeba podać programowi konfiguracyjnemu PCI dane o konfiguracji kart ISA.
Liczba urządzeń peryferyjnych, które może obsłużyć magistrala PCI zależy od elektrycznego obciążenia magistrali. Obciążenie to zależy od induktancji, reaktancji pojemnościowej i innych parametrów elektrycznych. Podstawowy zestaw układów na karcie PCI wykorzystuje około 33 % dostępnej pojemności. Autor był świadkiem sytuacji, w których podłączenie czwartej karty PCI do maszyny z czterema gniazdami PCI powodowało problemy w pracy systemu. Jeśli zatem instalacja czwartej karty powoduje zawieszenie systemu, nie musi to oznaczać, że ta karta jest wadliwa. Być może komputer nie jest w stanie obsłużyć czterech kart PCI.
Firma Sun Microsystems w większości swoich firmowych stacji roboczych Sun używa architektury o nazwie Sbus. Magistrala Sbus używa zegara taktującego o częstotliwości 25 MHz i charakteryzuje się 32- lub 64-bitową obsługą danych. Jednak obecnie Sun wprowadza systemy komputerowe oparte na PCI, więc przyszłość tej architektury przedstawia się obiecująco.
Producenci tacy jak Gateway, Dell, Compaq i HP dostarczają komputery z portami USB od początków roku 1997. Jednak początkowo było bardzo niewiele urządzeń obsługujących ten interfejs, które można było podłączyć do portów USB. Niektóre z najtańszych pecetów nie mają portów USB, a stają się one obecnie bardzo przydatne dla zastosowań sieciowych.
Mówiąc w skrócie – USB to magistrala o przepustowości 12 Mb/s przeznaczona dla urządzeń peryferyjnych. Za pomocą jednego kabla mogą być przesyłane dane pomiędzy sto dwudziestoma siedmioma urządzeniami USB, bez żadnych zmartwień o konflikty przerwań IRQ, kanałów DMA lub adresów pamięci. Magistrala USB ma specjalne kable i złącza, a porty USB są obsługiwane w systemie Windows począwszy od wersji 4.00950B. Więcej informacji od producentów urządzeń – a także niewielki program do przetestowania portów USB – można znaleźć na stronie www.usb.org
Zachwyty nad architekturą USB płyną głównie z rynku gier multimedialnych. USB świetnie nadaje się do podłączania cyfrowych drążków sterowniczych i myszy z siłowym sprzężeniem zwrotnym (force-feedback), napędów CD-ROM i nowych monitorów cyfrowych. Podobnie jest z rynkiem grafiki komputerowej; USB pozwala wygodnie i wydajnie podłączać skanery i kamery cyfrowe. Podłączenie skanera bez konieczności używania rozgałęźnika w porcie równoległym, gdzie jest zwykle podłączona drukarka, poprawia ekonomię rozwiązania i redukuje poziom komplikacji z punktu widzenia projektantów i użytkowników. Przyspieszenie i ułatwienie przesyłania danych z kamery cyfrowej zwiększa atrakcyjność dla konsumentów.
Jednym z ważnych zastosowań USB jest podłączanie – jak mówią neofici USB – urządzeń tradycyjnych (legacy devices), czyli kupionych jakiś czas temu urządzeń z możliwością podłączenia do portu szeregowego lub równoległego. Kilka firm oferuje moduły USB z czterema szybkimi i buforowanymi portami szeregowymi na końcu kabla USB. Przejściówka z portu USB na porty szeregowe to świetny sposób na podłączenie do komputera grupy szybkich modemów ISDN lub analogowych.
USB jest doskonałym wyborem do połączeń ISDN, poprzez modem kablowy lub linię DSL. Ponadto na rynku dostępnych jest wiele urządzeń pełniących rolę karty sieciowej podłączanej do portu USB, które mogą przejąć rolę wewnętrznej karty sieciowej w niektórych zastosowaniach.
Co interesujące – architektura USB umożliwia współużytkowanie urządzeń. Urządzenia, takie jak drukarki, skanery czy napędy CD-ROM mogą obsługiwać więcej niż jeden komputer w zasięgu kabla nie dłuższego niż pięć metrów. W ten sposób USB może być, jeśli nie alternatywą, to przynajmniej rozszerzeniem sieci Ethernet w niewielkim biurze.
Na rysunku 5.2 pokazano adapter USB do sieci Ethernet. Należy jednak pamiętać, że wspólna magistrala USB ma przepustowość 12 Mb/s, jeśli więc używa się drukarki podłączonej do portu USB, musi ona dzielić pasmo z ruchem sieciowym. Jednak zwykle nie ma to większego znaczenia praktycznego.
|
|
|
Rysunek 5.2. Adapter USB do sieci Ethernet |
Pokazany na rysunku 5.2 adapter USB firmy Linksys do sieci Ethernet podłącza się z jednej strony do portu USB komputera a z drugiej do kabla sieciowego ze skrętki nieekranowanej o prędkości transmisji 10 Mb/s. To wygodny sposób podłączenia komputera do sieci, gdyż nie ma tu potrzeby otwierania obudowy peceta i martwienia się o liczbę wolnych gniazd rozszerzeń.
Na rysunku 5.3 pokazano wieloportowy koncentrator USB firmy D-Link, który umożliwia podłączenie do komputera większej liczby urządzeń USB. Komputer PC ma dwa porty USB, ale jest bardzo prawdopodobne, że zostaną one szybko wykorzystane. Pokazany na rysunku 5.3 wieloportowy koncentrator USB firmy D-Link zwiększa liczbę portów dla dowolnych urządzeń USB, od adapterów sieci Ethernet po skanery, drukarki, drążki sterownicze i telefony.
|
|
|
Rysunek 5.3. Wieloportowy koncentrator USB |
Port USB to znacznie więcej niż multimedialny port gier, należy zatem uważać, aby oszczędności przy zakupie peceta bez USB nie okazały się pozorne.
Kolejnym pożądanym atrybutem komputerów i kart sieciowych jest port I2O (Intelligent I/O). I2O to wewnętrzna architektura, która poprzez zastosowanie specjalistycznego sprzętu poprawia sposób współpracy komputerów i systemów operacyjnych z urządzeniami sieciowymi, SCSI i innymi urządzeniami wejścia-wyjścia. Trzeba zauważyć, że komputery z portem I2O są droższe, więc potrzebny jest system operacyjny obsługujący I2O i karty adapterów z tymi samymi możliwościami.
Inicjatywie związanej z tą architekturą przewodzi Intel, który założył grupę o nazwie I2O Special Interest Group. Zrzesza ona firmy z branży systemów operacyjnych, serwerów i urządzeń peryferyjnych, które w swoich implementacjach stosują się do ustanowionego przez I2O SIG standardu. Wszystkie elementy układanki
We/Wy (płyta główna, sieciowy system operacyjny, urządzenia peryferyjne i oprogramowanie) muszą ze sobą współpracować. Więcej informacji o grupie I2O można znaleźć na stronie www.i2osig.org.
Architektura I2O separuje od siebie moduły systemu operacyjnego, które obsługują wejście-wyjście i moduły sprzętowe, wprowadzając między nie standardową warstwę komunikacyjną. Strona systemu operacyjnego warstwy programowej ma kilka „klas” urządzeń (takich jak urządzenia pamięci masowej lub urządzenia sieciowe) ze standardowymi definicjami interfejsów. Te standardowe interfejsy eliminują konieczność tworzenia lub uzyskiwania przez producentów systemów operacyjnych sterowników do każdej wersji i modelu urządzenia.
Podobnie producenci sprzętu peryferyjnego opracowują niezależnie od systemu operacyjnego własny kod wewnętrzny do komunikacji ze znanym interfejsem. Oznacza to, że dostawcy kart sieciowych lub kontrolerów macierzy RAID mogą tworzyć produkty komunikujące się tylko z jednym interfejsem, warstwą komunikacyjną, ale ich produkty będą działać na wszystkich zgodnych z I2O wersjach systemów NetWare, Unix czy Windows NT, bez żadnej dodatkowej pracy. Ponieważ twórcy urządzeń nie muszą już pisać osobnych sterowników dla każdego systemu operacyjnego, znacząco skraca się czas wprowadzenia nowych produktów na rynek.
Dodatkowa inwestycja w I2O podwyższa wydajność serwera. Taki serwer z kompatybilną z I2O płytą główną, systemem operacyjnym i urządzeniami peryferyjnymi może mieć od trzech do pięciu razy większą wydajność niż bez I2O, nawet przy dużym obciążeniu. Innymi słowy – I2O przesuwa w górę krzywą przepustowości i możliwości użytkowania. I2O jest ważną ideą również dlatego, że ułatwia projektowanie i marketing innowacyjnych urządzeń peryferyjnych.
Oprócz fizycznej magistrali, odpowiednich sterowników i opcji związanych z obsługą danych, są jeszcze inne ważne cechy kart sieciowych. Jedna z nich, która stała się już niemal standardem wśród producentów kart sieciowych, to otwarte gniazdo dla układu pamięci ROM (Read Only Memory) do zdalnego startu komputera. Układ ten wymusza, aby stacja, w której jest zainstalowana karta pobrała pliki startowe z serwera. Pecety z pamięcią ROM do zdalnego startu nie muszą mieć napędu dyskietek ani dysku twardego. Bezdyskowe stacje sieciowe eliminują potencjalne niebezpieczeństwo kradzieży danych lub programów przechowywanych na dyskach, a ponadto koncepcja ta redukuje koszty i sprzyja zmniejszeniu wielkości komputerów. (Idea tak zwanych „bezdyskowych stacji roboczych” znana z początku lat 90., powraca obecnie pod nazwą „uproszczony klient”.
Popularność standardowych interfejsów dla przeglądarek oraz początkowe zachwyty związane ze środowiskiem programistycznym Java przyczyniły się do ponownego odkrycia stacji bezdyskowych pod nową nazwą.)
Inną użyteczną cechą kart sieciowych są diody LED, które wskazują status działania, a także różne rodzaje złączy.
Niektórzy mogą potrzebować karty z portem AUI (Attachment Unit Interface). Port AUI służy do podłączania urządzenia zwanego transceiverem, które z kolei umożliwia podłączenie grubego i cienkiego kabla koncentrycznego oraz światłowodów. Niektóre firmy nazywają transceivery jednostkami MAU (Medium Attachment Unit), jednak ten skrót ma również inne znaczenie. Karta z portem AUI zwiększa elastyczność i potencjał zastosowań w sieciach z różnymi typami okablowania. Karty te są nieco droższe, jednak dają większe możliwości połączeniowe.
Technologie takie jak USB i I2O pozwalają wyeliminować zagęszczenie i przeciążenie tam, gdzie zwykle karta sieciowa spotyka się pecetem. Standardy magistrali PCI i plug-and-play wprowadzony z Windows już wcześniej zrobiły krok w tym kierunku. Jednak dziesiątki milionów wciąż używanych komputerów i kart sieciowych nie mają PCI i bardziej współczesnych alternatyw połączeniowych. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym sprawdzonym technikom instalacji kart sieciowych w komputerze.
PC ma ograniczoną liczbę gniazd rozszerzeń, adresów pamięci, linii przerwań IRQ i kanałów DMA. Karty wideo, porty myszy i inne urządzenia komunikacyjne zużywają te zasoby. Te przerwania i adresy najczęściej zakłócają działanie kart sieciowych.
Podczas instalacji karty sieciowej najlepiej jest użyć domyślnych ustawień zalecanych przez producenta. Są one dobrane tak, aby uniknąć potencjalnych konfliktów.
Jeśli karta nie działa z domyślnymi wartościami przerwania i adresy wejścia-wyjścia, w instrukcji obsługi powinny być podane przynajmniej dwie alternatywy. W starszych kartach, zaprojektowanych dla standardowej magistrali rozszerzeń IBM PC AT (magistrala ISA), do ustawienia wspólnego adresu w pamięci RAM oraz linii przerwania używane były zworki nakładane na odpowiednie pary styków. W nowszych kartach a szczególnie przeznaczonych dla magistrali PCI – zmianą wszystkich parametrów zajmują się specjalne programy konfiguracyjne dostarczane wraz z kartą lub znajdujące się w systemie operacyjnym, takim jak Windows 95/98 lub Windows NT.
Należy pamiętać o zmianie parametrów w sterowniku karty tak, aby były zgodne z ustawieniami na karcie. Oprogramowanie nie „zobaczy” karty, jeśli nie będzie wiedziało, gdzie jej szukać. Pierwszą zagadką instalacyjną, z którą można się zetknąć to problem z przerwaniem IRQ3. We wszystkich pecetach przerwania tego używa port COM2. Jednak wiele kart sieciowych ma to samo przerwanie ustawione jako domyślne.
W większości komputerów stosuje się specjalne techniki elektryczne, aby uniknąć konfliktów, jeśli tylko obydwa urządzenia nie wysyłają jednocześnie sygnałów, korzystając z tej samej linii przerwania. Oznacza to, że zwykle można używać karty sieciowej z przerwaniem IRQ3, nawet jeśli w komputerze jest zainstalowany port COM2, o ile tylko nie próbuje się jednocześnie używać tych dwóch urządzeń (na przykład z drukarką szeregową lub modemem podłączonym do portu COM2).
Wielu producentów komputerów umożliwia programowe albo sprzętowe wyłączenie portu COM2, jednak nie ma w tym względzie obowiązującego standardu. Najlepiej zapytać o odpowiednią metodę i zastosować ją bezpośrednio po zakupie nowego komputera. Odpowiednio wcześnie zastosowana profilaktyka eliminuje problemy w przyszłości.
Ponieważ tak wiele komputerów wyposażonych jest w wewnętrzny port COM2, często podczas instalacji karty sieciowej używa się przerwania IRQ5. Jednak przerwania tego używają również kontrolery niektórych dysków twardych, co może prowadzić do konfliktów, występujących w sposób pozornie przypadkowy. Przerwania IRQ5 używa również port LPT2, wykorzystywany w wielu komputerach pełniących rolę serwera wydruków.
Dla 8-bitowej karty sieciowej często skuteczny jest wybór przerwania IRQ2. Jednak faktycznie przerwanie to jest obsługiwane przez przerwanie IRQ9, więc mogą wystąpić konflikty z urządzeniami wykorzystującymi przerwania o wyższych numerach. Konflikty przy przerwaniu IRQ2 zdarzają się często przy próbie dodania wewnętrznego urządzenia do komputera, który do tej pory pracował prawidłowo z kartą sieciową wykorzystującą to przerwanie.
Do prawidłowego działania karty należy jeszcze ustawić adres wejścia-wyjścia i niekiedy osobny adres dla pamięci auto-boot ROM. Wiele kart używa z powodzeniem adresów 2A0h i 300h. Pamięci auto-boot ROM używają wyższych adresów, ale mogą popaść w konflikt z pamięcią ROM współczesnych kart graficznych. Testy przeprowadzone w LAN Labs PC Magazine pokazały, że w wielu komputerach problem rozwiązuje użycie dla pamięci ROM adresu CC00h. Jednak wybór tego adresu nie eliminuje w zupełności ryzyka wystąpienia konfliktów z kartą graficzną.
Jeśli instalowana karta wymaga określenia kanału DMA, należy spróbować wybrać DMA3 jako kanał domyślny. We wszystkich komputerach kanał DMA2 jest używany przez napęd dyskietek, więc wybór tego kanału dla karty sieciowej powodowałby wystąpienie konfliktu przy jednoczesnym korzystaniu z napędu i z sieci.
Zwykle konfiguracja karty sieciowej z wartościami domyślnymi w typowej stacji roboczej nie powinna stwarzać problemów. Schody zaczynają się, gdy trzeba zainstalować kartę sieciową w pececie wyposażonym w specjalną kartę do połączeń z systemem mainframe lub w kontroler napędów taśm. Urządzenia te (a także urządzenia w rodzaju dodatkowych kart urządzeń wskazujących) często mają domyślnie ustawione te same wartości przerwań i adresów pamięci, co karty sieciowe. Niektóre konflikty są podstępne, nic się nie dzieje do czasu, kiedy jednocześnie spróbujemy wykonać kopię archiwizacyjną na taśmie i przesłać pliki siecią. W takim przypadku dla jednego z urządzeń, których dotyczy konflikt, należy zmienić ustawienia na przerwanie IRQ5 i adres wejścia-wyjścia 320h.
Zmuszenie do współpracy kilku kart w specjalnych instalacjach jest często sprawą doświadczenia i szczęścia. Dlatego wielu integratorów systemów zgadza się instalować tylko takie urządzenia, których współpraca ze sobą jest gwarantowana. Rzemiosło związane z instalowaniem sieci lokalnych zawiera odrobinę sztuki, ale przede wszystkim opiera się na umiejętnościach, określonych regułach postępowania i szerokich wytycznych wynikających z architektury PC, za którymi trzeba podążać.
Kartę sieciową umieszcza się zwykle w jednym z gniazd rozszerzeń peceta. Jednak notebooki raczej nie mają standardowych gniazd rozszerzeń, a w niektórych komputerach wszystkie gniazda mogą być zajęte przez najróżniejsze karty. Jeśli nie ma już miejsca dla instalacji wewnętrznej karty sieciowej lub po prostu chce się uniknąć demontażu obudowy komputera, do połączenia peceta z siecią LAN można użyć zewnętrznej karty sieciowej. Chociaż karty tego rodzaju mają zwykle mniejszą przepustowość niż karty wewnętrzne, ich parametry są najczęściej wystarczające dla 99 % typowych zadań klienckiej stacji sieciowej.
Kilka firm, w tym D-Link Systems i Xircom, sprzedaje zewnętrzne karty sieciowe, które podłącza się do portu równoległego. Dzięki specjalnemu oprogramowaniu, porty równoległe, które zazwyczaj są urządzeniami jednokierunkowymi, mogą pracować dwukierunkowo. Na rysunku 5.4 pokazano popularną zewnętrzną kartę sieciową firmy Xircom.
|
|
|
Rysunek 5.4 Zewnętrzną karta sieciowa podłączana do portu równoległego lub karty rozszerzeń (przydatna w komputerach przenośnych) |
Xircom Corp., firma, która wprowadziła zewnętrzną kartę sieciową w 1989 r., oraz Zenith Corp. opracowały wspólnie technologię szybkiego portu równoległego EPP (Enhanced Parallel Port), który może osiągnąć prędkość transmisji nawet do 2 MB (w przybliżeniu 16 megabitów) na sekundę. Należy zwrócić uwagę, że z uwagi na przesyłanie danych bajt po bajcie, prędkości tradycyjnych portów równoległych są mierzone w bajtach na sekundę. Zatem osiągnięcie efektywnej transmisji rzędu megabitów na sekundę jest imponujące.
Podłączenie karty z interfejsem EPP do starszego sprzętu umożliwia pracę z prędkością około 30-50 kb/s, jednak podłączenie takiej karty do portu EPP pozwala na przesyłanie danych z dużo większą prędkością. Jest oczywiste, że firma Xircom potraktowała zwiększenie prędkości portu równoległego jako czynnik o znaczeniu krytycznym dla zlikwidowania „wąskiego gardła”, które dławiło praktyczną przepustowość zewnętrznych kart sieciowych do poziomu poniżej 1 MB/s i to zależnie od typu i prędkości procesora.
Technologia EPP rozwinęła się w bardziej wszechstronny standard IEEE zwany IEEE 1284. Standard ten stanowi specyfikację portu EEP oraz innego rodzaju portu, obsługiwanego przez HP i Microsoft: portu ECP (Extended Capability Port). Standard IEEE definiuje również kable i złącza które zwiększają prędkość portu równoległego do 5 MB/s i zasięg kabla do około 10 m.
Porty EEP umożliwiają dokładną kontrolę danych w komunikacji interaktywnej z urządzeniami w rodzaju kart sieciowych, napędów CD-ROM lub napędów taśm. Z kolei porty ECP przesyłają dane w dużych blokach przez co są szczególnie użyteczne jako szybki interfejs dla skanerów i drukarek. Oba rodzaje portów są znacznie bardziej przydatne niż proste porty równoległe dostępne w większości pecetów.
Znaczący wpływ na produkcję kart sieciowych, szczególnie dla komputerów przenośnych, miał powstały w roku 1991 standard PCMCIA. Skrót PCMCIA pochodzi od nazwy stowarzyszenia Personal Computer Memory Card International Association, a standard PCMCIA opisuje kilka schematów połączeń dla modułów elektronicznych wielkości kart kredytowych, zawierających karty sieciowe i inne urządzenia. Jednak później stowarzyszenie zmieniło swoją nazwę i nazwę standardu na PC Card. O nowych produktach mówi się już, że są zgodne ze standardem PC Card, ale wśród użytkowników wciąż mówi się o urządzeniach „pcimcia”.
Mniej więcej w tym czasie, kiedy nastąpiła zmiana nazwy, około roku 1995, stowarzyszenie opracowało nowy standard pod nazwą CardBus. Ponieważ urządzenia zgodne z CardBus są zasilane napięciem 3,3 V (poprzednio 5 V), sprzyjają dłuższej żywotności baterii. Jednak kluczowa różnica polega na tym, że standard CardBus pracuje z częstotliwością do 33 MHz i używa 32-bitowej magistrali (w poprzednich specyfikacja magistrale były 8- i 16-bitowe). Standard CardBus jest rozszerzeniem standardu PCI. Teoretyczna prędkość transmisji danych dla produktów CardBus wynosi 132 Mb/s. Prawdopodobnie najlepsze zastosowanie tego standardu to zewnętrzne urządzenia pamięci masowej, chociaż może on również być używany do podłączenia szybkiego (100 Mb/s) Ethernetu.
Większość urządzeń sieci Ethernet 10Base-T może podtrzymać maksymalną przepustowość na poziomie 6-7 Mb/s. Komputery PC o sporej mocy obliczeniowej w sieci Fast Ethernet mogą uzyskać średnio 40 Mb/s. 16-bitowa karta PC Card daje maksymalnie 8 Mb/s w sieci Fast Ethernet. Natomiast karta CardBus pozwoli osiągnąć 40 Mb/s, więc jej zakup będzie rozsądny, o ile planuje się wykorzystanie szybkiego Ethernetu, a port komputera jest zgodny ze standardem CardBus.
Obecnie jednak większość kart sieciowych i modemowych formatu karty kredytowej jest zgodna ze standardem PC Card. Opisuje on fizyczny rozmiar tych urządzeń oraz – co ważniejsze – ustanawia zasady współpracy tych urządzeń z komputerem. Mając odpowiednie oprogramowanie tego interfejsu, można po prostu włożyć kartę do gniazda i używać jej.
Standard PC Card opisuje trzy rozmiary kart. Wszystkie karty mają około 3,3 cala (nieco ponad 8 cm) długości, 2,1 cala (trochę ponad 5 cm) szerokości i 68-stykowe złącze na końcu. Karty sieciowe i modemy mają format karty typu II o grubości niecałej jednej czwartej cala (około 0,6 cm). Karty typu III używane dla nowszych kart uniwersalnych są nieco grubsze i w rezultacie mogą zająć miejsce dostępne dla drugiej karty typu II.
Kluczowym wyróżnikiem kart jest ich fizyczna budowa oraz używane z nimi kable. Z większością kart używa się osobnych połączeń kablowych (tak zwanych przejściówek) zakończonych standardowym gniazdem telefonicznym lub sieciowym. Są to zwykle kable firmowe producenta karty ze standardowym gniazdem RJ-11 lub RJ-45 na jednym końcu. W niektórych kartach typu III, na przykład w karcie RealPort firmy Xircom, odpowiedni rozmiar pozwolił wbudować gniazdo telefoniczne RJ-11 i gniazdo RJ-45 dla skrętki dwużyłowej bezpośrednio w kartę. W takim przypadku nie trzeba się martwić o zapomniane/zgubione przejściówki. Potrzebny jest tylko standardowy kabel telefoniczny lub sieciowy i można pracować.
Pomiędzy urządzeniami na kartach a komputerem pracują dwa poziomy interfejsu programowego: usługi gniazd i usługi kart. Specyfikacja usług gniazd opisuje sposób, w jaki gniazdo współpracuje z komputerem.
Oprogramowanie tego poziomu wykrywa włożenie karty PC Card do gniazda i jej usunięcie, kiedy komputer jest włączony. Usługi gniazd są obecnie częścią systemów operacyjnych z rodziny Windows.
Z kolei specyfikacja usług kart opisuje sposób współdziałania zasobów – takich jak pamięć i przerwania – z urządzeniem i umożliwia programom z wyższych warstw – na przykład readresatorowi – komunikowanie się z kartą PC Card. Teoretycznie połączenie kart PC Card, programów usług kart i programów usług gniazd pozwala na dołączanie i odłączanie urządzeń PC Card bez potrzeby wyłączania komputera.
Modemy PC Card są bardzo przydatne w podróży, równie praktyczne jest często spotykane połączenie modemu i karty sieciowej na jednej karcie PC Card. Generalnie – technologia PC Card osiągnęła już pewne stadium dojrzałości i wykorzystujące ją urządzenia pracują prawidłowo. Problemom można często zaradzić pobierając ze strony WWW producenta zaktualizowany sterownik.
Poniżej wskazówki, które należy mieć na uwadze, wybierając urządzenia PC Card:
u Wewnątrz: Pod względem elektrycznym modemy PC Card są podobne do wewnętrznych modemów ISA i kart sieciowych. Zadziwiające, że w pakieciku wielkości karty kredytowej mieści się port szeregowy, procesor danych, liniowe urządzenie nadawczo-odbiorcze i wiele innych niezbędnych części. Zawieszony modem resetuje się wyciągając go z gniazda i wkładając z powrotem.
u Na zewnątrz: Jedyną widoczną częścią karty PC Card jest gniazdo kabla telefonicznego lub sieciowego, a mimo to producenci konkurują nawet i pod tym względem, różnicując swoje produkty sposobem dołączania kabla. Niektóre firmy do podłączania kabla telefonicznego używają na przykład gniazda X-Jack, które można wsunąć do karty, jeśli nie jest używane. Inni wykorzystują specjalne zewnętrzne kable połączeniowe, jeśli jednak zostaną one podłączone do niewłaściwego urządzenia, nie będzie można nawiązać połączenia. Jednak te zewnętrzne kable są mocniejsze niż złącze X-Jack i można je podłączyć bezpośrednio do gniazdka w ścianie.
u Zasilanie: Urządzenia PC Card są zasilane z baterii komputera. Modem pobiera około 7 W, kiedy pracuje i tylko około 1 W w trybie uśpienia. Karty sieciowe potrzebują zwykle nieco mniej mocy. Z grubsza rzecz biorąc, modem PCMCIA ma około 10 do 30 % udziału w całkowitym zapotrzebowaniu na moc laptopa, więc korzystanie z modemów tego rodzaju może znacząco ograniczyć czas pracy baterii.
Do zalet standardu PC Card należy również zaliczyć wygodny – zwłaszcza dla osób nieprzepadających za pracami ręcznymi – bezbolesny sposób instalacji karty sieciowej czy modemu. Ponadto – jak wynika z testów – przepustowość typowego komputera biurowego lub laptopa nie zmniejsza się w związku z zastosowaniem urządzeń PC Card. Chociaż urządzenie te są droższe niż ich odpowiedniki w postaci wewnętrznych kart rozszerzeń – głównie z uwagi na wyższe koszty produkcji – dobrze nadają się do pracy.
Trzeba mieć nadzieję, że zakup karty sieciowej nie będzie stanowił żadnego problemu, a jej instalacja zajmie nie więcej niż dwie minuty. Przynajmniej tak to powinno wyglądać, ale to ważne ogniwo może być najsłabsze w łańcuchu sieciowym. Podsumowując – karty sieciowe przygotowują dane napływające z komputera do transmisji poprzez kable sieciowe. Interfejs pomiędzy kartą a komputerem jest ważny, ale to system okablowania przesyła dane szeregowe do nieprzyjaznego środowiska zewnętrznego.
