Содержание
Введение 2
Классификация сетевых адаптеров 3
Сетевые адаптеры EtherLink III и EtherLink XL 6
Сетевые адаптеры Fast EtherLink и Fast EtherLink XL 11
Технология Parallel Tasking 14
Технология DynamicAccess и ее составляющие 15
Заключение 17
Список используемых источников 18
Введение
В данной работе будет рассмотрена продукция компании 3Com, имеющей репутацию лидера в области адаптеров Ethernet. Основное внимание будет уделено третьему и четвертому поколение сетевых карт этой фирмы, так как именно в них используются специализированные интегральные схемы (ASIC). Будет приведено описание этих моделей, подробно рассмотрены их характеристики и технологические возможности.
Классификация сетевых адаптеров
В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com, имеющей репутацию лидера в области адаптеров Ethernet. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.
Адаптеры первого поколения были выполнены на дискретных логических микросхемах, в результате чего обладали низкой надежностью. Они имели буферную память только на один кадр, что приводило к низкой производительности адаптера, так как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в компьютер последовательно. Кроме этого, задание конфигурации адаптера первого поколения происходило вручную, с помощью перемычек. Для каждого типа адаптеров использовался свой драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной Системой не был стандартизирован.
В сетевых адаптерах второго поколения для повышения производительности стали применять метод многокадровой буферизации. При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра в сеть. В режиме приема, после того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приемом другого кадра из сети. В сетевых адаптерах второго поколения широко используются микросхемы с высокой степенью интеграции, что повышает надежность адаптеров. Кроме того, драйверы этих адаптеров основаны на стандартных спецификациях. Адаптеры второго поколения обычно поставляются с драйверами, работающими как в стандарте NDIS (спецификация интерфейса сетевого драйвера), разработанном фирмами 3Com и Microsoft и одобренном IBM, так и в стандарте ODI (интерфейс открытого драйвера), разработанном фирмой Novell.
В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55  повышает производительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память. Такая схема очень чувствительна к порогу начала передачи, то есть к количеству байт кадра, которое загружается в буфер адаптера перед началом передачи в сеть. Сетевой адаптер третьего поколения осуществляет самонастройку этого параметра путем анализа рабочей среды, а также методом расчета, без участия администратора сети. Самонастройка обеспечивает максимально возможную производительность для конкретного сочетания производительности внутренней шины компьютера, его системы прерываний и системы прямого доступа к памяти. Адаптеры третьего поколения базируются на специализированных интегральных схемах (ASIC), что повышает производительность и надежность адаптера при одновременном снижении его стоимости. Компания 3Com назвала свою технологию конвейерной обработки кадров Parallel Tasking, другие компании также реализовали похожие схемы в своих адаптерах. Повышение производительности канала «адаптер-память» очень важно для повышения производительности сети в целом, так как производительность сложного маршрута обработки кадров, включающего, например, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, глобальные каналы связи и т. п., всегда определяется производительностью самого медленного элемента этого маршрута. Следовательно, если сетевой адаптер сервера или клиентского компьютера работает медленно, никакие быстрые коммутаторы не смогут повысить скорость работы сети.
Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции МАС-уровня, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.
Сетевые адаптеры EtherLink III и EtherLink XL
В настоящее время для обычных сетей Ethernet компания 3Com выпускает два ряда адаптеров третьего поколения - EtherLink III и EtherLink XL.
Рисунок 1 - EtherLink III
Изделия этих серий рассчитаны на использование в сетях, соответствующих требованиям стандарта IEEE 802.3, и допускают работу с различными типами кабельных линий - "толстым" и "тонким" Ethernet, а также неэкранированной витой парой категорий 3, 4 и 5. При этом потребителю предлагается несколько вариантов исполнения адаптеров - COMBO, TPC, TP и TPO. Первый из них снабжен разъемами BNC, AUI и RJ-45, второй - BNC и RJ-45, третий - AUI и RJ-45, наконец, последний имеет соединитель только под витую пару (типа RJ-45). Карты EtherLink XL выпускаются в модификациях COMBO и TPO. Таким образом, приобретая наиболее универсальные варианты исполнения устройств, пользователь получает возможность перехода в случае необходимости с одного типа передающей среды на другой без замены сетевых адаптеров на рабочих станциях.
Рисунок 2 - EtherLink XL
Если максимальная длина коаксиального кабеля, с которым могли работать устройства второго поколения, обычно не превышала 180 - 200 м, то для сетевых карт серий EtherLink III и EtherLink XL она доведена до величины 305 м (1000 футов). Предельно допустимая длина для витой пары и "толстого" Ethernet составляет 100 м (328 футов). При этом допускается использование неэкранированной витой пары категорий 3, 4 и 5, а в качестве коаксиального кабеля рекомендуется применять RG58 C/U или A/U.
Обрыв линии и "переполюсовка" концов относятся к весьма распространенным неисправностям сетевой кабельной инфраструктуры (правда, второй вариант более характерен для этапа пусконаладочных работ). Поскольку в большинстве случаев концентраторы расположены в коммутационных центрах либо в специальных шкафах и оперативный доступ к индикаторам на их лицевых панелях (по которым можно идентифицировать подобного рода проблемы) для обслуживающего персонала затруднен, разработчики компании 3Com ввели эти элементы в состав сетевых карт. В результате на передней панели устройств в дополнение к соединителям появился светодиод. Если линия связи не имеет обрыва, то он светится постоянно, в противном случае индикатор просто не горит. Если же имеет место "переполюсовка" концов кабеля, то светодиод мигает с некоторой частотой. Такое незамысловатое решение существенно ускоряет поиск и устранение неисправностей в кабельной сети.
В основу всех устройств сeрий EtherLink III и EtherLink XL положены заказные СБИС (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), при проектировании которых использована фирменная технология Parallel Tasking корпорации 3Com, обеспечивающая повышение эффективной скорости транспортировки информации по сети за счет совмещения во времени отдельных этапов операций приема/передачи данных. По результатам ряда испытаний, проведенных несколькими независимыми организациями, пропускная способность изделий 3Com в некоторых случаях превышает аналогичные характеристики сетевых карт других производителей на 30 - 33%1. Забегая несколько вперед, следует заметить, что сочетание в адаптерах EtherLink XL технологии Parallel Tasking с элементами техники DynamicAccess, о которой речь пойдет далее, позволяет обеспечить в среде Novell NetWare эффективную скорость передачи данных 8 Мбит/с при загрузке центрального процессора ПК операциями приема/передачи информации по сети на уровне 3%. Помимо всего прочего, разработчикам удалось разместить на одном кристалле основные узлы адаптера - контроллер интерфейса Ethernet, шифратор/дешифратор, приемопередатчик для кабеля на витой паре, схемы сопряжения с шиной персонального компьютера и буферную память. Минимизация числа элементов, а также высокоэффективный контроль в процессе производства самым положительным образом сказались на надежности изделий - на все сетевые карты 3Com дает пожизненную гарантию.
Поскольку простота установки и настройки конфигурации платы играет для потребителя далеко не последнюю роль, этим вопросам инженеры компании также уделили самое пристальное внимание. Все адаптеры линий EtherLink III и EtherLink XL поддерживают стандартную технологию plug-and-play (PnP), которая превращает процесс инсталляции оборудования в операцию, практически не требующую от пользователя никакого вмешательства. Вместе с тем продолжает существовать обширный парк машин, которые работают под управлением операционных систем, не поддерживающих процедуры PnP (например, DOS и Windows 3.x). Для владельцев таких ПК установка и конфигурирование плат упрощаются благодаря использованию программы AutoLink, входящей в комплект инсталляционного ПО EtherDisk2. К весьма полезным свойствам этой утилиты следует отнести и автоматическую инсталляцию на сетевые станции системных файлов, необходимых для клиентов NetWare. Для разрешения проблем, возникающих при установке оборудования, и поиска неисправностей в EtherDisk включены достаточно эффективные диагностические программы, снабженные системой контекстной помощи.
Эффективный контроль над вычислительной системой предполагает возможность управления ее компонентами на всех уровнях. В картах EtherLink III и EtherLink XL эта задача решена за счет интеграции управляющих агентов SmartAgent, совместимых со стандартным протоколом SNMP, в драйверы устройств. В результате приложения управляющего ПО Transcend получают доступ к компонентам сетевых комплексов всех уровней.
Взаимодействие с административными приложениями, соответствующими требованиям стандарта DMI (Desktop Management Interface), можно отнести к еще одному положительному свойству карт EtherLink III и EtherLink XL, поскольку расширение сферы управления до уровня сетевой рабочей станции в настоящее время становится жизненно необходимым.
Несмотря на то что обе линии семейства EtherLink имеют много общего, следует отметить и ряд существенных отличий между ними.
В отличие от адаптеров EtherLink III, рассчитанных на применение в обычных ЛС с традиционными приложениями, изделия серии XL оптимизированы для работы в коммутируемых сетях и с программами мультимедиа за счет реализации в архитектуре этих адаптеров элементов технологии DynamicAccess, разработанной корпорацией 3Com.
В сетях Ethernet, основанных на протоколе CSMA/CD, время доставки данных к станции-приемнику невозможно точно предсказать, т. е. длительность задержки между моментом первой попытки передачи пакета и моментом его приема не является детерминированной величиной. При полной нагрузке сети эта задержка может существенно возрастать и в пределе стать равной бесконечности - наступает своеобразное насыщение системы. Такая ситуация для программ, работающих в реальном масштабе времени, и мультимедиа-приложений недопустима, поскольку для их нормального функционирования требуется, чтобы задержка передачи не превышала определенной величины.
Для решения этой своеобразной "проблемы неопределенности" 3Com в рамках технологии DynamicAccess использовала в сетевых адаптерах аппаратные и программные средства, обеспечивающие при обнаружении конфликта выбор тайм-аута с учетом интенсивности трафика. Этот метод получил название PACE Interactive Access. В результате доступ к среде передачи становится как бы более детерминированным, а сетевые карты из обычных пассивных устройств превращаются в активные компоненты сетевых комплексов, которые позволяют оптимизировать (на своем уровне) использование полосы пропускания. По утверждению специалистов компании, средства PACE Interactive Access обеспечивают эффективное использование до 95% полосы пропускания сетей Ethernet.
Сетевые адаптеры Fast EtherLink и Fast EtherLink XL
Для сетей Fast Ethernet корпорация выпускает платы серий Fast EtherLink и Fast EtherLink XL. Оба типа адаптеров представляют собой универсальные карты, рассчитанные на использование как в стандартных, так и в "быстрых" сетях Ethernet, причем определение скорости передачи данных в порте концентратора или коммутатора осуществляется автоматически. Устройства поддерживают стандарты физического уровня 10Base-T и 100Base-T, а также 100Base-TX и 100Base-T4. Благодаря совместимости с последней из отмеченных спецификаций возможна работа плат Fast EtherLink не только с высококачественными (а соответственно и дорогими) линиями на неэкранированной витой паре категории 5, но и с более дешевыми - категорий 3 и 4. Максимальная длина линии связи от сетевой карты до концентратора составляет 100 м.
Изделия серии Fast EtherLink выпускаются в вариантах, рассчитанных на подключение к шинам ISA, EISA и PCI, а платы Fast EtherLink XL - только PCI. Для обмена данными с ПК используется канал прямого доступа к памяти, при этом "ширина" тракта обмена составляет 32 (для шин PCI или EISA) или 16 разрядов (для магистрали ISA). Согласование пропускной способности канала "адаптер - ПК" со скоростью передачи данных по локальной сети в платах обеих серий осуществляется с помощью буфера приема-передачи. В адаптерах серии Fast EtherLink XL его объем составляет 8 Кбайт, при этом буфер может быть разбит на секции емкостью 4/4, 5/3 и 6/2 Кбайт. Карты Fast EtherLink с шиной ISA оснащены буфером на 64 Кбайт, который может иметь две конфигурации - 32/32 и 48/16 Кбайт. Происхождение восьмикратной разницы в объемах буферной памяти для Fast EtherLink XL и Fast EtherLink вполне очевидно - по сравнению с шинами PCI и EISA пропускная способность магистрали ISA существенно отличается от скорости передачи данных по сети Fast Ethernet, и для "сглаживания" этих различий требуется буфер больших объемов.
Рисунок 3 - Fast EtherLink
Так же как и в платах EtherLink и EtherLink XL, для повышения эффективной пропускной способности в адаптерах Fast EtherLink и Fast EtherLink XL использована технология Parallel Tasking, а применение в серии Fast EtherLink XL отдельных элементов техники DynamicAccess позволяет оптимизировать использование полосы пропускания ЛС и снизить нагрузку на ЦП персонального компьютера при приеме/передаче информации по сети. По данным компании 3Com, при работе в среде NetWare сетевые карты этого типа обеспечивают эффективную скорость передачи до 88 Мбит/c при загрузке центрального процессора не более 17%.
Рисунок 4 - Fast EtherLink XL
Установка оборудования, разрешение возникающих при этом конфликтов, а также диагностика аппаратуры обеспечиваются комплектом инсталляционного ПО AutoLink, хорошо себя зарекомендовавшего при работе с адаптерами EtherLink III и EtherLink XL. Диагностика отказов и техническое обслуживание адаптеров для Fast Ethernet отчасти упрощаются благодаря введению в их состав элементов индикации, позволяющих судить о состоянии оборудования и режиме его работы. На передней панели плат расположены три светодиода с маркировками "10LNK", "100LNK" и "ACT". Если индикатор "10LNK" имеет зеленый цвет, это свидетельствует о работе карты в сети со скоростью передачи данных 10 Мбит/с и о наличии связи с концентратором. То же самое справедливо и для второго индикатора, но только в этом случае речь идет о ЛС Fast Ethernet. Наконец, третий светодиод указывает на прием/передачу данных в любом из режимов (10 или 100 Мбит/с).
Проблема управления компонентами сетевых комплексов на всех уровнях также решена за счет интеграции в драйверы адаптеров управляющих агентов SmartAgent, совместимых с протоколом SNMP, и поддержки спецификаций dRMON. Высокая надежность оборудования обеспечивается применением заказной СБИС, на кристалле которой реализованы все основные компоненты адаптера (контроллер Ethernet, схема шифратора/дешифратора и блок сопряжения с системной шиной ПК), минимальным количеством дискретных элементов и эффективной системой контроля за качеством на всех этапах производства. Этот комплекс мер позволяет корпорации предоставлять на сетевые адаптеры серий Fast EtherLink и Fast EtherLink XL пожизненную гарантию.
Технология Parallel Tasking
Любая операция чтения или записи сетевого пакета может быть разбита на отдельные этапы. Например, в процедуре записи данных (выдача информации в ЛС) можно выделить следующие фазы: чтение данных из оперативной памяти ПК, запись в буфер сетевой карты, передача пакета в сеть.
При последовательной организации схемы адаптера чтение нового блока данных из памяти персонального компьютера начинается только по завершении передачи пакета в локальную сеть. Это самый простой вариант реализации, но вместе с тем и наименее эффективный; ожидать высокой пропускной способности устройства в данном случае не приходится. Однако очевидно, что во время выдачи пакета в сеть, схемы блока сопряжения адаптера с шиной ввода-вывода ПК свободны. Следовательно, в это время их можно использовать для чтения нового блока данных из ОЗУ и его записи в буфер адаптера. Из этого следует, что совмещение во времени выдачи пакета в ЛС с чтением из памяти следующего блока данных, подлежащего передаче, позволяет получить достаточно ощутимый выигрыш во времени, которое займет отправка некоторого массива информации.
Идея совмещения во времени отдельных этапов операции чтения или записи положена в основу технологии Parallel Tasking. Безусловно, такая техническая реализация несколько усложняет аппаратные средства адаптера, но использование заказных БИС сводит эту проблему практически на нет (по крайней мере, покупатель ее практически не заметит: изделие стоит немногим дороже продуктов иных изготовителей или плат, работающих по последовательному принципу), а вот рост эффективной пропускной способности адаптера, наоборот, становится весьма ощутимым. По данным ряда независимых организаций, проводивших тестирование таких устройств, пропускная способность изделий корпорации 3Com на 30 - 33% превышает аналогичный параметр сетевых адаптеров некоторых других производителей, не использующих это техническое решение.
Технология DynamicAccess и ее составляющие
В мире сетевых технологий вторая половина 90-х годов отмечена ускоренным распространением высокоскоростных, коммутируемых и виртуальных ЛС. Мощным стимулом этому процессу послужила необходимость поддержки таких мультимедиа-приложений, как видеоконференц-связь и системы видеотреннинга (видеотренажеры). Хотя сейчас подобные программы используются далеко не в каждой организации, многие администраторы информационных систем планируют их внедрение в ближайшем будущем. (Как свидетельствуют результаты опроса, проведенного консультационной компанией Sage Research, к 1999 г. 54% респондентов намерены ввести в свои информационные комплексы видеоприложения, работающие в реальном масштабе времени.)
Вместе с тем подавляющее большинство современных сетей не в состоянии обеспечить эффективную поддержку такому программному обеспечению. Существующие здесь трудности постепенно преодолеваются благодаря применению новых сетевых технологий, например высокоскоростных и коммутируемых ЛС. Но решение одних проблем порождает другие - весьма часто при переходе на новые сетевые архитектуры администраторы теряют полноценный контроль над своими системами, к которому они столь привыкли в традиционных сетях с разделением доступа к среде передачи, а это влечет за собой ряд негативных последствий, в том числе и неэффективное использование полосы пропускания.
Компания 3Com предлагает разрешить это противоречие с помощью технологии DynamicAccess, которая представляет собой совокупность аппаратных средств и специализированного программного обеспечения, превращающего сетевые карты и другое оборудование ЛС из обычных пассивных компонентов в активные элементы сетевых комплексов.
Техника управления приоритетом доступа (Priority Access Control Enabled, PACE) относится к одной из составляющих DynamicAccess. В данном случае ключевая роль отводится сетевому адаптеру, который аппаратно или программно устанавливает определенный бит в пакете, требующем наивысшего приоритета при передаче по сети (как правило, это относится к информационным блокам, формируемым мультимедиа-приложениями или приложениями, работающими в реальном масштабе времени). Этот признак распознается коммутаторами, поддерживающими технологию PACE, и такие блоки обслуживаются в первую очередь, т. е. при передаче по сети им присваивается наивысший класс обслуживания (CoS). В ранних реализациях технологии DynamicAccess бит, определяющий класс обслуживания, устанавливался только драйвером адаптера, который идентифицирует наиболее распространенные мультимедиа-приложения.
Технология PACE Interactive Access technology представляет собой второй компонент DynamicAccess. Идея данного метода заключается в динамическом выборе межпакетного временного интервала в зависимости от интенсивности трафика в сети. Такой подход позволяет снизить число конфликтов в ЛС и в итоге увеличить ее эффективную пропускную способность; иными словами, PACE Interactive Access делает доступ к передающей среде как бы более детерминированным. Это решение представляет собой попытку смягчить принципиальный недостаток метода доступа к среде передачи, принятый в сетях Ethernet.
Заключение
Специализированные ИМС позволили воплотить в жизнь новые, более совершенные технологии, применяемые в сетевых адаптерах последнего поколения.
Список используемых источников
1. http://www.texnet.ru/info/i020.htm - Сайт Техинвест;
2. http://en-15.ucoz.ru/SPO_KS/lk6/tema_6.pdf - Студенческий сайт EN-15;
3. http://www.dvfu.ru/meteo/PC/3ComAdapters.htm - Сайт Дальневосточного Федерального Университета;
4. http://citforum.ru/nets/protocols/1_03_03.shtml - CIT Forum;
5. http://sernam.ru/book_icn.php?id=29 – Научная библиотека избранных естественно-научных изданий |
