Сетевые устройства физического уровня

 

Аппаратура физического уровня обеспечивает реальную связь между узлами. Выбор аппаратуры имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как стоимость аппаратуры составляет наиболее существенную часть от стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с дополнительными расходами, но зачастую и с трудоемкими работами. К аппаратуре физического уровня относятся также:

• кабели для передачи информации;
• разъемы для присоединения кабелей;
• согласующие терминаторы;
• сетевые адаптеры;
• репитеры;
• трансиверы;
• концентраторы;

Сетевые адаптеры (они же контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC – Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры узла локальной сети. Назначение сетевого адаптера – сопряжение компьютера (или другого узла) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена. Сетевые адаптеры выполняются в виде платы расширения шины компьютера (чаще всего PCI или PCI-E). Плата сетевого адаптера обычно имеет один или несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.

Рис. Плата сетевого адаптера

NIC имеет разъем RJ-45 (для кабеля на витых парах по стандарту 10-1000BASE-T) или разъем ST (для оптоволоконного кабеля 100-1000BASE-FL).

Функции сетевого адаптера можно разделить на системные и сетевые. К системным относятся функции взаимодействия адаптера с системной шиной компьютера: PNP, пересылка данных в компьютер и из компьютера, выработка сигнала прерывания.

К основным сетевым функциям адаптеров относятся:

гальваническая развязка компьютера и кабеля локальной сети (для этого обычно используется передача сигналов через импульсные трансформаторы);

преобразование логических сигналов в сетевые (электрические или световые) и обратно;

кодирование и декодирование сетевых сигналов;

опознание принимаемых пакетов;

буферизация передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти адаптера;

организация доступа к сети в соответствии с принятым методом управления обменом;

подсчет контрольной суммы кадров при передаче и приеме.

Типичный алгоритм взаимодействия компьютера с сетевым адаптером выглядит следующим образом.

Компьютер формирует пакет в памяти, затем пересылает его в буферную память сетевого адаптера и дает команду адаптеру на передачу. Адаптер анализирует текущее состояние сети и выдает пакет в сеть (выполняет управление доступом к сети). При этом он производит преобразование информации из буферной памяти в последовательный вид для побитной передачи по сети, подсчитывает контрольную сумму, кодирует биты пакета в сетевой код и через узел гальванической развязки выдает пакет в кабель сети.

Если по сети приходит пакет, то сетевой адаптер через узел гальванической развязки принимает сигналы, производит их декодирование из сетевого кода в биты кадра и сравнивает сетевой адрес приемника из пакета со своим собственным адресом. Адрес сетевого адаптера, как правило, устанавливается производителем адаптера. Если адрес совпадает, то сетевой адаптер записывает пришедший пакет в свою буферную память и сообщает компьютеру о том, что пришел пакет. Одновременно с записью пакета производится подсчет контрольной суммы.

Сетевые функции выполняются специальными сетевыми процессорами.

Сетевой адаптер выполняет функции первого и второго уровней модели OSI
Рис. Функции сетевого адаптера в модели OSI

 

Репитеры или повторители восстанавливают ослабленные сигналы (их амплитуду и форму), приводя их к исходному виду. Цель такой ретрансляции сигналов состоит исключительно в увеличении длины сети.

Рис. Соединение репитером двух сегментов сети

Репитеры не производят никакой информационной обработки проходящих через них сигналов.

Рис. Структура репитерного концентратора

 

Концентраторы (хабы, hub) служат для объединения в сеть нескольких сегментов. Концентраторы представляют собой несколько собранных в едином конструктиве репитеров, они выполняют те же функции, что и репитеры.

Концентраторы работают на первом уровне модели OSI, так как имеют дело только с физическими сигналами, с битами пакета и не анализируют содержимое пакета, транслируя битовый поток. Коцентраторы могут выполнять восстановление формы и усиление сигнала.

Трансиверы или приемопередатчики (от английского TRANsmitter + reCEIVER) служат для передачи информации между адаптером и кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиверы усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сигналы в другую форму (например, из электрической в световую и обратно – преобразователь среды).

 

Рис. Функции концентраторов, репитеров и трансиверов в модели OSI

 

 

Заключение Физический уровень

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.