Модемы, сетевые
адаптеры
Сравнительный анализ.
Перспективы развития
Сетевой адаптер
- Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.
В первых локальных
сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального
кабеля представлял собой весь спектр
коммуникационного оборудования, с помощью
которого организовывалось взаимодействие
компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправи-теля
непосредственно по кабелю взаимодействовал
с сетевым адаптером компьютера-получателя.
В большинстве современных стандартов
для локальных сетей предполагается, что
между сетевыми адаптерами взаимодействующих
компьютеров устанавливается специальное
коммуникационное устройство (концентратор,
мост, коммутатор или маршрутизатор), которое
берет на себя некоторые функции по управлению
потоком данных.
Сетевой адаптер обычно выполняет
следующие функции:
- Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.
- Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.
- Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.
- Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.
- Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.
Сетевые адаптеры различаются
также по типу принятой в сети сетевой
технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило,
конкретная модель сетевого адаптера
работает по определенной сетевой технологии
(например, Ethernet). В связи с тем, что для
каждой технологии сейчас имеется возможность
использования различных сред передачи
данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный
кабель, неэкранированную витую пару и
оптоволоконный кабель), сетевой адаптер
может поддерживать как одну, так и одновременно
несколько сред. В случае, когда сетевой
адаптер поддерживает только одну среду
передачи данных, а необходимо использовать
другую, применяются трансиверы и конверторы.
- Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.
- Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).
Модем
- Моде́м (акроним, составленный из слов модулятор и демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации.
- Модулятор в модеме осуществляет модуляцию несущего сигнала при передаче данных, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс при приёме данных из канала связи. Модем выполняет функцию оконченного оборудования линии связи. Само формирование данных для передачи и обработки принимаемых данных осуществляет т. н. терминальное оборудование (в его роли может выступать и персональный компьютер).
- Модемы широко применяются для связи компьютеров через телефонную сеть (телефонный модем), кабельную сеть (кабельный модем), радиоволны (en:Packet radio, радиорелейная связь). Ранее модемы применялись также в сотовых телефонах (пока не были вытеснены цифровыми способами передачи данных).
Компания AT&T Dataphone Modems
в Соединённых Штатах была частью SAGE (ПВО системы)
в 50-х годах. Она соединяла терминалы на
различных воздушных базах, радарах и
контрольных центрах с командными центрами SAGE,
разбросанными по США и Канаде. SAGE использовала
выделенные линии связи, но устройства
на каждом конце этих линий были такими
же по принципу действия, как и современные
модемы.
- Первым модемом для персональных компьютеров стало устройство Micromodem II для персонального компьютера Apple II, выпущенное в 1979 году компанией Hayes Microcomputer Products. Модем стоил 380 долл. и работал со скоростью 110/300 бит/сек.
Классификация
- По исполнению
- Внешние — подключаются через COM-, LPT-, USB- или Ethernet-порт, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).
- Внутренние — дополнительно устанавливаются внутрь системного блока или ноутбука (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA,AMR/CNR).
- Встроенные — являются частью устройства, куда встроены (материнской платы, ноутбука или док-станции).
- По принципу работы
- Аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена производятся встроенным в модем вычислителем (например, с использованием DSP или микроконтроллера). Также в аппаратном модеме присутствуетПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.
- Программные (софт-модемы, host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, контролю ошибок и управлению протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находятся только входные/выходные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), а также контроллер интерфейса (например USB).
- Полупрограммные (controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.
- По типу сети и соединения
- Модемы для телефонных линий:
- Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый в XX веке и 2000-х годах тип модемов. Используют коммутируемый удалённый доступ.
- ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий.
- DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий средствами обычной телефонной сети. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии для переговоров.
- Кабельные модемы — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабельколлективного телевидения по протоколу DOCSIS.
- Радиомодемы — работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы:
- Беспроводные модемы — работают по протоколам сотовой связи (GPRS, EDGE, 3G, LTE) или Wi-Fi. Часто имеют исполнения в виде USB-брелока. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи.
- Спутниковые модемы — используются для организации спутникового Интернета. Принимают и обрабатывают сигнал, полученный со спутника.
- PowerLine-модемы (стандарт HomePlug) — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.
Отличие
модема от адаптера
- Модем преобразовывает биты данных в сигнал (соответствующий среде передачи данных) и наоборот, сигнал – в данные.
- Адаптер принимает сигнал из кабеля (или любой другой передающий среды) и преобразовывает его в биты данных и наоборот.
Перспективы развития
Процесс конвергенции вычислительных
и коммуникационных устройств еще только
набирает обороты, и судить о его последствиях
пока еще рано. Если же говорить о дне сегодняшнем,
то стоит отметить, что после продолжительного
застоя в развитии технологии для локальных
сетей, который характеризовался господством
Fast Ethernet, наблюдается процесс перехода
не только на более высокоскоростные стандарты,
но и на принципиально новые технологии
сетевого взаимодействия.
Сейчас разработчикам
на выбор предоставлены четыре возможности
модернизации сетей:
- Gigabit Ethernet для корпоративных пользователей;
- беспроводной Ethernet в офисе и дома;
- сетевые средства хранения данных;
- 10 Gigabit Ethernet в городских сетях.
- Ethernet имеет несколько особенностей, которые обусловили повсеместное распространение этой технологии в IP-сетях:
- масштабируемая производительность;
- масштабируемость для применения в различных сетевых приложениях — от локальных сетей малого радиуса действия (до 100 м) до городских сетей (40 и более километров);
- низкая цена;
- гибкость и совместимость;
- простота использования и администрирования.
- В совокупности эти особенности Ethernet позволяют применять данную технологию в четырех основных направлениях развития сетей:
- гигабитные скорости для корпоративного применения;
- беспроводные сети;
- системы сетевого хранения данных;
- Ethernet в городских сетях.