Основы вычислительных систем Курс лекций начало

 

6.3. Адаптеры

 

Сетевые адаптеры обеспечивают сопряжение узлов ЛВС с моноканалом и реализуют протоколы канального уровня: управления физическим каналом, доступом к каналу и информационным каналом. Структура адаптера представлена на рис. 6.15. Приемопередатчик согласует логические сигналы, формируемые в адаптере, с физическими сигналами в моноканале – уровнями сигналов в витых парах, биполярными сигналами в коаксиальном кабеле и световыми сигналами в волоконно-оптической линии и тем самым реализует управление физическим каналом. Блок управления доступом выполняет протокол, доступа к моноканалу, взаимодействуя с ним через приемопередатчик. Блок управления передачей обеспечивает вывод на приемопередатчик последовательности битой, соответствующих пакету. Блок управления приемом анализирует пакеты, передаваемые через моноканал, и выделяет пакеты, адресованные узлу, обслуживаемому адаптером. Блоки управления передачей и приемом либо имеют собственную буферную память для хранения пакетов, либо используют память ЭВМ. Четыре указанных блока образуют сетевую часть адаптера которая связывается с ЭВМ с помощью блока сопряжения через соответствующий интерфейс ввода – вывода.

Рис. 6.15. Сетевой адаптер

 

Приемопередатчики. Способ построения приемопередатчиков оказывает значительное влияние на характеристики сети, и в первую очередь на надежность. При использовании в моноканале витой пары и коаксиального кабеля надежность канала (вероятность искажения передаваемых сигналов и устойчивость к отказам узлов сети) существенно зависит от организации электропитания и заземления приемопередатчиков. Радикальный способ развязки элементов сети по питанию – установка в соответствующих цепях развязывающих элементов – трансформаторов или оптронов (пар из светодиода и фотодиода), разрывающих электрические связи между источниками и приемниками сигналов. В магистральных ЛВС развязывающие элементы устанавливаются между приемопередатчиком и остальной частью адаптера (рис. 6.16, а), а в кольцевых сетях – в конце каждого сегмента кабеля, соединяющего соседние адаптеры (рис. 6.16, б).

 

Рис. 6.16. Развязка элементов ЛВС по питанию и заземлению

 

 

Рис. 6.17. Приемопередатчик ЛВС с магистральной структурой

 

Пример приемопередатчика для сети с магистральной структурой приведен на рис. 6.17. В качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, к которому подключаются усилители передатчика и приемника. Для выявления столкновений пакетов используется схема сравнения, на выходе которой при несовпадении сигналов, поступающих на передатчик и с приемника, формируется сигнал о столкновении. Для электрической развязки приемопередатчика и остальной аппаратуры адаптера используются оптроны. В данной схеме приемопередатчик имеет собственный источник питания, изолированный от земли. Нулевая шина (земля) приемопередатчика соединяется с экраном кабеля, что существенно снижает помехи, возникающие на протяженной линии. Приемопередатчики магистральных сетей должны иметь высокое сопротивление по отношению к каналу, чтобы изменение числа систем (адаптеров), подключаемых к каналу, не вызывало значительного изменения нагрузки.

Пример приемопередатчика для сети с кольцевой структурой приведен на рис. 6.18. Сегмент канала, выполненный из экранированной скрученной пары, соединяет передатчик одного адаптера с приемником следующего адаптера через развязывающий элемент. На выходе приемника формируются логические сигналы, представляющие принимаемые биты. Кроме того, сигналы, поступающие на приемник, используются для выработки сигналов синхронизации, обеспечивающих тактирование схем адаптера. Поступившие в адаптер сигналы должны ретранслироваться в следующий адаптер сети. Для обработки поступающей информации (установки бита приема в единицу) в цепь ретрансляции введена схема задержки битов. Обычно задержка соответствует 2–4 бит. Селектор служит для управления работой передатчика, через который на разных этапах работы адаптера могут ретранслироваться поступающие на вход адаптера данные или выводиться биты передаваемого кадра. В кольцевой сети каждый адаптер, т.е. его приемопередатчик, должен обеспечивать трансляцию сигналов даже при выключении ЭВМ, обслуживаемой адаптером. Поэтому в сети имеется специальный источник питания, к которому подключаются только приемопередатчики сетевых адаптеров.

 

Рис. 6.18. Приемопередатчик ЛВС с кольцевой структурой

 

Отказ любого приемопередатчика в кольцевой сети нарушает работоспособность всей сети. Для обеспечения надежности сети принимаются специальные меры: устанавливаются обходные реле, замыкающие вход приемника на выход передатчика при отключении и отказе ЭВМ и адаптера, или кольцо дублируется, т, е. каждый адаптер снабжается двумя приемопередатчиками я для соединения систем используются два кабеля (моноканала).

Управление доступом и информационным каналом. Как правило, в сетевом адаптере реализуются функции, обеспечивающие доступ к каналу, прием и передачу пакета, вычисление и проверку контрольных сумм, а функции, связанные с управлением информационным каналом, возлагаются на программные средства ЭВМ, обслуживаемой адаптером. Блок сопряжения с интерфейсом ЭВМ обеспечивает передачу данных и сигналов прерывания между ЭВМ и адаптером.

Наиболее существенное влияние на организацию адаптеров оказывает способ обмена данными между адаптеров и ЭВМ. Могут использоваться два способа: без буферизации и с буферизацией пакетов. По первому способу пакет, подлежащий передаче, размешается в оперативной памяти ЭВМ, откуда он пересылается в адаптер в виде последовательности слез. Адаптер преобразует каждое поступившее слово в последовательность битов. После передачи битов слова в моноканал адаптер через интерфейс ЭВМ обращается к оперативной памяти ЭВМ за следующим словом. При приеме пакета в адаптере из поступающих битов формируются слова, которые последовательно отсылаются в заданную область оперативной памяти ЭВМ в темпе формирования слов. По второму способу в адаптере организуются буферные запоминающие устройства для хранения передаваемых и принимаемых пакетов. Передаваемый пакет сначала выводится из оперативной памяти ЭВМ и в буфер адаптера, откуда он передается в моноканал. При приеме в буфере накапливается пакет, который по окончании приема передается' через интерфейс ЭВМ в заданную область оперативной памяти ЭВМ.

Выбор способа обмена данными между адаптером и ЭВМ зависит от соотношения пропускной способности интерфейса ЭВМ и моноканала. Если пропускная способность интерфейса меньше, адаптер должен иметь буферную память. В противном случае необходимость в буферизации пакетов отсутствует.

Определим в общих чертах структуру управлений передачей и приемом кадров (рис. 6.19). При этом предполагается, что кадр имеет структуру, изображенную на рис. 6.14.

Рис. 6.19. Управление приемом и передачей в адаптере ЛВС

 

Управление передачей кадров реализуется следующим образом. На ЭВМ в блок сопряжения с интерфейсом перед началом передачи кадра заносится адрес начала области оперативной памяти (в которой хранится пакет), а также длина пакета в битах. Блок сопряжения считывает из оперативной памяти первое слово пакета, которое передается в буфер вывода и затем в преобразователь параллельного кода в последовательный, содержащий регистр для хранения одного слова. После освобождения буфера вывода в него передается из оперативной памяти очередное слово. Передача кадра начинается с посылки в передатчик последовательности начала кадра, формируемой специальным генератором. Вслед за ней через схему бит-стаффинга, обеспечивающую прозрачность физического канала, выводится последовательность битов, составляющих пакет. При этом преобразователь параллельного кода в последовательный по окончании передачи хранимого в нем слова загружается очередным словом из буфера вывода, а в последний вводится новое слово пакета, считываемое из оперативной памяти. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет передано заданное число битов, что отмечается сигналом , формируемым счетчиком длины. При передаче данных определяется контрольная сумма, которая передается вслед за данными, после чего на передатчиках выводится последовательность конца кадра, формируемая генератором ПКК.

Готовность адаптера к приему кадра обеспечивается передачей адреса оперативной памяти, выделенной для размещения принимаемого пакета из ЭВМ в блок сопряжения. Сигналы с приемника обрабатываются блоком управления следующим образом. Распознаватель последовательности начала кадра формирует сигнал , отмечающий начало пакета, передаваемого в кадре. Последующие биты, поступающие из приемника, обрабатываются схемой удаления бит-стаффинга и поступают на распознаватель адреса, сравнивающий адрес получателя с собственным адресом адаптера. Совпадение адресов отмечается сигналом , определяющим принадлежность передаваемого кадра данному адаптеру. Принимаемые биты поступают на преобразователь последовательного кода в параллельный. Сформированное преобразователемслово передается в буфер вывода, из которого оно записывается в соответствующую ячейку оперативной памяти. Биты, составляющие пакет, формируются на счетчике длины и обрабатываются генератором контрольной суммы. Счетчик фиксирует длину принятого пакета и формирует сигнал , если длина пакета превосходит предельную допустимую. При обнаружении ошибки в пакете генератор контрольной суммы вырабатывает сигнал . Прием кадра и передача содержащегося в нем пакета в оперативную память заканчивается при поступлении последовательности конца кадра, что отмечается сигналом . Сигнал   формируемый счетчиком длины, используется для прекращения приема пакета, имеющего недопустимую длину.

Блок сопряжения с интерфейсом ЭВМ по окончании передачи и приема кадра передает в ЭВМ слово состояния адаптера, содержащее необходимою информацию о ходе передачи и приема кадра.

Машиностроительное черчение, инженерная графика, начертательная геометрия. Выполнение контрольной