Еталонна модель OSI

• TPO - роз'єм RJ-45 (для  кабелю на кручених парах за стандартом 10BASE-T).

• TPC - роз'єми RJ-45 (для  кабелю на кручених парах 10BASE-T) і BNC (для коаксіального кабелю 10BASE2).

• TP - роз'єм RJ-45 (10BASE-T) і  трансиверний роз'єм AUI.

• Combo - роз'єми RJ-45 (10BASE-T), BNC (10BASE2), AUI.

• Coax - роз'єми BNC, AUI.

• FL - роз'єм ST (для оптоволоконного  кабелю 10BASE-FL).

Функції мережевого адаптера поділяються на магістральні та мережеві. До магістральних відносяться ті функції, які здійснюють взаємодію адаптера з магістраллю (системною шиною) комп'ютера (тобто розпізнання своєї магістрального адреси, пересилання даних в комп'ютер і з комп'ютера, вироблення сигналу переривання процесора і т.д.). Мережеві функції забезпечують спілкування адаптера з мережею.

До основних мережевих функцій адаптерів відносяться:

• гальванічна розв'язка комп'ютера та кабелю локальної мережі (для цього зазвичай використовується передача сигналів через імпульсні  трансформатори);

• перетворення логічних сигналів в мережеві (електричні або  світлові) і назад;

• кодування і декодування  мережевих сигналів, тобто пряме  і зворотне перетворення мережевих  кодів передачі інформації (наприклад, манчестерський код);

• впізнання прийнятих  пакетів (вибір з усіх пакетів, що приходять, тих, які адресовані даному абоненту або всім абонентам мережі одночасно);

• перетворення паралельного коду в послідовний при передачі і зворотне перетворення при прийомі;

• буферизація переданої  та прийнятої інформації у буферній пам'яті адаптера;

• організація доступу  до мережі відповідно до прийнятого методом  управління обміном;

• підрахунок контрольної  суми пакетів при передачі і прийомі.

Типовий алгоритм взаємодії  комп'ютера з мережевим адаптером  виглядає наступним чином.

Якщо комп'ютер хоче передати пакет, то він спочатку формує цей пакет у своїй пам'яті, потім  пересилає його в буферну пам'ять  мережевого адаптера і дає команду  адаптеру на передачу. Адаптер аналізує поточний стан мережі і при першій же можливості видає пакет в мережу (виконує управління доступом до мережі). При цьому він виконує перетворення інформації з буферної пам'яті в послідовний вид для побітної передачі по мережі, підраховує контрольну суму, кодує біти пакета в мережевий код і через вузол гальванічної розв'язки видає пакет в кабель мережі. Буферна пам'ять в даному випадку дозволяє звільнити комп'ютер від контролю стану мережі, а також забезпечити необхідний для мережі темп видачі інформації.

Якщо по мережі приходить  пакет, то мережевий адаптер через  вузол гальванічної розв'язки приймає  біти пакета, виконує їх декодування з мережевого коду і порівнює мережеву адресу приймача з пакету зі своєю власною адресою. Адреса мережевого адаптера, як правило, встановлюється виробником адаптера. Якщо адреса збігається, то мережевий адаптер записує пакет, що прийшов в свою буферну пам'ять і повідомляє комп'ютера (зазвичай - сигналом апаратного переривання) про те, що прийшов пакет і його треба читати. Одночасно із записом пакету проводиться підрахунок контрольної суми, що дозволяє до кінця прийому зробити висновок, чи є помилки в цьому пакеті. Буферна пам'ять в даному випадку знову ж дозволяє звільнити комп'ютер від контролю мережі, а також забезпечити високий ступінь готовності мережевого адаптера до прийому пакетів.

Найчастіше мережні  функції виконуються спеціальними мікросхемами високого ступеня інтеграції, що дає можливість знизити вартість адаптера і зменшити площу його плати.

Деякі адаптери дозволяють реалізувати функцію віддаленого  завантаження, тобто підтримувати роботу в мережі бездискових комп'ютерів, що завантажують свою операційну систему  прямо з мережі. Для цього до складу таких адаптерів включається  постійна пам'ять з відповідною  програмою завантаження. Правда, не всі мережеві програмні засоби підтримують  даний режим роботи.

Мережевий адаптер  виконує функції першого та другого  рівнів моделі OSI (мал. 1.6). 

Рис. 1.6. Функції мережевого адаптера в моделі OSI

Всі інші апаратні засоби локальних мереж (крім адаптерів) мають  допоміжний характер, і без них  часто можна обійтися. Це мережеві проміжні пристрої.

Трансивери або прийомопередавачі (від англійського TRANsmitter + reCEIVER) служать для передачі інформації між адаптером та кабелем мережі або між двома сегментами (частинами) мережі. Трансивери підсилюють сигнали, перетворюють їх рівні або перетворюють сигнали в іншу форму (наприклад, з електричної у світлову і назад). Трансиверами також часто називають вбудовані в адаптер прийомопередавачі.

Репітери або повторювачі (repeater) виконують більш просту функцію, ніж трансивери. Вони не перетворюють ні рівні сигналів, ні їх фізичну природу, а тільки відновлюють ослаблені сигнали (їх амплітуду і форму), приводячи їх до початкового стану. Мета такої ретрансляції сигналів полягає виключно у збільшенні довжини мережі (мал. 1.7). 

 

Рис. 1.7. З'єднання репітером двох сегментів мережі

Однак часто репітери виконують і деякі інші, допоміжні  функції, наприклад, гальванічну розв'язку з'єднуючих сегментів і кінцеве узгодження. Репітери так само як трансивери не виробляють жодної інформаційної обробки сигналів, що проходять через них. 

Рис. 1.8. Структура репітерного концентратора

Концентратори (хаби, hub), як випливає з їхньої назви, служать для об'єднання в мережу декількох сегментів. Концентратори (або репітерні концентратори) являють собою кілька зібраних в єдиній конструкції репітерів, вони виконують ті ж функції, що і репітери (рис. 5.8).

Перевага подібних концентраторів у порівнянні з окремими репітерами в тому, що всі точки  підключення зібрані в одному місці, це спрощує реконфігурацію мережі, контроль і пошук несправностей. До того ж всі репітери в даному випадку живляться від єдиного  якісного джерела живлення.

Концентратори іноді  втручаються в обмін, допомагаючи  усувати деякі явні помилки обміну. У будь-якому випадку вони працюють на першому рівні моделі OSI, так  як мають справу тільки з фізичними  сигналами, з бітами пакету і не аналізують вміст пакету, розглядаючи пакет як єдине ціле (рис. 1.9). На першому ж рівні працюють і трансивери, і репітери. 

Рис. 1.9. Функції концентраторів, репітерів і трансиверів в моделі OSI

Випускаються також  зовсім прості концентратори, які з'єднують  сегменти мережі без відновлення форми сигналів. Вони не збільшують довжину мережі.

Комутатори (свічі, комутуючі концентратори, switch), як і концентратори, служать для з'єднання сегментів в мережу. Вони також виконують більш складні функції, виконуючи сортування пакетів, що надходять на них.

Комутатори передають  з одного сегмента мережі в інший не всі надіслані на них пакети, а тільки ті, які адресовані для комп'ютерів з іншого сегмента. Пакети, передані між абонентами одного сегмента, через комутатор не проходять. При цьому сам пакет комутатором не приймається, а тільки пересилається. Інтенсивність обміну в мережі знижується внаслідок поділу навантаження, оскільки кожен сегмент працює не тільки зі своїми пакетами, але і з пакетами, які прийшли з інших сегментів.

Комутатор працює на другому  рівні моделі OSI (підрівень MAC), так  як аналізує МАС-адреси всередині пакету (рис. 1.10). Природно, він виконує і функції першого рівня. 

Рис. 1.10. Функції комутаторів в моделі OSI

Останнім часом обсяг  випуску комутаторів сильно виріс, ціна на них впала, тому комутатори поступово витісняють концентратори.

Мости (bridge), маршрутизатори (router) і шлюзи (gateway) служать для об'єднання в одну мережу декількох різнорідних мереж з різними протоколами обміну нижнього рівня, зокрема, з різними форматами пакетів, методами кодування, швидкістю передачі і т.д. В результаті їх застосування складна і неоднорідна мережа, що містить у собі різні сегменти, з точки зору користувача виглядає звичайної мережею. Забезпечується прозорість мережі для протоколів високого рівня. Всі вони набагато дорожчі, ніж концентратори, так як від них потрібна досить складна обробка інформації. Реалізуються вони зазвичай на базі комп'ютерів, підключених до мережі за допомогою мережевих адаптерів. По суті, вони являють собою спеціалізовані абоненти (вузли) мережі.

Мости - найбільш прості пристрої, що служать для об'єднання мереж з різними стандартами обміну, наприклад, Ethernet і Arcnet, або декількох сегментів (частин) однієї і тієї ж мережі, наприклад, Ethernet (рис. 1.11). В останньому випадку міст, як і комутатор, тільки розділяє навантаження сегментів, підвищуючи тим самим продуктивність мережі в цілому. На відміну від комутаторів мости приймають надіслані пакети цілком і в разі необхідності роблять їх найпростішу обробку. Мости, як і комутатори, працюють на другому рівні моделі OSI (мал. 1.10), але на відміну від них можуть захоплювати також і верхній підрівень LLC другого рівня (для зв'язку різнорідних мереж). Останнім часом мости швидко витісняються комутаторами, які стають більш функціональними.

Рис. 1.11. Включення мосту

Маршрутизатори здійснюють вибір оптимального маршруту для кожного пакета з метою уникнення надмірного навантаження окремих ділянок мережі і обходу пошкоджених ділянок. Вони застосовуються, як правило, в складних розгалужених мережах, що мають декілька маршрутів між окремими абонентами. Маршрутизатори не перетворюють протоколи нижніх рівнів, тому вони з'єднують тільки сегменти однойменних мереж.

Маршрутизатори працюють на третьому рівні моделі OSI, так  як вони аналізують не тільки MAC-адреси пакета, але і IP-адреси, тобто більш  глибоко проникають в інкапсульований пакет (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Функції маршрутизатора в моделі OSI

Існують також гібридні маршрутизатори (brouter), що представляють собою гібрид моста і маршрутизатора. Вони виділяють пакети, яким потрібна маршрутизація і обробляють їх як маршрутизатор, а для решти пакетів служать звичайним мостом.

Шлюзи - це пристрої для з'єднання мереж з сильно відмінними протоколами, наприклад, для з'єднання локальних мереж з великими комп'ютерами або з глобальними мережами. Це найдорожчі і рідко вживані мережеві пристрої. Шлюзи реалізують зв'язок між абонентами на верхніх рівнях моделі OSI (з четвертого по сьомий). Відповідно, вони повинні виконувати і всі функції нижчестоящих рівнів.