PROSTA SIEĆ KOMPUTEROWA

Wszystkim, czego potrzebujesz, jest tylko kabel...

Elektor 3/98

Połącze­nie dwóch komputerów lub większej ich liczby ma taką zaletę, że możliwe jest wspólne korzystanie z tych samych pli­ków, drukarek, modemów, napędów dysków i ZIP-ów oraz CD-ROM-ów, Z Internetem przyszła moda na jednoczes­ny udział w trójwymiarowych grach dla większej liczby uczestników. Mogą oni wspólnie przedzierać się przez prze­strzenne labirynty albo razem podróżo­wać przez kosmos. Takie opcje mają dobrze znane gry, jak Doom. Duke Nu-kem 3D, Quake. Outlaws, X-Wing kont­ra T-F-lghter i jeszcze wiele innych.

Niektóre z nich są uruchamiane na central­nym serwerze poprzez Internet, lecz także mogą funkcjonować za pośred­nictwem sieci TCP/IP sieci IPX, mode­mu albo łącza null-modem. Rodzaj łącza, który byłby najbardziej odpowiedni do połączenia pojedynczych komputerów, zależy od przewidzianej aplikacji, którą chcemy uruchomić.

Kabel null-modem

Kabel null-modem jest dobrym rozwią­zaniem do przesyłania względnie małych ilości danych. Tanie łącze szerego­we nadaje się wyłącznie do transferu małych ilości danych oraz do niektó­rych gier dla wielu uczestników. Naj­większa wydajność, jaką może osiąg­nąć port RS232 przy pomocy takiego kabla, wynosi 115200 bodów. Szerego­wa transmisja danych z jednym bitem startu, ośmioma bitami danych oraz jednym bitem stopu zapewnia skutecz­ną szybkość transferu równą 10250 baj­tów na sekundę, czyli 36MB na godzi­nę. Komputer musi być szybki (przynaj­mniej 486) i zalecane jest wyposażenie go w UART (Universal Asynchronous Receiver/Transrnitter) typu 16550. Łatwo można sprawdzić, czy ten układ scalony jest zainstalowany w kompute­rze, przy pomocy programu MSD (stan­dardowy program w DOS-ie). Urucho­miony MSD wyświetla typ UART dla Każdego portu COM: 8250, 16450 lub 16550. Typ 8250 ma wydajność zaled­wie 9600 bodów. Począwszy od proce­sora 286 były instalowane szybsze ty­py: 16450, 82450 i 16550, mogące przesyłać dane z szybkością 115200 bodów. Niektóre programy informują o powolnym typie 8250, gdy w rzeczy­wistości komputer zawiera typ 16450. Tylko typ i 6550 jest wyposażony w bu­for Typ 16550 jest standardem w licz­nych modemach wewnętrznych i pły­tach głównych dla procesorów Pen­tium. Wielozadaniowe systemy opera­cyjne, jak Windows 95, Windows NT lub Linux, „nogą doświadczyć proble­mów z synchronizacją, jeżeli brak jest bufora UART. Brak ten objawia się taki­mi usterkami, jak spowolnienie tempa transferu, gubienie pakietów danych, itp.

Zalecane jest wyłączenie bufora FIFO w typie 16550 dla portu, do którego została dołączona mysz. Bufor ten może niekiedy wywołać takie efekty, jak „zamrożenie” wskaźnika myszy po kil­ku ruchach. W systemie operacyjnym Windows 95 bufor ten jest wyłączany sekwencją Control Panel/System/Device Manager/Ports/COM1(mouse) /Properties/Settings /Advanced/Use FIFO Buffers (czy tez: Panel Sterowania/System/Menedżer urządzeń/Porty /COM1/Właściwości/Ustawienia portu/Zaawansowane/Użyj buforów FIFO). W przypadku problemów z komunikacją w ten sam sposób możliwe jest w pewnym stopniu zredukowania szybkości FIFO. W Win­dows 3.11 konieczne jest dodanie jed­nej linii do pliku SYSTEM.INI poniżej na­główka [386Enh]:              CQM1FIFO=0.

Komenda ta wyłącza bufor FIFO dla myszy połączonej z portem COM1. Przypominamy: przed wykonaniem ja­kichkolwiek zmian trzeba zrobić kopię pliku SYSTEM.INI!

Po rozpatrzeniu pułapek układów UART zwróćmy nasza uwagę na kabel null-modem. Kabel taki tworzy połączenie między portami szeregowymi (RS232) dwóch komputerów. Port RS232 pier­wotnie był przewidziany do połączeń między DTE (Data Terminal Equipment) a DCE (Data Communication Eguipment). Kabel D25 między komputerem a modemem jest przykładem takiego właśnie połączenia, nazywanego łą­czem DTE/DCE.

Przeciwnie do tego rozwiązania, kabel null-modem jest stosowany do tworze­nia połączeń DTE/DTE. Wymaga ono skrzyżowania niektórych żył w kablu między wtykami. Najważniejszymi ze styków są TxD (Transmit Data) oraz RxD (Recgive Data). Te żyły i żyła masy (GND) tworzą najprostszy z możliwych, trójżyłowy kabel null-modem. Jedynym problemem w takim trójżyłowym łączu jest brak sprzętowego „uścisku dłoni” (handshaking) między zaangażowany­mi komputerami.

W kablu trójżyłowym końcówka pytają­ca, czy dane mogą zostać wysłane (Request to Send) jest połączona bezpo­średnio z końcówką odbierającą odpo­wiedź 2 drugiego komputera (Clear to Send). Ten układ skutkuje „narcysty­cznym” połączeniem: komputer zasta­nawia się czy może wysłać dane „myś­ląc”, ze rozmawia z drugim kompute­rem. Tak samo, jak prawdziwy Narcyz, komputer sam sobie odpowiada. Czyli konwersacja wygląda następująco: „Czy mogę wysłać? - Tak, zawsze mo­gę wysłać i sam decyduję”.

Jeżeli zdarzy się, że dwa współpracują­ce komputery różnią się parametrami, to wolniejszy z nich musi przejąć rolę komputera host (nadrzędnego), ponie­waż to host decyduje o szybkości wy­miany danych. W przypadku proble­mów z komunikacją dobrze będzie sprawdzić, czy transmisja w przeciw­nym kierunku funkcjonuje prawidłowo. Może okazać się, że właśnie różne szybkości transmisji są powodem kłopotów, a podstawową przyczyną jest różne taktowanie komputerów. W takiej sytuacji konieczne jest użycie kabla o liczbie żył większej od trzech, gdyż jest to jedyny sposób zapewnienia sprzętowego handshakingu (patrz ry­sunek 1). Programy rozpoznające jedynie hardware'owy handshaking nie bę­dą zatem współpracowały poprzez trójżyłowy kabel null-modem.

Kompletne bezmodemowe połączenie składa się z siedmiu żyt oraz 25- lub 9-stykowych złącz sub-D. Na tylnym pa­nelu komputera zawsze umieszczane są złącza męskie, a więc obydwa koń­ce kabla muszą być zaopatrzone w złą­cza żeńskie. Mysz zwykle jest dołączo­na do portu COM1, zatem do takich eksperymentów jest wykorzystywany 25-stykowy port COM2.

Istnieje kilka typów połączeń typu null-modem. Rozwiązanie najbardziej kosztowne, ale także najbardziej elastyczne, składa się z dwóch uniwersalnych kabli modemowych oraz adaptera null-modem. Uniwersalny kabel modemowy ma 25 żył; na jednym końcu zawiera 25-stykowe złącze męskie, natomiast na drugim dwa złącza, obydwa żeńs­kie; 25-stykowe i 9-stykowe. Adapter null-modem jest małym zespołem 2 dwoma 25-stykowymi złączami żeńs­kimi. Adapter łączy końce kabli z oby­dwu komputerów. Taka kombinacja na­daje się dla wszystkich portów COM ty­pu D9 i D25. Cena łącza w tym dwóch kabli po 1,8m) wynosi około 90zł (ceny brytyjskie).

Za około 60 zł możemy wykonać łącze z pojedynczego uniwersalnego kabla modemowego i adaptera null-modem. Adapter jest wyposażony w gwintowa­ne słupki, do których pasują śruby złą­cza kablowego. Przeszkadzają one, je­żeli adapter ma być bezpośrednio umieszczony w gnieździe portu COM komputera. Możliwe jest rozmontowanie złącza i usuniecie tych słupków z jednej strony adaptera, tak że może on być wsunięty do złącza portu COM. Co prawda nie jest to szczególnie elegan­ckie rozwiązanie, ponieważ nie ma możliwości zamocowania adaptera po takiej modyfikacji.

Innym wyjściem jest zakupienie kabla szeregowego D25 ze złączami żeński­mi do obu stronach i zmodyfikowanie go zgodnie z rysunkiem 1, szczególnie jeżeli połączenie styków z żyłami me jest zalane tworzywem sztucznym. Łatwość korzystania z łącza null-modem w przeważającym stopniu zależy od użytego oprogramowania. PC BIOS może (albo, co najwyżej potrafi) pora­dzić sobie z transmisją o szybkości 19200 bodów. Całe oprogramowanie łącza null-modem dla MS-DOS ma do­stęp do rejestrów UART bezpośrednio, a nie przez BIOS. Tylko w ten sposób można osiągnąć szybkość wymiany danych równą 115200 bodów.

Najlepiej znanym programem obsługu­jącym takie połączenia jest LapLink, lecz także Norton Commander zawiera opcję Link. Poczynając od MS-DOS 6.x. opcja interłink zapewnia standardowe środki do połączenia dwóch kompute­rów. Windows 95 są wyposażone w opcję Direct Cable Connection (bezpośre­dnie połączenie kablowe). Autor artyku­łu do okazyjnego stosowania preferuje Norton Commandera 4.0. Ponieważ program ten jest powszechnie stosowa­ny jako interfejs użytkownika, naturalne stało się zastosowanie go także do ko­munikacji między komputerami. NC 4,0 ma jeszcze jedną zaletę: możliwość wy­bierania zawartości wielu katalogów i kopiowania jej. Przy odrobinie cierpli­wości możliwe jest nawet przesłanie ca­łej zawartości jednej partycji twardego dysku w trakcie jednej operacji. Oczy­wiście, przy szybkości transmisji 35MB na godzinę nie odbywa się to w rewela­cyjnie krótkim czasie.

Przy zastosowaniu NC użytkownik wy­biera Menu/Right lub Left/Link: pierw­szy komputer konfigurowany jest jako master (nadrzędny), a drugi - jako slave (należy zwrócić uwagę na prawidło­wy wybór portów COM!). Napędy kom­putera podporządkowanego pojawiają się wówczas na ekranie komputera nadrzędnego jako normalne okno z możliwością wyboru, kopiowania, ka­sowania plików oraz tworzenia podkatalogów. Istnieje też możliwość wyko­rzystania NC 4.0 z równoległym kablem połączeniowym i utworzenia szybszego łącza.

Kabel Interlink

Jeżeli chcemy dokonać szybszego tran­sferu danych, to potrzebujemy zmodyfi­kowanego kabla równoległego. Jako pierwszy wprowadził tę nowość Lap-Link, a wkrótce po nim Norton w NC 4.0. Microsoft przyjął to rozwiązanie w MS-DOS 6.x pod nazwą Intertink. W Win­dows 95 opcja ta została nazwana Di­rect Cable Connection. Wadą kabla równoległego jest względnie mała od­ległość między komputerami, ograni­czona do kilku metrów. Największa zaleta to duża szybkość transmisji. Szyb­kość jest ograniczona typem portu dru­karki oraz rodzajem zastosowanego kabla.

Do dyspozycji mamy różne typy kabli. Po pierwsze, kable 4-bitowe dla progra­mów LapUnk, NC i Windows 95. Na­stępnie kabel 8-bitowy dla NC. Kabel ECP szybszy od innych, może współ­pracować tylko z portami ECP. Wresz­cie istnieje też „inteligentny” zespół o nazwie Universal Connection Module (UCM) samodzielnie sprawdzający ty­py portów równoległych i konfigurujący sam siebie w zwyczajnym trybie 4-bitowym albo w trybie ECP W zwykłym try­bie szybkość transferu leży między 40 a 70 kB/s. W trybie ECP może osiągnąć nawet 400 kB/S.

Port Centronics oficjalnie jest portem dwukierunkowym (dane są przesyłane w obydwu kierunkach). W praktyce sto­sowana była bardziej ekonomiczna im­plementacja: przez wiele lat drukarki wprost połykały bajty wysyłane przez komputer, a same wydawały głos - okrzyk protestu - wyłącznie po zużyciu zapasu papieru. Współczesne drukarki są bardziej dojrzale i o wiele bardziej skłonne do „pogawędek”, czego skut­kiem stało się opracowanie dwukierun­kowych, interfejsów równoległych (PS/2, EPP, ECP).

Staromodny interfejs Centronics ma 8 linii danych, mogących wyłącznie wy­syłać dane. Port równoległy jest kontro­lowany przez 3 rejestry: 8-bitowy rejestr danych (do zapisu i odczytu), 5-bitowy rejestr stanu (tylko do odczytu) i rejestr sterujący (do zapisu i odczytu). Linie stanu są „nadużywane” przez kabel In­terlink w celu umożliwienia także odbio­ru danych. Jeżeli 5 przychodzących li­nii stanu zostanie połączonych „na krzyż” z wychodzącymi liniami danych na drugim końcu, powstaje 5-bitowe łą­cze równoległe. Podstawowy rodzaj kabla tworzony jest metodą łączenia „na krzyż” styków 2, 3, 4, 5, 6 ze styka­mi 11, 10, 12, 13 i 15, styk 25 pełni ro­lę masy (patrz rysunek 2a). Dla polep­szenia ekranowania stosowane są do­datkowe linie uziemiające (styki 18 i 24). Taki kabel, zapewnia więc równo­legle przesyłanie 5 bitów. Jedna z żyt realizuje handshaking, a przez pozosta­łe toczy się 4-bitowy strumień danych. Rejestr sterujący zawiera bit, który po­woduje włączenie lub wyłączenie rów­noległego portu dwukierunkowego. Gdybyśmy mieli zamiar połączyć wyj­ścia (linie danych) dwóch standardo­wych portów równoległych, to mamy spore szansę na uszkodzenie przynaj­mniej jednego zestawu wyjść. Co wię­cej, nie jest możliwe odczytywanie da­nych przez standardowy port równoległy. Dane odczytane z rejestru danych nie są tymi danymi, które zostały przy­słane do portu z zewnątrz, lecz są ostat­nimi danymi zapisanymi w rejestrze przez sam komputer.

W przypadku prawdziwego portu dwu­kierunkowego linie wyjść mają stan wy­sokiej impedancji po włączeniu trybu dwukierunkowego (bit sterujący usta­wiony). Dane, które zostały zapisane w rejestrze danych, pozostają w bufo­rze, nie przesuwając się do wyjścio­wych linii danych. Przy odczytywaniu rejestru danych odczytywany jest aktu­alny stan linii danych tego portu. Z opi­su tego jasno wynika, że port dwukie­runkowy nie realizuje operacji typu dup­leks. Bit sterowania dwukierunkowego służy do spowodowania, by port zacho­wywał się albo jak wejście, albo jak wy­jście. Poprzez odpowiednie użycie jed­nej linii stanu lub większej ich liczby dla handshakingu, dwa połączone ze sobą porty będą odpowiednio przełączane między trybami nadawania i odbioru, aby łączność między komputerami by­ła naprawdę 8-bitowa. Musimy zastoso­wać 8-bitowy kabel ECP, jeżeli zależy nam na użyciu portu równoległego w taki sposób. Kabel ECP łączy wszys­tkie 8 linii danych, a poza tym „na krzyż” - rozmaite linie stanu (patrz rysu­nek 3). Jeżeli taki kabel zostanie dołą­czony do portu jednokierunkowego, można oczekiwać uszkodzenia wyjść, czyli linii danych.

Nowoczesny port ECP, czyli Extended Capabilities Port, jest dwukierunkowy zawiera zwiększony rejestr sterujący, który (poza innymi funkcjami) daje możliwość konfigurowania trybów pra­cy: SPP, EPP lub ECP. Port ECP używa przerwania (IRQ7 dla LPT1, IRQ5 dla LPT2) do pochwycenia strumienia da­nych; jest wyposażony w bufor FIFO i wsparcie DMA; pracuje w trybie de­kompresyjnym; ma własny handsha­king. Jest zatem lepiej przystosowany do wielozadaniowych systemów opera­cyjnych i o wiele lepszy (szybszy) dla bezpośredniego połączenia kablo­wego. Zakres szybkości transferu roz­ciąga się od 200 do 400 kB/s. Także transfer danych przez normalny kabel 4-żyłowy odbywa się szybciej po połą­czeniu nim portów ECP Największe możliwe szybkości transferu (200 do 400 kB/s) wymagają zastosowania spe­cjalnych kabli ECP lub UCM.

Sposób transmisji danych przez kabel UCM można poznać z informacji poroz­rzucanych po Internecie, Oprogramo­wanie w języku C++ rozpoznaje rodzaj portu: standardowy czy ECP. Przełącz­nik elektroniczny, normalnie zapewnia­jący tryb 4-bitowy, przestawia się w tryb ECP po otrzymaniu sygnału stanu od programu. Natychmiast po uaktywnie­niu trybu ECP w porcie równoległym (via BIOS) port ten stosuje przerwanie 7. Jeżeli w komputerze jest zainstalo­wana karta dźwiękowa, często zacho­dzi konflikt przerwań. Tryb ECP może być stosowany po skonfigurowaniu kar­ty dźwiękowej na inne przerwanie (5).

Poszukiwania poprzez Internet zaowo­cowały zebraniem sześciu różniących się opisów standardowego 4-bitowego kabla Interlink. Połączyliśmy dwa z tych opisów wraz z opisem kabla dla Norton Commandera na jednym rysunku (patrz rysunek 2).

Wersja prosta (rysunek 2a) pracuje z LapLink, Fastlynx, XTLink, Ebox oraz MS-DOS 6.x Interlink. Wersja dla Win­dows 95 (rysunek 2b) zawiera dwie dodatkowe żyły, łączące styki 16 i 17.

Jedynym...