ما هو محول الشبكة: وظيفة وبنية وتصنيف بطاقات NIC

نظرًا لأن الاتجاهات في الذكاء الاصطناعي ، تتطلب البيانات الضخمة والتخزين الموزع والخدمات السحابية زمن انتقال أقل لدعم التطبيقات والخدمات في الوقت الفعلي المنتشرة على حافة الشبكة. أدى التحول الرقمي عبر الصناعات والحاجة إلى التعامل مع خدمات مثل 5G و IoT إلى نمو هائل في مراكز البيانات مع الضغط الهائل على وحدات المعالجة المركزية في عقد الحوسبة للبنية التحتية للخادم. يلعب محول شبكة الخادم دورًا لا غنى عنه في الانتقال من وضع Onload المرتكز على وحدة المعالجة المركزية إلى وضع البيانات المتمحور Offوضع التحميل. في السنوات الأخيرة ، كانت الصناعة تقدم باستمرار بطاقات شبكة جديدة لتلبية أحدث الاتجاهات في سيناريوهات الحوسبة مثل مراكز البيانات: واجهات عالية السرعة ، والقدرات المتوازية ، والمحاكاة الافتراضية للموارد. نظرًا لتطبيقها الواسع ، هناك أنواع مختلفة من محولات الشبكة في السوق ، مثل بطاقات NIC جيجابت و 10 جيجابت و PCI-X و PCIe NIC. في هذه المقالة ، نقدم مقدمة شاملة لبطاقات الشبكة من تعريفها ووظائفها ومكوناتها وأنواعها الشائعة.

ما هو NIC؟
يُطلق على NIC اسم بطاقة واجهة الشبكة ، والمعروف أيضًا باسم وحدة تحكم واجهة الشبكة. بطاقة الشبكة هي أحد مكونات الشبكة التي تعمل في طبقة الارتباط الثانية. عادة ما تكون لوحة دائرة كهربائية مثبتة على جهاز كمبيوتر للاتصال بالشبكة وتوفر اتصال شبكة خاص للكمبيوتر. على الرغم من أن محول الشبكة هو جزء صغير من اتصال شبكة الكمبيوتر ، إلا أنه يلعب دورًا لا غنى عنه. تعمل محولات الشبكة كمحول ، حيث تقوم بتحويل البيانات إلى إشارات رقمية يتم توصيلها باستخدام الكابلات أو أجهزة التوجيه اللاسلكية على شبكة الخادم. كواجهة في طبقة TCP / IP ، يمكن لبطاقة واجهة الشبكة (NIC) إرسال إشارات في الطبقة المادية والحزم في طبقة الشبكة. بغض النظر عن الطبقة ، فإنها تعمل كوسيط بين الكمبيوتر / الخادم وشبكة البيانات. عندما يطلب المستخدم صفحة ويب ، تحصل الشبكة المحلية على البيانات من جهاز المستخدم ، وترسلها إلى خادم الشبكة ، ثم تتلقى البيانات المطلوبة لعرضها على المستخدم.

مكونات NIC
تقليديًا، يتكون محول الشبكة من وحدة تحكم، وفتحة تمهيد ROM، وواحدة/أكثر NIC المنافذ، ومنفذ اللوحة الأم، ومؤشرات LED، والقوس، وبعض المكونات الإلكترونية الأخرى. كل مكون له وظيفته الفريدة:

• مراقب: باعتباره الجزء الأساسي لبطاقة الشبكة ، تحدد وحدة التحكم أداء NIC بشكل مباشر. تعمل وحدة التحكم مثل وحدة المعالجة المركزية الصغيرة لمعالجة البيانات الواردة.
• فتحة ROM للتمهيد: تسمح هذه الفتحة بتمكين وظيفة Boot ROM ، مما يسمح لمحطات العمل الخالية من الأقراص بالاتصال بالشبكة ، وبالتالي زيادة الأمان وتقليل تكاليف الأجهزة.
• منفذ NIC: عادةً ما يتم توصيل هذا المنفذ مباشرةً بكابل Ethernet أو وحدة بصرية لتوليد واستقبال الإشارات من كبلات الشبكة أو وصلات توصيل الألياف الضوئية.
• واجهة الحافلة: توجد هذه الواجهة على جانب لوحة الدائرة ، ويتم إدخال واجهة الناقل المعروفة باسم "الإصبع الذهبي" في فتحة توسيع اللوحة الأم للكمبيوتر ، وتستخدم للاتصال بين بطاقة الشبكة والكمبيوتر أو الخادم.
• مؤشر LED: يساعد المؤشر المستخدمين في تحديد حالة عمل محول الشبكة ، وما إذا كانت الشبكة متصلة ، وما إذا كان يتم نقل البيانات أم لا. على سبيل المثال ، يشير Link / Act إلى الحالة النشطة للاتصال ، ويشير Full إلى ما إذا كان مزدوجًا بالكامل ، ويشير Power إلى مؤشر الطاقة.
• قوس: هناك نوعان من الأقواس في سوق بطاقات شبكة PCI ، أحدهما هو قوس كامل الارتفاع بارتفاع 120 مم ، والآخر هو قوس نصف ارتفاع بارتفاع 80 مم. يمكن أن يساعد القوس المستخدم في إصلاح بطاقة الشبكة في فتحة التوسعة للكمبيوتر أو الخادم.

أنواع NIC
يمكن تصنيف محولات الشبكة إلى الأنواع التالية وفقًا لواجهة الناقل وسرعة الإرسال ومجال التطبيق.

التصنيف حسب البروتوكول:
وفقًا لبروتوكول الإرسال ، يمكن تقسيم محولات الشبكة إلى ثلاثة أنواع: بطاقة Ethernet ، وبطاقة FC ، وبطاقة IB.

• بطاقة إيثرنت (محول إيثرنت): باستخدام بروتوكول IP كبروتوكول الإرسال ، يتم توصيله بشكل عام بمحول Ethernet عبر كابل الألياف الضوئية أو كبل الزوج الملتوي. يستخدم المنفذ البصري كبل الألياف الضوئية لنقل البيانات ، وعادة ما تكون واجهة الوحدة النمطية المطابقة SFP و QSFP وما إلى ذلك. واجهات الألياف البصرية المقابلة هي LC و SC و MPO وما إلى ذلك. يتم توصيله بشكل عام بكبل زوج مجدول ، وهناك أيضًا عدد صغير من الواجهات المتصلة بكابل متحد المحور.
• بطاقة FC: الاسم العلمي هو القناة الليفية. يستخدم بروتوكول نقل القناة الليفية ويتصل بمفتاح القناة الليفية من خلال الكابلات الضوئية. هناك نوعان من الواجهات: البصرية والكهربائية. تشبه أوضاع النقل والوحدات النمطية المطابقة للمنافذ الضوئية تلك الخاصة ببطاقات Ethernet ، لكن المنافذ المقابلة هي فقط SC و LC. نوع الواجهة الكهربائية هو DB9 أو HSSDC.
• بطاقة IB: يستخدم Infiniband لتوصيل أجهزة FC / IP SAN وأجهزة NAS والخوادم ، ويستخدم كبروتوكول تخزين لـ iSCSI RDMA. توفر بطاقات InfiniBand زمن انتقال منخفض للغاية ، وإنتاجية فائقة للغاية ، ومحركات حوسبة شبكية مبتكرة توفر التسريع ، وقابلية التوسع ، والتقنيات الغنية بالميزات المطلوبة لأحمال العمل الحديثة اليوم.

التصنيف حسب سرعة الإرسال:
اعتمادًا على السرعة ، هناك بطاقات تكيف ذاتي 10/100 ميجابت في الثانية ، وبطاقات جيجابت 1000 ميجابت في الثانية ، وبطاقات 10 جيجابت ، و 25 جيجابت ، و 100 جيجابت ، وحتى بطاقات ذات سرعة أعلى.
بطاقة تكيف ذاتي بسرعة 10 ميجابت في الثانية / 100 ميجابت في الثانية: إنها النوع الشائع من بطاقات NIC في الوقت الحالي. يمكن أن تتكيف تلقائيًا مع اثنين من متطلبات شبكة النطاق الترددي المختلفة. يمكن توصيله بأجهزة شبكة قديمة بسرعة 10 ميجابت في الثانية ويمكن أيضًا تطبيقه على اتصال أجهزة الشبكة الأحدث بسرعة 100 ميجابت في الثانية ، لذلك تم التعرف عليه على نطاق واسع من قبل المستخدمين.
محول شبكة 1000 ميجابت في الثانية: يوفر نطاق ترددي أعلى لشبكة إيثرنت سريعة. Gigabit Ethernet هي تقنية LAN عالية السرعة توفر عرض نطاق ترددي بسرعة 1 جيجابت في الثانية عبر الأسلاك النحاسية. بطاقة الشبكة المقابلة هي بطاقة شبكة جيجابت ، والتي يمكن أن تصل أيضًا إلى عرض النطاق الترددي 1 جيجابت في الثانية. هناك نوعان من واجهات الشبكة لمحولات شبكة جيجابت ، أحدهما هو واجهة RJ45 العادية الملتوية للزوج ، والآخر هو واجهة الألياف جيجابت SFP / GBIC.

• بطاقة شبكة الألياف 10G: التيار الرئيسي هو بطاقة 10G Ethernet. مثل بطاقات Gigabit Ethernet ، تدعم بطاقات 10G Ethernet الألياف أحادية الوضع أو متعددة الأوضاع. يمنح استخدام بطاقات 10G Ethernet لمشغلي الشبكات مزيدًا من الحرية في تحديد مواقع مراكز البيانات ودعم شبكات الحرم الجامعي المتعددة في نطاق 80 كيلومترًا من بعضها البعض في نفس الوقت. في مراكز البيانات ، يمكن استخدام الألياف متعددة الأوضاع منخفضة التكلفة باعتبارها العمود الفقري لشبكة 10G بين المحولات والمفاتيح وبين المحولات والخوادم.

• 25G محول شبكة الألياف: بالمقارنة مع محول شبكة الألياف 10G ، فإن النطاق الترددي الأكبر لمحول شبكة الألياف 25G يلبي متطلبات الشبكة لمجموعة الحوسبة عالية الأداء. في ترقية الشبكة بمعدل 100G أو أعلى ، يعد محول شبكة الألياف 25G أحد البنى التحتية التي لا غنى عنها. في عملية ترقية مركز البيانات من 10G / 40G إلى 25G / 100G (واجهة الخادم هي 25G ، واجهة التبديل البيني 100G) ، المزيد والمزيد من الناس يدعمون 25GbE ، بما في ذلك Google ، Microsoft ، وموفرو السحابة الكبار الآخرون للتعرف المطلق على 25G.

• 40G بطاقة شبكة الألياف الضوئية: منفذ 40G QSFP + ، يستخدم بشكل أساسي للخوادم والأجهزة المتطورة. يوفر مهايئ شبكة الألياف الضوئية QSFP 40G تكاملاً بسيطًا في أي PCI Express X8 مع أداء شبكة 40 جيجابت محسّن بحيث لا يكون إدخال / إخراج النظام عقبة في تطبيقات الشبكة عالية الأداء. يمكن أن تدعم عرض النطاق الترددي للإرسال 40Gbps وفتحة PCI-E X8 القياسية ، مما يضمن العمل الفعال والمستقر لبطاقة الشبكة. بالإضافة إلى ذلك ، يدعم محول الشبكة وظائف مثل VLAN وسياسة QOS والتحكم في حركة المرور ، وهو مناسب لتطبيقات LAN المتوسطة والكبيرة.

• 100G محول شبكة الألياف الضوئية: مع تزايد الطلب على نقل البيانات بكميات كبيرة ، تحتاج الخوادم عادةً إلى تثبيت محولات شبكة متعددة لتلبية الطلب المتزايد على معالجة البيانات. بسبب هذه الميزة ، تتم ترقية شبكة مركز البيانات تدريجيًا من محولات شبكة 10G إلى 100G أو حتى معدلات أعلى. يتميز محول الشبكة 100G بإنتاجية عالية ، ومعالجة منخفضة للشبكة ، وقدرة على مساعدة وحدة المعالجة المركزية offتحميل وظائف الشبكة ، مما يوفر طاقة حوسبة وحدة المعالجة المركزية ويقلل من استهلاك الطاقة إلى الحد الأقصى.

التصنيف حسب أنواع واجهة الناقل:

• بطاقة شبكة ISA: تم إصدار هندسة الصناعة المعيارية في عام 1981 ، وهي عبارة عن هيكل ناقل متوافق مع معايير IBM. نظرًا لبطء سرعة الإدخال / الإخراج لواجهة ناقل ISA ، فقد تم التخلص منها تدريجيًا مع ظهور تقنية ناقل PCI في أوائل التسعينيات ، ونادرًا ما يتم رؤيتها الآن في السوق.
• بطاقة شبكة PCI: يطلق عليه "ربط المكونات الطرفية". إنه معيار ناقل محلي للكمبيوتر الشخصي تم تقديمه في عام 1993. نظرًا لأن سرعة الإدخال / الإخراج الخاصة به أسرع بكثير من سرعة بطاقة شبكة ناقل ISA (أعلى سرعة لـ ISA هي 33 ميجابايت / ثانية فقط ، بينما معدل نقل البيانات PCI 64 بت الحالي هو 266 ميغا بايت / ثانية) ، فقد حل تدريجياً محل معيار ISA السابق. يتم استخدام هذا النوع من بطاقات الشبكة في الخادم في البداية ، والذي يشيع استخدامه لاحقًا أيضًا في جهاز سطح المكتب ، وهو نوع واجهة بطاقة الشبكة السائدة. لا تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر اليوم على بطاقات توسعة ، ولكنها تستخدم بطاقات شبكة مضمنة. لذلك ، تم استبدال بطاقات شبكة PCI بواجهات ناقل أخرى مثل واجهات PCI-X أو USB.
• بطاقة شبكة PCI-X: PCI-X هي تقنية ناقل PCI محسّنة. مقارنةً بـ PCI الأصلي ، تتضاعف سرعة الإدخال / الإخراج ، كما أن سرعة نقل البيانات أسرع من واجهة PCI. تتميز بطاقة واجهة ناقل PCI-X بشكل عام بعرض ناقل 32 بت ، ولكنها تدعم أيضًا تشغيل 64 بت ، حتى 1064 ميجابايت / ثانية. في معظم الحالات ، تكون فتحات PCI-X متوافقة مع الإصدارات السابقة مع بطاقات PCI NIC.
• بطاقة شبكة PCle: بطاقة PCIe هي بطاقة NIC مع منفذ PCIe وتستخدم كمنفذ توسعة لتوصيلات اللوحة الأم. على وجه التحديد ، يمكن إدخال بطاقات التوسيع المستندة إلى PCI في فتحات PCIe على اللوحة الرئيسية للأجهزة مثل المضيفين والخوادم ومفاتيح الشبكة. تحتوي معظم اللوحات الأم للكمبيوتر الآن على فتحات PCIe مخصصة لبطاقات PCIe. بشكل عام ، سيكون عرض الفتحة هو نفسه عرض بطاقة الشبكة ، أو حتى أوسع.

تقوم FiberMall بشكل مستقل بتطوير بطاقات NIC للألياف الضوئية ذات منفذ واحد وثنائي المنفذ و 1000 منافذ بسعة 10M ، و 25 G ، و 40 G ، و 100 G ، و 4 G ، استنادًا إلى رقائق تحكم Intel و NVIDIA ، وتوفر حلول NIC من الألياف البصرية المخصصة.

تصنيف	فايبرمول PN	مراقب	تفاصيل
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FMI210-1G-S1	إنتل I210	محول الألياف PCIe x1 Gigabit SFP 1 Port Fiber
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FM82576-1G-S2	إنتل 82576	محول الألياف ثنائي المنافذ PCIe x4 Gigabit SFP
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FMI350-1G-S4	إنتل I350	محول الألياف PCIe x4 Gigabit SFP رباعي المنافذ
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FM82599EN-10G-S1	إنتل 82599EN	PCI Express x8 Single Port SFP + 10 Gigabit Server Adapter
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FM82599ES-10G-S2	انتل 82599ES	PCI Express x8 Dual Port SFP + 10 Gigabit Server Adapter
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FMX710-10G-S2	إنتل X710-BM2	محول PCI Express v3.0 x8 10Gigabit ثنائي المنافذ Ethernet Server
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FMXL710-10G-S4	إنتل XL710-BM1	محول خادم إيثرنت PCI Express v3.0 x8 بسرعة 10 جيجابت رباعي المنافذ
بطاقة NIC بسعة 25 جيجابت	FMXXV710-25G-S2	إنتل XXV710	محول خادم إيثرنت PCIe v3.0 x8 25 جيجابت ثنائي المنفذ
بطاقة NIC بسعة 25 جيجابت	4121A-ACAT-25GS2	نفيديا 4121A-ACAT	محول شبكة ConnectX-4 Lx EN ، 25 جيجابت ثنائي المنافذ SFP28 ، PCIe3.0 x 8
بطاقة NIC بسعة 40 جيجابت	FMXL710-40G-Q1	إنتل XL710-BM1	محول PCIe v3.0 x8 40 Gigabit 1 Port Server Ethernet
بطاقة NIC بسعة 40 جيجابت	FMXL710-40G-Q2	انتل XL710	محول إيثرنت PCIe v3.0 x8 40 جيجابت ثنائي المنفذ
بطاقة NIC بسعة 100 جيجابت	FME810-100G-Q2	إنتل E810-CAM2	محول إيثرنت PCIe v4.0 x16 100 جيجابت ثنائي المنفذ

وفي الختام

تتطلب سيناريوهات التطبيق المختلفة أنواعًا مختلفة من بطاقات واجهة الشبكة (NIC) ، ومن الصعب على بطاقة واجهة شبكة (NIC) واحدة تلبية سيناريوهات تسريع معقدة ومتنوعة. مع تحسين حرارة السوق والقدرات التقنية ، فإن سوق مهايئ الشبكة المستقبلي سيقدم أيضًا المزيد من الاحتمالات ، مثل أحدث محول شبكة OCP NIC 3.0. لذلك ، سواء كنت تبحث عن بطاقة شبكة كمبيوتر منزلية أو بطاقة شبكة خادم لاستخدامها في مؤسسة أو مركز بيانات ، فأنت بحاجة إلى فهم أساسيات بطاقات الشبكة بوضوح قبل الشراء.