Was ist ein Netzwerkadapter: Funktion, Aufbau und Klassifizierung von NICs

Als Reaktion auf den wachsenden Trend zu künstlicher Intelligenz, Big Data und verteilter Speicherung besteht ein Bedarf an geringerer Latenz, um Echtzeitanwendungen und -dienste am Rand des Netzwerks zu ermöglichen. Aufgrund der digitalen Transformation in fast allen Sektoren und der Suche nach Möglichkeiten, beispielsweise Dienste wie 5G und IoT bereitzustellen, ist die Zahl der Rechenzentren rasant gestiegen, was zu einem hohen Druck auf die CPUs in den Rechenknoten der Serverinfrastruktur geführt hat. Der Übergang vom CPU-fokussierten Onload-Modus zum datenfokussierten Offload-Modus wird teilweise durch den Server-Netzwerkadapter ermöglicht. In letzter Zeit hat die Branche aktiv neue Zoom-Werke auf den Markt gebracht, die für viele neue, bezaubernde Szenarien von Computerberechnungen, Rechenzentren, Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, parallelen Funktionen und Ressourcenvirtualisierung erforderlich sind. Aufgrund ihrer umfassenden Verwendung sind auf dem Markt viele Arten von Adaptern für Gigabit und 10 Gigabit, PCI-X und PCIe NIC erhältlich. In diesem Artikel bieten wir einen ganzheitlichen Überblick über Netzwerkkarten und geben einen Hintergrund zu Definition, Funktion, Struktur und Arten von Netzwerkkarten.

Was ist NIC?
NIC steht für Network Interface Card, auch als Network Interface Controller bezeichnet. Es handelt sich um eine Computerhardwarekomponente, die im Wesentlichen auf der zweiten Verbindungsschicht, der Netzwerkkarte, arbeitet. Normalerweise handelt es sich dabei um eine gedruckte Schaltung, die sich auf Computern für Netzwerkverbindungen befindet und eine dedizierte Netzwerkfunktion für den Computer bietet. Obwohl ein Netzwerkadapter ein sehr kleines Element für Computernetzwerke ist, ist seine Anwesenheit sehr wichtig. Einige Netzwerkadapter fungieren als Multimodem, das die Daten kodiert, die über Kabel oder ein drahtloses Modem im Netzwerk gesendet werden sollen. Abgesehen davon, dass eine NIC auf den Protokollen der physischen und Netzwerkschicht als internes Verbindungsgerät in Computernetzwerken arbeitet, kann sie auch Signale in Form von Paketen an einen PC senden und von diesem empfangen. Überall von der physischen Schicht bis zu den oberen Schichten im OSI-Modell übernimmt sie die Rolle der Verbindung zum Computer/Server und zum Datennetzwerk. Sobald der Benutzer eine Webseite anfordert, sammelt das LAN die Informationen vom Gerät des Benutzers, leitet sie an den Netzwerkserver weiter und sucht dann die erforderlichen Informationen, um sie dem Benutzer anzuzeigen.

Komponenten von NIC
Traditionell besteht ein Netzwerkadapter aus einem Controller, einem Boot-ROM-Steckplatz und einem/mehreren NIC Anschlüsse, ein Motherboard-Anschluss, LED-Anzeigen, eine Halterung und einige andere elektronische Komponenten. Jede Komponente hat ihre eigene einzigartige Funktion:

• Controller: Der Network Interface Controller ist das Herzstück der Netzwerkkarte, beeinflusst jedoch maßgeblich die Leistung der Netzwerkkarte. Der Controller verarbeitet eingehende Daten wie eine CPU.
• Boot-ROM-Steckplatz: Über diesen speziellen Steckplatz kann die Boot-ROM-Funktion aktiviert werden. Dies wiederum ermöglicht dem Netzwerk, über plattenlose Arbeitsstationen zu verfügen und bietet somit ein höheres Maß an Sicherheit bei gleichzeitiger Reduzierung des Hardwareaufwands.
• NIC-Port: Dies bezieht sich normalerweise auf Strom- und Funk-Ethernet-Kabel, bei denen entweder ein Ethernet-Kabel oder ein optisches Modul eine Verbindung zu Netzwerkkabeln oder Glasfaser-Jumpern herstellt und über diese Signale empfängt.
• Busschnittstelle: Diese spezielle Schnittstelle befindet sich ebenfalls an einer der Kanten der Platine. Sie wird auch Busschnittstelle genannt. Golden Fingers Jisban bezeichnet einen Erweiterungssteckplatz auf der Hauptplatine eines Computers für Netzwerk- und/oder Serverzwecke, in diesem Fall die Netzwerkkarte.
• LED-Anzeige: Anhand dieser Anzeige kann der Benutzer erkennen, ob der Netzwerkadapter eine Verbindung zum Netzwerk hergestellt hat, ob Daten gesendet werden oder ob der Adapter funktionsfähig ist oder nicht. Eine Link- oder Act-Anzeige informiert den Benutzer über die angezeigte Beziehung, „Full“ ist eine Voll-/Leer-Anzeige, um einen Byte anzuzeigen, und „Power“ ist die Betriebsanzeige.
• Halterung: Auf dem Markt für PCI-Netzwerkkarten gibt es zwei Halterungen; eine ist eine Halterung mit voller Höhe und einer Höhe von 120 mm; die andere ist eine Halterung mit halber Höhe und einer Höhe von 80 mm. Die Halterung wird vom Benutzer auch verwendet, um die Netzwerkkarte im Erweiterungssteckplatz eines Computers oder Servers zu stützen.

Arten von NIC
Netzwerkadapter können je nach Busschnittstelle, Übertragungsgeschwindigkeit und Anwendungsdomäne in die folgenden Typen eingeteilt werden.

Klassifizierung nach Protokoll:
Je nach Übertragungsprotokoll lassen sich Netzwerkadapter in drei Typen einteilen: Ethernet-Karte, FC-Karte und IB-Karte.

• Ethernet-Karte: Der Ethernet-Adapter ist eine Ergänzung zu einem Computer, der ein IP-Protokoll als Übertragungsprotokoll verwendet. Der Ethernet-Adapter wird am besten über ein Twisted Pair-Kabel oder Glasfaserkabel mit dem Ethernet-Switch verbunden. Die Datenübertragung erfolgt über den optischen Port mithilfe eines Glasfaserkabels und die gemeinsame Modulschnittstelle ist SFP, QSFP usw. Glasfaserkabel haben entsprechende Anschlüsse wie LC, SC und MPO sowie andere Anschlüsse. Die meisten elektrischen Anschlüsse ähneln den RJ45-Typen, da die meisten mit Twisted Pair-Kabeln verwendet werden können. Einige der Schnittstellen umfassen jedoch Koaxialkabel, die nur selten verwendet werden.
• FC-Karte: Sehr wissenschaftlicher Name: Fibre Channel. Sie besteht aus Optiken, die eine Glasfaserübertragung basierend auf dem Fibre-Channel-Protokoll zu einem Fibre-Channel-Switch ermöglichen. Ein solcher Fibre-Channel-Switch verfügt sowohl über optische als auch über elektrische Anschlüsse. Die Anschlüsse für Verbindung und Übertragung sowie die Anpassung sind normalerweise SC und LC, und die Anschlüsse der verwendeten Ethernet-Verbindungskarten sind HSSDC-Anschlüsse. In einem DB9-Anschluss untergebracht ist ein elektrischer Schnittstellentyp.
• IB-Karte: Infiniband-Wohnzimmer verbindet FC/IP-SAN-Geräte, NAS-Geräte und Server und funktioniert als iSCSI-RDMA-Speicherprotokoll. InfiniBand-Adapter verwenden die fortschrittlichsten Computermethoden mit ultraniedriger Latenz und ultrahohem Durchsatz sowie einen Netzwerk-Engine-Komplex, der Anwendungen die erwartete Geschwindigkeit, Erweiterbarkeit und umfassende technologische Funktionen für die heutigen Arbeitslasten bietet.

Klassifizierung nach Übertragungsgeschwindigkeit:

Eine digitale selbstanpassende Karte für jede der verfügbaren Geschwindigkeiten, darunter: 10/100 Mbit/s-Karten, 1000 Mbit/s- oder Gigabit-Karten, die 10 konfigurierbaren Geschwindigkeitskarten mit 25 bzw. 100 und noch mehr.

10/100 ist die am weitesten verbreitete selbstanpassende NIC-Karte und wird voraussichtlich auch die zukünftige Benutzeroberfläche sein. Sie ist ein Scharfschützengewehr mit zwei Geschwindigkeiten und zwei Fast-Ethernet-Punkten und der Kompatibilität mit dem älteren 10-Mbit/s-Netzwerk und den neuen 100-Mbit/s-Netzwerkgeräten. Sie wurde daher von den Benutzern gut angenommen.

Für Benutzer, die mehr Erfahrung benötigen, ist diese hohe Bandbreite bei Ethernet üblich. Gigabit-Ethernet ist eine fortschrittliche Technologie für lokale Netzwerke, die über Kupferkabel funktioniert und eine Bandbreite von bis zu 1 Gbit/s bietet. Die Übertragung dieser analogen Welleninformationen über das Internet erfolgt in Bits: Die Nethandmic-Einzelfrequenz von einer Gigabyte-Breitbandfrequenz ist die entsprechende Netzwerkkarte. Sie erreicht auch die volle Bandbreite von 1 Gigabit pro Sekunde. Es gibt zwei Arten dieser Schnittstellen, die standardmäßig mit Gigabit-Netzwerkadaptern geliefert werden, wobei eine einen RJ-45-Stecker mit Kupfer-Twisted-Pair-Stecker verwendet. Die zweite ist die Gigabit-Glasfaser-SFP-GBIC-Verbindung.

• 10G-Glasfaser-Netzwerkkarte: Sein Mainstream ist die 10G-Ethernet-Karte. Wie Gigabit-Ethernet-Karten unterstützen 10G-Ethernet-Karten Singlemode- oder Multimode-Glasfaser. Die Verwendung von 10G-Ethernet-Karten gibt Netzwerkbetreibern mehr Freiheit, Rechenzentren zu lokalisieren und gleichzeitig mehrere Campus-Netzwerke innerhalb von 80 Kilometern voneinander zu unterstützen. In Rechenzentren können kostengünstige Multimode-Fasern als Backbone eines 10G-Netzwerks zwischen Switches und Switches sowie zwischen Switches und Servern verwendet werden.

• 25G-Glasfaser-Netzwerkadapter: Im Vergleich zum 10G-Glasfaser-Netzwerkadapter erfüllt die größere Bandbreite des 25G-Glasfaser-Netzwerkadapters die Netzwerkanforderungen von Hochleistungs-Computing-Clustern. Beim Netzwerk-Upgrade von 100G oder höher ist der 25G-Glasfaser-Netzwerkadapter eine der unverzichtbaren Infrastrukturen. Beim Upgrade des Rechenzentrums von 10G/40G auf 25G/100G (Serverschnittstelle ist 25G, Switch-Verbindungsschnittstelle ist 100G) unterstützen immer mehr Menschen 25GbE, darunter Google, Microsoft und andere große Cloud-Anbieter für die absolute Anerkennung von 25G.

• 40G-Glasfaser-Netzwerkkarte: Ein 40G-QSFP+-Port, der hauptsächlich für Server und High-End-Geräte verwendet wird. Der 40G-Glasfaser-Netzwerkadapter mit optischem QSFP-Port bietet eine einfache Integration in jeden PCI Express X8 mit 40-Gigabit-Netzwerkleistung, die so optimiert ist, dass die Systemeingabe/-ausgabe kein Engpass in Hochleistungsnetzwerkanwendungen darstellt. Es kann eine Übertragungsbandbreite von 40 Gbit / s und einen PCI-E X8-Standardsteckplatz unterstützen, wodurch eine effiziente und stabile Arbeit der Netzwerkkarte gewährleistet wird. Darüber hinaus unterstützt der Netzwerkadapter Funktionen wie VLAN, QOS-Richtlinie und Verkehrssteuerung, was für mittelgroße LAN-Anwendungen geeignet ist.

• 100G-Glasfaser-Netzwerkadapter: Mit der steigenden Nachfrage nach massiver Datenübertragung müssen Server normalerweise mehrere Netzwerkadapter installieren, um den hohen Bedarf an Datenverarbeitung zu decken. Aufgrund dieser Funktion wird das Rechenzentrumsnetzwerk schrittweise von 10G- auf 100G-Netzwerkadapter oder sogar noch höhere Raten aufgerüstet. Der 100G-Netzwerkadapter bietet einen hohen Durchsatz, eine Netzwerkverarbeitung mit geringer Latenz und die Fähigkeit, die CPU beim Auslagern von Netzwerkfunktionen zu unterstützen, wodurch CPU-Rechenleistung gespart und der Stromverbrauch auf ein Maximum reduziert wird.

Einteilung nach Typen der Busschnittstelle:

• ISA-Netzwerkkarte: Die Netzwerkkarte mit Industriestandardarchitektur wurde 1981 hergestellt. Sie war busbasiert und konnte in IBM-Geräte integriert werden. Aufgrund der relativ langsamen E/A-Geschwindigkeit der ISA-Busschnittstelle wurde sie jedoch mit der Einführung der PCI-Bustechnologie Anfang der 1990er Jahre immer seltener verwendet und ist heute nur noch sehr schwer zu finden.
• PCI-Netzwerkkarte: Sie wird als Peripheral Component Interconnect oder PCI bezeichnet. Sie ist ein relativ neuer lokaler Busstandard in Personalcomputern und wurde 1993 eingeführt. Da ihre E/A-Geschwindigkeit der der ISA-Bus-Netzwerkkarte I (ISA hatte eine Höchstgeschwindigkeit von 33 MB/s und die Datenübertragungsrate des heutigen PCI 64 Bit) 266 MB/s weit überlegen war, löste sie den früheren ISA-Standard ab. Diese Art von Netzwerkkarte wurde ursprünglich in Servern verwendet und wurde später in Desktop-Computern recht häufig verwendet; sie ist ein vorherrschender Typ von Netzwerkschnittstellenkarte. Heutzutage gibt es in den meisten Computern keine Erweiterungskarten, sondern integrierte Netzwerkkarten. Daher werden Overhead-PCI-Netzwerkkarten durch andere integrierte Busschnittstellen wie PCI-X oder USB ersetzt.
• Netzwerkkarte PCI-X: PCI-X ist eine ursprüngliche Version der PCI-Bus-Technologie. Sie verdoppelt die E/A-Geschwindigkeit im Vergleich zum vorherigen PCI und erhöht gleichzeitig den Durchsatz, der durch die PCI-Schnittstelle begrenzt war. Jede Standard-PCI-X-Bus-Schnittstellenkarte basiert auf einer Busbreite von 32 Bit und ist in der Lage, 64-Bit-Operationen auszuführen, was weiter auf 1064 MB/s erhöht wird. PCI-X-Erweiterungssteckplätze unterstützen normalerweise PCI-NICs.
• PCle-Netzwerkkarte: Eine PCIe-Karte ist eine Netzwerkschnittstelle mit einem PCIe-Port, der als Schnittstellenport für das Motherboard verwendet wird. Zur Erklärung: Geräte können PCI-basierte Karten in PCIe-Ports einstecken, die auf dem Host, Server und Netzwerk-Switch verfügbar sind. Moderne Computer-Motherboards verfügen mittlerweile über spezielle PCIe-Steckplätze für PCIe-Karten. Normalerweise erhöht die Breite des Steckplatzes die Breite der Netzwerkkarten oder mehr.

FiberMall entwickelt unabhängig 1000M-, 10G-, 25G-, 40G-, 100G-, Single-Port-, Dual-Port- und 4-Port-Glasfaser-NICs basierend auf Intel- und NVIDIA-Controller-Chips und bietet kundenspezifische Glasfaser-NIC-Lösungen.

Klassifikation	FiberMall PN	Controller	Technische Daten
Gigabit-Netzwerkkarte	FMI210-1G-S1	Intel I210	PCIe x1 Gigabit SFP 1-Port-Glasfaseradapter
Gigabit-Netzwerkkarte	FM82576-1G-S2	Intel 82576	PCIe x4 Gigabit SFP Dual-Port-Glasfaseradapter
Gigabit-Netzwerkkarte	FMI350-1G-S4	Intel I350	PCIe x4 Gigabit SFP Quad-Port-Glasfaseradapter
10 GB NIC	FM82599EN-10G-S1	Intel 82599DE	PCI Express x8 Single Port SFP+ 10 Gigabit Serveradapter
10 GB NIC	FM82599ES-10G-S2	Intel 82599ES	PCI Express x8 Dual Port SFP+ 10 Gigabit Serveradapter
10 GB NIC	FMX710-10G-S2	Intel X710-BM2	PCI Express v3.0 x8 10-Gigabit-Dual-Port-Ethernet-Serveradapter
10 GB NIC	FMXL710-10G-S4	Intel XL710-BM1	PCI Express v3.0 x8 10-Gigabit-Ethernet-Serveradapter mit vier Ports
25 GB NIC	FMXXV710-25G-S2	Intel XXV710	PCIe v3.0 x8 25-Gigabit-Dual-Port-Ethernet-Serveradapter
25 GB NIC	4121A-ACAT-25GS2	NVIDIA 4121A-ACAT	ConnectX-4 Lx EN Netzwerkadapter, 25 GbE Dual-Port SFP28, PCIe3.0 x 8
40 GB NIC	FMXL710－40G-Q1	Intel XL710-BM1	PCIe v3.0 x8 40-Gigabit-1-Port-Server-Ethernet-Adapter
40 GB NIC	FMXL710－40G-Q2	Intel XL710	PCIe v3.0 x8 40-Gigabit-Dual-Port-Server-Ethernet-Adapter
100 GB NIC	FME810-100G-Q2	Intel E810-CAM2	PCIe v4.0 x16 100-Gigabit-Dual-Port-Server-Ethernet-Adapter

Fazit

Verschiedene Anwendungsszenarien erfordern unterschiedliche Arten von Netzwerkkarten, und eine einzelne Netzwerkkarte ist nur schwer in der Lage, verschiedene und komplizierte Beschleunigungsszenarien abzudecken. Angesichts der zunehmenden Marktnachfrage und der technischen Möglichkeiten wird der zukünftige Markt für Netzwerkadapter auch mehr Möglichkeiten bieten, wie beispielsweise die neueste OCP NIC 3.0. Unabhängig davon, ob Sie eine PC-Netzwerkkarte für den Heimgebrauch oder eine Server-Netzwerkkarte für Unternehmen oder Rechenzentren suchen, ist es daher erforderlich, vor dem Kauf die Grundlagen von Netzwerkkarten genau zu kennen.

Leseempfehlung:

Netzwerkschnittstelle verstehen: Schlüsselkonzepte und Bedeutung erklärt

Grundlegendes zu Netzwerkkarten, Adaptern und Netzwerkschnittstellenkarten (NICs)

Netzwerkadapter verstehen: Steigern Sie die Effizienz Ihres Computernetzwerks