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

Als Trends in der künstlichen Intelligenz erfordern Big Data, verteilte Speicherung und Cloud-Dienste eine geringere Latenz, um Echtzeitanwendungen und -dienste zu unterstützen, die am Rand des Netzwerks bereitgestellt werden. Die branchenübergreifende digitale Transformation und die Notwendigkeit, mit Diensten wie 5G und IoT fertig zu werden, haben zu einem explosionsartigen Wachstum in Rechenzentren geführt und gleichzeitig einen enormen Druck auf die CPUs in den Rechenknoten der Serverinfrastruktur ausgeübt. Der Server-Netzwerkadapter spielt eine unverzichtbare Rolle beim Übergang vom CPU-zentrierten Onload-Modus zum datenzentrierten Modus OffLademodus. In den letzten Jahren hat die Branche ständig neue Netzwerkkarten eingeführt, um den neuesten Trends in Computerszenarien wie Rechenzentren gerecht zu werden: Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, parallele Fähigkeiten und Ressourcenvirtualisierung. Aufgrund seiner breiten Anwendung gibt es verschiedene Arten von Netzwerkadaptern auf dem Markt, wie z. B. Gigabit- und 10-Gigabit-NICs, PCI-X- und PCIe-NICs. In diesem Artikel geben wir eine umfassende Einführung in Netzwerkkarten mit ihrer Definition, Funktionalität, gemeinsamen Komponenten und Typen.

Was ist NIC?
NIC wird Network Interface Card genannt, auch bekannt als Network Interface Controller. Eine Netzwerkkarte ist eine Netzwerkkomponente, die auf der zweiten Verbindungsschicht arbeitet. Es ist normalerweise eine Platine, die auf einem Computer installiert ist, um eine Verbindung zum Netzwerk herzustellen und eine private Netzwerkverbindung für den Computer bereitzustellen. Obwohl ein Netzwerkadapter nur ein kleiner Teil der Computernetzwerkverbindung ist, spielt er eine unverzichtbare Rolle. Netzwerkadapter fungieren als Konverter und wandeln Daten in digitale Signale um, die über Kabel oder drahtlose Router im Servernetzwerk kommuniziert werden. Als Schnittstelle auf der TCP/IP-Schicht kann eine NIC Signale auf der physikalischen Schicht und Pakete auf der Netzwerkschicht übertragen. Unabhängig von der Schicht fungiert es als Vermittler zwischen dem Computer/Server und dem Datennetz. Wenn ein Benutzer eine Webseite anfordert, erhält das LAN die Daten von der Vorrichtung des Benutzers, sendet sie an den Netzwerkserver und empfängt dann die erforderlichen Daten zur Präsentation für den Benutzer.

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: Als Kernstück der Netzwerkkarte bestimmt der Controller direkt die Leistung der NIC. Der Controller verhält sich wie eine kleine CPU zur Verarbeitung der eingehenden Daten.
• Boot-ROM-Steckplatz: Dieser Steckplatz ermöglicht die Aktivierung der Boot-ROM-Funktionalität, die es Workstations ohne Festplatte ermöglicht, sich mit dem Netzwerk zu verbinden, wodurch die Sicherheit erhöht und die Hardwarekosten gesenkt werden.
• NIC-Port: Normalerweise ist dieser Port direkt mit einem Ethernet-Kabel oder einem optischen Modul verbunden, um Signale von Netzwerkkabeln oder Glasfaser-Jumpern zu erzeugen und zu empfangen.
• Bus Schnittstelle: Diese Schnittstelle befindet sich auf der Seite der Platine, die allgemein als „Goldener Finger“ bekannte Busschnittstelle wird in den Erweiterungssteckplatz des Computer-Motherboards gesteckt und für die Verbindung zwischen der Netzwerkkarte und dem Computer oder Server verwendet.
• LED-Anzeige: Die Anzeige hilft Benutzern, den Arbeitsstatus des Netzwerkadapters zu erkennen, ob eine Verbindung zum Netzwerk besteht und ob Daten übertragen werden. Beispielsweise zeigt Link/Act den aktiven Zustand der Verbindung an, Full gibt an, ob es sich um eine Vollduplex-Verbindung handelt, und Power ist die Power-Anzeige.
• Klammer: Auf dem Markt für PCI-Netzwerkkarten gibt es zwei Arten von Halterungen, eine Halterung mit voller Höhe und einer Höhe von 120 mm und die andere mit halber Höhe und einer Höhe von 80 mm. Die Halterung kann dem Benutzer helfen, die Netzwerkkarte im Erweiterungssteckplatz des Computers oder Servers zu befestigen.

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 (Ethernet-Adapter): Unter Verwendung des IP-Protokolls als Übertragungsprotokoll wird es in der Regel über Lichtwellenleiter oder Twisted-Pair-Kabel mit dem Ethernet-Switch verbunden. Der optische Port verwendet Glasfaserkabel für die Datenübertragung, und die passende Modulschnittstelle ist normalerweise SFP, QSFP usw. Die entsprechenden Glasfaserschnittstellen sind LC, SC, MPO usw. Der übliche Schnittstellentyp des elektrischen Ports ist RJ45 wird im Allgemeinen mit Twisted-Pair-Kabel angeschlossen, und es gibt auch eine kleine Anzahl von Schnittstellen, die mit Koaxialkabel verbunden sind.
• FC-Karte: Der wissenschaftliche Name ist Fibre Channel. Es verwendet das Fibre-Channel-Übertragungsprotokoll und wird über optische Kabel mit dem Fibre-Channel-Switch verbunden. Es gibt zwei Arten von Schnittstellen: optische und elektrische. Die Übertragungsmodi und passenden Module von optischen Ports ähneln denen von Ethernet-Karten, aber die entsprechenden Ports sind nur SC und LC. Der elektrische Schnittstellentyp ist DB9 oder HSSDC.
• IB-Karte: Infiniband wird verwendet, um FC/IP-SAN-Geräte, NAS-Geräte und Server zu verbinden, und wird als Speicherprotokoll von iSCSI RDMA verwendet. InfiniBand-Karten bieten ultraniedrige Latenz, ultrahohen Durchsatz und innovative Netzwerk-Computing-Engines, die die Beschleunigung, Skalierbarkeit und funktionsreiche Technologien bieten, die für die modernen Workloads von heute erforderlich sind.

Klassifizierung nach Übertragungsgeschwindigkeit:
Abhängig von der Geschwindigkeit gibt es selbstadaptive 10/100-Mbit/s-Karten, 1000-Mbit/s-Gigabit-Karten, 10G-, 25G-, 100G- und noch schnellere Karten.
10 Mbit/s/100 Mbit/s selbstanpassende Karte: Dies ist derzeit der beliebteste NIC-Typ. Es kann sich automatisch an zwei unterschiedliche Bandbreiten-Netzwerkanforderungen anpassen. Es kann an alte 10-Mbit/s-Netzwerkgeräte angeschlossen werden und kann auch für den Anschluss neuerer 100-Mbit/s-Netzwerkgeräte verwendet werden, sodass es von Benutzern weithin anerkannt wurde.
1000-Mbit/s-Netzwerkadapter: Bietet eine höhere Bandbreite für schnelles Ethernet. Gigabit Ethernet ist eine Hochgeschwindigkeits-LAN-Technologie, die eine Bandbreite von 1 Gbit/s über Kupferkabel bereitstellt. Die entsprechende Netzwerkkarte ist eine Gigabit-Netzwerkkarte, die auch 1Gbps Bandbreite erreichen kann. Es gibt zwei Arten von Netzwerkschnittstellen für Gigabit-Netzwerkadapter, eine ist die gewöhnliche Twisted-Pair-RJ45-Schnittstelle und die andere ist die Gigabit-SFP/GBIC-Glasfaserschnittstelle.

• 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 höhere Raten aufgerüstet. Der 100G-Netzwerkadapter hat einen hohen Durchsatz, eine Netzwerkverarbeitung mit geringer Latenz und die Fähigkeit, die CPU dabei zu unterstützen offLaden Sie Netzwerkfunktionen, sparen Sie CPU-Rechenleistung und reduzieren Sie den Stromverbrauch auf das Maximum.

Einteilung nach Typen der Busschnittstelle:

• ISA-Netzwerkkarte: Industry Standard Architecture wurde 1981 veröffentlicht, eine Busstruktur, die mit IBM-Standards kompatibel ist. Aufgrund der langsamen E/A-Geschwindigkeit der ISA-Bus-Schnittstelle wurde sie mit dem Aufkommen der PCI-Bus-Technologie in den frühen 1990er Jahren schrittweise abgeschafft und ist heute nur noch selten auf dem Markt zu sehen.
• PCI-Netzwerkkarte: Es heißt Peripheral Component Interconnect. Es handelt sich um einen lokalen PC-Bus-Standard, der 1993 eingeführt wurde. Weil seine E/A-Geschwindigkeit viel schneller ist als die der ISA-Bus-Netzwerkkarte (die höchste Geschwindigkeit von ISA beträgt nur 33 MB/s, während die aktuelle PCI 64-Bit-Datenübertragungsrate beträgt). beträgt 266 MB/s) und löste nach und nach den früheren ISA-Standard ab. Diese Art von Netzwerkkarte wird zunächst im Server verwendet, später auch häufig in Desktop-Computern verwendet und ist ein Mainstream-Netzwerkkarten-Schnittstellentyp. Die meisten Computer haben heute keine Erweiterungskarten, sondern verwenden eingebettete Netzwerkkarten. Daher wurden PCI-Netzwerkkarten durch andere Busschnittstellen wie PCI-X- oder USB-Schnittstellen ersetzt.
• PCI-X-Netzwerkkarte: PCI-X ist eine erweiterte PCI-Bus-Technologie. Verglichen mit dem ursprünglichen PCI wird die E/A-Geschwindigkeit verdoppelt, und die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist auch schneller als die PCI-Schnittstelle. Die PCI-X-Busschnittstellenkarte hat im Allgemeinen eine Busbreite von 32 Bit, unterstützt aber auch 64-Bit-Betrieb mit bis zu 1064 MB/s. In den meisten Fällen sind PCI-X-Steckplätze abwärtskompatibel mit PCI-NICs.
• PCle-Netzwerkkarte: Eine PCIe-Karte ist eine NIC mit einem PCIe-Port und wird als Erweiterungsport für Motherboard-Verbindungen verwendet. Insbesondere können PCI-basierte Erweiterungskarten in PCIe-Steckplätze auf dem Mainboard von Geräten wie Hosts, Servern und Netzwerk-Switches eingesetzt werden. Die meisten Computer-Motherboards haben jetzt dedizierte PCIe-Steckplätze für PCIe-Karten. Im Allgemeinen entspricht die Breite des Steckplatzes der Breite der Netzwerkkarte oder ist sogar noch breiter.

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	Spezifikationen
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

Zusammenfassung

Unterschiedliche Anwendungsszenarien erfordern unterschiedliche Arten von NICs, und es ist für eine einzelne NIC schwierig, komplexe und vielfältige Beschleunigungsszenarien zu erfüllen. Mit der Verbesserung der Markttemperatur und der technischen Fähigkeiten wird der zukünftige Netzwerkadaptermarkt auch mehr Möglichkeiten einleiten, wie z. B. den neuesten OCP NIC 3.0-Netzwerkadapter. Unabhängig davon, ob Sie nach einer Heim-PC-Netzwerkkarte oder einer Server-Netzwerkkarte für den Einsatz in einem Unternehmen oder Rechenzentrum suchen, müssen Sie sich vor dem Kauf mit den Grundlagen von Netzwerkkarten vertraut machen.