Qué es el adaptador de red: función, construcción y clasificación de las NIC

Como las tendencias en inteligencia artificial, big data, almacenamiento distribuido y servicios en la nube requieren una latencia más baja para admitir aplicaciones y servicios en tiempo real implementados en el borde de la red. La transformación digital en todas las industrias y la necesidad de hacer frente a servicios como 5G e IoT han llevado a un crecimiento explosivo en los centros de datos al tiempo que ejercen una enorme presión sobre las CPU en los nodos informáticos de la infraestructura del servidor. El adaptador de red del servidor desempeña un papel indispensable en la transición del modo de carga centrado en la CPU al modo de carga centrado en los datos. Offmodo de carga En los últimos años, la industria ha estado introduciendo constantemente nuevas tarjetas de red para cumplir con las últimas tendencias en escenarios de computación como los centros de datos: interfaces de alta velocidad, capacidades paralelas y virtualización de recursos. Debido a su amplia aplicación, existen varios tipos de adaptadores de red en el mercado, como NIC gigabit y 10 gigabit, PCI-X y NIC PCIe. En este artículo, brindamos una introducción completa a las tarjetas de red desde su definición, funcionalidad, componentes comunes y tipos.

¿Qué es NIC?
NIC se llama tarjeta de interfaz de red, también conocida como controlador de interfaz de red. Una tarjeta de red es un componente de red que funciona en la segunda capa de enlace. Por lo general, es una placa de circuito instalada en una computadora para conectarse a la red y proporciona una conexión de red privada para la computadora. Aunque un adaptador de red es una pequeña parte de la conexión de red de la computadora, juega un papel indispensable. Los adaptadores de red actúan como un convertidor, convirtiendo los datos en señales digitales que se comunican mediante cables o enrutadores inalámbricos en la red del servidor. Como interfaz en la capa TCP/IP, una NIC puede transmitir señales en la capa física y paquetes en la capa de red. Independientemente de la capa, actúa como intermediario entre la computadora/servidor y la red de datos. Cuando un usuario solicita una página web, la LAN obtiene los datos del dispositivo del usuario, los envía al servidor de red y luego recibe los datos necesarios para presentarlos al usuario.

Componentes de NIC
Tradicionalmente, un adaptador de red consta de un controlador, una ranura de ROM de arranque, uno o más NIC puertos, un puerto de placa base, indicadores LED, un soporte y algunos otros componentes electrónicos. Cada componente tiene su propia función única:

• Joystick: Como parte central de la tarjeta de red, el controlador determina directamente el rendimiento de la NIC. El controlador actúa como una pequeña CPU para procesar los datos entrantes.
• Ranura de ROM de arranque: esta ranura permite habilitar la funcionalidad Boot ROM, lo que permite que las estaciones de trabajo sin disco se conecten a la red, lo que aumenta la seguridad y reduce los costos de hardware.
• puerto NIC: Por lo general, este puerto se conecta directamente a un cable Ethernet o módulo óptico para generar y recibir señales de cables de red o puentes de fibra óptica.
• Interfaz de bus: Esta interfaz está ubicada en el costado de la placa de circuito, la interfaz de bus comúnmente conocida como "dedo dorado" se inserta en la ranura de expansión de la placa base de la computadora y se usa para la conexión entre la tarjeta de red y la computadora o servidor.
• Indicador LED: El indicador ayuda a los usuarios a identificar el estado de funcionamiento del adaptador de red, si la red está conectada y si se están transmitiendo datos. Por ejemplo, Link/Act indica el estado activo de la conexión, Full indica si se trata de un dúplex completo y Power es el indicador de alimentación.
• Soporte: Hay dos tipos de soportes en el mercado de tarjetas de red PCI, uno es el soporte de altura completa con una altura de 120 mm y el otro es el soporte de media altura con una altura de 80 mm. El soporte puede ayudar al usuario a fijar la tarjeta de red en la ranura de expansión de la computadora o servidor.

Tipos de NIC
Los adaptadores de red se pueden clasificar en los siguientes tipos según la interfaz de bus, la velocidad de transmisión y el dominio de la aplicación.

Clasificación por protocolo:
Según el protocolo de transmisión, los adaptadores de red se pueden dividir en tres tipos: tarjeta Ethernet, tarjeta FC y tarjeta IB.

• Tarjeta Ethernet (adaptador Ethernet): Al utilizar el protocolo IP como protocolo de transmisión, generalmente se conecta al conmutador Ethernet a través de un cable de fibra óptica o un cable de par trenzado. El puerto óptico utiliza cable de fibra óptica para la transmisión de datos, y la interfaz del módulo correspondiente suele ser SFP, QSFP, etc. Las interfaces de fibra óptica correspondientes son LC, SC, MPO, etc. El tipo de interfaz común del puerto eléctrico es RJ45, que generalmente se conecta con cable de par trenzado, y también hay una pequeña cantidad de interfaces conectadas con cable coaxial.
• tarjeta FC: el nombre científico es Fibre Channel. Utiliza el protocolo de transmisión Fibre Channel y se conecta al conmutador Fibre Channel a través de cables ópticos. Hay dos tipos de interfaces: ópticas y eléctricas. Los modos de transmisión y los módulos correspondientes de los puertos ópticos son similares a los de las tarjetas Ethernet, pero los puertos correspondientes son solo SC y LC. El tipo de interfaz eléctrica es DB9 o HSSDC.
• tarjeta IB: Infiniband se utiliza para conectar dispositivos FC/IP SAN, dispositivos NAS y servidores, y se utiliza como protocolo de almacenamiento de iSCSI RDMA. Las tarjetas InfiniBand ofrecen una latencia ultrabaja, un rendimiento ultraalto y motores informáticos de red innovadores que brindan la aceleración, la escalabilidad y las tecnologías ricas en funciones necesarias para las cargas de trabajo modernas de hoy.

Clasificación por velocidad de transmisión:
Dependiendo de la velocidad, hay tarjetas autoadaptativas de 10/100Mbps, tarjetas gigabit de 1000Mbps, tarjetas de 10G, 25G, 100G e incluso tarjetas de mayor velocidad.
Tarjeta autoadaptable de 10 Mbps/100 Mbps: es el tipo popular de NIC en la actualidad. Puede adaptarse automáticamente a dos requisitos de red de ancho de banda diferentes. Se puede conectar a dispositivos de red de 10 Mbps antiguos y también se puede aplicar a la conexión de dispositivos de red de 100 Mbps más nuevos, por lo que ha sido ampliamente reconocido por los usuarios.
Adaptador de red de 1000 Mbps: proporciona un mayor ancho de banda para Ethernet rápido. Gigabit Ethernet es una tecnología LAN de alta velocidad que proporciona un ancho de banda de 1 Gbps a través de cables de cobre. La tarjeta de red correspondiente es una tarjeta de red gigabit, que también puede alcanzar un ancho de banda de 1 Gbps. Hay dos tipos de interfaces de red para adaptadores de red gigabit, una es la interfaz RJ45 de par trenzado normal y la otra es la interfaz de fibra gigabit SFP/GBIC.

• Tarjeta de red de fibra 10G: Su corriente principal es la tarjeta Ethernet 10G. Al igual que las tarjetas Gigabit Ethernet, las tarjetas 10G Ethernet admiten fibra monomodo o multimodo. El uso de tarjetas Ethernet 10G brinda a los operadores de red más libertad para ubicar centros de datos y admitir múltiples redes de campus dentro de los 80 kilómetros entre sí al mismo tiempo. En los centros de datos, la fibra multimodo de bajo costo se puede usar como la columna vertebral de una red 10G entre conmutadores y conmutadores y entre conmutadores y servidores.

• adaptador de red de fibra 25G: En comparación con el adaptador de red de fibra de 10G, el mayor ancho de banda del adaptador de red de fibra de 25G cumple con los requisitos de red del clúster informático de alto rendimiento. En la actualización de la red de 100G o una tasa superior, el adaptador de red de fibra de 25G es una de las infraestructuras indispensables. En el proceso de actualización del centro de datos de 10G/40G a 25G/100G (la interfaz del servidor es 25G, la interfaz de interconexión del conmutador es 100G), cada vez más personas admiten 25GbE, incluidos Google, Microsoft y otros grandes proveedores de nube para el reconocimiento absoluto de 25G.

• Tarjeta de red de fibra óptica 40G: Un puerto QSFP+ de 40G, utilizado principalmente para servidores y dispositivos de gama alta. El adaptador de red de fibra de 40 G con puerto óptico QSFP proporciona una integración simple en cualquier PCI Express X8 con un rendimiento de red de 40 Gigabit optimizado para que la entrada/salida del sistema no sea un cuello de botella en las aplicaciones de red de alto rendimiento. Puede admitir un ancho de banda de transmisión de 40 Gbps y una ranura estándar PCI-E X8, lo que garantiza un trabajo eficiente y estable de la tarjeta de red. Además, el adaptador de red admite funciones como VLAN, política QOS y control de tráfico, lo cual es adecuado para aplicaciones LAN medianas y grandes.

• Adaptador de red de fibra óptica 100G: Con la creciente demanda de transmisión masiva de datos, los servidores generalmente necesitan instalar múltiples adaptadores de red para satisfacer la gran demanda de procesamiento de datos. Debido a esta característica, la red del centro de datos se actualiza gradualmente de adaptadores de red de 10G a 100G o incluso velocidades más altas. El adaptador de red 100G tiene alto rendimiento, procesamiento de red de baja latencia y la capacidad de ayudar a la CPU a offcargue las funciones de red, ahorre la potencia informática de la CPU y reduzca al máximo el consumo de energía.

Clasificación por tipos de interfaz de bus:

• tarjeta de red ISA: Industry Standard Architecture se lanzó en 1981, que es una estructura de bus compatible con los estándares de IBM. Debido a la baja velocidad de E/S de la interfaz de bus ISA, se eliminó gradualmente con el advenimiento de la tecnología de bus PCI a principios de la década de 1990 y ahora rara vez se ve en el mercado.
• tarjeta de red pci: Se llama interconexión de componentes periféricos. Es un estándar de bus local de PC introducido en 1993. Debido a que su velocidad de E/S es mucho más rápida que la de la tarjeta de red de bus ISA (la velocidad más alta de ISA es de solo 33 MB/s, mientras que la velocidad de transferencia de datos PCI actual de 64 bits es de 266 MB/s), reemplazó gradualmente al antiguo estándar ISA. Este tipo de tarjeta de red se usa inicialmente en el servidor, luego también se usa comúnmente en la máquina de escritorio, es un tipo de interfaz de tarjeta de red convencional. La mayoría de las computadoras hoy en día no tienen tarjetas de expansión, sino que usan tarjetas de red integradas. Por lo tanto, las tarjetas de red PCI han sido reemplazadas por otras interfaces de bus como interfaces PCI-X o USB.
• Tarjeta de red PCI-X: PCI-X es una tecnología de bus PCI mejorada. En comparación con el PCI original, la velocidad de E/S se duplica y la velocidad de transferencia de datos también es más rápida que la interfaz PCI. La tarjeta de interfaz de bus PCI-X generalmente tiene un ancho de bus de 32 bits, pero también admite operaciones de 64 bits, hasta 1064 MB/s. En la mayoría de los casos, las ranuras PCI-X son compatibles con las NIC PCI.
• Tarjeta de red PCle: Una tarjeta PCIe es una NIC con un puerto PCIe y se utiliza como puerto de expansión para las conexiones de la placa base. Específicamente, las tarjetas de expansión basadas en PCI se pueden insertar en ranuras PCIe en la placa base de dispositivos como hosts, servidores y conmutadores de red. La mayoría de las placas base de las computadoras ahora tienen ranuras PCIe dedicadas para tarjetas PCIe. Generalmente, el ancho de la ranura será el mismo que el ancho de la tarjeta de red, o incluso más ancho.

FiberMall desarrolla de forma independiente NIC de fibra óptica de 1000M, 10G, 25G, 40G, 100G, de un solo puerto, de dos puertos y de 4 puertos basadas en chips controladores Intel y NVIDIA, y proporciona soluciones NIC de fibra óptica personalizadas.

Clasificación	FiberMall PN	Joystick	Especificaciones
NIC Gigabit	FMI210-1G-S1	Intel I210	Adaptador de fibra PCIe x1 Gigabit SFP de 1 puerto
NIC Gigabit	FM82576-1G-S2	Intel 82576	Adaptador de fibra PCIe x4 Gigabit SFP de doble puerto
NIC Gigabit	FMI350-1G-S4	Intel I350	Adaptador de fibra PCIe x4 Gigabit SFP de cuatro puertos
NIC de 10 Gb	FM82599EN-10G-S1	Intel 82599EN	Adaptador de servidor PCI Express x8 de puerto único SFP+ 10 Gigabit
NIC de 10 Gb	FM82599ES-10G-S2	Intel 82599ES	Adaptador de servidor PCI Express x8 de doble puerto SFP+ 10 Gigabit
NIC de 10 Gb	FMX710-10G-S2	Intel X710-BM2	Adaptador de servidor PCI Express v3.0 x8 10Gigabit Ethernet de dos puertos
NIC de 10 Gb	FMXL710-10G-S4	Intel XL710-BM1	Adaptador de servidor PCI Express v3.0 x8 10Gigabit Ethernet de cuatro puertos
NIC de 25 Gb	FMXXV710-25G-S2	IntelXXV710	Adaptador de servidor PCIe v3.0 x8 25 Gigabit Ethernet de dos puertos
NIC de 25 Gb	4121A-ACAT-25GS2	NVIDIA 4121A-ACAT	Adaptador de red ConnectX-4 Lx EN, puerto doble SFP25 de 28 GbE, PCIe3.0 x 8
NIC de 40 Gb	FMXL710－40G-Q1	Intel XL710-BM1	Adaptador Ethernet de servidor PCIe v3.0 x8 40 Gigabit 1 puerto
NIC de 40 Gb	FMXL710－40G-Q2	Intel XL710	Adaptador Ethernet de servidor PCIe v3.0 x8 40 Gigabit de dos puertos
NIC de 100 Gb	FME810-100G-Q2	Intel E810-CAM2	Adaptador Ethernet de servidor PCIe v4.0 x16 100 Gigabit de dos puertos

Conclusión

Los diferentes escenarios de aplicación requieren diferentes tipos de NIC, y es difícil que una sola NIC cumpla con escenarios de aceleración complejos y diversos. Con la mejora del calor del mercado y las capacidades técnicas, el futuro mercado de adaptadores de red también dará paso a más posibilidades, como el último adaptador de red OCP NIC 3.0. Por lo tanto, ya sea que esté buscando una tarjeta de red de PC doméstica o una tarjeta de red de servidor para usar en una empresa o centro de datos, debe comprender claramente los conceptos básicos de las tarjetas de red antes de comprar.