ネットワークアダプタとは：NICの機能、構造、分類

人工知能、ビッグ データ、分散ストレージ、およびクラウド サービスのトレンドとして、ネットワークのエッジに展開されたリアルタイムのアプリケーションとサービスをサポートするために、より低いレイテンシーが必要です。 業界全体のデジタル トランスフォーメーションと、5G や IoT などのサービスに対処する必要性により、データ センターが爆発的に成長する一方で、サーバー インフラストラクチャのコンピューティング ノードの CPU に多大な圧力がかかっています。 サーバー ネットワーク アダプターは、CPU 中心のオンロード モードからデータ中心のモードへの移行に不可欠な役割を果たします。 Offロードモード。 近年、データ センターなどのコンピューティング シナリオにおける最新のトレンド (高速インターフェイス、並列機能、リソースの仮想化) に対応するために、業界は常に新しいネットワーク カードを導入してきました。 用途が広いため、ギガビットおよび 10 ギガビット NIC、PCI-X、PCIe NIC など、さまざまなタイプのネットワーク アダプタが市場に出回っています。 この記事では、ネットワーク カードの定義、機能、一般的なコンポーネント、および種類からネットワーク カードを包括的に紹介します。

NICとは？
NIC は Network Interface Card と呼ばれ、Network Interface Controller とも呼ばれます。 ネットワーク カードは、XNUMX 番目のリンク層で機能するネットワーク コンポーネントです。 これは通常、ネットワークに接続するためにコンピュータにインストールされた回路基板であり、コンピュータにプライベート ネットワーク接続を提供します。 ネットワーク アダプタはコンピュータ ネットワーク接続の小さな部分ですが、不可欠な役割を果たします。 ネットワーク アダプターはコンバーターとして機能し、サーバー ネットワーク上のケーブルまたはワイヤレス ルーターを使用して通信されるデジタル信号にデータを変換します。 NIC は、TCP/IP 層のインターフェイスとして、物理層で信号を送信し、ネットワーク層でパケットを送信できます。 レイヤーに関係なく、コンピューター/サーバーとデータ ネットワークの間の仲介者として機能します。 ユーザーが Web ページを要求すると、LAN はユーザーのデバイスからデータを取得し、それらをネットワーク サーバーに送信してから、ユーザーに表示するために必要なデータを受信します。

NICのコンポーネント
従来、ネットワーク アダプタは、コントローラ、ブート ROM スロット、XNUMX つまたは複数のスロットで構成されていました。 NIC ポート、マザーボード ポート、LED インジケータ、ブラケット、およびその他の電子コンポーネント。 各コンポーネントには独自の機能があります。

• コントローラー: ネットワーク カードのコア部分として、コントローラは NIC のパフォーマンスを直接決定します。 コントローラは、着信データを処理する小さな CPU のように機能します。
• ブート ROM スロット: このスロットでは、ブート ROM 機能を有効にすることができます。これにより、ディスクレス ワークステーションがネットワークに接続できるようになり、セキュリティが向上し、ハードウェア コストが削減されます。
• NIC ポート: 通常、このポートはイーサネット ケーブルまたは光モジュールに直接接続され、ネットワーク ケーブルまたは光ファイバー ジャンパーから信号を生成および受信します。
• バスインタフェース: このインターフェイスは回路基板の側面にあり、一般に「ゴールデン フィンガー」と呼ばれるバス インターフェイスがコンピュータのマザーボードの拡張スロットに挿入され、ネットワーク カードとコンピュータまたはサーバー間の接続に使用されます。
• LEDインジケータ: このインジケーターは、ユーザーがネットワーク アダプターの動作状態、ネットワークが接続されているかどうか、およびデータが送信されているかどうかを識別するのに役立ちます。 たとえば、Link/Act は接続のアクティブ状態を示し、Full は全二重かどうかを示し、Power は電源インジケータです。
• ブラケット: PCI ネットワーク カード市場には 120 種類のブラケットがあり、80 つは高さ XNUMX mm のフルハイト ブラケットで、もう XNUMX つは高さ XNUMX mm のハーフハイト ブラケットです。 ブラケットは、ユーザーがコンピュータまたはサーバーの拡張スロットにネットワーク カードを固定するのに役立ちます。

NICの種類
ネットワーク アダプターは、バス インターフェイス、伝送速度、およびアプリケーション ドメインに応じて、次の種類に分類できます。

プロトコルによる分類:
ネットワーク アダプタは、伝送プロトコルによって、イーサネット カード、FC カード、IB カードの XNUMX 種類に分けられます。

• イーサネットカード(イーサネットアダプタ): 伝送プロトコルとして IP プロトコルを使用し、通常、光ファイバー ケーブルまたはツイストペア ケーブルを介してイーサネット スイッチに接続されます。 光ポートはデータ伝送に光ファイバー ケーブルを使用し、対応するモジュール インターフェイスは通常 SFP、QSFP などです。対応する光ファイバー インターフェイスは LC、SC、MPO などです。電気ポートの一般的なインターフェイス タイプは RJ45 です。ツイストペアケーブルで接続するのが一般的ですが、同軸ケーブルで接続するインターフェースも少数あります。
• FCカード：学名はFibre Channelです。 ファイバー チャネル伝送プロトコルを使用し、光ケーブルを介してファイバー チャネル スイッチに接続します。 インターフェイスには、光と電気の 9 種類があります。 光ポートの伝送モードと対応するモジュールはイーサネット カードと似ていますが、対応するポートは SC と LC のみです。 電気的インターフェースのタイプは DBXNUMX または HSSDC です。
• IBカード: Infiniband は、FC/IP SAN デバイス、NAS デバイス、およびサーバーを接続するために使用され、iSCSI RDMA のストレージ プロトコルとして使用されます。 InfiniBand カードは、今日の最新のワークロードに必要なスピードアップ、スケーラビリティ、および機能豊富なテクノロジを提供する、超低遅延、超高スループット、および革新的なネットワーク コンピューティング エンジンを提供します。

伝送速度による分類:
速度に応じて、10/100Mbps 自己適応型カード、1000Mbps ギガビット カード、10G、25G、100G、さらに高速のカードがあります。
10Mbps/100Mbps 自己適応型カード: 現在普及しているタイプの NIC です。 10 つの異なる帯域幅ネットワーク要件に自動的に適応できます。 古い100Mbpsネットワーク機器への接続はもちろん、新しいXNUMXMbpsネットワーク機器への接続にも対応できることから、ユーザーから広く認知されています。
1000Mbps ネットワーク アダプター: 高速イーサネットにより高い帯域幅を提供します。 ギガビット イーサネットは、銅線で 1 Gbps の帯域幅を提供する高速 LAN テクノロジです。 対応するネットワーク カードはギガビット ネットワーク カードで、1Gbps の帯域幅にも到達できます。 ギガビット ネットワーク アダプタには 45 種類のネットワーク インターフェイスがあり、XNUMX つは通常のツイスト ペア RJXNUMX インターフェイスで、もう XNUMX つはギガビット SFP/GBIC ファイバー インターフェイスです。

• 10Gファイバーネットワークカード: その主流は 10G イーサネット カードです。 ギガビット イーサネット カードと同様に、10G イーサネット カードはシングルモードまたはマルチモードのファイバーをサポートします。 10G イーサネット カードを使用すると、ネットワーク オペレータはデータ センターを自由に配置し、80 キロメートル以内にある複数のキャンパス ネットワークを同時にサポートできます。 データセンターでは、スイッチとスイッチの間、およびスイッチとサーバーの間の 10G ネットワークのバックボーンとして、低コストのマルチモード ファイバーを使用できます。

• 25G 光ファイバー ネットワーク アダプター: 10G ファイバー ネットワーク アダプターと比較して、25G ファイバー ネットワーク アダプターのより広い帯域幅は、ハイ パフォーマンス コンピューティング クラスターのネットワーク要件を満たします。 100G 以上の速度のネットワーク アップグレードでは、25G ファイバー ネットワーク アダプターは不可欠なインフラストラクチャの 10 つです。 データセンターの 40G/25G から 100G/25G (サーバー インターフェイスは 100G、スイッチ相互接続インターフェイスは 25G) へのアップグレードの過程で、Google、Microsoft、および 25G 絶対認識のための他の大規模なクラウド プロバイダーを含む XNUMXGbE をサポートする人が増えています。

• 40G光ファイバーネットワークカード: 40G QSFP+ ポートで、主にサーバーやハイエンド デバイスに使用されます。 QSFP 光ポート 40G ファイバー ネットワーク アダプターは、システムの入出力が高性能ネットワーク アプリケーションのボトルネックにならないように最適化された 8 ギガビット ネットワーク パフォーマンスを備えた PCI Express X40 に簡単に統合できます。 40Gbps の伝送帯域幅と PCI-E X8 標準スロットをサポートし、ネットワーク カードの効率的で安定した動作を保証します。 さらに、ネットワーク アダプターは、VLAN、QOS ポリシー、トラフィック制御などの機能をサポートしており、中規模から大規模の LAN アプリケーションに適しています。

• 100G 光ファイバー ネットワーク アダプター: 大量のデータ転送に対する要求が高まる中、サーバーは通常、データ処理に対する高い要求を満たすために、複数のネットワーク アダプターをインストールする必要があります。 この機能により、データセンター ネットワークは 10G から 100G のネットワーク アダプターまたはそれ以上の速度に徐々にアップグレードされます。 100G ネットワーク アダプターは、高スループット、低遅延のネットワーク処理、および CPU を支援する機能を備えています。 offネットワーク機能をロードし、CPU の計算能力を節約し、消費電力を最大限に削減します。

バス インターフェイスの種類による分類:

• ISA ネットワーク カード: Industry Standard Architecture は 1981 年にリリースされた、IBM 標準と互換性のあるバス構造です。 ISA バス インターフェイスは I/O 速度が遅いため、1990 年代初頭の PCI バス テクノロジの出現により段階的に廃止され、現在ではほとんど市場に出回っていません。
• PCI ネットワークカード: Peripheral Component Interconnect と呼ばれます。 これは、1993 年に導入された PC ローカル バス規格です。その I/O 速度は、ISA バス ネットワーク カードよりもはるかに高速であるためです (ISA の最高速度はわずか 33MB/秒ですが、現在の PCI 64 ビット データ転送速度はは 266MB/s です)、以前の ISA 標準を徐々に置き換えました。 この種のネットワーク カードは、最初はサーバーで使用され、後にデスクトップ マシンでも一般的に使用される、主流のネットワーク カード インターフェイス タイプです。 現在、ほとんどのコンピュータには拡張カードがなく、組み込みネットワーク カードが使用されています。 そのため、PCI ネットワーク カードは、PCI-X や USB インターフェイスなどの他のバス インターフェイスに置き換えられています。
• PCI-X ネットワーク カード: PCI-X は拡張された PCI バス テクノロジです。 元のPCIと比較して、I / O速度は32倍になり、データ転送速度もPCIインターフェースよりも高速です。 PCI-X バス インターフェイス カードは、一般に 64 ビット バス幅ですが、最大 1064MB/s の XNUMX ビット操作もサポートします。 ほとんどの場合、PCI-X スロットは PCI NIC と下位互換性があります。
• PCleネットワークカード: PCIe カードは、PCIe ポートを備えた NIC であり、マザーボード接続用の拡張ポートとして使用されます。 特に、PCI ベースの拡張カードは、ホスト、サーバー、ネットワーク スイッチなどのデバイスのメインボードの PCIe スロットに挿入できます。 現在、ほとんどのコンピューターのマザーボードには、PCIe カード専用の PCIe スロットがあります。 通常、スロットの幅はネットワーク カードの幅と同じか、それよりも広くなります。

FiberMall は、Intel および NVIDIA コントローラー チップに基づいて、1000M、10G、25G、40G、100G、シングル ポート、デュアル ポート、および 4 ポートの光ファイバー NIC を独自に開発し、カスタマイズされた光ファイバー NIC ソリューションを提供します。

Classification	ファイバーモール PN	コントローラー	仕様
ギガビットNIC	FMI210-1G-S1	Intel I210	PCIex1ギガビットSFP1ポートファイバーアダプター
ギガビットNIC	FM82576-1G-S2	インテル82576	PCIe x4 ギガビット SFP デュアル ポート ファイバー アダプター
ギガビットNIC	FMI350-1G-S4	Intel I350	PCIe x4 ギガビット SFP クアッド ポート ファイバー アダプター
10Gb NIC	FM82599EN-10G-S1	インテル 82599EN	PCI Express x8 シングル ポート SFP+ 10 ギガビット サーバー アダプター
10Gb NIC	FM82599ES-10G-S2	インテル 82599ES	PCI Express x8 デュアル ポート SFP+ 10 ギガビット サーバー アダプター
10Gb NIC	FMX710-10G-S2	インテル X710-BM2	PCI Express v3.0 x8 10Gigabit デュアル ポート イーサネット サーバー アダプター
10Gb NIC	FMXL710-10G-S4	インテル XL710-BM1	PCI Express v3.0 x8 10 ギガビット クアッド ポート イーサネット サーバー アダプター
25Gb NIC	FMXXV710-25G-S2	インテル XXV710	PCIe v3.0 x8 25 ギガビット デュアルポート イーサネット サーバー アダプター
25Gb NIC	4121A-ACAT-25GS2	NVIDIA 4121A-ACAT	ConnectX-4 Lx EN ネットワーク アダプター、25GbE デュアル ポート SFP28、PCIe3.0 x 8
40Gb NIC	FMXL710－40G-Q1	インテル XL710-BM1	PCIe v3.0 x8 40 ギガビット 1 ポート サーバー イーサネット アダプター
40Gb NIC	FMXL710－40G-Q2	インテル XL710	PCIe v3.0 x8 40 ギガビット デュアル ポート サーバー イーサネット アダプター
100Gb NIC	FME810-100G-Q2	インテル E810-CAM2	PCIe v4.0 x16 100 ギガビット デュアル ポート サーバー イーサネット アダプター

まとめ

さまざまなアプリケーション シナリオにはさまざまな種類の NIC が必要であり、単一の NIC で複雑で多様な高速化シナリオに対応することは困難です。 市場の熱気と技術力の向上により、将来のネットワーク アダプター市場は、最新の OCP NIC 3.0 ネットワーク アダプターなど、より多くの可能性をもたらすでしょう。 したがって、家庭用 PC ネットワーク カードを探している場合でも、企業やデータ センターで使用するサーバー ネットワーク カードを探している場合でも、購入する前にネットワーク カードの基本を明確に理解する必要があります。