O que é Adaptador de Rede: Função, Construção e Classificação de NICs

Como as tendências em inteligência artificial, big data, armazenamento distribuído e serviços em nuvem exigem uma latência menor para oferecer suporte a aplicativos e serviços em tempo real implantados na borda da rede. A transformação digital em todos os setores e a necessidade de lidar com serviços como 5G e IoT levaram a um crescimento explosivo nos data centers, ao mesmo tempo em que pressionam tremendamente as CPUs nos nós de computação da infraestrutura de servidores. O adaptador de rede do servidor desempenha um papel indispensável na transição do modo Onload centrado na CPU para o modo centrado em dados Offmodo de carga. Nos últimos anos, a indústria vem introduzindo constantemente novas placas de rede para atender às últimas tendências em cenários de computação como data centers: interfaces de alta velocidade, recursos paralelos e virtualização de recursos. Devido à sua ampla aplicação, existem vários tipos de adaptadores de rede no mercado, como NICs gigabit e 10 gigabit, PCI-X e PCIe NICs. Neste artigo, fornecemos uma introdução abrangente às placas de rede a partir de sua definição, funcionalidade, componentes comuns e tipos.

O que é NIC?
NIC é chamado de placa de interface de rede, também conhecido como controlador de interface de rede. Uma placa de rede é um componente de rede que funciona na segunda camada de link. Geralmente é uma placa de circuito instalada em um computador para se conectar à rede e fornece uma conexão de rede privada para o computador. Embora um adaptador de rede seja uma pequena parte da conexão de rede do computador, ele desempenha um papel indispensável. Os adaptadores de rede atuam como um conversor, convertendo dados em sinais digitais que são comunicados por meio de cabos ou roteadores sem fio na rede do servidor. Como uma interface na camada TCP/IP, uma NIC pode transmitir sinais na camada física e pacotes na camada de rede. Independentemente da camada, ela atua como intermediária entre o computador/servidor e a rede de dados. Quando um usuário solicita uma página da Web, a LAN obtém os dados do dispositivo do usuário, os envia ao servidor de rede e recebe os dados necessários para apresentação ao usuário.

Componentes da placa de rede
Tradicionalmente, um adaptador de rede consiste em um controlador, um slot de Boot ROM, um/mais NIC portas, uma porta da placa-mãe, indicadores LED, um suporte e alguns outros componentes eletrônicos. Cada componente tem sua própria função exclusiva:

• Responsável pelo Tratamento : Como parte principal da placa de rede, o controlador determina diretamente o desempenho da NIC. O controlador atua como uma pequena CPU para processar os dados recebidos.
• Ranhura de inicialização ROM: Este slot permite que a funcionalidade Boot ROM seja habilitada, o que permite que estações de trabalho sem disco se conectem à rede, aumentando assim a segurança e reduzindo os custos de hardware.
• porta NIC: Normalmente, esta porta é conectada diretamente a um cabo Ethernet ou módulo óptico para gerar e receber sinais de cabos de rede ou jumpers de fibra óptica.
• Interface do ônibus: Esta interface está localizada na lateral da placa de circuito, a interface de barramento comumente conhecida como “Golden finger” é inserida no slot de expansão da placa-mãe do computador e usada para a conexão entre a placa de rede e o computador ou servidor.
• indicador LED: o indicador ajuda os usuários a identificar o status de funcionamento do adaptador de rede, se a rede está conectada e se os dados estão sendo transmitidos. Por exemplo, Link/Act indica o estado ativo da conexão, Full indica se é um Full duplex e Power é o indicador Power.
• Suporte: Existem dois tipos de suportes no mercado de placas de rede PCI, um é o suporte de altura total com uma altura de 120 mm e o outro é o suporte de meia altura com uma altura de 80 mm. O suporte pode ajudar o usuário a fixar a placa de rede no slot de expansão do computador ou servidor.

Tipos de placa de rede
Os adaptadores de rede podem ser classificados nos seguintes tipos de acordo com a interface do barramento, a velocidade de transmissão e o domínio do aplicativo.

Classificação por protocolo:
De acordo com o protocolo de transmissão, os adaptadores de rede podem ser divididos em três tipos: placa Ethernet, placa FC e placa IB.

• Placa Ethernet (Adaptador Ethernet): Usando o protocolo IP como protocolo de transmissão, geralmente é conectado ao switch Ethernet via cabo de fibra ótica ou cabo de par trançado. A porta óptica usa cabo de fibra óptica para transmissão de dados, e a interface do módulo correspondente é geralmente SFP, QSFP, etc. As interfaces de fibra óptica correspondentes são LC, SC, MPO, etc. O tipo de interface comum da porta elétrica é RJ45, que é geralmente conectado com cabo de par trançado, e também há um pequeno número de interfaces conectadas com cabo coaxial.
• cartão FC: o nome científico é Fibre Channel. Ele usa o protocolo de transmissão Fibre Channel e se conecta ao switch Fibre Channel por meio de cabos ópticos. Existem dois tipos de interfaces: ópticas e elétricas. Os modos de transmissão e os módulos correspondentes das portas ópticas são semelhantes aos das placas Ethernet, mas as portas correspondentes são apenas SC e LC. O tipo de interface elétrica é DB9 ou HSSDC.
• cartão IB: Infiniband é usado para conectar dispositivos FC/IP SAN, dispositivos NAS e servidores e é usado como o protocolo de armazenamento de iSCSI RDMA. As placas InfiniBand oferecem latência ultrabaixa, taxa de transferência ultra alta e mecanismos de computação de rede inovadores que fornecem a velocidade, escalabilidade e tecnologias ricas em recursos necessárias para as cargas de trabalho modernas de hoje.

Classificação por velocidade de transmissão:
Dependendo da velocidade, existem placas autoadaptáveis ​​de 10/100Mbps, placas gigabit de 1000Mbps, 10G, 25G, 100G e placas de velocidade ainda mais altas.
Placa autoadaptável de 10Mbps/100Mbps: É o tipo popular de NIC atualmente. Ele pode se adaptar automaticamente a dois requisitos de rede de largura de banda diferentes. Ele pode ser conectado a dispositivos de rede antigos de 10 Mbps e também pode ser aplicado à conexão de dispositivos de rede de 100 Mbps mais recentes, por isso foi amplamente reconhecido pelos usuários.
Adaptador de rede de 1000Mbps: oferece maior largura de banda para Ethernet rápida. Gigabit Ethernet é uma tecnologia de LAN de alta velocidade que fornece largura de banda de 1 Gbps em fios de cobre. A placa de rede correspondente é uma placa de rede gigabit, que também pode atingir largura de banda de 1 Gbps. Existem dois tipos de interfaces de rede para adaptadores de rede gigabit, uma é a interface RJ45 de par trançado comum e a outra é a interface de fibra gigabit SFP/GBIC.

• placa de rede de fibra 10G: Seu mainstream é o cartão Ethernet 10G. Assim como as placas Gigabit Ethernet, as placas Ethernet 10G suportam fibra monomodo ou multimodo. O uso de placas Ethernet 10G oferece às operadoras de rede mais liberdade para localizar data centers e oferecer suporte a várias redes de campus a 80 quilômetros uma da outra ao mesmo tempo. Em data centers, a fibra multimodo de baixo custo pode ser usada como backbone de uma rede 10G entre switches e switches e entre switches e servidores.

• Adaptador de rede de fibra 25G: Comparado com o adaptador de rede de fibra 10G, a maior largura de banda do adaptador de rede de fibra 25G atende aos requisitos de rede do cluster de computação de alto desempenho. Na atualização de rede de 100G ou taxa superior, o adaptador de rede de fibra 25G é uma das infraestruturas indispensáveis. No processo de atualização do data center de 10G/40G para 25G/100G (a interface do servidor é 25G, a interface de interconexão do switch é 100G), mais e mais pessoas suportam 25GbE, incluindo Google, Microsoft e outros grandes provedores de nuvem para reconhecimento absoluto de 25G.

• placa de rede de fibra óptica 40G: Uma porta 40G QSFP+, usada principalmente para servidores e dispositivos de última geração. O adaptador de rede de fibra óptica QSFP de 40G fornece integração simples em qualquer PCI Express X8 com desempenho de rede de 40Gigabit otimizado para que a entrada/saída do sistema não seja um gargalo em aplicativos de rede de alto desempenho. Ele pode suportar largura de banda de transmissão de 40 Gbps e slot padrão PCI-E X8, garantindo um trabalho eficiente e estável da placa de rede. Além disso, o adaptador de rede suporta funções como VLAN, política de QOS e controle de tráfego, o que é adequado para aplicativos de LAN de médio e grande porte.

• 100G adaptador de rede de fibra óptica: Com a crescente demanda por transmissão massiva de dados, os servidores geralmente precisam instalar vários adaptadores de rede para atender a alta demanda de processamento de dados. Devido a esse recurso, a rede do data center é atualizada gradualmente de adaptadores de rede de 10 G para 100 G ou taxas ainda mais altas. O adaptador de rede 100G tem alta taxa de transferência, processamento de rede de baixa latência e a capacidade de ajudar a CPU a offcarregar funções de rede, economizando energia de computação da CPU e reduzindo o consumo de energia ao máximo.

Classificação por tipos de interface de barramento:

• placa de rede ISA: A Industry Standard Architecture foi lançada em 1981, que é uma estrutura de barramento compatível com os padrões IBM. Devido à baixa velocidade de E/S da interface de barramento ISA, ela foi gradualmente eliminada com o advento da tecnologia de barramento PCI no início dos anos 1990 e agora raramente é vista no mercado.
• placa de rede PCI: é chamado de Interconexão de Componentes Periféricos. É um padrão de barramento local para PC introduzido em 1993. Como sua velocidade de E/S é muito mais rápida que a da placa de rede de barramento ISA (a velocidade mais alta do ISA é de apenas 33 MB/s, enquanto a taxa de transferência de dados PCI atual de 64 bits é de 266 MB/s), ele substituiu gradualmente o antigo padrão ISA. Este tipo de placa de rede é usado inicialmente no servidor, mais tarde também comumente usado na máquina desktop, é um tipo de interface de placa de rede convencional. A maioria dos computadores hoje não tem placas de expansão, mas usa placas de rede incorporadas. Portanto, as placas de rede PCI foram substituídas por outras interfaces de barramento, como interfaces PCI-X ou USB.
• placa de rede PCI-X: PCI-X é uma tecnologia de barramento PCI aprimorada. Comparado com o PCI original, a velocidade de E/S é dobrada e a velocidade de transferência de dados também é mais rápida que a interface PCI. A placa de interface de barramento PCI-X geralmente tem uma largura de barramento de 32 bits, mas também suporta operação de 64 bits, até 1064 MB/s. Na maioria dos casos, os slots PCI-X são compatíveis com NICs PCI.
• placa de rede PCle: Uma placa PCIe é uma NIC com uma porta PCIe e é usada como uma porta de expansão para conexões da placa-mãe. Especificamente, placas de expansão baseadas em PCI podem ser inseridas em slots PCIe na placa principal de dispositivos como hosts, servidores e switches de rede. A maioria das placas-mãe de computador agora tem slots PCIe dedicados para placas PCIe. Geralmente, a largura do slot será igual à largura da placa de rede ou até maior.

A FiberMall desenvolve independentemente 1000M, 10G, 25G, 40G, 100G, NICs de fibra óptica de porta única, porta dupla e 4 portas com base em chips controladores Intel e NVIDIA e fornece soluções personalizadas de NIC de fibra óptica.

Classificação	FiberMall PN	Responsável pelo Tratamento	Especificações
placa de rede gigabit	FMI210-1G-S1	Intel I210	Adaptador de fibra de 1 porta PCIe x1 Gigabit SFP
placa de rede gigabit	FM82576-1G-S2	Intel 82576	Adaptador de fibra de porta dupla PCIe x4 Gigabit SFP
placa de rede gigabit	FMI350-1G-S4	Intel I350	Adaptador de fibra de porta quádrupla PCIe x4 Gigabit SFP
10 Gb NIC	FM82599EN-10G-S1	Intel 82599EN	Adaptador de servidor PCI Express x8 de porta única SFP+ 10 Gigabit
10 Gb NIC	FM82599ES-10G-S2	Intel82599ES	Adaptador de servidor PCI Express x8 Dual Port SFP+ 10 Gigabit
10 Gb NIC	FMX710-10G-S2	Intel X710-BM2	Adaptador de servidor Ethernet de porta dupla PCI Express v3.0 x8 10Gigabit
10 Gb NIC	FMXL710-10G-S4	Intel XL710-BM1	Adaptador de servidor Ethernet PCI Express v3.0 x8 10Gigabit Quad-port
25 Gb NIC	FMXXV710-25G-S2	Intel XXV710	Adaptador de servidor Ethernet de porta dupla PCIe v3.0 x8 25 Gigabit
25 Gb NIC	4121A-ACAT-25GS2	NVIDIA 4121A-ACAT	Adaptador de rede ConnectX-4 Lx EN, SFP25 de porta dupla de 28 GbE, PCIe3.0 x 8
40 Gb NIC	FMXL710－40G-Q1	Intel XL710-BM1	Adaptador Ethernet para servidor PCIe v3.0 x8 40 Gigabit 1 porta
40 Gb NIC	FMXL710－40G-Q2	Intel XL710	Adaptador Ethernet de servidor de porta dupla PCIe v3.0 x8 40 Gigabit
100 Gb NIC	FME810-100G-Q2	Intel E810-CAM2	Adaptador Ethernet de servidor de porta dupla PCIe v4.0 x16 100 Gigabit

Conclusão

Diferentes cenários de aplicativos exigem diferentes tipos de NICs e é difícil para um único NIC atender a cenários de aceleração complexos e diversos. Com a melhoria do calor do mercado e das capacidades técnicas, o futuro mercado de adaptadores de rede também trará mais possibilidades, como o mais recente adaptador de rede OCP NIC 3.0. Portanto, se você estiver procurando por uma placa de rede de PC doméstico ou uma placa de rede de servidor para uso em uma empresa ou data center, você precisa entender claramente o básico das placas de rede antes de comprar.