Что такое сетевой адаптер: функция, конструкция и классификация сетевых карт

Поскольку тенденции в области искусственного интеллекта, больших данных, распределенного хранилища и облачных сервисов требуют меньшей задержки для поддержки приложений и сервисов в реальном времени, развернутых на границе сети. Цифровая трансформация в разных отраслях и необходимость справляться с такими услугами, как 5G и IoT, привели к взрывному росту центров обработки данных, в то же время оказывая огромное давление на процессоры в вычислительных узлах серверной инфраструктуры. Сетевой адаптер сервера играет незаменимую роль при переходе от режима загрузки, ориентированного на ЦП, к режиму, ориентированному на данные. Offрежим нагрузки. В последние годы в отрасли постоянно внедряются новые сетевые карты, отвечающие последним тенденциям в сценариях вычислений, таких как центры обработки данных: высокоскоростные интерфейсы, параллельные возможности и виртуализация ресурсов. Из-за его широкого применения на рынке существуют различные типы сетевых адаптеров, такие как гигабитные и 10-гигабитные сетевые адаптеры, сетевые адаптеры PCI-X и PCIe. В этой статье мы даем всестороннее представление о сетевых картах, включая их определение, функциональные возможности, общие компоненты и типы.

Что такое НИК?
NIC называется картой сетевого интерфейса, также известной как контроллер сетевого интерфейса. Сетевая карта — это сетевой компонент, работающий на втором канальном уровне. Обычно это печатная плата, установленная на компьютере для подключения к сети и обеспечивающая частное сетевое соединение для компьютера. Хотя сетевой адаптер является небольшой частью сетевого подключения компьютера, он играет незаменимую роль. Сетевые адаптеры действуют как преобразователь, преобразуя данные в цифровые сигналы, которые передаются с помощью кабелей или беспроводных маршрутизаторов в сети сервера. В качестве интерфейса на уровне TCP/IP сетевая карта может передавать сигналы на физическом уровне и пакеты на сетевом уровне. Независимо от уровня он действует как посредник между компьютером/сервером и сетью передачи данных. Когда пользователь запрашивает веб-страницу, локальная сеть получает данные с устройства пользователя, отправляет их на сетевой сервер, а затем получает необходимые данные для представления пользователю.

Компоненты сетевой карты
Традиционно сетевой адаптер состоит из контроллера, слота загрузочного ПЗУ, одного или нескольких NIC порты, порт материнской платы, светодиодные индикаторы, кронштейн и некоторые другие электронные компоненты. Каждый компонент имеет свою уникальную функцию:

• контроллер: Будучи основной частью сетевой карты, контроллер напрямую определяет производительность сетевой карты. Контроллер действует как небольшой процессор для обработки входящих данных.
• Слот загрузочного ПЗУ: этот слот позволяет активировать функцию загрузочного ПЗУ, что позволяет бездисковым рабочим станциям подключаться к сети, тем самым повышая безопасность и снижая затраты на оборудование.
• сетевой порт: обычно этот порт напрямую подключается к кабелю Ethernet или оптическому модулю для генерации и приема сигналов от сетевых кабелей или оптоволоконных перемычек.
• Интерфейс шины: этот интерфейс расположен сбоку на печатной плате, интерфейс шины, широко известный как «Золотой палец», вставляется в слот расширения материнской платы компьютера и используется для соединения сетевой карты с компьютером или сервером.
• Светодиодный индикатор: индикатор помогает пользователям определить рабочее состояние сетевого адаптера, наличие подключения к сети и передачу данных. Например, Link/Act указывает на активное состояние соединения, Full указывает, является ли оно полным дуплексом, а Power — это индикатор питания.
• Кронштейн: на рынке сетевых карт PCI существует два вида кронштейнов: полноразмерный кронштейн высотой 120 мм и половинный кронштейн высотой 80 мм. Кронштейн может помочь пользователю зафиксировать сетевую карту в слоте расширения компьютера или сервера.

Типы сетевых карт
Сетевые адаптеры можно разделить на следующие типы в зависимости от интерфейса шины, скорости передачи и области применения.

Классификация по протоколу:
По протоколу передачи сетевые адаптеры можно разделить на три типа: карты Ethernet, карты FC и карты IB.

• Карта Ethernet (адаптер Ethernet): Используя протокол IP в качестве протокола передачи, он обычно подключается к коммутатору Ethernet через оптоволоконный кабель или кабель витой пары. Оптический порт использует оптоволоконный кабель для передачи данных, а интерфейс согласующего модуля обычно представляет собой SFP, QSFP и т. д. Соответствующие оптоволоконные интерфейсы — LC, SC, MPO и т. д. Общий тип интерфейса электрического порта — RJ45, который обычно подключается витой парой, а также имеется небольшое количество интерфейсов, подключаемых коаксиальным кабелем.
• FC-карта: научное название Fibre Channel. Он использует протокол передачи Fibre Channel и подключается к коммутатору Fibre Channel через оптические кабели. Существует два типа интерфейсов: оптический и электрический. Режимы передачи и соответствующие модули оптических портов аналогичны картам Ethernet, но соответствующие порты только SC и LC. Тип электрического интерфейса — DB9 или HSSDC.
• IB-карта: Infiniband используется для подключения устройств FC/IP SAN, устройств NAS и серверов, а также используется в качестве протокола хранения iSCSI RDMA. Карты InfiniBand обеспечивают сверхнизкую задержку, сверхвысокую пропускную способность и инновационные механизмы сетевых вычислений, которые обеспечивают ускорение, масштабируемость и многофункциональные технологии, необходимые для современных современных рабочих нагрузок.

Классификация по скорости передачи:
В зависимости от скорости существуют самоадаптирующиеся карты 10/100 Мбит/с, гигабитные карты 1000 Мбит/с, карты 10G, 25G, 100G и даже более скоростные карты.
Адаптивная карта 10 Мбит/с/100 Мбит/с: в настоящее время это популярный тип сетевой карты. Он может автоматически адаптироваться к двум различным требованиям к пропускной способности сети. Он может быть подключен к старым сетевым устройствам со скоростью 10 Мбит/с, а также может применяться для подключения к более новым сетевым устройствам со скоростью 100 Мбит/с, поэтому он получил широкое признание среди пользователей.
Сетевой адаптер 1000 Мбит/с: обеспечивает более высокую пропускную способность для быстрого Ethernet. Gigabit Ethernet — это технология высокоскоростной локальной сети, обеспечивающая пропускную способность 1 Гбит/с по медным проводам. Соответствующая сетевая карта представляет собой гигабитную сетевую карту, которая также может достигать пропускной способности 1 Гбит/с. Существует два типа сетевых интерфейсов для гигабитных сетевых адаптеров: один — это обычный интерфейс RJ45 для витой пары, а другой — гигабитный оптоволоконный интерфейс SFP/GBIC.

• оптоволоконная сетевая карта 10G: Его основным направлением является карта Ethernet 10G. Как и карты Gigabit Ethernet, карты 10G Ethernet поддерживают одномодовое или многомодовое волокно. Использование карт 10G Ethernet дает сетевым операторам больше свободы для размещения центров обработки данных и одновременной поддержки нескольких сетей кампусов в пределах 80 километров друг от друга. В центрах обработки данных недорогое многомодовое волокно может использоваться в качестве основы сети 10G между коммутаторами и коммутаторами, а также между коммутаторами и серверами.

• оптоволоконный сетевой адаптер 25G: По сравнению с оптоволоконным сетевым адаптером 10G, более высокая пропускная способность оптоволоконного сетевого адаптера 25G соответствует сетевым требованиям высокопроизводительного вычислительного кластера. При обновлении сети со скоростью 100G или выше оптоволоконный сетевой адаптер 25G является одной из незаменимых инфраструктур. В процессе обновления центра обработки данных с 10G/40G до 25G/100G (интерфейс сервера — 25G, интерфейс соединения коммутатора — 100G) все больше и больше людей поддерживают 25GbE, включая Google, Microsoft и других крупных облачных провайдеров для абсолютного признания 25G.

• 40G оптоволоконная сетевая карта: порт 40G QSFP+, в основном используемый для серверов и высокопроизводительных устройств. Оптический сетевой адаптер QSFP 40G обеспечивает простую интеграцию в любой PCI Express X8 с производительностью сети 40Gigabit, оптимизированной таким образом, что системный ввод/вывод не является узким местом в высокопроизводительных сетевых приложениях. Он может поддерживать пропускную способность 40 Гбит/с и стандартный слот PCI-E X8, обеспечивая эффективную и стабильную работу сетевой карты. Кроме того, сетевой адаптер поддерживает такие функции, как VLAN, политика QOS и управление трафиком, что подходит для средних и крупных приложений LAN.

• 100G оптоволоконный сетевой адаптер: в связи с растущим спросом на массовую передачу данных на серверах обычно требуется устанавливать несколько сетевых адаптеров, чтобы удовлетворить высокий спрос на обработку данных. Из-за этой функции сеть центра обработки данных постепенно обновляется с сетевых адаптеров 10G до 100G или даже выше. Сетевой адаптер 100G обладает высокой пропускной способностью, сетевой обработкой с малой задержкой и способностью помогать ЦП offзагружать сетевые функции, экономя вычислительную мощность процессора и максимально снижая энергопотребление.

Классификация по типам шинного интерфейса:

• сетевая карта ISA: Архитектура промышленного стандарта была выпущена в 1981 году и представляет собой шинную структуру, совместимую со стандартами IBM. Из-за низкой скорости ввода-вывода интерфейса шины ISA с появлением технологии шины PCI в начале 1990-х годов от него постепенно отказались, и теперь он редко встречается на рынке.
• сетевая карта PCI: это называется Interconnect Peripheral Component Interconnect. Это стандарт локальной шины ПК, введенный в 1993 году. Поскольку его скорость ввода-вывода намного выше, чем у сетевой карты шины ISA (самая высокая скорость ISA составляет всего 33 МБ/с, в то время как текущая 64-битная скорость передачи данных PCI составляет 266 МБ/с), он постепенно заменил прежний стандарт ISA. Этот тип сетевой карты изначально используется на сервере, а затем также широко используется в настольных компьютерах, является основным типом интерфейса сетевой карты. Большинство современных компьютеров не имеют карт расширения, а используют встроенные сетевые карты. Поэтому сетевые карты PCI были заменены другими шинными интерфейсами, такими как интерфейсы PCI-X или USB.
• сетевая карта PCI-X: PCI-X — это усовершенствованная технология шины PCI. По сравнению с оригинальным PCI скорость ввода-вывода удвоена, а скорость передачи данных также выше, чем у интерфейса PCI. Карта интерфейса шины PCI-X обычно имеет ширину шины 32 бита, но также поддерживает 64-битную операцию со скоростью до 1064 МБ/с. В большинстве случаев слоты PCI-X обратно совместимы с сетевыми платами PCI.
• компьютерная сетевая карта: карта PCIe — это сетевая карта с портом PCIe, которая используется в качестве порта расширения для подключения к материнской плате. В частности, карты расширения на основе PCI можно вставлять в слоты PCIe на материнской плате таких устройств, как хосты, серверы и сетевые коммутаторы. Большинство материнских плат компьютеров теперь имеют специальные слоты PCIe для карт PCIe. Как правило, ширина слота будет такой же, как ширина сетевой карты, или даже больше.

FiberMall самостоятельно разрабатывает 1000M, 10G, 25G, 40G, 100G, однопортовые, двухпортовые и 4-портовые волоконно-оптические сетевые адаптеры на базе чипов контроллеров Intel и NVIDIA, а также предоставляет индивидуальные решения для оптоволоконных сетевых адаптеров.

классификация	ФайберМолл ПН	контроллер	Характеристики
Гигабитная сетевая карта	ФМИ210-1Г-С1	Intel I210	PCIe x1 Gigabit SFP 1-портовый оптоволоконный адаптер
Гигабитная сетевая карта	FM82576-1G-S2	Intel 82576	Двухпортовый оптоволоконный адаптер PCIe x4 Gigabit SFP
Гигабитная сетевая карта	ФМИ350-1Г-С4	Intel I350	Четырехпортовый оптоволоконный адаптер PCIe x4 Gigabit SFP
Сетевая карта 10 ГБ	FM82599EN-10G-S1	Интел 82599EN	Однопортовый серверный адаптер PCI Express x8 SFP+ 10 Gigabit
Сетевая карта 10 ГБ	FM82599ES-10G-S2	Интел 82599ES	Двухпортовый серверный адаптер PCI Express x8 SFP+ 10 Gigabit
Сетевая карта 10 ГБ	FMX710-10G-S2	Intel X710-BM2	PCI Express v3.0 x8 10-гигабитный двухпортовый серверный адаптер Ethernet
Сетевая карта 10 ГБ	FMXL710-10G-S4	Интел XL710-BM1	Четырехпортовый серверный адаптер PCI Express v3.0 x8 10Gigabit Ethernet
Сетевая карта 25 ГБ	FMXXV710-25G-S2	Интел XXV710	PCIe v3.0 x8 25-гигабитный двухпортовый серверный адаптер Ethernet
Сетевая карта 25 ГБ	4121А-АСАТ-25ГС2	NVIDIA 4121A-АСАТ	Сетевой адаптер ConnectX-4 Lx EN, двухпортовый SFP25 28GbE, PCIe3.0 x 8
Сетевая карта 40 ГБ	FMXL710－40G-Q1	Интел XL710-BM1	PCIe v3.0 x8 40-гигабитный 1-портовый серверный Ethernet-адаптер
Сетевая карта 40 ГБ	FMXL710－40G-Q2	Интел XL710	PCIe v3.0 x8 40-гигабитный двухпортовый серверный Ethernet-адаптер
Сетевая карта 100 ГБ	ФМЭ810-100Г-К2	Intel E810-CAM2	PCIe v4.0 x16 100-гигабитный двухпортовый серверный Ethernet-адаптер

Заключение

Для разных сценариев приложений требуются разные типы сетевых адаптеров, и одному сетевому адаптеру сложно соответствовать сложным и разнообразным сценариям ускорения. С улучшением рыночной конъюнктуры и технических возможностей будущий рынок сетевых адаптеров также откроет больше возможностей, таких как новейший сетевой адаптер OCP NIC 3.0. Поэтому, если вы ищете сетевую карту для домашнего ПК или сетевую карту для сервера для использования на предприятии или в центре обработки данных, вам необходимо четко понимать основы сетевых карт перед покупкой.