Leitfaden zur Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) - Definition, Typen und Funktionen

Was ist eine Netzwerkschnittstellenkarte?

Die Netzwerkschnittstellenkarte (NIC), auch als Netzwerkadapterkarte und Netzwerkschnittstellen-Controller bekannt, ist eine Hardwarekomponente, die es Geräten wie Computern oder Servern ermöglicht, mit Computernetzwerken zu kommunizieren. Die Netzwerkschnittstellenkarte sieht im Allgemeinen wie eine Leiterplatte oder ein Chip aus. 

Anfangs wurde die NIC-Karte in Form einer Erweiterungskarte in den Computerbus eingesetzt. Später, mit dem niedrigeren Preis und der weiten Verbreitung von Ethernet, haben die meisten neuen Computer eine Netzwerkschnittstelle auf dem Motherboard vorintegriert.  Eine separate NIC-Karte ist nicht mehr erforderlich, es sei denn, mehrere Schnittstellen oder andere Netzwerktypen werden benötigt.

Der Zweck einer NIC besteht darin, Ihren Computer über ein Kabel oder drahtlos mit einem LAN-Netzwerk (Local Area Network) zu verbinden. Sie bietet Zugriff auf der physikalischen Schicht, um mit der Sicherungsschicht (Ethernet oder WiFi) zu kommunizieren, sodass Computer im selben LAN-Netzwerk kommunizieren oder sogar über groß angelegte Netzwerke mittels Internet Protocol (IP) kommunizieren können.

Netzwerkschnittstellenkarte mit Dual-SFP-Schnittstelle

Funktion der Netzwerkschnittstellenkarte

Die Anzahl der Chips auf dem Netzwerkschnittstellenkarte nimmt aufgrund zunehmender Integration ab. Obwohl es viele Arten von Netzwerkkarten gibt, die von verschiedenen Herstellern produziert werden, sind ihre Funktionen ähnlich. Was macht also eine NIC? Welche Funktion hat eine Netzwerkschnittstellenkarte? Wie funktioniert es?

Datenkapselung

Beim Kapselungsprozess können die Daten als Paket betrachtet werden, der Frame-Header und das Frame-Ende sind die Verpackungen des Pakets. Die Netzwerkkarte kapselt die Computerdaten als Frames, indem sie einen Frame-Header und ein Frame-Ende hinzufügt, und sendet die Daten anschließend über Netzwerkübertragungsmedien an Netzwerke. Bei kabelgebundenen Netzwerken sind die allgemeinen Übertragungsmedien Kupferkabel oder Glasfaser, während bei drahtlosem WLAN elektromagnetische Wellen verwendet werden. 

Datenentpackung

Beim Empfang der von anderen Netzwerkgeräten übertragenen Datenframes setzt die Netzwerkschnittstellenkarte diese Datenframes wieder zu Daten zusammen, indem sie den Frame-Header und das Frame-Ende entfernt, und überträgt die Daten anschließend an den Computer. 

Link-Management

Wenn die Netzwerkschnittstellenkarte einen fehlerhaften Datenrahmen empfängt, verwirft sie den fehlerhaften Rahmen selbstständig und informiert den Computer nicht. Empfängt sie hingegen einen korrekten Rahmen, benachrichtigt sie den Computer und übergibt ihn an die Netzwerkschicht des Protokollstapels. Wenn der Computer ein IP-Datenpaket senden soll, werden die Daten über den Protokollstapel an die Netzwerkschnittstellenkarte übergeben und nach dem Zusammensetzen zu einem Rahmen an das LAN gesendet. 

Die andere wichtige Ausprägung der Link-Management-Funktion ist die Prüfung, ob sich der Linkstatus im Ruhezustand befindet. Da Ethernet ein gemeinsam genutzter Link ist, treten beim Übertragen von Daten Konflikte auf, wenn in der Zwischenzeit jemand anderes den Link nutzt.

Die Link-Management-Funktion wird hauptsächlich über das CSMA/CD-Protokoll (Carrier Sense Multiple Access with collision detection) realisiert.

Datenkodierung und -dekodierung

Die Datenübertragung muss über ein physisches Übertragungsmedium erfolgen. In der Praxis sind die übertragenen Signale elektrische Signale oder optische Signale. Die Kodierungs- und Dekodierungsfunktion zeigt sich hauptsächlich darin, dass die Daten mithilfe des Kodierungsverfahrens des Manchester-Codes in elektrische Signale oder optische Signale umgewandelt werden.

Verschiedene Arten von Schnittstellenkarten

Klassifizierung nach Bustypen

Basierend auf verschiedenen Bustypen werden Netzwerkschnittstellenkarten hauptsächlich in vier Kategorien eingeteilt: PCI, PCIe, USB, ISA.

ISA- und PCI-Typen von NIC - Als frühe NIC-Typen wurden sie vom Markt genommen. 

USB-Typ der NIC - Hauptsächlich im Bereich der Unterhaltungselektronik eingesetzt.

PCIe-Typ der NIC - Hauptsächlich in Industriebereichen und Servern eingesetzt. Im Vergleich zur frühen PCI-Schnittstellenkarte unterstützt sie eine deutlich höhere Datenübertragungsrate.

Klassifizierung basierend auf Netzwerkschnittstellen

Basierend auf verschiedenen Arten von Netzwerkschnittstellen besteht die Netzwerkschnittstellenkarte hauptsächlich aus optischen Schnittstellen (SC, LC usw. )und elektrischen Schnittstellen (RJ45).

NIC-Karte mit elektrischer Schnittstelle - Übertragung elektrischer Signale über verdrillte Kupferkabel. Die maximale Entfernung beträgt bis zu 100 Meter.

NIC-Karte mit optischer Schnittstelle - Übertragung optischer Signale über Glasfaserkabel und optische Transceiver. Die maximale Entfernung reicht bis zu Hunderten von Metern bei einem Multimode-System und Tausenden von Metern bei einem Singlemode-System.

NIC-Karte mit elektrischer Schnittstelle

NIC-Karte mit optischer Schnittstelle

Klassifizierung basierend auf der Übertragungsdatenrate

Je nach Übertragungsdatenrate gibt es Netzwerkkarten mit 100M, 1000M, 2.5G, 5G, 10G, 25G, 40G, 100G, 200G usw.

Klassifizierung basierend auf Übertragungsmedien

Basierend auf verschiedenen Übertragungsmedien kann die Netzwerkkarte in zwei Kategorien unterteilt werden: kabelgebundene NIC-Karte und drahtlose NIC-Karte.

Kabelgebundene NIC-Karte - Verwendung von physischen Glasfaserkabeln oder Kupferkabeln als Übertragungsmedien zur Verbindung mit Netzwerken.

Drahtlose NIC-Karte - Im Vergleich mit einer kabelgebundenen NIC card verwendet eine drahtlose NIC card Funktechnologie, um Kabel zu ersetzen. Um eine Verbindung mit einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) herzustellen, muss die drahtlose NIC card mit dem wireless router oder wireless AP (Access Point) zusammenarbeiten. Die drahtlose NIC kann als Sender betrachtet werden, während der wireless router oder AP wie ein Empfänger ist. 

Drahtlose Netzwerkkarten werden hauptsächlich in interne und externe drahtlose NIC-Karten unterteilt. Intern integrierte drahtlose NIC-Karten sind häufig in Laptops und Smartphones zu finden. USB- und PCI/PCIe-drahtlose NIC-Karten sind die gängigsten externen drahtlosen NIC-Karten; sie sind praktisch, wenn die drahtlose NIC Ihres Laptops defekt ist oder Ihr Desktop-Computer eine Verbindung zu einem drahtlosen Netzwerk herstellen muss.

Anwendungsbasierte Klassifizierung

Je nach den verschiedenen Stufen der Anwendungsanforderungen an NIC-Karten können Netzwerkschnittstellenkarten in Server-NIC und PC-NIC unterteilt werden.

PC-NIC-Karte - Wird verwendet, um einen PC mit einem LAN zu verbinden. Eine NIC-Karte reicht für den gewöhnlichen PC aus.

Server-NIC-Karte - Wird verwendet, um den Server mit Netzwerkgeräten wie Switches zu verbinden. Im Vergleich zu PC-NICs haben Server-NICs höhere Anforderungen an Datenrate, CPU-Auslastung, Stabilität und Sicherheit. Im Allgemeinen sind für einen Server zwei oder mehr Server-NIC-Karten erforderlich.

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