Руководство по сетевым интерфейсным картам (NIC): определение, типы и функции

Что такое сетевая интерфейсная карта?

Сетевая интерфейсная карта (NIC), также известная как карта сетевого адаптера и контроллер сетевого интерфейса, представляет собой аппаратный компонент, позволяющий таким устройствам, как компьютеры или серверы, взаимодействовать с компьютерными сетями. Сетевая интерфейсная карта обычно имеет вид печатной платы или микросхемы. 

Изначально NIC-карта устанавливалась в компьютерную шину в виде платы расширения. Позднее, с удешевлением и широким распространением Ethernet, в большинстве новых компьютеров сетевой интерфейс стали интегрировать непосредственно в материнскую плату.  Отдельная NIC-карта больше не требуется, если только не нужны несколько интерфейсов или другие типы сетей.

NIC предназначен для подключения компьютера к сети LAN (Local Area Network) по кабелю или беспроводному соединению. Он обеспечивает доступ на физическом уровне для взаимодействия с канальным уровнем передачи данных (Ethernet или WiFi), благодаря чему компьютеры могут обмениваться данными в одной сети LAN или даже взаимодействовать через крупномасштабные сети с использованием интернет-протокола (IP).

Сетевая интерфейсная карта с двумя интерфейсами SFP

Функция сетевой интерфейсной карты

Количество микросхем на сетевая интерфейсная карта снижается вследствие усиления интеграции. Хотя существует множество типов сетевых карт, выпускаемых различными производителями, их функции схожи. Итак, что делает NIC? Какова функция сетевой интерфейсной карты? Как это работает?

Инкапсуляция данных

В процессе инкапсуляции данные можно представить в виде пакета, а заголовок и конец кадра — как оболочку пакета. Сетевая интерфейсная карта инкапсулирует компьютерные данные в кадры, добавляя заголовок и конец кадра, а затем передает данные в сети через среду сетевой передачи. В проводных сетях обычно используется медный кабель или оптоволокно, тогда как в беспроводных сетях WLAN — электромагнитные волны. 

Распаковка данных

При получении кадров данных, переданных другими сетевыми устройствами, сетевая интерфейсная карта группирует эти кадры данных в данные, удаляя заголовок и окончание кадра, а затем передает данные компьютеру. 

Управление соединениями

Если сетевая интерфейсная карта получает кадр данных с ошибкой, она самостоятельно отбрасывает ошибочный кадр и не уведомляет компьютер. Напротив, при получении корректного кадра она уведомляет компьютер и передает его сетевому уровню стека протоколов. Когда компьютер собирается отправить IP-пакет данных, данные передаются сетевой интерфейсной карте через стек протоколов и после сборки в кадр отправляются в локальную сеть. 

Еще одним важным проявлением функции управления каналом является проверка того, находится ли состояние канала в режиме простоя. Поскольку Ethernet использует общий канал, при передаче данных возникают конфликты, если в это же время канал используется кем-либо еще.

Функция управления соединением в основном реализуется с помощью протокола CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий).

Кодирование и декодирование данных

Передача данных должна осуществляться по физической среде передачи. На практике передаваемые сигналы являются электрическими или оптическими сигналами. Функция кодирования и декодирования главным образом заключается в преобразовании данных в электрические или оптические сигналы с использованием метода кодирования Манчестерского кода.

Различные типы интерфейсных карт

Классификация на основе типов шин

В зависимости от типа шины сетевые интерфейсные карты в основном делятся на четыре категории: PCI, PCIe, USB и ISA.

Типы сетевых карт ISA и PCI - Будучи ранними типами NIC, они были выведены с рынка. 

Тип USB сетевой карты - В основном применяется в сфере потребительской электроники.

Тип PCIe сетевой карты - В основном применяется в промышленных системах и серверах. По сравнению с ранними интерфейсными картами PCI поддерживает гораздо более высокую скорость передачи данных.

Классификация на основе сетевого интерфейса

В зависимости от типа сетевого интерфейса сетевая интерфейсная карта в основном состоит из оптических интерфейсов (SC, LC и т. д.) и электрических интерфейсов (RJ45).

Сетевая карта с электрическим интерфейсом - Передача электрических сигналов по медным кабелям типа «витая пара». Максимальная дальность достигает 100 метров.

Оптическая сетевая карта NIC - Передача оптических сигналов по оптоволоконным кабелям и оптическим трансиверам. Максимальная дальность достигает сотен метров в многомодовой системе и тысяч метров в одномодовой системе.

Сетевая карта с электрическим интерфейсом

Оптическая сетевая карта NIC

Классификация по скорости передачи данных

В зависимости от скорости передачи данных существуют сетевые интерфейсные карты на 100M, 1000M, 2.5G, 5G, 10G, 25G, 40G, 100G, 200G и т. д.

Классификация по типу среды передачи

В зависимости от используемой среды передачи сетевая интерфейсная карта может быть разделена на две категории: проводная сетевая карта и беспроводная сетевая карта.

Проводная сетевая карта - Использование физического оптоволоконного или медного кабеля в качестве среды передачи для подключения к сетям.

Беспроводная сетевая карта NIC - По сравнению с проводной сетевой картой беспроводная сетевая карта использует беспроводную технологию вместо кабелей. Для подключения к беспроводной локальной сети (WLAN) беспроводная сетевая карта должна работать с беспроводным маршрутизатором или беспроводной точкой доступа (Access Point). Беспроводную сетевую карту можно рассматривать как передатчик, а беспроводной маршрутизатор или точку доступа — как приемник. 

Беспроводные сетевые карты в основном делятся на внутренние и внешние карты беспроводного сетевого интерфейса. Внутренние интегрированные карты беспроводного сетевого интерфейса обычно используются в ноутбуках и смартфонах. Беспроводные карты USB и PCI/PCIe являются наиболее распространёнными внешними картами беспроводного сетевого интерфейса. Они пригодятся, если беспроводная сетевая карта ноутбука вышла из строя или если настольный компьютер необходимо подключить к беспроводной сети.

Классификация на основе области применения

В зависимости от различных уровней требований к применению сетевых карт сетевые интерфейсные карты можно разделить на серверные сетевые карты и сетевые карты для ПК.

Сетевая карта для ПК - Используется для подключения ПК к локальной сети. Для обычного ПК достаточно одной сетевой карты.

Сетевая карта NIC для сервера - Используется для подключения сервера к сетевым устройствам, таким как коммутаторы. По сравнению с сетевой картой ПК серверная сетевая карта предъявляет более высокие требования к скорости передачи данных, загрузке ЦП, стабильности и безопасности. Как правило, для сервера требуется две или более серверные сетевые карты.

Наконец, QSFPTEK предлагает серию сетевых карт NIC, включая сетевые карты с пропускной способностью 1G, 10G, 25G, 40G и 100G. Свяжитесь с нами!