網絡卡的功能、構造與分類｜什麼是網絡卡？

隨著人工智慧、大資料、分散式儲存和雲服務等發展趨勢日漸明朗，都要求更低的延遲來支援部署在網路邊緣的實時應用程式和服務。在百行百業的數字化轉型以及應對5G和IoT等服務需求，為資料中心帶來了爆發式增長，同時給伺服器基礎設施計算節點的CPU帶來了巨大的壓力。在以CPU為中心的On​load模式向以資料為中心的Offload模式的轉變中，伺服器網絡卡扮演著不可或缺的角色。近年來，行業也一直不斷地推出新的網絡卡，滿足於資料中心等場景中計算領域的最新發展趨勢：介面高速化、能力並行化、資源虛擬化。由於其應用廣泛，市場上出現了各種型別的網路介面卡，如千兆網絡卡和萬兆網絡卡，PCI-X和PCIe網絡卡等。在這篇文章中，我們從網絡卡的定義、功能、常見組成部分以及網絡卡種類來全面介紹網絡卡。

什麼是網絡卡？

網絡卡全稱為網路介面卡（Network Interface Card， NIC），也被稱為網路介面控制器。網絡卡是工作在第二層鏈路層的一個網路元件，通常是安裝在計算機上用於連線網路的電路板，可為計算機提供專用網路連線。網絡卡雖然僅作為計算機網路連線的一個小元件，但發揮著不可缺少的作用。網絡卡就像一個轉換器，將資料轉換為數字訊號，透過使用電纜線或伺服器網路上的無線路由器進行通訊。網絡卡作為TCP/IP層的介面，可以在物理層傳輸訊號，網路層傳遞資料包。無論位於哪一層，它都充當計算機/伺服器和資料網路之間的中間媒介。當用戶請求一個web頁面時，區域網卡從使用者裝置獲取資料，並將它們傳送到網路伺服器上，然後接收所需的資料展示給使用者。

網絡卡的組成部件

傳統上，網路介面卡主要由一個控制器、一個boot ROM插槽、一/多個網絡卡埠、一個主機板介面、LED指示燈、一個支架和一些其他電子元件組成。 每個元件都有其獨特的功能：

控制器：

控制器作為網絡卡的核心部分，直接決定了網絡卡的效能。控制器就像一個小型CPU，用於處理接收的資料。

Boot ROM 插槽：

此插槽允許啟用Boot ROM 功能。Boot ROM允許無盤工作站連線到網路，從而提高安全性並降低硬體成本。

網絡卡埠：

通常情況下，該埠直接與乙太網線或光模組連線，產生和接收網線或光纖跳線上的訊號。

匯流排介面：

該介面位於電路板的側面，俗稱“金手指”的匯流排介面插在計算機主機板的擴充套件槽中，用於網絡卡與計算機或伺服器之間的連線。

LED指示燈：

指示燈用於幫助使用者識別網絡卡的工作狀態，網路是否連線，是否有資料傳輸。例如，Link/Act表示連線活動狀態，Full表示是否全雙工，而Power是電源指示。

支架：

PCI網絡卡市場上有兩種支架，一個是高120mm的全高支架，另一個是高79。2mm的半高支架。該支架可以幫助使用者將網絡卡固定在計算機或伺服器的擴充套件槽中。

一張裝有全高支架的NVIDIA網絡卡俯檢視

網絡卡的種類

根據匯流排介面、傳輸速度、應用領域等不同，網絡卡可分為以下幾個不同的型別。

基於協議的分類

根據傳輸協議的不同的，網絡卡可分為三種，一是乙太網卡，二是FC網絡卡，三是IB網絡卡。

乙太網網絡卡（Ethernet Adapter）

：使用IP協議為傳輸協議，一般透過光纖線纜或雙絞線與乙太網交換機連線。光口透過光纖線纜來進行資料傳輸，搭配的模組介面一般為SFP、QSFP等，對應的光纖介面為LC、SC、MPO等。電口常用的介面型別為RJ45，一般與雙絞線連線，也有少量與同軸電纜連線的介面。

FC網絡卡

：學名Fibre Channel。使用光纖通道協議為傳輸協議，主要透過光纖線纜與光纖通道交換機連線。介面型別分為光口和電口。光口的傳輸方式和搭配模組與乙太網卡類似，但對應的介面僅為SC和LC。電口的介面型別一般為DB9針或HSSDC。

IB網絡卡

：Infiniband大量用於FC/IP SAN、NAS和伺服器之間的連線，作為iSCSI RDMA的儲存協議。InfiniBand網絡卡可提供超低延遲、超高吞吐量和創新的網路計算引擎，為當今的現代工作負載提供所需的加速能力、可擴充套件性和功能豐富的技術。

基於傳輸速度的分類

基於不同的速度，網絡卡有10/100Mbps自適應，1000Mbps千兆網絡卡、10G、25G、100G甚至更高速度的網絡卡。

10Mbps/100Mbps自適應卡

：10Mbps和100Mbps頻寬自適應網絡卡是目前比較流行的網絡卡型別。它能夠自動適應兩種不同頻寬的網路需求。可與舊的10Mbps網路裝置連線，也可應用於較新的100Mbps網路裝置的連線，因此得到了使用者的廣泛認可。

1000Mbps網絡卡

：此類卡可為快速乙太網提供更高的頻寬。千兆乙太網是一種高速區域網技術，可以透過銅線提供 1Gbps 頻寬。對應的網絡卡是千兆網絡卡，這種網絡卡的頻寬也可以達到1Gbps。千兆網絡卡的網路介面也主要有兩種，一種是普通的雙絞線RJ45介面，另一種是千兆SFP/GBIC光纖介面。

10G網絡卡

：其主流為10G乙太網卡，與千兆乙太網卡一樣，10G乙太網卡也支援單模或多模光纖。使用10G乙太網卡可以讓網路運營商更自由地選擇資料中心的位置，並且可以同時支援80公里範圍內的多個園區網路。在資料中心，可以使用低成本的多模光纖作為交換機與交換機、交換機與伺服器之間的10G網路的骨幹。

25G網絡卡

：相較10G網絡卡而言，25G光纖網絡卡的更大頻寬滿足高效能計算叢集的網路需求，在100G甚至更高速率的網路升級中，25G光纖網絡卡將是不可或缺的基礎設施之一。在資料中心從10G/40G 升級到 25G/100G（伺服器的介面是25G， 交換機間互聯的介面是100G）的過程中，越來越多的人支援 25GbE，包括谷歌、微軟等大型雲提供商對 25G 的絕對認可。

100G網絡卡

：隨著海量資料的傳輸需求越來越高，伺服器通常都需要安裝多個網絡卡來滿足資料處理的高需求，正是因為這種特性，促使資料中心網路從10G慢慢向100G網絡卡升級，甚至更高速率的發展。100G網絡卡具有高吞吐量、低延時的網路處理能力、輔助其CPU進行網路功能解除安裝的能力，可最大化地節約CPU算力同時降低其功耗。

NVIDIA 100G 網絡卡

基於匯流排介面型別分類

ISA網絡卡

：ISA總標準線於1981年釋出，是一種相容IBM標準的匯流排結構。由於ISA匯流排介面的I/O速度較慢，隨著1990年代初PCI匯流排技術的出現逐漸被淘汰，現在市場上已很少見。

PCI網絡卡

：PCI的英文全稱為Peripheral Component Interconnect。即外部裝置互聯匯流排，是於1993年推出的PC區域性匯流排標準。因為它的I/O速度比ISA匯流排型網絡卡快很多（ISA最高只有33MB/s，而目前的PCI 64位資料傳輸率是266MB/ s），所以它逐漸取代了以前的 ISA 標準。這種網絡卡最初是用於伺服器上，後來在臺式機上的使用相當普遍，也是目前的一種主流網絡卡介面型別。如今大多數計算機都沒有擴充套件卡，而是使用嵌入式網絡卡。因此，PCI匯流排網絡卡已經被其他匯流排介面如PCI-X或USB介面所取代。

PCI-X網絡卡

：PCI-X是一種增強的PCI匯流排技術。與原來的PCI相比，I/O速度提高了一倍，資料傳輸速度也比PCI介面快。PCI-X匯流排介面網絡卡一般有32位匯流排寬度，但也支援64位操作，最高可達1064MB/s。多數情況下PCI- X的插槽與PCI網絡卡是向後相容的。

PCIe網絡卡

：PCIe卡是帶有PCIe介面的網絡卡，在主機板級連線中用作擴充套件埠。具體來說，基於PCIe的擴充套件卡可插入主機、伺服器和網路交換機等裝置主機板上的PCIe插槽。現在大部分電腦主機板都有對應PCIe卡的專用PCIe插槽。一般來說，插槽的寬度會與網絡卡的寬度相同，甚至更寬。

結語

不同應用場景需要不同型別的網絡卡，單一網絡卡難以滿足複雜多樣的加速場景。隨著市場熱度以及技術能力的提升，未來的網絡卡市場也會迎來更多的可能性，比如最新的OCP NIC 3。0網絡卡。因此，無論您是在尋找家用PC網絡卡，還是用於企業、資料中心的伺服器網絡卡，在購買網絡卡之前，都需要清楚地瞭解網絡卡相關的基本知識。