Контроллер сетевого интерфейса - Network interface controller

"Сетевая карта" перенаправляется сюда. Чтобы узнать о дисконтной карте British Rail, см. Сетевая железнодорожная карта.
Не путать с устройство сетевого интерфейса.
Контроллер сетевого интерфейса
Сетевая карта.jpg
1990-е годы Ethernet карта контроллера сетевого интерфейса, которая подключается к материнской плате через устаревшую Автобус ISA. Эта комбинированная карта имеет как Разъем BNC (слева) для использования в (теперь устарело) 10BASE2 сети и 8P8C разъем (правый) для использования в 10BASE-T сети.
Подключается кМатеринская плата через один из:

Сеть через один из:

СкоростиПолный дуплекс или же полудуплекс:
  • 10 Мбит / с
  • 100 Мбит / с
  • 1 Гбит / с

Полный дуплекс:[1][2]
  • 2,5 Гбит / с
  • 5 Гбит / с
  • 10 Гбит / с
  • до 160 Гбит / с
Общие производителиIntel
Realtek
Broadcom (включает бывших Avago, Эмулекс )
Marvell Technology Group
Cavium (ранее QLogic )
Mellanox
Chelsio

А контроллер сетевого интерфейса (NIC, также известный как сетевая карта, Сетевой адаптер, Сетевой адаптер или же физический сетевой интерфейс,[3] и аналогично) является компьютерное железо компонент, который соединяет компьютер к компьютерная сеть.[4]

Ранние контроллеры сетевого интерфейса обычно реализовывались на карты расширения который подключен к компьютерный автобус. Низкая стоимость и повсеместность Ethernet стандарт означает, что большинство новых компьютеров имеют сетевой интерфейс, встроенный в материнская плата.

Современные контроллеры сетевого интерфейса предлагают расширенные функции, такие как прерывать и DMA интерфейсы с процессорами хоста, поддержка нескольких очередей приема и передачи, разделение на несколько логических интерфейсов и обработка сетевого трафика на контроллере, например Механизм разгрузки TCP.

Цель

Сетевой контроллер реализует электронную схему, необходимую для связи с использованием определенного физический слой и уровень канала передачи данных стандарт, такой как Ethernet или же Вай фай.[а] Это обеспечивает основу для полноценной сети. стек протоколов, позволяя общаться между компьютерами на одном локальная сеть (LAN) и крупномасштабные сетевые коммуникации через маршрутизируемые протоколы, такие как протокол Интернета (IP).

Сетевая карта позволяет компьютерам обмениваться данными по компьютерной сети с помощью кабеля или по беспроводной сети. Сетевая карта является устройством как физического уровня, так и уровня канала данных, поскольку она обеспечивает физический доступ к сетевой среде и для IEEE 802 и аналогичных сетей, обеспечивает систему адресации низкого уровня за счет использования MAC-адреса которые однозначно назначаются сетевым интерфейсам.

Выполнение

12 ранних сетевых карт ISA 8 бит и 16 бит для ПК. Самая нижняя правая карта - это ранняя сетевая карта беспроводной связи, а центральная карта с частичной бежевой пластиковой крышкой - это PSTN. модем.

Сетевые контроллеры изначально были реализованы как карты расширения, которые подключались к компьютерной шине. Низкая стоимость и повсеместное распространение стандарта Ethernet означает, что большинство новых компьютеров имеют контроллер сетевого интерфейса, встроенный в материнскую плату. Новее сервер материнские платы могут иметь несколько встроенных сетевых интерфейсов. Возможности Ethernet: интегрированный в материнскую плату чипсет или реализован через недорогой выделенный чип Ethernet. Отдельная сетевая карта обычно больше не требуется, если не требуются дополнительные независимые сетевые подключения или не используется какой-либо тип сети, отличный от Ethernet. Общая тенденция в компьютерном оборудовании: интеграция различных компонентов систем на микросхеме, и это также относится к сетевым картам.

Сетевой контроллер Ethernet обычно имеет 8P8C розетка, к которой подключен сетевой кабель. Также поставляются старые сетевые карты BNC, или же AUI соединения. Сетевые контроллеры Ethernet обычно поддерживают 10Мбит / с Ethernet, 100 Мбит / с Ethernet, и 1000 Мбит / с Ethernet разновидности. Такие контроллеры обозначаются как 10/100/1000, что означает, что они могут поддерживать скорость передачи данных 10, 100 или 1000 Мбит / с. 10 Гбит Ethernet Сетевые карты также доступны, и по состоянию на ноябрь 2014 г., начинают быть доступны на материнские платы компьютера.[5][6]

А Qlogic QLE3442-CU SFP + двухпортовый сетевой адаптер

Модульные конструкции типа SFP и SFP + очень популярны, особенно для волоконно-оптическая связь. Они определяют стандартную розетку для медиа-зависимых трансиверов, поэтому пользователи могут легко адаптировать сетевой интерфейс к своим потребностям.

Светодиоды рядом с сетевым разъемом или интегрированный в него, информирует пользователя о том, подключена ли сеть и когда происходит активность данных.

Сетевая карта может использовать один или несколько из следующих методов, чтобы указать доступность пакетов для передачи:

  • Опрос это где ЦПУ исследует статус периферийный под программным управлением.
  • Прерывать -driven I / O - это когда периферийное устройство предупреждает ЦП, что оно готово к передаче данных.

Сетевые адаптеры могут использовать один или несколько из следующих методов для передачи пакетных данных:

  • Программируемый ввод / вывод, где ЦП перемещает данные в или из сетевой карты в память.
  • Прямой доступ к памяти (DMA), когда устройство, отличное от ЦП, берет на себя управление системная шина для перемещения данных в или из сетевой карты в память. Это снимает нагрузку с ЦП, но требует больше логики на карте. Кроме того, буфер пакетов на сетевой карте может не потребоваться и задержка можно уменьшить.

Производительность и расширенная функциональность

An Банкомат сетевой интерфейс.
Intel 82574L Гигабитный Ethernet NIC, карта PCI Express × 1, которая обеспечивает две аппаратные очереди приема[7]

Сетевые карты с несколькими очередями обеспечить множественную передачу и прием очереди, позволяя назначать пакеты, полученные сетевой картой, в одну из ее очередей приема. Сетевая карта может распределять входящий трафик между очередями приема, используя хэш-функция. Каждой очереди приема назначается отдельный прерывать; перенаправляя каждое из этих прерываний на разные Процессоры или же Ядра процессора обработка запросов прерывания, инициированных сетевым трафиком, полученным одной сетевой картой, может быть распределена для повышения производительности.[8][9]

Аппаратное распределение прерываний, описанное выше, называется масштабирование на стороне приема (RSS).[10]:82 Существуют и чисто программные реализации, такие как управление получением пакетов (RPS) и получить управление потоком (RFS).[8] Дальнейшее улучшение производительности может быть достигнуто путем маршрутизации запросов прерывания к процессорам или ядрам, выполняющим приложения, которые являются конечными адресатами для сетевые пакеты которые генерировали прерывания. Эта техника улучшает Местоположение ссылки и приводит к повышению общей производительности, уменьшению задержки и лучшему использованию оборудования из-за более высокого использования Кеши процессора и требуется меньше переключатели контекста. Примеры таких реализаций - RFS[8] и Intel Директор потока.[10]:98,99[11][12][13]

При использовании сетевых адаптеров с несколькими очередями дополнительные улучшения производительности могут быть достигнуты путем распределения исходящего трафика между различными очередями передачи. Назначая разные очереди передачи разным ЦП или ядрам ЦП, можно избежать конфликтов внутри операционной системы. Такой подход обычно называют управление пакетами передачи (XPS).[8]

Некоторые продукты имеют Разделение NIC (NPAR, также известный как разделение портов) который использует SR-IOV виртуализация для разделения одной сетевой карты 10 Gigabit Ethernet на несколько дискретных виртуальных сетевых адаптеров с выделенной полосой пропускания, которые представлены встроенному ПО и операционной системе как отдельные Функции устройства PCI.[14][15]

Механизм разгрузки TCP это технология, используемая в некоторых сетевых адаптерах для разгрузки обработки всего TCP / IP стек к сетевому контроллеру. Он в основном используется с высокоскоростными сетевыми интерфейсами, такими как Gigabit Ethernet и 10 Gigabit Ethernet, для которых накладные расходы обработки сетевого стека становятся значительными.[16]

Некоторые сетевые карты предлагают интегрированные программируемые вентильные матрицы (FPGA) для программируемой пользователем обработки сетевого трафика до того, как он достигнет главного компьютера, что позволяет значительно сократить задержки в чувствительных ко времени рабочих нагрузках.[17] Более того, некоторые сетевые карты предлагают полную низкую задержку. Стеки TCP / IP работает на интегрированных ПЛИС в сочетании с пространство пользователя библиотеки, которые перехватывают сетевые операции, обычно выполняемые ядро операционной системы; Открытый исходный код Solarflare OpenOnload сетевой стек, который работает на Linux это пример. Такой вид функциональности обычно называют сеть на уровне пользователя.[18][19][20]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Хотя существуют и другие сетевые технологии, Ethernet (IEEE 802.3 ) и Wi-Fi (IEEE 802.11 ) достигли почти повсеместного распространения в качестве технологий LAN с середины 1990-х годов.

Рекомендации

  1. ^ «Настройка скорости порта и дуплексного режима». docs.ruckuswireless.com. Получено 2020-09-25.
  2. ^ Админ, Ариста (23.04.2020). «Раздел 11.2: Стандарты Ethernet - Arista». Arista Networks. Получено 2020-09-28.
  3. ^ «Физический сетевой интерфейс». Microsoft. 7 января 2009 г.
  4. ^ Поузи, Брайен М. (2006). «Основы работы с сетью: Часть 1 - Сетевое оборудование». Windowsnetworking.com. TechGenix Ltd. Получено 2012-06-09.
  5. ^ Джим О'Рейли (22 января 2014 г.). «Будет ли 2014 год годом 10 Gigabit Ethernet?». Сетевые вычисления. Получено 2015-04-29.
  6. ^ «Преодоление ограничений скорости с помощью локальных сетей ASRock X99 WS-E / 10G и Intel 10G BASE-T». asrock.com. 24 ноября 2014 г.. Получено 19 мая 2015.
  7. ^ "Техническое описание семейства гигабитных Ethernet-контроллеров Intel 82574" (PDF). Intel. Июнь 2014. с. 1. Получено 16 ноября, 2014.
  8. ^ а б c d Том Герберт; Виллем де Брёйн (9 мая 2014 г.). «Документация ядра Linux: Documentation / network / scaling.txt». kernel.org. Получено 16 ноября, 2014.
  9. ^ «Краткое описание семейства контроллеров Intel Ethernet i210» (PDF). Intel. 2012. Получено 16 ноября, 2014.
  10. ^ а б «Intel Look Inside: Intel Ethernet» (PDF). Запуск Xeon E5 v3 (Grantley). Intel. 27 ноября 2014 г. Архивировано с оригинал (PDF) 26 марта 2015 г.. Получено 26 марта, 2015.
  11. ^ «Документация по ядру Linux: Documentation / network / ixgbe.txt». kernel.org. 15 декабря 2014 г.. Получено 26 марта, 2015.
  12. ^ «Intel Ethernet Flow Director». Intel. 16 февраля 2015 г.. Получено 26 марта, 2015.
  13. ^ «Введение в Intel Ethernet Flow Director и производительность Memcached» (PDF). Intel. 14 октября 2014 г.. Получено 11 октября, 2015.
  14. ^ «Повышение масштабируемости за счет разделения карты сетевого интерфейса» (PDF). Dell. Апрель 2011 г.. Получено 12 мая, 2014.
  15. ^ Патрик Катч; Брайан Джонсон; Грег Роуз (сентябрь 2011 г.). «Введение в гибкое разделение портов Intel с использованием технологии SR-IOV» (PDF). Intel. Получено 24 сентября, 2015.
  16. ^ Джонатан Корбет (1 августа 2007 г.). «Большая разгрузка приема». LWN.net. Получено 2 мая, 2015.
  17. ^ «Высокопроизводительные решения для кибербезопасности». Разработка и проверка новой волны. Новая волна DV.
  18. ^ Тимоти Прикетт Морган (2012-02-08). «Solarflare превращает сетевые адаптеры в серверы: когда процессор недостаточно быстр». Реестр. Получено 2014-05-08.
  19. ^ "OpenOnload". openonload.org. 2013-12-03. Получено 2014-05-08.
  20. ^ Стив Поуп; Дэвид Риддок (21 марта 2008 г.). «OpenOnload: сетевой стек на уровне пользователя» (PDF). openonload.org. Получено 2014-05-08.

внешняя ссылка