ما هو محول الشبكة: وظيفة وبنية وتصنيف بطاقات NIC

استجابة للاتجاه المتزايد للذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة والتخزين الموزع، هناك حاجة إلى زمن انتقال أقل لتمكين التطبيقات والخدمات في الوقت الفعلي على حافة الشبكة. كان هناك زيادة سريعة في مراكز البيانات بسبب التحول الرقمي في جميع القطاعات تقريبًا وفي إيجاد طرق... على سبيل المثال، لتوفير خدمات مثل 5G وإنترنت الأشياء، مما أدى إلى ارتفاع... الضغط على وحدات المعالجة المركزية في عقد الحوسبة في البنية التحتية للخادم. يتم تمكين الانتقال من وضع Onload الذي يركز على وحدة المعالجة المركزية إلى وضع Offload الذي يركز على البيانات جزئيًا بواسطة محول شبكة الخادم. في الآونة الأخيرة، كانت الصناعة... تطلق بنشاط... أعمالًا جديدة من Zoom مطلوبة للعديد من السيناريوهات الساحرة الجديدة للحوسبة الحاسوبية ومراكز البيانات والواجهات عالية السرعة والقدرات المتوازية ومحاكاة الموارد. عند جيجابت و10 جيجابت، PCI-X وPCIe NIC، هناك العديد من أنواع المحولات المتوفرة في السوق بسبب استخدامها المكثف. في هذه المقالة، نقدم نظرة شاملة على بطاقات الشبكة، مع إعطاء خلفية عن التعريف والوظيفة والبنية وأنواع بطاقات الشبكة.

ما هو NIC؟
NIC تعني بطاقة واجهة الشبكة، ويشار إليها أيضًا باسم وحدة تحكم واجهة الشبكة. وهي مكون من مكونات أجهزة الكمبيوتر تعمل بشكل أساسي على طبقة الارتباط الثانية، وهي بطاقة الشبكة. وهي عادةً عبارة عن دائرة مطبوعة موجودة على أجهزة الكمبيوتر للاتصال بالشبكة وتوفر إمكانية شبكات مخصصة للكمبيوتر. وعلى الرغم من أن محول الشبكة عنصر صغير جدًا في شبكات الكمبيوتر، فإن وجوده أمر حيوي للغاية. تعمل بعض محولات الشبكة كمودم متعدد يشفر البيانات المراد إرسالها عبر الأسلاك أو المودم اللاسلكي في الشبكة. وبصرف النظر عن حقيقة أن بطاقة واجهة الشبكة تعمل على بروتوكولات الطبقة المادية وطبقة الشبكة كجهاز اتصال داخلي في شبكات الكمبيوتر، فهي قادرة أيضًا على إرسال واستقبال الإشارات من جهاز الكمبيوتر في شكل حزم. وفي أي مكان من الطبقة المادية إلى الطبقات العليا في نموذج OSI، تتولى دور الارتباط بالكمبيوتر/الخادم وشبكة البيانات. بمجرد أن يطلب المستخدم صفحة ويب، تجمع شبكة LAN المعلومات من جهاز المستخدم، وترسلها إلى خادم الشبكة ثم تجد المعلومات المطلوبة لعرضها على المستخدم.

مكونات NIC
تقليديًا، يتكون محول الشبكة من وحدة تحكم، وفتحة تمهيد ROM، وواحدة/أكثر NIC المنافذ، ومنفذ اللوحة الأم، ومؤشرات LED، والقوس، وبعض المكونات الإلكترونية الأخرى. كل مكون له وظيفته الفريدة:

• وحدة التحكم: وحدة التحكم في واجهة الشبكة هي قلب بطاقة الشبكة؛ ومع ذلك، فهي تؤثر بشكل كبير على أداء بطاقة الشبكة. تعالج وحدة التحكم البيانات الواردة مثل وحدة المعالجة المركزية.
• فتحة Boot ROM: من الممكن تمكين وظيفة Boot ROM من خلال هذه الفتحة المحددة والتي بدورها تساعد الشبكة على الحصول على محطات عمل خالية من الأقراص وبالتالي توفير مستوى أعلى من الأمان مع تقليل نفقات الأجهزة.
• منفذ NIC: يرتبط هذا عادةً بكابلات الإيثرنت الحالية واللاسلكية، حيث يتصل كابل إيثرنت أو وحدة بصرية ويستقبل الإشارات من خلال كابلات الشبكة أو وصلات الألياف الضوئية.
• واجهة الناقل: توجد هذه الواجهة أيضًا عند إحدى حواف لوحة الدائرة. وتُسمى أيضًا واجهة الناقل، وتهدف إلى توسيع فتحة اللوحة الأم للكمبيوتر لأغراض الشبكات و/أو الخادم، وفي هذه الحالة بطاقة الشبكة.
• مؤشر LED: يوضح هذا المؤشر المكان الذي يمكن للمستخدم من خلاله معرفة ما إذا كان محول الشبكة متصلاً بالشبكة، أو ما إذا كان يتم إرسال أي بيانات، أو ما إذا كان المحول يعمل أم لا. يخبر مؤشر الارتباط أو الفعل المستخدم بالعلاقة aktiawks التي يتم عرضها، وfull هو مؤشر ممتلئ فارغ لإظهار abyter، وPower هو مؤشر الطاقة.
• الدعامة: يوجد في سوق بطاقات الشبكة PCI دعامتان في الصناعة؛ إحداهما دعامة كاملة الارتفاع يبلغ ارتفاعها 120 مم؛ والأخرى دعامة نصف ارتفاع بارتفاع 80 مم. كما يستخدم المستخدم الدعامة لدعم بطاقة الشبكة في فتحة التوسعة بجهاز الكمبيوتر أو الخادم.

أنواع NIC
يمكن تصنيف محولات الشبكة إلى الأنواع التالية وفقًا لواجهة الناقل وسرعة الإرسال ومجال التطبيق.

التصنيف حسب البروتوكول:
وفقًا لبروتوكول الإرسال ، يمكن تقسيم محولات الشبكة إلى ثلاثة أنواع: بطاقة Ethernet ، وبطاقة FC ، وبطاقة IB.

• بطاقة إيثرنت: محول إيثرنت هو إضافة إلى جهاز كمبيوتر يستخدم بروتوكول IP كبروتوكول نقل. يتم توصيل محول إيثرنت بشكل أفضل بمفتاح إيثرنت باستخدام كبل زوج مجدول أو كبل ألياف ضوئية. يحدث نقل البيانات في المنفذ الضوئي باستخدام كبل ألياف ضوئية وواجهة الوحدة المشتركة هي SFP؛ QSFP وما إلى ذلك. تحتوي كبلات الألياف الضوئية على موصلات مقابلة مثل LC وSC وMPO من بين الموصلات الأخرى. معظم المنافذ الكهربائية تشبه أنواع RJ45 في أنه يمكن استخدام معظمها مع كبلات زوج مجدول. ومع ذلك، تتضمن بعض الواجهات كبلات محورية ذات استخدامات ضئيلة.
• بطاقة FC: الاسم العلمي لها: Fibre Channel. وهي تتألف من بصريات تهدف إلى نقل الألياف الضوئية استنادًا إلى بروتوكول Fibre Channel إلى مفتاح Fibre Channel. يحتوي مفتاح Fibre Channel هذا على اتصالات ضوئية وكهربائية. عادةً ما تكون المنافذ الخاصة بالتوصيل والنقل جنبًا إلى جنب مع المطابقة من نوع SC وLC، والمنافذ الموجودة على بطاقات اتصال Ethernet المستخدمة عبارة عن موصلات HSSDC. يوجد داخل موصل من طراز DB9 نوع واجهة كهربائية.
• بطاقة IB: تعمل بطاقة Infiniband woonkamer على ربط أجهزة FC/IP SAN وأجهزة NAS والخوادم وتعمل كبروتوكول تخزين iSCSI RDMA. تعتمد محولات InfiniBand على أكثر أساليب الكمبيوتر تقدمًا وسرعة نقل فائقة ومحرك شبكة معقد، مما يوفر للتطبيقات السرعة المتوقعة وقابلية التوسع والميزات التكنولوجية الغنية لأحمال العمل اليوم.

التصنيف حسب سرعة الإرسال:

بطاقة رقمية ذاتية التكيف لكل سرعة متاحة تتضمن: بطاقات 10/100 ميجابايت في الثانية، وبطاقات 1000 ميجابايت في الثانية أو جيجابت، و10 بطاقات سرعة قابلة للتكوين 25 و100 على التوالي وحتى أكثر قوة.

10/100 هي بطاقة NIC ذاتية التكيف الأكثر شيوعًا ومن المتوقع أيضًا أن تكون واجهة المستخدم المستقبلية. إنها قناصة بسرعتين ونقطتين من إيثرنت سريع وشبكة 10 ميجابت في الثانية القديمة وأجهزة الشبكة الجديدة 100 ميجابت في الثانية متوافقة. لذلك حظيت بقبول جيد من مستخدميها.

بالنسبة للمستخدمين الذين يحتاجون إلى مزيد من الخبرة، فإن هذا النطاق الترددي العالي شائع في Ethernet. Gigabit Ethernet هي تقنية متقدمة لشبكات المنطقة المحلية تعمل عبر قفزات النحاس وتوفر نطاق ترددي يصل إلى 1 جيجابت في الثانية. كان أخذ معلومات الموجة التناظرية عبر الإنترنت بالبتات: بطاقة الشبكة Nethandmic التي تأخذ تردد نطاق عريض جيجا بايت هي بطاقة الشبكة المقابلة. كما أنها تصل إلى النطاق الترددي الكامل البالغ 1 جيجابت في الثانية. هناك نوعان من هذه الواجهات تأتي بشكل قياسي مع محولات شبكة جيجابت حيث يستخدم أحدهما موصل RJ 45 من النحاس المجدول. والثاني هو اتصال Gbic Sfp من الألياف جيجابت.

• بطاقة شبكة الألياف 10G: التيار الرئيسي هو بطاقة 10G Ethernet. مثل بطاقات Gigabit Ethernet ، تدعم بطاقات 10G Ethernet الألياف أحادية الوضع أو متعددة الأوضاع. يمنح استخدام بطاقات 10G Ethernet لمشغلي الشبكات مزيدًا من الحرية في تحديد مواقع مراكز البيانات ودعم شبكات الحرم الجامعي المتعددة في نطاق 80 كيلومترًا من بعضها البعض في نفس الوقت. في مراكز البيانات ، يمكن استخدام الألياف متعددة الأوضاع منخفضة التكلفة باعتبارها العمود الفقري لشبكة 10G بين المحولات والمفاتيح وبين المحولات والخوادم.

• 25G محول شبكة الألياف: بالمقارنة مع محول شبكة الألياف 10G ، فإن النطاق الترددي الأكبر لمحول شبكة الألياف 25G يلبي متطلبات الشبكة لمجموعة الحوسبة عالية الأداء. في ترقية الشبكة بمعدل 100G أو أعلى ، يعد محول شبكة الألياف 25G أحد البنى التحتية التي لا غنى عنها. في عملية ترقية مركز البيانات من 10G / 40G إلى 25G / 100G (واجهة الخادم هي 25G ، واجهة التبديل البيني 100G) ، المزيد والمزيد من الناس يدعمون 25GbE ، بما في ذلك Google ، Microsoft ، وموفرو السحابة الكبار الآخرون للتعرف المطلق على 25G.

• 40G بطاقة شبكة الألياف الضوئية: منفذ 40G QSFP + ، يستخدم بشكل أساسي للخوادم والأجهزة المتطورة. يوفر مهايئ شبكة الألياف الضوئية QSFP 40G تكاملاً بسيطًا في أي PCI Express X8 مع أداء شبكة 40 جيجابت محسّن بحيث لا يكون إدخال / إخراج النظام عقبة في تطبيقات الشبكة عالية الأداء. يمكن أن تدعم عرض النطاق الترددي للإرسال 40Gbps وفتحة PCI-E X8 القياسية ، مما يضمن العمل الفعال والمستقر لبطاقة الشبكة. بالإضافة إلى ذلك ، يدعم محول الشبكة وظائف مثل VLAN وسياسة QOS والتحكم في حركة المرور ، وهو مناسب لتطبيقات LAN المتوسطة والكبيرة.

• 100G محول شبكة الألياف الضوئية:مع تزايد الطلب على نقل البيانات الضخمة، تحتاج الخوادم عادةً إلى تثبيت محولات شبكة متعددة لتلبية الطلب المرتفع على معالجة البيانات. وبسبب هذه الميزة، تتم ترقية شبكة مركز البيانات تدريجيًا من محولات شبكة 10 جيجابت إلى 100 جيجابت أو حتى معدلات أعلى. يتميز محول الشبكة 100 جيجابت بإنتاجية عالية ومعالجة شبكة منخفضة الكمون والقدرة على مساعدة وحدة المعالجة المركزية على تفريغ وظائف الشبكة، مما يوفر طاقة الحوسبة لوحدة المعالجة المركزية ويقلل استهلاك الطاقة إلى الحد الأقصى.

التصنيف حسب أنواع واجهة الناقل:

• بطاقة الشبكة ISA: تم تصنيع بطاقة الشبكة ذات الهندسة المعمارية القياسية للصناعة في عام 1981. كانت البنية عبارة عن ناقل، والذي يمكن دمجه مع أجهزة IBM. ومع ذلك، نظرًا للسرعة البطيئة نسبيًا لعملية الإدخال/الإخراج لواجهة ناقل ISA، بدأ استخدام الأخير بشكل أقل تكرارًا مع تقديم تقنية ناقل PCI في أوائل التسعينيات، واليوم أصبح من الصعب جدًا العثور عليها.
• بطاقة الشبكة PCI: يشار إليها باسم Peripheral Component Interconnect أو PCI. وهي جديدة تمامًا كمعيار ناقل محلي في جهاز كمبيوتر شخصي تم طرحه في عام 1993. نظرًا لأن سرعة الإدخال/الإخراج الخاصة بها كانت متفوقة بشكل كبير على سرعة بطاقة شبكة ناقل ISA I (كانت سرعة ISA القصوى 33 ميجابايت/ثانية، ومعدل نقل البيانات لبطاقة PCI 64 بت الحالية) 266 ميجابايت/ثانية، فقد حلت محل معيار ISA السابق. تم استخدام هذا النوع من بطاقات الشبكة في البداية في الخوادم ثم أصبح شائعًا جدًا في أجهزة الكمبيوتر المكتبية؛ وهو نوع سائد من بطاقات واجهة الشبكة. في الوقت الحاضر، لا توجد بطاقات توسعة في معظم أجهزة الكمبيوتر، بل توجد بطاقات شبكة مدمجة بدلاً من ذلك. وبالتالي، تم استبدال بطاقات شبكة PCI العامة بواجهات ناقل PCI-X أو USB المدمجة الأخرى.
• بطاقة الشبكة PCI-X: PCI-X هي نسخة أصلية من تقنية ناقل PCI. فهي تضاعف سرعة الإدخال/الإخراج مقارنة بـ PCI السابقة، مع زيادة الإنتاجية التي كانت محدودة بواجهة PCI. تعتمد كل بطاقة واجهة ناقل PCI-X القياسية على 32 بت من عرض الناقل، وهي قادرة على عمليات 64 بت والتي تزداد إلى 1064 ميجابايت/ثانية. تدعم فتحات التوسعة PCI-X عادةً بطاقات PCI-NIC.
• بطاقة شبكة PCle: بطاقة PCIe هي واجهة شبكة تمتلك منفذ PCIe يستخدم كمنفذ واجهة للوحة الأم. للتوضيح، يمكن للأجهزة إدخال بطاقات تعتمد على PCI في منافذ PCIe المتوفرة على المضيف والخادم ومفتاح الشبكة. تحتوي اللوحات الأم للكمبيوتر في الوقت الحاضر الآن على فتحات PCIe مخصصة لبطاقات PCIe. عادةً ما يزيد عرض الفتحة من عرض بطاقات الشبكة أو أكثر.

تقوم FiberMall بشكل مستقل بتطوير بطاقات NIC للألياف الضوئية ذات منفذ واحد وثنائي المنفذ و 1000 منافذ بسعة 10M ، و 25 G ، و 40 G ، و 100 G ، و 4 G ، استنادًا إلى رقائق تحكم Intel و NVIDIA ، وتوفر حلول NIC من الألياف البصرية المخصصة.

تصنيف	فايبرمول PN	مراقب	تفاصيل
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FMI210-1G-S1	إنتل I210	محول الألياف PCIe x1 Gigabit SFP 1 Port Fiber
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FM82576-1G-S2	إنتل 82576	محول الألياف ثنائي المنافذ PCIe x4 Gigabit SFP
بطاقة واجهة شبكة جيجابت	FMI350-1G-S4	إنتل I350	محول الألياف PCIe x4 Gigabit SFP رباعي المنافذ
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FM82599EN-10G-S1	إنتل 82599EN	PCI Express x8 Single Port SFP + 10 Gigabit Server Adapter
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FM82599ES-10G-S2	انتل 82599ES	PCI Express x8 Dual Port SFP + 10 Gigabit Server Adapter
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FMX710-10G-S2	إنتل X710-BM2	محول PCI Express v3.0 x8 10Gigabit ثنائي المنافذ Ethernet Server
بطاقة NIC بسعة 10 جيجابت	FMXL710-10G-S4	إنتل XL710-BM1	محول خادم إيثرنت PCI Express v3.0 x8 بسرعة 10 جيجابت رباعي المنافذ
بطاقة NIC بسعة 25 جيجابت	FMXXV710-25G-S2	إنتل XXV710	محول خادم إيثرنت PCIe v3.0 x8 25 جيجابت ثنائي المنفذ
بطاقة NIC بسعة 25 جيجابت	4121A-ACAT-25GS2	نفيديا 4121A-ACAT	محول شبكة ConnectX-4 Lx EN ، 25 جيجابت ثنائي المنافذ SFP28 ، PCIe3.0 x 8
بطاقة NIC بسعة 40 جيجابت	FMXL710-40G-Q1	إنتل XL710-BM1	محول PCIe v3.0 x8 40 Gigabit 1 Port Server Ethernet
بطاقة NIC بسعة 40 جيجابت	FMXL710-40G-Q2	انتل XL710	محول إيثرنت PCIe v3.0 x8 40 جيجابت ثنائي المنفذ
بطاقة NIC بسعة 100 جيجابت	FME810-100G-Q2	إنتل E810-CAM2	محول إيثرنت PCIe v4.0 x16 100 جيجابت ثنائي المنفذ

وفي الختام

تتطلب سيناريوهات التطبيق المختلفة أنواعًا مختلفة من بطاقات الشبكة، وتجد بطاقة شبكة واحدة صعوبة في التعامل مع سيناريوهات التسارع المتنوعة والمعقدة. ونظرًا للزيادة في حرارة السوق والقدرة التقنية، فإن سوق محولات الشبكة المستقبلية ستوفر أيضًا المزيد من الفرص مثل أحدث بطاقة شبكة OCP NIC 3.0. وبالتالي، بغض النظر عما إذا كنت تبحث عن بطاقة شبكة كمبيوتر للاستخدام في المنزل أو بطاقة شبكة خادم للمؤسسة أو مركز البيانات، فإن الفهم الجيد لأساسيات بطاقات الشبكة ضروري قبل إجراء عملية الشراء.

يوصي القراءة ：

فهم واجهة الشبكة: المفاهيم الأساسية والأهمية الموضحة

فهم بطاقات الشبكة والمحولات وبطاقات واجهة الشبكة (NICs)

فهم محولات الشبكة: تعزيز كفاءة شبكة الكمبيوتر لديك