ネットワークアダプタとは：NICの機能、構造、分類

2024 年 10 月 8 日

フェリサック

光学技術者

人工知能、ビッグデータ、分散ストレージのトレンドが拡大する中、ネットワークのエッジでリアルタイムのアプリケーションやサービスを実現するために、レイテンシを低く抑える必要があります。ほぼすべての分野でデジタル変革が進み、たとえば 5G や IoT などのサービスを提供するためにデータセンターが急増し、サーバーインフラストラクチャのコンピューティングノードの CPU に高い負荷がかかっています。CPU 重視のオンロードモードからデータ重視のオフロードモードへの移行は、サーバーネットワークアダプターによって部分的に可能になりました。最近、業界では、コンピューターコンピューティング、データセンター、高速インターフェイス、並列機能、リソース仮想化の多くの新しく魅力的なシナリオに必要なズームの新しい作品を積極的に立ち上げています。ギガビットや 10 ギガビット、PCI-X、PCIe NIC など、その広範な用途により、市場にはさまざまなタイプのアダプターが存在します。この記事では、ネットワークカードの全体像を示し、ネットワークカードの定義、機能、構造、種類の背景を説明します。

NICとは？
NIC はネットワークインターフェイスカードの略で、ネットワークインターフェイスコントローラとも呼ばれます。これは、基本的に 2 番目のリンク層であるネットワークカードで動作するコンピュータハードウェアコンポーネントです。これは通常、ネットワーク接続用にコンピュータに搭載されているプリント回路であり、コンピュータ専用のネットワーク機能を提供します。ネットワークアダプタはコンピュータネットワークにとって非常に小さな要素ですが、その存在は非常に重要です。一部のネットワークアダプタは、ネットワーク内の有線または無線モデムを介して送信されるデータをエンコードするマルチモデムとして機能します。NIC は、コンピュータネットワークの内部相互接続デバイスとして物理層およびネットワーク層プロトコルで動作するだけでなく、パケットの形式で PC から信号を送受信することもできます。物理層から OSI モデルの上位層まで、どこでもコンピュータ/サーバーとデータネットワークへのリンクの役割を担います。ユーザーが Web ページを要求すると、LAN はユーザーのデバイスから情報を収集し、それをネットワークサーバーに転送して、ユーザーに表示するために必要な情報を見つけます。

NICのコンポーネント
従来、ネットワークアダプタは、コントローラ、ブート ROM スロット、XNUMX つまたは複数のスロットで構成されていました。 NIC ポート、マザーボードポート、LED インジケータ、ブラケット、およびその他の電子コンポーネント。各コンポーネントには独自の機能があります。

コントローラ: ネットワークインターフェイスコントローラはネットワークカードの心臓部ですが、NIC のパフォーマンスに大きく影響します。コントローラは CPU のように受信データを処理します。
ブート ROM スロット: この特定のスロットを介してブート ROM 機能を有効にすることができます。これにより、ネットワークにディスクレスワークステーションが実現し、ハードウェアの支出を削減しながらセキュリティレベルを高めることができます。
NIC ポート: これは通常、電流および無線イーサネットケーブルに関連し、イーサネットケーブルまたは光モジュールがネットワークケーブルまたは光ファイバージャンパーに接続され、信号を受信します。
バスインターフェイス: この特定のインターフェイスも、回路基板の端の 1 つに配置されています。バスインターフェイスゴールデンフィンガージスバンとも呼ばれ、ネットワークやサーバー (この場合はネットワークカード) を目的としたコンピューターマザーボードの拡張スロットを指します。
LED インジケータ: このインジケータは、ネットワークアダプタがネットワークに接続されているかどうか、データが送信されているかどうか、アダプタが機能しているかどうかをユーザーが確認できる場所を示します。リンクまたは動作インジケータは、表示されている関係動作をユーザーに伝えます。フルは、空き容量を示すフルインジケーターです。電源は、電源インジケータです。
ブラケット: PCI ネットワークカード市場には、業界標準のブラケットが 120 種類あります。80 つは高さが XNUMX mm のフルハイトブラケットで、もう XNUMX つは高さが XNUMX mm のハーフハイトブラケットです。ブラケットは、ユーザーがコンピューターまたはサーバーの拡張スロットでネットワークカードをサポートするためにも使用されます。

NICの種類
ネットワークアダプターは、バスインターフェイス、伝送速度、およびアプリケーションドメインに応じて、次の種類に分類できます。

プロトコルによる分類:
ネットワークアダプタは、伝送プロトコルによって、イーサネットカード、FC カード、IB カードの XNUMX 種類に分けられます。

イーサネットカード: イーサネットアダプタは、IP プロトコルを伝送プロトコルとして使用するコンピュータへの追加機能です。イーサネットアダプタは、ツイストペアケーブルまたは光ファイバーケーブルを使用してイーサネットスイッチに接続する方が適しています。データ伝送は光ファイバーケーブルを使用して光ポートで行われ、一般的なモジュールインターフェイスは SFP、QSFP などです。光ファイバーケーブルには、他のコネクタの中でも LC、SC、MPO などの対応するコネクタがあります。ほとんどの電気ポートは、ツイストペアケーブルで使用できるという点で、RJ45 タイプに似ています。ただし、一部のインターフェイスには、ほとんど使用されていない同軸ケーブルが含まれています。
FC カード: 非常に科学的な名前はファイバーチャネルです。ファイバーチャネルプロトコルに基づいてファイバーチャネルスイッチへの光ファイバー伝送を目的とする光学系で構成されています。このようなファイバーチャネルスイッチには、光接続と電気接続の両方があります。接続と伝送、およびマッチング用のポートは通常 SC と LC であり、使用されるイーサネット接続カードのポートは HSSDC コネクタです。DB9 スタイルのコネクタ内には、電気インターフェイスタイプが収容されています。
IB カード: Infiniband アダプタは、FC/IP SAN デバイス、NAS デバイス、およびサーバーを接続し、iSCSI RDMA ストレージプロトコルとして機能します。InfiniBand アダプタは、最先端の超低遅延、超高スループットのコンピュータメソッドとネットワークエンジンコンプレックスを採用しており、今日のワークロードに期待される速度、拡張性、豊富なテクノロジ機能をアプリケーションに提供します。

伝送速度による分類:

利用可能な各速度に対応するデジタル自己適応型カードには、10/100 Mbps カード、1000 Mbps またはギガビットカード、それぞれ 10 と 25 の 100 個の設定可能な速度カード、さらに強力なカードが含まれます。

10/100 は最も一般的な自己適応型 NIC カードであり、将来のユーザーインターフェイスとしても期待されています。10 つの速度と 100 つの高速イーサネットポイントを備え、古い XNUMXMbps ネットワークと XNUMXMbps の新しいネットワークデバイスとの互換性があります。そのため、ユーザーから好評を得ています。

より高度な経験を必要とするユーザーにとって、この高帯域幅はイーサネットでは一般的です。ギガビットイーサネットは、銅線で動作し、最大 1 Gbps の帯域幅を提供するローカルエリアネットワークの高度なテクノロジです。インターネット上のアナログ波情報の取得はビット単位でした。ギガバイトブロードバンド周波数を取得する Nethandmic シングルは、対応するネットワークカードです。また、1 秒あたり 45 ギガビットのフル帯域幅に達します。ギガビットネットワークアダプターに標準装備されているこれらのインターフェイスには XNUMX つのタイプがあり、XNUMX つは銅線ツイストペア RJ XNUMX コネクタを使用します。もう XNUMX つはギガビットファイバー SFP Gbic 接続です。

10Gファイバーネットワークカード: その主流は 10G イーサネットカードです。ギガビットイーサネットカードと同様に、10G イーサネットカードはシングルモードまたはマルチモードのファイバーをサポートします。 10G イーサネットカードを使用すると、ネットワークオペレータはデータセンターを自由に配置し、80 キロメートル以内にある複数のキャンパスネットワークを同時にサポートできます。データセンターでは、スイッチとスイッチの間、およびスイッチとサーバーの間の 10G ネットワークのバックボーンとして、低コストのマルチモードファイバーを使用できます。

25G 光ファイバーネットワークアダプター: 10G ファイバーネットワークアダプターと比較して、25G ファイバーネットワークアダプターのより広い帯域幅は、ハイパフォーマンスコンピューティングクラスターのネットワーク要件を満たします。 100G 以上の速度のネットワークアップグレードでは、25G ファイバーネットワークアダプターは不可欠なインフラストラクチャの 10 つです。データセンターの 40G/25G から 100G/25G (サーバーインターフェイスは 100G、スイッチ相互接続インターフェイスは 25G) へのアップグレードの過程で、Google、Microsoft、および 25G 絶対認識のための他の大規模なクラウドプロバイダーを含む XNUMXGbE をサポートする人が増えています。

40G光ファイバーネットワークカード: 40G QSFP+ ポートで、主にサーバーやハイエンドデバイスに使用されます。 QSFP 光ポート 40G ファイバーネットワークアダプターは、システムの入出力が高性能ネットワークアプリケーションのボトルネックにならないように最適化された 8 ギガビットネットワークパフォーマンスを備えた PCI Express X40 に簡単に統合できます。 40Gbps の伝送帯域幅と PCI-E X8 標準スロットをサポートし、ネットワークカードの効率的で安定した動作を保証します。さらに、ネットワークアダプターは、VLAN、QOS ポリシー、トラフィック制御などの機能をサポートしており、中規模から大規模の LAN アプリケーションに適しています。

100G 光ファイバーネットワークアダプター: 大量のデータ転送の需要が高まるにつれて、サーバーは通常、データ処理の需要を満たすために複数のネットワークアダプターをインストールする必要があります。この機能により、データセンターネットワークは、10G から 100G ネットワークアダプター、またはさらに高い速度に徐々にアップグレードされています。100G ネットワークアダプターは、スループットが高く、ネットワーク処理の遅延が少なく、CPU がネットワーク機能をオフロードするのを支援する機能を備えているため、CPU の計算能力が節約され、消費電力が最大限に削減されます。

バスインターフェイスの種類による分類:

ISA ネットワークカード: 業界標準アーキテクチャネットワークカードは 1981 年に製造されました。構造はバスで、IBM デバイスと統合できます。ただし、ISA バスインターフェイスの I/O 操作速度が比較的遅いため、1990 年代初頭に PCI バステクノロジが導入されて以降、ISA バスインターフェイスはあまり使用されなくなり、現在では入手困難になっています。
PCI ネットワークカード: 周辺機器相互接続または PCI と呼ばれます。1993 年に導入されたパーソナルコンピュータのローカルバス標準としては非常に新しいものです。その I/O 速度は ISA バスネットワークカード I(ISA の最高速度は 33MB/秒で、今日の PCI 64 ビットのデータ転送速度は 266MB/秒) よりはるかに優れていたため、以前の ISA 標準を引き継ぎました。このタイプのネットワークカードは当初サーバーで使用され、後にデスクトップコンピュータで非常に一般的になり、ネットワークインターフェイスカードの主流となりました。現在、ほとんどのコンピュータには拡張カードはなく、代わりに組み込みのネットワークカードがあります。したがって、オーバーヘッド PCI ネットワークカードは、他の統合バス PCI-X または USB バスインターフェイスに置き換えられています。
PCI-X ネットワークカード: PCI-X は PCI バステクノロジのオリジナルバージョンです。以前の PCI と比較して I/O 速度が 32 倍になり、PCI インターフェイスによって制限されていたスループットも向上します。各標準 PCI-X バスインターフェイスカードは 64 ビットのバス幅に基づいており、1064 ビット操作が可能で、さらに XNUMXMB/秒まで向上します。PCI-X 拡張スロットは通常、PCI-NIC をサポートします。
PCIe ネットワークカード: PCIe カードは、マザーボードのインターフェイスポートとして使用される PCIe ポートを備えたネットワークインターフェイスです。つまり、デバイスは、ホスト、サーバー、およびネットワークスイッチで使用可能な PCIe ポートに PCI ベースのカードを挿入できます。現在のコンピューターマザーボードには、PCIe カード専用の PCIe スロットがあります。通常、スロットの幅が広くなると、ネットワークカードの幅も広くなります。

FiberMall は、Intel および NVIDIA コントローラーチップに基づいて、1000M、10G、25G、40G、100G、シングルポート、デュアルポート、および 4 ポートの光ファイバー NIC を独自に開発し、カスタマイズされた光ファイバー NIC ソリューションを提供します。

Classification	ファイバーモール PN	コントローラー	仕様
ギガビットNIC	FMI210-1G-S1	Intel I210	PCIex1ギガビットSFP1ポートファイバーアダプター
ギガビットNIC	FM82576-1G-S2	インテル82576	PCIe x4 ギガビット SFP デュアルポートファイバーアダプター
ギガビットNIC	FMI350-1G-S4	Intel I350	PCIe x4 ギガビット SFP クアッドポートファイバーアダプター
10Gb NIC	FM82599EN-10G-S1	インテル 82599EN	PCI Express x8 シングルポート SFP+ 10 ギガビットサーバーアダプター
10Gb NIC	FM82599ES-10G-S2	インテル 82599ES	PCI Express x8 デュアルポート SFP+ 10 ギガビットサーバーアダプター
10Gb NIC	FMX710-10G-S2	インテル X710-BM2	PCI Express v3.0 x8 10Gigabit デュアルポートイーサネットサーバーアダプター
10Gb NIC	FMXL710-10G-S4	インテル XL710-BM1	PCI Express v3.0 x8 10 ギガビットクアッドポートイーサネットサーバーアダプター
25Gb NIC	FMXXV710-25G-S2	インテル XXV710	PCIe v3.0 x8 25 ギガビットデュアルポートイーサネットサーバーアダプター
25Gb NIC	4121A-ACAT-25GS2	NVIDIA 4121A-ACAT	ConnectX-4 Lx EN ネットワークアダプター、25GbE デュアルポート SFP28、PCIe3.0 x 8
40Gb NIC	FMXL710－40G-Q1	インテル XL710-BM1	PCIe v3.0 x8 40 ギガビット 1 ポートサーバーイーサネットアダプター
40Gb NIC	FMXL710－40G-Q2	インテル XL710	PCIe v3.0 x8 40 ギガビットデュアルポートサーバーイーサネットアダプター
100Gb NIC	FME810-100G-Q2	インテル E810-CAM2	PCIe v4.0 x16 100 ギガビットデュアルポートサーバーイーサネットアダプター

まとめ

さまざまなアプリケーションシナリオにはさまざまなタイプの NIC が必要であり、単一の NIC では多様で複雑な加速シナリオに対応することが困難です。市場の熱気と技術力の向上を考えると、将来のネットワークアダプタ市場では、最新の OCP NIC 3.0 などの機会も増えるでしょう。したがって、家庭で使用する PC ネットワークカードを探している場合でも、企業やデータセンター用のサーバーネットワークカードを探している場合でも、購入する前にネットワークカードの基礎を十分に理解しておく必要があります。

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