Сетевые карты, их разновидности и назначение, особенности применения и правила выбора
24.04.2024, в 10:45
Содержание
- Вступление
- Ключевые особенности
- Протоколы и скорость передачи данных
- Как правильно выбирать сетевой адаптер
Вступление
Сетевые карты являются важным компонентом ПК и серверов, иных компьютерных систем. По своей сути это специализированный адаптер, обеспечивающий возможность подключения к другим устройствам в локальной и глобальной сети, передачу и получение данных на высокой скорости.
Ключевые особенности
Сетевые адаптеры, которые также называют контролерами сетевого интерфейса или сетевыми картами, выпускаются рядом мировых брендов производителей, в соответствии с правилами и требованиями стандартов. В них указаны основные правила и принципы, параметры, по которым классифицируются все сетевые карты, включая:
- типовое исполнение (PCI-E плата расширений, OCP 3.0, mezzanine card);
- шину подключения (PCI-E, PCI 32 bit, PCI-X);
- скорость обмена данными (10Gb/s, 25Gb/s, 100Gb/s);
- поддерживаемые интерфейсы и их количество (SFP+, SFP28, QSFP28);
- протокол передачи данных (Ethernet, Infiniband, Fiber Channel).
Все сетевые карты подразделяются на группы: внутренние и внешние. В свою очередь, внутренне карты могут иметь несколько вариантов типовых исполнений:
- интегрированные в материнскую плату, что особенно часто применяется для домашних ПК, а также ноутбуков;
- дискретные сетевые карты или встраиваемые, которые легко устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, при необходимости заменяются на новые. Именно такое решение применяется в серверах, что позволяет обеспечить необходимый функционал.
На сегодня предлагаются десятки моделей сетевых карт, которые могут использовать проводное подключение к сети, с количеством портов от 1 до 4, а также и беспроводное, с использованием антенн на внешней стороне, с быстрым соединением по Wi-Fi. Что касается внешних сетевых адаптеров, то они имеют конструкцию, с размещением с одной из сторон USB коннектора, а с другой, соответствующего сетевого интерфейса: RJ-45, SFP, SC/UPC и иных. Чаще всего применяется технология Plug and Play, при которой не нужно инсталлировать никаких драйверов, начиная использовать устройство сразу после подключения. Такое решения является удобным, однако не слишком надежным, поэтому для серверов и иных ответственных систем не применяется.
Дискретные сетевые платы, устанавливаемые в слоты материнской, могут быть следующими:
- ISA (Industry Standard Architecture). Сегодня встречается очень редко, считаясь устаревшей, обеспечивая скорость передачи данных до 9 Мбит/с. Сегодня найти адаптеры на этой шине в рамках рабочих задач практически невозможно;
- PCI (Peripheral Component Interconnect). Разработка компании Интел, которая была запущена в массовое производство в 1993 году и более 10 лет занимала лидирующие позиции на рынке, устанавливаясь в ПК и серверах, обеспечивая обмен на скорости 133 МБ/с. Шина также устаревшая. В рамках 2024 года адаптеры на такой шине можно встретить на различных производствах, где промышленные ПК не могут быть модернизированы, т.к. тесно сопряжены с специализированным оборудованием;
- PCI-X (PCI eXtended). Усовершенствованная версия PCI, с поддержкой 64 битной разрядности, скорости обмена данными до 1064 МБ/с. Широко использовалась в серверном оборудовании до популяризации стандарта PCI-E ввиду увеличения пропускной способности относительно предшественника PCI 32bit.
- PCI-E (PCI Express) на сегодняшний день является стандартом, выпуская в различных типовых исполнениях для рабочих станций и серверов, от х1 до х16 линий в слоте.
Протоколы и скорость передачи данных
Применение сетевой карты позволяет превратить компьютер из изолированной системы в часть комплексной инфраструктуры, с подключением к локальной сети или глобальной. Адаптеры работают по одному из протоколов Ethernet, Infiniband или FiberChannel. По типу передаваемого трафика и назначению подразделяются на:
- NIC (Network Interface Controller) для Ethernet;
- HBA (Host Bus Adapter) для SAN и/или DAS сетей на проколе FiberChannel;
- HCA(Host Channel Adapter) для работы с Infiniband в частности для кластеризирования.
На сегодняшний день на рынке представлен максимально широкий выбор сетевых адаптеров, которые поддерживают любые интерфейсы и скорость передачи данных от 10 Мбит/с или 100 Мбит/с для бюджетных систем до 800 Гбит/с для продвинутых решений и топового серверного оборудования.
Существует общепринятая классификация сетевых карт в зависимости от скорости передачи данных. Она включает:
- Fast Ethernet, который обычно применяется в IT-инфраструктуре, с построением сети на медной витой паре и со скоростью передачи данных до 100 Мбит/с.
- Gigabit Ethernet. Обеспечивает скорость обмена данными до 1 Гбит/сек, эффективное решение для сети с кабелем с медными жилами Cat.5e, а также и оптоволокна. Оптимальный вариант по цене и качеству, решение, чаще всего применяющееся для построения корпоративной IT-инфраструктуры.
- 10G Ethernet. Чаще всего используется для установки подключения к серверам и в центрах обработки данных. Предназначен для использования с витой парой класса от Cat.6, одномодовым или многомодовым оптоволокном. На сегодня самый распространенный вариант подключения корпоративного оборудования к широкополосной сети Ethernet.
- 25G Ethernet. Применяется интерфейс коммутации SFP28 и поддержка линий обмена трафиком на скорости 25 Гбит/с. Пришел на замену 10G Ethernet, имеет схожие физические размеры трансиверов, в некоторых случаях предусмотрена обратная совместимость с SFP+. На сегодня активно вытесняет 10 Гигабитные сети.
- 40G Ethernet используется только с оптоволоконными сетями с применением QSFP+, высокую скорость обмена данным обеспечивают четыре смежных канала по 10 Гбит каждый. Используется в центрах обработки данных. Адаптеры на основе интерфейса QSFP+ могут работать в режиме 56 Гб/с в режиме FDR InfiniBand.
- 100G Ethernet. Применяется для самой ресурсоемкой инфраструктуры, например, исследовательских институтов и центров машинного обучения. Лидером в отрасли 100 гигабитных сетей является компания Nvidia(Mellanox) со своими адаптерами ConnectX.
- 200G Ethernet. Продвинутое решение, с высокой скоростью для наиболее требовательной IT-инфраструктуры, с обеспечением скорости обмена данными до 200 Гбит/с.
- 400G Ethernet. Применяется технология плотного мультиплексирования и разделения по длинам волн, что позволило повысить пропускную способность. С внедрением данного стандарта стало обязательным применение технологии кодирования прямой коррекции ошибок.
- 800G Ethernet. На сегодняшний день является наиболее инновационным решением, с передачей данных на скорости до 800 Гбит/с, позволяющим удовлетворить самый высокие запросы.
Также сетевые адаптеры классифицируются по типам портов, которые могут быть не только RJ-45, применяемым для подключения к сети посредством витой пары, но и иными:
| Наименование интерфейса | Скорость передачи данных |
| RJ45
| До 25 гигабит в секунду. Для передачи данных используется 4-8 контактная витая пара различных категорий(Cat 8 для 25GBASE-T) |
| SFP | До 1,25 гигабит в секунду. Является стандартном оптоволоконной передачи данных. Заменен стандартом SFP+. |
| XFP | До 10 гигабит в секунду. Имеет нестандартные габариты модуля. Способ передачи данных - оптика. |
| SFP+ | До 10 гигабит в секунду. Самый популярный стандарт подключения в ЦОД. |
| SFP28 | До 25 гигабит в секунду. Является идейным продолжением SFP+. Имеет обратную совместимость с SFP+. |
| QSFP+ | До 40 гигабит в секунду. Состоит из четырех каналов передачи данных по 10 гигабит. |
| QSFP28 | До 100 гигабит в секунду. Состоит из четырех каналов передачи данных по 25 гигабит. |
| QSFP56 | До 200 гигабит в секунду. Состоит из четырех каналов по 50 гигабит. Имеет обратную совместимость с QSFP+ и QSFP28. |
| OSFP | До 400 гигабит в секунду. Имеет внутри себя 8 каналов по 50 гигабит в секунду. Распаивается на самых современных сетевых картах Mellanox. |
| QSFP-DD, QSFP-DD800
| До 800 гигабит в секунду. Самый современный форм фактор коннектора. Обычно используется в коммутаторах. |
Как правильно выбирать сетевой адаптер
На рынке представлен большой выбор сетевых карт любых из указанных типов. Отличаются адаптеры, как по брендам производителей, так и цене, которая напрямую зависит от их характеристик и технических возможностей, прежде всего, поддерживаемых интерфейсов, скорости обмена данными, типа присоединяемого кабеля или беспроводного подключения по Wi-Fi.
При выборе адаптеров необходимо учитывать тип и назначение сети, создавать запас по производительности и предусматривать возможность масштабирования. Для обычных офисов и небольших предприятий чаще всего используют стандартную архитектуру сети с использованием Gigabit Ethernet адаптеров. Зачастую используют PCI Express, которые могут быть интегрированными в материнскую плату или устанавливаемыми в слот на ней.
В случае же, когда идет речь о серверах приложениях, используемых для хостинга, файловых хранилищ и иных задач, то здесь нужны более производительные решения, с картами от 10G до 200G. Не забывайте обращать внимание на количество портов, которых может быть несколько, благодаря избыточному количеству портов вы можете настроить агрегацию трафика, чтобы увеличить пропускную способность сетевой карты.
Лучшие адаптеры для закрытия потребностей бизнеса:
- Intel i350-T4 V2 (I350T4V2BLK) 4x RJ45 - четырехпортовая гигабитная сетевая карта от Intel. Имеет современные драйверы, поддержку ESXI вплоть до версии 8.0 U2.
- Intel X520-DA2 (E10G42BTDA) 2x 10GBE SFP+ - легендарная двухпортовая 10 гигабитная SFP+ сетевая карта. Идеальна для подключения сервера в датацентре. Отличается крайней доступностью. Не имеет проблем с драйверами на всех OS кроме ESXI - поддержка ограничивается редакцией ESXi 7.0 U3.
- Intel X550-T2 (X550T2HPIV2) 2x RJ45 10GBE - двухпортовая RJ45 10Gb/s сетевая карта для сетей с медным подключением. Подойдет для построения высокоскоростной сети на базе офиса или малого предприятия. Совместима со всеми современными OS(8.0 U2 поддерживается)
- Intel X710-DA2 (2 x SFP+) 10GBE - идейное продолжение X520-DA2 в лице более актуальной сетевой карты с расширенной программной поддержкой.
- Intel E810-XXVDA2 25GBE 2x SFP28 (SFP+) - современная 25 гигабитная сетевая карта. Имеет поддержку iWARP, RoCEv2, RDMA, что дает возможность строить кластеры без нужды использовать Infiniband(сокращение затрат на покупку Infiniband коммутатора).
- Intel XL710-QDA2 2x QSFP+ 40GBE - 40 гигабитная сетевая карта для центров обработки данных. Применяется в случаях если ширина канала в 10/25 Gb/s недостаточна для решения ваших задач.
- Mellanox MCX456A-ECAT ConnectX-4 - 100 гигабитная сетевая карта для кластеризирования серверов на базе Infiniband. Обладает максимальной пропускной способностью интерфейса.
