Сетевые интерфейсные платы

Сетевые интерфейсные платы для промышленных компьютеров и серверов

Сетевая интерфейсная плата, или NIC, обеспечивает подключение компьютера или сервера к Ethernet-сети. Дополнительный адаптер позволяет увеличить количество сетевых портов, добавить более высокую скорость Ethernet, подключение по оптическому волокну, PoE или специализированные функции сетевой платформы.

При выборе необходимо учитывать не только количество портов и заявленную скорость. Важны интерфейс подключения к компьютеру, количество и поколение PCI Express линий, сетевой контроллер, тип внешнего интерфейса, поддерживаемые трансиверы, драйверы и требования конкретного приложения.

Основные типы сетевых интерфейсных плат

Медные Ethernet-адаптеры RJ45

Сетевые карты с RJ45 используются для подключения по витой паре. В зависимости от модели поддерживаются 1GbE, 2.5GbE, 5GbE, 10GbE и другие скорости.

При выборе необходимо учитывать не только номинальную скорость NIC, но и возможности коммутатора, категорию кабельной системы и поддерживаемые стандарты Ethernet.

Оптические сетевые карты SFP и SFP+

NIC со слотами SFP или SFP+ позволяют использовать сменные оптические или совместимые медные трансиверы. SFP обычно применяется для Gigabit Ethernet, а SFP+ — для 10GbE, однако фактическая поддержка модулей определяется конкретным адаптером.

Физическое соответствие форм-фактора трансивера не гарантирует его совместимость с сетевой картой. Необходимо учитывать скорость, тип интерфейса, кодирование производителя и требования драйвера или firmware.

25GbE, 40GbE и 100GbE адаптеры

Для серверов, высокопроизводительных вычислительных систем, сетевых платформ и интенсивной обработки данных используются интерфейсные платы 25GbE, 40GbE и 100GbE.

В зависимости от скорости применяются SFP28, QSFP+, QSFP28 и другие интерфейсы. При подборе необходимо учитывать пропускную способность PCI Express, поддерживаемые кабели и трансиверы, а также возможности подключаемого сетевого оборудования.

Многопортовые сетевые карты

Многопортовые NIC позволяют добавить два, четыре, восемь и более Ethernet-интерфейсов в одну вычислительную систему. Такие адаптеры применяются в серверах, промышленных компьютерах, сетевых устройствах, системах видеонаблюдения и специализированных appliance-платформах.

Количество физических Ethernet-портов само по себе не означает наличие функций коммутатора, маршрутизатора или аппаратного резервирования. NIC предоставляет сетевые интерфейсы операционной системе, а логика их использования определяется программной и аппаратной архитектурой системы.

PCI Express и пропускная способность NIC

Большинство современных сетевых адаптеров подключаются через PCI Express. В зависимости от производительности используются PCIe x1, x4, x8, x16 и различные поколения PCIe.

Физический размер разъёма необходимо отличать от электрической конфигурации. Например, карта может иметь PCIe x8 connector и требовать определённое количество реально доступных линий.

Для высокоскоростных 25/40/100GbE NIC пропускная способность системного интерфейса особенно важна: недостаточное количество PCIe линий или более старое поколение интерфейса может ограничивать производительность адаптера.

Сетевой контроллер

Одной из ключевых характеристик NIC является используемый Ethernet-контроллер. В профессиональных и серверных адаптерах применяются контроллеры Intel, NVIDIA/Mellanox и других производителей.

Модель контроллера влияет на поддержку драйверов, аппаратных offload-функций, виртуализации, очередей обработки пакетов и других сетевых возможностей.

При стандартизации серверной или промышленной платформы модель Ethernet-контроллера может быть не менее важна, чем номинальная скорость интерфейса.

PoE сетевые карты

Некоторые Ethernet-адаптеры дополнительно выполняют функцию источника питания PoE и позволяют передавать питание и данные по одному Ethernet-кабелю подключённому устройству.

Такие карты применяются, например, в системах машинного зрения и видеонаблюдения для подключения IP-камер без отдельного PoE-коммутатора.

При выборе необходимо учитывать поддерживаемый стандарт PoE, мощность на порт и суммарный бюджет питания. Сетевая карта может также требовать дополнительного подключения питания от блока питания компьютера.

LAN Bypass

Для сетевых appliance-платформ и специализированных серверных платформ применяются NIC с функцией LAN Bypass. Она позволяет аппаратно соединять определённые Ethernet-порты между собой при заданных состояниях системы.

LAN Bypass используется, например, в firewall, IDS/IPS и других inline-сетевых устройствах, где необходимо определить поведение сетевого канала при выключении или отказе вычислительной платформы.

Наличие нескольких Ethernet-портов не означает наличие LAN Bypass. Поддержку bypass, количество пар портов и доступные режимы необходимо проверять для конкретной сетевой карты и платформы.

Специализированные сетевые модули для Network Appliance

Помимо стандартных PCI Express NIC существуют фирменные сетевые модули для специализированных сетевых платформ. Они могут обеспечивать дополнительные RJ45, SFP, SFP+, QSFP и другие интерфейсы и поддерживать такие функции, как LAN Bypass.

Например, Advantech NMC (Network Mezzanine Card) предназначены для установки в совместимые Network Application Platforms и выпускаются в конфигурациях с Gigabit Ethernet, 10GbE и 40GbE, медными и оптическими интерфейсами.

Такие модули нельзя считать универсальными PCI Express картами: необходимо проверять совместимость с конкретным шасси или network appliance.

PoE NIC и PoE-инжектор — в чём разница

PoE-сетевая карта устанавливается непосредственно в компьютер и одновременно выполняет функции Ethernet-интерфейса и источника PoE.

PoE-инжектор является отдельным внешним сетевым устройством и добавляет питание в Ethernet-линию независимо от сетевого адаптера компьютера.

Выбор архитектуры зависит от количества подключаемых устройств, необходимой мощности, организации кабельной инфраструктуры и требований проекта.

Сетевая карта и Ethernet-коммутатор

Сетевой коммутатор соединяет между собой несколько сетевых устройств и выполняет функции коммутации Ethernet-трафика.

Многопортовая NIC является набором сетевых интерфейсов компьютера и сама по себе не должна рассматриваться как замена Ethernet-коммутатору. Возможность программной коммутации или маршрутизации зависит от операционной системы и установленного программного обеспечения.

Сетевая интерфейсная плата и плата промышленной связи

Ethernet NIC общего назначения следует отличать от специализированных плат промышленной связи.

Сетевые адаптеры Gigabit Ethernet, 10GbE, 25GbE, 40GbE и 100GbE с RJ45 или оптическими интерфейсами относятся к сетевым интерфейсным платам. Платы CAN/CANopen, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT, DeviceNet и других специализированных промышленных сетей следует классифицировать по их основному промышленному протоколу и назначению.

Сетевая интерфейсная плата и модуль расширения

Модули и платы расширения — более широкий класс внутренних устройств компьютера.

Если основной функцией платы является добавление стандартных Ethernet-интерфейсов, её целесообразно относить в раздел сетевых интерфейсных плат независимо от того, выполнена она как стандартная PCI Express NIC или как специализированный сетевой модуль совместимой вычислительной платформы.

Многофункциональные или фирменные модули, для которых сетевой интерфейс является только одной из дополнительных функций, могут оставаться в общем разделе расширения.

Как выбрать сетевую интерфейсную плату

Скорость Ethernet

Необходимо определить требуемую скорость каждого порта: 1GbE, 2.5GbE, 5GbE, 10GbE, 25GbE, 40GbE, 100GbE или другую.

Количество портов

Выбирается количество независимых Ethernet-интерфейсов с учётом будущего расширения системы и доступных PCI Express слотов.

Тип физического интерфейса

Для медных подключений используется RJ45. Для оптических и других сменных модулей применяются SFP, SFP+, SFP28, QSFP+ и QSFP28.

PCI Express

Необходимо проверить поколение PCIe, физический размер слота и количество электрически доступных линий.

Контроллер и драйверы

Перед применением NIC необходимо проверить поддержку операционной системой, гипервизором или специализированным программным обеспечением.

Форм-фактор карты

Для компактных серверов и промышленных компьютеров может потребоваться low-profile adapter. Необходимо также проверить длину карты, используемый bracket и свободное пространство внутри корпуса.

PoE

Для PoE NIC проверяются стандарт, мощность на порт, общий бюджет PoE и требования к дополнительному питанию карты.

LAN Bypass

Для firewall и network appliance систем необходимо определить требуемое количество bypass-пар и режим поведения портов при отключении питания, перезагрузке или программном управлении.

Основные параметры при подборе сетевой карты

• скорость Ethernet;
• количество сетевых портов;
• RJ45, SFP, SFP+, SFP28, QSFP+ или QSFP28;
• PCI Express generation;
• PCIe x1/x4/x8/x16;
• модель Ethernet-контроллера;
• low-profile или full-height исполнение;
• поддерживаемые операционные системы и драйверы;
• PoE/PoE+ и бюджет питания;
• LAN Bypass;
• аппаратные offload-функции;
• возможности виртуализации;
• поддерживаемые трансиверы и кабели;
• рабочая температура;
• для proprietary-модулей — совместимая вычислительная платформа.

Подбор сетевой интерфейсной платы под проект

Для подбора NIC желательно указать модель компьютера или сервера, необходимое количество Ethernet-портов, скорость сети, тип подключения RJ45 или оптика, доступный PCI Express слот, операционную систему и специальные требования, например PoE или LAN Bypass.

Для высокоскоростных и специализированных сетевых платформ также необходимо учитывать модель контроллера, пропускную способность PCI Express и совместимость трансиверов. HPI Networks поможет подобрать сетевую интерфейсную плату и проверить её совместимость по документации производителя.