ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่าย

การ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่าย อีเธอร์เน็ตจากยุค 1990 ที่เชื่อมต่อกับเมนบอร์ดผ่านทางบัส ISA ซึ่งปัจจุบันเลิกใช้แล้ว การ์ดแบบรวมนี้มีทั้งขั้วต่อ BNC (ด้านซ้าย) สำหรับใช้ในเครือข่าย 10BASE2 (ซึ่งปัจจุบันเลิกใช้แล้ว) และ ขั้วต่อ 8P8C (ด้านขวา) สำหรับใช้ในเครือข่าย10BASE-T
เชื่อมต่อกับ	เมนบอร์ด  ผ่านทางใดทางหนึ่งต่อไปนี้: รวมอยู่ในชิปเซ็ตหรือSoC แยกต่างหากบนเรือ ขั้วต่อPCI ตัวเชื่อมต่อISA PCIe (รวมถึงMini PCIeและM.2 ) ไฟร์ไวร์ ยูเอสบี สายฟ้า สาย HDMI (ผ่านช่อง HDMI Ethernet) เชื่อมต่อผ่านช่องทางใดช่องทางหนึ่งต่อไปนี้: อีเธอร์เน็ต ไวไฟ ไฟเบอร์แชนแนล ATM เอฟดีดีไอ แหวนโทเค็น อาร์คเน็ต อินฟินิแบนด์
ความเร็ว	ฟูลดูเพล็กซ์หรือฮาล์ฟดูเพล็กซ์ : 10 เมกะบิต/วินาที 100 เมกะบิต/วินาที 1 กิกะบิต/วินาที ฟูลดูเพล็กซ์ : [ 1 ] [ 2 ] 2.5 กิกะบิต/วินาที 5 กิกะบิต/วินาที 10 กิกะบิต/วินาที สูงสุด160 กิกะบิต/วินาที
ผู้ผลิตทั่วไป	อินเทล เรียลเทค บรอดคอม (รวมถึง บริษัท AvagoและEmulexเดิม) มาร์เวล เทคโนโลยี กรุ๊ป Cavium (เดิมชื่อ QLogic ) เมลลาน็อกซ์ เชลซี

ตัว ควบคุมอินเท อร์เฟซเครือข่าย ( NICหรือที่รู้จักกันในชื่อ^{การ์ด}อินเทอร์เฟซเครือข่าย [ ^{3 ]}อะแดปเตอร์เครือข่ายอะแดปเตอร์ LANและอินเทอร์เฟซเครือข่ายทางกายภาพ^{[ 4 ]} ) เป็น ส่วนประกอบ ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์กับเครือข่ายคอมพิวเตอร์^{[ 5 ]}

ในยุคแรก ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่ายมักถูกติดตั้งบนการ์ดขยายที่เสียบเข้ากับบัสของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากมาตรฐาน อีเธอร์เน็ตมีราคาถูกและใช้งานกันอย่างแพร่หลายทำให้คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่มีตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่ายติดตั้งอยู่บนเมนบอร์ดหรืออยู่ในดองเกิลที่เชื่อมต่อผ่านUSBถึงแม้ว่าการ์ดเครือข่ายยังคงมีจำหน่ายอยู่ก็ตาม

ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่ายสมัยใหม่มีคุณสมบัติขั้นสูง เช่น อินเทอร์เฟซ การขัดจังหวะและDMAสำหรับโปรเซสเซอร์โฮสต์ การรองรับคิวรับและส่งหลายคิว การแบ่งพาร์ติชันเป็นอินเทอร์เฟซเชิงตรรกะหลายตัว และการประมวลผลทราฟฟิกเครือข่ายบนตัวควบคุม เช่นเอ็นจิ้นการถ่ายโอน TCP

ตัวควบคุมเครือข่ายจะสร้างวงจรไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารโดยใช้ มาตรฐาน เลเยอร์ทางกายภาพและเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูล เฉพาะ เช่นอีเธอร์เน็ตหรือWi-Fi [ ^{a ] ซึ่ง}เป็นพื้นฐานสำหรับสแต็กโปรโตคอล เครือข่ายแบบเต็มรูปแบบ ทำให้สามารถสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์บน เครือข่ายท้องถิ่นเดียวกัน(LAN) และการสื่อสารเครือข่ายขนาดใหญ่ผ่านโปรโตคอลที่กำหนดเส้นทางได้ เช่นโปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (IP)

การ์ดเครือข่าย (NIC) ช่วยให้คอมพิวเตอร์สื่อสารกันผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์ได้ ไม่ว่าจะโดยใช้สายเคเบิลหรือแบบไร้สาย การ์ดเครือข่ายเป็นทั้งอุปกรณ์ในระดับกายภาพและระดับการเชื่อมโยงข้อมูล เนื่องจากให้การเข้าถึงทางกายภาพไปยังสื่อเครือข่าย และสำหรับ เครือข่าย IEEE 802และเครือข่ายที่คล้ายกัน ยังมีระบบการกำหนดแอดเดรสระดับต่ำโดยใช้ที่อยู่ MACที่กำหนดให้กับอินเทอร์เฟซเครือข่ายแต่ละตัวอย่างเฉพาะเจาะจง

เดิมทีตัวควบคุมเครือข่ายถูกสร้างขึ้นเป็นแผ่นการ์ดเสริมที่เสียบเข้ากับบัสของคอมพิวเตอร์ เนื่องจากมาตรฐานอีเธอร์เน็ตมีราคาถูกและใช้งานกันอย่างแพร่หลาย คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่จึงมีตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่ายติดตั้งอยู่บนเมนบอร์ด และวิธีการนี้เรียกว่า LAN บนเมนบอร์ด (LOM) เมนบอร์ด เซิร์ฟเวอร์ รุ่นใหม่ๆ อาจมีอินเทอร์เฟซเครือข่ายหลายตัวติดตั้งอยู่ภายใน ความสามารถของอีเธอร์เน็ตนั้นอาจถูกรวม เข้ากับ ชิปเซ็ตของเมนบอร์ดหรือใช้งานผ่านชิปอีเธอร์เน็ตเฉพาะที่มีราคาประหยัด โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องใช้การ์ดเครือข่ายแยกต่างหากอีกต่อไป เว้นแต่จะต้องการการเชื่อมต่อเครือข่ายอิสระเพิ่มเติม หรือใช้เครือข่ายประเภทอื่นที่ไม่ใช่อีเธอร์เน็ต แนวโน้มทั่วไปในฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์คือการรวมส่วนประกอบต่างๆ ของระบบไว้บนชิปเดียวและแนวโน้มนี้ก็ถูกนำมาใช้กับแผ่นการ์ดอินเทอร์เฟซเครือข่ายด้วย

โดยทั่วไปแล้ว ตัวควบคุมเครือข่ายอีเธอร์เน็ตจะมี ซ็อกเก็ต 8P8Cสำหรับเชื่อมต่อสายเคเบิลเครือข่าย การ์ดเครือข่ายรุ่นเก่าอาจมีขั้วต่อBNCหรือAUI ด้วย ตัวควบคุมเครือข่ายอีเธอร์เน็ตโดยทั่วไปรองรับอีเธอร์เน็ต มีหลายแบบ ได้แก่ 10  Mbit/s , 100 Mbit/sและ1000 Mbit/sตัวควบคุมเหล่านี้ถูกกำหนดให้เป็น10/100/1000ซึ่งหมายความว่าสามารถรองรับอัตราการส่งข้อมูลที่ 10, 100 หรือ1000 Mbit/sได้ นอกจากนี้ยังมี NIC อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิตให้เลือกใช้ และตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2014 ก็เริ่มมีวางจำหน่ายบนเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์แล้ว^{[ 6 ] [ 7 ]}

การออกแบบแบบโมดูลาร์ เช่นSFP และ SFP+ได้รับความนิยมอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงการออกแบบเหล่านี้กำหนดมาตรฐานสำหรับตัวรับส่งสัญญาณที่ขึ้นอยู่กับสื่อ ทำให้ผู้ใช้สามารถปรับแต่งอินเทอร์เฟซเครือข่ายให้ตรงกับความต้องการของตนได้อย่างง่ายดาย

ไฟ LEDที่อยู่ติดกับหรือรวมอยู่ในตัวเชื่อมต่อเครือข่ายจะแจ้งให้ผู้ใช้ทราบว่าเครือข่ายเชื่อมต่ออยู่หรือไม่ และเมื่อมีการเคลื่อนไหวของข้อมูลเกิดขึ้น

NIC อาจมีROM เพื่อเก็บ ที่อยู่ MAC ที่กำหนด จากโรงงาน^{[ 8 ]}

การ์ดเครือข่าย (NIC) อาจใช้วิธีการอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่านั้นต่อไปนี้เพื่อระบุว่ามีแพ็กเก็ตพร้อมสำหรับการถ่ายโอนหรือไม่:

• การตรวจสอบสถานะ (Polling)คือกระบวนการที่CPUตรวจสอบสถานะของอุปกรณ์ต่อพ่วงที่อยู่ภายใต้การควบคุมของโปรแกรม
• การรับส่งข้อมูล แบบใช้การขัดจังหวะ (Interrupt -driven I/O) คือการที่อุปกรณ์ต่อพ่วงแจ้งเตือนซีพียูว่าพร้อมที่จะถ่ายโอนข้อมูลแล้ว

การ์ดเครือข่าย (NIC) อาจใช้วิธีการอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่านั้นต่อไปนี้ในการถ่ายโอนข้อมูลแบบแพ็กเก็ต:

• การรับ/ส่งข้อมูลแบบโปรแกรมโดยที่ CPU จะย้ายข้อมูลเข้าหรือออกจาก NIC ไปยังหน่วยความจำ
• การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง (DMA) คือวิธีการที่อุปกรณ์อื่นที่ไม่ใช่ CPU ควบคุมบัสระบบเพื่อย้ายข้อมูลเข้าหรือออกจาก NIC ไปยังหน่วยความจำ วิธีนี้ช่วยลดภาระของ CPU แต่ต้องการตรรกะเพิ่มเติมบนการ์ด นอกจากนี้ อาจไม่จำเป็นต้องมีบัฟเฟอร์แพ็กเก็ตบน NIC และสามารถลดความหน่วง ได้

NIC แบบมัลติคิว มี คิวส่งและรับหลาย คิว ทำให้แพ็กเก็ตที่ได้รับจาก NIC สามารถถูกกำหนดให้กับคิวรับใดคิวหนึ่งได้ NIC อาจกระจายทราฟฟิกขาเข้าระหว่างคิวรับโดยใช้ฟังก์ชันแฮชแต่ละคิวรับจะถูกกำหนดให้กับการขัดจังหวะ แยกต่างหาก โดยการกำหนดเส้นทางการขัดจังหวะแต่ละรายการไปยังCPUหรือคอร์ CPU ที่แตกต่างกัน การประมวลผลคำขอขัดจังหวะที่เกิดจากทราฟฟิกเครือข่ายที่ได้รับจาก NIC เดียวสามารถกระจายได้ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ^{[ 10 ] [ 11 ]}

การกระจายการขัดจังหวะตามฮาร์ดแวร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่าการปรับขนาดด้านรับ (RSS) ^{[ 12 ] : 82} การใช้งานซอฟต์แวร์ล้วนๆ ก็มีอยู่เช่นกัน เช่นการควบคุมการรับแพ็กเก็ต (RPS) การควบคุมการไหลของการรับ (RFS) ^{[ 10 ]}และIntel Flow Director [ ^{12 ] : 98, 99 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเพิ่มเติมได้โดยการกำหนดเส้นทางการร้องขอการขัดจังหวะไปยัง CPU หรือคอร์ที่กำลังดำเนินการแอปพลิเคชันซึ่งเป็นปลายทางสุดท้ายสำหรับแพ็กเก็ตเครือข่ายที่สร้างการขัดจังหวะ เทคนิคนี้ช่วยปรับปรุงความใกล้เคียงของการอ้างอิงและส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมสูงขึ้น ลดความหน่วง และใช้ฮาร์ดแวร์ได้ดีขึ้นเนื่องจากการใช้แคช CPU ที่สูงขึ้น และการสลับบริบท ที่จำเป็นน้อย ลง

ด้วย NIC แบบหลายคิว สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเพิ่มเติมได้โดยการกระจายการรับส่งข้อมูลขาออกไปยังคิวส่งต่างๆ การกำหนดคิวส่งต่างๆ ให้กับ CPU หรือคอร์ CPU ที่แตกต่างกัน จะช่วยหลีกเลี่ยงการแย่งชิงทรัพยากรภายในระบบปฏิบัติการได้ วิธีนี้มักเรียกว่าการควบคุมการส่งแพ็กเก็ต (XPS) ^{[ 10 ]}

ผลิตภัณฑ์บางชนิดมีการแบ่งพาร์ติชัน NIC ( NPARหรือที่รู้จักกันในชื่อการแบ่งพาร์ติชันพอร์ต ) ซึ่งใช้ การจำลองเสมือน SR-IOVเพื่อแบ่ง NIC อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิตเดียวออกเป็น NIC เสมือนแยกต่างหากหลายตัวที่มีแบนด์วิดท์เฉพาะ ซึ่งนำเสนอต่อเฟิร์มแวร์และระบบปฏิบัติการเป็นฟังก์ชันอุปกรณ์ PCIแยก ต่างหาก ^{[ 3 ] [ 16 ]}

NIC บางตัวมีเอ็นจิ้นการถ่ายโอน TCP เพื่อถ่ายโอนการประมวลผลสแต็ก TCP/IPทั้งหมดไปยังตัวควบคุมเครือข่าย โดยส่วนใหญ่จะใช้กับอินเทอร์เฟซเครือข่ายความเร็วสูง เช่น Gigabit Ethernet และ 10 Gigabit Ethernet ซึ่งค่าใช้จ่ายในการประมวลผลของสแต็กเครือข่ายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 17 ]}

NIC บางตัวมีอาร์เรย์เกตที่ตั้งโปรแกรมได้แบบฟิลด์ (FPGA) ในตัวสำหรับการประมวลผลการรับส่งข้อมูลเครือข่ายที่ผู้ใช้สามารถตั้งโปรแกรมได้ก่อนที่จะถึงคอมพิวเตอร์โฮสต์ ซึ่งช่วยลดความหน่วงในเวิร์กโหลดที่ไวต่อเวลา ได้อย่างมาก ^{[ 18 ]}นอกจากนี้ NIC บางตัวยังมีสแต็ก TCP/IP ที่มีความหน่วงต่ำอย่างสมบูรณ์ ซึ่งทำงานบน FPGA ในตัวร่วมกับ ไลบรารี พื้นที่ผู้ใช้ที่ดักจับการทำงานของเครือข่ายซึ่งโดยปกติจะดำเนินการโดยเคอร์เนลของระบบปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่น สแต็กเครือข่าย OpenOnloadแบบโอเพนซอร์สของ Solarflare ที่ทำงานบนLinuxฟังก์ชันการทำงานประเภทนี้มักเรียกว่าเครือข่ายระดับผู้ใช้^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

• อะแดปเตอร์เครือข่ายแบบรวม (CNA)
• อะแดปเตอร์โฮสต์
• อินเทล ดาต้า ไดเร็กต์ ไอโอ (DDIO)
• อินเทอร์เฟซลูปแบ็ก
• การ์ดอินเทอร์เฟซตรวจสอบเครือข่าย (NMIC)
• อินเทอร์เฟซเครือข่ายเสมือน (VIF)
• ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่ายไร้สาย (WNIC)

• "อินเทอร์เฟซเครือข่ายทางกายภาพ" . ไมโครซอฟต์.
• "ชื่ออินเทอร์เฟซเครือข่ายที่คาดเดาได้" . Freedesktop.org .
• อินเทอร์เฟซเครือข่ายแบบหลายคิวพร้อม SMP บน Linux