隨著人工智能、大數據、分布式儲存和云服務等發展趨勢日漸明朗，都要求更低的延遲來支持部署在網絡邊緣的實時應用程序和服務。在百行百業的數字化轉型以及應對5G和IoT等服務需求，為數據中心帶來了爆發式增長，同時給服務器基礎設施計算節點的CPU帶來了巨大的壓力。在以CPU為中心的Onload模式向以數據為中心的Offload模式的轉變中，服務器網卡扮演著不可或缺的角色。近年來，行業也一直不斷地推出新的網卡，滿足于數據中心等場景中計算領域的最新發展趨勢：接口高速化、能力并行化、資源虛擬化。由于其應用廣泛，市場上出現了各種類型的網絡接口卡，如千兆網卡和萬兆網卡，PCI-X和PCIe網卡等。在這篇文章中，我們從網卡的定義、功能、常見組成部分以及網卡種類來全面介紹網卡。什么是網卡？

網卡全稱為網絡適配器（Network Interface Card， NIC），也被稱為網絡接口控制器。網卡是工作在第二層鏈路層的一個網絡組件，通常是安裝在計算機上用于連接網絡的電路板，可為計算機提供專用網絡連接。網卡雖然僅作為計算機網絡連接的一個小組件，但發揮著不可缺少的作用。網卡就像一個轉換器，將數據轉換為數字信號，通過使用電纜線或服務器網絡上的無線路由器進行通信。網卡作為TCP/IP層的接口，可以在物理層傳輸信號，網絡層傳遞數據包。無論位于哪一層，它都充當計算機/服務器和數據網絡之間的中間媒介。當用戶請求一個web頁面時，局域網卡從用戶設備獲取數據，并將它們發送到網絡服務器上，然后接收所需的數據展示給用戶。

網卡的組成部件

傳統上，網絡適配器主要由一個控制器、一個boot ROM插槽、一/多個網卡端口、一個主板接口、LED指示燈、一個支架和一些其他電子元件組成。每個組件都有其獨特的功能：

控制器：

控制器作為網卡的核心部分，直接決定了網卡的性能。控制器就像一個小型CPU，用于處理接收的數據。

Boot ROM 插槽：

此插槽允許啟用Boot ROM 功能。Boot ROM允許無盤工作站連接到網絡，從而提高安全性并降低硬件成本。

網卡端口：

通常情況下，該端口直接與以太網線或光模塊連接，產生和接收網線或光纖跳線上的信號。

總線接口：

該接口位于電路板的側面，俗稱“金手指”的總線接口插在計算機主板的擴展槽中，用于網卡與計算機或服務器之間的連接。

LED指示燈：

指示燈用于幫助用戶識別網卡的工作狀態，網絡是否連接，是否有數據傳輸。例如，Link/Act表示連接活動狀態，Full表示是否全雙工，而Power是電源指示。

支架：

PCI網卡市場上有兩種支架，一個是高120mm的全高支架，另一個是高79.2mm的半高支架。該支架可以幫助用戶將網卡固定在計算機或服務器的擴展槽中。

一張裝有全高支架的NVIDIA網卡俯視圖

網卡的種類

根據總線接口、傳輸速度、應用領域等不同，網卡可分為以下幾個不同的類型。

基于協議的分類

根據傳輸協議的不同的，網卡可分為三種，一是以太網卡，二是FC網卡，三是IB網卡。

以太網網卡（EthernetAdapter）：使用IP協議為傳輸協議，一般通過光纖線纜或雙絞線與以太網交換機連接。光口通過光纖線纜來進行數據傳輸，搭配的模塊接口一般為SFP、QSFP等，對應的光纖接口為LC、SC、MPO等。電口常用的接口類型為RJ45，一般與雙絞線連接，也有少量與同軸電纜連接的接口。

FC網卡：學名Fibre Channel。使用光纖通道協議為傳輸協議，主要通過光纖線纜與光纖通道交換機連接。接口類型分為光口和電口。光口的傳輸方式和搭配模塊與以太網卡類似，但對應的接口僅為SC和LC。電口的接口類型一般為DB9針或HSSDC。

IB網卡：Infiniband大量用于FC/IP SAN、NAS和服務器之間的連接，作為iSCSI RDMA的存儲協議。InfiniBand網卡可提供超低延遲、超高吞吐量和創新的網絡計算引擎，為當今的現代工作負載提供所需的加速能力、可擴展性和功能豐富的技術。

基于傳輸速度的分類

基于不同的速度，網卡有10/100Mbps自適應，1000Mbps千兆網卡、10G、25G、100G甚至更高速度的網卡。

10Mbps/100Mbps自適應卡：10Mbps和100Mbps帶寬自適應網卡是目前比較流行的網卡類型。它能夠自動適應兩種不同帶寬的網絡需求。可與舊的10Mbps網絡設備連接，也可應用于較新的100Mbps網絡設備的連接，因此得到了用戶的廣泛認可。

1000Mbps網卡：此類卡可為快速以太網提供更高的帶寬。千兆以太網是一種高速局域網技術，可以通過銅線提供 1Gbps 帶寬。對應的網卡是千兆網卡，這種網卡的帶寬也可以達到1Gbps。千兆網卡的網絡接口也主要有兩種，一種是普通的雙絞線RJ45接口，另一種是千兆SFP/GBIC光纖接口。

10G網卡：其主流為10G以太網卡，與千兆以太網卡一樣，10G以太網卡也支持單模或多模光纖。使用10G以太網卡可以讓網絡運營商更自由地選擇數據中心的位置，并且可以同時支持80公里范圍內的多個園區網絡。在數據中心，可以使用低成本的多模光纖作為交換機與交換機、交換機與服務器之間的10G網絡的骨干。

25G網卡：相較10G網卡而言，25G光纖網卡的更大帶寬滿足高性能計算集群的網絡需求，在100G甚至更高速率的網絡升級中，25G光纖網卡將是不可或缺的基礎設施之一。在數據中心從10G/40G 升級到 25G/100G（服務器的接口是25G, 交換機間互聯的接口是100G）的過程中，越來越多的人支持 25GbE，包括谷歌、微軟等大型云提供商對 25G 的絕對認可。

100G網卡：隨著海量數據的傳輸需求越來越高，服務器通常都需要安裝多個網卡來滿足數據處理的高需求，正是因為這種特性，促使數據中心網絡從10G慢慢向100G網卡升級，甚至更高速率的發展。100G網卡具有高吞吐量、低延時的網絡處理能力、輔助其CPU進行網絡功能卸載的能力，可最大化地節約CPU算力同時降低其功耗。

NVIDIA100G網卡

基于總線接口類型分類

ISA網卡：ISA總標準線于1981年發布，是一種兼容IBM標準的總線結構。由于ISA總線接口的I/O速度較慢，隨著1990年代初PCI總線技術的出現逐漸被淘汰，現在市場上已很少見。

PCI網卡：PCI的英文全稱為Peripheral Component Interconnect。即外部設備互聯總線，是于1993年推出的PC局部總線標準。因為它的I/O速度比ISA總線型網卡快很多（ISA最高只有33MB/s，而目前的PCI 64位數據傳輸率是266MB/ s)，所以它逐漸取代了以前的 ISA 標準。這種網卡最初是用于服務器上，后來在臺式機上的使用相當普遍，也是目前的一種主流網卡接口類型。如今大多數計算機都沒有擴展卡，而是使用嵌入式網卡。因此，PCI總線網卡已經被其他總線接口如PCI-X或USB接口所取代。

PCI-X網卡：PCI-X是一種增強的PCI總線技術。與原來的PCI相比，I/O速度提高了一倍，數據傳輸速度也比PCI接口快。PCI-X總線接口網卡一般有32位總線寬度，但也支持64位操作，最高可達1064MB/s。多數情況下PCI- X的插槽與PCI網卡是向后兼容的。

PCIe網卡：PCIe卡是帶有PCIe接口的網卡，在主板級連接中用作擴展端口。具體來說，基于PCIe的擴展卡可插入主機、服務器和網絡交換機等設備主板上的PCIe插槽。現在大部分電腦主板都有對應PCIe卡的專用PCIe插槽。一般來說，插槽的寬度會與網卡的寬度相同，甚至更寬。

結語

不同應用場景需要不同類型的網卡，單一網卡難以滿足復雜多樣的加速場景。隨著市場熱度以及技術能力的提升，未來的網卡市場也會迎來更多的可能性，比如最新的OCP NIC 3.0網卡。因此，無論您是在尋找家用PC網卡，還是用于企業、數據中心的服務器網卡，在購買網卡之前，都需要清楚地了解網卡相關的基本知識。

審核編輯 黃昊宇