Hálózati interfész kártya (NIC)

A szervere 100G portokkal rendelkezik, de a hálózati kártya csak a 10G-t támogatja. Gratulálunk, - most fizetett azért a sávszélességért, amelyet soha nem fog használni. A hálózati interfész kártya a modern hálózati tervezés leginkább figyelmen kívül hagyott szűk keresztmetszete. Míg a mérnökök megszállottan foglalkoznak a kapcsolószövet és az adó-vevő specifikációival, a hálózati kártya csendesen meghatározza a tényleges átviteli sebességet, amelyet minden szerver meg tud tolni. Ez az útmutató túlmutat az alapvető definíciókon, és elmagyarázza, hogyan működnek a hálózati kártyák, milyen típusok léteznek, és - a legkritikusabb -, hogyan illesztheti a hálózati kártyát a jobb oldalra.adó-vevő, DAC kábel, vagyAOCa maximális teljesítmény érdekében.

 

 

Mi az a hálózati interfész kártya?

A hálózati csatolókártya (NIC), más néven hálózati adapter vagy hálózati csatolóvezérlő, az a hardver, amely szervert, munkaállomást vagy tárolóeszközt csatlakoztat a hálózathoz. Kezeli a gazdarendszeren belüli adatok és a vezetéken vagy optikai szálon lévő jelek közötti átalakítást -, és mindent kezel a keret tokozásától és az ellenőrző összeg ellenőrzésétől a megszakítások kezeléséig és a DMA átvitelekig.

Minden hálózati kártya egyedi MAC-címmel rendelkezik a firmware-be, amely az eszköz azonosítójaként szolgál a 2. rétegű hálózaton. A korai hálózati kártyákat önálló PCI bővítőkártyaként szállították. Manapság a legtöbb fogyasztói számítógép LAN--az-alaplapi (LOM) chipet használ az alapvető 1G-kapcsolatokhoz. Az adatközpontokban és a vállalati környezetekben azonban a dedikált hálózati kártyák továbbra is nélkülözhetetlenek, mivel a beépített vezérlők egyszerűen nem tudják biztosítani a modern munkaterhelések által megkívánt átviteli sebességet, kirakodási képességet vagy portsűrűséget.

 

 

Hogyan működik a hálózati kártya valójában: a „Küldés és fogadás” funkción túl

A tankönyvi magyarázat - "A hálózati kártyák keretekbe foglalják az adatokat, és elküldik őket" - technikailag helyes, de hiányzik belőle, ami a hálózati kártyát értékessé teszi. Íme, mi történik a motorháztető alatt egy modern szerver NIC-ben:

 

Keret feldolgozás

Az átviteli oldalon a hálózati kártya adatokat veszi az operációs rendszer hálózati vereméből, Ethernet-fejléceket és CRC-ellenőrző összegeket ad hozzá, majd elektromos vagy optikai jelekké szerializálja. A vételi oldalon megfordítja a folyamatot, ellenőrzi a CRC-t és lefejti a fejléceket, mielőtt a hasznos terhet a gazdagépnek továbbítja.

 

Tehermentesítő motorok

Ez az a hely, ahol a hálózati kártyák keresik a tartást. A modern hálózati kártyák tehermentesítik azokat a feladatokat, amelyek egyébként CPU-ciklusokat fogyasztanának: TCP/UDP ellenőrzőösszeg-számítás, TCP-szegmentációs tehermentesítés (TSO), nagy vételi tehermentesítés (LRO) és fogadási oldali skálázás (RSS), amely a bejövő forgalmat több CPU-mag között osztja el. Ezen tehermentesítések nélkül egy 25 G-s hálózati kártya telítheti a CPU magját, csak csomagokat dolgoz fel.

 

Kernel bypass DPDK-val

Még a hardver lerakodása esetén is, az operációs rendszer kernel hálózati verem extrém csomagsebességű többletterhelést jelent. A DPDK-t (Data Plane Development Kit) támogató hálózati kártyák lehetővé teszik az alkalmazások számára, hogy közvetlenül a felhasználói területről olvassák és írják a csomagokat, teljesen megkerülve a kernelt. Ez a csomagonkénti késleltetést ezredmásodpercekből egy-számjegyű mikromásodpercekre csökkenti -, ami a magas-frekvenciás kereskedés, az 5G felhasználói-síkfunkciók és az NFV-munkaterhelések vonal-sebességének követelménye 100G-s linkeken.

 

DMA és Interrupt Coalescing

Ahelyett, hogy a CPU minden csomagot másolna, a hálózati kártya közvetlen memóriaelérést használ, hogy a kereteket közvetlenül a rendszer RAM-jába írja. A megszakítások összevonása több csomageseményt egyetlen CPU-megszakításba csoportosít, drámaian csökkentve a többletterhelést magas csomagsebesség mellett.

 

Virtualizációs támogatás

Virtualizált környezetekben az SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) lehetővé teszi, hogy egyetlen fizikai hálózati kártya több virtuális funkciót jelenítsen meg, amelyek mindegyike közvetlenül egy virtuális géphez van hozzárendelve. Ez teljesen megkerüli a hypervisor virtuális kapcsolóját, és közel -csupasz-metal hálózati teljesítményt biztosít a virtuális gépeknek.

 

 

NIC-típusok: Gyakorlati osztályozás

 

Interfész típusa szerint - Ez határozza meg a kábelezést

NIC port típusa	Csatlakozó	Média	Tipikus sebesség	Max távolság
RJ45 (alap-T)	RJ45	Cat5e/Cat6/Cat6a réz	1G / 2.5G / 5G / 10G	100m
SFP+	LC duplex	10G SFP+ adó-vevővagy 10GDAC kábelek	10G	80 km (szálas) / 7 m (DAC)
SFP28	LC duplex	25G SFP28 adó-vevővagy 25G DAC	25G	40 km (szálas) / 5 m (DAC)
QSFP+	MPO vagy LC	40G QSFP+ adó-vevő	40G	40 km (szálas) / 7 m (DAC)
QSFP28	MPO vagy LC	100G QSFP28 adó-vevővagy 100GDAC kábelek	100G	80 km (szálas) / 5 m (DAC)
QSFP-DD	MPO vagy LC	400G QSFP-DD adó-vevők	400G	10 km+ (szálas)

Miért számít ez:A NIC port típusa határozza meg, hogy mely adó-vevőket és kábeleket használhatja. Ha kettős{1}}portos SFP28 hálózati kártyát választ, az SFP28 ökoszisztémába záródik -25G SFP28 optikai modulok, SFP28DAC kábelekvagy SFP28AOC kábelek. Rosszul válasszon, és adaptereket fog vásárolni vagy kártyákat cserélni.

 

Megjegyzés az MPO és LC csatlakozókhoz:Az „SR4” feliratú QSFP+ és QSFP28 portok párhuzamos optikát használnak - négy sávos 10G vagy 25G egyidejű továbbítása. Ez megköveteliMPO/MTP-12 patchcordok8 vagy 12 szálas maggal, nem a standard duplexLC kábelekSFP+ vagy SFP28 modulok használják. Ha először telepít 40G vagy 100G SR4 optikát, akkor a meglévő két-szálas patch panel infrastruktúrája nem fog működni - az MPO fővonali kábelezéssel és kazettákkal.

 

Bus-interfészen keresztül - A PCIe generálása fontos

Minden modern szerver hálózati kártya PCIe-t használ. De a PCIe generáció és a sávszélesség kemény plafont szab az átviteli sebességnek:

• PCIe 3.0 x8:~64 Gbps - elegendő két-portos 25G vagy egyetlen-portos 40G
• PCIe 3.0 x16:~128 Gbps - elegendő egyetlen-porthoz 100G
• PCIe 4.0 x16:~256 Gbps - szükséges a két-portos 100G vagy az egy-portos 200G
• PCIe 5.0 x16:~512 Gbps - lehetővé teszi a 400G NIC-ket

A PCIe 3.0 x8 bővítőhelyhez csatlakoztatott 100 G-os hálózati kártya fizikailag nem képes 100 G-t leadni. Vásárlás előtt mindig ellenőrizze szervere PCIe bővítőhelyének generálását és szélességét.

 

Form Factor szerint - Az OCP NIC 3.0 az új alapértelmezett

A hagyományos PCIe-kiegészítő{0}}kártyák továbbra is uralják a vállalati szervereket, de a nagyméretű adatközpontok nagyrészt áttértek az OCP NIC 3.0 szabványra (mind a Small Form Factor, mind a Large Form Factor). Az OCP hálózati kártyák a szerver alaplapján található dedikált mezzanine-nyílásba csatlakoznak, ahelyett, hogy egy szabványos PCIe bővítőhelyet foglalnának el. Az előnyök jelentősek: működés közbeni csereképesség a szerver leállítása nélkül, továbbfejlesztett hőkezelés a hálózati kártyán keresztüli közvetlen légáramlással, valamint a CPU-hoz vezető rövidebb elektromos út, amely csökkenti a jelintegritási problémákat 100 G+ sebességnél. Ha kiszolgálóplatformja támogatja az OCP-t 3.0 -, és a főbb ODM-ek legtöbb modern kialakítása ezt teszi -, akkor ez legyen az első választás a 100G és 200G hálózati kártyák telepítéséhez.

 

Intelligencia szint szerint

Szabványos hálózati kártyákkezelni az alapvető csomagfeldolgozást hardveres tehermentesítéssel. Alkalmas a legtöbb vállalati és adatközponti alkalmazáshoz.

SmartNIC-ekadjunk hozzá egy programozható adatfeldolgozó egységet (DPU), amely tűzfalszabályokat, titkosítást, terheléselosztást és telemetriát tud végrehajtani közvetlenül a hálózati kártyán, felszabadítva a gazdagép CPU magjait az alkalmazások munkaterhelése számára. A felhőalapú infrastruktúrában, ahol minden CPU-magot bevételre tesznek, a SmartNIC-ek megtérülnek azáltal, hogy visszaszerzik azokat a magokat, amelyek egyébként OVS-t vagy IPsec-et futtatnának.

RDMA hálózati kártyák (RNIC)támogatja az olyan távoli közvetlen memóriaelérési protokollokat, mint a RoCEv2 vagy az iWARP, lehetővé téve a szerver-–-memóriaátvitelt egyetlen-számjegyű mikroszekundumos késleltetéssel. Az NVIDIA H100 vagy A100 gyorsítók köré épülő GPU-oktató fürtökben az RDMA hálózati kártyák nem opcionálisak - ők képezik a gerincet. Minden GPU-csomópontnak 200G vagy 400G RDMA-kapcsolatra van szüksége ahhoz, hogy az all{11}}csökkentett gradiens szinkronizálás ne váljon a képzési szűk keresztmetszetté. A mesterséges intelligencia mellett az RDMA hálózati kártyák egyformán kritikusak a HPC-munkaterhelések és az NVMe{13}}oF-et futtató tárolórendszerek számára, ahol a kernel-megkerüli az adatútvonalakat 10-szeresére csökkenti a tároláshoz való hozzáférés késését.

 

 

Hogyan válasszuk ki a megfelelő hálózati kártyát: döntési keret

1 -. lépés Határozza meg sebességigényét.Illessze a kapcsoló uplink kapacitásához, ne az elméleti csúcsigényéhez. Ha a ToR kapcsolójának 25G-s szerver felé néző portjai{2}} vannak, akkor a 25G-s hálózati kártya a megfelelő választás, - nem 10G (túl lassú) vagy 100G (elpazarolt).

2 - lépés Válassza ki a kezelőfelület típusát.5 méter alatti-rack csatlakozások esetén párosítsa a hálózati kártyát aDAC kábela legalacsonyabb költség és késleltetés érdekében. Legfeljebb 100 méteres inter-rack hivatkozásokhoz használjon egyAOC kábelvagy egy rövid{0}}távolságú adó-vevőLC szál patchcord. Az épületek-az-épületek és a campus közötti kapcsolatok létrehozásához használjon hosszú-eléréstoptikai adó-vevő- például a100G QSFP28 LR4 modulegymódusú szál{0}}ésMPO/MTP patchcordok.

3 -. lépés Ellenőrizze a PCIe-kompatibilitást.Ellenőrizze a szerver elérhető PCIe bővítőhely-generációját és a sávszélességet a hálózati kártya követelményei szerint.

4 -. lépés Értékelje a kirakodási igényeket.Virtuális gépek tucatjával futtatja a virtualizációt? Részesítse előnyben az SR-IOV támogatást. AI képzési klaszter? Az RDMA képesség nem-tárgyalható. Felhő-natív mikroszolgáltatások? A programozható csővezetékkel rendelkező SmartNIC megtakarítja a CPU magokat.

5 - lépés Tervezze meg a kettős-portos redundanciát.Az éles szervereknek mindig rendelkezniük kell legalább két hálózati kártyával a linkösszesítéshez (LACP) vagy az aktív{0}}készenléti feladatátvételhez. A két-portos hálózati kártyák helytakarékosabbak-, mint a két egy-portos kártya.

 

 

Gyakori NIC hibák (és hogyan lehet őket elkerülni)

10G RJ45 NIC vásárlása adatközponti használatra.A 10 GBASE-T hálózati kártyák 2–5 W-tal több energiát fogyasztanak portonként, mint az SFP+ hálózati kártyák, és jelentősen több hőt termelnek. Egy 40 szervert tartalmazó rackben ez 80–200 W szükségtelen hőterhelés. Használat10G SFP+ adó-vevőhelyette SFP+ hálózati kártyákkal.

Firmware és illesztőprogram-frissítések figyelmen kívül hagyása.A NIC firmware-hibái csendes csomaglemorzsolódást, CRC-hibákat és teljesítményromlást okoznak. A gyártók kritikus firmware-javításokat adnak ki, amelyeket gyakran nem alkalmaznak, mert a hálózati kártya „jól működik”.

Nem egyezik a NIC sebessége és a kapcsoló port sebessége.A 10G-s switch-porthoz csatlakoztatott 25G-s hálózati kártya automatikusan-lemegy 10G-ig -, de egyes hálózati kártyák ezt rosszul kezelik, ami linkrepülést vagy CRC-hibákat eredményez. Mindig ellenőrizze a sebesség-kompatibilitást, vagy használjon megfelelő felszerelést.

 

 

GYIK

Mi a különbség a NIC és a LOM között?

A LOM (LAN az alaplapon) a szerver alaplapjába integrált alapvető hálózati vezérlő, amely jellemzően 1G vagy 10G Base-T csatlakozást kínál. A dedikált NIC-kártya nagyobb sebességet (25G–400G), fejlett tehermentesítést, például SR-IOV-t és optikai interfész opciókat biztosít az üvegszálas használathoz.adó-vevőkésDAC/AOC kábelek.

Használhatok külső{0}}adó-vevőket a hálózati kártyámban?

Igen. Az Intel, a Mellanox/NVIDIA és a Broadcom legtöbb hálózati kártyája elfogadja az MSA{1}}kompatibilis harmadik feleket{2}}optikai adó-vevők. Néhány hálózati kártya firmware azonban megjeleníthet kompatibilitási figyelmeztetéseket. A jó hírű beszállítók bizonyos NIC-márkákhoz kódolt adó-vevőket biztosítanak a tiszta működés érdekében.

Milyen hálózati sebességre van szükségem az AI-hoz és a gépi tanuláshoz?

A GPU-oktató fürtök (NVIDIA H100, A100 vagy hasonló) esetén minden csomópont általában megköveteli200Gvagy 400G RDMA{1}}kompatibilis hálózati kártyák (RoCEv2), hogy megakadályozzák, hogy a hálózat szűk keresztmetszetet okozzon,-csökkenti a színátmenet szinkronizálását. A következtetések kiszolgálása kevésbé igényes, és a modell méretétől és a kérés átviteli sebességétől függően gyakran 25–100 G között működhet. Párosítsa a képzési hálózati kártyákat400G QSFP-DD modulokgerinccsatlakozásokhoz, vagy felhasználáshoz100G QSFP28 adó-vevőa levél{0}}a-szerverre mutató hivatkozásokhoz kisebb klaszterekben.

Megéri egy SmartNIC a plusz költséget?

A felhőszolgáltatók és a nehéz hálózati virtualizációt futtató nagyvállalatok számára igen - A SmartNIC-ek szerverenként 4–8 CPU-magot tudnak visszanyerni a virtuális kapcsolási, biztonsági és telemetriai funkciók kiterhelésével. A mérsékelt virtualizációval rendelkező, szabványos helyszíni-telepítéshez általában elegendő egy szabványos NIC SR-IOV támogatással.

Hogyan csatlakoztathatok egy hálózati kártyát az optikai kábelekhez?

Az SFP+, SFP28, QSFP28 vagy QSFP-DD-portokkal rendelkező hálózati kártyák megfelelőoptikai adó-vevő modula szálas interfészhez. Helyezze be az adó-vevőt a NIC portba, majd csatlakoztassa a megfelelőtszál patchcord - LC duplexSFP{0}} típusú portokhoz,MPO/MTPpárhuzamos QSFP{0}} típusú optikához. Az állványokon belüli rövid-távolságú linkeknél aDAC kábelszükségtelenné teszi mind az adó-vevőt, mind az üvegszálat.