Síťová karta (NIC)

Váš server má 100G porty, ale vaše NIC podporuje pouze 10G. Gratulujeme, - právě jste zaplatili za šířku pásma, kterou nikdy nevyužijete. Karta síťového rozhraní je nejvíce přehlíženým úzkým hrdlem v moderním síťovém designu. Zatímco inženýři jsou posedlí specifikací struktury přepínačů a transceiveru, NIC tiše určuje skutečnou propustnost, kterou může každý server prosadit. Tato příručka jde nad rámec základních definic a vysvětluje, jak síťové karty fungují, jaké existují typy a - nejdůležitější -, jak přiřadit síťovou kartu správněvysílač, DAC kabelneboAOCpro maximální výkon.

 

 

Co je karta síťového rozhraní?

Síťová karta (NIC), nazývaná také síťový adaptér nebo řadič síťového rozhraní, je hardware, který připojuje server, pracovní stanici nebo úložné zařízení k síti. Zabývá se převodem mezi daty uvnitř hostitelského systému a signály na drátu nebo vláknu - a spravuje vše od zapouzdření rámce a ověření kontrolního součtu až po zpracování přerušení a přenosy DMA.

Každá síťová karta má ve svém firmwaru vypálenou jedinečnou adresu MAC, která slouží jako identita zařízení v síti vrstvy 2. První síťové karty byly dodávány jako samostatné rozšiřující karty PCI. Dnes většina spotřebitelských počítačů používá čip LAN-na{4}}základní desce (LOM) pro základní připojení 1G. V datových centrech a podnikových prostředích však zůstávají vyhrazené síťové karty zásadní, protože integrované řadiče jednoduše nedokážou zajistit propustnost, schopnost vytížení nebo hustotu portů, které moderní pracovní zátěže vyžadují.

 

 

Jak NIC vlastně funguje: Kromě „odeslat a přijmout“

Učebnicové vysvětlení - „Síťové karty zapouzdřují data do rámců a odesílají je“ - je technicky správné, ale postrádá to, co činí síťovou kartu hodnotnou. Zde je to, co se děje pod kapotou v moderní serverové NIC:

 

Zpracování rámů

Na straně přenosu NIC přebírá data ze síťového zásobníku OS, přidává ethernetové hlavičky a kontrolní součty CRC a poté je serializuje do elektrických nebo optických signálů. Na straně příjmu obrátí proces, ověří CRC a odstraní záhlaví před předáním užitečného zatížení hostiteli.

 

Vykládka motorů

Zde si NIC vydělávají na živobytí. Úlohy snižující zátěž moderních síťových karet, které by jinak spotřebovávaly cykly CPU: výpočet kontrolního součtu TCP/UDP, snížení zátěže segmentace TCP (TSO), snížení zátěže velkého příjmu (LRO) a škálování na straně příjmu (RSS), které rozděluje příchozí provoz mezi více jader CPU. Bez těchto snížení zátěže by 25G NIC mohla nasytit jádro CPU právě zpracovávající pakety.

 

Kernel Bypass s DPDK

I při snížení zátěže hardwaru představuje síťový zásobník jádra operačního systému režii při extrémních rychlostech paketů. Síťové karty, které podporují DPDK (Data Plane Development Kit), umožňují aplikacím číst a zapisovat pakety přímo z uživatelského prostoru a zcela obejít jádro. Toto klesá na-latenci paketu z milisekund na jedno-ciferné mikrosekundy -, což je požadavek na vysoko-obchodování s vysokou frekvencí, uživatelské{7}}funkce 5G a zátěž NFV na 100G linku-.

 

DMA a slučování přerušení

Místo toho, aby CPU kopíroval každý paket, NIC používá Direct Memory Access k zápisu snímků přímo do systémové RAM. Sloučení přerušení seskupuje více paketových událostí do jediného přerušení CPU, čímž se dramaticky snižuje režie při vysokých rychlostech paketů.

 

Podpora virtualizace

Ve virtualizovaných prostředích umožňuje SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) jediné fyzické síťové kartě prezentovat více virtuálních funkcí, z nichž každá je přiřazena přímo virtuálnímu počítači. To zcela obchází virtuální přepínač hypervizoru a poskytuje virtuálním strojům výkon téměř-holé-metalové sítě.

 

 

Typy NIC: Praktická klasifikace

 

Podle typu rozhraní - Toto určuje vaši kabeláž

Typ portu NIC	Konektor	Média	Typická rychlost	Maximální vzdálenost
RJ45 (základna-T)	RJ45	Cat5e/Cat6/Cat6a měděná	1G / 2.5G / 5G / 10G	100m
SFP+	LC duplex	10G SFP+ transceiverynebo 10GDAC kabely	10G	80 km (vlákno) / 7 m (DAC)
SFP28	LC duplex	25G SFP28 transceiverynebo 25G DAC	25G	40 km (vlákno) / 5 m (DAC)
QSFP+	MPO nebo LC	40G QSFP+ transceivery	40G	40 km (vlákno) / 7 m (DAC)
QSFP28	MPO nebo LC	100G QSFP28 transceiverynebo 100GDAC kabely	100G	80 km (vlákno) / 5 m (DAC)
QSFP-DD	MPO nebo LC	400G QSFP-DD transceivery	400G	10 km+ (vlákno)

Proč na tom záleží:Typ portu NIC určuje, které transceivery a kabely můžete použít. Volba duálního-portu SFP28 NIC vás uzamkne do ekosystému SFP28 -Optické moduly 25G SFP28, SFP28DAC kabelynebo SFP28kabely AOC. Vyberte špatně a budete kupovat adaptéry nebo vyměňovat karty.

 

Poznámka ke konektorům MPO vs. LC:Porty QSFP+ a QSFP28 označené „SR4“ používají paralelní optiku - čtyři pruhy 10G nebo 25G přenášené současně. To vyžadujePatchcordy MPO/MTP-12s 8 nebo 12 vláknovými jádry, nikoli standardní duplexLC kabelypoužívané moduly SFP+ nebo SFP28. Pokud nasazujete optiku 40G nebo 100G SR4 poprvé, váš stávající plán dvou-propojovacích panelů s vlákny nebude fungovat - pro kabeláž MPO a kazety.

 

Podle sběrnicového rozhraní - Na generování PCIe záleží

Všechny moderní síťové karty serveru používají PCIe. Ale generace PCIe a šířka pruhu nastavily tvrdý strop propustnosti:

• PCIe 3.0 x8:~64 Gbps - dostatečné pro duální-port 25G nebo jeden-port 40G
• PCIe 3.0 x16:~128 Gbps - dostačující pro jeden-port 100G
• PCIe 4.0 x16:~256 Gb/s - vyžaduje duální-port 100G nebo jeden-port 200G
• PCIe 5.0 x16:~512 Gbps - umožňuje 400G NIC

100G NIC zasunutá do PCIe 3.0 x8 slotu fyzicky nemůže dodat 100G. Před nákupem vždy ověřte generaci a šířku PCIe slotu vašeho serveru.

 

Podle Form Factor - OCP NIC 3.0 je nové výchozí nastavení

Tradiční přídavné karty PCIe{0}} stále dominují podnikovým serverům, ale hyperškálová datová centra z velké části přešla na standard OCP NIC 3.0 (jak Small Form Factor, tak Large Form Factor). Síťové karty OCP se zapojují do vyhrazeného mezipatrového slotu na základní desce serveru namísto standardního rozšiřujícího slotu PCIe. Výhody jsou významné: možnost hot{4}}swap bez vypínání serveru, vylepšený tepelný design s přímým prouděním vzduchu přes NIC a kratší elektrická cesta k CPU, která snižuje problémy s integritou signálu při rychlostech 100G+. Pokud vaše serverová platforma podporuje OCP 3.0 - a většina moderních návrhů od hlavních ODM podporuje -, měla by to být vaše první volba pro nasazení 100G a 200G NIC.

 

Podle úrovně inteligence

Standardní NICzvládnout základní zpracování paketů s hardwarovou zátěží. Vhodné pro většinu podnikových aplikací a aplikací datových center.

SmartNICpřidejte programovatelnou jednotku pro zpracování dat (DPU), která může spouštět pravidla brány firewall, šifrování, vyvažování zátěže a telemetrii přímo na NIC, čímž uvolňuje jádra hostitelského CPU pro pracovní zátěž aplikací. V cloudové infrastruktuře, kde je zpeněženo každé jádro CPU, se SmartNIC platí za sebe tím, že získávají jádra, která by jinak provozovala OVS nebo IPsec.

RDMA NIC (RNIC)podporují protokoly vzdáleného přímého přístupu do paměti, jako je RoCEv2 nebo iWARP, umožňující přenosy paměti mezi servery-na{2}}s jedno-místnou mikrosekundovou latencí. Ve školicích clusterech GPU postavených na akcelerátorech NVIDIA H100 nebo A100 nejsou síťové karty RDMA volitelné -, jsou páteří. Každý uzel GPU potřebuje konektivitu 200G nebo 400G RDMA, aby se synchronizace se všemi{11}}sníženými přechody nestala překážkou při tréninku. Kromě umělé inteligence jsou síťové karty RDMA stejně důležité pro pracovní zátěže HPC a úložné systémy se systémem NVMe-oF, kde jádro-obchází datové cesty zkracující latenci přístupu k úložišti 10×.

 

 

Jak si vybrat správnou NIC: Rozhodovací rámec

Krok 1 - Definujte požadavek na rychlost.Přizpůsobte to kapacitě vašeho přepínače uplink, nikoli vaší maximální teoretické potřebě. Pokud má váš přepínač ToR 25G serverové-porty, je 25G NIC tou správnou volbou -, nikoli 10G (příliš pomalé) nebo 100G (plýtvání).

Krok 2 - Vyberte typ rozhraní.Pro připojení ve stojanu- do 5 metrů spárujte NIC s aDAC kabelpro nejnižší náklady a latenci. Pro propojení mezi stojany-do 100 metrů použijtekabel AOCnebo transceiver s krátkým{0}}dosahemPatchcord z LC vláken. Pro propojení-do-budovy nebo kampusu použijte dlouhý-dosahoptický transceiver- jako aModul 100G QSFP28 LR4s jednovidovým-vláknem aMPO/MTP patchcordy.

Krok 3 - Ověřte kompatibilitu PCIe.Zkontrolujte dostupné generování slotů PCIe vašeho serveru a šířku pruhu podle požadavků NIC.

Krok 4 - Vyhodnoťte potřeby snížení zátěže.Spouštíte virtualizaci s desítkami virtuálních počítačů? Upřednostněte podporu SR-IOV. AI výcvikový cluster? Schopnost RDMA je -nevyjednávatelná. Cloudové-nativní mikroslužby? SmartNIC s programovatelným potrubím šetří jádra CPU.

Krok 5 - Naplánujte redundanci se dvěma-porty.Produkční servery by vždy měly mít alespoň dva porty NIC pro agregaci odkazů (LACP) nebo aktivní{0}}přepnutí do pohotovostního režimu. Síťové karty se dvěma-porty jsou prostorově-efektivnější než dvě karty s jedním-portem.

 

 

Běžné chyby NIC (a jak se jim vyhnout)

Nákup 10G RJ45 NIC pro použití v datovém centru.10GBASE-Síťové karty T spotřebují o 2–5 W více energie na port než síťové karty SFP+ a generují výrazně více tepla. V racku se 40 servery je to 80–200 W zbytečné tepelné zátěže. Použití10G SFP+ transceiverys SFP+ NIC místo toho.

Ignorování aktualizací firmwaru a ovladačů.Chyby firmwaru NIC způsobují tiché výpadky paketů, chyby CRC a snížení výkonu. Dodavatelé uvolňují důležité záplaty firmwaru, které se často neaplikují, protože síťová karta „zdá se, že funguje dobře“.

Neodpovídající rychlost síťové karty a rychlost portu přepínače.Síťová karta 25G připojená k portu přepínače 10G se automaticky-nedohodne až na 10G -, ale některé síťové karty to zvládají špatně, což vede k přerušování spojení nebo chybám CRC. Vždy ověřte kompatibilitu rychlosti nebo použijte odpovídající zařízení.

 

 

Nejčastější dotazy

Jaký je rozdíl mezi NIC a LOM?

LOM (LAN na základní desce) je základní síťový řadič integrovaný do základní desky serveru, který obvykle nabízí konektivitu 1G nebo 10G Base-T. Vyhrazená karta NIC poskytuje vyšší rychlosti (25G–400G), pokročilé funkce pro snížení zátěže, jako je SR-IOV, a možnosti optického rozhraní pro použití s ​​vláknemtransceiveryaDAC/kabely AOC.

Mohu ve svém síťovém adaptéru používat-vysílače a přijímače třetích stran?

Ano. Většina síťových karet od společností Intel, Mellanox/NVIDIA a Broadcom akceptuje MSA-třetí strany vyhovující standardu{2}}optické transceivery. Některé firmwary síťové karty však mohou zobrazovat varování o kompatibilitě. Renomovaní dodavatelé poskytují transceivery kódované pro konkrétní značky NIC, aby byl zajištěn čistý provoz.

Jakou rychlost síťové karty potřebuji pro úlohy s umělou inteligencí a strojovým učením?

Pro tréninkové clustery GPU (NVIDIA H100, A100 nebo podobné) každý uzel obvykle vyžaduje200Gnebo 400G RDMA-síťové karty s podporou NIC (RoCEv2), které zabrání tomu, aby síť ucpala všechny-snížení přechodu synchronizace. Pracovní zátěže inference jsou méně náročné a často mohou fungovat na 25G–100G v závislosti na velikosti modelu a propustnosti požadavků. Spárujte cvičné síťové karty s400G QSFP-DD modulypro připojení páteře nebo použití100G QSFP28 transceiverypro propojení listů-na{1}}server v menších shlucích.

Vyplatí se SmartNIC za příplatek?

Pro poskytovatele cloudu a velké podniky provozující náročnou virtualizaci sítí ano - SmartNIC mohou získat zpět 4–8 jader CPU na server tím, že ušetří virtuální přepínání, zabezpečení a funkce telemetrie. Pro standardní místní-implementaci s mírnou virtualizací obvykle postačuje standardní NIC s podporou SR-IOV.

Jak připojím síťovou kartu k optickému kabelu?

NIC s SFP+, SFP28, QSFP28 nebo QSFP-porty DD vyžadují odpovídajícímodul optického transceiveruna rozhraní s vláknem. Vložte transceiver do portu NIC a poté připojte příslušnývláknový patchcord - LC duplexpro porty typu SFP-,MPO/MTPpro paralelní optiku typu QSFP-. Pro odkazy na krátké-vzdálenosti v rámci stojanů aDAC kabeleliminuje potřebu transceiveru i vlákna.