人工智能、大数据、分布式存储和云服务等趋势正在兴起，它们都需要更低的延迟来支持部署在网络边缘的实时应用和服务。公司的数字化转型和对5G、物联网等服务需求的响应，给数据中心带来了爆炸式的增长，同时也给服务器基础设施中计算节点的cpu带来了巨大的压力。服务器网卡在从以cpu为中心的Onload到以数据为中心的Offload的转变中扮演着不可或缺的角色。近年来，业界不断推出新的网卡，以满足数据中心场景等计算领域的最新发展趋势：高速接口、能力并行化、资源虚拟化。由于其广泛的应用，市场上出现了各种类型的网络接口卡，如千兆网卡和十千兆网卡，PCI-X和PCIe网卡。在本文中，我们将从网卡的定义、功能、常见组件和类型等方面对网卡进行全面的介绍。

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什么是网卡？

网卡称为网络接口卡，也称为网络接口控制器。网络适配器是工作在第二链路层的网络组件。它通常是安装在计算机上连接到网络的电路板。它为计算机提供专用的网络连接。网卡虽然只是作为计算机网络连接的一个部件，但是起着不可缺少的作用。网卡的作用就像一个转换器，将数据转换成数字信号，通过电缆或服务器网络上的无线路由器进行通信。网卡作为TCP/IP层接口，在物理层传输信号，在网络层传输报文。它充当计算机/服务器和数据网络之间的中介，无论它位于哪一层。当用户请求一个网页时，局域网卡从用户的设备中获取数据，发送给网络服务器，然后接收到所需的数据显示给用户。

传统上，网络适配器由一个控制器、一个引导ROM插槽、一个或多个网卡端口、一个主板端口、LED指示灯、一个支架和许多其他电子元件组成。每个组件都有自己独特的功能：

控制器：控制器作为网卡的核心部件，直接决定网卡性能的好坏。控制器就像一个小型的CPU，处理它接收到的数据。

Boot ROM插槽：用于开启Boot ROM功能。引导ROM允许无磁盘工作站连接到网络，这提高了安全性并降低了硬件成本。

网卡接口：通常直接与网线或光模块相连，用于接收网线或光纤跳线发出的信号。

总线接口：接口位于电路板侧面。俗称“金手指”的总线接口插入计算机主板的扩展槽中，用于将网络适配器连接到计算机或服务器。

LED指示灯：通过指示灯可以判断网卡状态、网络连接和数据传输情况。例如，“Link/Act”表示该连接的激活状态，“Full”表示该连接是否为全双工，“Power”表示电源指示灯。

支架：PCI网卡市场上的支架有两种，一种是120mm高的全高支架，另一种是79.2mm高的半高支架。该支架可帮助用户将网卡固定在计算机或服务器的扩展插槽中。

具有全高度支架的NVIDIA卡的俯视图

网卡的组成部件

根据总线接口、传输速度和应用领域的不同，网卡可分为以下几种类型。

网卡的种类

网卡根据传输协议分为以太网、FC和IB三种类型。

以太网适配器：使用IP作为传输协议，通过光纤或双绞线连接到以太网交换机。光接口数据通过光纤传输。对应的模块接口为SFP和QSFP，对应的光纤接口为LC、SC和MPO。常见的电接口类型为RJ45，通常连接双绞线，少量同轴电缆连接器。

fc网卡：技术名称fc。fc协议是一种通过光纤与光纤交换机连接的传输协议。接口类型有光接口和电接口。光口的传输模式和匹配模块与以太网卡类似，但对应的接口为SC和LC。一般电接口类型为DB9或HSSDC。

IB网卡：IB网卡用于连接FC/IP SAN、NAS和服务器，作为iSCSI RDMA的存储协议。InfiniBand网卡提供超低延迟、超高吞吐量和创新的网络计算引擎，提供当今现代工作负载所需的加速、可扩展性和功能丰富的技术。

根据速度的不同，网卡有10/100Mbps自适应、1000Mbps千兆网卡、10G、25G、100G甚至更高速度的网卡。

10Mbps/100Mbps自适应网卡：10Mbps和100Mbps带宽自适应网卡是目前流行的网卡。它能自动适应两种不同带宽的网络需求。它被用户广泛接受，因为它可以用来连接旧的10Mbps网络设备或新的100Mbps网络设备。

1000Mbps网卡：这种网卡为快速以太网提供更高的带宽。千兆以太网是一种高速局域网技术，通过铜线提供1Gbps的带宽。相应的网卡是千兆网卡，这种网卡的带宽也可以达到1Gbps。千兆网卡的网口主要有两种，一种是普通的双绞线RJ45接口，另一种是千兆SFP/GBIC光纤接口。

10G网卡：主流是10G以太网卡。与千兆以太网卡一样，10G以太网卡也支持单模或多模光纤。使用10G以太网卡使网络运营商可以更自由地选择数据中心的位置，并且可以支持80公里范围内的多个校园网。在数据中心中，低成本的多模光纤可以作为交换机与交换机之间、交换机与服务器之间10G网络的骨干。

25gbit /s网卡：与10gbit /s网卡相比，25gbit /s网卡可以提供更高的带宽，满足高性能计算集群的网络需求。因此，当速率为100gbit /s及以上时，需要选配25gbit /s网卡。在数据中心从10 Gbit/s /40 Gbit/s升级到25 Gbit/s /100 Gbit/s(服务器接口为25 Gbit/s，交换机之间的互连接口为100 Gbit/s)的过程中，越来越多的人支持25 Gbit/s，包括谷歌、微软等大型云提供商对25 Gbit/s的绝对认可。

100G网卡：随着海量数据传输需求的增加，服务器通常需要安装多个网卡来满足高数据处理需求。由于这一特性，数据中心网络逐渐从10G网卡升级到100G网卡，甚至更高。100G网卡提供高吞吐量、低时延和网络处理能力，协助CPU卸载网络功能，最大限度地降低CPU功耗，降低功耗。

NVIDIA 100G网卡

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基于协议的分类

] ISA卡：ISA Master Line于1981年发布，是与IBM标准兼容的总线体系结构。由于ISA总线接口的I/O速度很慢，随着20世纪90年代初PCI总线技术的出现，它逐渐被淘汰，现在在市场上已经很少见了。

PCI卡：Peripheral Component Interconnect为PCI卡。外部设备互连总线，是1993年PC本地总线标准中引入的。由于它的I/O速度比ISA总线卡快得多(ISA最高只有33MB/s，而目前PCI 64位数据传输率为266MB/s)，因此它正在逐步取代以前的ISA标准。这种类型的网卡最初用于服务器，后来在台式机上变得相当普遍，现在是一种主流网卡接口类型。今天的大多数计算机没有扩展卡，而是使用嵌入式网卡。因此，PCI总线网卡已被其他总线接口(如PCI- x或USB)所取代。

PCI- x网卡：PCI- x是一种增强的PCI总线技术。与原来的PCI接口相比，I/O速度提高了一倍，数据传输速度也比PCI接口快。PCI-X总线接口卡一般具有32位总线宽度，但也支持64位操作，最高可达1064MB/s。在大多数情况下，PCI- x插槽向后兼容PCI网卡。

PCIe卡：带有PCIe端口的网卡，在主板级连接中用作级联端口。PCIe扩展卡可插入主机、服务器、网络交换机等设备主板上的PCIe插槽。现在大多数计算机主板都有专用的PCIe插槽用于PCIe卡。一般情况下，插槽的宽度应等于或大于网卡的宽度。

基于传输速度的分类

不同的应用场景需要使用不同类型的网卡。单个网卡无法满足多种加速场景。随着市场热度和技术能力的提升，未来网卡市场将迎来更多的可能，比如最新的OCP网卡3.0网卡。因此，无论您是在寻找家用PC网卡还是企业或数据中心的服务器网卡，在购买之前都需要对网卡的基本知识有一个清晰的了解。