وحدة تحكم واجهة الشبكة

وحدة التحكم في واجهة الشبكة ( NIC ، والمعروفة أيضًا باسم بطاقة واجهة الشبكة ، ^{[ 3 ]} ومحول الشبكة ، ومحول الشبكة المحلية ، وواجهة الشبكة الفعلية ^{[ 4 ]} ) هي مكون من مكونات أجهزة الكمبيوتر التي تربط جهاز الكمبيوتر بشبكة الكمبيوتر . ^{[ 5 ]}

كانت وحدات التحكم في واجهة الشبكة المبكرة تُنفذ عادةً على بطاقات توسعة تُوصل بناقل الكمبيوتر . وبفضل انخفاض تكلفة معيار الإيثرنت وانتشاره الواسع ، فإن معظم أجهزة الكمبيوتر الحديثة تحتوي على وحدة تحكم في واجهة الشبكة مدمجة في اللوحة الأم أو موجودة في وحدة USB خارجية ، على الرغم من أن بطاقات الشبكة لا تزال متوفرة.

توفر وحدات التحكم الحديثة في واجهة الشبكة ميزات متقدمة مثل واجهات المقاطعة وواجهات الوصول المباشر إلى الذاكرة للمعالجات المضيفة، ودعم قوائم انتظار الاستقبال والإرسال المتعددة، والتقسيم إلى واجهات منطقية متعددة، ومعالجة حركة مرور الشبكة على وحدة التحكم مثل محرك تفريغ TCP .

يقوم متحكم الشبكة بتنفيذ الدوائر الإلكترونية اللازمة للتواصل باستخدام معيار محدد للطبقة الفيزيائية وطبقة ربط البيانات مثل الإيثرنت أو الواي فاي . ^{[ أ ]} يوفر هذا أساسًا لمجموعة كاملة من بروتوكولات الشبكة ، مما يسمح بالاتصال بين أجهزة الكمبيوتر على نفس الشبكة المحلية (LAN) والاتصالات الشبكية واسعة النطاق من خلال بروتوكولات قابلة للتوجيه، مثل بروتوكول الإنترنت (IP).

تتيح بطاقة الشبكة (NIC) لأجهزة الكمبيوتر التواصل عبر شبكة حاسوبية، سواءً باستخدام الكابلات أو لاسلكيًا. وتُعدّ بطاقة الشبكة جهازًا في كلٍّ من الطبقة الفيزيائية وطبقة ربط البيانات، إذ توفر وصولًا ماديًا إلى وسيط الشبكة، وبالنسبة لشبكات IEEE 802 وما شابهها، توفر نظام عنونة منخفض المستوى باستخدام عناوين MAC التي تُخصَّص بشكل فريد لواجهات الشبكة.

كانت وحدات التحكم بالشبكة تُنفذ في الأصل كبطاقات توسعة تُوصل بناقل بيانات الحاسوب. وبفضل انخفاض تكلفة معيار الإيثرنت وانتشاره الواسع، تحتوي معظم الحواسيب الحديثة على وحدة تحكم بواجهة الشبكة مدمجة في اللوحة الأم، وتُعرف هذه الطريقة باسم الشبكة المحلية على اللوحة الأم (LOM). وقد تحتوي اللوحات الأم للخوادم الحديثة على واجهات شبكة متعددة مدمجة. وتُدمج إمكانيات الإيثرنت إما في شريحة اللوحة الأم أو تُنفذ عبر شريحة إيثرنت مخصصة منخفضة التكلفة. وعادةً لا حاجة لبطاقة شبكة منفصلة إلا في حال الحاجة إلى اتصالات شبكية مستقلة إضافية أو استخدام نوع آخر من الشبكات غير الإيثرنت. ويتجه التطور العام في مجال أجهزة الحاسوب نحو دمج مكونات الأنظمة المختلفة على شريحة واحدة ، وينطبق هذا أيضًا على بطاقات واجهة الشبكة.

تحتوي وحدة تحكم شبكة الإيثرنت عادةً على منفذ 8P8C لتوصيل كابل الشبكة. كما كانت بطاقات الشبكة القديمة توفر أيضًا وصلات BNC أو AUI . تدعم وحدات تحكم شبكة الإيثرنت عادةً تتوفر أنواع مختلفة من وحدات التحكم في شبكة إيثرنت بسرعة 10 ميجابت/ثانية ، و 100 ميجابت/ثانية ، و 1000 ميجابت/ثانية . وتُصنف هذه الوحدات برموز 10/100/1000 ، مما يعني أنها تدعم معدلات نقل بيانات تبلغ 10 أو 100 أو 1000 ميجابت/ثانية على التوالي . كما تتوفر أيضًا بطاقات شبكة إيثرنت بسرعة 10 جيجابت ، وذلك اعتبارًا من نوفمبر 2014. بدأت هذه التقنيات بالظهور على اللوحات الأم لأجهزة الكمبيوتر . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تحظى التصاميم المعيارية مثل SFP وSFP+ بشعبية كبيرة، لا سيما في مجال الاتصالات عبر الألياف الضوئية . فهي تُحدد منفذًا قياسيًا لأجهزة الإرسال والاستقبال التي تعتمد على الوسائط، مما يُمكّن المستخدمين من تكييف واجهة الشبكة بسهولة مع احتياجاتهم.

تُعلم مصابيح LED الموجودة بجوار موصل الشبكة أو المدمجة فيه المستخدم ما إذا كانت الشبكة متصلة، ومتى يحدث نشاط البيانات.

قد تتضمن بطاقة الشبكة ذاكرة قراءة فقط لتخزين عنوان MAC المخصص لها من المصنع . ^{[ 8 ]}

قد تستخدم بطاقة الشبكة واحدة أو أكثر من التقنيات التالية للإشارة إلى توفر الحزم لنقلها:

• الاستقصاء هو عملية يقوم فيها المعالج المركزي بفحص حالة الجهاز الطرفي الخاضع لسيطرة البرنامج.
• الإدخال/الإخراج المدفوع بالمقاطعة هو المكان الذي يقوم فيه الجهاز الطرفي بتنبيه وحدة المعالجة المركزية بأنه جاهز لنقل البيانات.

قد تستخدم بطاقات الشبكة واحدة أو أكثر من التقنيات التالية لنقل بيانات الحزم:

• الإدخال/الإخراج المبرمج ، حيث يقوم المعالج بنقل البيانات من وإلى بطاقة الشبكة إلى الذاكرة.
• تُتيح تقنية الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) لجهاز آخر غير وحدة المعالجة المركزية التحكم في ناقل النظام لنقل البيانات من وإلى بطاقة الشبكة إلى الذاكرة. يُخفف هذا من الحمل على وحدة المعالجة المركزية، ولكنه يتطلب المزيد من الدوائر المنطقية على البطاقة. إضافةً إلى ذلك، قد لا تكون هناك حاجة إلى مخزن مؤقت للحزم على بطاقة الشبكة، ويمكن تقليل زمن الاستجابة .

توفر بطاقات الشبكة متعددة الطوابير طوابير إرسال واستقبال متعددة ، مما يسمح بتخصيص الحزم التي تستقبلها البطاقة لإحدى طوابير الاستقبال. ويمكن للبطاقة توزيع حركة البيانات الواردة بين طوابير الاستقبال باستخدام دالة تجزئة . يُخصص لكل طابور استقبال مقاطعة منفصلة؛ ومن خلال توجيه كل مقاطعة من هذه المقاطعات إلى وحدات معالجة مركزية أو أنوية معالجة مركزية مختلفة ، يمكن توزيع معالجة طلبات المقاطعة الناتجة عن حركة بيانات الشبكة التي تستقبلها بطاقة شبكة واحدة، مما يُحسّن الأداء. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

يُشار إلى توزيع المقاطعات المعتمد على الأجهزة، والموصوف أعلاه، باسم توسيع نطاق جانب الاستقبال (RSS). ^{[ 12 ] : 82} توجد أيضًا تطبيقات برمجية بحتة، مثل توجيه حزم الاستقبال (RPS) وتوجيه تدفق الاستقبال (RFS)، ^{[ 10 ]} و Intel Flow Director . ^{[ 12 ] : 98، 99 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} يمكن تحقيق المزيد من تحسينات الأداء عن طريق توجيه طلبات المقاطعة إلى وحدات المعالجة المركزية أو النوى التي تُشغّل التطبيقات التي تُمثّل الوجهات النهائية لحزم الشبكة التي ولّدت المقاطعات. تُحسّن هذه التقنية موضعية المرجع ، وتؤدي إلى أداء عام أعلى، وتقليل زمن الاستجابة، واستخدام أفضل للأجهزة نظرًا لزيادة استخدام ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية وتقليل عدد عمليات تبديل السياق المطلوبة .

باستخدام بطاقات الشبكة متعددة الطوابير، يمكن تحقيق تحسينات إضافية في الأداء من خلال توزيع حركة البيانات الصادرة بين طوابير الإرسال المختلفة. ومن خلال تخصيص طوابير إرسال مختلفة لوحدات المعالجة المركزية أو أنوية المعالجة المركزية المختلفة، يمكن تجنب التنازع الداخلي لنظام التشغيل. يُشار إلى هذا النهج عادةً باسم توجيه حزم الإرسال (XPS). ^{[ 10 ]}

تتميز بعض المنتجات بتقسيم بطاقة الشبكة ( NPAR ، والمعروف أيضًا بتقسيم المنفذ ) الذي يستخدم تقنية المحاكاة الافتراضية SR-IOV لتقسيم بطاقة شبكة إيثرنت واحدة بسرعة 10 جيجابت إلى عدة بطاقات شبكة افتراضية منفصلة ذات نطاق ترددي مخصص، والتي يتم تقديمها للبرامج الثابتة ونظام التشغيل كوظائف منفصلة لأجهزة PCI . ^{[ 3 ] [ 16 ]}

تُوفّر بعض بطاقات الشبكة مُحركًا لتفريغ معالجة بروتوكول TCP ، ما يُتيح نقل معالجة حزمة بروتوكولات TCP/IP بالكامل إلى وحدة تحكم الشبكة. ويُستخدم هذا المُحرك بشكل أساسي مع واجهات الشبكة عالية السرعة، مثل إيثرنت جيجابت وإيثرنت 10 جيجابت، حيث تُصبح تكلفة معالجة حزمة بروتوكولات الشبكة كبيرة. ^{[ 17 ]}

تُوفر بعض بطاقات الشبكة مصفوفات بوابات قابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGAs) مُدمجة لمعالجة حركة مرور الشبكة من قِبل المستخدم قبل وصولها إلى الحاسوب المضيف، مما يُتيح تقليل زمن الاستجابة بشكل ملحوظ في أحمال العمل الحساسة للوقت. ^{[ 18 ]} علاوة على ذلك، تُوفر بعض بطاقات الشبكة حزم بروتوكول TCP/IP كاملة منخفضة زمن الاستجابة تعمل على مصفوفات FPGAs مُدمجة، بالإضافة إلى مكتبات مساحة المستخدم التي تعترض عمليات الشبكة التي يُنفذها عادةً نواة نظام التشغيل ؛ وتُعد حزمة OpenOnload مفتوحة المصدر من Solarflare، والتي تعمل على نظام Linux ، مثالًا على ذلك. يُشار إلى هذا النوع من الوظائف عادةً باسم شبكات مستوى المستخدم . ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

• محول الشبكة المتقارب (CNA)
• محول المضيف
• تقنية الإدخال/الإخراج المباشر للبيانات من إنتل (DDIO)
• واجهة الارتداد
• بطاقة واجهة مراقبة الشبكة (NMIC)
• واجهة الشبكة الافتراضية (VIF)
• وحدة تحكم واجهة الشبكة اللاسلكية (WNIC)

• "واجهة الشبكة الفيزيائية" . مايكروسوفت.
• "أسماء واجهات الشبكة المتوقعة" . Freedesktop.org .
• واجهات الشبكة متعددة الطوابير مع SMP على نظام لينكس