Что такое сетевая карта и как она работает

Сетевая карта - это устройство, которое подключает компьютер или сервер к сети. Она превращает данные из оперативной памяти в электрические или световые сигналы, отправляет их в кабель и делает обратное с тем, что пришло из сети. Без неё машина сеть не видит вообще.

Называют её по-разному: сетевая карта, сетевая плата, сетевой адаптер, Ethernet-адаптер, в разговоре - «сетевуха». Это одно и то же устройство.

Что такое сетевая карта

Сетевая карта отвечает за физическое подключение к сети и за то, чтобы данные дошли до нужного адресата. Она бывает отдельной платой в слоте, микросхемой прямо на материнской плате или коробочкой в USB-порту - принцип работы от этого не меняется.

У карты три обязанности:

• принять данные от операционной системы и упаковать их в кадры;
• отправить кадры в кабель или в эфир по правилам своего стандарта;
• принять чужие кадры, отсеять те, что адресованы не ей, и передать остальное системе.

В серверных картах к этому добавляется собственный процессор, который берёт на себя часть работы и не даёт центральному процессору заниматься упаковкой пакетов.

Как работает сетевая карта

Что происходит с данными

Программа отдаёт операционной системе кусок данных. Система режет его на блоки и передаёт драйверу сетевой карты. Карта упаковывает каждый блок в кадр - добавляет заголовок с адресом отправителя, адресом получателя и контрольную сумму в конец. Дальше кадр превращается в сигнал и уходит в кабель.

На другом конце всё то же самое наоборот. Карта получателя ловит сигнал, восстанавливает из него кадр, проверяет контрольную сумму, смотрит на адрес. Если адрес чужой - кадр отбрасывается молча. Если свой - содержимое уходит наверх, драйверу и дальше операционной системе.

Всё это происходит миллионы раз в секунду и без участия человека.

MAC-адрес: как карта понимает, что кадр её

У каждой сетевой карты есть свой адрес - MAC-адрес, шесть байт, которые производитель прошивает на заводе. Выглядит он как 00:1B:21:3A:4C:5D. Первая половина говорит, чей это адаптер, вторая - серийный номер экземпляра.

Именно по MAC-адресу коммутатор понимает, в какой порт отправить кадр, а карта - её это кадр или соседа. IP-адрес работает уровнем выше и нужен для маршрутизации между сетями; внутри одного сегмента всё ездит по MAC-адресам.

MAC можно поменять программно - иногда это нужно при замене карты в системе с привязкой лицензии к адресу.

Полный и половинный дуплекс

• Полный дуплекс - карта одновременно отправляет и принимает. Так работает любое подключение через коммутатор.
• Половинный дуплекс - в один момент времени либо отправка, либо приём. Наследие сетей на коаксиале и хабах.

Проблема всплывает, когда одна сторона решила, что дуплекс полный, а вторая - что половинный. Скорость падает в разы, в счётчиках растут коллизии и ошибки. Лечится тем, что обе стороны ставят в автосогласование либо обе жёстко в одинаковый режим.

Виды сетевой карты

По конструкции карты делятся на три типа.

Встроенные - микросхема распаяна на материнской плате. Встречается чаще всего: в любом ноутбуке и в любой серверной платформе есть один-два встроенных порта. Драйвер обычно ставится вместе с системой.

Внешние - подключаются в USB. Выручают, когда слоты кончились, когда порт на ноутбуке сломался или когда ноутбука без разъёма RJ-45 стало не хватать. Скорость упирается в версию USB:

Внутренние - отдельная плата в слот PCI Express. Всё, что быстрее гигабита, и всё серверное живёт здесь: два и четыре порта, оптика, разгрузка процессора.

По типу подключения карты делятся на проводные (разъём RJ-45 или гнездо под оптический модуль) и беспроводные. Отдельно стоят модемы для xDSL и сотовых сетей - они тоже дают доступ в сеть, но устроены иначе.

Какой тип брать под конкретную задачу, разобрано в статье как выбрать сетевую карту.

Интерфейс сетевой карты

Интерфейс - это слот, которым карта соединяется с материнской платой. Его же называют шиной.

С единицами тут путаница. У PCI и PCI Express скорость традиционно пишут в байтах в секунду, у сетевых стандартов - в битах. Разница в восемь раз, и на ней регулярно ошибаются: 133 МБ/с у старой шины PCI - это примерно 1 Гбит/с, то есть ровно один гигабитный порт под завязку.

Какой слот нужен под какую скорость

Пропускная способность слота считается просто: скорость поколения умножить на число линий. Отсюда практическая таблица.

Куда именно ставить плату в корпусе, показано в заметке куда вставлять сетевую карту.

Скорость передачи

Карта задаёт верхнюю границу, но не определяет реальную скорость в одиночку.

Если у карты гигабитный порт, десяти гигабит не будет, сколько бы ни стоил остальной тракт. Это очевидно. Дальше начинается неочевидное.

Кабель. Витая пара категории 5e рассчитана на гигабит. Для 10 Гбит/с нужна категория 6 - и та держит их метров на 55, а на полные 100 метров нужна уже 6a. Повреждённый или слишком длинный кабель даёт потери пакетов, причём в счётчиках это выглядит как ошибки, а не как «медленно».

Оборудование на другом конце тоже решает: карта на 10 Гбит/с, воткнутая в гигабитный коммутатор, будет работать на гигабите. Согласование всегда идёт по нижней скорости.

Дальше настройки. Устаревший драйвер, включённое энергосбережение порта, жёстко заданный неверный дуплекс - каждая из этих мелочей может стоить половины скорости.

И наконец всё остальное: канал провайдера, загрузка коммутатора, диск на другой стороне. Гигабитная сеть не сделает быстрее файл, который отдаётся с диска на 60 МБ/с.

Как измерить, что получается на практике, описано в статье проверить скорость сетевой карты.

Медь или оптика

Выбор между витой парой и оптикой сводится к расстоянию, скорости и цене.

Витая пара дешевле, обжимается на месте, питает устройства по PoE. До 100 метров и до 10 Гбит/с - её территория. Минус: 10-гигабитные медные порты греются и едят заметно больше энергии, чем оптические.

Оптика нужна там, где 100 метров мало, где нужно больше 10 Гбит/с или где между зданиями есть разница потенциалов - оптоволокно не проводит ток и развязывает сегменты гальванически. Разъёмы под оптику на картах называются SFP+ (до 10 Гбит/с), SFP28 (25), QSFP+ (40) и QSFP28 (100). В них вставляется съёмный модуль - трансивер, и это отдельная строка расходов.

Практическое правило для небольшой серверной: внутри стойки и по этажу - медь, между этажами и корпусами - оптика.

Драйверы: почему без них карта не видна

Драйвер - программа, через которую операционная система разговаривает с картой. Нет драйвера - в списке сетевых подключений пусто, хотя железо стоит на месте и лампочки горят.

Windows несёт в комплекте драйверы для массовых чипов, и типовая карта заводится сама. Проблемы начинаются со свежими или серверными моделями: система ставит универсальный драйвер, карта работает, но без разгрузки процессора и без половины настроек. Штатный драйвер производителя тут даёт реальную прибавку.

В Linux ситуация обратная. Драйверы популярных чипов уже в ядре, и карта поднимается без единого действия. Зато редкий чип может потребовать сборки модуля вручную - и об этом лучше узнать до покупки, а не после.

Отдельная засада: обновление драйвера иногда сбрасывает настройки адаптера - размер кадра, привязку к группе, параметры разгрузки. После обновления настройки стоит перепроверить. Как это делается, показано в материале настройка драйвера сетевой карты.

Как проверить, что сетевая карта работает

Проверка идёт снизу вверх: сначала железо, потом система, потом сеть.

Лампочки у разъёма. Не горит ни одна - нет линка: кабель, порт коммутатора или мёртвая карта. Горит ровно, моргает при обмене - физика в порядке.

Windows. Диспетчер устройств → раздел Сетевые адаптеры. Восклицательный знак у устройства означает проблему с драйвером. Скорость и состояние порта в PowerShell: Get-NetAdapter покажет столбцы Status и LinkSpeed.

Linux. ip link покажет список интерфейсов и их состояние. ethtool eth0 выдаёт то, ради чего команду и запускают: Speed, Duplex и Link detected. Если там Speed: 100Mb/s на гигабитной карте - ищите кабель.

Сеть. Пинг шлюза отвечает - работает всё до маршрутизатора. Не отвечает при живом линке - вопрос уже к настройкам адреса, а не к карте.

Порядок именно такой. Смысла крутить настройки в системе, пока на разъёме нет линка, нет никакого.

Серверные сетевые карты: чем отличаются

Внешне серверная карта от настольной отличается мало. Разница внутри.

Несколько портов. Два и четыре порта на одной плате - норма. Порты разводят по разным задачам: один в рабочую сеть, второй в сеть хранения, третий в сеть репликации. Либо объединяют.

Объединение портов в группу. Два физических порта собираются в один логический интерфейс: либо ради скорости, либо ради резервирования. В Windows это называется NIC Teaming, в Linux - bonding, на стороне коммутатора чаще всего LACP.

Разгрузка процессора. Карта сама считает контрольные суммы, собирает и разбирает крупные пакеты, распределяет обработку по ядрам. На гигабите разница незаметна, на десяти гигабитах без разгрузки процессор уходит в потолок на одном копировании.

Проброс в виртуальные машины. Технология SR-IOV разделяет одну физическую карту на несколько виртуальных, и каждая отдаётся своей виртуальной машине напрямую, минуя виртуальный коммутатор гипервизора. Задержки падают, нагрузка на хост тоже. Подробнее - в разборе про сетевые карты и виртуализацию.

Одно уточнение, чтобы не путаться: порт управления сервером (IPMI, BMC) - это не порт сетевой карты. Он принадлежит материнской плате и работает, даже когда сервер выключен. Иногда он делит физический разъём с первым встроенным портом, и тогда отключение сервера от сети отрубает заодно и удалённое управление.

Область применения

Дома карта соединяет компьютер с роутером и через него с интернетом, а заодно с телевизором и принтером в той же сети.

В офисе она объединяет рабочие места, сервер и сетевые принтеры. Тут появляется требование к предсказуемости: гигабит на каждом рабочем месте и хотя бы гигабит, а лучше десять, до сервера.

В серверной карта решает больше задач сразу. Через неё идёт трафик пользователей, обращения к системе хранения, репликация между узлами и резервное копирование. Отсюда и несколько портов, и разделение по сетям. Куда все эти порты сходятся, разобрано в статье как работает коммутатор.

У провайдеров сетевые карты стоят в оборудовании, которое агрегирует трафик абонентов. Там счёт идёт на десятки и сотни гигабит.

Как выбрать подходящую сетевую карту для вашей сети

Перед покупкой нужно ответить на четыре вопроса.

Определите тип шины

Посмотрите, какие слоты свободны на материнской плате и сколько в них разведено линий. Под гигабит хватит x1, под 10 Гбит/с нужен x4 или x8, под 100 Гбит/с - PCIe 4.0 x8 и выше. Собрать конфигурацию целиком помогает онлайн-конфигуратор сервера.

Проверьте требования к скорости передачи данных

Гигабита хватает для офисной работы и файлового обмена. Десять гигабит нужны там, где сервер отдаёт данные многим клиентам сразу или где идёт репликация. Двадцать пять и сто гигабит - это уже про виртуализацию с общим хранилищем и про кластеры.

Смотрите не только на сервер: карта на 10 Гбит/с в сети с гигабитными коммутаторами денег не отработает.

Узнайте тип разъёма

• RJ-45 (в стандартах он же 8P8C) - витая пара, до 10 Гбит/с;
• SFP+ и SFP28 - оптика или медный кабель прямого подключения, 10 и 25 Гбит/с;
• QSFP+ и QSFP28 - 40 и 100 Гбит/с.

Учитывайте, что часть производителей ограничивает список совместимых трансиверов. Модуль стороннего вендора карта может не принять.

Проверьте совместимость с системой

Посмотрите на сайте производителя, какие версии Windows Server и какие дистрибутивы Linux заявлены. Отдельно проверьте гипервизор, если карта пойдёт в виртуализацию: в списке совместимости VMware и Hyper-V поддерживаются не все чипы.

Ещё три вещи, которые стоит уточнить

Тепловыделение. Десятигигабитные медные карты греются заметно, и в компактном корпусе без продува им плохо. Тесный корпус - повод посмотреть в сторону оптики.

Низкопрофильная планка. В корпусе высотой 1U и 2U нужна короткая планка. Она не всегда в комплекте, и покупать её отдельно - лишняя задержка на неделю-другую.

Партия. Если карт нужно десять и они должны быть одинаковыми, проверяйте и модель, и ревизию. Разные ревизии одной модели иногда требуют разных драйверов.

Как менялись сетевые карты

История адаптеров - это история переноса работы с процессора на саму карту.

Первое поколение, начало восьмидесятых. Платы на дискретной логике, буфер на один кадр, настройка перемычками. Каждый адаптер шёл со своим драйвером, единого интерфейса между системой и драйвером не существовало.

Второе поколение. Появился буфер на несколько кадров: пока один уходит в сеть, следующий уже загружается. Появились и общие стандарты драйверов - NDIS от 3Com и Microsoft, ODI от Novell. Ставить карту стало проще, чем разбираться с перемычками.

Третье поколение. Конвейерная обработка: карта начинает отправлять кадр, не дожидаясь, пока он придёт целиком. Задержки упали.

Четвёртое поколение. Прямой доступ к памяти на гигабитных адаптерах. Карта забирает данные из оперативной памяти и отдаёт их обратно без участия центрального процессора - тот освобождается для полезной работы. Это та самая технология взаимодействия сетевых карт с памятью, с которой начинается вся нынешняя разгрузка.

Пятое поколение. Десять гигабит по витой паре, стандарт 10GBASE-T, кабель категории 6 и выше. Скорости уровня магистрали пришли в обычную серверную стойку.

Что происходит сейчас. Стандарт на 800 Гбит/с принят в 2024 году, спецификация на 1,6 Тбит/с завершается в 2026-м, первые внедрения ожидаются в 2026-2027 годах. Это оборудование магистральных сетей и крупных дата-центров под задачи машинного обучения - к домашним и офисным сетям оно отношения не имеет. Массовому пользователю в ближайшие годы актуальны гигабит и десять гигабит.

Отсюда ответ на частый вопрос, может ли сетевая карта устареть. Морально - да: гигабитная карта 2010 года и сегодня работает, но упирается в гигабит. Физически карты живут долго, отказывают редко и чаще меняются вместе с сервером, чем сами по себе.

Когда сетевая карта ни при чём

Половина обращений «медленно работает сеть» к карте отношения не имеет.

Упирается в канал провайдера - карта на 10 Гбит/с не ускорит подключение на 100 Мбит/с.

Упирается в коммутатор - гигабитный порт на другом конце ограничит всё соединение, даже если карта быстрее.

Упирается в диск - если файл читается с диска на 60 МБ/с, гигабитная сеть загружена наполовину и ускорять её бессмысленно.

Упирается в кабель - повреждённая пара или превышенная длина дают ошибки и повторные передачи. Скорость падает не плавно, а обвально.

Упирается в настройку - несогласованный дуплекс, включённое энергосбережение, неверный размер кадра.

Проверять стоит в этом порядке, а карту менять последней. Она отказывает реже всего в этом списке.

Частые вопросы

Что такое сетевая карта в телефоне?
Отдельной карты в телефоне нет. Её функции выполняет часть системы на кристалле - модуль Wi-Fi и сотовый модем. Логика та же: упаковать данные, отправить, принять, разобрать.

Что такое сетевая карта в ноутбуке?
Обычно две: проводная микросхема с разъёмом RJ-45 и модуль Wi-Fi. В тонких моделях проводной может не быть вовсе - тогда её роль берёт на себя USB-адаптер или док-станция.

Чем сетевая карта отличается от сетевого адаптера?
Ничем. «Карта», «плата» и «адаптер» - синонимы. Слово «адаптер» шире: им называют и внешние USB-устройства, и беспроводные модули. Разбор терминов - в статье про сетевой адаптер.

Зачем сетевой карте два порта?
Либо чтобы развести трафик по разным сетям, либо чтобы объединить порты для резервирования: отвалился один кабель - соединение живёт на втором.

Может ли сетевая карта устареть?
Морально - да, она ограничена своей скоростью. Физически карты живут долго и отказывают редко.

Нужна ли отдельная карта, если на материнской плате уже есть порт?
Для офисной работы обычно нет. Отдельная нужна, когда встроенного гигабита мало, когда портов нужно больше или когда нужна оптика и разгрузка процессора.