Võrguadapter

Võrguadapter või võrgukaart (inglise k "network interface controller" ("NIC") ehk võrguliidese kontroller) on arvuti või mõne muu seadme riistvara osa, mille kaudu ühendatakse seade arvutivõrku, nt Internetti või kohtvõrku. Võrguadapteri ülesandeks on arvutist saabuvate andmete ettevalmistamine edastamiseks võrgu kaudu, andmete vastuvõtt võrgust ja andmevoogude juhtimine.
Enamikul uuematel arvutitel on emaplaadile sisseehitatud võrguadapter, mis pakub kas Etherneti liidest või traadita Wi-Fi-ühendust. Võrguadapter võib olla ka arvuti laienduskaart ehk võrgukaart, mis sisestatakse emaplaadi pessa. Kui võrgukaart ei ole arvutisse sisse ehitatud ehk integreeritud, siis tüüpiliselt kasutatakse arvutiga ühendamisel PCI-E, USB või Thunderbolt, varem ka PCI, ISA, FireWire või PCMCIA ühendusi.
Juhtmega võrgu puhul ühendatakse kahe seadme võrguliidesed võrgukaabliga. Näiteks võib arvuti ja ruuteri omavahel ühendada Etherneti kaabliga. Võrguadapteril võib olla mitu võrguliidest. Kolme või enama seadme omavaheliseks andmevahetuseks on vaja võrguseadmeid, mis oskavad andmeid suunata õigetele seadmetele.
Võrgukaartide maksimaalsed kiirused võivad olla väga erinevad, ulatudes 10 Mbits/s kuni 160 Gbit/s.
Suuremad võrgukaartide tootjad on Intel, Realtek, Broadcom ja Mellanox.
Ajalugu.
Võrguadapterite ajalugu saab alguse Ethernet tüüpi võrkude loomisega: 1973. aastal leiutasid Robert Metcalf ja David Boggs Xeroxi Palo Alto uurimiskeskusest esimese Etherneti võrgu, mis 1990. aastatel sai kõige levinumaks kohtvõrgutehnoloogiaks. Arvutivõrkude areng ja levik tõi kaasa ka nõudluse võrguadapterite järgi.
Võrguadapteri otstarve.
Võrguadapter on aluseks ülejäänud võrguprotokollistikule, mis võimaldab luua arvutite vahel võrguühendusi. Selleks rakendab võrguadapter OSI mudeli järgi füüsilise kihi ja kanalikihi funktsionaalsust.
Füüsilise kihi ülesandeks on elektrisignaalide edastamine kaabli kaudu või raadiolainete edastamine traadita ühenduse puhul. Kanalikiht ehk andmelülikiht vastutab andmete edastamisel esinenud vigade avastamise ja parandamise eest. Võrgukaart on nii füüsilise kihi kui ka kanalikihi seade.
Võrku ühendatud seadmed suhtlevad üksteisega kasutades võrguprotokolle ja saates üksteisele andmepakette.
Kuigi on olemas ka teisi võrgutehnoloogiaid (näiteks lubaringvõrk), on kaabliga võrkudes Ethernet levinuim. Traadita ühenduste puhul kasutatakse laialdaselt IEEE 802.11 standardile vastavaid juhtmevabu ühendusi.
Igal võrguliidesel on unikaalne 48-bitine seerianumber, mida nimetatakse MAC-aadressiks. Seda hoitakse kaardil paiknevas püsimälus või seadme püsivaras. Üldiselt saab eeldada, et ei ole olemas kahte samasuguse MAC-aadressiga võrguseadet, kuna MAC-aadresside kasutust korraldab IEEE ning unikaalsed aadressid määratakse kaartidele nende tootmise ajal. Samas leidub tegelikult ka seadmeid, mis võimaldavad oma MAC-aadressi muutmist.
Rakendamine.
Varem on võrguadapterid kasutusel olnud vaid laienduskaartide kujul, mida sai ühendada arvutis sobivale liidesesiinile. Tänapäeval on võrguadapterid tihti integreeritud juba arvuti emaplaadile, kas otse protsessori tugikiibistikku või kasutades eraldi kontrollerit. See järgib arvutustehnika üldist suunda, mille järgi suur hulk komponente ja funktsionaalsust paigutatakse samale kiibile. Eraldi võrgukaarti võib vaja minna, kui ühendatakse võrguliidese kaudu, mida emaplaat ei toeta, või kui on vaja luua otseühendusi rohkemate seadmetega.
Ethernet ühendust kasutaval võrgukaardil on võrgukaabli ühendamiseks 8P8C RJ45-pesa. Vanemad võrgukaardid on kasutanud ka teist tüüpi ühendusi (näiteks BNC või AUI).
Kaasaegsed Ethernet võrguadapterid kasutavad 10 Mbit/s, 100 Mbit/s ja 1000 Mbit/s andmeedastuskiirusi. Selliseid kiirusi toetavad seadmed on tähistatud 10/100/1000 tähisega.
Suuremat kiirust vajavate ühenduste puhul kasutatakse 10-gigabitist Etherneti, SFP+ Direct Attach või kiudoptilisi ühendusi.
10Gbit/s andmeedastuskiirust üle keerdpaarkaabli pakub võrgutehnoloogia 10GBASE-T, selle täiendus IEEE 802.3bz lisab veel 2,5 Gbit/s ja 5 Gbit/s kiirused. NBASE-T tähistusega seadmed suudavad automaatselt valida kiiruste 100 Mbit/s, 1, 2.5, 5, või 10 Gbit/s vahel vastavalt seadmete ja võrgu võimekusele. Uutelt emaplaatidelt võib aga tihti leida 2,5 Gbit/s maksimaalse ühenduskiirusega võrguadapteri, mis on kiirem kui 10/100/1000 aga odavam kui 10 Gbit/s võrk.
SFP+ tüüpi ühenduspesadega võrguseadmed vajavad kiudoptilise kaabli ühendamiseks spetsiaalseid transiivreid, et signaale optiliselt edasi kanda. Kaabli mõlemas otsas olevad transiivrid peavad olema omavahel ühilduvad, kuna eri tüüpi transiivrid kasutavad eri sagedusi ning on mõeldud erineva pikkusega kaablite jaoks.
Võrguadapter võib protsessoriga suhelda mitmel viisil:
Tavaliselt on võrgukaardil RJ45-, BNC- või AUI-pesa, kuhu saab ühendada võrgukaabli ja LED-id, et kasutajale märku anda, kas internetiühendus on olemas ning kas toimub andmeedastus.
Mõnikord kasutatakse sõnu "võrgukaart" ja "kontroller" vaheldumisi, kui räägitakse võrgustikust, sest kõige tavalisem võrguseade on võrgukaart. Olgugi et kaart on enamkasutatav sõna, ei ole see kõikehõlmav. Kontroller võib tähendada kaarti, mis installitakse arvutisse või varjatud seadet, mis on juba emaplaadile sisse ehitatud
Täiendav funktsionaalsus.
TCP/IP kergendusmootorit (TCP offload engine (TOE)) kasutatakse suuremaid kiirusi toetavatel võrguadapteritel protsessori ressursi vabastamiseks. Selleks kasutatakse võrguliikluse töötlemiseks protsessori asemel võrguadapteri kergendusmootorit, vähendab keskprotsessori koormust ning suurendab süsteemi jõudlust.
"Multiqueue" tähistab võrgukaardi puhul mitme saatmis- ja vastuvõtujärjekorraga seadet. Nii ei panda kõiki saabunud pakette ühte järjekorda, vaid hajutatakse erinevate vahel. Igal järelkord saadab välja ka eraldi katkestusesoovi, mida võib teenindada erinev protsessor või protsessori tuum. Nii saab võrguliiklust süsteemis hajutada misläbi kasvab jõudlus
Võrgukaart võib sisaldada ka programmeeritavaid ventiilmaatrikseid, mis võimaldavad kasutajal kaardile programmeerida lisafunktsioone, mis võrgusignaale enne protsessorini jõudmist täiendavalt töötlevad. Selliste ventiilmaatriksite kasutamisega vähendatakse latentsaegu ajakriitliste andmevahetusete puhul.
Serverites on kasutusel ka koondvõrguadapterid (Converged Network Adapter), kus on koos hostsiiniadapter ja võrguadapter, võimaldades sama seadet kasutades ühenduda nii salvestivõrkude kui ka muude arvutivõrkudega.
Mõned võrgukaardid toetavad ka portide sektsioonimist. Antud tehnoloogia võimaldab näiteks ühe 10 Gbit/s kiirusega pordi jagada mitmeks virtuaalseks võrguadapteriks (näiteks kiirustega 1 Gbit/s), mida saab kasutada kui eraldi seadmeid. Selline funktsioon on kasulik näiteks serverites, kus kasutatakse virtualiseerimist, erinevad virtuaalsed võrguadapterid saab sel juhul määrata erinevatele virtuaalmasinatele.