نقش تکنولوژی های مختلف در افزایش سرعت انتقال داده در کارت های شبکه

کارت شبکه که به عنوان رابط شبکه یا NIC نیز شناخته می‌شود، واسطی است که امکان انتقال اطلاعات در شبکه میان سیستم‌های مختلف را امکان‌پذیر می‌کند. هنگامی که صحبت از وظیفه کارت شبکه چیست به میان می‌آید در ساده‌ترین تعریف باید بگوییم کارت شبکه وظیفه‌ اتصال کامپیوتر‌ها و سرورها به شبکه را بر عهده دارد. این قطعه سخت‌افزاری اطلاعات را از سیستم دریافت و به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌توانند از طریق کابل یا امواج رادیویی در شبکه ارسال شوند. کارت شبکه مقصد، سیگنال‌های الکتریکی را دریافت و به اطلاعات دیجیتال تبدیل می‌کند تا توسط سیستم هدف پردازش شود. به طور خلاصه، کارت شبکه نقش واسطه بین کامپیوتر و شبکه را ایفا می‌کند و برای تبادل اطلاعات بین کامپیوترها و سایر دستگاه‌ها در شبکه ضروری است.

معرفی تکنولوژی‌های مورد استفاده در کارت‌های شبکه

کارت‌های شبکه از فناوری‌های مختلفی برای ارسال اطلاعات با بالاترین سرعت ممکن استفاده می‌کنند که برخی از آن‌ها به شرح زیر هستند.

Speed & Duplex

Speed and Duplex یا سرعت و دوپلکس، به تنظیمات مربوط به سرعت و حالت ارتباط دو طرفه در یک کارت شبکه اشاره دارد. این تنظیمات مشخص می‌کنند کارت شبکه با چه سرعتی ارتباط برقرار کند و آیا برقراری ارتباط دو طرفه (دوپلکس) فعال باشد یا خیر. درمورد سرعت، تنظیمات شامل نرخ انتقال داده‌ها بین کارت شبکه و سایر دستگاه‌ها در شبکه است. معمولا سرعت ارتباط بر روی کارت شبکه به صورت مگابیت بر ثانیه (Mbps) یا گیگابیت بر ثانیه (Gbps) مشخص می‌شود. برخی از سرعت‌های معمول در کارت‌های شبکه شامل 10 Mbps، 100 Mbps، 1 Gbps و 10 Gbps هستند. انتخاب سرعت مناسب باید با توجه به قابلیت‌های کارت شبکه و سرعت شبکه انجام شود. درمورد دوپلکس، تنظیمات نشان می‌دهند که آیا کارت شبکه قادر است به صورت همزمان اطلاعات را ارسال و دریافت کند یا خیر. دو حالت معمول برای دوپلکس وجود دارد. Full Duplex که در این حالت، کارت شبکه قادر است به صورت همزمان اطلاعات را ارسال و دریافت کند. بدین ترتیب، ارتباط دو طرفه و همزمان بین کارت شبکه و دستگاه‌های دیگر در شبکه برقرار می‌شود. این حالت معمولا برای شبکه‌های سطح بالا توصیه می‌شود. حالت دوم Half Duplex است که کارت شبکه تنها قادر است به صورت یک طرفه اطلاعات را ارسال و دریافت کند، به این معنی که در یک زمان مشخص، فقط می‌تواند به عنوان فرستنده یا گیرنده عمل کند. این حالت معمولا در شبکه‌های قدیمی‌تر و با تکنولوژی‌های محدودتر استفاده می‌شود. در حالت پیش‌فرض، فناوری فوق در وضعیت Auto Negotiation قرار دارد، اما بسته به نوع کارت شبکه قادر به تنظیم سرعت‌های مختلف هستید.

Jumbo Packet

Jumbo Packet یا بسته‌های جامبو، به بسته‌های داده بزرگتر از حد معمول در شبکه اطلاق می‌شود. در شبکه‌های استاندارد، اندازه بسته‌های داده با واحد MTU مشخص می‌شوند که بیانگر حداکثر اندازه بسته‌های داده است که می‌توانند در یک شبکه ارسال شوند. برای بیشتر شبکه‌ها، MTU به صورت پیش‌فرض 1500 بایت است. با استفاده از Jumbo Packet، اندازه بسته‌های داده می‌تواند بیشتر از 1500 بایت باشد. معمولا در حالت سفارشی اندازه Jumbo Packet از 9014 بایت تنظیم می‌شود. استفاده از Jumbo Packet در کارت شبکه به یکسری مزایا و محدودیت‌ها دست پیدا می‌کنید. اولین مورد کاهش هدررفت داده‌ها است. با افزایش اندازه بسته‌ها، هدررفت داده‌ها به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کرده و عملکرد بهبود پیدا می‌کند. با انتقال داده‌ها در قالب بسته‌های بزرگتر، تاخیر کاهش می‌یابد و عملکرد شبکه بهبود می‌یابد. همچنین، با انتقال بسته‌های بزرگتر، تعداد وقفه‌های مرتبط با پردازش بسته‌ها در سطح سیستم عامل کاهش می‌یابد. با این‌حال، فناوری فوق محدودیت‌هایی نیز دارد. همه دستگاه‌ها و شبکه‌ها قادر به پشتیبانی از Jumbo Packet نیستند. بنابراین، برای استفاده از این ویژگی، تمام دستگاه‌ها در شبکه باید قادر باشند به ارسال و دریافت بسته‌های جامبو باشند. بسته‌های جامبو حجم بیشتری از حافظه شبکه مصرف می‌کنند. بنابراین، برای استفاده از Jumbo Packet باید حافظه کافی در دستگاه‌ها و کارت شبکه داشته باشید. برای فعال‌سازی Jumbo Packet در کارت شبکه، باید تنظیمات مربوطه را در درایور کارت شبکه بررسی کنید. به طور پیش‌فرض این فناوری در حالت Disable قرار دارد.

PME Aggregation Function

یکی از فناوری‌های کاربردی است که به طور پیش‌فرض در کارت‌های شبکه فعال است. این فناوری در ارتباط با مدل‌سازی و تجمیع اطلاعات در شبکه استفاده می‌شود. PME مخفف Physical Medium Entities پایین‌ترین لایه در مدل OSI و لایه دسترسی به رسانه (Media Access Control) در مدل TCP/IP است که وظیف انتقال داده‌ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر را بر عهده دارند. به بیان دقیق‌تر وظیفه اصلی PME در کارت شبکه فراهم کردن ارتباط فیزیکی دستگاه‌ها است. آنها اطلاعات را از لایه‌های بالاتر دریافت کرده و به صورت سیگنال‌های الکتریکی، نوری یا رادیویی تبدیل کرده و در مسیر انتقال می‌دهند. همچنین، مسئولیت مدیریت و کنترل انتقال داده‌ها، تشخیص خطا و تعیین نحوه دسترسی به رسانه مثل شبکه‌های اترنت بر عهده این فناوری است. با استفاده از PME Aggregation Function می‌توان اطلاعاتی مانند تعداد بسته‌های مشابه، آمارهای ترافیکی، الگوهای فعالیت و سایر مشخصه‌های شبکه را تجمیع کرده و تحلیل کرد. PME Aggregation Function به شکل سخت‌افزاری روی کارت شبکه قرار دارد و علاوه بر ارائه اطلاعات دقیق، سعی می‌کند فرآیند ارسال و دریافت بسته‌ها با کمتری خطای ممکن انجام شود تا سرعت ارسال افزایش پیدا کند.

Flow Control

Flow Control یا کنترل جریان در کارت شبکه، مکانیزمی است که بر مدیریت و کنترل جریان داده‌ها متمرکز است. هدف اصلی فعال‌سازی مکانیزم فوق در کارت شبکه جلوگیری از به وجود آمدن مشکل سربار (overload) و از دست رفتن داده‌ها است. کارت‌های شبکه می‌توانند از روش‌های مختلف برای کنترل جریان استفاده کند. با این‌حال دو روش رایج برای کنترل جریان وجود دارد. اولین مورد روش تاییدی (Acknowledgment-based) است. در این روش، یک دستگاه درخواستی برای ارسال داده‌ها به دستگاه مقابل می‌فرستد و منتظر تأییدیه (ACK) می‌ماند. در صورت دریافت ACK، دستگاه ادامه ارسال داده‌ها را آغاز می‌کند، اما در صورت عدم دریافت ACK، دستگاه صبر می‌کند و دومرتبه درخواست ارسال کند. این روش باعث کم شدن احتمال ارسال بسته‌های داده تکراری یا از دست رفته داده‌ها می‌شود. راهکار بعدی، روش منفی (Negative-based) است. در این روش، دستگاه درخواست ارسال داده‌ها را به دستگاه مقابل می‌فرستد، در صورتی که دستگاه مقابل اعلام کند که ظرفیت دیگری برای دریافت داده‌ها ندارد، فرستنده منتظر می‌ماند تا درخواست جدیدی ارسال کند. این راهکار نیز مانع از بروز مشکل سربار می‌شود. با استفاده از کنترل جریان در کارت شبکه، می‌توان جریان داده‌ها را بهبود بخشید و مانع از دست رفتن داده‌ها و بروز مشکل سربار شد. این فرآیند کنترلی معمولا در سطح لایه دسترسی به رسانه (MAC) انجام می‌شود و در کارت‌های شبکه به عنوان یک ویژگی مهم قرار دارد. یکی از گزینه‌های اصلی در این زمینه Rx و Tx به معنای دریافت (Receive) و ارسال (Transmit) است و در کارت‌های شبکه به منظور فعال یا غیرفعال کردن پورت‌های دریافت و ارسال داده استفاده می‌شوند. وقتی Rx فعال شود، پورت دریافت کارت شبکه قادر به دریافت داده‌ها از شبکه می‌شود. به بیان دقیق‌تر، دریافت بسته‌های داده از دستگاه‌های دیگر در شبکه فراهم می‌شود. پورت اطلاعاتی که به کارت شبکه ارسال می‌شوند را دریافت کرده و به سیستم عامل یا برنامه‌های مورد نیاز ارسال می‌کند. در عین حال، وقتی Tx فعال شود، پورت ارسال کارت شبکه توانایی ارسال داده‌ها به دستگاه‌های دیگر در شبکه را دارد. پورت ارسال اطلاعات را از سیستم عامل یا برنامه‌های مورد نیاز دریافت کرده و آنها را به دستگاه‌های مقصد می‌فرستد. با فعال کردن Rx و Tx بر روی کارت شبکه، کارت توانایی دریافت و ارسال داده‌ها را خواهد داشت و می‌تواند به عنوان رابط بین سیستم عامل و شبکه عمل کند. این ویژگی‌ها معمولا بر روی درایورهای کارت شبکه تنظیم می‌شوند و به کنترل حساسیت دریافت و ارسال داده‌ها در شبکه کمک می‌کنند.

Gigabit Master Slave Mode

مکانیزم قدرتمند دیگری که در این زمینه وجود دارد Gigabit Master Slave Mode است. GMS مخففGigabit Master Slave Mode در کارت شبکه به شما اجازه می‌دهد تا حالت Master یا Slave را برای کارت شبکه تعیین کنید. مکانیزم Force Master Mode یا حالت اجباری اصلی یک ویژگی است که در کارت‌های شبکه گیگابیت اترنتی موجود است. با فعال‌سازی Force Master Mode در کارت شبکه، تمام تنظیمات شبکه به صورت مرکزی توسط کارت شبکه انجام می‌شود و دستگاه‌های دیگر در شبکه نمی‌توانند در نقش Master فعالیت کنند. بنابراین، کارت شبکه تنظیمات مربوط به سرعت ارتباط، نوع اتصال، کنترل جریان و سایر تنظیمات را مشخص می‌کند و سایر دستگاه‌ها در شبکه باید تنظیمات Master را پذیرفته و با آن هماهنگ شوند. استفاده از Force Master Mode معمولا در شبکه‌هایی که بهبود عملکرد و هماهنگی بین دستگاه‌ها ضروری است، مفید است. با اعمال Force Master Mode، اطمینان حاصل می‌شود که تمام دستگاه‌ها در شبکه با تنظیمات یکسان کار می‌کنند و فرآیند ارسال اطلاعات با بالاترین سرعت ممکن انجام می‌شود. در نقش Master، کارت شبکه مسئول تعیین تنظیمات شبکه است که شامل تعیین سرعت ارتباط (به عنوان مثال، 1000 مگابیت در ثانیه)، نوع اتصال (مثلا نیمه دوپلکس یا تمام دوپلکس)، و تنظیمات دیگری مانند کنترل جریان و طول بسته‌های داده است. دقت کنید که استفاده از مکانیزم Force Master Mode باید به دقت انجام شود و تنها زمانی استفاده شود که دلیل مشخصی وجود دارد. همچنین، قبل از استفاده از این ویژگی، باید از تاثیر آن بر سایر دستگاه‌ها اطمینان حاصل شود. کارت‌های شبکه در نقش Slave از تنظیمات دستگاه‌هایی که فرآیند ارسال را مدیریت می‌کنند، پیروی می‌کنند. این فرآیند شامل تنظیم سرعت، نوع اتصال و سایر تنظیمات شبکه است.

interrupt Moderation

Interrupt Moderation یا مدیریت وقفه، یک ویژگی کاربردی است که به کنترل ترافیک و وقوع وقفه‌ها در کارت شبکه کمک می‌کند. وقفه‌ها (Interrupts) هنگامی رخ می‌دهند که کارت شبکه برای سیستم عامل یا درایور وضعیت جدیدی را اعلام می‌کند. ممکن است علت وقوع وقفه‌ها، دریافت بسته‌های داده جدید، خطاها، تغییرات در وضعیت شبکه و غیره باشد. Interrupt Moderation به کارت شبکه اجازه می‌دهد تعداد وقفه‌ها را کاهش داده و ترافیک شبکه را کنترل کند. با استفاده از این ویژگی، کارت شبکه می‌تواند بسته‌های داده را جمع‌آوری کرده و تا زمانی که تعداد بسته‌ها به یک حد مشخص (که توسط کاربر تنظیم می‌شود) برسد، وقفه اعلام نکند. این ویژگی بهبود عملکرد سیستم را به همراه دارد، زیرا تعداد وقفه‌ها کاهش می‌یابد و منابع سیستمی بهینه‌تر استفاده می‌شوند. توجه داشته باشید که مدیریت وقفه قابل تنظیم است و باید با توجه به نوع شبکه و نیازهای عملکردی مورد استفاده تنظیم شود. در برخی موارد، ممکن است نیاز به تنظیمات دقیق‌تر و مدیریت دقیق‌تر وقفه‌ها باشد تا به عملکرد بهینه برسید. در حالت پیش‌فرض این گزینه در وضعیت Adaptive قرار دارد.

Large send Offload

Large Send Offload یک ویژگی کاربردی است که به کارت شبکه اجازه می‌دهد بسته‌ داده‌ای بزرگ را از دستگاه‌ها دریافت کرده و برای سیستم عامل ارسال کند، به جای آنکه بسته‌ها را به صورت جداگانه به سیستم عامل ارسال کند. وقتی یک بسته داده بزرگ در سطح برنامه ارسال می‌شود، سیستم عامل باید بسته را تجزیه و تحلیل کند و بسته‌های کوچکتر بسازد تا بسته‌ها به صورت جداگانه از طریق شبکه ارسال شوند. این فرآیند تجزیه و تحلیل بسته‌ها بر روی سیستم عامل، منابع سیستمی را مصرف می‌کند و ممکن است باعث تاخیر در انتقال داده‌ها شود. با استفاده از LSO، کارت شبکه بسته‌های داده بزرگ را در سطح سخت‌افزاری تجزیه و تحلیل می‌کند و برای سیستم عامل ارسال می‌کند تا تاخیر در ارسال به کمترین میزان ممکن برسد. در بیشتر کارت‌های شبکه ویژگی LSO در حالت فعال قرار دارد.

energy efficient Ethernet

اترنت با کارآیی انرژی بالا (Energy Efficient Ethernet)، فناوری است که برای کاهش مصرف انرژی در کارت‌های شبکه استفاده می‌شود. EEE به منظور کاهش انرژی مصرفی در شبکه‌های اترنت در زمان‌هایی که داده‌ها در حال انتقال نیستند، طراحی شده است. زمانی که دستگاه‌ها در شبکه اترنت اطلاعات را منتقل نمی‌کنند، کارت‌های شبکه معمولا در حالت فعال باقی می‌مانند و مصرف انرژی را ادامه می‌دهند. با استفاده از EEE، کارت‌های شبکه قادر به ورود به حالت خواب (Sleep Mode) هستند و در این حالت، مصرف انرژی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. همچنین، وقتی که داده‌ها در شبکه ارسال نمی‌شوند، کارت شبکه به سایر دستگاه‌ها (مانند سوئیچ) اعلام می‌کند که در حالت خواب قرار دارد. اگر دستگاه دیگری نیاز به برقراری ارتباط داشته باشد، آن دستگاه سیگنال “ترافیک خیلی کم” (Very Low Traffic) را به کارت شبکه ارسال می‌کند تا کارت شبکه به حالت فعال برگردد و ارتباط برقرار شود. این تکنولوژی بهبود کارایی انرژی در شبکه‌های اترنت فراهم می‌کند، به ویژه در محیط‌هایی که تعداد دستگاه‌ها بالا است و انتقال داده‌ها در طولانی‌مدت رخ نمی‌دهد.

این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید