کارت شبکه

کارت شبکه (کارت رابط شبکه، تطبیق دهنده ی شبکه یا NIC) دستگاه اتصالی است که پایانه کاری، خدمتگزار، چاپگر و گره های دیگر را قادر به دریافت و ارسال داده از شبکه می کند. به خاطر اینکه کارت شبکه سیگنال های داده را به سیم یا فضا انتقال و قاب های داده را بازنشانی می کند، دارای فعالیت هم در لایه ی فیزیکی و هم در لایه ی پیوند داده ی مدل OSI می باشد. یکی دیگر از وظایف این دستگاه، بررسی و تفسیر اطلاعات آدرس فیزیکی است تا از تحویل درست داده به مقصد اطمینان حاصل کند. افزون بر این، کارت شبکه روال هایی را اجرا می کند که به کمک آنها مشخص می کند کدام گره به درستی داده ها را روی شبکه انتقال می دهد.

پیشرفت های موجود در کارت شبکه موجب هوشمندتر شدن این قطعه ی سخت افزاری شده است تا جایی که بیشتر این کارت می توانند اولویت بندی، میانگیری (بافرینگ)، مدیریت شبکه و عملیات پالایش ترافیک را به راحتی انجام دهند. با این وجود در بیشتر شبکه ها، کارت شبکه اطلاعات افزوده شده توسط پروتکل های لایه ی ۳ تا ۷ مدل OSI را تجزیه و تحلیل نمی کنند. برای نمونه، آنها نم توانند مشخص کنند که قاب های ارسالی و دریافتی از دیتاگرام IP استفاده می کنند یا از یک پروتکل متفاوت لایه ی ۲.

انواع کارت شبکه

قبل از اقدام به نصب کارت شبکه در یک دستگاه عضو شبکه، نیاز است نوع رابط استفاده شده در آن دستگاه شناسایی شود. کارت های شبکه بر اساس موارد زیر دسته بندی و به بازار عرضه می شوند:

روش دسترسی (برای نمونه، اترنت در برابر حلقه-نشانه).
سرعت انتقال شبکه (برای نمونه، ۱۰۰Mbps در برابر ۱Gbps).
رابط اتصال (برای نمونه، RJ-45 در برابر SC).
نوع متصل شدن به مادربرد (برای نمونه،PCI).
سازنده (شرکت های معروف سازنده ی کارت شبکه عبارتند از: ۳Com، Adaptec، D-Link، IBM، Intel، Kingstone، Linksys، Netgear، SMC، Western Digital).

در بخش زیر گروهی از کارت های شبکه که روی یک برد مدار چاپی درون رایانه نصب می شوند، مورد بررسی قرار گرفته است.

استانداردهای گذرگاه داخلی گذرگاه (Bus) رایانه، مدار یا خطی است که توسط مادربرد برای انتقال داده بین اجزای رایانه مانند حافظه، پردازنده، دیسک سخت و کارت شبکه استفاده می شود. گذرگاه ها دارای ظرفیت های متفاوتی هستند. ظرفیت گذرگاه توسط پهنای مسیر داده (که در واحد بیت بیان می شود) و سرعت ساعتش (که در واحد MHz بیان می شود) مشخص می شود. اندازه ی مسیر داده برابر تعداد بیت هایی است که در واحد زمان به شکل موازی روی آن قابل انتقال می باشد. در رایانه های قدیمی گذرگاه ها دارای یک مسیر داده ی ۸ بیتی بودند. پس از آن شرکتهای سازنده گذرگاه ها را به ۱۶ و ۳۲ بایت ارتقاء دادند تا جایی که ظرفیت گذرگاه های رایانه های رومیزی جدید تر به ۶۴ و حتا ۱۲۸ بیت ارتقاء یافت.

یک گذرگاه رایانه بین تمام دستگاه های متصل به مادربرد تقسیم می شود. مادر برد دارای شکاف های توسعه (Expansion Slots) است که یه دستگاه هایی مانند کارت شبکه، مودم یا کارت صدا امکان اتصال به گذرگاه توسعه را می دهند. به دستگاه های که به شکل مدار مجتمع می باشند، کارت توسعه (Expansion Card) یا برد توسعه (Expansion Board) گفته می شود. افزون یک کارت توسعه به شکاف توسعه موجب ایجاد اتصال الکتریکی بین کارت توسعه و مادر برد می شود. بنابراین دستگاه متصل شده به کارت توسعه در واقع به مادربرد رایانه متصل می شود و می تواند بخشی از گذرگاه آنرا در اختیار خود قرار دهد.

یکی از پر استفاده ترین کارت های توسعه، کارت شبکه است که از گذرگاه PCI استفاده می کند. PCI یک گذرگاه ۳۲ یا ۶۴ بیتی با نرخ سرعت ساعت ۳۳، ۶۶ یا ۱۳۳ مگاهرتزی است که حداکثر می تواند داده ها را با نرخ ۱Gbps انتقال دهد. در شکل زیر می توان نمای یک کارت شبکه ی PCI را مشاهده کرد.

گذرگاه PCI نسبت به ISA از رابط کوتاه تر و سرعت بیشتری در انتقال داده برخوردار است. یکی از مزایای بسیار مهم کارت های PCI سازگار بودن با رایانه های مکینتاش است. PCIe یا PCI Express نوعی از کارت های PCI است که در سال ۲۰۰۲ به بازار عرضه شد که نسبت به PCI سنتی دارای مزایای زیادی مانند: بازدهی بالاتر در انتقال داده، گزارش خطا و سازگار با نرم افزا PCI بود. به خاطر طراحی منحصر به فرد، کارت های PCIe را نی توان در شکاف های توسعه ی PCI قرار داد. شکاف های PCIe به شدت به تعداد شیارهای کارت وابسته است. برای نمونه، شکاف x1 تناه یک شیار، شکاف x2 دو شیار و به همین شکل پشتیبانی می کند. هر شیار دارای بازدهی ۵۰۰Mbps بوده و یک PCIe می تواند حداکثر دارای ۱۶ شیار و ۸Gbps توان عملیاتی باشد. رایانه هایی مانند خدمتگزارها که نیاز به بازدهی بالاتری در انتقال داده دارند باید از استاندارد PCIe استفاده کنند. شکل زیر نمونه ای از کارت شبکه ی PCIe را نشان می دهد.

با خواندن دفترچه مستندات رایانه به راحتی می توان نوع گذرگاه رایانه را تشخیص داد. برای بررسی نوع گذرگاه می توان درون کیس رایانه را بازدید کرد. اغلب رایانه ها دارای دو گذرگاه مختلف روی مادربرد خود هستند. شکل زیر مادربردی را نشان می دهد که هم از شکاف های PCI و هم از PCIe استفاده می کند.

هنگامی که یک مادربرد بیشتر از یک نوع گذرگاه را پشتیبانی می کند، برای نصب کارت شبکه باید به دفترچه ی راهنمای آن مراجعه کرد. برای نمونه اگر رایانه ای هم از PCI و هم از ISA استفاده می کند، سعی کنید کارت شبکه ی PCI را در آن رایانه فعال کنید.

استاندارد های گذرگاه جانبی بعضی از دستگاه های جانبی مانند مودم و کارت شبکه به جای اتصال به گذرگاه داخلی، به گذرگاه خارجی رایانه متصل می شوند. PCMCIA، USB، CompactFlash یا FireWire شکاف هایی هستند که برای اتصال دستگاه های جانبی مانند کارت شبکه استفاده می شوند. یکی از مزیت های اتصال کارت شبکه ی خارجی، نصب راحت آن است. معمولاً رابط های قابل اتصال به گذرگاه های جانبی را تنها کافی است به درگاه مورد نظر متصل کرد و سپس با راحتی با آن کار کرد. افزون بر این برای اضافه و یا جدا کردن کارت شبکه ی نوع شکاف توسعه، کاربر باید رایانه را خاموش و درب کیس آن را باز کند در حالی که برای کارت شبکه ی نوع گذرگاه جانبی نیازی به این کار نمی باشد و خیلی سریع می توان آنرا به رایانه افزود و یا از آن جدا کرد.

در سال ۱۹۸۹ گروهی از سازنده های رایانه به نام PCMCIA (جامعه ی بین المللی کارت حافظه ی رایانه ی شخصی: Personal Computer Memory Card International Association) تشکیل شد که هدف اصلی اش ایجاد روش استانداردی برای اتصال حافظه ی خارجی به رایانه های قابل حمل بود. سپس این توانایی برای دیگر دستگاه های رایانه مورد استفاده قرار گرفت و بدین شکل PCMCIA موفق شد کارت هایی را ارائه دهد که به راحتی می توانست هر نوع دستگاه جانبی را به رایانه متصل کند. اولین تطبیق دهنده ی (آداپتور) استاندارد PCMCIA که به بازار عرضه شد کارت PC (PC Card) نام داشت که یک رابط ۱۶ بیتی با بازدهی ۸GHz بود. با توجه به نیاز جامعه ی رایانه به سرعت بیشتر، در سال ۱۹۹۰ گروه PCMCIA اقدام به تولید CardBus، یک رابط ۳۲ بیتی با توان عملیاتی ۳۳MHz کرد که با استاندارد کارت های توسعه ی PCI نیز سازگار بود. در شکل زیر نمونه ای از کارت شبکه ی CardBus را می توان مشاهده کرد.

روند درخواست برای سرعت بیشتر انتقال داده رو به رشد بود و همین موضوع موجب شد گروه PCMCIA در سال ۲۰۰۳ استاندارد ExpressCard را ارائه دهد. ExpressCard به انواع دستگاه های جانبی این امکان را می دهد تا با استفاده از یک رابط ۲۶ پینی به رایانه های قابل حمل متصل و نرخ انتقال داده ی ۲۵۰Mbps را در هر جهت (در کل ۵۰۰Mbps) ارائه دهند. ExpressCardها از همان استاندارد انتقال داده ی PCIeها استفاده می کنند و در دو اندازه ی ۳۴mm (که ۴۰ درصد از ماژول های CardBus کوچکتر می باشند) و ۴۵mm (هم اندازه ی ماژول های CardBus) عرضه می شوند. شکل زیر دو ماژول ExpressCard را نشان می دهد.

نوع دیگری از کارت های شبکه ی خارجی قابلیت اتصال به درگاه USB (گذرگاه ترتیبی عمومی: Universal Serial Bus) را دارند. USB استانداردی است که برای اتصال چندین نوع دستگاه جانبی مانند مودم، پخش کننده ی صدا، موس و کارت شبکه استفاده می شود. استاندارد USB ابتدا در سال ۱۹۹۵ توسط گروهی از سازنده های رایانه با هدف کاهش هزینه و راحتی نصب دستگاه های جانبی عرضه شد. سپس در سال ۱۹۹۸ درگاه های USB به طور گسترده روی مادربردهای لپ تاپ ها و رایانه های خانگی نصب شد. تطبیق دهنده های (آداپتورهای) USB معمولاً از یکی از دو استاندارد USB 1.1 یا USB 2.0 استفاده می کنند. تفاوت اصلی این دو استاندارد سرعت آنها می باشد. در USB1.1 حداکثر نرخ انتقال داده ۱۲Mbps می باشد در حالی که این سرعت در استاندارد USB 2.0 برابر ۴۸۰Mbps می باشد. استاندارد تازه وارد USB 3.0 توانایی انتقال داده با سرعت ۴.۸ Gbps را دارد. در شکل زیر یک کارت شبکه ی USB نمایش داده شده است که در یک سمت آن رابط اتصال USB و در سمت دیگر آن رابط اتصال RJ-45 قرار دارد.

FireWire نوع دیگری از گذرگاه جانبی یا خارجی است که در سال ۱۹۹۰ توسط شرکت اپل به بازار عرضه و در سال ۱۹۹۵ توسط IEEE با عنوان استاندارد IEEE 1394 معرفی شد. اتصالات قدیمی FireWire دارای حداکثر بازدهی ۴۰۰Mbps بودند که در نسخه های جدید این سرعت به ۳Gbps رسیده است. FireWire توانایی اتصال انواع دستگاه های جانبی مانند دوربین دیجیتال، VCR، دیسک سخت خارجی یا درایو CD-ROM به رایانه های خانگی و لپ تاپ را دارد. با استفاده از این استاندارد می توان دو یا چند رایانه را به هم متصل و یک شبکه ی خانگی کوچک را راه اندازی کرد. در شبکه های مبتنی بر FireWire در هر بخش شبکه می توان حداکثر از ۶۳ دستگاه استفاده کرد و حداکثر طول بین گره ها ۴.۵ متر می باشد. در صورت متصل کردن رایانه ها به شکل زنجیره با استفاده از این استاندارد، فاصله ی دو سر زنجیره نمی تواند بیشتر از ۷۲ متر شود. در صورتی که مادر برد رایانه ی شما درگاه FireWire ندارد به راحتی می توانید یک تطبیق دهنده ی FireWire را روی آن نصب کنید.

روش نصب تجهیزات با قابلیت اتصال FireWire، شبیه به تجهیزات متصل شده به USB و PCMCIA می باشد. ۴ پین و ۶ پین دو نوع رابط FireWire است که می توان از آنها استفاده کرد. در رابط ۶ پین از دو پین برای برق رسانی به دستگاه جانبی استفاده می شود.

چهارمین استاندارد گذرگاه جانبی، استاندارد Compact Flash می باشد. این استاندارد توسط ۱۲ شرکت رایانه ای که گروه CFA (Compact Flash Association) را تشکیل داده بودند عرضه شد. این گروه Compact Flash را در شکلی فوق کوچک، با قابلیت جابه جایی و مورد استفاده در دستگاه های ورودی/خروجی طراحی کردند. دوربین های دیجیتال یکی از استفاده کننده های این نوع استاندارد می باشند. با این وجود از شکاف های Compact Flash نیز در اتصال به شبکه استفاده می شود. نسخه ی ۴.۰ این استاندارد داده ها را با نرخ ۱۳۳Mbps انتقال می دهد. به خاطر سرعت کمتر این استاندارد نسبت به استانداردهای تشریح شده، از کارت های شبکه ی Compact Flash بیشتر برای اتصال دستگاه های بسیار کوچک به شکاف های PCMCIA (برای نمونه، PDA یا رایانه های تعبیه شده در دیگر دستگاه ها مانند نمایش گرهای سلامت) استفاده می شود. در شکل زیر می توان کارت شبکه ی Compact Flash به همراه رابط RJ-45 را مشاهده کرد.

کارت شبکه روی برد تمام دستگاه های جانبی به گذرگاه جانبی یا شکاف های توسعه متصل نیستند، بلکه برخی از آنها مستقیم توسط درگاه برد (On-Board Port) به مادربرد متصل هستند. برای نمونه، اتصال الکتریکی که فعالیت موس را توسط یک درگاه روی برد کنترل می کند و یا اتصالات صفحه کلید و یا صفحه نمایش را می توان از این قبیل درگاه دانست. اکنون بیشتر رایانه ها و لپ تاپ های عرضه شده به بازار دارای کارت شبکه ی روی برد (On-Board NIC) می باشند. مزیت این نوع کارت های شبکه در اختیار قرار دادن شکاف های توسعه ی بیشتر برای دیگر دستگاه های جانبی است.

کارت شبکه ی بی سیم امروزه کارت های شبکه هم برای کار با شبکه های کابل کشی شده و هم برای کار با شبکه های بی سیم طراحی می شوند. کارت های شبکه ی بی سیم دارای یک آنتن برای ارسال و دریافت سیگنال ها هستند می باشند. امروزه یکی از معایب استفاده از کارت های شبکه ی بی سیم گران تر بودن آنها نسبت به کارت های شبکه ی معمولی است. در شکل زیر می توان کارت شبکه ی USB، CardBus و PCI نوع بی سیم را مشاهده کرد.