1网卡分类

网卡全称Network interface card，简称NIC，又叫网络适配器，是计算机、服务器和局域网进行通信的接口卡。诸如EISA、ISA、VESA等接口的网卡已基本淘汰，在此不再详述。目前用得多的是PCIE网卡，服务器和台式机上大多用此类。详细的网卡分类如下图，当然还有其他更多的分类方式，不一一赘述：

2网卡原理框架

通常的网卡包括OSI模型的两个层，物理层和数据链路层，网卡主芯片将MAC和PHY集成在一起：

1、物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。

2、数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。

当然也有的板载网卡，MAC部分被集成在CPU中，外部再增加PHY芯片，这个PHY芯片就是俗称的“软网卡芯片“。

如下图是intel网卡主控芯片基本框图。系统侧支持PCIE 3.0，线路侧支持10Gbase-T。芯片实现PCIE—MAC—PHY—线路的数据处理。

下图是网上找到的两张PCI网卡的实物图，一款MAC和PHY分开，一款MAC和PHY集成：

图中的各标号器件分别是：

        ①RJ-45接口
        ②Transformer(隔离变压器)
        ③PHY芯片
        ④MAC芯片
        ⑤EEPROM（存放网卡芯片的供应商ID,子系统供应商ID,网卡的MAC地址,网卡的一些配置,如SMI总线上PHY的地址等信息）
        ⑥BOOTROM插槽（用于存放无盘工作站引导操作系统的相关代码，如PXE功能，当然这部分代码也可以放在主板BIOS里）
        ⑦WOL接头（网络唤醒功能，用以连接主板的standby电源）
        ⑧晶振
        ⑨电压转换芯片
        ⑩LED指示灯

3智能网卡和网络虚拟化

随着数据中心内部数据和带宽的爆炸式增长，传统软件实现虚拟化以及数据处理的方式遇到了一系列问题。智能网卡的出现，将网络、存储以及安全任务从CPU卸载到了硬件进行加速，解决了在大带宽场景下CPU的消耗以及延迟和抖动等问题。现在，越来越多的网卡设备支持offload特性，来提升网络收/发性能。offload 是将本来该操作系统进行的一些数据包处理（如分片、重组等）放到网卡硬件中去做，降低系统CPU消耗的同时，提高处理的性能。

LSO/LRO是常用的卸载技术之一，分别对应到发送和接收两个方向，是 Large Segment Offload 和 Large Receive Offload。我们知道计算机网络上传输的数据基本单位是离散的以太网包，既然是包，就有大小限制，这个限制就是 MTU（Maximum Transmission Unit）的大小，一般是1518字节。比如我们想发送很多数据出去，经过os协议栈的时候，会自动拆分成几个不超过MTU的网包。然而，这个拆分是比较费计算资源的（比如很多时候还要分别计算拆分后checksum），由CPU来做的话，往往会造成使用率过高，这和虚拟化的目的—提升硬件资源利用率是背道而驰的，那可不可以把这些简单重复的操作 offload 到网卡上呢？于是就有了LSO，在发送数据超过 MTU 限制的时候（太容易发生了），OS只需要提交一次传输请求给网卡，网卡会自动的把数据拿过来，然后进行切片，并封包发出，发出的网包不超过MTU限制。而当网卡收到很多碎片包的时候，LRO可以辅助自动组合成一段较大的数据，一次性提交给OS处理。一般的，LSO和LRO主要面向TCP报文。

网卡的这些offload特性，对虚拟化有什么帮助？

在网络虚拟化中，一个最常见的技术就是隧道，这是实现overlay的通用手段。而实现隧道无非就两种思路，一种是把转发信息放到包头上，即封装/解封装（无论VXLAN还是STT都是这个思路）；另外一种是由额外的数据库管理，转发时候进行查询。这两种思路各有利弊，这里不细说，如果我们采用封装/解封装的作法，那么可能原来网包并没有超过MTU限制，加上封装包头就超了，这就需要进行切片了，那切片这个动作由网卡硬件完成，将有效提升数据的传输效率。有人统计过，想要线速处理10G的网络，需要的大约4个Xeon CPU的核。也就是说，仅仅是进行⽹络数据包的处理，就要占用⼀个8核⾼端CPU⼀半的算力。

总的来说，智能网卡有如下优势：