NIC (Network Interface Card), Netzwerkkarte

Was ist eine NIC (Network Interface Card)?

Die Network Interface Card (NIC) oder deutsch Netzwerkkarte ist eine zentrale Hardwarekomponente für die Netzwerkanbindung eines Computers. Sie wird entweder als separate Steckkarte installiert oder ist bereits als Chip auf dem Mainboard integriert. Die moderne NIC stellt verschiedene wichtige Funktionen bereit, darunter E/A-Interrupt-Unterstützung, DMA-Schnittstellen (Direct Memory Access) für effiziente Datenübertragung, sowie Mechanismen zur Steuerung des Netzwerkdatenverkehrs und zur Netzwerkpartitionierung.

Eine NIC bietet einem Computer eine dedizierte, permanente Verbindung zu einem Netzwerk. Sie implementiert die Verbindungen der physischen Schicht, die für die Kommunikation mit einem Data-Link-Layer-Standard wie beispielsweise Ethernet oder Wi-Fi erforderlich sind. Jede NIC stellt ein Gerät dar und kann den Datenfluss im Netzwerk vorbereiten, übertragen und steuern.

Die NIC verwendet das OSI-Modell, um Signale auf der physischen Schicht zu senden, Datenpakete auf der Netzwerkschicht zu übertragen und als Schnittstelle auf der TCP/IP-Schicht zu fungieren.

Die NIC fungiert als Vermittler zwischen einem Computer und einem Datennetzwerk. Wenn zum Beispiel ein Benutzer eine Webseite anfordert, leitet der Computer die Anforderung an die Netzwerkkarte weiter, die sie in elektrische Impulse umwandelt.

Die NIC des Webservers im Internet empfängt die Impulse und der Webserver sendet die Webseite über seine NIC wieder in Form von elektrischen Signalen an den Computer-NIC zurück. Die NIC empfängt diese Signale und wandelt sie in die Daten um, die der Computer anzeigt.

Ursprünglich waren Netzwerk-Controller als Erweiterungskarten ausgeführt, die in einen Computeranschluss, einen Router oder ein USB-Gerät eingesteckt werden konnten. Modernere Controller sind jedoch direkt in den Chipsatz der Hauptplatine des Computers integriert. Erweiterungskarten-NICs können online oder im Einzelhandel erworben werden, wenn zusätzliche unabhängige Netzwerkverbindungen benötigt werden. Beim Kauf einer NIC sollten die Spezifikationen mit dem Standard des Netzwerks übereinstimmen.

Die Begriffe Netzwerkschnittstellenkarte, Netzwerkkarte oder NIC werden oft mit den Bezeichnungen Netzwerk-Interface-Controller, Netzwerkadapter und LAN-Adapter gleichgesetzt.

Typen von NICs

Bei der Standard-NIC handelt es sich um eine Platine, die in einen Computer-Steckplatz installiert wird, um eine Verbindung mit der Hauptplatine herzustellen, aber es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Verbindung herzustellen:

• Wireless: Hierbei handelt es sich um NICs, die eine Antenne für den drahtlosen Empfang über Funkfrequenzen verwenden. Drahtlose NICs sind für WLAN-Verbindungen ausgelegt.
• Verkabelt: Dies sind NICs, die über Eingangsbuchsen für Kabel verfügen. In den 1980er Jahren gab es noch mehrere konkurrierende Netzwerkarchitekturen. Ethernet ist die beliebteste kabelgebundene LAN-Technologie.
• USB: Dies sind NICs, die Netzwerkverbindungen über ein am USB-Port angeschlossenes Gerät ermöglichen.
• Glasfaser: Hierbei handelt es sich um teure und komplexere NICs, die als Hochgeschwindigkeits-Unterstützungssystem für die Abwicklung des Netzwerkdatenverkehrs auf Server-Computern eingesetzt werden. Diese Unterstützung kann auch durch die Kombination mehrerer NICs erreicht werden.

Komponenten von NICs

Zu den Merkmalen und Komponenten von Netzwerkschnittstellenkarten gehören:

• Geschwindigkeit: Alle NICs haben eine Geschwindigkeitsangabe in MBit/s oder GBit/s, die auf die allgemeine Leistung der Karte hinweist, wenn sie in einem Netzwerk mit ausreichender Bandbreite eingesetzt wird. Ist die Bandbreite geringer als die der NIC oder sind mehrere Computer mit demselben Controller verbunden, wird die angegebene Geschwindigkeit gedrosselt. Die durchschnittlichen Ethernet-NICs gibt es in den Varianten 10 MBit/s, 100 MBit/s, 1000 MBit/s, 1 GBit/s, 10 GBit/s, 25 GBit/s, 40 GBit/s und 100 GBit/s.
• Treiber: Dies ist die erforderliche Software, die Daten zwischen dem Betriebssystem des Computers und der Netzwerkkarte überträgt. Wenn eine Netzwerkkarte auf einem Computer installiert wird, muss auch die entsprechende Treibersoftware heruntergeladen werden. Die Treiber müssen immer auf dem neuesten Stand sein, um eine optimale Leistung der NIC zu gewährleisten.
• MAC-Adresse: NICs werden eindeutige, prinzipiell unveränderliche MAC-Adressen zugewiesen, die auch als physische Netzwerkadressen bezeichnet werden. Diese werden verwendet, um Ethernet-Pakete an den Computer zu senden.
• LED-Anzeige: Die meisten NICs haben eine in den Anschluss integrierte LED-Anzeige, die den Benutzer darüber informiert, wenn das Netzwerk verbunden ist und Daten übertragen werden.
• Router: Manchmal wird auch ein Router benötigt, um die Kommunikation zwischen einem Computer und anderen Geräten zu ermöglichen. In diesem Fall wird der NIC mit dem Router verbunden, der wiederum mit dem Internet vernetzt ist.

Fazit

Auch wenn immer mehr Anwendergeräte mit WLAN-Hardware ausgestattet werden, sind Netzwerkkarten weiterhin unverzichtbar. Vor allen Dingen im Data Center und bei Servern kann man auf die Hardwarekomponenten nicht verzichten, da sie um ein Vielfaches schneller als WLAN sind. Geschwindigkeiten bis zu 100 Gbit/s beispielsweise über Glasfaser sind derzeit möglich.

Viele NICs bieten außerdem die Möglichkeit, ein Betriebssystem über das Netzwerk zu starten. Dazu dient ein Boot-ROM. In so einem Fall gibt es beim Start eines Computers eine entsprechende Option. Der Vorteil dieser Methode ist, dass der Rechner kein lokales Storage benötigt. Das Betriebssystem wird über die Netzwerkkarte geladen. Moderne Lösungen basieren auf TCP/IP. Zu den bekannten Konzepten gehören Intels PXE sowie die Open-Source-Lösungen Etherboot und Netboot.

Moderne NICs haben sich über die traditionellen Funktionen hinaus entwickelt und unterstützen heute eine Vielzahl fortschrittlicher Technologien. In virtualisierten Umgebungen sind sie unverzichtbar, da sie Funktionen wie SR-IOV (Single Root I/O Virtualization) ermöglichen, die die Leistung virtueller Maschinen verbessern. Neuere Standards wie 400-Gbit/s-Verbindungen und Glasfaser-NICs setzen Maßstäbe für Hochgeschwindigkeitsnetze, insbesondere in Rechenzentren. Darüber hinaus nutzen einige NICs KI-basierte Ansätze, um den Netzbetrieb zu optimieren und den Datenverkehr intelligenter zu steuern, wodurch Effizienz und Leistung weiter verbessert werden.

Hinweis: Dieser Artikel wurde von der ComputerWeekly-Redaktion aktualisiert, um Branchenveränderungen widerzuspiegeln und das Leseerlebnis zu verbessern.