Die Netzwerkkarte

Die Netzwerkkarte (NIC=Network Interface Card) ist die Schnittstelle zwischen dem Computer und einem Übertragungsmedium. Sie bereitet die Daten aus dem Computer auf und setzt sie in entsprechende Signale für das Übertragungsmedium um beziehungsweise umgekehrt.

Der Begriff Netzwerkkarte basiert auf der Tatsache, dass die meisten Computertypen Steckplätze für Erweiterungsbaugruppen besitzen, in die elektronische Steckkarten (Leiterplatten) mit einem bestimmten Format eingesetzt werden können. Neben Netzwerkkarten gibt es auch Grafikkarten, Schnittstellen-Karten zum Anschluss von Ein-/Ausgabegeräten und viele andere.

Netzwerkkarten bestehen auf der einen Seite aus einer Netzwerkschnittstelle, welche für die jeweiligen Netzwerktypen bzw. die Netzwerk-Architektur ausgelegt ist, und auf der anderen Seite aus einer Bus-Schnittstelle, welche an die jeweilige Computer-Architektur angepasst ist und seinen Platz in einem Steckplatz des Rechners findet.

Anfang der 1980er Jahre gab es noch viele konkurrierende Netzwerk-Architekturen und Kartentypen, die größere Verbreitung hatten: ARCNET, Ethernet, LocalTalk und Token Ring.

• ARCNET (=Attached Resources Computer Network)

ist eine Vernetzungstechnologie für lokale Netzwerke (LANs). Sie definiert Kabeltypen und Signalisierung für die Bitübertragungsschicht (physikalische Schicht) und Paketformate und Protokolle für die Medienzugriffskontrolle (MAC=Media Access Control)/Sicherungsschicht des OSI-Modells(=Open Systems Interconnection Reference Model).

operierte mit einem Token-Passing-Verfahren bei 2,5 MBit/s und arbeitete meist auf Koaxialkabel RG-62 als Bus- oder Stern-Topologie. Durch das Tokenpassing-Verfahren ist ARCNET deterministisch und arbeitet in Echtzeit (realtime) und daher robuster als das nicht Höchstlast-taugliche ungeswitchte Ethernet.

• Ethernet

Ethernet ist eine kabelgebundene Datennetztechnik für lokale Datennetze (LANs) . Sie ermöglicht den Datenaustausch in Form von Datenrahmen zwischen allen in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen). Fast Ethernet ist eine Weiterentwicklung von Ethernet, die bei 100 Mbit/s arbeitet. In seiner traditionellen Ausprägung erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude, heutzutage verbindet Ethernet-Technik per Glasfaser oder Funk aber auch Geräte über weite Entfernungen.

Ethernet verwendete zunächst meist 10 MBit/s-Karten, die meist über ein Koaxialkabel (RG-58 Thin- oder Thick-Wire) als Bus verbunden wurden. Ethernet ist heute das am weitesten verbreitete Verfahren. Viele der anfänglichen Nachteile, insbesondere die Probleme bei hoher Last, konnten durch verbesserte Techniken und Komponenten wie Switches weitestgehend eliminiert werden.

• LocalTalk

Ursprünglich hieß LocalTalk AppleTalk Personal Network

LocalTalk ist eine spezielle Implementierung der Bitübertragungsschicht für die AppleTalk-Protokollfamilie. LocalTalk spezifiziert eine Zwei-Draht-Leitung, die den RS-422-Anschluss des Macs nutzt und mit 232 kbit/s arbeitet. Dabei wird eine Splitter-Box eingesetzt, sie enthält zum einen galvanische Trennelemente, um Ausgleichsströme zwischen den einzelnen Stationen bei räumlich ausgedehnteren Netzwerken zu vermeiden; zum anderen stellt sie zwei Steckverbindungen zu Verfügung, um mehrere Arbeitsstationen zusammenzuschalten.

• Token Ring

wurde vorwiegend im IBM-Umfeld (Banken) genutzt, es arbeitete bei 4 oder 16 MBit im Token-Passing-Verfahren und hatte eine Ring-Topologie. Aufgrund des Aufkommens günstiger Ethernet-Vernetzungstechnik, gilt diese Technik als veraltet.

100 MBit-Ethernet-Karten sind noch immer die am stärksten verbreiteten Karten. Die 100 MBit-Karten werden über Twisted-Pair-Kabel mit RJ45-Steckern, entweder traditionell an einen Hub oder, das ist mittlerweile die Regel, an einen Switch angeschlossen und bilden so ein Lokales Netzwerk (LAN).

Aktuell werden auch immer mehr hochwertige Netzwerkkarten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 1000 MBit eingesetzt.

Netzwerkkarten für drahtlose Netzwerke (Wireless LAN) fanden zunächst hauptsächlich in mobilen Geräten wie z. B. Notebooks oder PDAs Verwendung, werden aber zunehmend auch in Desktop-PCs verbaut, um Benutzer den Aufbau eines Netzwerkes ohne aufwendiges Verlegen von Netzwerk-Kabeln zu ermöglichen.

Hier eine Übersicht über für Netzwerkkarten typische Bus-Systeme:

• ISA(=Industry Standard Architecture): anfangs dominierten Netzwerkkarten mit den weit verbreiteten PCs die ISA-Bus Schnittstellen, zunächst in 8-Bit Technik (z. B. NE1000) und später in 16-Bit Ausführung (z. B. NE2000)
  

• PCMCIA(=Personal Computer Memory Card International Association): Diese Schnittstelle wurde vorwiegend bei Notebooks eingesetzt, grob gesagt handelt es sich um eine miniaturisierte ISA-Schnittstelle.

• VESA Local Bus(=Video Electronics Standards Association): Kurzlebiger Standard, entwickelt, um einen schnelleren Zugang z. B. zur Grafikkarte, LAN-Karte oder SCSI-Karten zu ermöglichen.

• NuBus: eine bei Apple Computer und NeXT Computer verbreitete Schnittstelle.

• MCA (=Micro Channel Architecture): Ein von IBM als Nachfolger von ISA propagiertes Bus-System. Ein gescheiterter Versuch, einen nicht offenen, aber verbesserten Bus einzuführen.

• EISA (=Extended Industry Standard Architecture): Eine kompatible ISA-Bus-Erweiterung für 32 Bit-Transfer per in Linie verlängerter Kontaktleiste. EISA kam vor allem bei Workstations und Servern zum Einsatz und ist Nachfolger des ISA-Bus.

• PCI (=Peripheral Component Interconnect): Ist der tatsächliche Nachfolger der ISA-Bus-Architektur. Als offener Standard ersetzte er auch den EISA-Bus und wurde darüber hinaus zur Ablösung verschiedener proprietärer Bus-Systeme eingesetzt.

• PC-Card: Diese Schnittstelle wird vorwiegend bei Notebooks eingesetzt, grob gesagt handelt es sich um eine miniaturisierte PCI-Schnittstelle.

• PCI-Express: Ist ein erweiterter PCI-Bus, löst ebenfalls den für Grafikkarten populären AGP-Bus ab.

• OnBoard: Mittlerweile haben viele Rechner-Hauptplatinen und andere Geräte bereits fest eingelötete Schnittstellen. Lediglich fehlen aber die Steckverbindungen, aber auch von der Treibersoftware werden diese Chips genau so behandelt, als ob sie Karten wären (z. B. gibt es meist eine PCI-Schnittstelle, die angesteuert/programmiert wird).

Eine gängige Netzwerkkarte besitzt nur einen Netzwerk-Anschluss. Es existieren aber spezielle Netzwerkkarten mit mehreren (in der Regel bis zu vier) Ethernet-Anschlüssen. Häufig wird der Netzwerkanschluss zunehmend direkt auf der Hauptplatine untergebracht (als Teil des Chipsatzes), so dass keine Netzwerkkarte mehr nötig ist. Seit Ende 2003 befinden sich bei vielen neuen PCs bereits 1000 MBit-Anschlüsse auf der Hauptplatine.

Jede Ethernet-Netzwerkkarte besitzt eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die vom Hersteller vergeben wird. Allerdings gibt es auch einige Treiber, die es erlauben, die MAC-Adresse per Software temporär zu ändern, wodurch Sicherheitsprobleme in einem LAN entstehen können.

Viele Netzwerkkarten haben einen Sockel für ein sogenanntes Boot-PROM (auch Boot-ROM genannt). Dieser Speicherbaustein wird in den Adressbereich des Rechners eingeblendet und erlaubt den Start des Rechners aus dem Netzwerk, ohne einen lokalen (in den Rechner eingebauten oder direkt angeschlossenen) Massenspeicher, wie z. B. eine Festplatte. Verschiedene Computerarchitekturen, Betriebssysteme sowie verschiedene Netzwerk-Umgebungen (IPX/SPX, TCP/IP) erfordern unterschiedliche Boot-Programme, so dass es dem Anwender überlassen, mit welchem Boot-Programm er es bestücken möchte. Der klassische Weg für PCs ist ein sogenanntes Novell-Boot-PROM.

Alle Ansätze haben eines gemeinsam: Das Programm im Boot-PROM wird gestartet und klinkt sich in den weiteren Boot-Vorgang ein. Entweder vor oder nach der Suche nach einem startfähigen lokalen Medium, wird das Boot-PROM wieder aktiviert und lädt über das Netzwerk ein Betriebssystem nach. Üblicherweise geschieht dies in kleinen Schritten, zunächst wird ein Hilfsprogramm mit erweiterten Netzwerkfunktionen und dann größere Teile des Betriebssystems geladen. Nun wird die Kontrolle an das Betriebssystem übergeben, das dann weitere Netzwerkdienste in Anspruch nimmt.

Manche Netzwerkkarten haben statt des Sockels ein direkt im Chipsatz der Netzwerkkarte integriertes, umprogrammierbares EEPROM, das mit einem Hilfsprogramm mit verschiedenen Boot-Programmen geladen werden kann, so dass ein Öffnen des Rechners entfällt.