网卡

以太网 NIC 的工作原理

NIC 在 OSI 模型的第一层（物理层）和第二层（数据链路层）工作。发送数据时，驱动将 IP 包封装为以太网帧，写入 NIC 的发送缓冲区（TX ring），DMA 直接内存访问把帧搬到 NIC 的硬件缓冲，编码为电信号或光信号发出。接收时反向：信号解码为帧，NIC 校验 FCS（帧校验序列），通过 DMA 写入主机内存的 RX ring，触发中断通知 CPU。

现代高速 NIC 会把大量 CPU 工作卸载到硬件：TCP/UDP 校验和卸载（checksum offload）、TCP 分段卸载（TSO）、大包接收卸载（LRO），避免 CPU 逐字节计算。Mellanox/NVIDIA ConnectX-7（2022，400 GbE）支持 RDMA over Converged Ethernet（RoCE v2），允许节点间直接内存读写，绕过操作系统，延迟低至 1 μs 级别。[1]

SmartNIC 与 DPU

传统 NIC 只做物理层和链路层。SmartNIC（如 NVIDIA BlueField-3 DPU）在此基础上集成了 ARM 核心和可编程网络引擎，可在卡上运行 OVS 虚拟交换机、IPSec 加解密、负载均衡等任务，把数据中心基础设施的 CPU 开销从主机转移到 DPU，让主机核心专注于业务逻辑。AWS Nitro、阿里云神龙都是类似思路的自研实现。