La carte réseau (appelée Network Interface Card en anglais et notée NIC) constitue l'interface entre l'ordinateur et le câble du réseau. La fonction d'une carte réseau est de préparer, d'envoyer et de contrôler les données sur le réseau.

La carte réseau possède généralement deux témoins lumineux (LEDs) :

• La LED verte correspond à l'alimentation de la carte ;
• La LED orange (10 Mb/s) ou rouge (100 Mb/s) indique une activité du réseau (envoi ou réception de données).

Pour préparer les données à envoyer, la carte réseau utilise un transceiver qui transforme les données parallèles en données séries. Chaque carte dispose d'une adresse unique, appelée adresse MAC, affectée par le constructeur de la carte, ce qui lui permet d'être identifiée de façon unique dans le monde parmi toutes les autres cartes réseau.

Les cartes réseau disposent de paramètres qu'il est possible de configurer. Parmi eux figurent l'interruption matérielle (IRQ), l'adresse de base du port E/S et l'adresse de base de la mémoire (DMA).

Pour garantir la compatibilité entre l'ordinateur et le réseau, la carte doit être adaptée à l'architecture du bus de données de l'ordinateur et avoir le type de connecteur approprié au câblage. Chaque carte est conçue pour s'adapter à un certain type de câble. Certaines cartes comprennent plusieurs connecteurs d'interfaces (à paramétrer soit avec les cavaliers, soit avec les DIP, soit de façon logicielle). Les connecteurs les plus répandus sont les connecteurs RJ-45.
NB : Certaines topologies réseau propriétaires utilisant la paire torsadée ont recours au connecteur RJ-11. Ces topologies sont parfois appelées « pré-10BaseT ».

Enfin pour garantir cette compatibilité entre ordinateur et réseau, la carte doit être compatible avec la structure interne de l'ordinateur (architecture du bus de données) et avoir un connecteur adapté à la nature du câblage.

Quel est le rôle de la carte réseau ?

Une carte réseau sert d'interface physique entre l'ordinateur et le câble. Elle prépare pour le câble réseau les données émises par l'ordinateur, les transfère vers un autre ordinateur et contrôle le flux de données entre l'ordinateur et le câble. Elle traduit aussi les données venant du câble et les traduit en octets afin que l'Unité Centrale de l'ordinateur les comprenne. Ainsi une carte réseau est une carte d'extension s'insérant dans un connecteur d'extensions (slot).

La préparation des données

Les données se déplacent dans l'ordinateur en empruntant des chemins appelés « bus ». Plusieurs chemins côte à côte font que les données se déplacent en parallèle et non en série (les unes à la suite des autres).

• Les premiers bus fonctionnaient en 8 bits (8 bits de données transportés à la fois)
• L'ordinateur PC/AT d'IBM introduit les premiers bus 16 bits
• Aujourd'hui, la plupart des bus fonctionnent en 32 bits

Toutefois sur un câble les données circulent en série (un seul flux de bits), en se déplaçant dans un seul sens. L'ordinateur peut envoyer OU recevoir des informations mais il ne peut pas effectuer les deux simultanément. Ainsi, la carte réseau restructure un groupe de données arrivant en parallèle en données circulant en série (1 bit).

Pour cela, les signaux numériques sont transformés en signaux électriques ou optiques susceptibles de voyager sur les câbles du réseau. Le dispositif chargé de cette traduction est le Transceiver.

Le rôle d'identificateur

• La carte traduit les données et indique son adresse au reste du réseau afin de pouvoir être distinguée des autres cartes du réseau.
• Adresses MAC : définies par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineer) qui attribue des plages d'adresses à chaque fabriquant de cartes réseau.
• Elles sont inscrites sur les puces des cartes : procédure appelée « Gravure de l'adresse sur la carte ». Par conséquent, chaque carte a une adresse MAC UNIQUE sur le réseau.

Les autres fonctions de la carte réseau

L'ordinateur et la carte doivent communiquer afin que les données puissent passer de l'un vers l'autre. L'ordinateur affecte ainsi une partie de sa mémoire aux cartes munies d'un Accès Direct à la Mémoire (DMA : Direct Access Memory).

La carte indique qu'un autre ordinateur demande des données à l'ordinateur qui la contient.
Le bus de l'ordinateur transfère les données depuis la mémoire de l'ordinateur vers la carte réseau.

Si les données circulent plus vite que la carte ne peut les traiter, elles sont placées dans la mémoire tampon affectée à la carte (RAM) dans laquelle elles sont stockées temporairement pendant l'émission et la réception des données.

Envoi et contrôle des données

Avant que la carte émettrice envoie les données, elle dialogue électroniquement avec la carte réceptrice pour s'accorder sur les points suivants :

• Taille maximale des groupes de données à envoyer
• Volume de données à envoyer avant confirmation
• Intervalles de temps entre les transmissions partielles de données
• Délai d'attente avant envoi de la confirmation
• Quantité que chaque carte peut contenir avant débordement
• Vitesse de transmission des données

Si une carte plus récente, donc plus perfectionnée, communique avec une carte plus lente, elles doivent trouver une vitesse de transmission commune. Certaines cartes ont des circuits leur permettant de s'adapter au débit d'une carte plus lente.

Il y a donc acceptation et ajustement des paramètres propres à chacune des deux cartes avant émission et réception des données.

Paramètres de configuration de la carte

Les cartes réseau sont munies d'options de configuration. Entre autres :

• Interruption (IRQ): Dans la plupart des cas, ce sont les IRQ 3 et 5 qui sont attribués aux cartes réseau. L'IRQ 5 est même conseillé (s'il est disponible !) et la plupart des cartes l'utilisent comme paramètre par défaut.
• Adresse de base du port d'entrée/sortie (E/S) : Chaque périphérique doit utiliser une adresse de base différente pour le port correspondant.
• Adresse de base de la mémoire : Elle désigne un emplacement de la mémoire vive (RAM) de l'ordinateur. La carte utilise cet emplacement comme tampon pour les données qui entrent et qui sortent. Ce paramètre est parfois appelé « adresse de début » (RAM Start Address). En général, l'adresse de base de la mémoire pour une carte réseau est D8000. Le dernier 0 est parfois supprimé pour certaine carte réseau. Il est essentiel de prendre soin de ne pas sélectionner une adresse de base déjà utilisée par un autre périphérique. A noter toutefois que certaines cartes réseau n'ont pas de réglage pour l'adresse de base de la mémoire car elles n'utilisent pas les adresses RAM de la machine.
• Le transceiver

Remarque : il est possible de configurer la carte de manière logicielle. Les paramètres doivent correspondre avec la disposition des cavaliers ou des commutateurs DIP (Dual Inline Package) situés sur la carte réseau. Les réglages sont fournis avec la documentation de la carte. Beaucoup de cartes récentes sont en PnP (Plug and Play). Cela dispense de configurer la carte à la main mais peut parfois être gênant (apparition de conflits) auquel cas il est généralement agréable de pouvoir désactiver l'option PnP et configurer la carte "à la main".

Cartes réseau Ethernet

La plupart des cartes réseau destinées au grand public sont des cartes Ethernet. Elles utilisent comme support de communication des paires torsadées (8 fils en cuivre), disposant à chaque extrémité de prises RJ45.

Les trois standards Ethernet (norme 802.3) les plus courants correspondent aux trois débits les plus fréquemment rencontrés :

• Le 10Base-T permet un débit maximal de 10 Mbit/s. Le câble RJ45 peut alors mesurer jusqu'à une centaine de mètres et seuls 4 des 8 fils sont utilisés.
• Le 100Base-TX permet un débit maximal de 100 Mbit/s. Il est également appelé Fast Ethernet et est désormais supporté par la quasi-totalité des cartes réseau. Comme pour le 10Base-T, le câble RJ45 peut alors mesurer jusqu'à une centaine de mètres et seuls 4 des 8 fils sont utilisés.
• Le 1000Base-T permet un débit maximal de 1 000 Mbit/s. Il est également appelé Gigabit Ethernet et se démocratise rapidement. Pour que le réseau fonctionne correctement, le câble RJ45 peut toujours mesurer jusqu'à 100 m, mais doit être de bonne qualité. Cette fois, les 8 fils sont utilisés.

Afin d'étendre les distances maximales, d'autres normes Ethernet existent : elles utilisent dans la plupart des cas de la fibre optique comme support de communication.

Pour relier deux ordinateurs en réseau, un câble RJ45 spécifique suffit : il s'agit d'un câble « croisé » dont on branche simplement les extrémités dans chaque carte. Pour relier plus de deux machines, on utilise un matériel nommé hub ou switch : une extrémité du câble sera alors branchée sur l'ordinateur alors que l'autre sera relié au switch. Les deux caractéristiques fondamentales d'un switch sont sa vitesse (compatibilité 10Base-T, 100Base-TX et/ou 1000Base-T) et son nombre de ports (nombre de prises RJ45).

Cartes réseau Wi-Fi

Les réseaux sans fil Wi-Fi (Wireless Fidelity) ou WLAN (Wireless Local Area Network) fonctionnent sur les mêmes principes que les réseaux Ethernet filaires. Une carte réseau Wi-Fi doit être installée sur chaque ordinateur du réseau sans fil. Cette carte peut être directement incluse dans la carte mère (cas de nombreux portables), mais peut également se trouver sous la forme d'une carte PCI ou d'une clé USB. Une antenne, parfois intégrée dans la carte, permet l'envoi et la réception des signaux.

Il est possible de relier deux machines directement par Wi-Fi (on parle alors d'architecture ad hoc). Comme en Ethernet filaire, pour relier plus de deux machines, on utilise généralement un matériel spécifique, appelé routeur Wi-Fi (ou point d'accès). Ce dernier dispose d'une à trois antennes afin d'optimiser l'envoi et la réception des signaux. En outre, il possède au moins un port RJ45 afin de pouvoir le relier à un réseau Ethernet filaire (généralement compatible 100Base-TX). On parle alors d'architecture de type infrastructure.

Plusieurs normes Wi-Fi ont été mises en oeuvre afin d'augmenter progressivement la portée et la vitesse des échanges :

• Ainsi, le 802.11b permet un débit théorique jusqu'à 11 Mbit/s (environ 6 Mbit/s réel) pour une portée maximale de 300 m (en intérieur, cette portée est toutefois généralement limitée à quelques dizaines de mètres). Tous les ordinateurs grand public, les PDA ou les smartphones équipés de cartes Wi-Fi sont au moins compatibles avec cette norme.
• Le 802.11g permet un débit théorique maximal de 54 Mbit/s (environ 25 Mbit/s réel). Le 802.11g a une compatibilité ascendante avec la norme 802.11b, ce qui signifie que des matériels conformes à la norme 802.11g peuvent fonctionner en 802.11b.
• Le 802.11n, dit également WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) ou TGn Sync, est une norme finalisée en 2008. Le débit théorique atteint les 600 Mbit/s (débit réel de 100 Mbit/s dans un rayon de 90 m) grâce aux technologies MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Depuis 2006, des équipements qualifiés généralement de pré-N sont disponibles. Ils mettent en oeuvre la technologie MIMO d'une façon propriétaire, plus ou moins éloignée de la norme 802.11n finale.