کارت HBA چیست و به چه مدلهایی تقسیم میشود؟
کارت HBA سرنام Host Bus Adapter یک مولفه سختافزاری کاربردی در سرورها است که بهعنوان واسطهای برای اتصال سیستم میزبان (Host) به دستگاههای ذخیرهسازی یا شبکهای عمل میکند که برای این منظور از فناوریها و پروتکلهایی مثل کانال فیبر (FC) سرنام Fibre Channel، SCSI، SAS و SATA استفاده میکنند تا بتوانند فرآیند انتقال دادهها بین سیستم میزبان و دستگاههای خارجی را فراهم میکنند. به طور معمول، HBA بهصورت یک کارت توسعه در اسلاتهای PCIe مادربورد نصب میشود، هرچند ممکن است در قالبهای دیگری مانند کارتهای mezzanine برای سرورهای بلید نیز عرضه شود.
عملکرد اصلی HBA تبدیل پروتکلهای داخلی سیستم مانند PCI یا SBus به پروتکلهای موردنیاز برای دستگاههای ذخیرهسازی یا شبکهای است، که این امر بهویژه در سیستمهای ذخیرهسازی شبکهای (SAN) حیاتی است. بهعنوان مثال، در یک FC-SAN، کارت HBA با استفاده از پروتکل Fibre Channel امکان اتصال سرور به سوئیچهای فیبر نوری یا دستگاههای ذخیرهسازی را فراهم میکند، در حالی که در IP-SAN مانند iSCSI، این کارت از پروتکلهای TCP/IP برای انتقال دادهها از طریق شبکههای اترنت استفاده میکند. این تبدیل پروتکل به کاهش بار پردازشی پردازنده مرکزی کمک میکند، زیرا HBA بسیاری از عملیات پردازش داده، مانند بستهبندی و باز کردن بستههای داده (Encapsulation/Decapsulation)، را بهصورت مستقل انجام میدهد.
تفاوت کارت HBA و NIC
کارتهای HBA و کارت شبکه NIC سرنام Network Interface Card هر دو مولفههای سختافزاری هستند که برای اتصال سیستمهای کامپیوتری به دستگاههای خارجی یا شبکهها استفاده میشوند، اما تفاوتهای اساسی در کاربرد، طراحی و عملکرد آنها وجود دارد. HBA عمدتا برای اتصال سرورها به دستگاههای ذخیرهسازی در سطح بلوک (Block-Level Storage) طراحی شده است و در محیطهایی مانند شبکههای ذخیرهسازی (SAN) با پروتکلهایی مثل Fibre Channel، SAS یا iSCSI به کار میرود. این کارتها دادهها را با پروتکلهای خاص ذخیرهسازی انتقال میدهند و با تبدیل پروتکلهای داخلی سیستم به پروتکلهای ذخیرهسازی، به سرور اجازه میدهند به کارهای محاسباتی مهمتر بپردازد. در مقابل، NIC برای اتصال به شبکههای اترنت و انتقال دادههای عمومی در سطح شبکه مانند (TCP/IP) طراحی شده است و در شبکههای LAN یا WAN استفاده میشود. به عبارت دیگر، HBA برای دسترسی مستقیم به ذخیرهسازی مانند هارد دیسکها یا آرایههای رید بهینه شده است، در حالی که NIC برای ارتباطات شبکهای عمومی مانند دسترسی به اینترنت یا انتقال فایل بین سیستمها کاربرد دارد.
از نظر فنی، HBAها معمولا پیچیدگی بیشتری نسبت به NIC دارند، زیرا باید عملیات تخصصی مانند مدیریت پروتکلهای ذخیرهسازی، رمزنگاری دادهها و پشتیبانی از ویژگیهای پیشرفته مانند مجازیسازی را انجام دهند. به عنوان مثال، یک FC-HBA دارای (WWN) سرنام World Wide Name منحصربهفردی است که مشابه آدرس MAC در NIC عمل میکند، اما برای شناسایی در شبکههای فیبر نوری استفاده میشود. HBAها همچنین از سرعتهای بالا مانند 32 گیگابیت بر ثانیه در کانال فیبر پشتیبانی میکنند و برای محیطهای دیتاسنتر با نیازهای ذخیرهسازی سنگین مناسب هستند. در مقابل، NICها معمولا در سرعتهای استاندارد اترنت کار میکنند و برای کاربردهای عمومی شبکه مانند وبگردی، استریم یا ارتباطات کلاینت-سرور طراحی شدهاند. از نظر هزینه، HBAها به دلیل تخصصی بودن گرانتر از NICها هستند و استفاده از آنها بهعنوان کارت شبکه معمولی مقرونبهصرفه نیست. همچنین، از منظر نرمافزاری، HBAها به درایورها و ابزارهای مدیریتی خاصی نیاز دارند که توسط تولیدکنندگانی مانند QLogic یا Emulex ارائه میشوند، در حالی که NICها معمولا با سیستمعاملها بهصورت پیشفرض سازگار هستند. همچنین، HBAها در محیطهای سازمانی که نیاز به مدیریت متمرکز ذخیرهسازی و مقیاسپذیری بالا دارند، برتری دارند، در حالی که NICها در شبکههای استاندارد و روزمره کاربرد بیشتری دارند. در نهایت، انتخاب بین HBA و NIC به نوع کاربرد بستگی دارد: اگر هدف اتصال به ذخیرهسازی با کارایی بالا باشد، HBA انتخاب مناسب است؛ اما برای ارتباطات شبکهای عمومی، NIC گزینه بهتری است.
چه تجهیزاتی را میتوان با کارت HBA متصل کرد؟
به طور کلی، کارت HBA ، با هدف برقراری ارتباط سرور با تجهیزات ذخیرهسازی مورد استفاده قرار میگیرد. این کارتها به سرور اجازه میدهند تا با دستگاههای ذخیرهسازی مانند آرایههای دیسک (Disk Arrays)، کتابخانههای نوار (Tape Libraries) و شبکههای ذخیرهسازی (SAN) ارتباط برقرار کند. تجهیزاتی که میتوان با کارت HBA متصل کرد، عمدتا شامل موارد زیر هستند:
- آرایههای ذخیرهسازی (Storage Arrays): سیستمهای ذخیرهسازی هستند که شامل چندین هارد دیسک یا SSD میشوند و معمولا به صورت رید پیکربندی شدهاند تا عملکرد و افزونگی را بهبود بخشند.
- شبکههای ذخیرهسازی (SAN): کارتهای HBA برای اتصال سرورها به SANها ضروری هستند. SANها شبکههای اختصاصی با سرعت بالا هستند که دسترسی بلوکی به دادهها را برای سرورها فراهم میکنند.
- کتابخانههای نوار (Tape Libraries): این دستگاهها برای پشتیبانگیری و آرشیو دادهها در مقیاس بزرگ استفاده میشوند. HBAها اتصال سرور به این کتابخانهها را امکانپذیر میکنند.
- درایوهای دیسک خارجی (External Disk Drives): در برخی موارد، HBAها برای اتصال به انکلوژرهای دیسک خارجی که شامل چندین درایو هستند، استفاده میشوند.
انواع کارتهای HBA
کارتهای HBA به انواع مختلفی تقسیم میشوند که هریک کاربردهای مخصوص به خود را دارند، از اینرو قبل از خرید این کارتها مهم است در مورد آنها اطلاع کافی داشته باشید. همچنین، در صورتی که اطلاعات تخصصی در این زمینه ندارید، کارشناسان تجارت الکترونیک مفتاح آماده پاسخگویی به پرسشهای خوانندگان عزیز هستند.
کارت HBA فیبر نوری (Fibre Channel HBA)
کارتهای Fibre Channel HBA برای اتصال سرورها به شبکههای ذخیرهسازی (SAN) مبتنی بر پروتکل Fibre Channel طراحی شدهاند. این کارتها بهعنوان واسطهای بین سرور و دستگاههای ذخیرهسازی مانند آرایههای دیسک عمل میکنند و از سرعتهای بالا (مانند 8، 16 یا 32 گیگابیت بر ثانیه) پشتیبانی میکنند. FC-HBAها دارای World Wide Name منحصربهفردی هستند که برای شناسایی در شبکههای فیبر نوری استفاده میشود، مشابه آدرس مک در اترنت. این کارتها معمولا در اسلاتهای PCIe نصب میشوند و با کاهش بار پردازشی پردازنده مرکزی، عملیات انتقال داده را بهینه میکنند. FC-HBAها برای دیتاسنترها و محیطهای سازمانی که نیاز به دسترسی سریع و قابل اطمینان به ذخیرهسازی دارند، ایدهآل هستند. امروزه، برندهای مختلفی در زمینه ساخت این نوع کارتها به فعالیت اشتغال دارند. این کارتها از ویژگیهایی مانند مجازیسازی، مدیریت متمرکز و امنیت پیشرفته پشتیبانی میکنند. با این حال، هزینه بالای آنها و نیاز به زیرساخت فیبر نوری باعث میشود که بیشتر در محیطهای حرفهای استفاده شوند تا کاربردهای عمومی.
کارت HBA مبتنی بر iSCSI
کارتهای iSCSI HBA برای اتصال سرورها به ذخیرهسازی مبتنی بر پروتکل iSCSI سرنام (Internet Small Computer Systems Interface) طراحی شدهاند که از شبکههای اترنت استاندارد برای انتقال دادههای ذخیرهسازی استفاده میکنند. برخلاف FC-HBA، این کارتها نیازی به زیرساخت فیبر نوری ندارند و از کابلهای اترنت مانند RJ45 پشتیبانی میکنند، که هزینهها را کاهش میدهد. iSCSI HBAها با پردازش پروتکلهای TCP/IP و iSCSI بهصورت سختافزاری، همانند کارتهای کانال فیبر بار محاسباتی سیپییو را کم میکنند و عملکردی بهتر از راهحلهای نرمافزاری iSCSI ارائه میدهند. این کارتها در سرعتهای مختلف به بازار عرضه میشوند و برای محیطهای سازمانی کوچک یا سازمانهایی که زیرساخت اترنت دارند، مناسب هستند.
کارت HBA مبتنی بر SAS/SATA
کارتهای SAS/SATA HBA برای اتصال مستقیم سرورها به دستگاههای ذخیرهسازی با رابطهای SAS یا SATA طراحی شدهاند. این کارتها معمولا برای اتصال به هارد دیسکها یا SSDها در سرورها یا آرایههای ذخیرهسازی استفاده میشوند و در محیطهای ذخیرهسازی مستقیم (DAS) یا حتی SAN کاربرد دارند. SAS HBAها از سرعتهای بالا (تا 12 گیگابیت بر ثانیه) پشتیبانی میکنند و قابلیت اتصال به تعداد زیادی درایو (تا صدها دستگاه با استفاده از گسترشدهندهها) را دارند. این کارتها با پروتکل SCSI سازگارند و برای مدیریت آرایههای دیسک یا رید ساده مناسب هستند، هرچند معمولا قابلیتهای رید پیشرفته را به کنترلرهای رید واگذار میکنند. SATA HBAها برای اتصال به درایوهای ارزانتر ساتا طراحی شدهاند و برای کاربردهای کمهزینهتر مناسباند. این کارتها به دلیل سادگی، مقیاسپذیری و هزینه مناسب، در سرورهای کوچک تا متوسط و دیتاسنترها کاربرد گستردهای دارند.
کارت QLogic HBA
کارتهای QLogic HBA، که توسط شرکت Marvell QLogic تولید میشوند، از پیشرفتهترین کارتهای Host Bus Adapter برای اتصال سرورها به شبکههای ذخیرهسازی (SAN) یا دستگاههای ذخیرهسازی مستقیم (DAS) هستند و عمدتا از پروتکلهای کانال فیبر و گاهی iSCSI پشتیبانی میکنند. این کارتها از رابط PCIe (معمولاً نسل 3.0 یا 4.0) استفاده میکنند و سرعتهایی از 8 تا 32 گیگابیت بر ثانیه و در مدلهای جدیدتر تا 64 گیگابیت بر ثانیه ارائه میدهند. معماری آنها شامل کنترلرهای اختصاصی QLogic است که پروتکلهای FC را با کارایی بالا پردازش کرده و ویژگیهایی مانند Offloading، مجازیسازی و مدیریت خطا را فراهم میکنند. هر کارت دارای WWN منحصربهفرد برای شناسایی در شبکههای فیبر نوری است. QLogic HBAها در مدلهای تکپورت و دوپورت عرضه میشوند که دوپورتها افزونگی و توزیع بار را تضمین میکنند. این کارتها با فریمور بهینهشده و درایورهای سازگار با سیستمعاملهای مختلف مانند ویندوز، لینوکس و غیره عملکردی پایدار ارائه میدهند. QLogic به دلیل قابلیت اطمینان، مقیاسپذیری و پشتیبانی از فناوریهای مدرن مانند NVMe over Fabrics در دیتاسنترها و محیطهای سازمانی بسیار محبوب است. مدیریت متمرکز از طریق ابزارهای QLogic نیز استفاده از آنها را ساده میکند.
انواع کارتهای HBA کمپانی اچپی
شرکت اچپی انواع مختلفی از کارتهای HBA را برای سرورها و سیستمهای ذخیرهسازی ارائه میدهد که عمدتا از پروتکلهای کانال فیبر و SAS پشتیبانی میکنند. این شرکت طیف گسترده و متنوعی از کارتهای HBA را به بازار عرضه کرده است که برخی از آنها به شرح زیر هستند:
معیارهای تاثیرگذار بر سرعت انتقال اطلاعات در کارتهای HBA
سرعت انتقال اطلاعات در کارتهای HBA به عوامل متعددی مثل نوع پروتکل، رابط سختافزاری، نسل فناوری، زیرساخت شبکه یا ذخیرهسازی، و تنظیمات سیستم بستگی دارد. نوع پروتکل یکی از عوامل کلیدی است. کارتهای Fibre Channel HBA از پروتکل فیبر نوری استفاده میکنند که سرعتهایی از 8 تا 64 گیگابیت بر ثانیه ارائه میدهد. برای مثال، یک FC-HBA با سرعت 32 گیگابیت بر ثانیه میتواند حدود 4 گیگابایت بر ثانیه دادهها را منتقل کند. در مقابل، iSCSI HBA به شبکه اترنت وابسته است و سرعت آن معمولاً 1 تا 100گیگابیت برثانیه به کیفیت و نوع کابلها مانند Cat6 یا Cat7 و سوئیچهای شبکه بستگی دارد. SAS/SATA HBA نیز بسته به نسل SAS، 6، 12 یا 24 گیگابیت برثانیه یا SATA تا 6 گیگابیت بر ثانیه ارائه میکنند. رابط سختافزاری مانند PCIe نیز نقش مهمی دارد. نسلهای جدیدتر PCIe مانند PCIe 4.0 یا 5.0) پهنای باند بیشتری (تا 32 یا 64 گیگابایت بر ثانیه برای x16 فراهم میکنند.
زیرساخت ذخیرهسازی یا شبکه عامل دیگری در این زمینه است. در FC-HBA، کیفیت سوئیچهای فیبر نوری و کابلهای نوری تاثیرگذار است، در حالی که در iSCSI، پهنای باند شبکه و تأخیر (Latency) شبکه اترنت اهمیت دارد. برای SAS/SATA، تعداد و نوع درایوهای متصل هارد دیسک یا حافظه حالت جامد و استفاده از گسترشدهندهها (Expanders) بر سرعت اثر میگذارد. تعداد خطوط (Lanes) در SAS یا PCIe نیز پهنای باند کل را تعیین میکند؛ برای مثال، یک SAS HBA با رابط x8 و سرعت 12 گیگابیت بر ثانیه میتواند پهنای باند موردنیاز سازمانها را در اختیارشان قرار دهد. همچنین، نسل فناوری HBA و درایورهای نرمافزاری نیز مهم هستند. درایورهای بهروز و بهینهسازیهای فریمور میتوانند عملکرد را بهبود بخشند. نوع داده و بار کاری نیز تأثیرگذار است؛ بارهای کاری ترتیبی (Sequential) معمولا سرعت بیشتری نسبت به بارهای تصادفی (Random) دارند. پیکربندی سیستم مانند تنظیمات رید، فعال بودن قابلیتهایی مانند فشردهسازی یا رمزنگاری، و توان پردازشی پردازنده مرکزی نیز میتوانند سرعت را محدود کنند. در iSCSI، پردازش TCP/IP ممکن است تاخیر ایجاد کند، مگر اینکه HBA از Offloading پشتیبانی کند. تعداد دستگاههای متصل و رقابت برای پهنای باند نیز میتواند سرعت را کاهش دهد، بهویژه در محیطهای پرتراکم مانند دیتاسنترها. در نهایت، انتخاب HBA مناسب با توجه به این پارامترها و تطبیق آن با نیازهای برنامه (مانند پایگاه داده، مجازیسازی یا تحلیل داده) برای دستیابی به حداکثر سرعت انتقال داده ضروری است. امروزه، برندهای معروفی مانند Broadcom، QLogic و Emulex مدلهایی با قابلیتهای متنوع برای بهینهسازی سرعت ارائه میدهند.
کارت SAS HBA
کارت SAS HBA یکی از پر استفادهترین کارتهای HBA موجود در بازار است که برای اتصال سرورها به دستگاههای ذخیرهسازی با رابط SAS یا SATA طراحی شده و از منظر فنی و معماری، ویژگیهای پیشرفتهای برای مدیریت ذخیرهسازی ارائه میدهد. از نظر معماری، SAS HBA معمولا از یک رابط PCIe (نسل 3.0، 4.0 یا 5.0) برای اتصال به مادربورد سرور استفاده میکند، که پهنای باند بالایی تا 64 گیگابایت بر ثانیه در PCIe 5.0 x16 فراهم میکند. این کارتها شامل یک کنترلر مرکزی مانند چیپهای Broadcom LSI یا Microchip هستند که پروتکلهای SCSI را مدیریت کرده و دادهها را بین سیستم میزبان و درایوهای ذخیرهسازی انتقال میدهند. SAS HBAها از سرعتهای 6، 12 یا 24 گیگابیت بر ثانیه برای هر لاین پشتیبانی میکنند و با استفاده از چندین خط مانند x4 یا x8، پهنای باند کل را افزایش میدهند. از نظر فنی، SAS HBAها قابلیت اتصال به صدها درایو را از طریق گسترشدهندهها دارند و از ویژگیهایی مانند Hot-Plugging، مدیریت خطا و پشتیبانی از درایوهای SAS و SATA بهصورت همزمان بهره میبرند. این کارتها معمولا فاقد قابلیتهای رید پیشرفته هستند و این وظیفه را به کنترلرهای رید یا نرمافزارهای مدیریت واگذار میکنند، که باعث کاهش هزینه و پیچیدگی میشود. معماری آنها شامل حافظه کش داخلی و فریمور بهینهشده برای کاهش تاخیر و افزایش کارایی است. SAS HBAها با سیستمعاملهای مختلف سازگارند و از درایورهای تخصصی برای مدیریت متمرکز استفاده میکنند. در دیتاسنترها، این کارتها برای محیطهای ذخیرهسازی مستقیم یا SAN با نیاز به مقیاسپذیری و عملکرد بالا ایدهآل هستند.
خلاصه اطلاعات مهم کارت HBA
| ویژگی | توضیحات |
| تعریف | یک آداپتور ورودی/خروجی (I/O) که سرور را به دستگاههای ذخیرهسازی خارجی متصل میکند. |
| وظیفه اصلی | فراهم کردن ارتباط پرسرعت و مستقیم بین سرور و سیستمهای ذخیرهسازی، و تخلیه بار پردازشی (offload) مرتبط با پروتکل ذخیرهسازی از CPU سرور. |
| انواع اصلی بر اساس فناوری | 1. Fibre Channel (FC) HBA: برای اتصال به SANهای Fibre Channel استفاده میشود. سرعت بالا و تأخیر کم. مناسب برای محیطهای سازمانی و HPC (High-Performance Computing). 2. SAS HBA (Serial Attached SCSI): برای اتصال به دستگاههای ذخیرهسازی SAS (مانند درایوها و آرایههای SAS) استفاده میشود. رایج در سرورهایی که مستقیماً به محفظههای درایو خارجی متصل میشوند. 3. iSCSI HBA (Internet SCSI): برای اتصال به ذخیرهسازیهای iSCSI از طریق شبکه اترنت. میتواند بار پردازشی پروتکل iSCSI را از CPU سرور بردارد. دستیابی به تأخیر بسیار پایین و کارایی فوقالعاده بالا. |
| تجهیزات قابل اتصال | آرایههای ذخیرهسازی (Storage Arrays): مثل SANها، NASها در صورت پشتیبانی بلاک-لول. کتابخانههای نواری (Tape Libraries). انکلوژرهای دیسک خارجی (External Disk Enclosures). |
| مزایای کاربری | عملکرد بالا: افزایش سرعت انتقال داده و کاهش تأخیر. کاهش بار CPU: پردازش پروتکلهای ذخیرهسازی را از CPU سرور جدا میکند. مقیاسپذیری: امکان اتصال به تعداد زیادی دستگاه ذخیرهسازی. پایداری و قابلیت اطمینان: اتصال اختصاصی و بهینه برای ذخیرهسازی. |
| تفاوت با RAID Controller | HBA صرفاً یک آداپتور ورودی/خروجی است و مدیریت رید را انجام نمیدهد. کنترلر رید علاوه بر اتصال، قابلیت مدیریت آرایههای رید و محافظت از دادهها را نیز دارد. |
| نرمافزار (Drivers) | نیاز به نصب درایورهای مناسب در سیستم عامل سرور برای عملکرد صحیح. |
| کاربردها | دیتاسنترها، محیطهای مجازیسازی، سرورهای پایگاه داده، سیستمهای پشتیبانگیری، HPC و هرجا که نیاز به دسترسی پرسرعت و مستقیم به ذخیرهسازی خارجی باشد. |
حمیدرضا تائبی