کارت شبکه سرور می‌تواند نقش مهمی در کیفیت ارتباطات شبکه ایفا کند. در این مقاله قصد داریم Converged Network Adapter(CNA) را معرفی کنیم و به نحوه استفاده از CNA، تفاوت آن با HBA، مزایای استفاده از CNA بر بستر فیبر نوری و … بپردازیم. با فالنیک همراه باشد.
فهرست محتوا
آداپتور شبکه همگرا (CNA) چیست؟
آداپتور شبکه همگرا (Converged Network Adapter) یک کارت رابط شبکه (Network Interface Card) است که کارشناسان شبکه از نصب دو کارت روی یک سرور بی‌نیاز میکند، زیرا توانایی پشتیبانی از کانال فیبر (Fiber Channel) و اترنت (Ethernet) را دارد. این کارت که روی سرورها نصب میشود، مزایای کاربردی قابل توجهی در اختیار سرپرستان شبکه قرار میدهد که مدیریت ساده شبکه از مهم‌ترین آن‌هاست. معمولاً سازمان‌های بزرگ از سرورهایی استفاده می‌کنند که حداقل مجهز به دو آداپتور اتوبوسی میزبان کانال فیبر (FC HBA) سرنام Fiber Channel Host Bus Adapter و کارت رابط شبکه اترنت (Ethernet Network Interface Card) هستند که وظیفه اتصال سرور به شبکه ذخیرهسازی کانال فیبر و شبکه محلی (اترنت) را بر عهده دارد. آداپتورهای شبکه همگرا (CNA) عملکرد هر دو آداپتور مذکور را ارائه می‌دهند. در این حالت، دیگر نیازی به نصب دو کارت شبکه روی اسلات‌های گسترشی سرور وجود ندارد.
در شکل زیر نمای پیکربندی سنتی مبتنی بر FC HBA + NIC و پیکربندی پیشرفته‌تر CAN/FCOE را مشاهده میکنید. اگر به پیکربندی اول دقت کنید، مشاهده میکنید که دو آداپتور جداگانه در سرور نصب شده‌اند تا سرور توانایی برقراری ارتباط با اترنت یا همان شبکه محلی و شبکه ذخیرهسازی مبتنی بر کانال فیبر را داشته باشد.
در بخش پایین شکل دوم، تنها از یک آداپتور CNA استفاده شده است که توانایی انتقال ترافیک اترنت و FCOE از طریق یک کابل واحد را دارد. این کابل به یکی از پورت‌های اترنت سوییچ همگرا که شامل هر دو پورت اترنت و کانال فیبر است، متصل میشود. این سوییچ همگرا ترافیک FCOE را به ترافیک کانال فیبر تبدیل میکند تا از طریق شبکه کانال فیبر برای FC SAN ارسال شود.
اکنون، به پرسش این مقاله می‌رسیم که CNA چیست. CNA یا به عبارت دقیق‌تر، آداپتور شبکه همگرا، کارت شبکه منفردی است که عملکرد هر دو آداپتور گذرگاه میزبان کانال فیبر (FC) و کارت رابط شبکه اترنت مبتنی بر پروتکل TCP/IP را به شکل یکپارچه ارائه میکند. این آداپتورها نقش کلیدی در برقراری ارتباط سرورها با شبکه‌های منطقه ذخیرهسازی مبتنی بر کانال فیبر و شبکه‌های محلی مبتنی بر اترنت (LAN) دارند.
یک آداپتور CNA از طریق یک شکاف توسعه (PCIe) روی سرور نصب میشود. سرور از آداپتور CNA برای ارسال ترافیک SAN و LAN از طریق یک کانکتور واحد به پورت اترنت سوئیچ شبکه استفاده میکند. سوییچی که توانایی مدیریت ترافیک هر دو شبکه را دارد.
کارت CNA از پروتکل کانال فیبر روی اترنت (FCoE) برای ارسال دادهها برای سوییچ استفاده میکند. پروتکل FCoE به کانال‌های ارتباطی کانال فیبر اجازه میدهد تا به شکل مستقیم با اترنت ارتباط برقرار کنند. همچنین، فرآیند انتقال ترافیک کانال فیبر در زیرساخت‌های اترنت را با بالاترین سرعت ممکن انجام میدهد. در ارتباط با داده‌هایی که از طریق شبکه محلی ارسال می‌شوند، کارت CNA از نسخه پیشرفته پروتکل اترنت برای اطمینان از انتقال دادهها بدون از دست رفتن استفاده میکند که البته برای پشتیبانی از داده‌های کانال فیبر نیز ضروری است. فرآیند ارسال اطلاعات از طریق کارت CNA را در تصویر زیر مشاهده میکنید.
همان‌گونه که مشاهده میکنید، سیستم عامل‌ها مجهز به درایورهای کانال فیبر و اترنت هستند که اطلاعات را برای کارت CNA ارسال می‌کنند. در ادامه، کارت CNA اطلاعات را از طریق پروتکل‌های FCoE و Lossless Ethernet برای سوییچ FCoE ارسال میکند. از این مرحله به بعد این وظیفه سوییچ است که ترافیک را به شکل درست برای کانال فیبر (SAN) یا اترنت شبکه محلی که کلاینت‌ها عضو آن هستند، ارسال کند.
آداپتور شبکه همگرا به مدیران شبکه اجازه میدهد با برقراری یک اتصال واحد بین شبکه منطقه ذخیرهسازی و شبکه اترنت، صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در هزینه‌های کابل‌کشی و اتصالات به وجود آورند.
نکته ظریف و مهمی که در این بخش وجود دارد این است که سوئیچی متصل به CNA باید توانایی مدیریت هر دو ترافیک اترنت و FCoE را داشته باشد. این سوئیچ ممکن است به عنوان سوئیچ FCoE، سوئیچ همگرا، سوئیچ دسترسی یا سوئیچ فورواردر نامیده شود یا بسته به نوع و عملکرد آن، ممکن است با نام‌های دیگری توصیف شود. سوئیچ صرف‌نظر از نقش یا نامی که دارد ترافیک FCoE را به کانال فیبر بومی تبدیل کرده و برای SAN ارسال میکند. همچنین، ترافیک اترنت را به شکل مستقیم برای شبکه محلی ارسال میکند.
در شبکه‌های SAN و LAN که فاقد کارت CNA هستند، هر سرور به حداقل دو آداپتور نیاز دارد که یک آداپتور HBA برای اتصال سرور به SAN و یک کارت شبکه اترنت برای اتصال سرور به شبکه محلی مورد استفاده قرار میگیرد. مزیت بزرگ به‌کارگیری کارت CNA در سرور، استفاده بهینه از اسلات‌های گسترشی (PCIe)، کابل‌ها، پورت‌های سوئیچ و بهبود سرعت است. علاوه بر این، هزینه‌های زیرساختی را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد و فرآیندهای مدیریتی را ساده‌تر میکند، زیرا اتصالات و کابل‌های کمتری برای مدیریت وجود دارد که صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌ها را به دنبال خواهد داشت.
چگونه از آداپتور CNA باید استفاده کنیم؟
یک آداپتور شبکه همگرا روی یک رابط گسترشی PCIe روی سرور نصب میشود. آداپتورهای شبکه همگرا قابلیت‌های عملیاتی سرورها را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشند، به طوری که دستیابی به شبکه‌های چند گیگابایتی را فراهم میکند. در این حالت، هزینه‌های عملیاتی دستیابی به شبکه‌های چند گیگابایتی به میزان قابل توجهی کاهش پیدا میکند.
چه تفاوتی میان آداپتورهای CNA و HBA وجود دارد؟
هنگامی که صحبت از آداپتورهای CNA و HBA به میان می‌آید، این پرسش را مطرح میشود که چه تفاوتی میان این دو آداپتور وجود دارد؟
آداپتور اتوبوسی میزبان (Host Bus Adapter)، کارت شبکهای است که فرآیند پردازش ورودی/خروجی و اتصال فیزیکی بین یک سامانه میزبان مثل سرور و یک دستگاه ذخیرهسازی را فراهم میکند. آداپتور HBA، دادهها را بین دستگاه میزبان و سامانه ذخیرهسازی در SAN منتقل میکند. مزیتی که کارت فوق در اختیار سرور قرار میدهد این است که بخشی از فرآیندها و بارهای پردازشی مربوط به ذخیرهسازی و بازیابی پردازنده مرکزی سرور را بر عهده میگیرد تا سرور زمان بیشتری برای رسیدگی به کارهای پردازشی مهمتر داشته باشد. رویکردی که باعث بهبود عملکرد سرور میشود. آداپتورهای HBA عمدتا در محیطهای SAN که مبتنی بر کانال فیبر هستند مورد استفاده قرار میگیرند. علاوه بر این، برای اتصال دستگاههای SCSI و SATA نیز کاربرد دارند. در شکل زیر نحوه استقرار و کاربرد کارت فوق را مشاهده میکنید.
در نقطه مقابل، آداپتور CNA قرار دارد که همان‌گونه که اشاره کردیم به نام کنترل‌کننده رابط شبکه همگرا (C-NIC) نیز نامیده میشود. این آداپتور نیز وظیفه رسیدگی به عملیات ورودی و خروجی مبتنی بر شبکه را دارد و علاوه بر این کارکردهای آداپتور HBA و کارت شبکه (NIC) را ترکیب میکند. به عبارت دیگر، دسترسی را به ترتیب به یک شبکه فضای ذخیرهسازی و یک شبکه کامپیوتری همه منظوره «همگرا» امکان‌پذیر میکند. CNA از طریق یک رابط گسترشی PCIe مخفف PCI Express روی سرور نصب میشود. سرور هر دو ترافیک FC SAN و LAN را برای یک پورت اترنت روی یک سوییچ همگرا با استفاده از پروتکل FCoE مخفف Fiber Channel over Ethernet ارسال میکند. سوئیچ همگرا، ترافیک FCoE را به کانال فیبر تبدیل کرده و برای FC SAN ارسال میکند، اما ترافیک اترنت به شکل مستقیم برای شبکه LAN ارسال میشود. عملکرد آداپتور فوق در شکل زیر نشان داده شده است.
مهم‌ترین و اصلی‌ترین تفاوت میان دو آداپتور فوق این است که CNA اجازه میدهد از طریق یک کارت واحد ترافیک اترنت و FCoE انتقال پیدا کند و به این شکل وابستگی به نصب کارت‌های چندگانه را برطرف میکند.
کانال فیبر بر بستر اترنت (Fibre Channel over Ethernet)
هنگامی که صحبت از کارت CNA به میان می‌آید، باید توضیحاتی در ارتباط با کانال فیبر بر بستر اترنت ارائه دهیم. FCoE یا به عبارت دقیق‌تر، کانال فیبر بر بستر اترنت، یک پروتکل ذخیرهسازی است که ارتباط کانال فیبر (FC) و اترنت را برقرار میکند. به بیان دیگر؛ FCoE انتقال ترافیک کانال فیبر را در زیرساخت‌های اترنت پرسرعت امکان‌پذیر میکند و نقش مهمی در همگرا کردن کانال‌های ارتباطی و رابط‌های واحد دارد.
هدف FCoE ترکیب عملیات ورودی و خروجی، کاهش پیچیدگی مسیریابی و مدیریت بسته‌ها و کاهش تعداد کابل‌ها و کارت‌های رابط مورد استفاده در سرورهاست. در ابتدا، FCoE با اقبال سردی از سوی کارشناسان شبکه روبرو شد، اما اکنون این‌گونه نیست و به شکل جدی مورد توجه قرار دارد.
به طور سنتی، سازمان‌ها از اترنت در ارتباط با شبکه‌های مبتنی بر پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP) و کانال فیبر برای شبکه‌های ذخیرهسازی استفاده می‌کردند. کانال فیبر از اتصالات با سرعت بالا بین دستگاههای محاسباتی که سرورها را به دستگاههای ذخیرهسازی مشترک و کنترل‌کننده‌های ذخیرهسازی و درایوها متصل میکند، پشتیبانی میکند. FCoE ترافیک کانال فیبر و اترنت را در کابل فیزیکی یکسان به اشتراک می‌گذارد و به سازمان‌ها اجازه میدهد ترافیک کانال فیبر و اترنت را از طریق یک سخت‌افزار واحد متمایز کنند.
FCoE از بافت اترنت بدون اتلاف (lossless Ethernet) و قالب‌بندی مبتنی بر فریم (frame) استفاده میکند. همان‌گونه که مشاهده میکنید، پروتکل مذکور به بهترین شکل ارتباطات تجهیزاتی که از کانال فیبر استفاده می‌کنند را برقرار میکند، اما لینک‌های اترنت پرسرعت را جایگزین لینک‌های کانال فیبر بین دستگاه‌ها میکند تا فرآیند انتقال دادهها سریع‌تر شود.
FCoE توانایی کار با کارت‌های اترنت استاندارد، کابل‌ها و سوئیچ‌هایی که برای مدیریت ترافیک کانال فیبر در لایه پیوند داده مورد استفاده قرار میگیرند، فریم‌های اترنت کپسوله شده، مسیریابی و انتقال فریم‌های کانال فیبر در شبکه اترنت از یک سوئیچ و از طریق پورت‌های کانال فیبر و دستگاههای متصل به دیگر را دارد. به طور معمول، پروتکل FCoE اغلب با استاندارد iSCSI سرنام Internet Small Computer System Interface مقایسه میشود که یک استاندارد مورد استفاده در شبکه‌های ذخیرهسازی آی‌پی‌محور است.
عملکرد کانال فیبر روی اترنت به چه صورتی است؟
همان‌گونه که اشاره شد، FCoE با ارسال بسته‌های کانال فیبر در یک شبکه اترنت کار میکند. برای این منظور از تکنیک کپسوله کردن بسته‌های کانال فیبر بومی در بسته‌های اترنت استفاده میکند.
برای انجام این کار، از آداپتور شبکه همگرا (CAN) که گاهی اوقات C-NIC نامیده میشود استفاده میکند. همان‌گونه که اشاره کردیم، آداپتور شبکه همگرا، عملکرد آداپتور گذرگاه میزبان کانال فیبر را با آداپتور شبکه اترنت ترکیب میکند.
آداپتور CNA نه تنها ارتباط فیزیکی را برقرار میکند، بلکه دستیابی به اترنت بدون تلفات را نیز فراهم میکند. این مسئله اهمیت زیادی دارد، زیرا کانال فیبر یک پروتکل بدون تلفات است و شبکه‌های منطقه ذخیرهسازی (SAN) به ارتباطات بدون تلفات نیاز دارند تا زمانی که کلاینت‌ها داده‌هایی را ارسال می‌کنند، به شکل درست و کامل برای تجهیزات ذخیرهسازی ارسال شوند.
مزایای کانال فیبر بر بستر اترنت در تعامل با آداپتور CNA
هنگامی که از آداپتور CNA همراه با کانال فیبر بر بستر اترنت استفاده کنیم به مزایای قابل توجهی دست پیدا می‌کنیم که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- کاهش پیچیدگی: با توجه به این‌که ترافیک مربوط به ذخیرهسازی از طریق یک شبکه اترنت عادی ارسال میشود، نیاز به سوئیچ‌های کانال فیبر برطرف میشود. این اتفاق به نوبه خود، پیچیدگی معماری و هزینه‌ها را کاهش میدهد.
- افزایش عملکرد: کانال فیبر یک پروتکل ذخیرهسازی پرسرعت است که توانایی پشتیبانی از دستگاههای ذخیرهسازی را دارد که سرعت 128 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می‌کنند. با این وجود، چنین دستگاه‌هایی گران هستند. به این ترتیب، بسیاری از سازمان‌ها هنوز هم از دستگاههای ذخیرهسازی 8 گیگابیت بر ثانیه و SAN استفاده می‌کنند. FCoE این امکان را برای چنین سازمان‌هایی فراهم میکند که با استفاده از شبکه‌های اترنت نسبتا ارزان به سرعت‌های بالاتری مثل 10 گیگابیت بر ثانیه یا 40 گیگابیت در ثانیه دست پیدا کنند.
- مدیریت شبکه ساده شده: ابزارهای بی شماری برای مدیریت و نظارت بر شبکه‌های اترنت وجود دارد. از آن‌جایی که FCoE ترافیک ذخیرهسازی را در یک شبکه استاندارد اترنت هدایت میکند، یک سازمان ممکن است بتواند از ابزارهای شبکه موجود برای مدیریت ترافیک ذخیرهسازی استفاده کند.
کلام آخر
همان‌گونه که مشاهده کردید، یک آداپتور شبکه همگرا (CNA) یک قطعه سخت‌افزاری واحد است که با ارائه آداپتور گذرگاه میزبان کانال فیبر، اتصال سرور به یک شبکه منطقه ذخیرهسازی (SAN) و اترنت را به شکل همزمان فراهم میکند. در نتیجه تجهیزات یک شبکه محلی که شامل ایستگاه‌های کاری، کلاینت‌ها و غیره می‌شوند، بدون مشکل قادر به ارسال و دریافت اطلاعات با بالاترین سرعت ممکن خواهند بود. به طور کلی، استفاده از آداپتورهای شبکه همگرا یکی از استراتژی‌های موفق و مهم در زمینه یکپارچه‌سازی تجهیزات فناوری اطلاعات و بهره‌مندی از مزایای بالقوه فناوری‌های جدید به منظور استفاده بهینه از سخت‌افزارها هستند. همراه با عرضه مدل‌های جدیدی از تجهیزات ذخیرهسازی، مدیریت و ارزیابی دادهها و راه‌حل‌های سخت‌افزاری قدرتمند مثل آداپتورهای شبکه همگرا، راهکارهای جامعی در ارتباط با پیکربندی سامانه‌‌های محاسباتی پیچیده‌تر و قدرتمندتر در دسترس سرپرستان شبکه قرار دارد. اگرچه مواردی مثل مدل و سرعت پردازنده مرکزی، ظرفیت رسانه ذخیرهسازی دادهها، پروتکل‌های مورد استفاده و برنامه‌نویسی‌های پیچیده نرم‌افزارهای زیرساختی تا حد زیادی باعث پیشرفت در ساخت محصولات مصرفی و سایر حوزه‌های فناوری اطلاعات شده‌اند، اما راه‌حل‌های شبکه مثل آداپتورهای شبکه همگرا و ابزارهای مدیریت شبکه تغییرات قابل توجهی در این زمینه به وجود آورده‌اند. به طوری که اکنون دستیابی به شبکه‌های مدرن و پر سرعت که توانایی مدیریت بارهای کاری سنگین را دارند، دور از انتظار نیست.
