Einführung in die Architektur von Host-Bus-Adaptern (HBAs)

Host Bus Adapter (HBA) sind ein SANs eine sehr wichtige Komponente um hohe I/O-Lasten zu optimieren.

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SAN-Switch

Host-Bus-Adapter (HBA) sind für effektives Enterprise-Storage unverzichtbar – trotzdem denken manche Storage-Administratoren eher an einen College-Abschluss, wenn sie der Abkürzung HBA zum ersten Mal begegnen. Schnell werden sie dann allerdings feststellen, dass sie genau wissen sollten, wie Host-Bus-Adapter funktionieren und wie sich mit ihrer Hilfe eine SAN-Infrastruktur optimieren lässt.

Ein HBA ist ein Stück Hardware mit integriertem Schaltkreis, das I/O-Verarbeitung und physische Konnektivität zwischen einem Host-System (etwa einem Server) und einem Storage-Gerät ermöglicht. Der HBA überträgt zum Beispiel Daten zwischen dem Host-Gerät und dem Storage-System in einem SAN und entlastet dabei den Prozessor des Hosts von der Aufgabe, Daten zu speichern und abzurufen. Das Ergebnis ist eine bessere Server-Performance.

HBAs werden meist in SAN-Umgebungen mit Fibre Channel eingesetzt, aber auch für die Verbindung von SCSI- oder SATA-Geräten. Das Aufkommen von iSCSI hat zur Entwicklung eines neuen Typs von Host-Bus-Adaptern geführt, den Ethernet-HBAs.

HBAs als integraler Bestandteil von SANs

Host Bus Adapter sind in einer SAN-Umgebung unverzichtbar. „Typischerweise wird der HBA von der Software für SAN-Management erkannt. Um einem Server Speicherplatz zur Verfügung stellen zu können, braucht dieser eine Verbindung zum Storage. Der HBA ist eine der Komponenten, die für diese Verbindung richtig konfiguriert werden müssen“, erklärt Bob Laliberte, Analyst bei der Enterprise Strategy Group.

Bei der Auswahl eines HBA sollten Storage-Manager auf Merkmale wie Performance, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Strombedarf und Möglichkeiten bei Server-Virtualisierung achten, sagt Amit Vashi, Vice President für Marketing beim HBA-Anbieter QLogic Corp. Ein weiteres Kriterium, vor allem für große Unternehmen mit Servern unterschiedlicher Anbieter, ist nach seinen Worten die Frage, ob ein HBA mehrere Betriebssysteme unterstützt. Optimal seien hier Host Bus Adapter, die für alle Hardware-Plattformen und Betriebssysteme geeignet sind.

Ebenfalls sollten Organisationen darauf achten, dass ihre HBA-Technologieplattform eine gemeinsame Treiber-Architektur über mehrere Generationen hinweg aufweist, sagt Scott McIntyre, Vice President Kunden-Marketing beim HBA-Anbieter Emulex Corp. „Das ermöglicht eine nahtlose Verwaltung aller HBAs im gesamten SAN. In Rechenzentren mit Hunderten oder Tausenden an Servern mit Anschluss an externes Storage ist das entscheidend“, so McIntyre.

Hat es Sinn, mit Host Bus Adaptern von unterschiedlichen Herstellern zu arbeiten? Laut Analyst Laliberte bringt es eine Erleichterung, mit einem einzigen HBA-Anbieter zu standardisieren: „In großen Umgebungen mit hunderten und tausenden Servern kommt es entscheidend auf zentralisiertes Management an. Sie alle zu aktualisieren, entweder mit einem Patch oder einer Software-Erweiterung, kann sehr schwierig sein. Software für zentrales Management von den HBA-Anbietern ist hier sehr hilfreich.“

Nach Lalibertes Worten ist auch die Sicherstellung der Interoperabilität zwischen verschiedenen Host Bus Adaptern eine Herausforderung. Darum hätten sich allerdings deren Hersteller zu kümmern.

HBA für Fibre-Channel-SANs unterstützen derzeit Datenraten von bis zu 8 Gbps, zukünftige Produkte sollen aber auf 16 oder 32 Gbps kommen. „Allgemein werden sie schneller, und die Kosten bleiben trotz der höheren Performance recht stabil“, sagt Laliberte. Insgesamt werde viel  Mühe in Versuche investiert, die HBAs leichter verwaltbar zu machen, etwa mit zentralen Konsolen oder Funktionen für automatisches Patching und Upgrades. Zum selben Zweck werde in HBAs auch mehr Intelligenz eingebaut.

Weitere Trends im HBA-Bereich sind mehr Sicherheitsfunktionen und Unterstützung für Server-Virtualisierung. Bislang lag die Priorität bei HBAs nicht auf Sicherheitsmerkmalen wie Verschlüsselung und Authentifizierung, sagt Vashi. Das werde sich jetzt aber ändern, weil Fibre Channel over Ethernet (FCoE) zunehmend Verbreitung finde.

Virtualisierung als Herausforderung für HBA-Anbieter

Die HBAs von heute müssen auch mit Virtualisierung zurechtkommen, insbesondere in Bezug auf Einblicke in virtualisierte Server-Umgebungen, sagt Laliberte. Virtualisierung bringe eine zusätzliche Schicht an Komplexität für HBAs, „weil damit mehrere Anwendungen abstrahiert werden können. Es gibt dadurch keine 1:1-Beziehung zwischen Anwendung und Server mehr. In vielen Fällen werden sich stattdessen fünf oder mehr Anwendungen auf einem Server befinden und sich einen HBA teilen“.

Hinzu kommt: Virtualisierung bietet Möglichkeiten für Mobilität, so dass Anwendungen von Server zu Server wandern können. Dies macht es laut Laliberte noch schwieriger, diejenigen Anwendungen zu identifizieren, die Storage benötigen.

In virtualisierten Umgebungen können mehrere virtuelle Maschinen auf einer einzigen physischen Maschine mit einem oder zwei HBAs liegen, erklärt Laliberte. In der Vergangenheit mit einer Anwendung pro Server konnten Management-Werkzeuge die HBA manuell der Anwendung zuweisen. Heute aber laufen viele Anwendungen durch denselben HBA, so dass sich die Frage stellt, wie das zu verwalten ist. Woher weiß man, wo die Anwendungen sind? Als Technologie dafür wird in HBAs jetzt N-Port Virtualization (kurz NPIV) eingerichtet. Sie macht es möglich, mehrere getrennte logische Ports für die unterschiedlichen virtuellen Maschinen zu erstellen; diese lassen sich dann leicht identifizieren, auch wenn sie zwischen Servern migrieren.

Die zunehmende Beliebtheit von Server-Virtualisierung und die zunehmende Nutzung von Blade-Servern treiben die Nachfrage nach Storage. Das wiederum bedeutet mehr Bedarf an Lösungen für SAN-Konnektivität wie HBAs, sagt McIntyre: „Wegen dieser Trends nutzen immer mehr Server-Bereiche SANs“.

Als führend auf dem HBA-Markt sind allgemein QLogic und Emulex anerkannt. QLogic bietet eine Palette an Produkten für Storage-Netzwerke, etwa Fibre-Channel-HBAs für Standard- und Blade-Server, Fibre-Channel-Switches, stapelbare Fibre-Channel-Switches, iSCSI- Host-Bus-Adapter und iSCSI-Router. Ebenfalls im Programm sind InfiniBand-Switches und Infiniband Host Channel-Adapter für den aufkommenden Markt für Highperformance-Computing. Emulex wiederum bietet eine Reihe von normalen Fibre-Channel-HBAs mit Datenraten von 2 Gbps bis 8 Gbps, außerdem auch HBAs für Blade-Server. Weiter hat das Unternehmen Management-Software für HBAs wie HBAnywhere im Angebot, eine Management-Suite, mit der Organisationen alle HBAs in ihrem SAN aktualisieren und verwalten können, auf Entfernung oder lokal.

Laut Laliberte gibt es zwischen den HBAs von QLogic und Emulex kaum Unterschiede. Beide Anbieter scheinen bei der Produkt-Entwicklung fast identische Wege zu gehen. Laliberte sieht bei der einfachen Nutzung nach eigenem Bekunden leichte Vorteile für Emulex, weil die Software HBAnywhere hier sehr überzeugend sei. QLogic biete dagegen die umfangreichere Produkt-Palette mit SAN-Switching sowie mehr Auswahl bei iSCSI und InfiniBand. Damit könne das Unternehmen Einsteiger-Sätze für SANs anbieten und sich bis in den Markt für Highperformance-Computing (HPC) ausbreiten.

Weitere HBA-Anbieter sind LSI Corp., Atto Technology Inc., oder Brocade Communications Systems Inc., das im Jahr 2007 mit Geräten für Fibre-Channel-SANs in diesen Markt eingestiegen ist.

All diese Anbieter können mit zunehmender Nachfrage nach HBA rechnen. Nach einer Prognose der Dell'Oro Group aus dem Jahr 2007 werden die Auslieferungen von Host Bus Adaptern in den nächsten fünf Jahren schon deshalb deutlich steigen, weil Hersteller von Blade-Servern die Produktion von HBA-Karten an Spezialisten wie Emulex und QLogic auslagern.

Über den Autor: Bob Violino ist freier Journalist für Wirtschaft und Technologie mit Sitz im US-Bundesstaat New York. Sie erreichen ihn unter bviolino@optonline.net.

Artikel wurde zuletzt im April 2008 aktualisiert

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