ما هو الفرق بين SmartNIC وNIC؟

لقد أدى التطوير المستمر لتكنولوجيا الشبكات والأجهزة إلى تغيير مشهد مراكز البيانات والحوسبة السحابية. مع الزيادة السريعة في المحاكاة الافتراضية، وهندسة الخدمات الصغيرة، والاستخدام العالي للأجهزة المحمولة والخدمات السحابية، تجاوز معدل نمو أحمال عمل الشبكة سرعة معالجة وحدات المعالجة المركزية التقليدية لمراكز البيانات. وهذا يجعل من الضروري العثور على حلول شبكات ذات أداء أعلى ومرونة أكبر ووظائف أكثر قوة.

فيما يتعلق باختيار أجهزة الشبكة، تعد بطاقات واجهة الشبكة الذكية (SmartNICs) وبطاقات واجهة الشبكة القياسية (NICs) خيارين يجذبان الانتباه. سوف تستكشف هذه المقالة الخصائص والاختلافات وكيفية اختيار الخيار المناسب في حالات استخدام محددة.

بطاقة واجهة الشبكة القياسية (NIC): الطريقة التقليدية للاتصال بالشبكة

لقد كانت بطاقات واجهة الشبكة القياسية هي الطريقة الرئيسية للاتصال بالشبكة لعقود من الزمن. وهي عبارة عن مكونات الأجهزة التي تربط أجهزة الكمبيوتر بالشبكات، مما يتيح الاتصال بين الأجهزة والإنترنت. تُستخدم بطاقات واجهة الشبكة القياسية بشكل أساسي لنقل البيانات واستقبالها وتستخدم على نطاق واسع في بيئات مراكز البيانات لموثوقيتها وقوتها.

وظائف بطاقات واجهة الشبكة القياسية

المجموعة الأساسية بطاقات واجهة الشبكة لديها الوظائف الأساسية التالية:

• إرسال واستقبال حزم البيانات
• التحقق من حزمة البيانات وتصحيحها
• تجزئة حزم البيانات وإعادة تجميعها
• إدارة عنوان MAC

هذه الوظائف كافية لدعم متطلبات اتصال الشبكة الشائعة، لكن بطاقات واجهة الشبكة القياسية قد تكون غير كافية عند مواجهة التطبيقات كثيفة البيانات، والبيئات الافتراضية، والحوسبة السحابية، والحوسبة عالية الأداء التي تتطلب أداءً ووظائف أعلى.

حدود الأجهزة التقليدية

لم تعد أجهزة مراكز البيانات التقليدية، بما في ذلك بطاقات الشبكة المستندة إلى NIC، قادرة على تلبية احتياجات مراكز البيانات الحديثة.   

الزائد وحدة المعالجة المركزية

تقوم البنية التقليدية المستندة إلى NIC بتعيين مهام الشبكة إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بالخادم، مما يؤدي إلى زيادة تحميل وحدة المعالجة المركزية (CPU) وعدم القدرة على التعامل مع أحمال عمل الشبكة عالية الكثافة.  

صعوبة تلبية متطلبات الأداء العالي

تتطلب التطبيقات كثيفة الحوسبة أداءً أعلى وزمن وصول منخفض. لا تستطيع الأجهزة التقليدية توفير الأداء الكافي، مما يؤدي إلى اختناقات في الأداء.   

صعوبة الإدارة والصيانة

مع توسع حجم مراكز البيانات، تصبح إدارة وصيانة الأجهزة التقليدية أكثر صعوبة. كما أن نمو المحاكاة الافتراضية والخدمات الصغيرة يزيد من تعقيد الإدارة.

بطاقة واجهة الشبكة الذكية (SmartNIC): ما وراء الشبكات التقليدية

SmartNIC هو نوع جديد من بطاقات الشبكة يتجاوز وظيفة نقل البيانات التقليدية. وهي مجهزة بمعالجات قوية وذاكرة وأجهزة مخصصة يمكنها أداء العديد من الوظائف المتقدمة. تتضمن هذه الوظائف تحسين الشبكة وتسريع التخزين وميزات الأمان والمزيد. الهدف الرئيسي لبطاقات واجهة الشبكة الذكية هو offتحميل وتسريع المهام المختلفة المتعلقة بالشبكة من وحدة المعالجة المركزية المضيفة، مما يوفر إمكانات معالجة مخصصة ووظائف الأجهزة لتعزيز أداء الشبكة وأمانها وكفاءتها.

وظائف SmartNIC 

توفر بطاقات واجهة الشبكة الذكية مجموعة من الوظائف المتقدمة، بما في ذلك:

• تصفية حزم البيانات وموازنة التحميل.  

• إنفاذ جودة الخدمة (QoS).  

• تسريع التخزين، بما في ذلك الوصول المباشر للذاكرة عن بعد (RDMA)، وiSCSI، وNVMe عبر الأقمشة.  

• ميزات الأمان، مثل معالجة جدار الحماية وفحص نظام كشف التسلل (IDS).  

تجعل هذه الوظائف من بطاقات واجهة الشبكة الذكية أدوات قوية لمختلف حالات الاستخدام المتقدمة، بدءًا من تحسين أداء الشبكة وحتى تعزيز الأمان وحتى تسريع التخزين.  

تطبيقات SmartNIC المبكرة

في وقت مبكر سمارتنيك استخدمت التطبيقات منطق ASIC القائم على التسجيل، والذي كان أداؤه جيدًا من حيث الأداء، مع زمن وصول منخفض جدًا، وإنتاجية عالية للحزم، واستهلاك منخفض للطاقة (عادةً ما بين 15 وات و35 وات). ومع ذلك، على الرغم من مزايا أدائها، فإنها غالبًا ما كانت تفتقر إلى قابلية البرمجة والمرونة اللازمتين. وكانت تتطلب عادةً أدوات سطر أوامر غامضة لتعيين السجلات، وكانت تفتقر إلى القدرة على إدارة الحزم والتدفقات برمجيًا.  

أوضاع النشر المختلفة لبطاقات SmartNIC

تلعب SmartNICs دورًا رئيسيًا في سيناريوهات النشر المختلفة، بما في ذلك التخزين والأمان ومعالجة الشبكة. تتضمن المهام المحددة التي قد تقوم بها SmartNICs التعامل مع بروتوكولات الاتصال النفقي (مثل VxLAN) والتبديل الظاهري المعقد، كما هو موضح في الشكل. هدفهم النهائي هو استهلاك عدد أقل من نوى معالج وحدة المعالجة المركزية المضيفة مع توفير حلول عالية الأداء بتكلفة أقل.

الفرق بين بطاقات NIC القياسية وبطاقات NIC الذكية

وظيفة الشبكات

تم تصميم بطاقات NIC القياسية بشكل أساسي للتعامل مع مهام الشبكات الأساسية، مثل إرسال الحزم والتجزئة وتصحيح المجموع الاختباري. على الرغم من أن بطاقات SmartNIC تقوم أيضًا بهذه المهام، إلا أنها تنفذ وظائف شبكة أكثر تعقيدًا على البطاقة نفسها، مثل تصفية الحزم، وموازنة التحميل، وإنفاذ جودة الخدمة (QoS)، وبالتالي offتحميل هذه المهام من وحدة المعالجة المركزية المضيفة. يؤدي هذا إلى تقليل زمن الوصول وتقليل استخدام وحدة المعالجة المركزية وتحسين أداء الشبكة بشكل عام.

وظيفة التخزين

تتفوق بطاقات SmartNIC في تسريع عملية التخزين، خاصة بالنسبة للتطبيقات الحديثة كثيفة البيانات. يستطيعون offتحميل وظائف التخزين مثل الوصول المباشر للذاكرة عن بعد (RDMA)، وiSCSI، وNVMe عبر الأقمشة، مما يزيد من سرعة نقل البيانات ويقلل من حمل وحدة المعالجة المركزية. في المقابل، تفتقر بطاقات NIC القياسية إلى الأجهزة وقدرات المعالجة المطلوبة لهذه المهام كثيفة التخزين.

مهمة offالتحميل إلى SmartNIC

واحدة من أبرز مزايا SmartNICs هي قدرتها على ذلك offتحميل المهام المختلفة من وحدة المعالجة المركزية المضيفة إلى البطاقة. ولا يشمل ذلك وظائف الشبكات والتخزين فحسب، بل يشمل أيضًا المهام الأمنية مثل معالجة جدار الحماية وفحص نظام كشف التسلل (IDS). ومن خلال نقل هذه المهام إلى SmartNIC، يمكن لوحدة المعالجة المركزية المضيفة توفير الوقت للتركيز على المعالجة الخاصة بالتطبيق، مما يؤدي إلى تحسين أداء التطبيق وتقليل زحف الخادم.

كيفية الاختيار بين بطاقات NIC القياسية وبطاقات NIC الذكية

عند الاختيار بين بطاقات NIC القياسية وبطاقات SmartNIC، فإنك تحتاج إلى تقييم احتياجاتك الخاصة بالشبكات وحالات الاستخدام. فيما يلي بعض العوامل التي يجب مراعاتها:

الأداء والسرعة

إذا كانت تطبيقاتك تتطلب أداءً ممتازًا للشبكة، وزمن وصول أقل، وميزات متقدمة مثل موازنة التحميل، وتسريع التخزين، وما إلى ذلك، فقد تكون SmartNICs خيارًا أفضل. يستطيعون offتحميل وتسريع المهام المختلفة، مما يحسن الأداء العام.  

عبء العمل وحالة الاستخدام

ضع في اعتبارك طبيعة عبء العمل وحالة الاستخدام. تتمتع SmartNICs بميزة في السيناريوهات كثيفة البيانات، والبيئات الافتراضية، والتعلم الآلي، والخدمات السحابية، حيث تتطلب هذه السيناريوهات وظائف شبكات وتخزين عالية المستوى. إذا كانت بيئتك تتطلب المزيد من الوظائف والأداء، فقد تكون SmartNICs خيارًا أكثر ملاءمة.

الميزانية والتكلفة

تحتاج أيضًا إلى مراعاة قيود ميزانيتك عند اختيار البطاقة. عادةً ما تكون بطاقات NIC الذكية أكثر تكلفة من بطاقات NIC القياسية offالمزيد من الوظائف والأداء. إذا كانت التكلفة عاملاً رئيسياً، فقد تكون بطاقات NIC القياسية خيارًا أكثر اقتصادا.

وفي الختام

في مجال الاتصال بالشبكة، غالبًا ما نجد أنفسنا نختار بين بطاقات واجهة الشبكة القياسية (NICs) وبطاقات واجهة الشبكة الذكية (SmartNICs). ستحدد حالات الاستخدام والمتطلبات المختلفة خيارك الأفضل. تحتوي بعض محولات Ethernet المستندة إلى Intel، مثل E810CAM2-2CP، على العديد من الميزات المتقدمة، بما في ذلك دعم بروتوكولات الشبكة المختلفة مثل Ethernet وTCP/IP وUDP/IP وما إلى ذلك، وجودة الخدمة على الرقاقة، وإدارة حركة المرور، وiWARP/ RDMA، RoCEv2/RDMA، ذكي offوظائف التحميل والتخزين مثل iSCSI وNFS. تم اختبار هذه المحولات واعتمادها بدقة لضمان التوافق الكامل مع أنظمة التشغيل وبرامج Hypervisor المختلفة، مما يوفر حلاً متوازنًا وموثوقًا للمستخدمين الذين يبحثون عن أفضل أداء ووظائف للشبكة. بالإضافة إلى حلول NIC المميزة، هناك أيضًا Mellanox SmartNICs المتاحة. بالتعاون مع Mellanox Technologies، تفتح بطاقات SmartNIC هذه الإمكانات اللانهائية لتحسين الشبكة، offالحمل والأمن. سواء اخترت بطاقة NIC متقدمة أو SmartNIC، يمكنك التأكد من تشغيل شبكتك بأفضل الطرق وأكثرها أمانًا وفعالية وفقًا لاحتياجات الشبكة الخاصة بك. في مجال الشبكات الذي يتطور باستمرار، يعد اختيار البطاقة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية، لأنه سيؤثر بشكل مباشر على أداء شبكتك وأمانها وتسليم التطبيقات. ولذلك، فإن فهم إيجابيات وسلبيات بطاقات NIC وSmartNIC القياسية وكيفية اختيارها بناءً على احتياجات محددة سيساعدك على ضمان قدرة شبكتك على تلبية المتطلبات المتغيرة.