摘要：
日常实施工作中，经常会听到HBA卡或是光纤网卡之类的硬件设备。到底什么是HBA卡呢？光纤网卡跟它有啥区别？
为啥要有HBA和网卡？
要理解HBA卡和网卡的概念，遵从第一性原理还需要从根源讲起。
这里先讲一个知识点：总线。
总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus），分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
总线是连接各个部件的一组信号线。通过信号线上的信号表示信息，通过约定不同信号的先后次序来约定操作如何实现。
举个“栗子”：
如果说主板（Mother Board）是一座城市，总线就像是城市里的公共汽车（bus），能按照固定行车路线，传输来回不停运作的比特（bit）。一条线路在同一时间内都仅能负责传输一个比特。因此，必须同时采用多条线路才能传送更多数据，而总线可同时传输的数据数就称为宽度（width），以比特为单位，总线宽度愈大，传输性能就愈佳。工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。
总线带宽，是总线所能达到的最高传输率，单位是MB/S
总线按功能和规范可分为五大类型:
1. 数据总线（Data Bus）：在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。
2. 地址总线（Address Bus）：用来指定在RAM（Random Access Memory）之中储存的数据的地址。
3. 控制总线（Control Bus）：将微处理器控制单元（Control Unit）的信号，传送到周边设备。
4. 扩展总线（Expansion Bus）：外部设备和计算机主机进行数据通信的总线，例如ISA总线，PCI总线。
5. 局部总线（Local Bus）：取代更高速数据传输的扩展总线。
按照传输数据的方式划分，可分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。
简要讲述了总线的概念，接下来再讲下总线标准。
为啥要有总线标准？一句话“为了落地和推广”。
为便于机器的扩充和新设备的添加，不同厂商能按照同样的标准和规范生产各种不同功能的芯片、模块和整机，用户可以根据功能需求去选择不同厂家生产的、基于同种总线标准的模块和设备。这样可使芯片级、模块级、设备级等各级别的产品都具有兼容性和互换性，以使整个计算机系统的可维护性和可扩充性得到充分保证。
为了提高计算机的可拓展性，以及部件及设备的通用性，各个部件或设备都采用标准化的形式连接到总线上，并按标准化的方式实现总线上的信息传输。而总线的这些标准化的连接形式及操作方式，统称为总线标准。如ISA、PCI、USB总线标准等，相应采用这些标准的总线为ISA总线、PCI总线、USB总线等。
这就是标准的力量。
目前有哪些总线标准？
因本文主要讲述存储，这里说下硬盘总线，一般有PCI、SCSI、SATA、IEEE1394、USB（Universal Serial Bus）等。
这里简要介绍下5种常用的总线标准：SATA、PCI、PCI-e、SCSI、iSCSI。
1. 总线标准-SATA
SATA的全称是Serial Advanced Technology Attachment，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范，在IDF Fall 2001大会上，Seagate宣布了Serial ATA 1．0标准，正式宣告了SATA规范的确立。
SATA线缆是全双工线缆，最大长度为1米。STAT线缆两端只各有一个连接器，一端与主机SATA控制器提供的端口相连，另一端与设备的串行端口相连。两端连接器完全相同，不存在方向接反的问题。一条SATA串行总线只连接一个驱动器。
Serial ATA 1．0规范定义SATA单向数据线的比特流速率为1．5Gbps，即相当于工作时钟频率为1．5GHz。由于采用8b/10b编码，每10个时钟周期传送一个8位(1B)数据，故最大数据传输速率为150MB/s。从一开始，就比PATA的最大数据传输速率(100MB/s或133MB/s)高。第二代和第三代SATA的比特流速率预定为3.0Gbps和6.0Gbps，最大数据传输速率将分别达到300MB/s和600MB/S。
2. 总线标准-PCI
PCI（PeripheralComponentInterconnect）总线
是一种高性能的32位局部总线。它由Intel公司于1991年底提出，后来又联合IBM、DEC等100多家PC业界主要厂家，于1992年成立PCI集团，称为PCISIG，进行统筹和推广PCI标准的工作。
用于高速外设的I/O接口和主机相连。采用自身33MHz的总线频率，数据线宽度为32位，可扩充到64位，所以数据传输率可达132MB/s～264MB/s。
3. 总线标准-PCI-e
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，简称“PCI-e”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。PCIe属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽。PCI-Express的接口是PCIe 3.0接口，其比特率为8Gbps。
PCIe的主要优势在于其减少延迟的能力。PCIe设备和PCIe总线直接相连，使缓存和数据更接近CPU。消除了传统存储协议的开销，并且EMC认为在合适的条件下能实现远远优于从08年开始销售的串列SCSI和SATA的固态硬盘SSD性能。
4. 总线标准-SCSI
SCSI（Small Computer System Interface）：小型电脑系统接口协议，主要是在主机和存储设备之间传送命令、状态和块数据。在各类存储技术中，SCSI协议可谓是最重要的脊梁。
操作系统对外部设备（如磁盘、磁带、光存储、打印机和扫描仪）的I/O操作，可以通过SCSI协议来实现，一般情况下SCSI协议都嵌入到设备驱动器或者主机适配器的板载逻辑中。
SCSI-3：1995年推出了SCSI-3，俗称Ultra SCSI，全称为SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface（数据传输率为20M/S）它采用了同步传输时钟频率提高到20MHZ以提高数据传输的技术，因此使用了16位传输的Wide模式时，数据传输即可达到40MB/s。其允许接口电缆的最大长度为1.5米。
5. 总线标准-iSCSI
iSCSI（Internet Small Computer System Interface，发音为/ˈаɪskʌzi/），Internet小型计算机系统接口，又称为IP-SAN，是一种基于因特网及SCSI-3协议下的存储技术，由IETF提出，并于2003年2月11日成为正式的标准。与传统的SCSI技术比较起来，iSCSI技术有以下三个革命性的变化：
1. 把原来只用于本机的SCSI协议透过TCP/IP网络发送，使连接距离可作无限的地域延伸；
2. 连接的服务器数量无限（原来的SCSI-3的上限是15）；
3. 由于是服务器架构，可实现在线扩容以至动态部署。
iSCSI使用 TCP/IP 协议（一般使用TCP端口860和3260）。 本质上，iSCSI 让两个主机通过 IP 网络相互协商然后交换SCSI命令。iSCSI 就是用广域网仿真了一个常用的高性能本地存储总线，从而创建了一个存储局域网（SAN）。不像某些 SAN 协议，iSCSI 不需要专用的电缆；它可以在已有的交换和 IP 基础架构上运行。但不使用专用的网络或者子网（ LAN 或者 VLAN ），iSCSI SAN 的部署性能可能会严重下降。于是，iSCSI 常常被认为是光纤通道（Fiber Channel）的一个低成本替代方法。
接下来再讲述下几种主流内存主机控制器接口接口规范：AHCI、NVMe、SCSI。
1. AHCI接口规范，全称为Serial ATA Advanced Host Controller Interface（串行ATA高级主控接口），AHCI本质是一种PCI类设备，在系统内存总线和串行ATA设备内部逻辑之间扮演一种通用接口的角色（即它在不同的操作系统和硬件中是通用的）。AHCI模式则与IDE模式相反，装系统时需要安装SATA驱动。
在AHCI 1.0规范中，Intel引入了NCQ（Native Command Queuing）功能和热插拔技术。支持NCQ技术的硬盘在接到读写指令后，会根据指令对访问地址进行重新排序，减少了读取时间，使数据传输更为高效，同时也有效地延长了硬盘的使用寿命。
场景：HDD 磁盘和早期 SSD 磁盘的传输协议一般采用AHCI（高级主机控制器接口，Advanced Host Controller Interface）。AHCI 为单队列模式，主机和 HDD/SSD 之间通过单队列进行数据交互。对于 HDD 这种慢速设备来说，主要瓶颈在存储设备，而非 AHCI协议。
不同于 HDD 的顺序读写特点，SSD 可以同时从多个不同位置读取数据，具有高并发性；因此对于 SSD，AHCI 的单队列模式成为了限制并发性的瓶颈。随着存储介质的演进，SSD 盘的 IO 带宽越来越大，访问延时越来越低。
AHCI 协议已经不能满足高性能和低延时 SSD 的需求， NVMe（NVM Express 非易失性内存主机控制器接口规范）应运而生。
2. NVM Express（NVMe）接口规范，或称非易失性内存主机控制器接口规范（Non Volatile Memory Host Controller Interface Specification，缩写：NVMHCIS），是一个逻辑设备接口规范。其与AHCI类似的、基于设备逻辑接口的总线传输协议规范（相当于通讯协议中的应用层），用于访问通过PCI Express（PCIe）总线附加的非易失性存储器介质（例如采用闪存的固态硬盘驱动器），虽然理论上不一定要求 PCIe 总线协议。
依托于PCIe总线，NVMe设备可适用于各种支持PCIe总线的物理插槽上，包括标准尺寸的PCIe扩展卡（一般是4个PCIe通道）、采用U.2物理连接界面（SFF-8639）的2.5英寸/3.5英寸标准尺寸固态硬盘驱动器、SATA Express总线（兼容于PCIe）的设备、M.2规格扩展卡等。
大多数SSD使用如SATA、SAS或光纤通道等接口与计算机接口的总线连接。随着固态硬盘在大众市场上的流行，SATA已成为个人计算机中连接SSD的最典型方式；但是，SATA的设计主要是作为机械硬盘驱动器（HDD）的接口，并随着时间的推移越来越难满足速度日益提高的SSD。随着在大众市场的流行，许多固态硬盘的数据速率提升已经放缓。不同于机械硬盘，部分SSD已受到SATA最大吞吐量的限制。
值得注意的是：在NVMe出现之前，高端SSD只得以采用PCI Express总线制造，但需使用非标准规范的接口。若使用标准化的SSD接口，操作系统只需要一个驱动程序就能使用匹配规范的所有SSD。这也意味着每个SSD制造商不必用额外的资源来设计特定接口的驱动程序。NVMe就是干这个用的。
讲完了上面的概念，接下站在使用的角度来回顾下为啥要有HBA卡和光纤卡。
早期的SAN存储系统中，服务器与交换机的数据传输是通过光纤进行的，因服务器要把SCSI指令传输到存储设备上，不能走普通LAN网的IP协议，所以需要使用FC光纤通道(Fibre Channel)，简称FC，也叫fc光缆）传输，因此，这种SAN就叫做FC－SAN。
后来出现了用IP协议封装的SAN，可通过LAN网络把SCSI指令传输到存储设备上，因此，被称为IP-SAN。其中最典型的就是现在热门的ISCSI。
如只支持 SCSI 协议的磁盘，由于这种磁盘不能与服务器直接，就需要在服务器扩展槽上插入一块 SCSI 卡，以便SCSI 磁盘可以与 SCSI 卡连接。SCSI 卡实现了PC 总线到 SCSI 的转换，使得服务器能够通过PC总线和SCSI总线连接到磁盘设备。这种 SCSI 卡实现的功能就是主机总线适配卡的功能。
如只支持光纤通道协议的磁盘，服务器上需要支持光纤通道协议，但因光纤通道的高速特性一般服务器主板不支持，需要专门支持光纤通道协议的主机总线适配卡，服务器插入这种适配卡后，就可与支持光纤通道的磁盘通过光纤通道连接。
上述两种方式都需服务器对数据块进行频繁读包解包操作，耗费服务器CPU资源，为缓解CPU压力，在服务器上安装一块专门设备来负责解包工作，来减轻处理器负担。根据数据传输协议的不同，这种设备通常被称为HBA卡或网卡。
HBA卡除了执行解包工作外，还提供一个光纤接口（如果是ISCSI HBA卡就是提供普通的RJ45接口）用来跟对应的交换机连接。另，HBA物理上可以把它当作网卡一样插在PCI-E槽位里，用法非常像一张网卡，故也就把它跟普通网卡或者普通的光纤网卡混淆。
HBA卡和光纤网卡的定义
HBA 卡定义：
HBA卡全称主机总线适配器(Host Bus Adapter,HBA)是一个在服务器和存储装置间提供输入/输出(I/0)处理和物理连接的电路板和/或集成电路适配器。
HBA 卡的作用就是实现内部通道协议 PCI或 SBus 和光纤通道协议之间的转换。
网卡定义：
网卡是大家常提到的一个类型设备的总称，是指安装在主机里，通过网络连接线与网络交换机（以太网交换机、FC交换机、ISCSI交换机等），或是与其他网络设备（存储设备、服务器、工作站等）连接，从而形成一个网络的硬件设备环境。
总结
HBA 卡和光纤网卡的区别，通讯协议不同。
HBA 卡是专门用于 IO 扩展，光纤网卡是用于TCP/IP 协议的存储。
