Последовательный протокол «точка-точка» для корпоративного хранилища
В вычислительной технике Serial Attached SCSI ( SAS ) — это последовательный протокол точка-точка , который перемещает данные на устройства хранения данных компьютера, такие как жесткие диски , твердотельные накопители и ленточные накопители , и с них . SAS заменяет старую технологию шины Parallel SCSI (Parallel Small Computer System Interface, обычно произносится как «scuzzy» [3] [4] ), которая впервые появилась в середине 1980-х годов. SAS, как и его предшественник, использует стандартный набор команд SCSI . SAS предлагает дополнительную совместимость с Serial ATA (SATA), версии 2 и более поздних. Это позволяет подключать диски SATA к большинству объединительных плат или контроллеров SAS. Обратное подключение дисков SAS к объединительным платам SATA невозможно. [5]
Типичная система Serial Attached SCSI состоит из следующих основных компонентов:
Инициатор : устройство, которое инициирует запросы на обслуживание устройств и управление задачами для обработки целевым устройством и получает ответы на те же запросы от других целевых устройств. Инициаторы могут быть предоставлены как встроенный компонент на материнской плате (как в случае со многими серверно-ориентированными материнскими платами) или как дополнительный адаптер хост-шины .
Цель : устройство , содержащее логические единицы и целевые порты, которое получает запросы на обслуживание устройств и управление задачами для обработки и отправляет ответы на те же запросы устройствам-инициаторам. Целевым устройством может быть жесткий диск или дисковый массив .
Подсистема предоставления услуг : часть системы ввода-вывода , которая передает информацию между инициатором и целью. Обычно кабели, соединяющие инициатор и цель с расширителями и объединительными платами или без них, составляют подсистему предоставления услуг.
Расширители : устройства, которые являются частью подсистемы предоставления услуг и облегчают связь между устройствами SAS. Расширители облегчают подключение нескольких конечных устройств SAS к одному порту инициатора. [6]
История
SAS-1: 3,0 Гбит/с, представлен в 2004 году [7]
SAS-2: 6,0 Гбит/с, доступен с февраля 2009 г.
SAS-3: 12,0 Гбит/с, доступен с марта 2013 г.
SAS-4: 22,5 Гбит/с, называемый «24G», [8] стандарт завершен в 2017 году [7] [2]
SAS-5: разработка 45 Гбит/с началась в 2018 г. [9]
Идентификация и адресация
Домен SAS — это версия SAS домена SCSI, которая состоит из набора устройств SAS, которые взаимодействуют друг с другом посредством подсистемы предоставления услуг. Каждый порт SAS в домене SAS имеет идентификатор порта SCSI, который однозначно идентифицирует порт в домене SAS, World Wide Name . Он назначается производителем устройства, как MAC-адрес устройства Ethernet , и обычно также является уникальным во всем мире. Устройства SAS используют эти идентификаторы портов для адресации коммуникаций друг с другом.
Кроме того, каждое устройство SAS имеет имя устройства SCSI, которое идентифицирует устройство SAS уникально в мире. Эти имена устройств встречаются нечасто, поскольку идентификаторы портов, как правило, достаточно идентифицируют устройство.
Для сравнения, в параллельном SCSI идентификатор SCSI — это идентификатор порта и имя устройства. В Fibre Channel идентификатор порта — это WWPN, а имя устройства — WWNN.
В SAS как идентификаторы портов SCSI, так и имена устройств SCSI принимают форму адреса SAS , который представляет собой 64-битное значение, обычно в формате NAA IEEE Registered. Иногда люди называют идентификатор порта SCSI адресом SAS устройства, из-за путаницы. Иногда люди называют адрес SAS всемирным именем или WWN, потому что это по сути то же самое, что и WWN в Fibre Channel. Для устройства-расширителя SAS идентификатор порта SCSI и имя устройства SCSI являются одним и тем же адресом SAS.
Сравнение с параллельным SCSI
«Шина» SAS работает по схеме «точка-точка» , в то время как шина SCSI является многоточечной . Каждое устройство SAS подключается к инициатору выделенным каналом, если только не используется расширитель. Если один инициатор подключен к одной цели, то нет возможности для конкуренции ; с параллельным SCSI даже эта ситуация может вызвать конкуренцию.
SAS не имеет проблем с терминированием и не требует терминальных пакетов, как параллельный SCSI.
SAS допускает использование до 65 535 устройств с помощью расширителей, в то время как Parallel SCSI имеет ограничение в 8 или 16 устройств на одном канале.
SAS обеспечивает более высокую скорость передачи (SAS-1, SAS-2, SAS-3 и SAS-4 поддерживают пропускную способность данных 3, 6, 12 и 24 Гбит/с соответственно) [10] , чем большинство параллельных стандартов SCSI. SAS достигает этих скоростей на каждом соединении инициатор-цель, следовательно, получая более высокую пропускную способность, тогда как параллельный SCSI распределяет скорость по всей многоточечной шине.
Устройства SAS оснащены двойными портами, что позволяет использовать избыточные объединительные платы или многопутевой ввод-вывод ; эта функция обычно называется двухдоменным SAS . [11]
Контроллеры SAS могут подключаться к устройствам SATA либо напрямую с использованием собственного протокола SATA, либо через расширители SAS с использованием протокола туннелирования Serial ATA (STP).
И SAS, и параллельный SCSI используют набор команд SCSI .
Сравнение с SATA
Физическая разница между SAS и SATA невелика. [12]
Протокол SAS предусматривает наличие нескольких инициаторов в домене SAS, тогда как SATA не имеет аналогичного положения. [12]
SATA использует набор команд, основанный на наборе команд параллельного ATA , а затем расширенный за пределы этого набора для включения таких функций, как собственная очередь команд, горячее подключение и TRIM. SAS использует набор команд SCSI, который включает более широкий спектр функций, таких как восстановление после ошибок, резервирование и возврат блоков. Базовый ATA имеет команды только для хранения с прямым доступом. Однако команды SCSI могут быть туннелированы через ATAPI [12] для таких устройств, как приводы CD /DVD.
Аппаратное обеспечение SAS допускает многопутевой ввод-вывод на устройства, в то время как SATA (до SATA 2.0 ) этого не делает. [12] Согласно спецификации, SATA 2.0 использует умножители портов для расширения портов, и некоторые производители умножителей портов реализовали многопутевой ввод-вывод с помощью аппаратного умножителя портов.
SATA позиционируется как универсальный преемник параллельного ATA и стал [update]распространенным на потребительском рынке, в то время как более дорогой [ когда? ] SAS предназначен для критически важных серверных приложений.
Для восстановления и сообщения об ошибках SAS используются команды SCSI, которые обладают большей функциональностью, чем команды ATA SMART, используемые дисками SATA. [12]
SAS использует более высокие напряжения сигнализации (800–1600 мВ для передачи и 275–1600 мВ для приема [ необходимо разъяснение ] ), чем SATA (400–600 мВ для передачи и 325–600 мВ для приема [ необходимо разъяснение ] ). Более высокое напряжение обеспечивает (помимо других особенностей) возможность использования SAS в серверных объединительных платах. [12]
Из-за более высоких напряжений сигнала SAS может использовать кабели длиной до 10 м (33 фута), тогда как SATA имеет ограничение по длине кабеля в 1 м (3,3 фута) или 2 м (6,6 фута) для eSATA . [12]
SAS является полнодуплексным , тогда как SATA является полудуплексным . Транспортный уровень SAS может передавать данные на полной скорости соединения в обоих направлениях одновременно, поэтому команда SCSI, выполняемая по соединению, может передавать данные на устройство и с него одновременно. Однако, поскольку команды SCSI, которые могут это делать, редки, а соединение SAS должно быть выделено для отдельной команды за раз, это, как правило, не является преимуществом для одного устройства. [13]
Характеристики
Технические подробности
Стандарт Serial Attached SCSI определяет несколько уровней (в порядке от самого высокого к самому низкому): приложение, транспорт, порт, канал, PHY и физический. Serial Attached SCSI включает три транспортных протокола:
Последовательный протокол SCSI (SSP) — для связи на уровне команд с устройствами SCSI.
Протокол туннелирования Serial ATA (STP) — для связи на уровне команд с устройствами SATA.
Протокол последовательного управления (SMP) — для управления структурой SAS.
Для уровней Link и PHY SAS определяет свой собственный уникальный протокол.
На физическом уровне стандарт SAS определяет разъемы и уровни напряжения. Физические характеристики проводки и сигнализации SAS совместимы и в общих чертах соответствуют характеристикам SATA вплоть до скорости 6 Гбит/с, хотя SAS определяет более строгие физические спецификации сигнализации, а также более широкий допустимый размах дифференциального напряжения, предназначенный для обеспечения более длинных кабелей. В то время как SAS-1.0 и SAS-1.1 приняли физические характеристики сигнализации SATA на скорости 3 Гбит/с с кодировкой 8b/10b , разработка SAS-2.0 физической скорости 6 Гбит/с привела к разработке эквивалентной скорости SATA. В 2013 году в спецификации SAS-3 последовало 12 Гбит/с. [14] Планируется, что SAS-4 внедрит сигнализацию на скорости 22,5 Гбит/с с более эффективной схемой кодирования 128b/150b, чтобы реализовать полезную скорость передачи данных 2400 МБ/с, сохраняя при этом совместимость с 6 и 12 Гбит/с. [15]
Кроме того, SCSI Express использует преимущества инфраструктуры PCI Express для прямого подключения устройств SCSI через более универсальный интерфейс. [16]
Архитектура
Архитектура SAS состоит из шести уровней:
Физический уровень:
определяет электрические и физические характеристики
Устанавливать и разрывать собственные соединения между целями и инициаторами SAS
Устанавливать и разрывать туннельные соединения между инициаторами SAS и целевыми устройствами SATA, подключенными к расширителям SAS.
Управление питанием (предложено для SAS-2.1)
Уровень порта:
Объединение нескольких PHY с одинаковыми адресами в широкие порты
Транспортный уровень:
Содержит три транспортных протокола:
Последовательный протокол SCSI (SSP): для связи на уровне команд с устройствами SCSI.
Протокол туннелирования Serial ATA (STP): для связи на уровне команд с устройствами SATA
Протокол последовательного управления (SMP): для управления структурой SAS
Уровень приложений
Топология
Инициатор может подключаться напрямую к цели через один или несколько PHY (такое соединение называется портом независимо от того, использует ли оно один или несколько PHY, хотя термин « широкий порт» иногда используется для соединения с несколькими PHY).
SAS-расширители
Компоненты, известные как Serial Attached SCSI Expanders (SAS Expanders), облегчают связь между большим количеством устройств SAS. Расширители содержат два или более внешних порта расширителя. Каждое устройство расширителя содержит по крайней мере один целевой порт протокола управления SAS для управления и может содержать само устройство SAS. Например, расширитель может включать целевой порт протокола последовательного SCSI для доступа к периферийному устройству. Расширитель не является необходимым для сопряжения инициатора SAS и цели, но позволяет одному инициатору взаимодействовать с большим количеством целей SAS/SATA. Полезная аналогия: можно рассматривать расширитель как сродни сетевому коммутатору в сети, который соединяет несколько систем с помощью одного порта коммутатора.
SAS 1 определил два типа расширителей; однако стандарт SAS-2.0 устранил различие между ними, поскольку это создавало ненужные топологические ограничения без какой-либо реализованной выгоды:
Edge expander позволяет осуществлять связь с 255 адресами SAS, что позволяет инициатору SAS взаимодействовать с этими дополнительными устройствами. Edge expanders могут выполнять прямую маршрутизацию таблиц и субтрактивную маршрутизацию. (Краткое обсуждение этих механизмов маршрутизации см. ниже). Без fanout expander вы можете использовать максимум два edge expander в подсистеме доставки (потому что вы соединяете порт субтрактивной маршрутизации этих edge expander вместе, и вы не можете подключить больше expander). Fanout expander устраняют это узкое место.
Расширитель разветвления может подключать до 255 наборов расширителей границ, известных как набор устройств расширителя границ , что позволяет адресовать еще больше устройств SAS. Порт субтрактивной маршрутизации каждого расширителя границ подключается к phys расширителя разветвления. Расширитель разветвления не может выполнять субтрактивную маршрутизацию, он может только пересылать запросы субтрактивной маршрутизации подключенным расширителям границ.
Прямая маршрутизация позволяет устройству идентифицировать устройства, напрямую подключенные к нему. Маршрутизация таблиц идентифицирует устройства, подключенные к расширителям, подключенным к собственному PHY устройства. Вычитающая маршрутизация используется, когда вы не можете найти устройства в подветви, к которой вы принадлежите. Это полностью передает запрос в другую ветвь.
Существуют расширители, позволяющие создавать более сложные топологии межсоединений. Расширители помогают в коммутации каналов (в отличие от коммутации пакетов) конечных устройств (инициаторов или целей). Они могут находить конечное устройство либо напрямую (когда конечное устройство подключено к нему), либо через таблицу маршрутизации (сопоставление идентификаторов конечных устройств и расширителя, на который следует переключить канал в нисходящем направлении для маршрутизации к этому идентификатору), либо, когда эти методы не работают, через субтрактивную маршрутизацию: канал направляется к одному расширителю, подключенному к порту субтрактивной маршрутизации. Если к субтрактивному порту не подключен расширитель, конечное устройство не может быть достигнуто.
Расширители без PHY, настроенные как субтрактивные, действуют как расширители разветвления и могут подключаться к любому количеству других расширителей. Расширители с субтрактивными PHY могут подключаться максимум к двум другим расширителям, и в этом случае они должны подключаться к одному расширителю через субтрактивный порт, а к другому — через не субтрактивный порт.
Топологии SAS-1.1, построенные с помощью расширителей, обычно содержат один корневой узел в домене SAS, за исключением топологий, содержащих два расширителя, подключенных через порт subtractive-to-subtractive. Если он существует, корневым узлом является расширитель, который не подключен к другому расширителю через порт subtractive. Поэтому, если в конфигурации существует расширитель fanout, он должен быть корневым узлом домена. Корневой узел содержит маршруты для всех конечных устройств, подключенных к домену. Обратите внимание, что с появлением в SAS-2.0 маршрутизации table-to-table и новых правил сквозного зонирования более сложные топологии, построенные на правилах SAS-2.0, не содержат ни одного корневого узла.
Соединители
Разъемы SAS намного меньше традиционных параллельных разъемов SCSI . Обычно SAS-3 обеспечивает скорость передачи данных до 12 Гбит/с. [18] В настоящее время SAS-4 доступен со скоростью до 24 Гбит/с; SAS-5 находится в стадии разработки, согласно T10.
Физический разъем SAS поставляется в нескольких различных вариантах: [19]
Нижняя линия SAS
Диски Nearline SAS (сокращенно NL-SAS , иногда называемые midline SAS ) имеют интерфейс SAS, но головку, носитель и скорость вращения традиционных дисков SATA корпоративного класса, поэтому они стоят дешевле других дисков SAS. По сравнению с SATA, диски NL-SAS имеют следующие преимущества: [57] : 20
Двойные порты, обеспечивающие избыточные пути
Возможность подключения устройства к нескольким компьютерам
Полный набор команд SCSI
Нет необходимости использовать протокол туннелирования Serial ATA (STP), который необходим для подключения жестких дисков SATA к SAS HBA . [57] : 16
Нет необходимости в картах -интерпозере SATA , которые необходимы для псевдодвухпортовой высокой доступности жестких дисков SATA. [57] : 17
^ ab "Разработка спецификации хранения данных 24G SAS завершена; Ассоциация торговли SCSI освещает технологию на саммите по флэш-памяти 2017 года". Ассоциация торговли SCSI. 2017-08-07.
^ Томпсон, Роберт Брюс; Томпсон, Барбара Фричман (24 июля 2003 г.). Аппаратное обеспечение ПК в двух словах: Краткий справочник по настольным компьютерам. "O'Reilly Media, Inc.". стр. 422. ISBN978-0-596-55234-3.
^ NCR Corporation (1990). Scsi: понимание интерфейса малой компьютерной системы . Университет Вирджинии: Prentice Hall. стр. 5. ISBN9780137968558.
^ "SAS и SATA: Непревзойденная совместимость" . Получено 20 мая 2024 г.
^ "Архитектура SAS". ibm . Получено 14 января 2016 г. .
^ "Избыточность в корпоративных сетях хранения данных с использованием двухдоменных конфигураций SAS". Hewlett-Packard Development Company. Май 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-01-10 . Получено 2016-01-10 .
^ abcdefgh "Жесткие диски SATA и SAS на выделенных серверах". Steadfast.net . Steadfast. Архивировано из оригинала 29 июня 2013 года . Получено 2013-08-05 .
^ Шмид, Патрик; Рус, Ахим (31 августа 2009 г.). "Основные характеристики и особенности SAS - SAS следующего поколения: хранилище 6 Гбит/с на предприятиях". Tom's Hardware . Получено 15 июля 2014 г.
^ "ICY TIPs_ICY DOCK производитель Съемный корпус, Корпус для жесткого диска без винтов, Мобильная стойка SAS SATA, Запись видеонаблюдения DVR, Видеоредактирование аудио, Корпус для портативного жесткого диска SATA". www.icydock.com . Получено 29.06.2020 .
^ "Mini Multilane 4/8X Shielded Cage/Connector (HDsh), Rev 3.4". Архивировано из оригинала 6 июня 2021 г.
^ "Mini Multilane 4/8X 12 Gb/s Shielded Cage/Connector (HD12sh), Rev 3.5". Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 г.
^ "Обзор SFF-8639". PC Perspective . TekPerspective. 8 июня 2015 г. Получено 21 июля 2016 г.
^ "Multifunction 6X 24 Gb/s Unshielded Connector, Rev 1.1". Архивировано из оригинала 6 июня 2021 г.
^ "Serial Attachment 4X 24 Gb/s Unshielded Connector, Rev 1.0". Архивировано из оригинала 6 июня 2021 г.
^ "Дорожная карта соединений SAS-устройств и промежуточной плоскости". SCSITA.org . SCSI Trade Association . 2015-08-15 . Получено 2017-10-14 .
^ "Serial Attachment 2X 24 Gb/s Unshielded Connector, Rev 1.0". Архивировано из оригинала 6 июня 2021 г.
^ "0.6mm 4/8X Unshielded I/O Connector, Rev 1.2". Архивировано из оригинала 10 июля 2021 г. Получено 10 июля 2021 г.
^ "SAS 4.0, PCI-E 4.0, предстоящие 24 Гбит/с, новые HBA и RAID-карты, SlimSAS, мои новые "кабели" и новый разъем SFF: будущее уже здесь, Bois". Форумы ServeTheHome . 30 марта 2021 г. Архивировано из оригинала 27 мая 2021 г. Получено 10 июля 2021 г.
^ abc Willis Whittington (2007). "Desktop, Nearline & Enterprise Disk Drives" (PDF) . Storage Networking Industry Association (SNIA) . Получено 22.09.2014 .
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Serial Attached SCSI .
комитет Т10
Торговая ассоциация SCSI
Текущая редакция проекта SAS-2 от T10 (6,83 МиБ PDF после регистрации)
Текущий проект пересмотренного варианта SAS-3 от T10 (2,8 МБ PDF после регистрации)
Технический документ Seagate о Nearline SAS
Обновление стандартов и технологий SAS, SNIA , 2011, Гарри Мейсон и Марти Чекальски ( MultiLink SAS описан на стр. 17–19)