Последовательный протокол «точка-точка» для корпоративного хранилища
В вычислительной технике Serial Attached SCSI ( SAS ) представляет собой последовательный протокол «точка-точка» , который перемещает данные на компьютерные устройства хранения данных, такие как жесткие диски и ленточные накопители, и обратно . SAS заменяет старую технологию шины Parallel SCSI (параллельный интерфейс малой компьютерной системы, обычно произносится как «неясный» [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 версий. Это позволяет подключать диски SATA к большинству объединительных плат или контроллеров SAS. Обратное подключение дисков SAS к объединительным панелям SATA невозможно. [5]
Серверы хранения с 24 жесткими дисками SAS на каждый сервер
Типичная система Serial Attached SCSI состоит из следующих основных компонентов:
Инициатор : устройство, которое создает 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 встроены в материнскую плату (как во многих серверных материнских платах) или в виде дополнительного адаптера главной 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 система дискового массива .
Подсистема доставки услуг : часть системы ввода-вывода , которая передает информацию между инициатором и целью. Обычно кабели, соединяющие инициатор и цель с расширителями и объединительными панелями или без них, составляют подсистему предоставления услуг.
Экспандеры : 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, доступно с марта 2013 г.
SAS-4: 22,5 Гбит/с под названием «24G», [8] стандарт завершен в 2017 году [7] [2]
SAS-5: разработка 45 Гбит/с началась в 2018 году [9]
Идентификация и адресация
Домен SAS — это версия SAS домена SCSI. Он состоит из набора устройств SAS, которые взаимодействуют друг с другом посредством подсистемы доставки услуг. Каждый порт SAS в домене SAS имеет идентификатор порта SCSI, который уникально идентифицирует порт в домене SAS, — всемирное имя . Он назначается производителем устройства, как MAC-адрес устройства Ethernet , и обычно также уникален во всем мире. Устройства SAS используют эти идентификаторы портов для адресации сообщений друг другу.
Кроме того, каждое устройство SAS имеет имя устройства SCSI, которое уникально идентифицирует устройство SAS в мире. Эти имена устройств встречаются нечасто, поскольку идентификаторы портов обычно 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 и идентификаторы портов SCSI, и имена устройств SCSI принимают форму адреса SAS , который представляет собой 64-битное значение, обычно в формате, зарегистрированном NAA IEEE. Люди иногда из-за путаницы называют идентификатор порта SCSI адресом SAS устройства. Люди иногда называют адрес SAS Всемирным именем или WWN, поскольку по сути это то же самое, что WWN в Fibre Channel. Для устройства расширения SAS идентификатор порта SCSI и имя устройства SCSI представляют собой один и тот же адрес SAS.
Сравнение с параллельным SCSI
«Шина» SAS работает по принципу «точка-точка», тогда как шина SCSI является многоточечной . Каждое устройство SAS подключается к инициатору по выделенному каналу, если не используется расширитель. Если один инициатор подключен к одной цели, возможности для разногласий нет ; при использовании параллельного SCSI даже эта ситуация может вызвать конфликты.
SAS не имеет проблем с терминированием и не требует пакетов терминаторов, таких как параллельный SCSI.
SAS позволяет использовать до 65 535 устройств с помощью расширителей, тогда как Parallel SCSI имеет ограничение в 8 или 16 устройств на одном канале.
SAS обеспечивает более высокую скорость передачи данных (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 в каждом соединении инициатор-цель, обеспечивая тем самым более высокую пропускную способность, тогда как параллельный SCSI распределяет скорость по всей многоточечной шине.
Устройства SAS оснащены двумя портами, что позволяет использовать резервные объединительные платы или многопутевой ввод-вывод ; эту функцию обычно называют 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 небольшая. [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, включив в него такие функции, как собственная организация очереди команд, горячее подключение и TRIM. SAS использует набор команд SCSI, который включает в себя более широкий спектр функций, таких как восстановление после ошибок, резервирование и восстановление блоков. Базовый ATA имеет команды только для хранилища с прямым доступом. Однако команды SCSI могут туннелироваться через ATAPI [12] для таких устройств, как приводы CD /DVD.
Аппаратное обеспечение SAS допускает многопутевой ввод-вывод на устройства, тогда как SATA (до SATA 2.0 ) этого не делает. [12] Согласно спецификации, SATA 2.0 использует множители портов для расширения портов, а некоторые производители множителей портов реализовали многопутевой ввод-вывод с использованием аппаратного множителя портов.
SATA позиционируется как универсальный преемник параллельного ATA и стал [update]обычным явлением на потребительском рынке, тогда как более дорогой [ когда? ] SAS ориентирован на критически важные серверные приложения.
Для восстановления ошибок и отчетов об ошибках SAS используются команды SCSI, которые обладают большей функциональностью, чем команды ATA SMART , используемые дисками SATA. [12]
SAS использует более высокие сигнальные напряжения (800–1600 мВ для передачи и 275–1600 мВ для приема [ нужны разъяснения ] ), чем SATA (400–600 мВ для передачи и 325–600 мВ для приема [ нужны разъяснения ] ). Более высокое напряжение дает (помимо других функций) возможность использовать SAS в объединительных панелях серверов. [12]
Из-за более высокого напряжения передачи сигналов SAS может использовать кабели длиной до 10 м (33 фута), тогда как SATA имеет ограничение на длину кабеля 1 м (3,3 фута) или 2 м (6,6 фута) для eSATA . [12]
SAS является полнодуплексным , а SATA — полудуплексным . Транспортный уровень SAS может передавать данные на полной скорости канала в обоих направлениях одновременно, поэтому команда SCSI, выполняющаяся по каналу, может передавать данные на устройство и обратно одновременно. Однако поскольку команды SCSI, которые могут это сделать, встречаются редко, а канал SAS должен быть выделен для отдельной команды за раз, это обычно не является преимуществом для одного устройства. [13]
Характеристики
Технические детали
Стандарт Serial Attached SCSI определяет несколько уровней (в порядке от высшего к низшему): приложение, транспорт, порт, канал, PHY и физический. Serial Attached SCSI включает три транспортных протокола:
Протокол Serial 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 частично соответствуют характеристикам SATA со скоростью до 6 Гбит/с, хотя SAS определяет более строгие спецификации физической 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 переняли физические характеристики передачи сигналов SATA со скоростью 3 Гбит/с с кодированием 8b/10b , разработка SAS-2.0 с физической скоростью 6 Гбит/с привела к разработке эквивалентной скорости SATA. В 2013 году в спецификации SAS-3 появилась скорость 12 Гбит/с. [14] В SAS-4 планируется внедрить передачу сигналов со скоростью 22,5 Гбит/с с более эффективной схемой кодирования 128b/150b для реализации полезной скорости передачи данных 2400 МБ/с, сохраняя при этом совместимость со скоростями 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 уровней SAS
Архитектура SAS состоит из шести уровней:
Физический слой:
определяет электрические и физические характеристики
Устанавливайте и разрывайте собственные связи между целями SAS и инициаторами.
Устанавливайте и разрывайте туннельные соединения между инициаторами SAS и целями SATA, подключенными к расширителям SAS.
Управление питанием (предлагается для SAS-2.1)
Уровень порта:
Объединение нескольких PHY с одинаковыми адресами в широкие порты
Транспортный уровень:
Содержит три транспортных протокола:
Протокол Serial SCSI (SSP): для связи на уровне команд с устройствами SCSI.
Туннельный протокол Serial ATA (STP): для связи на уровне команд с устройствами SATA.
Протокол последовательного управления (SMP): для управления структурой SAS.
Прикладной уровень
Топология
Инициатор может напрямую подключаться 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).
расширители SAS
Компоненты, известные как расширения SCSI с последовательным подключением (расширители SAS), облегчают связь между большим количеством устройств SAS. Расширители содержат два или более внешних порта расширения. Каждое устройство расширения содержит по крайней мере один целевой порт протокола управления SAS для управления и может содержать сами устройства SAS. Например, расширитель может включать целевой порт протокола последовательного SCSI для доступа к периферийному устройству. Экспандер не требуется для взаимодействия инициатора и цели SAS, но позволяет одному инициатору взаимодействовать с большим количеством целей SAS/SATA. Полезная аналогия: экспандер можно рассматривать как аналог сетевого коммутатора в сети, который соединяет несколько систем с помощью одного порта коммутатора.
SAS 1 определил два типа расширителей; однако стандарт SAS-2.0 утерял различие между ними, поскольку создал ненужные топологические ограничения без какой-либо реальной выгоды:
Граничный расширитель обеспечивает связь до 255 адресов SAS, позволяя инициатору SAS взаимодействовать с этими дополнительными устройствами. Расширители краев могут выполнять прямую табличную и субтрактивную маршрутизацию. (Краткое обсуждение этих механизмов маршрутизации см. ниже). Без расширителя разветвления вы можете использовать не более двух расширителей ребер в подсистеме доставки (поскольку вы соединяете порты субтрактивной маршрутизации этих расширителей ребер вместе и не можете подключить больше расширителей). Расширители Fanout решают это узкое место.
Расширитель разветвлений может подключать до 255 комплектов расширителей границ, известных как набор устройств расширения границ , что позволяет адресовать еще больше устройств SAS. Порт субтрактивной маршрутизации каждого расширителя ребер подключается к физическому расширителю разветвления. Расширитель ответвлений не может выполнять субтрактивную маршрутизацию, он может только пересылать запросы субтрактивной маршрутизации подключенным расширителям ребер.
Прямая маршрутизация позволяет устройству идентифицировать устройства, напрямую подключенные к нему. Таблица маршрутизации идентифицирует устройства, подключенные к модулям расширения, подключенным к собственному PHY устройства. Субтрактивная маршрутизация используется, когда вы не можете найти устройства в подветви, к которой принадлежите. При этом запрос передается в другую ветку.
Экспандеры существуют для обеспечения более сложных топологий межсоединений. Расширители помогают в коммутации каналов (в отличие от коммутации пакетов) конечных устройств (инициаторов или целей). Они могут найти конечное устройство либо напрямую (когда конечное устройство к нему подключено), либо через таблицу маршрутизации (сопоставление идентификаторов конечных устройств и расширителя, на который канал должен быть переключен в нисходящем направлении для маршрутизации к этому идентификатору), или, когда эти методы не работают, через субтрактивную маршрутизацию: канал направляется к одному расширителю, подключенному к порту субтрактивной маршрутизации. Если к вычитающему порту не подключен расширитель, доступ к конечному устройству невозможен.
Расширители без PHY, настроенные как субтрактивные, действуют как расширители ответвлений и могут подключаться к любому количеству других расширителей. Расширители с субтрактивным PHY могут подключаться максимум к двум другим экспандерам, и в этом случае они должны подключаться к одному экспандеру через субтрактивный порт, а к другому — через невычитающий порт.
Топологии SAS-1.1, построенные с использованием расширителей, обычно содержат один корневой узел в домене SAS, за исключением топологий, содержащих два расширителя, соединенных через порт «вычитание-вычитание». Если он существует, корневым узлом является расширитель, который не подключен к другому расширителю через вычитающий порт. Следовательно, если в конфигурации существует расширитель разветвления, 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 межтабличной маршрутизации и новых правил сквозного зонирования более сложные топологии, построенные на правилах SAS-2.0, не содержат ни одного корневого узла.
Разъемы
Разъемы SAS намного меньше традиционных разъемов параллельного SCSI . Обычно SAS-3 обеспечивает скорость передачи данных до 12 Гбит/с. [18] В настоящее время доступен протокол SAS-4 со скоростью до 24 Гбит/с; с SAS-5 в стадии разработки, сообщает Т10.
Физический разъем SAS поставляется в нескольких вариантах: [19]
Ближайшая САС
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, чем другие диски SAS. По сравнению с SATA диски NL-SAS имеют следующие преимущества: [57] : 20
Двойные порты, обеспечивающие резервные 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
^ ab «Разработка спецификации хранилища данных SAS 24G завершена; Торговая ассоциация SCSI представила технологию на саммите флэш-памяти 2017» . Торговая ассоциация SCSI. 07.08.2017.
^ Томпсон, Роберт Брюс; Томпсон, Барбара Фритчман (24 июля 2003 г.). Коротко об аппаратном обеспечении ПК: краткий справочник по настольному компьютеру. «О'Рейли Медиа, Инк.». п. 422. ИСБН978-0-596-55234-3.
^ Корпорация NCR (1990). Scsi: понимание интерфейса малой компьютерной системы . Университет Вирджинии: Прентис Холл. п. 5. ISBN9780137968558.
^ «SAS и SATA: беспрецедентная совместимость» . Проверено 20 мая 2024 г.
^ «Архитектура SAS». IBM . Проверено 14 января 2016 г.
^ ab «Дорожная карта мастера SCSI с последовательным подключением». Торговая ассоциация SCSI. 14 октября 2015 г. Проверено 26 февраля 2016 г.
^ «Проект последовательного интерфейса SCSI-4 (SAS-4)» (PDF) . Т10. 11 мая 2016 г. Проверено 15 мая 2016 г.
^ «Последовательный SCSI-5 (SAS-5)» (PDF) . t10.org . T10/BSR INCITS 561. 22 февраля 2019 г. Проверено 17 января 2024 г.
^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ: SCSI с последовательным подключением (SAS).
^ «Избыточность в корпоративных сетях хранения данных с использованием двухдоменных конфигураций SAS» . Девелоперская компания Хьюлетт-Паккард. Май 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2016 г. Проверено 10 января 2016 г.
^ abcdefgh «Жесткие диски SATA и SAS на выделенных серверах». Стадфаст.нет . Стойкий. Архивировано из оригинала 29 июня 2013 года . Проверено 5 августа 2013 г.
^ Шмид, Патрик; Роос, Ахим (31 августа 2009 г.). «Функции и основы SAS — SAS нового поколения: хранилище со скоростью 6 Гбит/с выходит на рынок». Аппаратное обеспечение Тома . Проверено 15 июля 2014 г.
^ «Последовательный интерфейс SCSI — 3 (SAS-3)» (PDF) . Т10. 07.11.2013 . Проверено 11 мая 2015 г.
^ «Последовательный интерфейс SCSI — 4 (SAS-4), 5.8.1 Общие электрические характеристики» (PDF) . Проверено 11 мая 2015 г.
^ «Библиотека» SCSI Express». Торговая ассоциация SCSI . Проверено 5 августа 2013 г.
^ «Проект уровня протокола SAS - 4 (SPL-4), стр.» (PDF) . Т10. 09.05.2016 . Проверено 15 мая 2016 г.
^ «LSI первой выпустила новые высокопроизводительные продукты SAS 12 Гбит / с» . SCSITA.org . Торговая ассоциация SCSI . Проверено 3 декабря 2013 г.
^ "Спецификации комитета SFF" . ftp.Seagate.com . Технология Сигейт . Проверено 5 августа 2013 г.
^ «Спецификации SFF | SNIA» . www.snia.org . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Оболочка и вилка неэкранированного разъема Mini Multilane 4X, версия 2.6» . Архивировано из оригинала 29 января 2019 года.
^ "SFF-8087". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Оболочка и вилка экранированного разъема Mini Multilane 4X, версия 3.4» . Архивировано из оригинала 14 ноября 2020 года.
^ "SFF-8088". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «SFP+ 10 Гбит/с и низкоскоростной электрический интерфейс, версия 4.1» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8431 SFP+" . КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Подключаемый трансивер QSFP+ 4X 10 Гбит/с, версия 4.9» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2019 года.
^ "SFF-8436". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Экранированный высокоскоростной последовательный многоканальный медный разъем, версия 3.3» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8470". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Неэкранированный разъем последовательного подключения 2X, версия 2.5» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8482". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ служитьдому (31 января 2011 г.). «Руководство по разъемам SAS/SATA SFF-8087, 8088, 8470, 8482, 8484». Сервис TheHome . Проверено 12 января 2021 г.
^ «Совместимые жесткие диски для серверов Dell PowerEdge» . Водяная пантера . Проверено 12 января 2021 г.
^ «Совместимые жесткие диски HPE ProLiant Server» . Водяная пантера . Проверено 12 января 2021 г.
^ «Многоканальные неэкранированные последовательные разъемы для подключения, версия 2.0» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8484". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Спецификация SFF-8485 для последовательной шины GPIO (SGPIO), версия 0,7» . Архивировано из оригинала 26 июня 2019 года.
^ «Мини-многоканальный неэкранированный разъем 4/8X (HDun), версия 3.5» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ «Мини-многоканальный неэкранированный разъем 4/8X, 12 Гбит/с (HD12un), версия 3.5» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8643". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Производитель ICY TIPs_ICY DOCK Съемный корпус, безвинтовой корпус для жесткого диска, мобильная стойка SAS SATA, запись наблюдения DVR, монтаж аудио-видео, корпус портативного жесткого диска SATA» . www.icydock.com . Проверено 29 июня 2020 г.
^ «Экранированная клетка/разъем Mini Multilane 4/8X (HDsh), версия 3.4» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ «Экранированная клетка/разъем Mini Multilane 4/8X 12 Гбит/с (HD12sh), версия 3.5» . Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 года.
^ "SFF-8644". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Последовательное подключение 2X, неэкранированный разъем 12 Гбит/с, версия 2.1» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ "SFF-8680". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Многофункциональный неэкранированный разъем 6X, версия 2.1» . Архивировано из оригинала 17 февраля 2020 года.
^ "SFF-8639". КС Электроникс . Проверено 6 июня 2021 г.
^ "Обзор SFF-8639" . Перспектива ПК . ТекПерспектива. 8 июня 2015 года . Проверено 21 июля 2016 г.
^ «Многофункциональный неэкранированный разъем 6X, 24 Гбит/с, версия 1.1» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ «Неэкранированный разъем последовательного подключения 4X, 24 Гбит/с, версия 1.0» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ «Дорожная карта соединения устройств SAS с промежуточной плоскостью» . SCSITA.org . Торговая ассоциация SCSI . 15 августа 2015 г. Проверено 14 октября 2017 г.
^ «Последовательное подключение 2X, неэкранированный разъем 24 Гбит/с, версия 1.0» . Архивировано из оригинала 6 июня 2021 года.
^ «Неэкранированный разъем ввода-вывода 0,6 мм 4/8X, версия 1.2» . Архивировано из оригинала 10 июля 2021 года . Проверено 10 июля 2021 г.
^ «SAS 4.0, PCI-E 4.0, предстоящие скорости 24 Гбит/с, новые адаптеры HBA и RAID-карты, SlimSAS, мои новые «кабели» и новый разъем SFF: будущее уже здесь, Буа» . Форумы ServeTheHome . 30 марта 2021 года. Архивировано из оригинала 27 мая 2021 года . Проверено 10 июля 2021 г.
^ abc Уиллис Уиттингтон (2007). «Дисковые накопители для настольных, сетевых и корпоративных компьютеров» (PDF) . Ассоциация производителей сетей хранения данных (SNIA) . Проверено 22 сентября 2014 г.
Внешние ссылки
Викискладе есть медиафайлы по теме Serial Attached SCSI .
комитет Т10
Торговая ассоциация SCSI
Текущая черновая версия SAS-2 из T10 (6,83 МБ PDF после регистрации)
Текущая черновая версия SAS-3 от T10 (PDF 2,8 МБ после регистрации)
Технический документ Seagate по Nearline SAS
Обновление стандартов и технологий SAS, SNIA , 2011 г., Гарри Мейсон и Марти Чекальски ( описание MultiLink SAS приведено на стр. 17–19)