Serial Attached SCSI — Serial Attached SCSI

SAS
Serial Attached SCSI
Cztery czerwone kable prowadzą do szerokiego czarnego złącza elektrycznego
Złącze SAS
Szerokość w bitach 1
Liczba urządzeń 65 535
Prędkość
Styl Seryjny
Interfejs do podłączania podczas pracy tak

W obliczeniowej , Serial Attached SCSI ( SAS ) jest szeregowym punkt-punkt, protokół , który przenosi dane do i z komputera do przechowywania urządzenia, takie jak dyski twarde i napędów taśmowych . SAS zastępuje starszą technologię magistrali Parallel SCSI (Parallel Small Computer System Interface, zwykle wymawianą jako „scuzzy” lub „sexy”), która pojawiła się po raz pierwszy w połowie lat 80-tych. SAS, podobnie jak jego poprzednik, używa standardowego zestawu poleceń SCSI . SAS oferuje opcjonalną kompatybilność z Serial ATA (SATA) w wersji 2 i nowszych. Pozwala to na podłączenie dysków SATA do większości SAS płyt bazowych lub kontrolerów. Odwrotne podłączenie dysków SAS do płyt montażowych SATA nie jest możliwe.

Komitet techniczny T10 Międzynarodowego Komitetu Norm Informatycznych (INCITS) opracowuje i utrzymuje protokół SAS; Stowarzyszenie SCSI Trade Association (SCSITA) promuje tę technologię.

Wstęp

Serwery pamięci masowej zawierające 24 dyski twarde SAS na serwer

Typowy system Serial Attached SCSI składa się z następujących podstawowych komponentów:

  1. Inicjator : urządzenie, które pochodzi od urządzenia serwisowe i zadanie zarządzania wnioski o przetwarzaniu przez urządzenia docelowego i odbiera odpowiedzi do tych samych wniosków z innych urządzeń docelowych. Inicjatory mogą być dostarczane jako element wbudowany na płycie głównej (jak w przypadku wielu płyt głównych zorientowanych na serwer) lub jako dodatkowy adapter magistrali hosta .
  2. Cel : urządzenie zawierające jednostek logicznych i portów docelowych, który otrzymuje zgłoszeń serwisowych urządzenia i zarządzania zadaniami do przetwarzania i wysyła odpowiedź do tych samych wniosków do urządzeń inicjujących. Urządzeniem docelowym może być dysk twardy lub system macierzy dyskowych .
  3. Podsystem dostarczania usług : część o I / O systemu sieci telekomunikacyjnej pomiędzy inicjatora i celu. Zazwyczaj kable łączące inicjator i cel z ekspanderami i płytami bazowymi lub bez nich stanowią podsystem dostarczania usług.
  4. Ekspandery : urządzenia stanowiące część podsystemu świadczenia usług i ułatwiające komunikację między urządzeniami SAS. Ekspandery ułatwiają podłączenie wielu urządzeń SAS End do jednego portu inicjatora.

Historia

  • SAS-1: 3,0 Gbit/s, wprowadzony w 2004 r.
  • SAS-2: 6.0 Gbit/s, dostępny od lutego 2009
  • SAS-3: 12,0 Gbit/s, dostępny od marca 2013 r.
  • SAS-4: 22,5 Gbit/s zwany „24G”, standard ukończony w 2017 r.
  • SAS-5: 45 Gbit/s jest w trakcie opracowywania

Identyfikacja i adresowanie

SAS Domain jest wersja z SCSI SAS domeny to składa się z zestawu urządzeń SAS, które komunikują się ze sobą za pomocą podsystemu świadczenia usług. Każdy port SAS w domenie SAS ma identyfikator portu SCSI, który jednoznacznie identyfikuje port w domenie SAS – World Wide Name . Jest przypisywany przez producenta urządzenia, podobnie jak adres MAC urządzenia Ethernet , i zazwyczaj jest unikalny na skalę światową. Urządzenia SAS używają tych identyfikatorów portów do adresowania komunikacji między sobą.

Ponadto każde urządzenie SAS ma nazwę urządzenia SCSI, która identyfikuje urządzenie SAS w sposób unikalny na świecie. Nieczęsto można zobaczyć te nazwy urządzeń, ponieważ identyfikatory portów mają tendencję do wystarczającej identyfikacji urządzenia.

Dla porównania, w równoległym SCSI, SCSI ID to identyfikator portu i nazwa urządzenia. W Fibre Channel identyfikator portu to WWPN, a nazwa urządzenia to WWNN.

W SAS zarówno identyfikatory portów SCSI, jak i nazwy urządzeń SCSI mają postać adresu SAS , który jest wartością 64-bitową, zwykle w formacie NAA IEEE Registered. Ludzie czasami odnoszą się do identyfikatora SCSI portu jak w adresie SAS urządzenia, z zamieszania. Ludzie czasami nazywają adres SAS nazwą World Wide Name lub WWN, ponieważ jest to zasadniczo to samo, co WWN w Fibre Channel. W przypadku ekspandera SAS identyfikator portu SCSI i nazwa urządzenia SCSI są tym samym adresem SAS.

Porównanie z równoległym SCSI

  • „Magistrala” SAS działa od punktu do punktu, podczas gdy magistrala SCSI jest wielopunktowa . Każde urządzenie SAS jest połączone dedykowanym łączem z inicjatorem, o ile nie jest używany ekspander. Jeśli jeden inicjator jest połączony z jednym celem, nie ma możliwości rywalizacji ; z równoległym SCSI, nawet ta sytuacja może spowodować spory.
  • SAS nie ma problemów z zakończeniem i nie wymaga pakietów terminatorów, takich jak równoległy SCSI.
  • SAS eliminuje przekrzywienie zegara .
  • SAS pozwala na obsługę do 65 535 urządzeń przy użyciu ekspanderów, podczas gdy Parallel SCSI ma limit 8 lub 16 urządzeń na jednym kanale.
  • SAS umożliwia wyższą prędkość transferu (3, 6 lub 12 Gbit/s) niż większość równoległych standardów SCSI. SAS osiąga te prędkości na każdym połączeniu inicjator-cel, dzięki czemu uzyskuje wyższą przepustowość, podczas gdy równoległy interfejs SCSI dzieli tę prędkość na całą magistralę wielopunktową.
  • Urządzenia SAS są wyposażone w dwa porty, co pozwala na nadmiarowe płyty montażowe lub wielościeżkowe wejścia/wyjścia ; ta funkcja jest zwykle określana jako SAS z dwiema domenami .
  • Kontrolery SAS mogą łączyć się z urządzeniami SATA bezpośrednio połączonymi przy użyciu natywnego protokołu SATA lub przez ekspandery SAS przy użyciu protokołu Serial ATA Tunneling Protocol (STP).
  • Zarówno SAS, jak i równoległy SCSI używają zestawu poleceń SCSI .

Porównanie z SATA

Fizyczna różnica między SAS i SATA jest niewielka.

  • Protokół SAS zapewnia wiele inicjatorów w domenie SAS, podczas gdy SATA nie ma analogicznego przepisu.
  • Większość dysków SAS obsługuje kolejkowanie poleceń ze znacznikami , podczas gdy większość nowszych dysków SATA zapewnia natywne kolejkowanie poleceń .
  • SATA używa zestawu poleceń opartego na zestawie poleceń równoległego interfejsu ATA, a następnie rozszerzonego poza ten zestaw, aby uwzględnić takie funkcje, jak natywne kolejkowanie poleceń, podłączanie podczas pracy i TRIM. SAS korzysta z zestawu poleceń SCSI, który obejmuje szerszy zakres funkcji, takich jak odzyskiwanie błędów, rezerwacje i odzyskiwanie bloków. Podstawowa usługa ATA zawiera polecenia tylko dla pamięci masowej z dostępem bezpośrednim. Jednak polecenia SCSI mogą być tunelowane przez ATAPI dla urządzeń takich jak napędy CD /DVD.
  • Sprzęt SAS umożliwia wielościeżkowe I/O do urządzeń, podczas gdy SATA (przed SATA 2.0 ) nie. Zgodnie ze specyfikacją, SATA 2.0 wykorzystuje mnożniki portów w celu rozszerzenia portów, a niektórzy producenci mnożników portów wdrożyli wielościeżkowe we/wy przy użyciu sprzętu z mnożnikiem portów.
  • SATA jest sprzedawany jako uniwersalny następca równoległego ATA i stał się powszechny na rynku konsumenckim, podczas gdy droższy SAS jest przeznaczony dla krytycznych aplikacji serwerowych.
  • Odzyskiwanie błędów i raportowanie błędów SAS wykorzystuje polecenia SCSI, które mają większą funkcjonalność niż polecenia ATA SMART używane przez dyski SATA.
  • SAS wykorzystuje wyższe napięcia sygnalizacji (800–1600 mV do nadawania i 275–1600 mV do odbioru) niż SATA (400–600 mV do nadawania i 325–600 mV do odbioru). Wyższe napięcie oferuje (między innymi) możliwość wykorzystania SAS w kasetach serwerowych.
  • Ze względu na wyższe napięcia sygnalizacyjne SAS może używać kabli o długości do 10 m (33 stopy), podczas gdy SATA ma limit długości kabla 1 m (3,3 stopy) lub 2 m (6,6 stopy) w przypadku eSATA .
  • SAS jest w trybie pełnego dupleksu , podczas gdy SATA jest w trybie półdupleksowym . Warstwa transportowa SAS może przesyłać dane z pełną prędkością łącza w obu kierunkach jednocześnie, tak więc polecenie SCSI wykonywane przez łącze może jednocześnie przesyłać dane do iz urządzenia. Jednakże, ponieważ polecenia SCSI, które mogą to zrobić, są rzadkie, a łącze SAS musi być dedykowane do pojedynczego polecenia w danym momencie, nie jest to na ogół zaletą.

Charakterystyka

Szczegóły techniczne

Standard Serial Attached SCSI definiuje kilka warstw (w kolejności od najwyższej do najniższej): aplikacja, transport, port, łącze, warstwa PHY i fizyczna. Serial Attached SCSI obejmuje trzy protokoły transportowe:

  • Protokół Serial SCSI (SSP) – do komunikacji na poziomie poleceń z urządzeniami SCSI.
  • Protokół Serial ATA Tunneling Protocol (STP) — do komunikacji na poziomie poleceń z urządzeniami SATA.
  • Serial Management Protocol (SMP) – do zarządzania tkanką SAS.

Dla warstw Link i PHY SAS definiuje swój własny, unikalny protokół.

W warstwie fizycznej standard SAS definiuje złącza i poziomy napięć. Fizyczne właściwości okablowania i sygnalizacji SAS są kompatybilne i luźno śledzone, jak w przypadku SATA do szybkości 6 Gb/s, chociaż SAS definiuje bardziej rygorystyczne fizyczne specyfikacje sygnalizacji, a także szersze dopuszczalne wahania napięcia różnicowego, które mają umożliwić dłuższe okablowanie . Podczas gdy SAS-1.0 i SAS-1.1 przyjęły fizyczną charakterystykę sygnalizacji SATA z szybkością 3 Gb/s z kodowaniem 8b/10b , opracowanie SAS-2.0 fizycznej szybkości 6 Gb/s doprowadziło do opracowania równoważnej szybkości SATA. W 2013 r. w specyfikacji SAS-3 pojawiło się 12 Gbit/s. SAS-4 ma wprowadzić sygnalizację 22,5 Gbit/s z bardziej wydajnym schematem kodowania 128b/150b, aby uzyskać użyteczną szybkość transmisji danych 2400 MB/s przy zachowaniu kompatybilności z 6 i 12 Gbit/s.

Dodatkowo SCSI Express wykorzystuje infrastrukturę PCI Express do bezpośredniego łączenia urządzeń SCSI za pomocą bardziej uniwersalnego interfejsu.

Architektura

Architektura warstw SAS

Architektura SAS składa się z sześciu warstw:

  • Warstwa fizyczna:
    • definiuje właściwości elektryczne i fizyczne
    • transmisja sygnalizacji różnicowej
    • Wiele typów złączy:
      • SFF- 8482 – kompatybilny z SATA
      • Złącza wewnętrzne czterotorowe: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
      • Zewnętrzne złącza czteropasmowe: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644
  • Warstwa PHY:
  • Warstwa łącza:
    • Wstawianie i usuwanie prymitywów w celu dopasowania rozbieżności częstotliwości zegara
    • Kodowanie prymitywne
    • Szyfrowanie danych w celu zmniejszenia EMI
    • Ustanowienie i zerwanie natywnych połączeń między celami SAS a inicjatorami
    • Ustanowienie i zerwanie połączeń tunelowych między inicjatorami SAS a obiektami docelowymi SATA podłączonymi do ekspanderów SAS
    • Zarządzanie energią (proponowane dla SAS-2.1)
  • Warstwa portu:
    • Łączenie wielu warstw PHY z tymi samymi adresami w szerokie porty
  • Warstwa transportowa:
    • Zawiera trzy protokoły transportowe:
      • Protokół Serial SCSI (SSP): do komunikacji na poziomie poleceń z urządzeniami SCSI
      • Protokół Serial ATA Tunneled Protocol (STP): do komunikacji na poziomie poleceń z urządzeniami SATA
      • Protokół zarządzania szeregowego (SMP): do zarządzania tkanką SAS
  • Warstwa aplikacji

Topologia

Inicjator można połączyć bezpośrednio z docelowym za pośrednictwem jednego lub większej liczby PHY (taki związek jest nazywany portem czy wykorzystuje jedną lub więcej Phys, chociaż termin port szerokości jest czasami wykorzystywane do połączenia wielu PHY).

Ekspandery SAS

Komponenty znane jako Serial Attached SCSI Expanders (SAS Expanders) ułatwiają komunikację między dużą liczbą urządzeń SAS. Ekspandery zawierają dwa lub więcej zewnętrznych portów ekspanderów. Każde urządzenie ekspandera zawiera co najmniej jeden port docelowy protokołu SAS Management Protocol do zarządzania i może zawierać same urządzenia SAS. Na przykład, ekspander może zawierać docelowy port Serial SCSI Protocol dla dostępu do urządzenia peryferyjnego. Ekspander nie jest konieczny do połączenia inicjatora i celu SAS, ale pozwala jednemu inicjatorowi komunikować się z większą liczbą celów SAS/SATA. Przydatna analogia: ekspander można uznać za podobny do przełącznika sieciowego w sieci, który łączy wiele systemów za pomocą jednego portu przełącznika.

SAS 1 zdefiniował dwa typy ekspanderów; jednak standard SAS-2.0 zrezygnował z rozróżnienia między tymi dwoma, ponieważ stworzył niepotrzebne ograniczenia topologiczne bez żadnych korzyści:

  • Ekspandera krawędzi pozwala na komunikację z maksymalnie do 255 adresów SAS pozwalając inicjator SAS komunikacji z tych dodatkowych urządzeń. Ekspandery Edge mogą wykonywać routing bezpośredni w tabeli i routing subtraktywny. (Krótka dyskusja na temat tych mechanizmów routingu znajduje się poniżej). Bez ekspandera fanout można użyć co najwyżej dwóch ekspanderów brzegowych w podsystemie dostarczania (ponieważ łączysz ze sobą port routingu subtrakcyjnego tych ekspanderów brzegowych i nie możesz podłączyć kolejnych ekspanderów). Ekspandery Fanout rozwiązują to wąskie gardło.
  • Do ekspandera fanout można podłączyć do 255 zestawów ekspanderów brzegowych, zwanych zestawem ekspanderów brzegowych , co pozwala na zaadresowanie jeszcze większej liczby urządzeń SAS. Subtraktywny port routingu każdego ekspandera krawędzi łączy się z fizyką ekspandera fanout. Ekspander fanoutów nie może wykonywać routingu subtraktywnego, może tylko przekazywać żądania routingu subtraktywnego do podłączonych ekspanderów brzegowych.

Routing bezpośredni umożliwia urządzeniu identyfikowanie urządzeń bezpośrednio do niego podłączonych. Routing tablicowy identyfikuje urządzenia podłączone do ekspanderów podłączonych do własnej warstwy PHY urządzenia. Routing subtraktywny jest używany, gdy nie możesz znaleźć urządzeń w podgałęzi, do której należysz. Powoduje to przekazanie żądania do zupełnie innej gałęzi.

Istnieją ekspandery umożliwiające bardziej złożone topologie połączeń międzysieciowych. Ekspandery pomagają w przełączaniu łączy (w przeciwieństwie do przełączania pakietów) urządzeń końcowych (inicjatorów lub celów). Mogą zlokalizować urządzenie końcowe albo bezpośrednio (gdy urządzenie końcowe jest do niego podłączone), za pośrednictwem tablicy routingu (mapowanie identyfikatorów urządzeń końcowych i ekspandera, w którym łącze powinno być przełączone na downstream, aby kierować do tego identyfikatora), lub gdy te metody zawiodą, poprzez routing subtraktywny: łącze jest kierowane do pojedynczego ekspandera podłączonego do portu routingu subtraktywnego. Jeśli nie ma ekspandera podłączonego do portu subtraktywnego, urządzenie końcowe jest nieosiągalne.

Ekspandery bez warstw PHY skonfigurowane jako subtraktywne działają jako ekspandery fanoutów i mogą łączyć się z dowolną liczbą innych ekspanderów. Ekspandery z subtraktywnymi warstwami PHY mogą łączyć się maksymalnie tylko z dwoma innymi ekspanderami iw takim przypadku muszą łączyć się z jednym ekspanderem przez port subtraktywny, a drugi przez port niesubtraktywny.

Topologie SAS-1.1 zbudowane za pomocą ekspanderów zazwyczaj zawierają jeden węzeł główny w domenie SAS, z wyjątkiem topologii, które zawierają dwa ekspandery połączone przez port subtraktywny do subtraktywnego. Jeśli istnieje, węzłem głównym jest ekspander, który nie jest połączony z innym ekspanderem przez port subtraktywny. Dlatego jeśli w konfiguracji istnieje ekspander fanoutów, musi to być węzeł główny domeny. Węzeł główny zawiera trasy dla wszystkich urządzeń końcowych podłączonych do domeny. Należy zauważyć, że wraz z pojawieniem się w SAS-2.0 routingu typu table-to-table i nowych reguł stref end-to-end, bardziej złożone topologie zbudowane na regułach SAS-2.0 nie zawierają ani jednego węzła głównego.

Złącza

Złącza SAS są znacznie mniejsze niż tradycyjne równoległe złącza SCSI . Zwykle SAS zapewnia punktową prędkość przesyłu danych do 12 Gbit/s.

Fizyczne złącze SAS występuje w kilku różnych wariantach:


Nazwa kodowa		 inne nazwy zewnętrzne/
wewnętrzne 		Szpilki Liczba urządzeń
/pasów 		Komentarz Obraz
SFF-8086 Wewnętrzny mini-SAS,
wewnętrzny mSAS 		wewnętrzny 26 4 Jest to mniej powszechna implementacja wewnętrznego mSAS niż 36-obwodowa wersja SFF-8087.
Mniejsza liczba pozycji jest możliwa dzięki temu, że nie obsługuje wstęg bocznych. 		SFF 8086.jpg
SFF-8087 Wewnętrzny mini-SAS,
wewnętrzny mSAS,
wewnętrzny iSAS,
wewnętrzny iPass 		wewnętrzny 36 4 Nieekranowana 36-obwodowa implementacja SFF-8086. Wewnętrzne złącze 4×
Molex iPass o zmniejszonej szerokości; Możliwość 12 Gbit/s. 		SFF-8087 SMC.jpg
SFF-8088 Zewnętrzny mini-SAS,
zewnętrzny mSAS,
zewnętrzny iSAS,
zewnętrzny iPass 		zewnętrzny 26 4 Ekranowana 26-obwodowa implementacja SFF-8086. Złącze zewnętrzne 4×
Molex iPass o zmniejszonej szerokości; Możliwość 12 Gbit/s. 		SFF 8088.jpg
SFF-8431 SFP+ zewnętrzny 20 1
SFF-8436 QSFP+,
poczwórne SFP+ 		zewnętrzny 38 4 Powszechnie używany w wielu systemach pamięci masowej NetApp .
Często widywany z SFF-8088 lub SFF-8644 na drugim końcu; Możliwość 6 Gb/s.
SFF-8470
Złącze InfiniBand CX4 ,
Molex LaneLink 		zewnętrzny 34 4 Złącze zewnętrzne o dużej gęstości (używane również jako złącze wewnętrzne). SFF 8470.jpg
SFF-8482 wewnętrzny 29 2 tory Ten współczynnik kształtu został zaprojektowany z myślą o zgodności z SATA, ale może obsługiwać urządzenie SAS.
Kontroler SAS może sterować dyskami SATA, ale kontroler SATA nie może sterować dyskami SAS.

Najczęstsze połączenie dysków SAS łączących się z płytami bazowymi w serwerach, tj. PowerEdge i ProLiant

SFF-8482 Wtyczka SAS - Bokeh w f22.jpg
SFF-8484 wewnętrzny 32 lub
19 		4 lub 2 Złącze wewnętrzne o dużej gęstości, wersje 2 i 4 torowe są zdefiniowane przez standard SFF. SFF-8484 złącze proste.jpg
SFF-8485 Definiuje SGPIO (rozszerzenie SFF 8484),
protokół łącza szeregowego używany zwykle do wskaźników LED.
SFF-8613
(SFF-8643) 		Mini-SAS HD,
U.2 		wewnętrzny 36 4 lub 8 z
podwójnym złączem 		Mini-SAS HD (wprowadzony z SAS 12 Gbit/s)


Znany również jako port U.2 wraz z SFF-8639.

SFF-8643 SMC.jpg
SFF-8614
(SFF-8644) 		zewnętrzny Mini-SAS HD zewnętrzny 4 lub 8 z
podwójnym złączem 		Mini-SAS HD (wprowadzony z SAS 12 Gbit/s) SFF-8644 kabel.jpg

Złącze wstęgi bocznej		 wewnętrzny Często spotykany z 1× SFF-8643 lub 1× SFF-8087 po drugiej stronie –
wewnętrzny wentylator dla dysków 4× SATA.
Łączy kontroler z napędami bez płyty montażowej lub z płytą montażową
(SATA) i opcjonalnie z diodami LED stanu. 		Sideband.jpg
SFF-8680 wewnętrzny Złącze SAS 12 Gbit/s do płyty montażowej
SFF-8639 U.2 wewnętrzny 68 SFF-8639.jpg
SFF-8638
SFF-8640
SFF-8681
SFF-8654 SlimSAS wewnętrzny 4X: 38

8X: 74

Wtyczka i gniazdo SAS-4 4X i 8X

Nearline SAS

Dyski Nearline SAS (w skrócie NL-SAS , czasami nazywane midline SAS ) mają interfejs SAS, ale głowica, nośnik i prędkość obrotowa tradycyjnych dysków SATA klasy korporacyjnej, dzięki czemu kosztują mniej niż inne dyski SAS. W porównaniu z SATA dyski NL-SAS mają następujące zalety:

  • Dwa porty umożliwiające nadmiarowe ścieżki
  • Możliwość podłączenia urządzenia do wielu komputerów
  • Pełny zestaw poleceń SCSI
  • Nie ma potrzeby korzystania z protokołu Serial ATA Tunneling Protocol (STP), który jest niezbędny do podłączenia dysków twardych SATA do SAS HBA .
  • Nie ma potrzeby stosowania kart pośredniczących SATA , które są potrzebne w przypadku pseudo-dwuportowych dysków twardych SATA o wysokiej dostępności.
  • Większa głębokość kolejek poleceń

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki