Sériově připojený SCSI - Serial Attached SCSI

SAS

Sériově připojený SCSI
Konektor SAS
Šířka v bitech	1
Počet zařízení	65,535
Rychlost
Styl	Seriál
Rozhraní za provozu	Ano

V oblasti výpočetní techniky je Serial Attached SCSI ( SAS ) sériový protokol point-to-point, který přesouvá data do az úložných zařízení počítače, jako jsou jednotky pevného disku a páskové jednotky . SAS nahrazuje starší sběrnicovou technologii Parallel SCSI (Parallel Small Computer System Interface, obvykle výraz „scuzzy“ nebo „sexy“), která se poprvé objevila v polovině 80. let minulého století. SAS, stejně jako jeho předchůdce, používá standardní sadu příkazů SCSI . SAS nabízí volitelnou kompatibilitu se Serial ATA (SATA), verze 2 a novější. To umožňuje připojení jednotek SATA k většině základních desek nebo řadičů SAS . Zpětné připojení jednotek SAS k propojovacím deskám SATA není možné.

Technická komise T10 Mezinárodního výboru pro standardy informačních technologií (INCITS) vyvíjí a udržuje protokol SAS; SCSI Trade Association (SCSITA) podporuje technologii.

Úvod

Typický sériově připojený systém SCSI se skládá z následujících základních komponent:

1. Iniciátor : přístroj, který pochází zařízení, servisní a úkol pro řízení požadavků na zpracování podle cílového zařízení a přijímá odpovědi na stejné žádosti z jiných cílových zařízení. Iniciátory mohou být poskytovány jako integrovaná součást na základní desce (jako je tomu u mnoha základních desek orientovaných na server) nebo jako přídavný adaptér hostitelské sběrnice .
2. Cílové : zařízení obsahující logické jednotky a cílové porty, které přijímá servisní zařízení a správu úloh požadavky na zpracování a odešle odpověď na stejných požadavků na iniciátorů zařízení. Cílovým zařízením může být pevný disk nebo systém diskových polí .
3. Poskytování služeb subsystém : část z I / O systému, který přenáší informace mezi iniciátor a cíl. Subsystém poskytování služby obvykle tvoří kabely spojující iniciátor a cíl s expandéry a propojovacími rovinami nebo bez nich.
4. Expandéry : zařízení, která jsou součástí subsystému poskytování služeb a usnadňují komunikaci mezi zařízeními SAS. Expandéry usnadňují připojení více koncových zařízení SAS k jednomu portu iniciátoru.

Dějiny

• SAS-1: 3,0 Gbit/s, představený v roce 2004
• SAS-2: 6,0 Gbit/s, k dispozici od února 2009
• SAS-3: 12,0 Gbit/s, k dispozici od března 2013
• SAS-4: 22,5 Gbit/s s názvem „24G“, standard dokončen v roce 2017
• SAS-5: 45 Gbit/s se vyvíjí

Identifikace a adresování

SAS Doména je SAS verze SCSI domény se skládá ze souboru zařízení SAS, které komunikují mezi sebou prostřednictvím poskytování služeb subsystému. Každý port SAS v doméně SAS má identifikátor portu SCSI, který port jednoznačně identifikuje v rámci domény SAS, World Wide Name . Je přiřazen výrobcem zařízení, jako MAC adresa ethernetového zařízení , a je také obvykle celosvětově jedinečný. Zařízení SAS používají tyto identifikátory portů k vzájemné komunikaci.

Každé zařízení SAS má navíc název zařízení SCSI, které zařízení SAS identifikuje jednoznačně na světě. Tyto názvy zařízení často nevidíme, protože identifikátory portů obvykle dostatečně identifikují zařízení.

Pro srovnání, v paralelním SCSI je SCSI ID identifikátor portu a název zařízení. Ve Fibre Channel je identifikátor portu WWPN a název zařízení je WWNN.

V SAS mají identifikátory portů SCSI i názvy zařízení SCSI podobu adresy SAS , což je 64bitová hodnota, obvykle ve formátu NAA IEEE Registered. Lidé někdy odkazují na identifikátoru portu SCSI jako na adresu SAS ze zařízení, ze zmatku. Lidé někdy nazývají adresu SAS World Wide Name nebo WWN, protože je to v podstatě totéž jako WWN ve Fibre Channel. V případě zařízení expandéru SAS jsou identifikátor portu SCSI a název zařízení SCSI stejná adresa SAS.

Porovnání s paralelním SCSI

• „Sběrnice“ SAS pracuje point-to-point, zatímco sběrnice SCSI je multidrop . Každé zařízení SAS je připojeno vyhrazeným odkazem k iniciátoru, pokud není použit expandér. Pokud je jeden iniciátor připojen k jednomu cíli, není příležitost ke sporu ; s paralelním SCSI by i tato situace mohla způsobit hádku.
• SAS nemá problémy s ukončováním a nevyžaduje balíčky terminátorů, jako je paralelní SCSI.
• SAS eliminuje zkosení hodin .
• SAS umožňuje až 65 535 zařízení pomocí expandérů, zatímco Parallel SCSI má limit 8 nebo 16 zařízení na jednom kanálu.
• SAS umožňuje vyšší přenosovou rychlost (3, 6 nebo 12 Gbit/s) než většina paralelních standardů SCSI. SAS dosahuje těchto rychlostí na každém připojení iniciátor-cíl, čímž se zvyšuje propustnost, zatímco paralelní SCSI sdílí rychlost v celé sběrnici multidrop.
• Zařízení SAS jsou vybaveny duálními porty, které umožňují redundantní propojovací desky nebo vícecestné I/O ; tato funkce se obvykle označuje jako dvoudoménový SAS .
• Řadiče SAS se mohou připojit k zařízením SATA, a to buď přímo připojeným pomocí nativního protokolu SATA, nebo prostřednictvím expandérů SAS pomocí protokolu Serial ATA Tunneling Protocol (STP).
• SAS i paralelní SCSI používají sadu příkazů SCSI .

Srovnání se SATA

Mezi SAS a SATA je malý fyzický rozdíl.

• Protokol SAS poskytuje více iniciátorů v doméně SAS, zatímco SATA nemá obdobné ustanovení.
• Většina jednotek SAS poskytuje fronty příkazů se značkami , zatímco většina novějších jednotek SATA poskytuje nativní frontu příkazů .
• SATA používá sadu příkazů, která je založena na paralelní sadě příkazů ATA a poté rozšířena mimo tuto sadu, aby zahrnovala funkce jako nativní fronty příkazů, připojování za provozu a TRIM. SAS používá sadu příkazů SCSI, která obsahuje širší škálu funkcí, jako je obnovení chyb, rezervace a rekultivace bloků. Základní ATA má příkazy pouze pro úložiště s přímým přístupem. Příkazy SCSI však lze tunelovat prostřednictvím ATAPI pro zařízení, jako jsou jednotky CD /DVD.
• Hardware SAS umožňuje vícecestné I/O zařízením, zatímco SATA (před SATA 2.0 ) nikoli. Podle specifikace SATA 2.0 využívá k dosažení rozšíření portů multiplikátory a někteří výrobci multiplikátorů portů implementovali vícecestné I/O pomocí hardwaru multiplikátoru portů.
• SATA je prodávána jako univerzální nástupce paralelního ATA a stala se běžnou na spotřebitelském trhu, zatímco dražší SAS se zaměřuje na kritické serverové aplikace.
• Obnova chyb a hlášení chyb SAS používá příkazy SCSI, které mají více funkcí než příkazy ATA SMART používané jednotkami SATA.
• SAS používá vyšší signalizační napětí (800–1 600 mV pro vysílání a 275– 1 600 mV pro příjem) než SATA (400–600 mV pro vysílání a 325–600 mV pro příjem). Vyšší napětí nabízí (mimo jiné funkce) možnost používat SAS v backplanech serverů.
• Kvůli vyšším signalizačním napětím může SAS používat kabely až 10 m (33 stop) dlouhé, zatímco SATA má limit délky kabelu 1 m (3,3 ft) nebo 2 m (6,6 ft) pro eSATA .
• SAS je plně duplexní , zatímco SATA je poloviční duplex . Transportní vrstva SAS může přenášet data plnou rychlostí propojení v obou směrech najednou, takže příkaz SCSI provádějící přes propojení může přenášet data do a ze zařízení současně. Protože však příkazy SCSI, které to dokážou, jsou vzácné a propojení SAS musí být vyhrazeno jednotlivým příkazům najednou, není to obecně výhoda.

Charakteristika

Technické údaje

Sériově připojený standard SCSI definuje několik vrstev (v pořadí od nejvyšší po nejnižší): aplikace, transport, port, propojení, PHY a fyzické. Sériově připojený SCSI obsahuje tři transportní protokoly:

• Serial SCSI Protocol (SSP)-pro komunikaci na úrovni příkazu se zařízeními SCSI.
• Serial ATA Tunneling Protocol (STP)-pro komunikaci na úrovni příkazů se zařízeními SATA.
• Serial Management Protocol (SMP) - pro správu struktury SAS.

Pro vrstvy Link a PHY definuje SAS svůj vlastní jedinečný protokol.

Na fyzické vrstvě standard SAS definuje konektory a úrovně napětí. Fyzikální vlastnosti kabeláže a signalizace SAS jsou kompatibilní se SATA až do rychlosti 6 Gbit/s a volně je sledují, ačkoli SAS definuje přísnější specifikace fyzické signalizace a také širší přípustný výkyv diferenciálního napětí, který má umožnit delší kabeláž . Zatímco SAS-1.0 a SAS-1.1 přijaly charakteristiky fyzické signalizace SATA rychlostí 3 Gbit/s s kódováním 8b/10b , vývoj SAS-2.0 fyzické rychlosti 6 Gbit/s vedl k vývoji ekvivalentní rychlosti SATA. V roce 2013 následovalo ve specifikaci SAS-3 12 Gbit/s. SAS-4 je navržen tak, aby zavedl signalizaci 22,5 Gbit/s s efektivnějším schématem kódování 128b/150b, aby se dosáhlo použitelné přenosové rychlosti 2 400 MB/s při zachování kompatibility s 6 a 12 Gbit/s.

Navíc SCSI Express využívá PCI Express infrastruktury pro přímé připojení zařízení SCSI přes více univerzálním rozhraním.

Architektura

Architektura SAS se skládá ze šesti vrstev:

• Fyzická vrstva:
  • definuje elektrické a fyzikální vlastnosti
  • přenos diferenciální signalizace
  • Více typů konektorů:
    • SFF -8482 - SATA kompatibilní
    • Interní čtyřproudové konektory: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
    • Externí čtyřproudové konektory: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644
• Vrstva PHY:
  • Kódování dat 8b/10b (3, 6 a 12 Gbit/s)
  • 128b/150b SPL kódování paketů (22,5 Gbit/s) (2bitové záhlaví, 128bitové užitečné zatížení, 20bitová korekce chyb vpřed Reed-Solomon )
  • Inicializace propojení, vyjednávání rychlosti a resetovací sekvence
  • Vyjednávání možností propojení (od SAS-2 a dále)
• Odkazová vrstva:
  • Vložení a vymazání primitiv pro párování rozdílů mezi hodinovou rychlostí
  • Primitivní kódování
  • Míchání dat za účelem snížení EMI
  • Navažte a zbořte nativní spojení mezi cíli SAS a iniciátory
  • Vytvořte a zbořte tunelová spojení mezi iniciátory SAS a cíli SATA připojenými k expandérům SAS
  • Řízení spotřeby (navrženo pro SAS-2.1)
• Portová vrstva:
  • Kombinace více PHY se stejnými adresami do širokých portů
• Transportní vrstva:
  • Obsahuje tři transportní protokoly:
    • Serial SCSI Protocol (SSP): pro komunikaci na úrovni příkazu se zařízeními SCSI
    • Serial ATA Tunneled Protocol (STP): pro komunikaci na úrovni příkazů se zařízeními SATA
    • Serial Management Protocol (SMP): pro správu struktury SAS
• Aplikační vrstva

Topologie

Iniciátor může být připojen přímo k cíli prostřednictvím jedné nebo více Phys (takové spojení se nazývá portu, zda se používá jeden nebo více Phys, ačkoli termín široký otvor je někdy používán pro připojení více PHY).

Expandéry SAS

Komponenty známé jako Serial Attached SCSI Expanders (SAS Expanders) usnadňují komunikaci mezi velkým počtem zařízení SAS. Expandéry obsahují dva nebo více externích portů expandéru. Každé zařízení expandéru obsahuje alespoň jeden cílový port SAS Management Protocol pro správu a může obsahovat samotná zařízení SAS. Expander například může zahrnovat cílový port Serial SCSI Protocol pro přístup k perifernímu zařízení. Expander není nutný k propojení iniciátoru a cíle SAS, ale umožňuje jednomu iniciátoru komunikovat s více cíli SAS/SATA. Užitečná analogie: expandér lze považovat za podobný síťovému přepínači v síti, který spojuje více systémů pomocí jediného přepínačového portu.

SAS 1 definoval dva typy expandéru; standard SAS-2.0 však zrušil rozdíl mezi těmito dvěma, protože vytvořil zbytečná topologická omezení bez realizovaného prospěchu:

• Rozšiřovač okrajů umožňuje komunikaci až s 255 adresami SAS, což umožňuje iniciátoru SAS komunikovat s těmito dalšími zařízeními. Edge expandery umí přímé směrování tabulek a subtraktivní směrování. (Stručnou diskusi o těchto směrovacích mechanismech naleznete níže). Bez rozšiřovače fanout můžete v doručovacím subsystému použít maximálně dva expandéry okrajů (protože spojíte subtraktivní směrovací port těchto expandérů hran dohromady a nemůžete připojit další expandéry). Expandéry Fanout řeší toto úzké místo.
• Fanout expandér může připojit až 255 sad okrajových expandéry, známý jako sada hrana rozpěrného zařízení , nechat je třeba řešit i více zařízení SAS. Subtraktivní směrovací port každého expandéru hran se připojuje k fyzice expandéru fanout. Expandér fanout nemůže provádět subtraktivní směrování, může pouze přeposílat subtraktivní směrovací požadavky na připojené expandéry hran.

Přímé směrování umožňuje zařízení identifikovat zařízení, která jsou k němu přímo připojena. Směrování tabulky identifikuje zařízení připojená k expandérům připojeným k vlastní PHY zařízení. Subtraktivní směrování se používá, pokud nemůžete najít zařízení v dílčí větvi, do které patříte. Tím je požadavek předán úplně jiné pobočce.

Existují expandéry, které umožňují složitější propojovací topologie. Expandéry pomáhají při přepínání odkazů (na rozdíl od přepínání paketů) koncových zařízení (iniciátory nebo cíle). Mohou vyhledat koncové zařízení buď přímo (pokud je k němu připojeno koncové zařízení), prostřednictvím směrovací tabulky (mapování ID koncového zařízení a expandéru, na který by měl být odkaz přepnut na downstream, aby směřoval k tomuto ID), nebo když tyto metody selžou, pomocí subtraktivního směrování: odkaz je směrován na jeden expandér připojený k subtraktivnímu směrovacímu portu. Pokud není k subtraktivnímu portu připojen žádný expandér, nelze dosáhnout koncového zařízení.

Expandéry bez PHY nakonfigurované jako subtraktivní fungují jako fanout expandéry a mohou se připojit k libovolnému počtu dalších expandérů. Expandéry se subtraktivními PHY se mohou připojit maximálně ke dvěma dalším expandérům a v takovém případě se musí připojit k jednomu expandéru přes subtraktivní port a druhý přes neodečitatelný port.

Topologie SAS-1.1 vytvořené pomocí expandérů obvykle obsahují jeden kořenový uzel v doméně SAS, přičemž jedním případem výjimky jsou topologie, které obsahují dva expandéry připojené přes port od subtraktivního k subtraktivnímu. Pokud existuje, kořenovým uzlem je expandér, který není připojen k jinému expandéru přes subtraktivní port. Pokud tedy v konfiguraci existuje expandér fanout, musí to být kořenový uzel domény. Kořenový uzel obsahuje trasy pro všechna koncová zařízení připojená k doméně. Všimněte si toho, že s příchodem SAS-2.0 směrování z tabulky do tabulky a nová pravidla pro zónování mezi koncovými body, složitější topologie postavené na pravidlech SAS-2.0 neobsahují jediný kořenový uzel.

Konektory

Konektory SAS jsou mnohem menší než tradiční paralelní konektory SCSI . SAS běžně poskytuje bodové rychlosti přenosu dat až 12 Gbit/s.

Fyzický konektor SAS je dodáván v několika různých variantách:

Kódové jméno	ostatní jména	vnější/ vnitřní	Špendlíky	Počet zařízení / pruhů	Komentář	obraz
SFF-8086	Interní mini-SAS, interní mSAS	vnitřní	26	4	Toto je méně běžná implementace interního mSAS než verze 36 obvodů SFF-8087. Méně pozic je umožněno tím, že nepodporuje postranní pásma.
SFF-8087	Interní mini-SAS, interní mSAS, interní iSAS, interní iPass	vnitřní	36	4	Nestíněná implementace 36 obvodů SFF-8086. Molex iPass interní 4 × konektor se sníženou šířkou; Možnost 12 Gbit/s.
SFF-8088	Externí mini-SAS, externí mSAS, externí iSAS, externí iPass	externí	26	4	Stíněná implementace 26 obvodů SFF-8086. Molex iPass externí 4 × konektor se sníženou šířkou; Možnost 12 Gbit/s.
SFF-8431	SFP+	externí	20	1
SFF-8436	QSFP+, Quad SFP+	externí	38	4	Běžně se používá s mnoha úložnými systémy NetApp . Často k vidění u SFF-8088 nebo SFF-8644 na druhém konci; Možnost 6 Gbit/s.
SFF-8470	Konektor InfiniBand CX4 , Molex LaneLink	externí	34	4	Externí konektor s vysokou hustotou (používá se také jako interní konektor).
SFF-8482		vnitřní	29	2 pruhy	Tento formát je navržen pro kompatibilitu se SATA, ale může řídit zařízení SAS. Řadič SAS může ovládat jednotky SATA, ale řadič SATA nemůže řídit jednotky SAS. Nejběžnější připojení pro jednotky SAS, které se připojují k backplanes na serverech, tj. PowerEdge a ProLiant
SFF-8484		vnitřní	32 nebo 19	4 nebo 2	Standard s SFF definuje interní konektor s vysokou hustotou, 2 a 4 pruhové verze.
SFF-8485					Definuje SGPIO (rozšíření SFF 8484), protokol sériového spojení, který se obvykle používá pro indikátory LED.
SFF-8613 (SFF-8643)	Mini-SAS HD, U.2	vnitřní	36	4 nebo 8 s duálním konektorem	Mini-SAS HD (představen s SAS 12 Gbit/s) Také známý jako port U.2 spolu s SFF-8639.
SFF-8614 (SFF-8644)	externí Mini-SAS HD	externí		4 nebo 8 s duálním konektorem	Mini-SAS HD (představen s SAS 12 Gbit/s)
Konektor postranního pásma		vnitřní			Často k vidění u 1 × SFF-8643 nebo 1 × SFF-8087 na druhém konci- interní fan-out pro 4 × SATA disky. Připojuje ovladač k jednotkám bez backplane nebo k (SATA) backplane a volitelně ke stavovým LED diodám.
SFF-8680		vnitřní			Konektor propojovací desky SAS 12 Gbit/s
SFF-8639	U.2	vnitřní	68
SFF-8638
SFF-8640
SFF-8681
SFF-8654	SlimSAS	vnitřní	4X: 38 8X: 74		4X a 8X SAS-4 zástrčka a zásuvka

Nearline SAS

Jednotky Nearline SAS (zkráceně NL-SAS a někdy se jim říká střední linie SAS ) mají rozhraní SAS, ale rychlost hlavy, médií a otáček tradičních jednotek SATA podnikové třídy, takže stojí méně než jiné disky SAS. Ve srovnání se SATA mají disky NL-SAS následující výhody:

• Dva porty umožňující redundantní cesty
• Možnost připojení zařízení k více počítačům
• Kompletní sada příkazů SCSI
• Není nutné používat protokol Serial ATA Tunneling Protocol (STP), který je nezbytný pro připojení SATA HDD k SAS HBA .
• Nepotřebují karty SATA interposer , které jsou potřebné pro vysokou dostupnost pevných disků SATA s pseudo-dvěma porty.
• Větší hloubka příkazových front

Viz také

• Seznam šířek pásma zařízení
• Překlad SCSI / ATA
• Sériová architektura úložiště
• USB připojené SCSI

Reference

externí odkazy

• Výbor T10
• SCSI Trade Association
• Aktuální návrh revize SAS-2 z T10 (6,83 MiB PDF po registraci)
• Aktuální návrh revize SAS-3 z T10 (2,8 MB PDF po registraci)
• Whitegate Seapaper na Nearline SAS
• Aktualizace standardů a technologií SAS , SNIA , 2011, Harry Mason a Marty Czekalski ( MultiLink SAS je popsán na s. 17–19)
• Prezentace MultiLink SAS, tiskové zprávy a plány , obchodní asociace SCSI
• SAS Integrators Guide , SCSI Trade Association, duben 2006
• Vývody konektorů SAS SFF-8482 a dalších