Термінологія - SAS

SAS (Serial Attached SCSI) – інтерфейс для підключення HDD дисків. Своєю появою "серійний" інтерфейс змінив застарілий паралельний інтерфейс SCSI. Жорсткі диски, побудовані на інтерфейсі SAS, використовують у серверних системах.

SAS є рідним "молодшим братом" інтерфейсу SCSI, відповідно, у функціональній частині перший є логічним протоколом другого. Він заснований на електричній та механічній частині послідовного інтерфейсу SATA.

Примітно, що SAS має як переваги інтерфейсу SCSI, якими є глибоке сортування черги команд, відмінна масштабованість, високий рівень захисту від перешкод, велика довжина кабелів, так і перевагами Serial ATA, що відрізняється гнучкими та недорогими кабелями, можливістю "гарячого" підключення, стандартом "точка-точка", що демонструє велику продуктивність у складних конфігураціях.

Крім того, сам SAS також має нові унікальні можливості. Зокрема модернізованою системою підключення з використанням хабів (SAS-розширювачів), можливістю підключення до одного диска двох SAS-каналів, можливістю роботи на одному контролері дисків SAS та SATA-інтерфейсів.

SAS дозволяє підключати до 128 пристроїв на один порт і до 16256 пристроїв - на один контролер.

Сучасні SAS-контролери та HDD диски підтримують швидкість передачі даних до 600 Мбайт/с. Очікується, що у 2012 році швидкість передачі досягне 12 Гбіт/с.

SAS застосовує послідовний інтерфейс для роботи з накопичувачами (Direct Attached Storage - DAS). І хоча SAS, на відміну від паралельного інтерфейсу, що використовується в SCSI, використовує послідовний інтерфейс, для управління SAS-пристроями використовуються команди SCSI.

Історія

Більш ніж 20 років поспіль паралельний шинний інтерфейс був найбільш затребуваним протоколом обміну даних для більшості систем зберігання цифрових даних. Однак, у міру зростання потреби в пропускній здатності системи, все частіше стали кидатися в очі недоліки двох найпоширеніших технологій паралельного інтерфейсу: SCSI і ATA.

Головним недоліком систем було відсутність сумісності з-поміж них: різні роз'єми, набори команд. Широкий шлейф, що здійснює паралельну передачу даних, приводив до перехресних наведень, що створювало додаткові перешкоди та призводило до помилок сигналу. Це змушувало знижувати швидкість сигналу, обмежувати довжину кабелю. Також доводилося завершувати кожну лінію окремо, зазвичай цю операцію виконував останній накопичувач (з метою недопущення відображення сигналу наприкінці кабелю).

Погіршував стан справ Parallel SCSI і низьку максимальну кількість пристроїв, що підключаються (16 в одному ланцюжку), а також довжина кабелю (у сумі, не більше 12 м). Також існувала необхідність термінування та ручної установки ID-накопичувачів, поділ смуги пропускання між усіма підключеними приводами.

Ну і нарешті, величезних розмірів кабелі та рознімання паралельних інтерфейсів робили ці технології малопридатними для нових компактних систем.

Технічний комітет T10 входить до складу Міжнародного Комітету з Стандартів в області інформаційних технологій (INCITS). Він займається розробкою та підтримкою інтерфейсу SAS. Також новому стандарту надають підтримку галузеві групи SCSI Trade Association та Serial ATA Working Group. Вони входять такі компанії, як Intel, HP, LSI, Seagate, IBM та інші.

Стандарт SAS складаєтьсяз:

рівня додатків: SCSI, ATA, SMP (Serial Management Protocol);
транспортного рівня: SSP (Serial SCSI Protocol), STP (Serial ATA Tunneling Protocol, підключення SATA пристроїв до SAS HBA через розширювач (expander)), SMP (Serial Management Protocol, підтримка розширювачів SAS);
SAS port layer;
рівня з'єднання: загальна частина та SSP, STP, SMP;
SAS phy: узгодження швидкості (уповільнення вставкою наповнювачів); кодування (8b10b як у FC та Ethernet); можна об'єднувати в "широкий" (2x, 3x, 4x) порт HBA/RAID або розширювача; швидкість: SAS-1 - 3Гбіт/с (300Мбайт/с), SAS-2 - 6Гбіт/с (600Мбайт/с);
фізичного рівня: забезпечується повний дуплекс; кабелі та роз'єми; одиночний внутрішній роз'єм сумісний із SATA пристроями, але не навпаки (SAS пристрою не можна підключати до SATA контролера); зовнішні та групові роз'єми (wide port, кілька phy); в SAS-2 введено період адаптації при підключенні пристрою (training, що дозволяє збільшити довжину кабелю до 6м); у SAS-2.1 введені активні кабелі (вбудована мікросхема дозволяє зменшити товщину кабелю та збільшити довжину кабелю до 30м); оптичний кабель – до 100м; роз'єм miniSAS x4 забезпечує живлення активного кабелю; зовнішні miniSAS x4 кабелі мають різні роз'єми для вхідних та вихідних портів; до SAS-2.1 додані зовнішні miniSAS 8x та внутрішні miniSAS 8x роз'єми.

Компоненти інтерфейсу SAS

Ініціатори (Initiators)

Ініціатор — пристрій, який породжує запити на обслуговування цільових пристроїв і отримує підтвердження у міру виконання запитів. Найчастіше ініціатор виконаний у вигляді НВІС.

Цільові пристрої (Targets)

Цільовий пристрій містить логічні блоки та цільові порти, якіздійснюють прийом запитів обслуговування, виконує їх; після того, як закінчено обробку запиту, ініціатору запиту надсилається підтвердження виконання запиту. Цільовий пристрій може бути як окремим жорстким диском, так і цілим дисковим масивом.

Підсистема доставки даних (Service Delivery Subsystem)

Це частина системи введення-виведення, що здійснює передачу даних між ініціаторами та цільовими пристроями. Зазвичай підсистема доставки даних складається з кабелів, що з'єднують ініціатор та цільовий пристрій. Крім кабелів до складу підсистеми доставки даних можуть входити розширювачі SAS.

Розширювачі (експандери) (Expanders)

Розширювачі (експандери) SAS – це пристрої, що входять до складу підсистеми доставки даних та дозволяють полегшити передачу даних між пристроями SAS. Наприклад, розширювач дозволяє підключити кілька цільових пристроїв SAS до одного порту ініціатора. Підключення через розширювач є абсолютно прозорим для цільових пристроїв. Специфікації на SAS регламентують фізичний, канальний та логічний рівні інтерфейсу.

Протоколи передачі даних SAS

Завдяки цим трьом протоколам інтерфейс SAS повністю сумісний із вже існуючими SCSI додатками:

Послідовний протокол SCSI (Serial SCSI Protocol SSP). Він передає команди SCSI;
Керуючий протокол SCSI (SCSI Management Protocol SMP). Він передає керуючу інформацію на розширювачі;
Тунельний протокол SATA (SATA Tunneled Protocol STP). Він встановлює з'єднання, що дозволяє передавати команди SATA.

Ця мультипротокольна архітектура робить технологію SAS універсальним гібридом пристроїв SAS та SATA.

Роз'єми SAS

Роз'єм SASуніверсальний, що його дуже значним перевагою. За форм-фактором він сумісний із SATA, що дозволяє безпосередньо підключати до системи накопичувачі SAS та SATA. Це дозволяє використовувати систему як з додатками, що вимагають високої продуктивності, так і з більш економічними.

Набір команд SATA є безліччю набору команд SAS. Це дозволяє отримати сумісність пристроїв SATA із контролерами SAS. Але слід враховувати, що накопичувачі SAS не можуть працювати з контролерами SATA. Ось чому вони оснащені спеціальними ключами на роз'ємах - це унеможливлює неправильне підключення.

Роз'єм SFF-8482. Це внутрішній роз'єм для підключення стандартного жорсткого диска гарячої заміни з інтерфейсом SAS. Він також дозволяє підключити диск із інтерфейсом SATA, з яким повністю сумісний. А ось підключити SAS-пристрій до інтерфейсу SATA не вийде, у SAS посередині роз'єму відсутній спеціальний виріз-ключ. Крім даних через роз'єм подається живлення HDD;
Роз'єм SFF-8484. Це перехідник, який дозволяє підключати об'єднувальну панель або кошик із роз'ємом SFF-8484 до контролера. Він розрахований на 2/4 пристрої. Є внутрішнім розніманням, оснащеним щільною упаковкою контактів;
Роз'єм SFF-8470. Це зовнішній роз'єм, що має високу щільність контактів. Максимальна пропускна здатність – 4 пристрої. Належить до типу Infiniband, використовується також для підключення внутрішніх пристроїв;
Роз'єм SFF-8087. Це внутрішній роз'єм mini-SAS, що дозволяє підключити до чотирьох пристроїв. Є зменшеним роз'ємом Molex iPASS;
Роз'єм SFF-8088. Це зовнішній роз'єм mini-SAS, що дозволяє підключити до чотирьох пристроїв. Є зменшеним роз'ємом Molex iPASS.

Роз'ємиSAS за габаритами значно менше традиційних роз'ємів SCSI. Це дозволяє використовувати їх як рознімання для підключення компактних накопичувачів, розміром 2,5 дюйма. Завдяки зменшеному роз'єму SAS забезпечується повне двопортове підключення як для 3,5-дюймових, так і 2,5-дюймових дискових накопичувачів.

Раніше ця функція була доступна лише для 3,5-дюймових дискових накопичувачів з інтерфейсом Fibre Channel.

Порівняння SAS та SCSI

У SAS використовується послідовний протокол передачі між кількома пристроями, що означає використання меншої кількості сигнальних ліній;
SCSI використовує загальну шину, а це означає, що всі пристрої підключені до однієї шини. З контролером одночасно може працювати лише один пристрій. SAS використовує з'єднання «точка-точка», в якому кожен пристрій з'єднаний з контролером за допомогою виділеного каналу, що дозволяє підключати до одного контролера безліч пристроїв;
SAS не потребує термінації шини користувачем, на відміну від SCSI;
SCSI має проблему часу поширення сигналу різними лініями паралельного інтерфейсу, воно може відрізнятися. SAS ж позбавлений такого недоліку;
У SAS є підтримка великої кількості пристроїв (16384). У SCSI підтримується 8, 16, або 32 пристрої на шині;
SAS забезпечує більшу пропускну здатність (1.5, 3.0 або 6.0 Гбіт/с). На шині SCSI пропускна здатність шини розділена між усіма приєднаними до неї пристроями;
Контролери SAS підтримують підключення пристроїв із інтерфейсом SATA;
SAS використовує команди SCSI для керування та обміну даними з цільовими пристроями.

Порівняння SAS та SATA

Пристрої SATA ідентифікуються номером порту контролера інтерфейсу SATA. SAS-пристрої ідентифікуються ідентифікаторами WWN (World Wide Name). Для підключення пристрою SATA до домену SAS використовується спеціальний протокол STP (Serial ATA Tunneled Protocol), що описує узгодження ідентифікаторів SAS і SATA;
У пристроях SATA 1 і SAS є підтримка тегованих черг команд TCQ (Tagged Command Queuing). При цьому пристрої SATA у версії 2 мають підтримку як TCQ, так і NCQ (Native Command Queuing);
SATA застосовує набір команд ATA, що дозволяє працювати з дисками HDD. SAS підтримує ширший набір пристроїв (у тому числі HDD диски, сканери, принтери та ін.);
SAS підтримує зв'язок ініціатора з цільовими пристроями по кількох незалежних лініях (залежно від потреби можна підвищити стійкість до відмови та/або збільшити швидкість передачі даних). SATA у версії 1 такої можливості не має. SATA у версії 2 використовує дублікатори портів для підвищення стійкості до відмови;
Перевага SATA – низьке енергоспоживання та доступність, переваги SAS – велика надійність.