Serial Attached SCSI - Serial Attached SCSI

SAS
Serial Attached SCSI
Quatro cabos vermelhos conduzem a um conector elétrico preto largo
Conector SAS
Largura em bits 1
No. de dispositivos 65.535
Velocidade
Estilo Serial
Interface de hotplugging sim

Na computação , o Serial Attached SCSI ( SAS ) é um protocolo serial ponto a ponto que move dados de e para dispositivos de armazenamento de computador , como unidades de disco rígido e unidades de fita . SAS substitui a antiga tecnologia de barramento Parallel SCSI (Parallel Small Computer System Interface, geralmente pronunciada "scuzzy" ou "sexy") que apareceu pela primeira vez em meados da década de 1980. SAS, como seu predecessor, usa o conjunto de comandos SCSI padrão . SAS oferece compatibilidade opcional com Serial ATA (SATA), versões 2 e posteriores. Isso permite a conexão de unidades SATA à maioria dos painéis traseiros ou controladores SAS . O inverso, conectar drives SAS a painéis traseiros SATA, não é possível.

O comitê técnico T10 do Comitê Internacional para Padrões de Tecnologia da Informação (INCITS) desenvolve e mantém o protocolo SAS; a SCSI Trade Association (SCSITA) promove a tecnologia.

Introdução

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Servidores de armazenamento com 24 unidades de disco rígido SAS por servidor

Um típico sistema Serial Attached SCSI consiste nos seguintes componentes básicos:

  1. Um iniciador : um dispositivo que origina solicitações de serviço de dispositivo e gerenciamento de tarefas para processamento por um dispositivo de destino e recebe respostas para as mesmas solicitações de outros dispositivos de destino. Os iniciadores podem ser fornecidos como um componente integrado na placa-mãe (como é o caso de muitas placas-mãe orientadas para servidor) ou como um adaptador de barramento host adicional .
  2. Um destino : um dispositivo contendo unidades lógicas e portas de destino que recebe solicitações de serviço de dispositivo e gerenciamento de tarefas para processamento e envia respostas para as mesmas solicitações aos dispositivos iniciadores. Um dispositivo de destino pode ser uma unidade de disco rígido ou um sistema de matriz de disco .
  3. Um subsistema de entrega de serviço : a parte de um sistema de E / S que transmite informações entre um iniciador e um destino. Normalmente, os cabos que conectam um iniciador e um destino com ou sem expansores e painéis traseiros constituem um subsistema de entrega de serviço.
  4. Expansores : dispositivos que fazem parte de um subsistema de entrega de serviço e facilitam a comunicação entre dispositivos SAS. Os expansores facilitam a conexão de vários dispositivos SAS End a uma única porta do iniciador.

História

  • SAS-1: 3,0 Gbit / s, introduzido em 2004
  • SAS-2: 6,0 Gbit / s, disponível desde fevereiro de 2009
  • SAS-3: 12,0 Gbit / s, disponível desde março de 2013
  • SAS-4: 22,5 Gbit / s chamado "24G", padrão concluído em 2017
  • SAS-5: 45 Gbit / s em desenvolvimento

Identificação e endereçamento

Um Domínio SAS é a versão SAS de um domínio SCSI - consiste em um conjunto de dispositivos SAS que se comunicam entre si por meio de um subsistema de entrega de serviço. Cada porta SAS em um domínio SAS tem um identificador de porta SCSI que identifica a porta exclusivamente dentro do domínio SAS, o nome mundial . Ele é atribuído pelo fabricante do dispositivo, como o endereço MAC de um dispositivo Ethernet , e normalmente também é único em todo o mundo. Os dispositivos SAS usam esses identificadores de porta para endereçar comunicações entre si.

Além disso, cada dispositivo SAS tem um nome de dispositivo SCSI, que identifica o dispositivo SAS de maneira única no mundo. Não é comum ver esses nomes de dispositivo porque os identificadores de porta tendem a identificar o dispositivo suficientemente.

Para comparação, no SCSI paralelo, o ID do SCSI é o identificador da porta e o nome do dispositivo. No Fibre Channel , o identificador de porta é um WWPN e o nome do dispositivo é um WWNN.

No SAS, os identificadores de porta SCSI e os nomes de dispositivo SCSI assumem a forma de um endereço SAS , que é um valor de 64 bits, normalmente no formato NAA IEEE Registered. Às vezes, as pessoas se referem a um identificador de porta SCSI como o endereço SAS de um dispositivo, para ficarem confusas. As pessoas às vezes chamam um endereço SAS de Nome Mundial ou WWN, porque é essencialmente a mesma coisa que um WWN em Fibre Channel. Para um dispositivo expansor SAS, o identificador da porta SCSI e o nome do dispositivo SCSI são o mesmo endereço SAS.

Comparação com SCSI paralelo

  • O "barramento" SAS opera ponto a ponto, enquanto o barramento SCSI é multiponto . Cada dispositivo SAS é conectado por um link dedicado ao iniciador, a menos que um expansor seja usado. Se um iniciador estiver conectado a um destino, não haverá oportunidade para contenção ; com SCSI paralelo, até mesmo essa situação pode causar contenção.
  • SAS não tem problemas de terminação e não requer pacotes de terminador como SCSI paralelo.
  • O SAS elimina a distorção do clock .
  • O SAS permite até 65.535 dispositivos por meio do uso de expansores, enquanto o Parallel SCSI tem um limite de 8 ou 16 dispositivos em um único canal.
  • O SAS permite uma velocidade de transferência mais alta (3, 6 ou 12 Gbit / s) do que a maioria dos padrões SCSI paralelos. O SAS atinge essas velocidades em cada conexão inicializador-alvo, obtendo assim um rendimento mais alto, enquanto o SCSI paralelo compartilha a velocidade em todo o barramento multidrop.
  • Os dispositivos SAS apresentam portas duplas, permitindo backplanes redundantes ou E / S multipath ; esse recurso é geralmente conhecido como SAS de domínio duplo .
  • Os controladores SAS podem se conectar a dispositivos SATA, diretamente conectados usando o protocolo SATA nativo ou por meio de expansores SAS usando o protocolo de encapsulamento Serial ATA (STP).
  • Tanto o SAS quanto o SCSI paralelo usam o conjunto de comandos SCSI .

Comparação com SATA

Há pouca diferença física entre SAS e SATA.

  • O protocolo SAS fornece vários iniciadores em um domínio SAS, enquanto SATA não tem fornecimento análogo.
  • A maioria das unidades SAS fornece enfileiramento de comandos marcados , enquanto a maioria das unidades SATA mais novas oferece enfileiramento de comandos nativos .
  • O SATA usa um conjunto de comandos baseado no conjunto de comandos ATA paralelo e estendido além desse conjunto para incluir recursos como enfileiramento de comandos nativos, hot-plugging e TRIM. O SAS usa o conjunto de comandos SCSI, que inclui uma ampla gama de recursos como recuperação de erro, reservas e recuperação de bloco. O ATA básico possui comandos apenas para armazenamento de acesso direto. No entanto, os comandos SCSI podem ser encapsulados por meio de ATAPI para dispositivos como unidades de CD / DVD.
  • O hardware SAS permite E / S multipath para dispositivos, enquanto SATA (antes de SATA 2.0 ) não. De acordo com a especificação, o SATA 2.0 usa multiplicadores de porta para alcançar a expansão de porta, e alguns fabricantes de multiplicadores de porta implementaram E / S multipath usando hardware de multiplicador de porta.
  • O SATA é comercializado como um sucessor de propósito geral do ATA paralelo e se tornou comum no mercado de consumo, enquanto o SAS, mais caro, tem como alvo aplicativos de servidor críticos.
  • A recuperação e o relatório de erros do SAS usam comandos SCSI, que têm mais funcionalidade do que os comandos ATA SMART usados ​​pelas unidades SATA.
  • SAS usa tensões de sinalização mais altas (800–1.600 mV para transmissão e 275–1.600 mV para recepção) do que SATA (400–600 mV para transmissão e 325–600 mV para recepção). A voltagem mais alta oferece (entre outros recursos) a capacidade de usar SAS em backplanes de servidor.
  • Por causa de suas tensões de sinalização mais altas, o SAS pode usar cabos de até 10 m (33 pés) de comprimento, enquanto o SATA tem um limite de comprimento de cabo de 1 m (3,3 pés) ou 2 m (6,6 pés) para eSATA .
  • SAS é full duplex , enquanto SATA é half duplex . A camada de transporte SAS pode transmitir dados na velocidade total do link em ambas as direções ao mesmo tempo, portanto, um comando SCSI executado no link pode transferir dados de e para o dispositivo simultaneamente. No entanto, como os comandos SCSI que podem fazer isso são raros e um link SAS deve ser dedicado a um comando individual por vez, isso geralmente não é uma vantagem.

Características

Detalhes técnicos

O padrão Serial Attached SCSI define várias camadas (da mais alta para a mais baixa): aplicação, transporte, porta, link, PHY e física. Serial Attached SCSI compreende três protocolos de transporte:

  • Protocolo Serial SCSI (SSP) - para comunicação em nível de comando com dispositivos SCSI.
  • Protocolo Serial ATA Tunneling (STP) - para comunicação em nível de comando com dispositivos SATA.
  • Protocolo de gerenciamento serial (SMP) - para gerenciar a malha SAS.

Para as camadas Link e PHY , o SAS define seu próprio protocolo exclusivo.

Na camada física , o padrão SAS define conectores e níveis de voltagem. As características físicas da fiação e da sinalização SAS são compatíveis e têm rastreado vagamente as do SATA até a taxa de 6 Gbit / s, embora o SAS defina especificações de sinalização física mais rigorosas, bem como uma oscilação de tensão diferencial permitida mais ampla destinada a permitir um cabeamento mais longo . Enquanto o SAS-1.0 e o SAS-1.1 adotaram as características de sinalização física do SATA na taxa de 3 Gbit / s com codificação 8b / 10b , o desenvolvimento do SAS-2.0 de uma taxa física de 6 Gbit / s levou ao desenvolvimento de uma velocidade SATA equivalente. Em 2013, 12 Gbit / s seguiam na especificação SAS-3. SAS-4 está programado para introduzir a sinalização de 22,5 Gbit / s com um esquema de codificação 128b / 150b mais eficiente para realizar uma taxa de dados utilizável de 2.400 MB / s, mantendo a compatibilidade com 6 e 12 Gbit / s.

Além disso, o SCSI Express aproveita a infraestrutura PCI Express para conectar dispositivos SCSI diretamente em uma interface mais universal.

Arquitetura

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A arquitetura das camadas SAS

A arquitetura SAS consiste em seis camadas:

  • Camada física:
    • define características elétricas e físicas
    • transmissão de sinalização diferencial
    • Vários tipos de conectores:
      • SFF -8482 - compatível com SATA
      • Conectores internos de quatro pistas: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
      • Conectores externos de quatro pistas: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644
  • Camada PHY:
  • Camada de link:
    • Inserção e exclusão de primitivas para correspondência de disparidade de velocidade de relógio
    • Codificação primitiva
    • Codificação de dados para EMI reduzido
    • Estabelecer e destruir conexões nativas entre alvos SAS e iniciadores
    • Estabelecer e destruir conexões em túnel entre os iniciadores SAS e os alvos SATA conectados aos expansores SAS
    • Gerenciamento de energia (proposto para SAS-2.1)
  • Camada de porta:
    • Combinando vários PHYs com os mesmos endereços em portas amplas
  • Camada de transporte:
    • Contém três protocolos de transporte:
      • Protocolo Serial SCSI (SSP): para comunicação em nível de comando com dispositivos SCSI
      • Protocolo Serial ATA Tunneled (STP): para comunicação em nível de comando com dispositivos SATA
      • Protocolo de gerenciamento serial (SMP): para gerenciar a malha SAS
  • Camada de aplicação

Topologia

Um iniciador pode se conectar diretamente a um destino por meio de um ou mais PHYs (tal conexão é chamada de porta, quer use um ou mais PHYs, embora o termo porta ampla seja algumas vezes usado para uma conexão multi-PHY).

Expansores SAS

Os componentes conhecidos como Serial Attached SCSI Expanders (SAS Expanders) facilitam a comunicação entre um grande número de dispositivos SAS. Os expansores contêm duas ou mais portas de expansão externas. Cada dispositivo expansor contém pelo menos uma porta de destino do SAS Management Protocol para gerenciamento e pode conter os próprios dispositivos SAS. Por exemplo, um expansor pode incluir uma porta de destino do Protocolo Serial SCSI para acesso a um dispositivo periférico. Um expansor não é necessário para fazer a interface entre um iniciador SAS e um destino, mas permite que um único iniciador se comunique com mais destinos SAS / SATA. Uma analogia útil: pode-se considerar um expansor como um switch de rede em uma rede, que conecta vários sistemas usando uma única porta de switch.

SAS 1 definiu dois tipos de expansor; no entanto, o padrão SAS-2.0 abandonou a distinção entre os dois, pois criou limitações topológicas desnecessárias sem nenhum benefício percebido:

  • Um expansor de borda permite a comunicação com até 255 endereços SAS, permitindo que o iniciador SAS se comunique com esses dispositivos adicionais. Os expansores de borda podem fazer o roteamento direto da tabela e o roteamento subtrativo. (Para uma breve discussão desses mecanismos de roteamento, veja abaixo). Sem um expansor fanout, você pode usar no máximo dois expansores de borda em um subsistema de entrega (porque você conecta a porta de roteamento subtrativo desses expansores de borda e não pode conectar mais nenhum expansor). Os expansores fanout resolvem esse gargalo.
  • Um expansor fanout pode conectar até 255 conjuntos de expansores de borda, conhecidos como conjunto de dispositivos expansores de borda , permitindo que ainda mais dispositivos SAS sejam endereçados. A porta de roteamento subtrativo de cada expansor de borda se conecta ao físico do expansor fanout. Um expansor fanout não pode fazer roteamento subtrativo, ele só pode encaminhar solicitações de roteamento subtrativo para os expansores de borda conectados.

O roteamento direto permite que um dispositivo identifique os dispositivos diretamente conectados a ele. O roteamento de tabela identifica os dispositivos conectados aos expansores conectados ao PHY do próprio dispositivo. O roteamento subtrativo é usado quando você não consegue encontrar os dispositivos na sub-ramificação à qual pertence. Isso passa a solicitação para um branch totalmente diferente.

Existem expansores para permitir topologias de interconexão mais complexas. Os expansores auxiliam na comutação de links (em oposição à comutação de pacotes) de dispositivos finais (iniciadores ou alvos). Eles podem localizar um dispositivo final diretamente (quando o dispositivo final está conectado a ele), por meio de uma tabela de roteamento (um mapeamento de IDs de dispositivo final e o expansor, o link deve ser comutado para downstream para rotear em direção a esse ID), ou quando esses métodos falham, por meio de roteamento subtrativo: o link é roteado para um único expansor conectado a uma porta de roteamento subtrativo. Se não houver expansor conectado a uma porta subtrativa, o dispositivo final não pode ser alcançado.

Os expansores sem PHYs configurados como subtrativos atuam como expansores fanout e podem se conectar a qualquer número de outros expansores. Os expansores com PHYs subtrativos só podem se conectar a dois outros expansores no máximo e, nesse caso, eles devem se conectar a um expansor por meio de uma porta subtrativa e o outro por meio de uma porta não subtrativa.

Topologias SAS-1.1 construídas com expansores geralmente contêm um nó raiz em um domínio SAS, com o único caso de exceção sendo topologias que contêm dois expansores conectados por meio de uma porta subtrativa a subtrativa. Se existir, o nó raiz é o expansor, que não está conectado a outro expansor por meio de uma porta subtrativa. Portanto, se houver um expansor fanout na configuração, ele deve ser o nó raiz do domínio. O nó raiz contém rotas para todos os dispositivos finais conectados ao domínio. Observe que, com o advento do SAS-2.0 de roteamento tabela a tabela e novas regras para zoneamento ponta a ponta, topologias mais complexas construídas sobre as regras SAS-2.0 não contêm um único nó raiz.

Conectores

Os conectores SAS são muito menores do que os conectores SCSI paralelos tradicionais . Normalmente, o SAS fornece velocidades de transferência de dados pontuais de até 12 Gbit / s.

O conector SAS físico vem em várias variantes diferentes:


Nome- código		 outros nomes externo /
interno 		Alfinetes Nº de dispositivos
/ vias 		Comente Imagem
SFF-8086 Mini-SAS
interno , mSAS interno 		interno 26 4 Esta é uma implementação menos comum do mSAS interno do que a versão de 36 circuitos do SFF-8087.
O menor número de posições é habilitado por não suportar bandas laterais. 		SFF 8086.jpg
SFF-8087 Mini-SAS
interno,
mSAS
interno , iSAS interno , iPass interno 		interno 36 4 Implementação de 36 circuitos sem blindagem do SFF-8086.
Conector 4 × interno de largura reduzida do Molex iPass; Capacidade de 12 Gbit / s. 		SFF-8087 SMC.jpg
SFF-8088 Mini-SAS
externo,
mSAS
externo , iSAS externo , iPass externo 		externo 26 4 Implementação de 26 circuitos blindados do SFF-8086.
Conector 4 × externo de largura reduzida do Molex iPass; Capacidade de 12 Gbit / s. 		SFF 8088.jpg
SFF-8431 SFP + externo 20 1
SFF-8436 QSFP +,
Quad SFP + 		externo 38 4 Normalmente usado com muitos sistemas de armazenamento NetApp .
Frequentemente visto com SFF-8088 ou SFF-8644 na outra extremidade; Capacidade de 6 Gbit / s.
SFF-8470
Conector InfiniBand CX4 ,
Molex LaneLink 		externo 34 4 Conector externo de alta densidade (também usado como conector interno). SFF 8470.jpg
SFF-8482 interno 29 2 pistas Este formato é projetado para compatibilidade com SATA, mas pode conduzir um dispositivo SAS.
Um controlador SAS pode controlar unidades SATA, mas um controlador SATA não pode controlar unidades SAS.

A conexão mais comum para drives SAS conectados a backplanes em servidores, ou seja, PowerEdge e ProLiant

SFF-8482 SAS Plug - Bokeh em f22.jpg
SFF-8484 interno 32 ou
19 		4 ou 2 Conector interno de alta densidade, versões de 2 e 4 pistas são definidas pelo padrão SFF. SFF-8484 straight connector.jpg
SFF-8485 Define SGPIO (extensão do SFF 8484),
um protocolo de link serial usado normalmente para indicadores LED.
SFF-8613
(SFF-8643) 		Mini-SAS HD,
U.2 		interno 36 4 ou 8 com
conector duplo 		Mini-SAS HD (introduzido com SAS 12 Gbit / s)


Também conhecido como porta U.2 junto com SFF-8639.

SFF-8643 SMC.jpg
SFF-8614
(SFF-8644) 		Mini-SAS HD externo externo 4 ou 8 com
conector duplo 		Mini-SAS HD (introduzido com SAS 12 Gbit / s) SFF-8644 cable.jpg

Conector de banda lateral		 interno Frequentemente visto com 1 × SFF-8643 ou 1 × SFF-8087 na outra extremidade - fan-out
interno para unidades SATA 4 ×. Conecta o controlador a unidades sem painel traseiro ou ao painel traseiro (SATA) e, opcionalmente, aos LEDs de status.

Sideband.jpg
SFF-8680 interno Conector de backplane SAS 12 Gbit / s
SFF-8639 U.2 interno 68 SFF-8639.jpg
SFF-8638
SFF-8640
SFF-8681
SFF-8654 SlimSAS interno 4X: 38

8X: 74

Plugue e receptáculo SAS-4 4X e 8X

Nearline SAS

As unidades Nearline SAS (abreviado para NL-SAS e às vezes chamado de midline SAS ) têm uma interface SAS, mas cabeça, mídia e velocidade de rotação das unidades SATA tradicionais de classe empresarial, portanto custam menos do que outras unidades SAS. Quando comparados ao SATA, os drives NL-SAS têm os seguintes benefícios:

  • Portas duplas permitindo caminhos redundantes
  • Capacidade de conectar um dispositivo a vários computadores
  • Conjunto completo de comandos SCSI
  • Não há necessidade de usar o protocolo STP ( Serial ATA Tunneling Protocol ), que é necessário para que os HDDs SATA sejam conectados a um HBA SAS .
  • Não há necessidade de placas mediadoras SATA , que são necessárias para alta disponibilidade de pseudo-porta dupla de HDDs SATA.
  • Maior profundidade de filas de comando

Veja também

Referências

links externos