Serial Attached SCSI – Wikipedia

Serielles Punkt-zu-Punkt-Protokoll für Unternehmensspeicher

SAS

Seriell angeschlossenes SCSI
SAS-Anschluss
Breite in Bits	1
Nein. von Geräten	65.535
Geschwindigkeit	SAS-1: Vollduplex[1] 3 Gbit / s (2004) SAS-2: Vollduplex 6 Gbit / s (2009) SAS-3: Vollduplex 12 Gbit / s (2013) SAS-4: Vollduplex 22,5 Gbit / s (2017)[2]
Stil	Seriennummer

Im Computer, Seriell angeschlossenes SCSI ((SAS) ist ein serielles Punkt-zu-Punkt-Protokoll, mit dem Daten zu und von Computerspeichergeräten wie Festplatten und Bandlaufwerken übertragen werden. SAS ersetzt die ältere Parallel SCSI-Bus-Technologie, die erstmals Mitte der 1980er Jahre eingeführt wurde. SAS verwendet wie sein Vorgänger den Standard-SCSI-Befehlssatz. SAS bietet optionale Kompatibilität mit Serial ATA (SATA), Version 2 und höher. Dies ermöglicht den Anschluss von SATA-Laufwerken an die meisten SAS-Backplanes oder -Controller. Das umgekehrte Verbinden von SAS-Laufwerken mit SATA-Backplanes ist nicht möglich.^[3]

Das technische Komitee T10 des Internationalen Komitees für Informationstechnologiestandards (INCITS) entwickelt und pflegt das SAS-Protokoll. Die SCSI Trade Association (SCSITA) fördert die Technologie.

Einführung[edit]

Speicherserver mit 24 SAS-Festplattenlaufwerken pro Server

Ein typisches Serial Attached SCSI-System besteht aus den folgenden Grundkomponenten:

1. Ein Initiator: Ein Gerät, das Gerätedienst- und Aufgabenverwaltungsanforderungen zur Verarbeitung durch ein Zielgerät erstellt und Antworten auf dieselben Anforderungen von anderen Zielgeräten empfängt. Initiatoren können als integrierte Komponente auf dem Motherboard (wie dies bei vielen serverorientierten Motherboards der Fall ist) oder als zusätzlicher Hostbusadapter bereitgestellt werden.
2. EIN Ziel: Ein Gerät mit logischen Einheiten und Zielports, das Gerätedienst- und Aufgabenverwaltungsanforderungen zur Verarbeitung empfängt und Antworten für dieselben Anforderungen an Initiatorgeräte sendet. Ein Zielgerät kann ein Festplattenlaufwerk oder ein Festplattenarray-System sein.
3. EIN Service Delivery-Subsystem: Der Teil eines E / A-Systems, der Informationen zwischen einem Initiator und einem Ziel überträgt. Typischerweise bilden Kabel, die einen Initiator und ein Ziel mit oder ohne Expander und Backplanes verbinden, ein Service Delivery-Subsystem.
4. Expander: Geräte, die Teil eines Service Delivery-Subsystems sind und die Kommunikation zwischen SAS-Geräten erleichtern. Expander erleichtern den Anschluss mehrerer SAS-Endgeräte an einen einzelnen Initiatorport.^[4]

Geschichte[edit]

• SAS-1: 3,0 Gbit / s, eingeführt im Jahr 2004^[5]
• SAS-2: 6,0 Gbit / s, verfügbar seit Februar 2009
• SAS-3: 12,0 Gbit / s, verfügbar seit März 2013
• SAS-4: 22,5 Gbit / s, genannt “24G”,^[6] Standard im Jahr 2017 abgeschlossen^[5][2]
• SAS-5: 45 Gbit / s wird entwickelt^[7]

Identifizierung und Adressierung[edit]

EIN SAS-Domäne ist die SAS-Version einer SCSI-Domäne. Sie besteht aus einer Reihe von SAS-Geräten, die über ein Service Delivery-Subsystem miteinander kommunizieren. Jeder SAS-Port in einer SAS-Domäne verfügt über eine SCSI-Port-ID, die den Port innerhalb der SAS-Domäne eindeutig identifiziert, den weltweiten Namen. Es wird vom Gerätehersteller wie die MAC-Adresse eines Ethernet-Geräts zugewiesen und ist in der Regel auch weltweit einzigartig. SAS-Geräte verwenden diese Port-IDs, um die Kommunikation untereinander zu adressieren.

Darüber hinaus verfügt jedes SAS-Gerät über einen SCSI-Gerätenamen, der das SAS-Gerät weltweit eindeutig identifiziert. Diese Gerätenamen werden nicht oft angezeigt, da die Port-IDs dazu neigen, das Gerät ausreichend zu identifizieren.

Zum Vergleich: Bei parallelem SCSI ist die SCSI-ID die Port-ID und der Gerätename. In Fibre Channel ist die Port-ID ein WWPN und der Gerätename ein WWNN.

In SAS haben sowohl SCSI-Port-IDs als auch SCSI-Gerätenamen die Form a SAS-AdresseDies ist ein 64-Bit-Wert, normalerweise im NAA IEEE Registered-Format. Menschen bezeichnen eine SCSI-Port-ID manchmal als das SAS-Adresse eines Geräts aus Verwirrung. Leute nennen eine SAS-Adresse manchmal einen weltweiten Namen oder WWN, weil dies im Wesentlichen dasselbe ist wie ein WWN in Fibre Channel. Bei einem SAS-Expander-Gerät sind die SCSI-Port-ID und der SCSI-Gerätename dieselbe SAS-Adresse.

Vergleich mit parallelem SCSI[edit]

• Der SAS “Bus” arbeitet Punkt-zu-Punkt, während der SCSI-Bus Multidrop ist. Jedes SAS-Gerät ist über eine dedizierte Verbindung mit dem Initiator verbunden, sofern kein Expander verwendet wird. Wenn ein Initiator mit einem Ziel verbunden ist, gibt es keine Möglichkeit für Konflikte. Bei parallelem SCSI kann selbst diese Situation zu Konflikten führen.
• SAS hat keine Terminierungsprobleme und erfordert keine Terminator-Packs wie paralleles SCSI.
• SAS eliminiert Taktversatz.
• SAS erlaubt bis zu 65.535 Geräte mithilfe von Expandern, während Parallel SCSI ein Limit von 8 oder 16 Geräten auf einem einzelnen Kanal hat.
• SAS ermöglicht eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit (3, 6 oder 12 Gbit / s) als die meisten parallelen SCSI-Standards. SAS erreicht diese Geschwindigkeiten bei jeder Initiator-Ziel-Verbindung und erzielt so einen höheren Durchsatz, während paralleles SCSI die Geschwindigkeit über den gesamten Multidrop-Bus teilt.
• SAS-Geräte verfügen über zwei Ports, die redundante Backplanes oder Multipath-E / A ermöglichen. Diese Funktion wird normalerweise als bezeichnet Dual-Domain-SAS.^[8]
• SAS-Controller können eine Verbindung zu SATA-Geräten herstellen, entweder direkt über das native SATA-Protokoll oder über SAS-Expander über das Serial ATA Tunneling Protocol (STP).
• Sowohl SAS als auch paralleles SCSI verwenden den SCSI-Befehlssatz.

Vergleich mit SATA[edit]

Es gibt kaum einen physischen Unterschied zwischen SAS und SATA.^[9]

• Das SAS-Protokoll sieht mehrere Initiatoren in einer SAS-Domäne vor, während SATA keine analoge Bereitstellung bietet.^[9]
• Die meisten SAS-Laufwerke bieten getaggte Befehlswarteschlangen, während die meisten neueren SATA-Laufwerke native Befehlswarteschlangen bieten.^[9]
• SATA verwendet einen Befehlssatz, der auf dem parallelen ATA-Befehlssatz basiert und dann über diesen Satz hinaus erweitert wird und Funktionen wie native Befehlswarteschlangen, Hot-Plugging und TRIM enthält. SAS verwendet den SCSI-Befehlssatz, der eine größere Auswahl an Funktionen wie Fehlerbehebung, Reservierungen und Blockwiederherstellung umfasst. Basic ATA verfügt nur über Befehle für die Direktzugriffsspeicherung. SCSI-Befehle können jedoch über ATAPI getunnelt werden^[9] für Geräte wie CD / DVD-Laufwerke.
• SAS-Hardware ermöglicht Multipath-E / A für Geräte, SATA (vor SATA 2.0) nicht.^[9] Gemäß Spezifikation verwendet SATA 2.0 Port-Multiplikatoren, um eine Port-Erweiterung zu erreichen, und einige Hersteller von Port-Multiplikatoren haben Multipath-E / A unter Verwendung von Port-Multiplikator-Hardware implementiert.
• SATA wird als universeller Nachfolger von parallelem ATA vermarktet und ist geworden^[update] auf dem Verbrauchermarkt üblich, während die teurere SAS auf kritische Serveranwendungen abzielt.
• SAS-Fehlerbehebung und Fehlerberichterstattung verwenden SCSI-Befehle, die mehr Funktionen bieten als die von SATA-Laufwerken verwendeten ATA SMART-Befehle.^[9]
• SAS verwendet höhere Signalspannungen (800–1.600 mV zum Senden und 275–1.600 mV zum Empfangen^{[clarification needed]}) als SATA (400–600 mV zum Senden und 325–600 mV zum Empfangen^{[clarification needed]}). Die höhere Spannung bietet (unter anderem) die Möglichkeit, SAS in Server-Backplanes zu verwenden.^[9]
• Aufgrund der höheren Signalisierungsspannungen kann SAS Kabel mit einer Länge von bis zu 10 m (33 ft) verwenden, während SATA für eSATA eine Kabellängenbegrenzung von 1 m (3,3 ft) oder 2 m (6,6 ft) hat.^[9]
• SAS ist Vollduplex, während SATA Halbduplex ist. Die SAS-Transportschicht kann Daten mit der vollen Geschwindigkeit der Verbindung gleichzeitig in beide Richtungen übertragen, sodass ein über die Verbindung ausgeführter SCSI-Befehl Daten gleichzeitig zum und vom Gerät übertragen kann. Da SCSI-Befehle, die dies können, selten sind und eine SAS-Verbindung jeweils einem einzelnen Befehl zugeordnet werden muss, ist dies im Allgemeinen kein Vorteil.^[10]

Eigenschaften[edit]

Technische Details[edit]

Der Serial Attached SCSI-Standard definiert mehrere Schichten (in der Reihenfolge von der höchsten zur niedrigsten): Anwendung, Transport, Port, Link, PHY und physisch. Serial Attached SCSI umfasst drei Transportprotokolle:

• Serial SCSI Protocol (SSP) – für die Kommunikation auf Befehlsebene mit SCSI-Geräten.
• Serial ATA Tunneling Protocol (STP) – für die Kommunikation auf Befehlsebene mit SATA-Geräten.
• Serial Management Protocol (SMP) – zum Verwalten der SAS-Struktur.

Für die Link- und PHY-Schichten definiert SAS ein eigenes eindeutiges Protokoll.

Auf der physischen Ebene definiert der SAS-Standard Steckverbinder und Spannungspegel. Die physikalischen Eigenschaften der SAS-Verkabelung und -Signalisierung sind mit denen von SATA bis zu einer Rate von 6 Gbit / s kompatibel und haben diese locker verfolgt, obwohl SAS strengere physikalische Signalisierungsspezifikationen sowie einen breiteren zulässigen Differenzspannungshub definiert, der eine längere Verkabelung ermöglichen soll . Während SAS-1.0 und SAS-1.1 die physikalischen Signalisierungseigenschaften von SATA mit einer Rate von 3 Gbit / s und 8b / 10b-Codierung übernahmen, führte die SAS-2.0-Entwicklung einer physikalischen Rate von 6 Gbit / s zur Entwicklung einer äquivalenten SATA-Geschwindigkeit. Im Jahr 2013 folgten 12 Gbit / s in der SAS-3-Spezifikation.^[11] SAS-4 soll 22,5-Gbit / s-Signale mit einem effizienteren 128b / 150b-Codierungsschema einführen, um eine nutzbare Datenrate von 2.400 MB / s zu erzielen und gleichzeitig die Kompatibilität mit 6 und 12 Gbit / s zu gewährleisten.^[12]

Darüber hinaus nutzt SCSI Express die PCI Express-Infrastruktur, um SCSI-Geräte direkt über eine universellere Schnittstelle zu verbinden.^[13]

Die Architektur[edit]

Die Architektur von SAS-Schichten

Die SAS-Architektur besteht aus sechs Schichten:

• Physikalische Schicht:
  • definiert elektrische und physikalische Eigenschaften
  • Differenzsignalübertragung
  • Mehrere Steckertypen:
    • SFF-8482 – SATA-kompatibel
    • Interne vierspurige Steckverbinder: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
    • Externe vierspurige Steckverbinder: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644
• PHY-Schicht:
• Verbindungsschicht:
  • Einfügen und Löschen von Grundelementen für die Disparitätsanpassung bei Taktgeschwindigkeit
  • Primitive Codierung
  • Datenverschlüsselung für reduzierte EMI
  • Herstellen und Abbauen nativer Verbindungen zwischen SAS-Zielen und Initiatoren
  • Herstellen und Abbauen von Tunnelverbindungen zwischen SAS-Initiatoren und SATA-Zielen, die mit SAS-Expandern verbunden sind
  • Energieverwaltung (vorgeschlagen für SAS-2.1)
• Port-Schicht:
  • Kombinieren mehrerer PHYs mit denselben Adressen zu breiten Ports
• Transportschicht:
  • Enthält drei Transportprotokolle:
    • Serial SCSI Protocol (SSP): Für die Kommunikation auf Befehlsebene mit SCSI-Geräten
    • Serial ATA Tunneled Protocol (STP): Für die Kommunikation auf Befehlsebene mit SATA-Geräten
    • Serial Management Protocol (SMP): Zum Verwalten der SAS-Struktur
• Anwendungsschicht

Topologie[edit]

Ein Initiator kann über eine oder mehrere PHYs eine direkte Verbindung zu einem Ziel herstellen (eine solche Verbindung wird als Port bezeichnet, unabhängig davon, ob eine oder mehrere PHYs verwendet werden, obwohl der Begriff verwendet wird breiter Hafen wird manchmal für eine Multi-PHY-Verbindung verwendet).

SAS-Expander[edit]

Die Komponenten bekannt als Seriell angeschlossene SCSI-Expander (SAS Expanders) erleichtern die Kommunikation zwischen einer großen Anzahl von SAS-Geräten. Expander enthalten zwei oder mehr externe Expander-Ports. Jedes Expander-Gerät enthält mindestens einen SAS-Verwaltungsprotokoll-Zielport für die Verwaltung und kann selbst SAS-Geräte enthalten. Beispielsweise kann ein Expander einen Zielport für das serielle SCSI-Protokoll für den Zugriff auf ein Peripheriegerät enthalten. Ein Expander ist nicht nötig um einen SAS-Initiator und ein Ziel zu verbinden, ermöglicht es jedoch einem einzelnen Initiator, mit mehr SAS / SATA-Zielen zu kommunizieren. Eine nützliche Analogie: Man kann einen Expander als einen Netzwerk-Switch in einem Netzwerk betrachten, der mehrere Systeme über einen einzigen Switch-Port verbindet.

SAS 1 definierte zwei Arten von Expander; Der SAS-2.0-Standard hat jedoch die Unterscheidung zwischen beiden aufgehoben, da er unnötige topologische Einschränkungen ohne realisierten Nutzen geschaffen hat:

• Ein Kantenexpander ermöglicht die Kommunikation mit bis zu 255 SAS-Adressen, sodass der SAS-Initiator mit diesen zusätzlichen Geräten kommunizieren kann. Kantenerweiterungen können direktes Tabellenrouting und subtraktives Routing durchführen. (Eine kurze Beschreibung dieser Routing-Mechanismen finden Sie unten). Ohne einen Fanout-Expander können Sie höchstens zwei Edge-Expander in einem Delivery-Subsystem verwenden (da Sie den subtraktiven Routing-Port dieser Edge-Expander miteinander verbinden und keine weiteren Expander mehr verbinden können). Fanout-Expander lösen diesen Engpass.
• EIN Fanout-Expander kann bis zu 255 Sätze von Kantenexpandern verbinden, die als Kantenexpander-GerätesatzDamit können noch mehr SAS-Geräte angesprochen werden. Der subtraktive Routing-Port jedes Kantenexpanders ist mit dem Phys des Fanout-Expanders verbunden. Ein Fanout-Expander kann kein subtraktives Routing ausführen, sondern nur subtraktive Routing-Anforderungen an die verbundenen Edge-Expander weiterleiten.

Durch direktes Routing kann ein Gerät Geräte identifizieren, die direkt mit ihm verbunden sind. Das Tabellenrouting identifiziert Geräte, die mit den Expandern verbunden sind, die mit dem PHY eines Geräts verbunden sind. Subtraktives Routing wird verwendet, wenn Sie die Geräte in dem Unterzweig, zu dem Sie gehören, nicht finden können. Dadurch wird die Anforderung an einen anderen Zweig weitergeleitet.

Es gibt Erweiterungen, um komplexere Verbindungstopologien zu ermöglichen. Expander unterstützen beim Link-Switching (im Gegensatz zum Packet-Switching) von Endgeräten (Initiatoren oder Zielen). Sie können ein Endgerät entweder direkt (wenn das Endgerät mit ihm verbunden ist) über eine Routing-Tabelle lokalisieren (eine Zuordnung der Endgeräte-IDs und des Expanders, auf den die Verbindung umgeschaltet werden sollte, um zu dieser ID zu routen). oder wenn diese Methoden über subtraktives Routing fehlschlagen: Die Verbindung wird an einen einzelnen Expander weitergeleitet, der mit einem subtraktiven Routing-Port verbunden ist. Wenn kein Expander an einen subtraktiven Port angeschlossen ist, kann das Endgerät nicht erreicht werden.

Expander ohne PHYs, die als subtraktiv konfiguriert sind, fungieren als Fanout-Expander und können eine Verbindung zu einer beliebigen Anzahl anderer Expander herstellen. Expander mit subtraktiven PHYs dürfen maximal nur mit zwei anderen Expandern verbunden werden. In diesem Fall müssen sie über einen subtraktiven Port und einen anderen über einen nicht subtraktiven Port mit einem Expander verbunden werden.

Mit Expandern erstellte SAS-1.1-Topologien enthalten im Allgemeinen einen Stammknoten in einer SAS-Domäne, wobei der einzige Ausnahmefall Topologien sind, die zwei Expander enthalten, die über einen Subtraktiv-Subtraktiv-Port verbunden sind. Wenn es existiert, ist der Wurzelknoten der Expander, der nicht über einen subtraktiven Port mit einem anderen Expander verbunden ist. Wenn in der Konfiguration ein Fanout-Expander vorhanden ist, muss dies der Stammknoten der Domäne sein. Der Stammknoten enthält Routen für alle mit der Domäne verbundenen Endgeräte. Beachten Sie, dass mit dem Aufkommen von Table-to-Table-Routing und neuen Regeln für das End-to-End-Zoning in SAS-2.0 komplexere Topologien, die auf SAS-2.0-Regeln basieren, keinen einzigen Stammknoten enthalten.

Anschlüsse[edit]

SAS-Anschlüsse sind viel kleiner als herkömmliche parallele SCSI-Anschlüsse. In der Regel bietet SAS Punktdatenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 12 Gbit / s.^[15]

Der physische SAS-Anschluss ist in verschiedenen Varianten erhältlich:^[16]

Code Name	Andere Namen	ext./int.	Stifte	Anzahl der Geräte / Fahrspuren	Kommentar	Bild
SFF-8086	Interne Mini-SAS, internes mSAS	intern	26	4	Dies ist eine weniger verbreitete Implementierung von internem mSAS als die 36-Schaltkreis-Version von SFF-8087. Je weniger Positionen aktiviert sind, desto weniger Seitenbänder werden unterstützt.
SFF-8087	Interne Mini-SAS, internes mSAS, internes iSAS, interner iPass	intern	36	4	Ungeschirmte 36-Schaltkreis-Implementierung von SFF-8086. Molex iPass interner 4 × -Anschluss mit reduzierter Breite; 12 Gbit / s Fähigkeit.
SFF-8088	Externe Mini-SAS, externes mSAS, externes iSAS, externer iPass	extern	26	4	Geschirmte 26-Schaltkreis-Implementierung von SFF-8086. Molex iPass externer 4 × -Anschluss mit reduzierter Breite; 12 Gbit / s Fähigkeit.
SFF-8436	QSFP +, Quad SFP +	extern	38	4	Wird häufig bei vielen NetApp Speichersystemen verwendet. Oft gesehen mit SFF-8088 oder SFF-8644 am anderen Ende; 6 Gbit / s Fähigkeit.
SFF-8470	InfiniBand CX4 Verbinder, Molex LaneLink	extern	34	4	Externer Stecker mit hoher Dichte (wird auch als interner Stecker verwendet).
SFF-8482		intern	29	2 Fahrspuren	Dieser Formfaktor ist auf Kompatibilität mit SATA ausgelegt, kann jedoch ein SAS-Gerät steuern. Ein SAS-Controller kann SATA-Laufwerke steuern, ein SATA-Controller kann jedoch keine SAS-Laufwerke steuern.
SFF-8484		intern	32 oder 19	4 oder 2	Interne Steckverbinder mit hoher Dichte sowie zwei- und vierspurige Versionen sind im SFF-Standard definiert.
SFF-8485					Definiert SGPIO (Erweiterung von SFF 8484), Ein serielles Verbindungsprotokoll, das normalerweise für LED-Anzeigen verwendet wird.
SFF-8613 (SFF-8643)		intern	36	4 oder 8 mit Doppelstecker	Mini-SAS HD (eingeführt mit SAS 12 Gbit / s) Wird auch als U.2-Port bezeichnet[17] zusammen mit SFF-8639.
SFF-8614 (SFF-8644)		extern		4 oder 8 mit Doppelstecker	Mini-SAS HD (eingeführt mit SAS 12 Gbit / s)
Seitenband Verbinder		intern			Oft gesehen mit 1 × SFF-8643 oder 1 × SFF-8087 am anderen Ende – interner Fan-Out für 4 × SATA-Laufwerke. Verbindet den Controller mit Laufwerken ohne Rückwandplatine oder zur (SATA) Rückwandplatine und optional zu den Status-LEDs.
SFF-8680		intern			SAS 12 Gbit / s Backplane-Anschluss
SFF-8639		intern	68		SAS 12 Gbit / s Backplane-Anschluss; Überarbeitung des SFF-8680. Auch als “U.2” bekannt.[18]
SFF-8638					Vier 1x-Ports mit jeweils bis zu 24 Gbit / s; zwei 2x-Ports mit jeweils bis zu 48 Gbit / s; ein 4x Port mit bis zu 96 Gb / s.
SFF-8640					Vier 1x-Ports mit jeweils bis zu 24 Gbit / s; zwei 2x-Ports mit jeweils bis zu 48 Gbit / s; ein 4x Port mit bis zu 96 Gb / s.[19]
SFF-8681					Zwei 1x-Ports mit jeweils bis zu 24 Gbit / s; ein 2x-Port mit jeweils bis zu 48 Gbit / s.

Nearline SAS[edit]

Nearline SAS (abgekürzt als NL-SASund manchmal angerufen Mittellinie SAS) Laufwerke haben eine SAS-Schnittstelle, aber Kopf, Medien und Rotationsgeschwindigkeit herkömmlicher SATA-Laufwerke der Enterprise-Klasse, sodass sie weniger kosten als andere SAS-Laufwerke. NL-SAS-Laufwerke bieten im Vergleich zu SATA folgende Vorteile:^[20]::20

• Zwei Ports für redundante Pfade
• Möglichkeit, ein Gerät an mehrere Computer anzuschließen
• Vollständiger SCSI-Befehlssatz
• Die Verwendung des Serial ATA Tunneling Protocol (STP) ist nicht erforderlich. Dies ist erforderlich, damit SATA-Festplatten an einen SAS-HBA angeschlossen werden können.^[20]::16
• Keine SATA-Interposer-Karten erforderlich, die für die Hochverfügbarkeit von SATA-Festplatten mit Pseudo-Dual-Port erforderlich sind.^[20]::17
• Größere Tiefe der Befehlswarteschlangen

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]