取代FC已成定局 看专家详解SAS连接技术

取代FC已成定局 看专家详解SAS连接技术 作者： Chinaunix zxc日期： 2011-02-15文章属性：专稿

　　【IT168 专稿】就像SATA是ATA的串行标准一样，SAS是SCSI总线协议的串行标准，SAS的三个字母是Serial Attached SCSI的缩写，就是我们所说的串行连接SCSI。由于SCSI并行技术在发展过程中已经遇到了种种弊端，为了在技术上获得新的突破，串行技术应运而生。在存储连接技术发展的历史过程中，人们围绕着SAS和FC技术哪个才是未来发展趋势这个问题一直颇有争议。支持SAS技术的人认为，作为SCSI的一种升 级技术，SAS有望在未来取代目前占据强势地位的FC技术。而FC技术的支持者则宣称，FC在技术上的先进性仍然毋庸置疑。

　　如今，一个显而易见的事实则是，在不同市场定位的存储系统后端连接背板技术上，基本绝大多数厂商都选择SAS技术，因为SAS技术具备性能和经济性两方面的优势。那么什么事SAS技术，SAS技术是如何工作的呢，下面我们将详细介绍SAS的底层工作原理。

　　什么是SAS

　　SAS是P2P连接，即独享总线，而SCSI则是共享总线，SAS initiator和expander兼容SATA设备。要介绍SAS，需要从SCSI开始说起，SCSI是并行连接标准，由于并行的线路信号会产生干扰，SCSI提速越来越困难，因为时钟控制更加困难。位数增加也会带来数据线不断变宽，而且电磁串扰会更加严重。如下图所示。

　　SAS既然是单线路串行传输，为什么传输效率会更高呢因为SAS虽然传输位数少，但速率可以非常容易提高。目前，普遍在3Gbit/s速率。传输距离远。可支持128*128个硬盘。容错机制(SCSI总线下一旦某个硬盘坏，可能会导致整个BUS失败)。更小的硬盘接口，降低成本(SCSI为68pin)，支持2.5英寸硬盘。支持硬盘2个phy实现冗余备份。

　　SAS和SCSI架构

　　SAS支持SCSI命令传输，因此兼容SCSI-3架构，也支持SATA(通过 SATA Tunneled protocol即STP协议传输)。SAS域可由expander、target、initiator一起组成。

　　在传输协议中一般都存在Initiator和Target的设备，所谓Initiator指的发起者，往往是服务器，或通过专业的HBA卡，或通过网口，获得FC-SAN或者IP-SAN存储设备共享的block设备，HBA卡往往会会包含多个PHY，如LSI1068E芯片。而Target则是目标设备，毫无疑问，肯定是SATA或SAS组合柜或单个硬盘。

　　Expander：即交换板，可是专业的SAS交换机，也可以是JBOD里面的那个交换背板(含交换芯片，如PM8377，支持36个PHY接入)。

　　Port：可包含一个或多个PHY接口，每个Port包含一个独一无二的64-bit地址。含多个phy的称为wide port，只含一个phy的为narrow port。wide port可支持链路冗余以及并发操作设备，每个链路为initiator与target的phy之间。像8087 mini sas接口则为含4个PHY的wide port，而连接硬盘终端的则是narrow port。

　　PHY：每个phy有一个ID，从0 to N-1(第一个PHY为0，范围从00-7Fh)。一个PHY只能接一个硬盘。

　　SAS协议

　　下面介绍和SAS协议相关的概念

　　SMP：SAS设备之间的信息。

　　SSP：SAS 域中兼容SCSI命令。

　　STP：SAS 域中兼容SATA命令。

　　SAS命名和地址

　　设备必须命名，不管是initiator，target 还是expander，都必须有独一无二的名称(64-bit)。端口、phy也都必须命名，如下图所示：(注意00:00:00:00:00:00:00:00h是不合格的SAS地址)。

　　SAS结构分层

　　同OSI七层模型一样，SAS也有分层。

　　Application layer：使不同协议命令能够被认识，即兼容SMPSSPSTP。

　　Transport layer：定义传输的各种信息格式和结构，以及任何相关的控制信息，如流控制和acknowledgement。还有就是定义了SSP和SMP的报文格式。说白了就是对各种报文的封装。

　　Port layer：选择哪个PHY进行通信连接。并进行open/close 连接操作。有点像OIS里面的网络层，即路由。

　　Link layer：对报文添加/摘除头(SOF)和尾(CRCEOF)。同时也定义了SSP的流控制和acknowledgement。如果是SMP/STP，则流控制和acknowledgement依靠协议自身实现，而不是link layer。有点混乱了，和transport layer的功能比较。

　　网络分层和报文封装示意图如下所示：

　　SASSCSI BusFibre channel 和SATA之间的关系

　　SAS其实也是在传输SCSI命令。因为SCSI命令已经相当成熟，没有必要推到重来。事实上，利用SAS进行SCSI操作的报文就像利用Fibre channel接口进行SCSI操作的报文一样，非常相似。

　　SAS expander仲裁机制

　　我们知道，SCSI BUS是共享机制，所以必须存在仲裁机制以防止多个设备同时发起请求。

　　在SAS expan中，仲裁也是需要的。因为存在多个PHY同时去连接某一个PHY。circuit switching 和frame switching

　　SAS有两种通信操作模式，即circuit和frame。

　　circuit：就是在两个PHY之间建立circuit连接，则paht和resources将会被分配给该连接，无论是否有数据包进行传输。在SAS下，通过OPEN 地址帧在两个PHY之间建立circuit。当通信完成后，就关闭该circuit。

　　frame：在该模式下，报文可以独立路由。不需要circuit或connection的建立，也不需要path或resources的分配。一旦frame发送出去，它可以路由到available path，只要resources允许。说白了就是路由器的功能。