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SCSI conectado en serie

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En informática , Serial Attached SCSI ( SAS ) es un protocolo serie punto a punto que transfiere datos desde y hacia dispositivos de almacenamiento informático como discos duros , unidades de estado sólido y unidades de cinta . SAS reemplaza la antigua tecnología de bus Parallel SCSI (Parallel Small Computer System Interface, generalmente pronunciada "scuzzy" [ 3 ] [ 4 ] ) que apareció por primera vez a mediados de la década de 1980. SAS, al igual que su predecesor, utiliza el conjunto de comandos SCSI estándar . SAS ofrece compatibilidad opcional con Serial ATA (SATA), versiones 2 y posteriores. Esto permite la conexión de unidades SATA a la mayoría de los backplanes o controladores SAS . Lo contrario, conectar unidades SAS a backplanes SATA, no es posible. [ 5 ]

El comité técnico T10 del Comité Internacional de Normas de Tecnología de la Información (INCITS) desarrolla y mantiene el protocolo SAS; la Asociación Comercial SCSI (SCSITA) promueve la tecnología.

Introducción

Servidores de almacenamiento con 24 discos duros SAS por servidor.

Un sistema SCSI de conexión en serie típico consta de los siguientes componentes básicos:

  1. Un iniciador : un dispositivo que origina solicitudes de servicio y gestión de tareas para su procesamiento por un dispositivo de destino y recibe respuestas a las mismas solicitudes de otros dispositivos de destino. Los iniciadores pueden estar integrados en la placa base (como ocurre con muchas placas base para servidores) o ser un adaptador de bus de host adicional .
  2. Un dispositivo de destino es aquel que contiene unidades lógicas y puertos de destino, el cual recibe solicitudes de servicio y gestión de tareas para su procesamiento y envía respuestas a dichas solicitudes a los dispositivos iniciadores. Un dispositivo de destino puede ser un disco duro o un sistema de almacenamiento en disco .
  3. Un subsistema de entrega de servicios : la parte de un sistema de E/S que transmite información entre un iniciador y un destino. Normalmente, los cables que conectan un iniciador y un destino, con o sin expansores y placas base, constituyen un subsistema de entrega de servicios.
  4. Expansores : dispositivos que forman parte de un subsistema de prestación de servicios y facilitan la comunicación entre dispositivos SAS. Los expansores facilitan la conexión de múltiples dispositivos finales SAS a un único puerto iniciador. [ 6 ]

Historia

  • SAS-1: [ 7 ] 3,0  Gbit/s, estándar aprobado en 2004
    • SAS-1.1: [ 8 ] estándar aprobado en 2006
  • SAS-2: [ 9 ] 6,0  Gbit/s, estándar aprobado en 2010
    • SAS-2.1: [ 10 ] estándar aprobado en 2011
  • SAS-3: [ 11 ] 12,0  Gbit/s, estándar aprobado en 2014
  • SAS-4: [ 12 ] 22,5  Gbit/s (denominado "24G"), estándar aprobado en 2019
    • SAS-4.1: [ 13 ] (denominado "24G+") estándar aprobado en 2023
  • SAS-5-draft: [ 14 ] Mejoras a SAS-4 con definiciones de conectores adicionales para alinearse con los nuevos factores de forma y mejorar la integridad de la señal; el desarrollo comenzó en mayo de 2018.

Identificación y direccionamiento

Un dominio SAS es la versión SAS de un dominio SCSI ; consta de un conjunto de dispositivos SAS que se comunican entre sí mediante un subsistema de entrega de servicios. Cada puerto SAS en un dominio SAS tiene un identificador de puerto SCSI que lo identifica de forma única dentro del dominio SAS: el Nombre Mundial (WWN ). Este identificador lo asigna el fabricante del dispositivo, al igual que la dirección MAC de un dispositivo Ethernet , y suele ser único a nivel mundial. Los dispositivos SAS utilizan estos identificadores de puerto para comunicarse entre sí.

Además, cada dispositivo SAS tiene un nombre de dispositivo SCSI, que lo identifica de forma única en todo el mundo. Estos nombres de dispositivo no suelen verse porque los identificadores de puerto suelen ser suficientes para identificar el dispositivo.

En comparación, en SCSI paralelo, el ID de SCSI es el identificador del puerto y el nombre del dispositivo. En Fibre Channel , el identificador del puerto es un WWPN y el nombre del dispositivo es un WWNN.

En SAS, tanto los identificadores de puerto SCSI como los nombres de dispositivo SCSI tienen el formato de una dirección SAS , que es un valor de 64 bits, normalmente en formato NAA IEEE Registered. Por confusión, a veces se hace referencia al identificador de puerto SCSI como la dirección SAS de un dispositivo. También se suele llamar a una dirección SAS Nombre Mundial (WWN), ya que es esencialmente lo mismo que un WWN en Fibre Channel. Para un dispositivo expansor SAS, el identificador de puerto SCSI y el nombre de dispositivo SCSI son la misma dirección SAS.

SAS de conexión cercana

Las unidades Nearline SAS (abreviadas como NL-SAS y a veces llamadas SAS de línea media ) tienen una interfaz SAS, pero el cabezal, el medio y la velocidad de rotación de las unidades SATA tradicionales de clase empresarial, por lo que cuestan menos que otras unidades SAS. En comparación con SATA, las unidades NL-SAS tienen las siguientes ventajas: [ 15 ] : 20

  • Puertos duales que permiten rutas redundantes
  • Capacidad para conectar un dispositivo a varios ordenadores.
  • Conjunto completo de comandos SCSI
  • No es necesario utilizar el Protocolo de Túnel Serial ATA (STP), que es necesario para conectar discos duros SATA a un HBA SAS . [ 15 ] : 16
  • No se necesitan tarjetas interponedoras SATA , que son necesarias para la alta disponibilidad de puertos duales pseudo de los discos duros SATA. [ 15 ] : 17
  • Mayor profundidad de las colas de comandos

Comparación con SCSI paralelo

  • El bus SAS funciona punto a punto, mientras que el bus SCSI es multipunto . Cada dispositivo SAS se conecta al iniciador mediante un enlace dedicado, a menos que se utilice un expansor. Si un iniciador se conecta a un único destino, no hay posibilidad de contención ; con SCSI paralelo, incluso esta situación podría provocar contención.
  • SAS no presenta problemas de terminación y no requiere paquetes de terminación como SCSI paralelo.
  • SAS elimina la desviación del reloj .
  • SAS permite conectar hasta 65.535 dispositivos mediante el uso de expansores, mientras que Parallel SCSI tiene un límite de 8 o 16 dispositivos en un solo canal.
  • SAS permite una mayor velocidad de transferencia (SAS-1, SAS-2, SAS-3 y SAS-4 admiten un ancho de banda de datos de 3, 6, 12 y 24  Gbit/s, respectivamente) [ 16 ] que la mayoría de los estándares SCSI paralelos. SAS alcanza estas velocidades en cada conexión iniciador-destino, obteniendo así un mayor rendimiento, mientras que SCSI paralelo comparte la velocidad en todo el bus multidrop.
  • Los dispositivos SAS cuentan con puertos duales, lo que permite backplanes redundantes o E/S de rutas múltiples ; esta característica se suele denominar SAS de dominio dual . [ 17 ]
  • Los controladores SAS pueden conectarse a dispositivos SATA, ya sea directamente mediante el protocolo SATA nativo o a través de expansores SAS que utilizan el protocolo de tunelización Serial ATA (STP).
  • Tanto SAS como SCSI paralelo utilizan el conjunto de comandos SCSI .

Comparación con SATA

Hay poca diferencia física entre SAS y SATA. [ 18 ]

  • El protocolo SAS permite múltiples iniciadores en un dominio SAS, mientras que SATA no tiene una disposición análoga. [ 18 ]
  • La mayoría de las unidades SAS proporcionan cola de comandos etiquetada , mientras que la mayoría de las unidades SATA más recientes proporcionan cola de comandos nativa . [ 18 ]
  • SATA utiliza un conjunto de comandos basado en el conjunto de comandos ATA paralelo , ampliado para incluir funciones como la cola de comandos nativa, la conexión en caliente y TRIM. SAS utiliza el conjunto de comandos SCSI, que incluye una gama más amplia de funciones como la recuperación de errores, las reservas y la recuperación de bloques. ATA básico solo dispone de comandos para almacenamiento de acceso directo. Sin embargo, los comandos SCSI pueden enrutarse a través de ATAPI [ 18 ] para dispositivos como unidades de CD /DVD.
  • El hardware SAS permite E/S de rutas múltiples a los dispositivos, mientras que SATA (anterior a SATA 2.0 ) no lo permite. [ 18 ] Según la especificación, SATA  2.0 utiliza multiplicadores de puertos para lograr la expansión de puertos, y algunos fabricantes de multiplicadores de puertos han implementado E/S de rutas múltiples utilizando hardware de multiplicador de puertos.
  • SATA se comercializa como un sucesor de propósito general de ATA paralelo y se ha convertido encomún en el mercado de consumo, mientras que el SAS, más caro, se dirige a aplicaciones de servidor críticas. [ 19 ]
  • La recuperación y el informe de errores de SAS utilizan comandos SCSI, que tienen más funcionalidad que los comandos ATA SMART utilizados por las unidades SATA. [ 18 ]
  • SAS utiliza voltajes de señalización más altos (800–1600  mV para transmisión y 275–1600  mV para recepción ) que SATA (400–600  mV para transmisión y 325–600  mV para recepción ). El voltaje más alto ofrece (entre otras características) la capacidad de usar SAS en placas base de servidores. [ 18 ]
  • Debido a sus voltajes de señalización más altos, SAS puede usar cables de hasta 10 m (33 pies) de largo, mientras que SATA tiene un límite de longitud de cable de 1 m (3,3 pies) o 2 m (6,6 pies) para eSATA . [ 18 ]      
  • SAS es dúplex completo , mientras que SATA es semidúplex . La capa de transporte SAS puede transmitir datos a la velocidad máxima del enlace en ambas direcciones a la vez, por lo que un comando SCSI que se ejecuta a través del enlace puede transferir datos hacia y desde el dispositivo simultáneamente. Sin embargo, dado que los comandos SCSI que pueden hacer eso son poco comunes, y un enlace SAS debe dedicarse a un solo comando a la vez, esto generalmente no representa una ventaja con un solo dispositivo. [ 20 ]

Características

Detalles técnicos

El estándar Serial Attached SCSI define varias capas (en orden de mayor a menor): aplicación, transporte, puerto, enlace, PHY y física. Serial Attached SCSI comprende tres protocolos de transporte:

  • Protocolo SCSI serie (SSP) : para la comunicación a nivel de comandos con dispositivos SCSI. 
  • Protocolo de tunelización Serial ATA (STP) : para la comunicación a nivel de comandos con dispositivos SATA. 
  • Protocolo de gestión serial (SMP) : para gestionar la estructura SAS. 

Para las capas Link y PHY , SAS define su propio protocolo exclusivo.

En la capa física , el estándar SAS define conectores y niveles de voltaje. Las características físicas del cableado y la señalización SAS son compatibles con las de SATA y las han seguido de cerca hasta los 6  Gbit/s, aunque SAS define especificaciones de señalización física más rigurosas, así como un rango de voltaje diferencial más amplio para permitir cables más largos. Si bien SAS-1.0 y SAS-1.1 adoptaron las características de señalización física de SATA a 3  Gbit/s con codificación 8b/10b , el desarrollo de SAS-2.0 a 6  Gbit/s impulsó el desarrollo de una velocidad SATA equivalente. En 2013,  se introdujeron los 12 Gbit/s en la especificación SAS-3. [ 21 ] SAS-4 está programado para introducir  señalización de 22,5 Gbit/s con un esquema de codificación 128b/150b más eficiente para lograr una tasa de datos utilizable de 2400  MB/s manteniendo la compatibilidad con 6 y 12  Gbit/s. [ 22 ]

Además, SCSI Express aprovecha la infraestructura PCI Express para conectar directamente dispositivos SCSI a través de una interfaz más universal. [ 23 ]

Arquitectura

La arquitectura de las capas SAS

La arquitectura SAS consta de seis capas:

  • Capa física:
    • define características eléctricas y físicas
    • transmisión de señales diferenciales
    • Varios tipos de conectores:
      • SFF -8482 – Compatible con SATA
      • Conectores internos de cuatro carriles: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
      • Conectores externos de cuatro carriles: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644
  • Capa física:
    • Codificación de datos 8b/10b (3, 6 y 12  Gbit/s)
    • Codificación de paquetes SPL de 128b/150b (22,5  Gbit/s) [ 24 ] (  encabezado de 2 bits,  carga útil de 128 bits, corrección de errores hacia adelante Reed-Solomon  de 20 bits )
    • Secuencias de inicialización de enlace, negociación de velocidad y reinicio.
    • Negociación de capacidades de enlace (SAS-2 en adelante)
  • Capa de enlace:
    • Inserción y eliminación de primitivas para la compensación de la disparidad de velocidad de reloj.
    • Codificación primitiva
    • Codificación de datos para reducir la interferencia electromagnética
    • Establecer y eliminar conexiones nativas entre objetivos e iniciadores SAS.
    • Establecer y desmantelar conexiones tunelizadas entre iniciadores SAS y destinos SATA conectados a expansores SAS.
    • Gestión de energía (propuesta para SAS-2.1)
  • Capa de puerto:
    • Combinar múltiples PHY con las mismas direcciones en puertos anchos
  • Capa de transporte:
    • Contiene tres protocolos de transporte:
      • Protocolo SCSI serie (SSP): para la comunicación a nivel de comandos con dispositivos SCSI.
      • Protocolo de túnel ATA serie (STP): para la comunicación a nivel de comandos con dispositivos SATA.
      • Protocolo de gestión serial (SMP): para gestionar la estructura SAS.
  • Capa de aplicación

Topología

Un iniciador puede conectarse directamente a un objetivo a través de uno o más PHY (dicha conexión se denomina puerto, independientemente de si utiliza uno o más PHY, aunque a veces se utiliza el término puerto ancho para una conexión multi-PHY).

Expansores SAS

Los componentes conocidos como expansores SCSI de conexión en serie (expansores SAS) facilitan la comunicación entre un gran número de dispositivos SAS. Los expansores contienen dos o más puertos de expansión externos. Cada dispositivo expansor contiene al menos un puerto de destino del Protocolo de Gestión SAS (SMP) para la gestión y puede contener dispositivos SAS. Por ejemplo, un expansor puede incluir un puerto de destino del SMP para acceder a un dispositivo periférico. Un expansor no es necesario para conectar un iniciador y un destino SAS, pero permite que un único iniciador se comunique con varios destinos SAS/SATA. Una analogía útil: se puede considerar un expansor como un conmutador de red que conecta varios sistemas mediante un único puerto.

SAS 1 definía dos tipos de expansores; sin embargo, el estándar SAS-2.0 ha eliminado la distinción entre ambos, ya que creaba limitaciones topológicas innecesarias sin ningún beneficio real:

  • Un expansor de borde permite la comunicación con hasta 255 direcciones SAS, lo que permite al iniciador SAS comunicarse con estos dispositivos adicionales. Los expansores de borde pueden realizar enrutamiento directo de tablas y enrutamiento sustractivo. (Para una breve explicación de estos mecanismos de enrutamiento, consulte más abajo). Sin un expansor de distribución, se pueden usar como máximo dos expansores de borde en un subsistema de entrega (ya que se conectan los puertos de enrutamiento sustractivo de dichos expansores y no se pueden conectar más). Los expansores de distribución solucionan este problema.
  • Un expansor de distribución puede conectar hasta 255 conjuntos de expansores de borde, conocidos como conjunto de dispositivos de expansión de borde , lo que permite direccionar aún más dispositivos SAS. El puerto de enrutamiento sustractivo de cada expansor de borde se conecta al PHY del expansor de distribución. Un expansor de distribución no puede realizar enrutamiento sustractivo; solo puede reenviar solicitudes de enrutamiento sustractivo a los expansores de borde conectados.

El enrutamiento directo permite que un dispositivo identifique los dispositivos conectados directamente a él. El enrutamiento por tabla identifica los dispositivos conectados a los expansores conectados a la propia interfaz física (PHY) del dispositivo. El enrutamiento sustractivo se utiliza cuando no se pueden encontrar los dispositivos en la subrama a la que pertenece el dispositivo. En este caso, la solicitud se redirige a una rama completamente diferente.

Los expansores existen para permitir topologías de interconexión más complejas. Los expansores ayudan en la conmutación de enlaces (a diferencia de la conmutación de paquetes) de dispositivos finales (iniciadores o destinos). Pueden localizar un dispositivo final directamente (cuando el dispositivo final está conectado a ellos), mediante una tabla de enrutamiento (una asignación de identificadores de dispositivos finales y el expansor al que se debe conmutar el enlace en sentido descendente para enrutar hacia ese identificador) o, si estos métodos fallan, mediante enrutamiento sustractivo: el enlace se enruta a un único expansor conectado a un puerto de enrutamiento sustractivo. Si no hay ningún expansor conectado a un puerto sustractivo, no se puede acceder al dispositivo final.

Los expansores sin PHY configurados como sustractivos funcionan como expansores de distribución y pueden conectarse a cualquier número de otros expansores. Los expansores con PHY sustractivos solo pueden conectarse a un máximo de dos expansores, y en ese caso deben conectarse a un expansor mediante un puerto sustractivo y al otro mediante un puerto no sustractivo.

Las topologías SAS-1.1 construidas con expansores generalmente contienen un nodo raíz en un dominio SAS, con la excepción de las topologías que contienen dos expansores conectados a través de un puerto sustractivo a sustractivo. Si existe, el nodo raíz es el expansor que no está conectado a otro expansor a través de un puerto sustractivo. Por lo tanto, si existe un expansor de distribución en la configuración, debe ser el nodo raíz del dominio. El nodo raíz contiene rutas para todos los dispositivos finales conectados al dominio. Cabe destacar que, con la llegada de SAS-2.0 al enrutamiento de tabla a tabla y las nuevas reglas para la zonificación de extremo a extremo, las topologías más complejas basadas en las reglas de SAS-2.0 no contienen un único nodo raíz.

Conectores

Los conectores SAS son mucho más pequeños que los conectores SCSI paralelos tradicionales . Normalmente, SAS-3 proporciona velocidades de transferencia de datos puntuales de hasta 12  Gbit/s. [ 25 ] Actualmente, SAS-4 está disponible con hasta 24  Gbps; y SAS-5 está en desarrollo, según T10 .

El conector físico SAS viene en varias variantes diferentes: [ 26 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "STA e INCITS anuncian el estándar SCSI de conexión en serie" . Asociación Comercial SCSI. 28 de enero de 2004. Archivado del original el 31 de julio de 2013. Consultado el 28 de enero de 2004 .
  2. ↑ "Completado el desarrollo de la especificación de almacenamiento de datos SAS de 24G; la Asociación Comercial SCSI destaca la tecnología en la Cumbre de Memoria Flash de 2017" . Asociación Comercial SCSI. 7 de agosto de 2017. Archivado del original el 9 de diciembre de 2017.
  3. ↑ Thompson, Robert Bruce; Thompson, Barbara Fritchman (24 de julio de 2003). PC Hardware in a Nutshell: A Desktop Quick Reference . O'Reilly Media, Inc. pág. 422. ISBN  978-0-596-55234-3.
  4. ↑ NCR Corporation (1990). SCSI: comprensión de la interfaz del sistema de computadoras pequeñas . Universidad de Virginia: Prentice Hall. pág . 5. ISBN  9780137968558.
  5. ↑ "SAS y SATA: compatibilidad sin precedentes" . Consultado el 20 de mayo de 2024 .
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  7. ↑ "Serial Attached SCSI (SAS)" . T10. 2003-07-08 . Consultado el 2003-07-08 .
  8. ↑ "Serial Attached SCSI - 1.1 (SAS-1.1)" . T10. 2005-09-21 . Consultado el 2005-09-21 .
  9. ↑ "Serial Attached SCSI - 2 (SAS-2)" . T10. 18-04-2009 . Consultado el 18-04-2009 .
  10. ↑ "Serial Attached SCSI - 2.1 (SAS-2.1)" . T10. 2010-12-09 . Consultado el 2010-12-09 .
  11. ↑ "Serial Attached SCSI - 3 (SAS-3)" . T10. 2013-11-07 . Recuperado el 2013-11-07 .
  12. ↑ "Serial Attached SCSI - 4 (SAS-4)" . T10. 2018-03-28 . Consultado el 2018-03-28 .
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  16. ↑ DEFINICIÓN  : SCSI de conexión en serie (SAS)
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  • Asociación Comercial SCSI en Wayback Machine (archivado el 23/09/2023)
  • Foro de la Asociación Comercial SNIA SCSI (Foro STA)
  • Proyectos T10 (Interfaces de almacenamiento SCSI)
  • Especificaciones de Serial Attached SCSI (SAS)
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