SAS 技术剖析

　　SAS 提供了改善的效能

　　为何SAS能够提供更好的效能？？因其技术改进方面有如下的特点：

　　1,直接支持3.0Gbps(300MB/s)，后继的规格更定义至支持12.0Gbps,即所谓的1.2GB/s的通道带宽。

　　2,点对点的传输：避免共享总线常有的瓶颈效应，点对点的传输可提供端点间固定的带宽。

　　3,全双工的数据传输：并行的传输接口如PATA和Parallel SCSI都是发送和接收共用一组总线，因此发送和接收不能同时进行，即所谓的半双工。SATA数据传输线虽然由两条传送方向相反的差分信号对（LVDS，共4根）组成，发送（Tx）和接收（Rx）各走一路，但基于SATA协议规范采用ATA协议，ATA协议只是半双工的，但SAS所采用SCSI协议是全双工的，通过将一路数据所需的流控信息与反向传送的数据混合在一起，从而能在同样的数据线上实现全双工。

　　Wide Ports(宽端口) ：是一项存储接口的新技术，物理链接是SAS中的一个基础概念，一条物理链接包括两对差分信号线(Tx和Rx，即一条SATA线缆)，传输方向相反。两个SAS端口之间可以建立起由多个物理链接构成的wide link(宽链接)，相应的端口也被称作wide port(宽端口)，物理链接的数量最高可至四个链接。

　　SAS使传输的线路减少

　　在IT设备有限的空间下，在狭小的机箱内，过多与过宽的缆线会造成机箱散热不良，但SAS的serial传输只需要较少的传送线路来传送讯号，缆线的安装配置与硬盘的背板的电路设计相对比较容易，系统因此会更为稳定。

　　SAS增加可用性

　　SAS采用了SATA的物理层（包括连接器、线缆）设计，增加了第二端口，同时还具备FC的某些特征。与SATA相比，SAS在物理架构上的增强主要包括：

　　双端口

　　SAS的数据帧基于FCP(FC Protocol)，并在外围设备端添加了第二端口支持，形成符合高可用性要求的双端口(dual port)——这一点也类似于FC。

　　可是第二端口怎么实现呢？通过将原本分离的SATA端口和电源插头相连，并将SAS第二端口设置在连接处的背侧（插座则是对侧，见图），就得到了SAS连接器。第二端口比这块跨接区域略宽，但也只有SATA端口（也即SAS第一端口）的2/3，因此其7个接脚及间距均明显变窄。与SAS插头的“铁板一块”相对应，SAS插座也“全线贯通”（SATA插座在SAS第二端口的位置有一突起），这样既可以保证SATA设备插入SAS插座，又能避免误将SAS设备插入SATA插座。

　　SAS的扩展性

　　连接距离：SAS线缆的最大连接距离的已经提升到8米，甚至透过3个扩展器之后，SAS的最大连接距离能够超过32米，足以应付机内存储设备连接和近距离DAS的要求。

　　扩展器:SAS的扩展器就是交换机（Edge Expander,边沿扩展器）和路由器（Fanout Expander,扇出扩展器）。扩展器利用可多达128个的PHY（发送器和接收器各一、能够接受1个物理链接的最小单元，譬如1个4宽度端口即由4个PHY组成）连接主机/设备或其他扩展器，组成星形拓扑架构。

　　SAS“域”的概念：扇出扩展器是SAS域的核心，一个SAS域只能有一个扇出扩展器，它可以随意连接边沿扩展器;一个边沿扩展器只能连接到一个扇出扩展器上，而在没有扇出扩展器的情况下最多仅允许两个边沿扩展器互连;在不超过数目上限的前提下，扩展器可以随意连接发起者/目标设备。也就是说，在一个SAS域中，任意两点(主机或设备)之间最多可以有3个扩展器。

　　高达65535的设备数量：根据SAS每个扩展器能够寻址128个PHY，整个SAS域形成一个物理连接数目可达16K（128X128=16384）的点对点交换式拓扑架构。

　　扩展器强大的连接能力不仅可以为设备数量服务，它还可以用多达4个的物理连接组成（wide link）宽度链接来获得成倍的带宽。以4宽度内部串行附属（serial attached）连接器为例，SATA只能通过4根相互间没有逻辑联系的线缆获得4个独立的SATA链接，SAS却可以得到一个4宽度链接（在一个扩展器上）、两个2宽度链接（在两个扩展器上）、四个1宽度链接（在四个独立的扩展器或设备上），甚至还能够是一个3宽度链接和一个1宽度链接……性能与灵活度都远胜于SATA。

　　SATA 的兼容性：SAS支持3种协议，分别是

　　1. 串行SCSI协议(Serial SCSI Protocol，SSP)：全双工，让SCSI运行在增强的SATA物理层上；

　　2. 串行ATA隧道协议(Serial ATA Tunneled Protocol，STP)：为SATA增加多目标寻址和多发起者访问，以适应SAS环境的需要；

　　3. 串行管理协议(Serial Management Protocol，SMP)：用于发现和管理扩展器。

　　扩展器把SATA的点对点连接扩展至SAS的多发起者/多目标，然而SATA协议仅支持单发起者/单目标，STP的任务就是让发起者能够通过扩展器访问SATA目标。STP在发起者与最远的、也就是连接SATA设备的扩展器端口(STP目标端口)之间建立起一条通路(隧道)，传输标准的SATA 1.0帧，因此在SATA设备看来，自己连接的就是SATA主机适配器。如果发起者端口识别出与其直接相连的是一台SATA设备，则只使用SATA协议通信。

　　那么SAS主机控制器端口怎么知道自己连接的是SATA设备还是SAS设备呢?这就要借助于带外(Out of band，OOB)信号来识别了。在连接初始化时，主机控制器端口送出OOB慢速脉冲信号，检测目标对COMSAS脉冲的响应情况——如果目标也返回COMSAS脉冲，就是SAS设备，反之即为SATA设备。需要注意的是，由于在SAS协议中发起者和目标是对等的，外围设备也可以主动送出COMSAS脉冲，向主机适配器表明自己的身份。以硬盘为例，能否生成COMSAS脉冲即是辨别SAS与SATA的依据。

　　STP发起者端口经过OOB协商确认与自己相连的是SATA设备后即进入SATA模式，严格遵循SATA主机适配器的行为规范。STP并不关心SATA FIS(Frame Information Structure，帧信息结构)的内容，SATA命令排队可以在FIS中传输——前提当然是STP发起者端口和SATA设备必须支持命令排队功能。

　　传输完成后由SAS主机适配器或扩展器决定是否用STP断开与SATA设备的连接，以后需要时再重新连接。整个过程中该SATA设备始终以为自己通过正常的流控机制直接连在某个SATA主机适配器上，实际情况却是SAS主机适配器进行了SATA“翻译”工作。在Windows操作系统中，这个SAS主机适配器将与使用Miniport驱动程序的SATA主机适配器一样被归类为SCSI控制器。

总结

　　上述简单介绍了目前市场上的存储技术，每一种都有其优点与缺点，企业应用何种架构要看其所需要的应用为何，费用最高或速度最高并非就能达到最好的效果。