@JCChan
2015-08-28T20:25:47.000000Z
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大话存储
适用于存储系统网络的不只FC一个，还有一个同档次的SAS协议，全称为Serial Attached SCSI，即串行SCSI。SAS硬盘的接口和SATA硬盘的接口非常像，只是比SATA硬盘接口多了一个数据接口。像FC磁盘一样用来连接两路控制器。第二数据接口位于第一数据接口靠背的位置。
SAS网络与FC网络有一个本质的区别，SAS为全交换式架构，不同于FC一样有Fabric和FCAL两种架构，当一个Initiator与多块磁盘相连接到SAS网络时，就相当于连接到同一台交换机的两台主机一样，全双工线速无阻塞交换，可以直接进行收发数据，不需要进行仲裁，每个节点独立的带宽，系统整体带宽=节点数量×每个节点拥有的带宽。
SAS网络中，每一个物理接口都需要一套底层编解码器对数据进行8/10b编解码，每个物理接口又称为PHY，在SAS1.0时代，每个物理接口的编解码速度为3Gb/s，即300MB/s，到SAS2.0时代性能才翻了一倍，而同时代的FC物理接口的编解码速度为4Gb/s，但是SAS有一项设计比FC优秀，就是可以将多个PHY捆绑成一个逻辑接口，可以理解为交换机中的EtherChannel，这是FC做不到的，同时SAS也借用了Infiniband网络的设计，常见为4X宽端口的SAS接口。对应有一张4X的SAS适配卡，如果这张适配卡上有独立的Raid芯片或者集成到SAS IO Processor中，就变成一块可接SAS或者SATA硬盘的Raid卡
SAS协议利用STP(SATA Tunneling Protocol)来兼容SATA协议，对SATA节点的数据收发，SAS是将数据封装在SAS协议帧中传递的，数据到达SATA节点后，解封装，然后再由SATA节点处理，这点是FC自身无法做到的，需要一个SCSI-ATA协议转换器以及一个SATA-FC接口转换器来实现。对于物理接口转换器，由于SATA盘只有一个数据接口，而FC磁盘有两个逻辑数据接口，包含在一个物理SCA2接口中，所以这个接口转换器称为Port Multiplexer，即在前端实现两个逻辑接口，或者两个物理PHY，对于SAS来讲，而后端连接同一个SATA物理接口，转换器将前端的所有接口都映射到后端的一个接口，并且在前端虚拟出两个物理接口地址以用于前端网络寻址操作，所以这种被称为Dongle
SAS作为一个交换网络，也有自己的交换机或者交换芯片，分为三个部分，XBAR代表Crossbar，它基于Crossbar架构的交换矩阵用于各个PHY之间进行高速交换，每个PHY前端连接8/10b Serdes，芯片内部是并行传递的。SXL表示SAS Expander Link。芯片包含的另外一个部分为32b的MIPS核心处理器，这个处理器执行Firmware以实现SES、SMP和其他一些外部信号处理工作，XBAR右侧为各种信号总线和接口，在Arbiter，负责协调各个PHY之间发起的通信并控制Crossbar将数据交换到正确的目的，但SAS不使用仲裁共享的方式。
SAS的链路层大部分内容与FC协议类似，但是与FC最大的不同是，SAS在链路层使用面向连接的交换技术。Initiator向Target发起通信之前必须建立好连接，但是不同于传输层的端到端连接。SAS链路层的连接指的是在一个SAS网络内的两个PHY的通信路径中的所有Expander内部，都为这条通信保持相应的资源。对于初次收发数据，Crossbar上的Aribter会检测新建一条路径，便于以恒定的路径发送到下一跳Expander的端口，直至最终Target，如果是在PHY之间建立的，每个PHY之间都会为对应的OPEN请求建立连接。具体过程如下：
(1)Initiator端的链路层首先通过PHY接口向其连接的Expander发起一个OPEN帧，帧中携带的是Target端PHY的SAS地址。
(2)本地Expander收到之后，首先返回AIP（Arbitration In Progress)，这个期间，Expander会为这个请求分配资源，如果资源不够的话，则分配的资源会相冲突，由优先级来连接，也算是仲裁的一种。
(3)Arbitration成功之后，在Expander内为其保留恒定资源和Crossbar路径，然后将这个帧路由到Target所在的Expander，途中经过的所有Expander都会为这个初始连接分配恒定的资源和路径。
(4)Target端的链路层接收到OPEN请求以后，向Initiator端返回一个OPEN_ACCEPT帧，连接建立。
(5)需要关闭连接的时候，Initiator端发送CLOSE帧。
SAS网络中的每个节点使用的地址与FC网络类似，也是一个64b长度的定长地址，也叫做WWN，但是与FC Fabric不同的是，SAS直接使用这个64b地址来路由数据包，而FC Fabric则使用另外分配的24b的Fabric ID路由数据包。编址是为了寻址，每个Expander上运行着一种协议，用来执行整个系统中的Expander发现以及路由条目的学习，这种协议叫做SMP
类比IP路由，对于直接连接的硬盘，相应的路由类型为D，就是Direct，如果是由两个Expander级联，则会多一种T类型的路由，称为Table Routes，由于硬盘和硬盘之间不会通信的，他们需要等待Initiator端发起指令，因此必须要有一个Expander连接SAS卡，连接到SAS卡的硬盘的路由类型中会加入一个S，为Subtractive，相当于默认路由，则根据默认路由的指令，可以减小Expander中的路由条目。一个Expander中接入的最大节点不能超过128个。级联以后，中心的Expander称为Fanout Expander，其他作为Edge Expander，可以将S类型的信息路由给Fanout。每个SAS网络被称为一个Domain。
SAS网络中目前有三种应用协议：SSP、STP、SMP。
SSP是一套用于Initiator和Target之间传输SCSI指令的传输保证协议，与FC中的FCP层充当相同的角色，在SCSI3规范中，已经将SCSI上层指令与底层传输系统相分离，SSP在此就作为SCSI指令的传输系统，SSP会保障SCSI指令和数据以及对指令的相应成功地被传送和接收。一共有五种SSP帧类型，包含COMMAND、TASK、XFER_RDY、DATA、RESPONSE类型，TASK和RESPONSE类型指令用于SSP设备控制指令步骤，COMMAND和RESPONSE类型用于SSP发起SCSI指令，DATA类型用于SCSI Read，XFER_RDY用于写指令。
STP是一套用于在Initiator和Target之间传送SATA指令的传输保障协议。由于SATA协议与SCSI协议是完全两套上层协议，不仅指令描述方式和结构不同，而且在底层传输中的控制上也不同，STP就是将SATA协议的底层传输逻辑拿来过来，并将其承载于SAS底层进行传输。但是记住，SCSI和SATA，他们都是在不同程度的Tunnel+Map的方式被承载于SAS网络上传递。
SMP是一种对SAS网络内所有Expander进行管理的协议，包括Expander拓扑发现和路由协议。由Initiator端建立连接后向Target端发起查询请求，Target只能响应Initiator的查询而不能主动向Initiator发送消息，SMP中的Target对应的整个Expander本身。Expander接收到针对这个Target的消息，就会自己做处理而不是转发到其他某个PHY。