Serial-Attached SCSI (SAS) là gì?

SAS là gì?

Serial Attached SCSI (SAS) là một giao thức truyền dữ liệu point-to-point được sử dụng trong máy tính để kết nối các thiết bị lưu trữ máy tính như ổ đĩa cứng và băng ổ đĩa. SAS là sự kế thừa của Parallel SCSI. Giống như Parallel SCSI, SAS sử dụng bộ lệnh SCSI tiêu chuẩn. SAS cũng hỗ trợ tùy chọn Serial ATA (SATA) phiên bản 2 trở lên.

Điều này cho phép kết nối ổ đĩa SATA với phần lớn thiết bị phụ hoặc bộ điều khiển SAS. Tuy nhiên, không thể kết nối ngược lại ổ đĩa SAS với thiết bị hỗ trợ SATA.

Tiêu chuẩn SAS hiện tại hỗ trợ 255 kết nối trực tiếp. Mỗi cổng có thể được sử dụng bởi các thiết bị lưu trữ, máy chủ lưu trữ hoặc bộ mở rộng. Bộ mở rộng cũng có thể hỗ trợ tối đa 255 kết nối, dẫn đến dung lượng tối đa cho thiết bị SAS là 65.535 nếu mọi kết nối trực tiếp khả dụng được sử dụng cho bộ mở rộng. SAS thích hợp cho các doanh nghiệp có yêu cầu sao lưu, lưu trữ lớn.

SAS được nhiều người coi là giao diện phổ biến nhất cho Direct-Attached Storage và được sử dụng để hỗ trợ bộ điều khiển ổ cứng trong các Server Farms cấp doanh nghiệp.

Lịch sử hình thành và phát triển của SAS là gì?

SAS được ủy ban kỹ thuật T10 của ủy ban tiêu chuẩn công nghệ thông tin quốc tế (INCITS) phát triển và duy trì giao thức SAS. Sau 19 năm phát triển, INCITS đã giới thiệu 4 tiêu chuẩn SAS, bao gồm SAS-1, SAS-2, SAS-3 và SAS-4. Mỗi tiêu chuẩn đều mang lại những cải tiến đáng kể về tốc độ truyền dữ liệu và khả năng tương thích.

• SAS-1: Công nghệ SAS đầu tiên được giới thiệu vào năm 2004, SAS-1 hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 3.0 Gbit/s(Gbps).
• SAS-2: Ra mắt vào tháng 2 năm 2009, SAS-2 đã tăng gấp đôi tốc độ truyền dữ liệu lên 6.0 Gbit/s.
• SAS-3: Được giới thiệu vào tháng 3 năm 2013, SAS-3 đã tăng gấp đôi tốc độ truyền dữ liệu của SAS-2, lên đến 12.0 Gbit/s.
• SAS-4: Hoàn thành vào năm 2017, SAS-4 hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 24 Gbit/s.

SAS-5, đang được phát triển với tốc độ truyền dữ liệu dự kiến là 45 Gb/s và duy trì khả năng tương thích với SAS-1, SAS-2, SAS-3 và SAS-4.

SAS hoạt động như thế nào?

SAS là giao thức truyền tải dữ liệu point-to-point giữa các thiết bị lưu trữ và máy tính. Point-to-point có nghĩa là tất cả dữ liệu truyền qua SAS đều được gửi trực tiếp giữa thiết bị lưu trữ và máy tính được kết nối bằng cáp vật lý. Serial có nghĩa là tất cả dữ liệu được gửi qua SAS đều được truyền theo trình tự từng bit một.

Giao thức SAS được triển khai trên máy tính, sử dụng liên kết chuyên dụng giữa máy tính và ổ đĩa, ổ băng từ hoặc các thiết bị lưu trữ SCSI nào khác. Liên kết này được kết nối với bộ điều hợp bus (HBA) của máy tính qua giao diện nối tiếp(Serial).

Một hệ thống SAS gồm 4 thành phần cơ bản sau:

• Mục tiêu: là các thiết bị lưu trữ được kết nối với hệ thống SAS.
• Bộ khởi tạo: được sử dụng để gửi yêu cầu và xử lý phản hồi từ thiết bị mục tiêu. Bộ khởi tạo có thể được tích hợp trên bo mạch chủ hoặc bộ điều khiển rời(Card HBA).
• Hệ thống con cung cấp dịch vụ: là một thành phần của hệ thống SAS – thường là cáp, nhưng cũng có thể bao gồm phần cứng mở rộng để mở rộng cổng hoặc bảng nối đa năng hệ thống – liên kết các mục tiêu hoặc thiết bị lưu trữ với bộ khởi tạo của hệ thống SAS.
• Bộ mở rộng: là một thành phần tùy chọn của phần cứng. Bộ mở rộng cho phép mở rộng cổng của hệ thống SAS để có thể kết nối nhiều thiết bị vào hệ thống SAS.

Kiến trúc

Kiến trúc SAS bao gồm 6 layers:

Physical layer:

• Xác định các đặc tính điện và vật lý
• Truyền tín hiệu vi sai
• Hỗ trợ nhiều loại kết nối:
  • SFF-8482 – SATA compatible
  • SFF-8482 – SATA compatible
  • Internal four-lane connectors: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
  • External four-lane connectors: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644

PHY Layer:

• Khởi tạo liên kết, thương lượng tốc độ và thiết lập lại trình tự
• Hỗ trợ mã hóa dữ liệu 8b/10b (tốc độ 3,6 và 12 Gbit/s). Mỗi nhóm 8 bit được mã hóa thành một số 10 bít để đạt hiệu quả cho tốc độ clock.
• Mã hóa gói tin 128b/150b (22.5 Gbit/s). Nó bao gồm 2 bit header, 128 bit payload và 20 bit kiểm tra lỗi kết nối.

Link layer:

• Chèn và xóa các nguyên hàm để khớp chênh lệch tốc độ xung nhịp.
• Mã hóa nguyên thủy.
• Xáo trộn dữ liệu để giảm EMI.
• Thiết lập và phá bỏ các kết nối gốc giữa các mục tiêu SAS và người khởi xướng.
• Thiết lập và phá bỏ các kết nối đường hầm giữa các bộ khởi tạo SAS và các mục tiêu SATA được kết nối với các bộ mở rộng SAS.
• Quản lý năng lượng (đề xuất cho SAS-2.1).

Port layer:

• Kết hợp nhiều PHY có cùng địa chỉ vào các cổng rộng.

Transport layer:

Serial Attached SCSI bao gồm ba giao thức vận chuyển (transport protocol) cho phép kết nối với các thiết bị SCSI, SATA và SAS:

• Serial SCSI Protocol (SSP): Giao tiếp ở mức độ lệnh với các thiết bị SCSI.
• Serial ATA Tunneling Protocol (STP): Giao tiếp ở mức độ lệnh với các thiết bị SATA.
• Serial Management Protocol (SMP): Quản lý SAS fiber.

Application layer:

Ưu nhược điểm của công nghệ SAS

Ưu điểm

• SAS có thể xử lý các tệp dữ liệu lớn với tối đa 32.768 biến và số lượng bản ghi được xác định bởi kích thước ổ đĩa.
• SAS hỗ trợ 128 ổ cứng trên một đường cáp, giúp dễ dàng mở rộng hệ thống lưu trữ.
• Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 12 Gbit/s.

Nhước điểm

• Giá cao hơn so với các giao diện khác.
• Yêu cầu cần có kiến thức quản lý dữ liệu với giao diện SAS.

So sánh Serial Attached SCSI (SAS) với các giao diện khác

So sánh Serial Attached SCSI (SAS) với parallel SCSI

• “Bus” SAS hoạt động theo kiểu point-to-point, trong khi bus SCSI là multidrop. Mỗi thiết bị SAS được kết nối bằng một liên kết chuyên dụng đến bộ khởi động, trừ khi sử dụng bộ mở rộng.
• SAS không có vấn đề về chấm dứt và không yêu cầu gói kết thúc như SCSI song song.
• SAS loại bỏ độ lệch đồng hồ.
• SAS cho phép tối đa 65.535 thiết bị thông qua việc sử dụng bộ mở rộng, trong khi SCSI song song có giới hạn 8 hoặc 16 thiết bị trên một kênh.
• SAS cho phép tốc độ truyền cao hơn (3, 6 hoặc 12 Gbit/s) so với hầu hết các tiêu chuẩn SCSI song song. SAS đạt được các tốc độ này trên mỗi kết nối mục tiêu khởi tạo, do đó nhận được thông lượng cao hơn, trong khi SCSI song song chia sẻ tốc độ trên toàn bộ bus đa điểm.
• Các thiết bị SAS có cổng kép, cho phép bảng nối đa năng dự phòng hoặc I/O đa đường; tính năng này thường được gọi là SAS miền kép.
• Bộ điều khiển SAS có thể kết nối với các thiết bị SATA, được kết nối trực tiếp bằng giao thức SATA gốc hoặc thông qua các bộ mở rộng SAS bằng Giao thức đường hầm ATA nối tiếp (STP).
• Cả SAS và SCSI song song đều sử dụng bộ lệnh SCSI.

So sánh Serial Attached SCSI (SAS) với SATA

Có rất ít sự khác biệt về mặt vật lý giữa SAS và SATA.

• Về tốc độ kết nối chuẩn SAS có kết nối lớn hơn so với SATA
• SAS có độ tin cậy hơn SATA
• SAS hỗ trợ đường truyền giữa các thiết bị dài hơn so với SATA
• SAS hỗ trợ tới 256 kết nối point-to-point trực tiếp.
• Giá của chuẩn SAS cao hơn so với chuẩn SATA

Cấu trúc liên kết

Bộ khởi tạo có thể kết nối với mục tiêu bằng cách sử dụng một hoặc nhiều PHY. Kết nối như vậy được gọi là “port”,cho dù nó sử dụng một hoặc nhiều PHY. Tuy nhiên, thuật ngữ “wide port” đôi khi được sử dụng cho kết nối nhiều PHY.

Bộ mở rộng SAS

Bộ mở rộng SAS (SAS Expanders) tạo khả năng giao tiếp một lượng lớn các thiết bị SAS. Bộ mở rộng chứa hai hoặc nhiều port mở rộng bên ngoài. Mỗi thiết bị mở rộng chứa ít nhất một port mục tiêu của giao thức quản lý SAS để quản lý và có thể chứa chính các thiết bị SAS. 

Ví dụ: Thiết bị mở rộng có thể bao gồm port mục tiêu của giao thức SCSI nối tiếp để kết với với thiết bị ngoại vi. Không nhất thiết phải có bộ mở rộng để giao tiếp với bộ khởi tạo và mục tiêu SAS, nhưng nó cho phép một bộ khởi tạo duy nhất giao tiếp với nhiều mục tiêu SAS/SATA.

Tiêu chuẩn SAS-1 đã xác định hai loại thiết bị mở rộng. Tuy nhiên, tiêu chuẩn SAS-2 đã loại bỏ sự khác biệt giữa hai tiêu chuẩn này vì nó tạo ra những hạn chế về cấu trúc liên kết không cần thiết mà không mang lại lợi ích nào.

• Edge Expander (mở rộng Edge): cho phép kết nối với tối đa 255 thiết bị SAS, cho phép bộ khởi tạo SAS giao tiếp với các thiết bị bổ sung này. Edge Expander có thể thực hiện định tuyến bảng trực tiếp và định tuyến trừ. Trong trường hợp, nếu không có thiết bị mở rộng fanout, bạn có thể sử dụng tối đa hai thiết bị Edge Expander trong hệ thống con phân phối.
• Fanout Expander: có thể kết nối tối đa 255 bộ thiết bị Edge Expander. Port định tuyến trừ của mỗi bộ mở rộng Edge kết nối với phần cứng của bộ mở rộng fanout. Bộ mở rộng fanout không thể thực hiện định tuyến trừ, nó chỉ có thể chuyển tiếp các yêu cầu định tuyến trừ tới các bộ mở rộng edge đã được kết nối.

Một thiết bị có thể xác định các thiết bị được kết nối với nó thông qua định tuyến trực tiếp. Định tuyến bảng cho phép xác định các thiết bị được kết nối với bộ mở rộng, mà bộ mở rộng này lại được kết nối với PHY của thiết bị gốc. Định tuyến trừ được sử dụng khi các thiết bị trong nhánh phụ mà thiết bị gốc thuộc về không thể được tìm thấy. Trong trường hợp này, toàn bộ yêu cầu sẽ được chuyển đến một nhánh khác.

Các bộ mở rộng tồn tại để cho phép các cấu trúc liên kết phức tạp hơn được kết nối. Bộ mở rộng hỗ trợ các thiết bị đầu cuối chuyển mạch liên kết. Có thể xác định vị trí trực tiếp của một thiết bị cuối, thông qua bảng định tuyến, hoặc thông qua định tuyến trừ, liên kết được định tuyến đến một thiết bị mở rộng duy nhất được kết nối với cổng định tuyến trừ. Nếu không có thiết bị mở rộng nào được kết nối với cổng trừ, việc kết nối với thiết bị cuối sẽ không được thực hiện.

Các bộ mở rộng không có PHY được cấu hình hoạt động như các bộ mở rộng fanout, có thể kết nối với bất kỳ số lượng bộ mở rộng nào khác. Các bộ mở rộng có PHY trừ chỉ có thể kết nối tối đa với hai bộ mở rộng khác. Trong trường hợp đó, một bộ mở rộng phải được kết nối với port trừ và bộ mở rộng kia phải được kết nối với port không trừ.

Các cấu trúc liên kết SAS-1.1 thường có một nút gốc trong miền SAS, ngoại trừ các cấu trúc liên kết chứa hai bộ mở rộng được kết nối qua port trừ. Trong trường hợp này, nút gốc là bộ mở rộng không được kết nối với bất kỳ bộ mở rộng nào khác thông qua port trừ. Do đó, nếu có bộ mở rộng fanout trong cấu hình, thì đó phải là nút gốc của miền. Nút gốc chứa các tuyến đường cho tất cả các thiết bị đầu cuối được kết nối với miền.

Lời kết

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về SAS là gì, cũng như những ưu điểm và ứng dụng của nó. SAS là một giao thức nối tiếp point-to-point được sử dụng để truyền dữ liệu cho ổ cứng. SAS chủ yếu được sử dụng cho doanh nghiệp, nơi đòi hỏi độ tin cậy và hiệu suất cao. Có hai loại SAS: HDD SAS, sử dụng ổ cứng từ, và SDD SAS, sử dụng ổ cứng thể rắn.

Ổ cứng SAS mang lại một số lợi ích so với các giao thức khác như SATA và SCSI. SAS có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn, hỗ trợ nhiều ổ cứng hơn và có độ tin cậy cao hơn. Tuy nhiên, nhược điểm của SAS là giá thành lại cao hơn so với các giao thức SATA và SCSI. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc thắc mắc nào, vui lòng để lại trong phần bình luận. Chúng tôi sẽ cố gắng trả lời trong thời gian sớm nhất.