SAS接口互连完全指南

SAS接口互连完全指南ZDNet存储频道时间：2008-12-25作者：存储时代——张广彬来源：|Stor-Age.com本文关键词：SAS硬盘磁盘阵列服务器SATA内容导航栏第01页：前言：SAS线缆为什么这样多第02页：SAS驱动器连接（上）：兼容SATA第03页：SAS驱动器连接（下）：双端口实现第04页：内部连接器（上）：SAS4i整合并塑身第05页：内部连接器（下）：MiniSAS4i完成小型化第06页：磁盘背板：兼收并蓄集大成第07页：外部连接器（上）：SAS4x偷师InfiniBand第08页：外部连接器（下）：MiniSAS4x扬长避短第09页：化繁为简：MiniSAS4i至关重要前言：SAS线缆为什么这样多罗马并非一日建成，一个规范从诞生到发展逐步走向成熟也远非一日之功。特别在IT行业里，任何技术都在不断完善自我进化，SAS（SerialAttachedSCSI，串行SCSI）规范亦是如此。作为并行SCSI的接班人，SAS规范出现在人们的视野中已有些时间了。在SAS走过的这些年之中，其规范一直在改进，虽然底层协议得以保留，基本没有太多的变化，但是外部接口连接器的规格却经历了多次变迁，这是SAS为适应市场环境而做出的调整，有了这些“积跬步而至千里”的不断改进，SAS规范才日益成熟，而不同规格的接口连接器则堪称SAS发展历史的见证人。本文作者张广彬推荐SAS相关背景资料了解SAS——SAS技术详解（点击阅读）完整的生态环境——SAS产品大观（点击阅读）为什么会有SAS？（点击阅读）10款SAS硬盘驱动器横向评测（点击阅读）在这里我们有必要区分一下“端口”（port）与“接口连接器”（connector）的概念。硬件设备的端口又称接口，其电气信号由接口规范定义，而数量则取决于控制芯片（ControllerIC，也包括RoC）的设计。但接口也好，端口也好，都必须要依托一个实体的表现形式——主要是引脚和接插件，才可以起到连接的作用，进而组成数据通路。因此，就有了接口连接器，它们总是成对使用：在硬盘驱动器、HBA、RAID卡或背板上的一方，与位于线缆（Cable）一端的另一方“咬合”在一起。至于哪一方是“插座”（receptacleconnector，插座连接器），哪一方是“插头”（plugconnector，插头连接器），视具体的连接器规范而定。各种SAS线缆和连接器，要让人眼花缭乱实在是太容易了……你见过几种呢？在SATA问世之初，线缆和连接器的情况相对简单——毕竟SATA不支持端口聚合，一个端口对应一个接口连接器，线缆也就只有单路连接。SAS则不同：一开始便支持4路的宽链接（widelink），允许多达4个窄端口（narrowlink）聚合为一个宽端口（wideport），并制订了相应的连接器规范。这样一来，SAS的接口连接器至少有两种了，再加上内外之别，各种可行的组合使得SAS线缆的类型多达10种以上，因此，出现“手中虽有SAS线缆，却无法将两端的SAS设备连接起来”的情况是常有的事儿。目前与SAS有关的线缆端连接器已经有6种之多，再加上配对使用的设备端连接器……不考虑最右侧的2种，内部SAS线缆也有7种之多外部SAS线缆有3种，算在一起至少10种如此多种SAS线缆的由来和用途是怎样的呢？本文马上为您送上详细介绍。SAS驱动器连接（上）：兼容SATASAS首先定义了硬盘驱动器的接口连接器，其规范即SFF-8482。由于SAS兼容SATA，既要向下兼容SATA硬盘驱动器，又不能让SATA的数据线连接到SAS硬盘驱动器上，SFF-8482规范的制订者们很是下了一番心思。SFF-8482规范定义的SAS线缆端插座，引脚S1-S7是主端口，另一侧的S8-S14是从端口，而P1-P15的供电部分在SATA是分离的SFF-8482定义了SAS硬盘驱动器的双端口（dualport）插头，SATA数据线无法与之相连，而符合SFF-8482规范的插座（位于SAS线缆和背板）却可以随意接纳SAS硬盘驱动器或SATA硬盘驱动器。SAS硬盘驱动器的双端口连接器（上-中）与SATA硬盘驱动器的连接器（下）对比众所周知，SATA硬盘驱动器的SATA端口和电源供应是分离的，两个连接器之间有大约2个（SATA或电源）引脚宽度的间隙。SAS的做法是打掉“隔断”，将双方连为一体，第二端口就位于这个4～5个SATA信号引脚宽度的“桥”的背面。虽然空间利用得很充分，可毕竟也要布置7个信号引脚，所以从端口（SecondaryPort，SAS②）和主端口（PrimaryPort，SAS①）的“个头”在上面的实物对比图中看起来就像武大郎和武松一样差别明显——当然，仅是针对宽度而言，引脚定义及传递信号的能力是没有区别的。SAS（上）和SATA（下）硬盘驱动器的连接器在这个投影方向上的主要区别是有无隔断，前者的轮廓包容了后者，使它们共用SAS线缆连接器成为可能由于SAS硬盘驱动器的接口连接器只是比SATA（加电源）多出来一个从端口，所以SAS线缆连接器很自然地就能兼容SATA硬盘驱动器，反之（SATA线缆配SAS硬盘驱动器）则因受到从端口的阻隔而行不通。这种设计能够避免SATAHBA/RAID卡（不支持后者所需的STP协议）访问SAS硬盘驱动器，从而满足了“防呆”的要求。SAS线缆既可以连接SAS硬盘驱动器（左），也能够连接SATA硬盘驱动器（右）——注意红色箭头所指处缺口的有无，以及硬盘驱动器接口连接器上引脚数量的差异如上图所示，将主端口、从端口和电源供应融为一体的SAS线缆连接器（共29个引脚），与SAS硬盘驱动器的接口连接器一同由小型化委员会（SFFCommittee）制订的SFF-8482规范（非屏蔽双端口串行附加连接器）定义，也被称为“SAS样式连接器”；与之相对应，原来用于连接SATA硬盘驱动器的信号电缆，其连接器只有7个数据引脚，被称为“SATA样式连接器”。SATA数据线缆（左）与SAS线缆的SFF-8482端对比（想了解更多关于双端口的资料请点击这里）SATA样式的线缆是数据与电源供应相分离的设计，而SFF-8482规范定义的SAS插头连接器和插座连接器却不得不把主/从两个端口和供应电源的针脚整合在一起，上图中很清楚地体现出了两者的区别。需要强调的是，无论SAS还是SATA，驱动器上的都是“插头”，相配合的“插座”位于线缆一端，切记不要搞反了……SAS驱动器连接（下）：双端口实现SAS样式连接器的好处当然是用起来方便，但在连接SAS硬盘驱动器时，却也有个潜在的问题——并不是用SAS样式（SFF-8482规范）的插座与SAS硬盘/磁带驱动器的插头相连就可以实现双端口功能。SAS驱动器上的双端口分别连接到两个SASHBA/RAID卡，以提高可用性我们必须明确，SAS设备端（device，主要指驱动器）设计双端口功能，初衷不是为了提高带宽，而是要防止主机端出现单点故障，提高SAS驱动器的可用性。因此，SAS驱动器连接插头上的两个端口，不能连接到同一个SAS主机控制器设备（SASIC/HBA/RAID卡）乃至同一台主机上（SAShost），而是有主、从（Primary和Secondary）之分，分别连接到两个SASHBA或RAID卡上，采用Active-Active（双活）模式，确保任何一个SASHBA/RAID卡出故障时，SAS硬盘/磁带驱动器仍能被另一个SASHBA/RAID所在的主机访问，如上图所示。SAS线缆直连的典型状况——无法实现双端口然而，多数情况下，配合SASHBA/RAID卡使用的SAS线缆，无法同时连接到两个SASHBA/RAID卡上。在SASHBA/RAID卡通过SAS线缆直接与SAS硬盘/磁带驱动器相连的时候，因为SAS规范不允许SAS硬盘驱动器的两个端口连接到同一HBA/RAID卡（前面已经说过，双端口设计不是为了增加带宽，而是高可用性和容灾的需要），所以这些SAS线缆上每一个用于连接SAS硬盘/磁带驱动器的SAS样式连接器只分配了一根单端口的连接线，如上图所示。换句话说，这样的SAS样式连接器受对外（主机端）为单路连接的限制，实际上仅有主端口是可用的，但在插入后却无法避免地将SAS硬盘/磁带驱动器的从端口一并占据，反而令双端口功能形同虚设。ADP-4000SAS热插拔背板适配器上的SAS样式连接器，用于连接SAS硬盘驱动器所以，若想要双端口发挥作用，SAS样式连接器通常应该出现在磁盘背板上，接纳SAS硬盘驱动器的插入，而另一侧可以是一对SATA样式连接器（分别对应SAS样式连接器的主、从端口），迎接来自两个HBA/RAID卡上的SAS线缆，实现高可用性。CSElectronics出品的ADP-4000SAS热插拔背板适配器，可以把它当作一个“迷你背板”正因如此，某些SASHBA/RAID卡配套的SAS线缆，在设备一端用的不是SAS样式连接器，而是利于实现双端口的SATA样式连接器。然而，前面已经介绍过，SATA样式连接器不能插入SAS硬盘驱动器。在这种情况下，可以使用上图所示的SAS-SATA适配器：一端为SAS样式连接器，用来插入SAS硬盘驱动器；另一端（也就是面对我们的）有两个分为主、从的SATA样式连接器，对应SAS硬盘驱动器的两个端口，采用SATA样式连接器的SAS线缆插入标有“主信号”（Signal-Primary）的连接器，便可通过SAS硬盘驱动器的主端口访问，另一个（Signal-Secondary）同理类推。如果两者各连一个SASHBA/RAID卡，还能组成高可用性配置。红色椭圆圈内可以作为一个在SAS背板上实现双端口的范例——主机侧两个SATA样式连接器（上），分别对应SAS样式连接器（下）的主、从端口，如红色箭头所示为了进一步展示双端口在SAS背板上的实现，不妨以SuperMicro的SAS825TQ背板来加以说明，如上图。需要强调的是，作为一款主要用于服务器的磁盘背板，SAS825TQ并不支持双端口，其上的每一个SAS样式连接器只对应主机侧的一个SATA样式连接器，除非去掉半数的SAS样式连接器，否则红色椭圆圈内的情况不会出现。当然，将SATA样式连接器的数量增加一倍也可以，但过多孤立的连接器又会带来占地面积过大和不利于布线的问题，下一页将为您献上解决之道。内部连接器（上）：SAS4i整合并塑身与主机端和驱动器（硬盘/光盘）端通吃的SATA样式连接器不同，遵循SFF-8482规范的SAS样式连接器专为硬盘/磁带驱动器等存储端设备量身定制，增加了一个从端口并整合供电引脚——都是SASHBA/RAID卡等主机端设备所不需要的。因此，在构成SAS线缆时，另一端必须要有可以与SAS主机端设备（如HBA/RAID卡）相匹配的连接器。不通过背板或扩展器等“中间人”，由线缆直连驱动器是典型的机箱内部应用，因此和SFF-8482连接器隔着线缆相望的主机端连接器被称为“内部连接器”，它们除了栖身于SASHBA/RAID卡，也会在背板上出现。从2004年至今，SAS内部连接器已经历了从SATA样式连接器到SFF-8484，乃至SFF-8087的变迁……同样是4个内部SAS端口，采用SATA样式连接器（上，2004年）比SFF-8484连接器（下，2005年）消耗的PCB面积更大，而且前者分散的放置也不利于布线往简单里说，从硬件的层面上看，SAS可以被理解为支持双端口的SATA。但是，我们知道，双端口是硬盘/磁带驱动器等存储设备的事儿，SASHBA/RAID卡上的端口可以聚合（如4路宽端口），但也可以表现为相对独立的单端口。因此，第一批SASHBA普遍采用了标准的SATA样式连接器。这种“拣现成”的做法好处不言而喻，缺点同样不容回避——如何提供更多的端口？最简单的方式是继续平铺在PCB上，可是PCB的面积终归有限，尤其是还要放置IOP和内存等元件的RAID卡。SATAR