世界在網絡的基礎上正變得更加的互聯互通，龐大的事務與信息量對IT基礎結構的要求也越來越高，在智慧的地球上，人們需要一種快捷靈活的虛擬化結構。從另一個數據可以得知：支付寶現在每天新增的記錄數大約為3億條。面對這樣的海量數據，必然需要巨大容量的存儲終端，提供高可靠性與容錯技術，并擁有較強的可擴展能力。

    SAS技術應用于各存儲節點中可提供高性能，高可靠的磁盤連接和數據傳輸技術。6GB SAS單PHY（外部信號接口的芯片）帶寬可達到600MB/S，SAS技術通過Expander（級聯器）最多可以支持16 000個設備，為存儲體系大的擴展容量提供了基礎。

1 SAS技術原理

    1.1通過SAS體系層次結構實現可靠傳輸

    SAS體系引入分層結構，每層負責一定的功能各司其職，從而保證數據有效穩定的傳輸。每層描述了不同的功能，通過請求，指令，應答和其他信息來完成相互之間的通信。

    傳輸層用于SAS幀的封裝與解析，將構造的幀發送出去或解析收到的幀，圖1為應用層發送讀命令時的幀傳輸序列。

圖1讀命令幀傳輸序列

    端口層把幀按目標地址加入隊列中，向鏈路層申請鏈接發送幀到鏈路層。其主要用于負責發起，重試連接請求，發送數據到鏈路層以及關閉連接。

    鏈路層是SAS協議的核心層，用于發送地址幀并請求連接，為幀加入CRC（Cyclic Redundancy Check，循環冗余檢驗），產生原語，檢查和刪除原語，通過摻雜字符來減少EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾），管理時鐘和速率同步，支持流控和接受幀確定。

    物理層用于在發送和接受碼流時進行8B/10B編碼和解碼，用以保證直流平衡，即出現連續的5個“1”或“0”后插入一位“0”或“1”，這樣避免了高速串行信號多個位沒有變化而造成的信號錯誤；還用于接受差分信號，增強噪聲抑制，提高信號完整性。

    1.2面向連接的通信過程

    連接是指在啟動器和目標器之間暫時的聯合，為保證數據的可靠性，SAS啟動器和目標器端口之間要想進行通信，必須先建立連接。圖2為LeCroy協議分析儀抓幀情況，建立連接的大致過程為啟動器端口先發送open地址幀，目標器端口接收到open地址幀后返回open_accept表示同意建立這次連接，最后雙方返回DONE NORMAL關閉對話。

    open地址幀中指定使用SSP（Serial SCSI Protocol，串行SCSI協議），STP（Serial ATA Tunnel Protocol，串行ATA通道協議），SMP（Serial Management Protocol，串行管理協議）三種協議之一進行通信，SAS端口支持的最大連接數不超過SAS端口內PHY的數量，也就是說，每個PHY只支持一個連接。一旦連接建立，物理路徑就已確定，在連接的生命周期中不再改變。

圖2 LeCroy協議分析儀抓幀情況

    1.3可靠的SAS數據傳輸幀結構

    數據的傳輸過程是以幀的形式進行的，傳輸之前也必須先建立連接。對于SSP幀來說，如圖3，每個SSP幀在傳輸過程中是由若干個Dword（雙字）組成的，每個幀的前端都會加入一個SOF（Start Of Frame primitive，幀傳輸開始原語），并在結尾加上CRC效驗和EOF（End Of Frame primitive，幀傳輸結束原語）。對于STP幀來說，SAS是支持SATA的，這體現在STP上，在SATA設備看來，自己連接的是SATA主機適配器，實際情況卻是SAS主機進行了SATA翻譯工作，STP傳輸和SSP幀的傳輸類似，但是STP可構造最大8K的數據幀，而SSP最大的數據幀為1K。

圖3 SSP幀結構

2 SAS的存儲擴展解決校園網擴容

    隨著教育業計算機的廣泛應用，一些校園網的數據量急劇膨脹，迫切需要擴充計算機存儲系統，這里提供了一種高可靠的存儲系統解決方案�？紤]到學校需要投資保護，這需要擴容必須建立在現有的基礎之上，所以采用NAS(Network Attached Storage，網絡連接式存儲)構架，保證系統的安全殼可靠，也易于管理。圖4為校園網的擴容拓撲圖，采用SAS技術的存儲陣列直接通過網絡接口連接到網絡上，只需簡單配置一下IP地址，就可以被網絡上的用戶所共享，存儲系統采用SAS連接技術，不僅提供高速數據傳輸，更重要在數據可靠性上體現優勢。校園網擴容大小可通過增減級聯Expander設備來達到理想容量。

圖4校園網擴容拓撲

    在圖4SAS體系中，包含了多個級聯器Expander，Expander設備屬于SAS域中服務傳輸子系統中的一部分，它讓多個SAS設備可以進行通信，Expander設備可包含多個SAS盤，而Expander可以級聯另外的Expander設備，通過不同的路由算法，啟動器便可以訪問到任意一個SAS域中的SAS終端。

3 結束語

    在計算機技術和互聯網高度發達的今天，云存儲時代已經來臨，而云存儲節點的穩定性和數據傳輸速度將直接影響云計算性能。SAS可提供高速的數據存儲方式。SAS域豐富的級聯結構，不僅啟動器可快速的定位到目標器，在Expander的幫助下，單個SAS域最多包含16K個SAS終端設備，能夠適應日益增長的數據量的要求，同時SAS協議兼容SATA設備，讓磁盤陣列不僅可以使用高速的SAS硬盤和固態硬盤，還可以兼容廉價的SATA硬盤，降低了企業的生產成本。

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本文標題：基于SAS體系的存儲擴容技術

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