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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