換句話說，Port Multiplier本身就是星形拓?fù)浼軜?gòu)的體現(xiàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)略知一二的朋友都明白它比總線拓?fù)浼軜?gòu)更為優(yōu)秀。遺憾的是，由于ATA的定位是“廉”（價(jià)）字當(dāng)頭，其軟件（包括指令集）功能有限，Port Multiplier僅處于星形拓?fù)涞某跫?jí)階段，只相當(dāng)于一個(gè)SATA的Hub，而且還不是一個(gè)好的Hub—-不允許級(jí)聯(lián)。 
  
    兼容：師夷長技以制夷 
  
    看到SATA Ⅱ不斷地?cái)U(kuò)充功能，不免讓人感嘆，2001年冬季Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate未雨綢繆，宣布開發(fā)Serial Attached SCSI（串行連接SCSI，簡稱SAS）的確是明智之舉。 
  
    SAS吸納了SATA的物理層（包括連接器、線纜）設(shè)計(jì)，增加了第二端口，同時(shí)還具備FC的某些特征。與SATA相比，SAS在物理架構(gòu)上的增強(qiáng)主要包括： 
  
    雙端口 SAS的數(shù)據(jù)幀基于FCP（FC Protocol），并在外圍設(shè)備端添加了第二端口支持，形成符合高可用性要求的雙端口（dual port）—-這一點(diǎn)也類似于FC。 
  
    全雙工 并行ATA和SCSI都是發(fā)送和接收共用一組數(shù)據(jù)線，因此發(fā)送和接收不能同時(shí)進(jìn)行，即所謂的半雙工。SATA數(shù)據(jù)線由兩條傳送方向相反的差分信號(hào)對(duì)（LVDS，共4根）組成，發(fā)送（Tx）和接收（Rx）各走一路，為全雙工提供了物理上的可能。不過，由于ATA協(xié)議是半雙工的，因此SATA在一對(duì)信號(hào)線上傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)只是用另一對(duì)信號(hào)線返回流控信息，仍然是半雙工；SCSI協(xié)議則是支持全雙工的，SAS通過將一路數(shù)據(jù)所需的流控信息與反向傳送的數(shù)據(jù)混合在一起，從而能在同樣的數(shù)據(jù)線上實(shí)現(xiàn)全雙工。 
  
    寬鏈接 物理鏈接是SAS中的一個(gè)基礎(chǔ)概念，一條物理鏈接包括兩對(duì)差分信號(hào)線（Tx和Rx，即一條SATA線纜），傳輸方向相反。兩個(gè)SAS端口之間可以建立起由多個(gè)物理鏈接構(gòu)成的wide link（寬鏈接），相應(yīng)的端口也被稱作wide port（寬端口），可以表示為N-wide link和N-wide port，N取值在1～4之間，代表物理鏈接的數(shù)量。SAS支持寬鏈接的主要出發(fā)點(diǎn)是獲得成倍的帶寬，而設(shè)備端雙端口的設(shè)計(jì)則是為了提供冗余鏈路，增強(qiáng)可用性。 
  
    帶寬 或許是考慮到第一批SAS產(chǎn)品問世時(shí)SATA很可能已推出3.0Gbps的第二代規(guī)格，SAS 1.0/1.1采取了直接支持3.0Gbps并向下兼容1.5Gbps的策略。雖然某些初期原型產(chǎn)品的確運(yùn)行在1.5Gbps，但都是在FPGA和現(xiàn)貨供應(yīng)PHY（物理層）芯片基礎(chǔ)上開發(fā)的，目前采用完全集成3Gbps PHY芯片和ASIC設(shè)計(jì)的設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)，并逐漸被業(yè)內(nèi)接受。 
  
    連接距離 為了提高連接距離，SAS發(fā)送和接收信號(hào)的電壓范圍都比SATA大為提高。在具體的連接距離指標(biāo)上，最初宣稱是10米，新的資料則是大于6米（外部線纜），似乎與信號(hào)速率從1.5Gbps提高到3.0Gbps有關(guān)。需要指出的是SAS規(guī)范里面并沒有嚴(yán)格限定線纜長度，而是靠發(fā)送水平和接收敏感度來考察，制造商通過檢測線纜特性來判定其所能達(dá)到的距離?D?D高質(zhì)量線纜可以連接得更遠(yuǎn)，當(dāng)然成本也更高?，F(xiàn)在SAS線纜連接距離的要求已經(jīng)提高到8米，通過3個(gè)擴(kuò)展器（Expander）之后，SAS的連接距離能夠超過32米，與Ultra160/320 SCSI的12米（15個(gè)設(shè)備）或25米（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）相比雖沒有明顯提高，但也足以應(yīng)付機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)設(shè)備連接和近距離DAS的要求了。

    上述規(guī)劃都很不錯(cuò)，可是第二端口怎么實(shí)現(xiàn)呢？通過將原本分離的SATA端口和電源插頭相連，并將SAS第二端口設(shè)置在連接處的背側(cè)（插座則是對(duì)側(cè)，見圖），就得到了SAS連接器。第二端口比這塊跨接區(qū)域略寬，但也只有SATA端口（也即SAS第一端口）的2/3，因此其7個(gè)接腳及間距均明顯變窄。與SAS插頭的“鐵板一塊”相對(duì)應(yīng)，SAS插座也“全線貫通”（SATA插座在SAS第二端口的位置有一突起），這樣既可以保證SATA設(shè)備插入SAS插座，又能避免誤將SAS設(shè)備插入SATA插座。 
  
    升華：交換和路由 
  
    與SATA一樣，SAS也可以讓主機(jī)端口與設(shè)備端口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接相連，但不同的是，后者從設(shè)計(jì)之初就引入了類似于Port Multiplier的中間設(shè)備，以達(dá)成大量設(shè)備連接能力并實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 
  
    這個(gè)中間設(shè)備叫做擴(kuò)展器（Expander），不過與并行SCSI中的同名設(shè)備不是一個(gè)概念。如果把SATA的Port Multiplier比做Hub，那么SAS的擴(kuò)展器就是交換機(jī)（Edge Expander，邊沿?cái)U(kuò)展器）和路由器（Fanout Expander，扇出擴(kuò)展器）。 
  
    擴(kuò)展器利用可多達(dá)128個(gè)的PHY（發(fā)送器和接收器各一、能夠接受1個(gè)物理鏈接的最小單元，譬如1個(gè)4寬度端口即由4個(gè)PHY組成）連接主機(jī)/設(shè)備或其他擴(kuò)展器，組成星形拓?fù)浼軜?gòu)。SAS還引入了“域”的概念，扇出擴(kuò)展器是SAS域的核心，一個(gè)SAS域只能有一個(gè)扇出擴(kuò)展器，它可以隨意連接邊沿?cái)U(kuò)展器；一個(gè)邊沿?cái)U(kuò)展器只能連接到一個(gè)扇出擴(kuò)展器上，而在沒有扇出擴(kuò)展器的情況下最多僅允許兩個(gè)邊沿?cái)U(kuò)展器互連；在不超過數(shù)目上限的前提下，擴(kuò)展器可以隨意連接發(fā)起者/目標(biāo)設(shè)備。也就是說，在一個(gè)SAS域中，任意兩點(diǎn)（主機(jī)或設(shè)備）之間最多可以有3個(gè)擴(kuò)展器。 
  
    SAS制訂初期的目標(biāo)是每個(gè)擴(kuò)展器可連接64個(gè)設(shè)備，一個(gè)SAS域最多4096個(gè)（64×64）設(shè)備；后來規(guī)范制訂者們意識(shí)到?jīng)]有必要把擴(kuò)展器的端口數(shù)目限制在64個(gè)，于是便改為每個(gè)擴(kuò)展器能夠?qū)ぶ?28個(gè)PHY，整個(gè)SAS域形成一個(gè)物理連接數(shù)目可達(dá)16K（128×128＝16384）的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換式拓?fù)浼軜?gòu)。 
  
    擴(kuò)展器強(qiáng)大的連接能力不僅是為設(shè)備數(shù)量服務(wù)的，它還可以用多達(dá)4個(gè)的物理鏈接組成寬鏈接來獲得成倍的帶寬。以4寬度內(nèi)部串行附屬連接器為例，SATA只能通過4根相互間沒有邏輯聯(lián)系的線纜獲得4個(gè)獨(dú)立的SATA鏈接，SAS卻可以得到一個(gè)4寬度鏈接（在一個(gè)擴(kuò)展器上）、兩個(gè)2寬度鏈接（在兩個(gè)擴(kuò)展器上）、四個(gè)1寬度鏈接（在四個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)展器或設(shè)備上），甚至還能夠是一個(gè)3寬度鏈接和一個(gè)1寬度鏈接……性能與靈活度都遠(yuǎn)勝于SATA。 
  
    不過，擴(kuò)展器引入的復(fù)雜度也不盡是優(yōu)點(diǎn)，譬如它將原本直接相連的兩個(gè)設(shè)備分隔開就隱藏著潛在的風(fēng)險(xiǎn)。為此，SAS在鏈路層引入了速率匹配（rate matching）的概念，即在高速連接一側(cè)（視需要）降低實(shí)際數(shù)據(jù)速率，維持?jǐn)U展器吞吐量的平衡。這一功能對(duì)SAS主機(jī)控制器（3.0Gbps）通過擴(kuò)展器連接SATA外圍設(shè)備（1.5Gbps）的應(yīng)用顯得尤為重要。 
  
    說到SAS主機(jī)控制器連接SATA外圍設(shè)備，我們還得頗費(fèi)些口舌。SAS支持3種協(xié)議，分別是串行SCSI協(xié)議（Serial SCSI Protocol，SSP），全雙工，讓SCSI運(yùn)行在增強(qiáng)的SATA物理層上；串行ATA隧道協(xié)議（Serial ATA Tunneled Protocol，STP），為SATA增加多目標(biāo)尋址和多發(fā)起者訪問，以適應(yīng)SAS環(huán)境的需要；串行管理協(xié)議（Serial Management Protocol，SMP），用于發(fā)現(xiàn)和管理擴(kuò)展器?！?nbsp;
  
    擴(kuò)展器把SATA的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接擴(kuò)展至SAS的多發(fā)起者/多目標(biāo)，然而SATA協(xié)議僅支持單發(fā)起者/單目標(biāo)，STP的任務(wù)就是讓發(fā)起者能夠通過擴(kuò)展器訪問SATA目標(biāo)。STP在發(fā)起者與最遠(yuǎn)的、也就是連接SATA設(shè)備的擴(kuò)展器端口（STP目標(biāo)端口）之間建立起一條通路（隧道），傳輸標(biāo)準(zhǔn)的SATA 1.0幀，因此在SATA設(shè)備看來，自己連接的就是SATA主機(jī)適配器。如果發(fā)起者端口識(shí)別出與其直接相連的是一臺(tái)SATA設(shè)備，則只使用SATA協(xié)議通信。 
  
    那么SAS主機(jī)控制器端口怎么知道自己連接的是SATA設(shè)備還是SAS設(shè)備呢？這就要借助于帶外（Out of band，OOB）信號(hào)來識(shí)別了。在連接初始化時(shí)，主機(jī)控制器端口送出OOB慢速脈沖信號(hào)，檢測目標(biāo)對(duì)COMSAS脈沖的響應(yīng)情況—-如果目標(biāo)也返回COMSAS脈沖，就是SAS設(shè)備，反之即為SATA設(shè)備。需要注意的是，由于在SAS協(xié)議中發(fā)起者和目標(biāo)是對(duì)等的，外圍設(shè)備也可以主動(dòng)送出COMSAS脈沖，向主機(jī)適配器表明自己的身份。以硬盤為例，能否生成COMSAS脈沖即是辨別SAS與SATA的依據(jù)。 
  
    STP發(fā)起者端口經(jīng)過OOB協(xié)商確認(rèn)與自己相連的是SATA設(shè)備后即進(jìn)入SATA模式，嚴(yán)格遵循SATA主機(jī)適配器的行為規(guī)范。STP并不關(guān)心SATA FIS（Frame Information Structure，幀信息結(jié)構(gòu)）的內(nèi)容，SATA命令排隊(duì)可以在FIS中傳輸—-前提當(dāng)然是STP發(fā)起者端口和SATA設(shè)備必須支持命令排隊(duì)功能。

    傳輸完成后由SAS主機(jī)適配器或擴(kuò)展器決定是否用STP斷開與SATA設(shè)備的連接，以后需要時(shí)再重新連接。整個(gè)過程中該SATA設(shè)備始終以為自己通過正常的流控機(jī)制直接連在某個(gè)SATA主機(jī)適配器上，實(shí)際情況卻是SAS主機(jī)適配器進(jìn)行了SATA“翻譯”工作。在Windows操作系統(tǒng)中，這個(gè)SAS主機(jī)適配器將與使用Miniport驅(qū)動(dòng)程序的SATA主機(jī)適配器一樣被歸類為SCSI控制器。 
  
    結(jié)語：融合促進(jìn)分層存儲(chǔ) 

    由于單端口的帶寬（3.0Gbps，甚至1.5Gbps）已經(jīng)能夠滿足硬盤的要求，SAS硬盤增加第二端口并不是為了支持寬鏈接（2-wide），而是通過給它們賦予不同的SAS地址（World Wide Name，WWN），讓雙端口分屬兩個(gè)（冗余的）域以防系統(tǒng)出現(xiàn)單點(diǎn)故障，從而提高可用性。 
  
    在SAS環(huán)境中，SATA設(shè)備同樣有高可用性需求，即允許兩個(gè)主機(jī)適配器連接到一臺(tái)SATA硬盤上，避免主機(jī)適配器成為單點(diǎn)故障源。與SAS的雙端口不同，在任何時(shí)刻都只能由一個(gè)主機(jī)適配器獨(dú)享此SATA硬盤的控制權(quán)（由系統(tǒng)軟件檢測哪個(gè)主機(jī)適配器處于“活動(dòng)”狀態(tài)，即不是active-active的）。這種通路切換機(jī)制由兩端口到單端口的適配器（也稱Port Selector—-端口選擇器）實(shí)現(xiàn)，目前Port Selector 1.0規(guī)范已經(jīng)公布。在任何時(shí)刻只有一個(gè)端口處于活動(dòng)狀態(tài)，在切換端口之前硬盤的所有行為都必須停止（隊(duì)列中無請(qǐng)求）。端口選擇器的設(shè)計(jì)取決于子系統(tǒng)廠商，可以兩邊分別是SAS（雙端口）和SATA連接器，也有可能把端口選擇器放在背板上，或者干脆將其集成到硬盤上配合統(tǒng)一的背板連接器使用。此外，端口選擇器還可以用于靜態(tài)負(fù)載均衡。不過，這樣一來也對(duì)該SATA硬盤的工作周期（7×24）和平均無故障時(shí)間（MTBF）提出了更高的要求。

    SAS的整個(gè)架構(gòu)，比同樣以串行方式運(yùn)行SCSI協(xié)議的FC-AL更為完善，有望引起高端硬盤接口一場革命。這里我們要著重指出的是SAS兼容SATA的重大意義。長期以來，高端的FC和并行SCSI接口與低端的PATA接口互不兼容，而隨著近幾年ILM（信息生命周期管理）概念的提出，企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)參考數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求不斷增長，PATA及其繼承者SATA開始打入企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)市場，系統(tǒng)制造商希望能夠通過混用高端磁盤和低端磁盤在單個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分層存儲(chǔ)，為應(yīng)用提供更高的靈活性。這種混用最初是在磁盤柜級(jí)別的，即磁盤柜內(nèi)部全都是一種接口的硬盤，外部統(tǒng)一為FC接口（如EMC CLARiiON），后來FATA（Fibre Attached Technology Adapted）的出現(xiàn)將混用級(jí)別推進(jìn)到了單個(gè)磁盤，靈活度大為提高。 
  
    然而，作為一種高端接口（FC）與低端盤體相結(jié)合的產(chǎn)物，F(xiàn)ATA磁盤專為高低端磁盤混用而生，市場空間相對(duì)有限，成本和靈活性不會(huì)很理想。反觀SAS與SATA的兼容，可謂自然而然，SATA在取代PATA之后一統(tǒng)低端市場，SATA硬盤隨手可得，與SAS配合起來，相得益彰。 
  
    編看編想：誰的壽命更長？ 
  
    隨著SAS磁盤的推出，用戶有了更多的選擇，同樣，用戶也就更關(guān)心哪種磁盤技術(shù)的壽命長的問題。當(dāng)我們對(duì)各種磁盤技術(shù)進(jìn)行比較時(shí)，用戶首先關(guān)心的是它們的故障率，于是有觀點(diǎn)認(rèn)為，誰的故障率最低誰的壽命最長。然而，事情遠(yuǎn)非如此簡單！ 
  
    由于SAS產(chǎn)品剛剛推出，其各種影響力還沒有展現(xiàn)，但是，從SATA磁盤的應(yīng)用來看，其獲得成功的關(guān)鍵并不是更低的故障率，相反，其故障率甚至高于SCSI和光纖通道磁盤。記者認(rèn)為，用戶擁有RAID技術(shù)，擁有熱插拔技術(shù)，它們的結(jié)合很大程度上補(bǔ)償了磁盤肯定會(huì)發(fā)生的故障。另外，有些公司的特定技術(shù)（RAID 6以及類似技術(shù)）還做到了同時(shí)有兩塊磁盤發(fā)生故障而不丟失數(shù)據(jù)。 
  
    就目前情況來看，還沒有一種技術(shù)可以完全替代其他所以類型磁盤，但是在用戶進(jìn)行分層次存儲(chǔ)選擇磁盤時(shí)，用戶的有些選擇已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，勿庸置疑，串行技術(shù)的優(yōu)勢已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來，并且會(huì)發(fā)揚(yáng)光大。 
  
    IT經(jīng)理應(yīng)當(dāng)了解所有這些問題，然后考慮價(jià)格、廠商因素以及其他許多問題。選擇SATA或者SAS磁盤會(huì)更便宜嗎？這取決于用戶的需要。在大多數(shù)問題得到充分了解后，企業(yè)IT經(jīng)理可以根據(jù)IT的經(jīng)濟(jì)性而不僅僅是技術(shù)，做出決定。

多易