Технология SCSI (Small Computer System Interface) является одной из самых широко распространенных и хорошо известных (администраторам серверов и систем хранения данных) компьютерных технологий. Почти 20 лет на ее основе реализуются быстродействующие и гибкие интерфейсы жестких дисков. Однако SCSI изначально проектировали для подключения к компьютерам не только жестких дисков, но и принтеров, сканеров, внешних НГМД и даже клавиатур. Само название этой технологии говорит о потенциальной возможности замены портов клавиатуры и принтера интерфейсами SCSI (сейчас вместо названных портов нередко используются интерфейсы USB). Помимо систем хранения данных порты SCSI получили широкое применение только в сканерах, но зато они стали очень востребованными на рынке систем хранения.
Предприятия и просто любители высокоуровневых компьютеров по-прежнему предпочитают использовать параллельные интерфейсы SCSI для подключения внутренних и внешних накопителей, но время этих интерфейсов проходит. Дело в том, что развитие параллельной технологии передачи сигналов достигло своего предела из-за сильного просачивания сигнала из линии в линию. В последней “инкарнации” параллельного SCSI-интерфейса — Ultra 320 — используются дорогие и толстые (из-за экранирования) кабели, с которыми неудобно работать. Более длинные внешние дифференциальные кабели SCSI стоят еще дороже. Сегодня появление микросхем высокоскоростных последовательных интерфейсов вдохнуло новую жизнь и в традиционную технологию SCSI; ранее это же самое произошло с широко используемой в настольных компьютерах параллельной технологией ATA (Parallel ATA — PATA), иногда называемой IDE. Применение нового воплощения технологии SCSI — Serial-Attached SCSI (SAS) — обеспечивает значительно более высокую скорость передачи данных и делает работу с кабелями удобнее при сохранении программной совместимости с параллельной технологией SCSI.
Чем компактнее, тем лучше
Обсуждение преимуществ технологии SAS начнем с ее кабельной архитектуры. Конструкция внутренних кабелей SAS заимствована из технологии SATA, представляющей собой последовательную версию технологии PATA. По сравнению с SCSI-кабелями эти кабели значительно уже и оснащены разъемами с меньшим числом контактов. Упомянутые разъемы имеют ключ, предотвращающий их вставление в интерфейсы дисков и контроллеров SATA.
Компактность кабелей помога-ет производителям серверов должным образом организовывать охлаждающие воздушные потоки в их шасси. Внешние кабели SAS тоже гораздо компактнее и дешевле кабелей для параллельного SCSI-интерфейса; их оснащают такими же разъемами, какие описаны в спецификации InfiniBand.
Эти разъемы были выбраны в связи с наличием у них запаса по характеристикам и доступных на рынке.
Применение кабельного решения InfiniBand предусмотрено и первым стандартом на технологию 10-Gigabit Ethernet для медной проводки под названием CX4. Внешние соединения содержат до четырех SAS-каналов общей пропускной способностью 12 Гбит/с в полудуплексном режиме. Максимальная длина шлейфа параллельной шины SCSI составляет 12 м. В отличие от технологии SCSI спецификация SAS определяет последовательную передачу данных по схеме “точка—точка”, причем для связи с контроллером каждый накопитель использует собственное кабельное соединение. Максимальная длина кабеля SAS, которым, например, подключают диски к расширителю, составляет 8 м, но число кабелей в одной системе SAS не ограничено.
По скорости передачи данных — 3 Гбит/с (или около 300 Мбайт/с) в полудуплексном режиме — технология SAS примерно соответствует технологии Ultra 320 SCSI. Последняя позволяет передавать и принимать данные со скоростью до 320 Мбайт/с, но эта полоса пропускания разделяется между всеми устройствами, подключенными к одному и тому же параллельному SCSI-каналу. Для сравнения укажем, что новейшие 4-Гбит/с диски Fibre Channel (FC) способны передавать данные на скорости 400 Мбайт/с тоже в полудуп-лексном режиме. Все приведенные значения скоростей передачи данных — это теоретически максимальные значения, которые один диск не может достичь из-за задержки, связанной с позиционированием головок и вращением шпинделя. Чтобы реально увидеть, на что способна новая технология, нужно задействовать множество дисков и оптимизированную (для получения высокой производительности) конфигурацию RAID. Подобно устройствам FC, в целях резервирования кабельных соединений накопители SAS поддерживают два канала передачи данных. Еще одно преимущество интерфейса SAS над параллельным интерфейсом SCSI заключается в адресации устройств. В параллельной технологии SCSI предусмотре-на индивидуальная нумерация устройств, ограничивающая их число на любом шлейфе. В технологии же SAS используются заранее заданные неповторяющиеся всемирные имена, что исключает необходимость назначения адресов устройствам SAS.
Производители серверов с энтузиазмом приняли технологию SAS по ряду причин. Дело в том, что новые микросхемы контроллеров SAS способны поддерживать оба протокола — SAS и SATA, а значит, чтобы использовать их, на материнской плате сервера достаточно разместить один контроллер. Данные микросхемы реализуют функциональность RAID, работая с дисками SAS и SATA, а поскольку оба указанных протокола являются последовательными, то не составляет большого труда обеспечить их взаимодействие с технологиями PCI-E или HyperTransport. Кроме того, производители серверов получили возможность поставлять заказчикам диски SAS и/или SATA в одном и том же шасси без физического реконфигурирования последнего. И еще. Применение кабелей SAS позволяет оснащать серверы дисками с формфактором 2,5 дюйма, что, в свою очередь, дает возможность увеличить максимальное число дисков (и емкость хранения данных) в серверах высотой 1U и 2U. Контроллер SAS взаимодействует с дисками SATA и SATA II с помощью протокола Serial ATA Tunneling Protocol, по которому кадры SATA передаются соответствующим устройствам. Технология SAS выбирает оптимальный алгоритм организации очередей команд для каждого поддерживаемого протокола: Native Command Queuing для SATA и SATA II или Tagged Command Queuing для SAS. Важным достоинством этой технологии является тот факт, что при конфигурировании сервера заказчики могут выбирать оптимальный тип диска для решения конкретной задачи. Например, ОС стоит разместить на более быстродействующем ди-ске SAS (устройство памяти транзакционного типа), а массивы справочных данных — на дисках SATA. Если же большая часть запросов адресуется БД, то, наоборот, в качестве загрузочного можно выбрать диск SATA, а саму БД разместить на дисках SAS. Заказчики могут задействовать диски указанных типов в одном и том же сервере без замены контроллеров.
Сеть SAS?
Одна из наиболее интересных характеристик технологии SAS — возможность создания сети SAN (ранее для этого использовались только технологии FC и iSCSI/Ethernet) с помощью расширителей, по существу являющихся коммутаторами SAS, которые позволяют подключать множество устройств SAS к небольшому числу портов хост-машины. Существует два типа расширителей: узловой (fan-out) и оконечный (edge). К оконечному расширителю подсоединяют до 128 физических дисков, а к узловому — до 128 оконечных расширителей (сегментов домена SAS), что в совокупности дает 16 384 физических канала. Для связи хост-адаптеров с расширителями и расширителей друг с другом можно использовать соединения, состоящие из множества каналов. В крупномасштабных системах оконечные расширители разных доменов связывают друг с другом через их порты субтрактивной маршрутизации. Суть последней состоит в том, что если расширитель А не находит конкретного адреса в своей маршрутной таблице, то он передает кадр расширителю B, не сохраняя большую маршрутную таблицу, обеспечивающую локальную индексацию устройств. Это снижает требования к памяти расширителя и позволяет упростить его конструкцию. Только оконечные расширители способны выполнять субтрактивную маршрутизацию.
Появление технологии SAS порождает один интересный вопрос: а нужна ли теперь технология FC? Попробуем ответить на него. Средства FC выполняют множество функций, в том числе позволяют организовывать каналы (между портами коммутаторов) длиной до 11 км. В основе работы сети FC лежит более развитый сетевой протокол, который поддерживает возможности защиты данных и конфигурирования сети, отсутствующие в сети SAS. Таким образом, технология SAS не угрожает позициям технологии FC на рынке высокоуровневых решений для сетей SAN. Кроме того, по сравнению с SAS последний вариант технологии FC обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Тем не менее
SAS-продукты могут успешно конкурировать с FC-средствами на рынке решений для предприятий малого и среднего бизнеса, где сети SAN не получили распространения. Производители FC-средств пытаются завоевать этот рынок, разрабатывая простые в конфигурировании и использовании системы FC-SAN.
Хотя до сих пор не ясно, нуждаются ли предприятия малого и среднего бизнеса в сетях SAN вообще, совершенно определенно можно сказать следующее: технология SAS способна “захватить” сильные позиции на указанном рынке, а потуги производителей FC-средств, вероятно, окажутся тщетными. На рынке решений для предприятий малого и среднего бизнеса SAS-продукты вполне могут составить конкуренцию и устройствам iSCSI, но все же более вероятно, что они затормозят распространение FC-решений, нежели повредят бизнесу в области iSCSI.
На небольших предприятиях сети SAS скорее всего будут использоваться для редактирования аудио- и видеоинформации (с высоким разрешением) и обработки изображений документов.
Технология SAS добирается до нас!
В краткосрочной перспективе влияние технологии SAS на развитие рынка зависит от числа предприятий, вложивших значительные денежные средства в оборудование SCSI, а также и от их планов по модернизации своих систем хранения данных. Одним из небольшого числа недостатков новой технологии является отсутствие совместимости с унаследованными системами, имеющими параллельные интерфейсы SCSI. Для подключения многих периферийных устройств, особенно ленточных накопителей и внешних дисковых массивов, вышеуказанные интерфейсы нужны. Чтобы использовать эти устройства с новыми поддерживающими технологию SAS серверами, необходимо оснастить последние обычными адаптерами SCSI.
Однако не стоит беспокоиться о возможном исчезновении с рынка устройств с параллельными интерфейсами SCSI. Оборудованные ими диски и контроллеры будут продаваться еще в течение нескольких лет, причем в ближайшие два года емкость этих дисков увеличится. Производители дисков и дисковых шасси не собираются ставить своих заказчиков в тяжелое положение. Для унаследованных систем с параллельными интерфейсами SCSI они будут выпускать множество запасных частей и дисков.
Итак, когда же начать использовать технологию SAS в своей организации? Ответ на этот вопрос зависит от того, насколько широко в ней применяется технология SCSI. Каждый производитель дисков уже выпустил хотя бы одну SAS-модель или сделает это в ближайшее время. Примерно через год диски SAS уже будут широко использоваться вместо унаследованных дисков с параллельным интерфейсом SCSI. В настоящее время на рынке появились SAS-совместимые дисковые шасси; несколько компаний производят оконечные и узловые расширители. Спросите у производителей своих систем хранения данных, какие средства SAS они предлагают или когда планируют начать их производство. Если производитель не планирует этого, переориентируйтесь на другую компанию, которая будет поддерживать эту новую технологию. Продукты SAS имеют много технологических преимуществ по сравнению с традиционными устройствами SCSI, а продаются примерно по такой же цене; следовательно, нет никаких оснований, чтобы не внедрять их у себя. Если же сегодня вам не нужны расширенные возможности технологии SAS, рассматривайте ее применение в качестве перспективного варианта развития своей инфраструктуры..
Автор Стивен Шухарт-младший
Вязто с Сети и системы связи