Storage Expandable Technology Based on SAS
　　LI Jian-min, ZHOU Dong-mei, WANG Lei
　　(College of Science and Technology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)
　　Abstract: Facing to the increasing requirement of network data storage, SAS（Serial Attached SCSI）technology achieved more application in dependability and expansibility of data. Researched data dependability of SAS in protocol’s transport layer, port layer, link layer. And put forward theory of SAS technology’s expansibility. Lastly, brought a project to salve expanding capacity of college net.
　　Key words: storage technology; SAS protocol; data dependability; storage array; expansibility
　　世界在网络的基础上正变得更加的互联互通，庞大的事务与信息量对IT基础结构的要求也越来越高，在智慧的地球上，人们需要一种快捷灵活的虚拟化结构。从另一个数据可以得知：支付宝现在每天新增的记录数大约为3亿条。面对这样的海量数据，必然需要巨大容量的存储终端，提供高可靠性与容错技术，并拥有较强的可扩展能力。
　　SAS技术应用于各存储节点中可提供高性能，高可靠的磁盘连接和数据传输技术。6GB SAS单PHY（外部信号接口的芯片）带宽可达到600MB/S，SAS技术通过Expander（级联器）最多可以支持16 000个设备，为存储体系大的扩展容量提供了基础。
　　1 SAS技术原理
　　1.1通过SAS体系层次结构实现可靠传输
　　SAS体系引入分层结构，每层负责一定的功能各司其职，从而保证数据有效稳定的传输。每层描述了不同的功能，通过请求，指令，应答和其他信息来完成相互之间的通信。
　　传输层用于SAS帧的封装与解析，将构造的帧发送出去或解析收到的帧，图1为应用层发送读命令时的帧传输序列。
　　图1读命令帧传输序列
　　端口层把帧按目标地址加入队列中，向链路层申请链接发送帧到链路层。其主要用于负责发起，重试连接请求，发送数据到链路层以及关闭连接。
　　链路层是SAS协议的核心层，用于发送地址帧并请求连接，为帧加入CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余检验），产生原语，检查和删除原语，通过掺杂字符来减少EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰），管理时钟和速率同步，支持流控和接受帧确定。
　　物理层用于在发送和接受码流时进行8B/10B编码和解码，用以保证直流平衡，即出现连续的5个“1”或“0”后插入一位“0”或“1”，这样避免了高速串行信号多个位没有变化而造成的信号错误；还用于接受差分信号，增强噪声抑制，提高信号完整性。
　　1.2面向连接的通信过程
　　连接是指在启动器和目标器之间暂时的联合，为保证数据的可靠性，SAS启动器和目标器端口之间要想进行通信，必须先建立连接。图2为LeCroy协议分析仪抓帧情况，建立连接的大致过程为启动器端口先发送open地址帧，目标器端口接收到open地址帧后返回open_accept表示同意建立这次连接，最后双方返回DONE NORMAL关闭对话。
　　open地址帧中指定使用SSP（Serial SCSI Protocol，串行SCSI协议），STP（Serial ATA Tunnel Protocol，串行ATA通道协议），SMP（Serial Management Protocol，串行管理协议）三种协议之一进行通信，SAS端口支持的最大连接数不超过SAS端口内PHY的数量，也就是说，每个PHY只支持一个连接。一旦连接建立，物理路径就已确定，在连接的生命周期中不再改变。
　　图2 LeCroy协议分析仪抓帧情况
　　1.3可靠的SAS数据传输帧结构
　　数据的传输过程是以帧的形式进行的，传输之前也必须先建立连接。对于SSP帧来说，如图3，每个SSP帧在传输过程中是由若干个Dword（双字）组成的，每个帧的前端都会加入一个SOF（Start Of Frame primitive，帧传输开始原语），并在结尾加上CRC效验和EOF（End Of Frame primitive，帧传输结束原语）。对于STP帧来说，SAS是支持SATA的，这体现在STP上，在SATA设备看来，自己连接的是SATA主机适配器，实际情况却是SAS主机进行了SATA翻译工作，STP传输和SSP帧的传输类似，但是STP可构造最大8K的数据帧，而SSP最大的数据帧为1K。
　　2 SAS的存储扩展解决校园网扩容
　　随着教育业计算机的广泛应用，一些校园网的数据量急剧膨胀，迫切需要扩充计算机存储系统，这里提供了一种高可靠的存储系统解决方案。考虑到学校需要投资保护，这需要扩容必须建立在现有的基础之上，所以采用NAS(Network Attached Storage，网络连接式存储)构架，保证系统的安全壳可靠，也易于管理。图4为校园网的扩容拓扑图，采用SAS技术的存储阵列直接通过网络接口连接到网络上，只需简单配置一下IP地址，就可以被网络上的用户所共享，存储系统采用SAS连接技术，不仅提供高速数据传输，更重要在数据可靠性上体现优势。校园网扩容大小可通过增减级联Expander设备来达到理想容量。
　　在图4SAS体系中，包含了多个级联器Expander，Expander设备属于SAS域中服务传输子系统中的一部分，它让多个SAS设备可以进行通信，Expander设备可包含多个SAS盘，而Expander可以级联另外的Expander设备，通过不同的路由算法，启动器便可以访问到任意一个SAS域中的SAS终端。
　　3结束语
　　在计算机技术和互联网高度发达的今天，云存储时代已经来临，而云存储节点的稳定性和数据传输速度将直接影响云计算性能。SAS可提供高速的数据存储方式。SAS域丰富的级联结构，不仅启动器可快速的定位到目标器，在Expander的帮助下，单个SAS域最多包含16K个SAS终端设备，能够适应日益增长的数据量的要求，同时SAS协议兼容SATA设备，让磁盘阵列不仅可以使用高速的SAS硬盘和固态硬盘，还可以兼容廉价的SATA硬盘，降低了企业的生产成本。
　　参考文献：
　　[1] George Reese.Cloud application architectures[M].O’Reilly Media,2010.
　　[2] Marcia Kaufman.Cloud Computing For Dummies[M].Wiley,2009.
　　[3]周敬利,余胜生.网络存储原理与技术[M].北京:清华大学出版社,2005. (责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）