SAS: La Evolución del SCSI

Serial Attached SCSI o SAS, es una interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI (Small Computer System Interface) paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión de forma rápida.
La organización que se encuentra detrás del desarrollo de la especificación SAS es la SCSI Trade Association. Se trata de una organización sin ánimo de lucro ubicada en California que se formó en 1996 para promover el uso y el conocimiento sobre SCSI paralelo.
La primera versión apareció a finales de 2003: SAS 300, que conseguía un ancho de banda de 3Gb/s, lo que aumentaba ligeramente la velocidad de su predecesor , el SCSI Ultra 320MB/s (2,560 Gb/s). La siguiente evolución, SAS 600, consigue una velocidad de hasta 6Gb/s, mientras que se espera llegar a una velocidad de alrededor de 12Gb/s alrededor del año 2010.
Una de las principales características es que aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, puede gestionar una tasa de transferencia constante para cada dispositivo conectado, además de terminar con la limitación de 16 dispositivos existente en SCSI, es por ello que se vaticina que la tecnología SAS irá reemplazando a su predecesora SCSI.
Además, el conector es el mismo que en la interfaz SATA y permite utilizar estos discos duros, para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, ahorrando costos. Por lo tanto, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos SAS.

Características básicas de SCSI
Para poder entender SAS y los beneficios que provee, considero pertinente que primero demos un repaso sobre las características básicas del estándar SCSI, y las limitaciones que encuentra la tecnología Parallel SCSI.

El estándar SCSI define tres componentes clave:
• Fault connection. Se debe asegurar que los datos puedan ser transferidos de un dispositivo SCSI hacia el controlador y de regreso, con la mayor velocidad e integridad de señal posible. Como sabemos, conforme aumenta la velocidad de transferencia, es más difícil mantener la integridad de la señal. Actualmente, debido al diseño del cableado así como la forma de operación del protocolo Parallel SCSI, éste trabaja a velocidades en el orden de los 320MB/sec, que difícilmente se pueden superar sin arriesgar la integridad de la señal.
• Transporte de datos. La tecnología Parallel SCSI utiliza un bus de datos de tipo “multidrop”, donde todos los dispositivos están físicamente conectados con los mismos cables a un backplane comun, y cada dispositivo debe negociar el uso del medio por un determinado tiempo. Esto es orquestado por un controlador que habilita a los dispositivos para recibir o enviar datos. Podríamos decir que es como una línea de teléfono usada por varias personas para realizar llamadas. Obviamente, el problema de esto es que en periodos de alta transmisión de datos por parte de todos los dispositivos, se presentaran momentos de espera para poder acceder al bus o medio de transporte. Este problema se encuentra frecuentemente en aplicaciones que requieren de un alto número de discos.
• Conectividad de dispositivos. Debido a las limitaciones generadas por el mecanismo de selección de dispositivos, así como al efecto negativo de agregar múltiples dispositivos a un mismo canal de comunicación, la tecnología Parallel SCSI esta limitada a un total de 16 dispositivos por bus. Esto limita la topología y escalabilidad de dispositivos que utilicen esta tecnología.

Las implementaciones actuales de SCSI están llegando a su límite, y no podrán satisfacer las necesidades futuras de conectividad y transferencia de datos, especialmente para aplicaciones con grandes volúmenes de operación. Fue así que se decidió crear una nueva tecnología que se basara en los mismos estándares de SCSI y utilizara los mismos comandos, pero pudiera superar las limitantes de velocidad y conectividad de Parallel SCSI. El resultado es SAS.
Características de SAS
•Entre las principales características de SAS, podemos resaltar las siguientes:
• El cable tradicional para conectar dispositivos (ribbon cable) es reemplazado por cable de par trenzado punto a punto, lo que permite que la señal pueda viajar una mayor distancia y a frecuencias mucho mayores, sin comprometer su integridad.
• Los dispositivos en SAS están interconectados al controlador utilizando líneas de cableado con una arquitectura de switching. Los dispositivos se encuentran ahora conectados a una red de switching llamados expanders.
• Ahora que los dispositivos ya no se encuentran en un bus compartido, sino en una red de conexiones con switching, se incrementa considerablemente el ancho de banda que pueden manejar. Tan pronto como un dispositivo desee transmitir o recibir datos, la controladora habilita un canal de comunicación. La controladora deje de ser un policía que controla un canal y ahora funge como habilitador de conexiones.
• SAS es compatible con el esquema de tecnología serial ATA (SATA), permitiendo así conectar dispositivos SAS o SATA al mismo canal. Este cambio abre un universo de posibilidades para la combinación de dispositivos y configuración de sistemas de almacenamiento para cualquier especificación deseada.
• El número de dispositivos que podemos interconectar es prácticamente ilimitado (miles de dispositivos).
• Las velocidades de conexión actuales están alrededor de los 3 GB por segundo, pero ya se está trabajando para llegar a 6 GB/seg. y en un futuro se espera llegar a 12 GB/seg.
Por todas estas características, la tecnología SAS se vuelve una excelente opción para utilizar en sistemas de almacenamiento versátiles y de gran escalabilidad.

Arquitectura

La arquitectura SAS está dividida en cinco niveles:

• Nivel físico:
  • Define las características eléctricas y físicas de las conexiones.
  • Transmisión mediante señalización diferencial.
  • Interconexión pasiva, con tres tipos de conductores:
    • SFF 8482 – compatible con SATA
    • SFF 8484 – conector interno para conectar hasta 4 dispositivos
    • SFF 8470 – conector externo (InfiniBand connector), hasta 4 dispositivos
• Nivel PHY:
  • Define los protocolos de señalización.
  • Cada PHY contiene un transmisor-receptor (transreceiver) y un enlace físico (unión de dos PHY).
• Nivel de enlace:
  • Proporciona primitivas generales y primitivas específicas según el tipo de protocolo (SSP, STP, SMP).
  • Manipula las conexiones y transmite las tramas.
• Capa de puertos:
  • Son una abstracción que agrupa un conjunto de PHYs y direcciones SAS conectados con otros PHYs.
  • Selecciona el PHY a través del cual enviar la trama.
  • Comunica, a la capa de enlace de cada PHY, cuando abrir y cerrar conexiones.
• Nivel de transporte:
  • Define los contenidos de las tramas
  • Soporta tres protocolos de transporte:
    • Serial SCSI Protocol (SSP): soporte de dispositivos de disco SAS
    • Serial ATA Tunneling Protocol (STP): soporte de discos SATA
    • Serial Management Protocol (SMP): control de expansores SAS (SAS Expanders)
• Nivel de aplicación