STORAGE [Chapter 4.2] Các chuẩn giao tiếp của ổ cứng Server

Các chuẩn giao tiếp sử dụng trong ổ cứng của máy chủ và thiết bị lưu trữ

SAS và FC - Fibre channel đang là 2 chuẩn giao tiếp được sử dụng nhiều trên các máy chủ và các hệ thống lưu trữ. SAS là chuẩn sử dụng phương thức truyền dữ liệu nối tiếp, nó được phát triển từ chuẩn SCSI trước đó. không chỉ có tốc độ nhanh và hiệu suất cao mà chuẩn SAS hõ trợ gắn nhiều ổ cứng.
Còn FC - Fiber Channel sử dụng phương thức truyền các tập lệnh SCSI trên hạ tầng FC với tốc độ cao và cho phép truyền với khoảng cách xa.

- Tham khảo các viết về thiết bị lưu trữ

1. [Chapter 2.1] Tìm hiểu ổ cứng HDD
2. [Chapter 2.2] Thông số kỹ thuật của ổ cứng HDD
   
3. [Chapter 3.1] Tìm hiểu ổ cứng SSD
   
4. [Chapter 3.2] Các công nghệ trong Flash NAND trên SSD
   
5. [Chapter 4.1] Chuẩn giao tiếp ổ cứng HDD trên PC
   
6. [Chapter 4.2] Các chuẩn giao tiếp của ổ cứng Server

3.2 Chuẩn giao tiếp SCSI

- Trước tiên SCSI còn được gọi là parallel SCSI. Là chuẩn sử dụng phương thức truyền tải dữ liệu song song.

- Thường sử dụng trong các server lưu trữ và truyền dữ liệu với tốc độ cao

- Là chuẩn giao tiếp thường dùng để kết nối với ổ cứng, máy in, CD-ROM,…

- SCSI không quan tâm đến thiết bị nó kết nối đến là gì. Nó chỉ quan tâm thiết bị đó có làm việc được với chuẩn SCSI không.

- Không như EIDE, SCSI sử dụng Bus PCI hoặc ISAA để truyền tín hiệu dữ liệu.




- Chúng ta có thể kết nối 7 thiết bị SCSI chung với nhau rồi kết nối chúng với 1 SCSI Adapter.



- Ổ cứng SCSI có bộ điều khiển SCSI có vi xử lý riêng để xử lý việc truyền nhận dữ liệu và công việc của các thiết bị liên quan mà không cần sử dụng CPU chính để xử lý. Điều này giúp CPU không phải tốn tài nguyên để xử lý các công việc truyền tải mà sử dụng tài nguyên cho việc khác.

- Điểm khác biệt giữa SCSI và EIDE.

• SCSI cho phép một loạt thiết bị sử dụng chung một đường BUS cùng một thời điểm.
  
• SCSI không sử dụng BUS nếu không sử dụng.

- Chuẩn SCSI




- Bởi vì những hạn chế của phương thức truyền tải dữ liệu song song. Nên kể từ năm 2005 Parallel SCSI đã được thay thế bằng một chuẩn sử dụng phương thức truyền tải dữ liệu nối tiếp là Serial Attached SCSI.

3.3 Chuẩn SAS - Serial Attached SCSI

Serial Attached SCSI (SAS) là gao thức nối tiếp point-to-point dùng để truyền dữ liệu từ máy tính đến các thiết bị lưu trữ như đĩa cứng và băng từ (Tape drivers). Các bộ điều khiển SAS được liên kết trực tiếp vào ổ đĩa.

SAS là chuẩn giao tiếp mới, ra đời sau nhưng lại có nhiều cải tiến về hiệu suất và tốc độ. Nó cho phép nhiều thiết bị (hơn 128 thiết bị) với các kích thước khác nhau được kết nối đồng thời vào cáp mỏng.

• SAS rất mạnh trong việc quản lý dữ liệu, cho phép người dùng thao tác dễ dàng với dữ liệu
  
• SAS cho phép làm việc với nhiều file dữ liệu cùng lúc.
  
• Hỗ trợ các đĩa SAS tháo gắn nóng.

Mỗi thiết bị SAS có một kết nói dành riêng (kết nối point-to-point). Do đso tránh được xung đột trên đường truyền. Mỗi kết nối chạy riêng không chua sẻ, và chạy với tốc độ cao nhất.

SAS cho phép kết nối lên đến 65.535 thiết bị với chiều dài cáp tối đa 10m.






Serial Attached SCSI định nghĩa các layers (từ cao đến tháp): Application, transport, port, link, PHY và Physical.

Serial Attached SCSI bao gồm 3 giao thức vận chuyển (transport protocol) cho phép kết nối với các thiết bị SCSI, SATA và SAS.

• Serial SCSI Protocol (SSP) Giao tiếp ở mức độ lệnh với các thiết bị SCSI
  
• Serial ATA Tunneling Protocol (STP): giao tiếp command-level với các thiết bị SATA
  
• Serial Management Protocol (SMP): quản lý SAS fiber

Kiến trúc SAS bao gồm 6 layers

- Physical layer:

• xác định các đặc tính điện và vật lý
  
• Hỗ trợ nhiều loại kết nối
  • SFF-8482 – SATA compatible
    
  • Internal four-lane connectors: SFF-8484, SFF-8087, SFF-8643
    
  • External four-lane connectors: SFF-8470, SFF-8088, SFF-8644

- PHY Layer

• Khởi tạo liên kết, thương lượng tốc độ và thiết lập lại trình tự
  
• Hỗ trợ mã hóa dữ liệu 8b/10b (tốc độ 3,6 và 12 Gbit/s). Mỗi nhóm 8 bit được mã hóa thành một số 10 bít để đạt hiệu quả cho tốc độ clock.
  
• Mã hóa gói tin 128b/150b (22.5 Gbit/s). Nó bao gồm 2 bit header, 128 bit payload và 20 bit kiểm tra lỗi kết nối

Link layer:

Port layer:

Kết hợp nhiều PHY cùng địa chỉ vào các ports rộng.





Chuẩn Serial attached SAS có thể hỗ trợ cả thiết bị SAS và SATA.

- Các kiểu kết nối trong SAS

• Các máy chủ lưu trữ thường có Backplane để tháo lắp nóng các ổ cứng. Trên backplane có các chân cắm cho phép gắn trực tiếp các ổ cứng vào Backplane mà không cần phải sử dụng day cáp giống như trong PC. Backplane có thể là một kết nối một disk array và một hoặc nhiều controller.
  
• Backplane cho các ổ cứng SAS và SATA thương sử dụng giao thức SGPIO để giao tiếp giữa máy chủ và Backplane
  
• Các ổ cứng trong hệ thống lưu trữ sẽ được gắn vào chung một backplane. Các backplane được gắn trên mainboard của server của thiết bị lưu trữ để giao tiếp giữa CPU với các đĩa cứng.

1. Power 8. EdgeCard
   
2. Backplane 9. Memory
   
3. PCB and Mechanical 10. FIber Optic
   
4. Assemblies 11. I/O
   
5. Drive 12. High Performance
   
6. Mezzanine 13. Cabling Assemblies
   
7. Flex Connectors 14. Small Storage Rack

- cable được gắn internal hoặc External theo dạng

• Connect Mainboard đến Backplane
  
• HBA đến Backplane
  
  

• HBA đến các thiết bị lưu trữ bên ngoài
  
  

SAS vẫn còn ít sử dụng hơn SATA bởi vì

• Giá thành cao
  
• Để tận dụng sức mạnh của SAS người dùng phải mất thời gian học để hiêu các quản lý dữ liệu của SAS.

3.4. FC – Fibre channel

FC là công nghệ mạng tốc độ cao (2,4,8 và 16 Gbps). Hỗ trợ cả cáp quang và cáp đồng để phục vụ cho hệ thống lưu trữ.






FC Protocol là giao thức vận chuyển (transport protocol) dùng để chuyển các tập lệnh SCSI trên hạ tầng mạng FC.

• Chuẩn FC chia thành 5 lớp từ FC0 đến FC4, không theo mô hình OSI.
  
• Không tương thích ngược với các thiết bị thấp tốc.
  
• Cáp quang tùy loại, có thể dài tới 50km.
  
• Tốc độ truyền dữ liệu có thể thay đổi phụ thuộc vào loại cáp, chiều dài
  
• cáp, cấu hình lắp ráp, cần được tính đến khi thiết kế

Kiến trúc FC

- FC 4: Protocol-mapping layer: Các giao thức lớp ứng dụng như SCSI hoặc IP ,… được đóng gói thành các PDU để được phần phối đến FC2.

FC3 – Common Services layer: Thực hiện mã hóa dữ liệu (encryption) hoặc thực hiện các thuất toán RAID.

- FC2 – Network Layer: Bao gồm phần lõi của Fibre channel và định nghĩa ra các giao thức chính (giao thức đóng gói frame dữ liệu và điều khiển luồng dữ liệu)

- FC1 – Data link layer: thực hiện mã hóa đường truyền (line coding) cho tín hiệu và đồng bộ hóa dữ liệu khi truyền.

- FC0 – Physical: Định nghĩa tốc độ truyền và các phương tiện vật lý bao gồm: cáp, book phận kết nối, ổ đĩa …

- Dữ liệu truyền trong FC gọi là Frame. Tối đa 1 Frame FC là 2148 byte.




- Mỗi frame chứa nhiều lớp với công dụng khác nhau