ANSI INCITS 359-2004

ANSI INCITS 359-2004 — это американский национальный стандарт, разработанный Международным комитетом по стандартам информационных технологий (INCITS) и утверждённый Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Стандарт определяет спецификацию интерфейса для подключения периферийных устройств (в первую очередь, накопителей данных) к вычислительным системам, известного как Serial Attached SCSI (SAS). Стандарт описывает физический уровень, протокол передачи данных и архитектуру соединений, обеспечивающую высокую скорость, надёжность и масштабируемость в серверных и корпоративных системах хранения данных.

История и предпосылки создания

До появления SAS основным интерфейсом для подключения жёстких дисков в серверах и рабочих станциях был Parallel SCSI (SCSI, Small Computer System Interface). К началу 2000-х годов параллельная архитектура SCSI столкнулась с рядом ограничений: низкая масштабируемость (ограниченное число устройств на шине), сложность топологии (необходимость терминаторов и точного согласования длин кабелей), а также снижение помехоустойчивости при увеличении тактовой частоты. Параллельно развивался последовательный интерфейс Serial ATA (SATA), ориентированный на потребительский рынок, который предлагал более простую проводку и низкую стоимость, но не обеспечивал требуемой для корпоративного сектора производительности и надёжности.

В ответ на эти вызовы комитет INCITS (подкомитет T10) начал разработку нового стандарта, который сочетал бы преимущества последовательной передачи данных (высокая скорость, малая занимаемая площадь, упрощённая топология) с возможностями и надёжностью SCSI (поддержка очередей команд, двойной порт, расширенная адресация). Работа над проектом, получившим название Serial Attached SCSI, велась с 2001 года. Первая версия стандарта была утверждена как ANSI INCITS 359-2004 в 2004 году.

Основные характеристики и архитектура

Физический уровень

Стандарт ANSI INCITS 359-2004 определяет физический интерфейс на основе дифференциальных сигналов. Каждое соединение представляет собой двунаправленную последовательную линию, состоящую из четырёх проводников (две дифференциальные пары — одна для передачи, одна для приёма). Скорость передачи данных по одной линии составляет 3 Гбит/с (300 МБ/с) в каждом направлении. Для сравнения, параллельный SCSI Ultra320 обеспечивал пропускную способность 320 МБ/с, но на общей шине, разделяемой между всеми устройствами. SAS, напротив, обеспечивает выделенное полнодуплексное соединение для каждого устройства.

Топология и адресация

В отличие от параллельной шины, SAS использует топологию «точка-точка» (point-to-point). Каждое устройство подключается к контроллеру (инициатору) через отдельный порт. Для расширения количества подключаемых устройств применяются экспандеры (expanders) — специализированные коммутаторы, которые позволяют строить сложные иерархические топологии, включая кольца, деревья и сети с избыточными путями. Стандарт поддерживает до 16 256 устройств (16 384 адреса) в одном домене SAS.

Протоколы

SAS использует три основных протокола, инкапсулированных в общий кадр:

• SSP (SCSI Serial Protocol) — основной протокол для передачи команд SCSI, данных и статуса. Обеспечивает полную совместимость с программным стеком SCSI.
• STP (Serial ATA Tunneling Protocol) — позволяет подключать к контроллеру SAS накопители SATA, используя протокол ATA, но с физическим интерфейсом SAS. Это обеспечивает обратную совместимость и возможность использования дешёвых SATA-дисков в корпоративных системах (например, для архивирования).
• SMP (Serial Management Protocol) — протокол управления, используемый для конфигурирования экспандеров, обнаружения топологии и управления соединениями.

Двойной порт

Ключевая особенность SAS, заложенная в стандарте 2004 года, — поддержка двойного порта (dual-port). Каждое устройство SAS может иметь два независимых физических порта, каждый из которых подключается к своему контроллеру или экспандеру. Это обеспечивает аппаратную избыточность: при отказе одного канала или контроллера устройство продолжает работу через второй порт, что критически важно для систем с высокой доступностью (High Availability).

Классификация устройств в стандарте

Стандарт ANSI INCITS 359-2004 определяет три типа устройств в домене SAS:

• Инициатор (Initiator) — устройство, которое генерирует команды SCSI. Обычно это хост-адаптер (HBA) или встроенный контроллер на материнской плате сервера.
• Целевое устройство (Target) — устройство, которое выполняет команды и возвращает данные. В основном это жёсткие диски, твердотельные накопители (SSD) или ленточные накопители.
• Экспандер (Expander) — устройство, которое выполняет функции коммутации и маршрутизации. Экспандеры бывают двух типов:
• Edge expander — подключает до 128 устройств (обычно 4 порта для подключения к инициаторам и 124 для целевых устройств).
• Fanout expander — подключает до 128 edge expander’ов, позволяя строить крупные топологии.

Применение и значение

Стандарт ANSI INCITS 359-2004 стал основой для массового внедрения SAS в корпоративных системах хранения данных (СХД), серверах и рабочих станциях. Его ключевые области применения:

• Внешние системы хранения данных (SAN, DAS): SAS-интерфейс используется для подключения дисковых полок (JBOD) к RAID-контроллерам, обеспечивая высокую пропускную способность и надёжность.
• Внутренние подключения в серверах: SAS-контроллеры на материнских платах или в виде HBA-карт подключают внутренние SAS-диски (обычно 10 000 или 15 000 об/мин) или SSD.
• Гибридные системы: Использование STP позволяет в одной системе сочетать высокопроизводительные SAS-диски (для оперативных данных) и ёмкие SATA-диски (для архивов), управляемые одним контроллером.

Значение стандарта заключается в том, что он обеспечил плавный переход от параллельной архитектуры к последовательной, сохранив программную совместимость с существующими SCSI-драйверами и приложениями. SAS стал доминирующим интерфейсом для корпоративных накопителей на протяжении более десяти лет, вытеснив параллельный SCSI и Fibre Channel в сегменте внутренних и недорогих внешних подключений.

Развитие и последующие версии

Стандарт ANSI INCITS 359-2004 (SAS-1) был первой версией. Впоследствии комитет T10 выпустил несколько обновлений, каждое из которых увеличивало скорость передачи данных и добавляло новые возможности:

• SAS-2 (ANSI INCITS 457-2010): скорость увеличена до 6 Гбит/с, улучшена топология (поддержка зонирования).
• SAS-3 (ANSI INCITS 485-2014): скорость 12 Гбит/с, введена поддержка твердотельных накопителей с протоколом NVMe (через туннелирование).
• SAS-4 (ANSI INCITS 534-2020): скорость 22.5 Гбит/с, новая физическая кодировка (NRZ) и поддержка PCIe 4.0.

Несмотря на появление более быстрых интерфейсов (NVMe через PCIe), SAS остаётся востребованным в сегменте надёжных и масштабируемых систем хранения, особенно для жёстких дисков и ленточных библиотек.

Интересные факты

• Стандарт ANSI INCITS 359-2004 был разработан подкомитетом T10, который также отвечает за все версии SCSI (от SCSI-1 до SCSI-3 и iSCSI).
• В отличие от SATA, который использует полудуплексный режим, SAS с самого начала работал в полнодуплексном режиме, что позволяло одновременно передавать данные в обоих направлениях.
• Разъём SAS (SFF-8482) физически совместим с разъёмом SATA, но не наоборот: SATA-устройство можно подключить к SAS-контроллеру, но SAS-устройство не подключается к SATA-контроллеру из-за различий в сигнальной части.

Источники

• ANSI INCITS 359-2004 — Information Technology — Serial Attached SCSI (SAS).
• INCITS T10 Technical Committee — SAS Standard Documents.
• «Serial Attached SCSI (SAS)» — Storage Networking Industry Association (SNIA) Technical Tutorial.
• «The SCSI Encyclopedia» — книга по истории и стандартам SCSI (2005).