02.02.2007 | Autor / Redakteur: Thomas Böcker und Rainer Graefen / Nico Litzel
Seit Ende 2004 gibt es Serial-Attached-SCSI, eine neue Schnittstelle, um Festplatten anzubinden. Die Schwächen von Parallel-SCSI sind beseitigt, wichtige Funktionen des SAN-Protokolls Fibre Channel wurden integriert, und als i-Tüpfelchen transportiert die neue Schnittstelle auch noch ohne Zusatzkosten das SATA-Protokoll. Das klingt viel versprechend.
Die SCSI-Verbindungstechnik ist in die Jahre gekommen. Zwar konnte die letzte Generation die Daten laut Spezifikation mit 320 Megabyte pro Sekunde transportieren, doch eine Fortentwicklung wollte kein Hersteller mehr bezahlen. Die Schwächen von Parallel-SCSI sind bekannt: Unhandliche Kabel, jede Generation brachte neue Steckverbindungen, Signalversatz (skew) und Übersprechen auf den Datenkabeln, nur Halbduplex-Betrieb möglich und hoher Stromverbrauch durch Fünf-Volt-Technik.
Seriell-Attached-SCSI (SAS) beseitigt diese Schwachstellen. Wie auch beim Fibre Channel (FC), dauert es allerdings seine Zeit, bis sich ein neuer Standard durchsetzt. Vorgestellt wurde die SAS-Spezifikation erstmals Ende 2001, Geräte für den praktischen Einsatz sind seit 2005 verfügbar. Und dieses Jahr könnte die neue SCSI-Schnittstelle erstmals größere Erfolge feiern.
SAS benutzt, wie FC auch, das SCSI-Protokoll und weicht vor allem in der Transportschicht von Parallel-SCSI ab:
Bei SAS wird für die Datenübertragung ein Kabel mit nur zwei Doppeladern benutzt. Eine Twisted-Pair-Leitung für das Senden von Daten, eine für den Empfang. Im einfachsten Fall reicht dazu ein 7-poliger Stecker. Innerhalb des Rechnergehäuses darf dieses Kabel bis maximal einen Meter, außerhalb des Rechners darf es bis zu zehn Meter lang werden. Eine Disk-Verbindung zum Port-Expander bezeichnet man als Link, die Verbindung vom Expander zum HBA wird als Lane bezeichnet.
Der Grund für diese Unterscheidung liegt in den Datentransferraten von Festplatten begründet. Ein SAS-Lane kann derzeit Daten mit maximal 300 Megabyte pro Sekunde Vollduplex (in beide Richtungen) übertragen, die aktuellen Festplattengenerationen liefern jedoch nur 30 bis 50 Megabyte pro Sekunde, sodass der Lane mit nur einem Link nicht ausgereizt wird.
In der ersten Ausbaustufe erreichen SAS-Geräte Datentransferraten von maximal 300 Megabyte pro Sekunde (240 Megabyte pro Sekunde im Dauerbetrieb). Schon für dieses Jahr ist allerdings eine Verdopplung geplant. Das ist auch notwendig, weil moderne Festplatten mit Perpendicular Recording Datentransferraten bis zu 150 Megabyte pro Sekunde erreichen. Der Port-Expander wäre damit im jetzigen Stadium überfordert. Bis 2010 soll der Wert sogar auf 1.200 Megabyte pro Sekunde steigen. FC und vor allem iSCSI bekommen also eine mächtige Konkurrenz.
Über die Verbindungswege (Lanes) lassen sich Daten und Steuerbefehle gleichzeitig in beide Richtungen (vollduplex) übertragen. Da nur ein Kabelpaar mit Strom sparender Differentialübertragung und einer festen Bandbreite zur Verfügung steht, bleiben Laufzeit und Signalqualität konstant. Die Verkabelung insgesamt wird einfacher und überschaubarer. Hinzu kommt, dass bei einem Defekt durch Kabelbruch oder Festplattenschaden nur noch ein Link betroffen ist und nicht der gesamte Bus wie bei Parallel-SCSI. Die SAS-Spezifikation realisiert auch den Hot-Swap-Betrieb, der den Austausch von Festplatten im laufenden Betrieb ermöglicht.
Wichtig für die Akzeptanz von SAS ist, dass sich die Steckplätze für SAS-Laufwerke an der Geräterückwand (Backplane) nur minimal von denen für die kommerziellen, preiswerten SATA-Festplatten unterscheiden. SATA-Anschlüsse bestehen üblicherweise aus zwei Teilen (je einem für Logik und für Stromversorgung), zwischen denen sich eine Lücke befindet. Bei SAS-Anschlüssen wird diese Lücke durch Kontakte für ein zweites Kabel genutzt. SATA-Festplatten passen damit auch auf SAS-Steckplätze (jedoch nicht umgekehrt).
Anstatt für jede Technik eine eigene Lösung einzurichten, lassen sich so beide Technologien parallel in einem System betreiben. Anwender profitieren davon doppelt, da sich in einem Festplatten-Gehäuseeinschub ohne Zusatzkomponenten und -kosten eine Speicherhierarchie aufbauen lässt.
Etliche Überschneidungen bestehen auf der Ebene des Übertragungsprotokolls. Als serielle Variante von SCSI nutzt SAS praktisch den gesamten bekannten Befehlssatz, wobei für die Adressierung der Geräte die vom Fibre Channel her bekannten World Wide Names dienen.
Zusätzlich verfügt SAS über zwei Erweiterungen, das SATA Tunneling Protocol (STP) und das SCSI Management Protocol (SMP). Während STP für die reibungslose Integration von SATA „unter SAS“ sorgen soll, dient SMP zur Steuerung der Expander, die in SAS-Architekturen eine zentrale Rolle spielen.
Ein Problem ergibt sich allerdings in Hinblick auf den Investitionsschutz älterer Server. Die verkauften Hostbus-Adapter beherrschen zwar in der Regel beide Protokolle (SAS und SATA) und sichern durch Unterstützung/Integration verschiedener RAID-Level die gewünschte Redundanz. Sie benötigen aber einen PCI-Express-Steckplatz auf dem Motherboard, der jedoch erst seit dem Jahr 2003 implementiert wurde.
SAS hebt die Begrenzung von 15 Festplatten an einem SCSI-Controller auf und erlaubt stattdessen bis zu 128 Verbindungen je Steuereinheit, die über einen speziellen Switch, den so genannten Edge-Expander, eingebunden werden.
Als Endpunkte der Punkt-zu-Punkt-Verbindungen kommen bei SAS aber nicht bloß Festplatten und HBAs in Frage, sondern ebenso die Edge-Expander selbst. In einer zweistufigen Hierarchie lassen sich so rein rechnerisch mittels sogenannter Fanout-Expander bis zu 16.384 Geräte in ein „SAS-Netz“ einbinden. Gegenüber den 16 Millionen möglichen Verbindungen bei Fibre Channel nimmt sich diese Zahl zwar gering aus, für fast jede mittelgroße IT-Umgebung dürfte diese ausfallsicher auslegbare Topologie jedoch ausreichen.
Diese Fähigkeit zum Aufbau einer Netzwerk-Infrastruktur, die Datentransferraten wie bei direkt angeschlossenen Festplatten verspricht, könnte manche Überlegung von Anwendern über die Anschaffung eines FC- oder iSCSI-SAN hinfällig werden lassen.
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