換句話說，Port Multiplier本身就是星形拓撲架構的體現，對網絡略知一二的朋友都明白它比總線拓撲架構更為優秀。遺憾的是，由于ATA的定位是“廉”（價）字當頭，其軟件（包括指令集）功能有限，Port Multiplier僅處于星形拓撲的初級階段，只相當于一個SATA的Hub，而且還不是一個好的Hub—-不允許級聯。 
  
    兼容：師夷長技以制夷 
  
    看到SATA Ⅱ不斷地擴充功能，不免讓人感嘆，2001年冬季Compaq、IBM、LSI Logic、Maxtor和Seagate未雨綢繆，宣布開發Serial Attached SCSI（串行連接SCSI，簡稱SAS）的確是明智之舉。 
  
    SAS吸納了SATA的物理層（包括連接器、線纜）設計，增加了第二端口，同時還具備FC的某些特征。與SATA相比，SAS在物理架構上的增強主要包括： 
  
    雙端口 SAS的數據幀基于FCP（FC Protocol），并在外圍設備端添加了第二端口支持，形成符合高可用性要求的雙端口（dual port）—-這一點也類似于FC。 
  
    全雙工 并行ATA和SCSI都是發送和接收共用一組數據線，因此發送和接收不能同時進行，即所謂的半雙工。SATA數據線由兩條傳送方向相反的差分信號對（LVDS，共4根）組成，發送（Tx）和接收（Rx）各走一路，為全雙工提供了物理上的可能。不過，由于ATA協議是半雙工的，因此SATA在一對信號線上傳送數據的同時只是用另一對信號線返回流控信息，仍然是半雙工；SCSI協議則是支持全雙工的，SAS通過將一路數據所需的流控信息與反向傳送的數據混合在一起，從而能在同樣的數據線上實現全雙工。 
  
    寬鏈接 物理鏈接是SAS中的一個基礎概念，一條物理鏈接包括兩對差分信號線（Tx和Rx，即一條SATA線纜），傳輸方向相反。兩個SAS端口之間可以建立起由多個物理鏈接構成的wide link（寬鏈接），相應的端口也被稱作wide port（寬端口），可以表示為N-wide link和N-wide port，N取值在1～4之間，代表物理鏈接的數量。SAS支持寬鏈接的主要出發點是獲得成倍的帶寬，而設備端雙端口的設計則是為了提供冗余鏈路，增強可用性。 
  
    帶寬 或許是考慮到第一批SAS產品問世時SATA很可能已推出3.0Gbps的第二代規格，SAS 1.0/1.1采取了直接支持3.0Gbps并向下兼容1.5Gbps的策略。雖然某些初期原型產品的確運行在1.5Gbps，但都是在FPGA和現貨供應PHY（物理層）芯片基礎上開發的，目前采用完全集成3Gbps PHY芯片和ASIC設計的設備已經出現，并逐漸被業內接受。 
  
    連接距離 為了提高連接距離，SAS發送和接收信號的電壓范圍都比SATA大為提高。在具體的連接距離指標上，最初宣稱是10米，新的資料則是大于6米（外部線纜），似乎與信號速率從1.5Gbps提高到3.0Gbps有關。需要指出的是SAS規范里面并沒有嚴格限定線纜長度，而是靠發送水平和接收敏感度來考察，制造商通過檢測線纜特性來判定其所能達到的距離?D?D高質量線纜可以連接得更遠，當然成本也更高?，F在SAS線纜連接距離的要求已經提高到8米，通過3個擴展器（Expander）之后，SAS的連接距離能夠超過32米，與Ultra160/320 SCSI的12米（15個設備）或25米（點對點）相比雖沒有明顯提高，但也足以應付機內存儲設備連接和近距離DAS的要求了。

    上述規劃都很不錯，可是第二端口怎么實現呢？通過將原本分離的SATA端口和電源插頭相連，并將SAS第二端口設置在連接處的背側（插座則是對側，見圖），就得到了SAS連接器。第二端口比這塊跨接區域略寬，但也只有SATA端口（也即SAS第一端口）的2/3，因此其7個接腳及間距均明顯變窄。與SAS插頭的“鐵板一塊”相對應，SAS插座也“全線貫通”（SATA插座在SAS第二端口的位置有一突起），這樣既可以保證SATA設備插入SAS插座，又能避免誤將SAS設備插入SATA插座。 
  
    升華：交換和路由 
  
    與SATA一樣，SAS也可以讓主機端口與設備端口點對點直接相連，但不同的是，后者從設計之初就引入了類似于Port Multiplier的中間設備，以達成大量設備連接能力并實現更為復雜的拓撲結構。 
  
    這個中間設備叫做擴展器（Expander），不過與并行SCSI中的同名設備不是一個概念。如果把SATA的Port Multiplier比做Hub，那么SAS的擴展器就是交換機（Edge Expander，邊沿擴展器）和路由器（Fanout Expander，扇出擴展器）。 
  
    擴展器利用可多達128個的PHY（發送器和接收器各一、能夠接受1個物理鏈接的最小單元，譬如1個4寬度端口即由4個PHY組成）連接主機/設備或其他擴展器，組成星形拓撲架構。SAS還引入了“域”的概念，扇出擴展器是SAS域的核心，一個SAS域只能有一個扇出擴展器，它可以隨意連接邊沿擴展器；一個邊沿擴展器只能連接到一個扇出擴展器上，而在沒有扇出擴展器的情況下最多僅允許兩個邊沿擴展器互連；在不超過數目上限的前提下，擴展器可以隨意連接發起者/目標設備。也就是說，在一個SAS域中，任意兩點（主機或設備）之間最多可以有3個擴展器。 
  
    SAS制訂初期的目標是每個擴展器可連接64個設備，一個SAS域最多4096個（64×64）設備；后來規范制訂者們意識到沒有必要把擴展器的端口數目限制在64個，于是便改為每個擴展器能夠尋址128個PHY，整個SAS域形成一個物理連接數目可達16K（128×128＝16384）的點對點交換式拓撲架構。 
  
    擴展器強大的連接能力不僅是為設備數量服務的，它還可以用多達4個的物理鏈接組成寬鏈接來獲得成倍的帶寬。以4寬度內部串行附屬連接器為例，SATA只能通過4根相互間沒有邏輯聯系的線纜獲得4個獨立的SATA鏈接，SAS卻可以得到一個4寬度鏈接（在一個擴展器上）、兩個2寬度鏈接（在兩個擴展器上）、四個1寬度鏈接（在四個獨立的擴展器或設備上），甚至還能夠是一個3寬度鏈接和一個1寬度鏈接……性能與靈活度都遠勝于SATA。 
  
    不過，擴展器引入的復雜度也不盡是優點，譬如它將原本直接相連的兩個設備分隔開就隱藏著潛在的風險。為此，SAS在鏈路層引入了速率匹配（rate matching）的概念，即在高速連接一側（視需要）降低實際數據速率，維持擴展器吞吐量的平衡。這一功能對SAS主機控制器（3.0Gbps）通過擴展器連接SATA外圍設備（1.5Gbps）的應用顯得尤為重要。 
  
    說到SAS主機控制器連接SATA外圍設備，我們還得頗費些口舌。SAS支持3種協議，分別是串行SCSI協議（Serial SCSI Protocol，SSP），全雙工，讓SCSI運行在增強的SATA物理層上；串行ATA隧道協議（Serial ATA Tunneled Protocol，STP），為SATA增加多目標尋址和多發起者訪問，以適應SAS環境的需要；串行管理協議（Serial Management Protocol，SMP），用于發現和管理擴展器?！?nbsp;
  
    擴展器把SATA的點對點連接擴展至SAS的多發起者/多目標，然而SATA協議僅支持單發起者/單目標，STP的任務就是讓發起者能夠通過擴展器訪問SATA目標。STP在發起者與最遠的、也就是連接SATA設備的擴展器端口（STP目標端口）之間建立起一條通路（隧道），傳輸標準的SATA 1.0幀，因此在SATA設備看來，自己連接的就是SATA主機適配器。如果發起者端口識別出與其直接相連的是一臺SATA設備，則只使用SATA協議通信。 
  
    那么SAS主機控制器端口怎么知道自己連接的是SATA設備還是SAS設備呢？這就要借助于帶外（Out of band，OOB）信號來識別了。在連接初始化時，主機控制器端口送出OOB慢速脈沖信號，檢測目標對COMSAS脈沖的響應情況—-如果目標也返回COMSAS脈沖，就是SAS設備，反之即為SATA設備。需要注意的是，由于在SAS協議中發起者和目標是對等的，外圍設備也可以主動送出COMSAS脈沖，向主機適配器表明自己的身份。以硬盤為例，能否生成COMSAS脈沖即是辨別SAS與SATA的依據。 
  
    STP發起者端口經過OOB協商確認與自己相連的是SATA設備后即進入SATA模式，嚴格遵循SATA主機適配器的行為規范。STP并不關心SATA FIS（Frame Information Structure，幀信息結構）的內容，SATA命令排隊可以在FIS中傳輸—-前提當然是STP發起者端口和SATA設備必須支持命令排隊功能。

    傳輸完成后由SAS主機適配器或擴展器決定是否用STP斷開與SATA設備的連接，以后需要時再重新連接。整個過程中該SATA設備始終以為自己通過正常的流控機制直接連在某個SATA主機適配器上，實際情況卻是SAS主機適配器進行了SATA“翻譯”工作。在Windows操作系統中，這個SAS主機適配器將與使用Miniport驅動程序的SATA主機適配器一樣被歸類為SCSI控制器。 
  
    結語：融合促進分層存儲 

    由于單端口的帶寬（3.0Gbps，甚至1.5Gbps）已經能夠滿足硬盤的要求，SAS硬盤增加第二端口并不是為了支持寬鏈接（2-wide），而是通過給它們賦予不同的SAS地址（World Wide Name，WWN），讓雙端口分屬兩個（冗余的）域以防系統出現單點故障，從而提高可用性。 
  
    在SAS環境中，SATA設備同樣有高可用性需求，即允許兩個主機適配器連接到一臺SATA硬盤上，避免主機適配器成為單點故障源。與SAS的雙端口不同，在任何時刻都只能由一個主機適配器獨享此SATA硬盤的控制權（由系統軟件檢測哪個主機適配器處于“活動”狀態，即不是active-active的）。這種通路切換機制由兩端口到單端口的適配器（也稱Port Selector—-端口選擇器）實現，目前Port Selector 1.0規范已經公布。在任何時刻只有一個端口處于活動狀態，在切換端口之前硬盤的所有行為都必須停止（隊列中無請求）。端口選擇器的設計取決于子系統廠商，可以兩邊分別是SAS（雙端口）和SATA連接器，也有可能把端口選擇器放在背板上，或者干脆將其集成到硬盤上配合統一的背板連接器使用。此外，端口選擇器還可以用于靜態負載均衡。不過，這樣一來也對該SATA硬盤的工作周期（7×24）和平均無故障時間（MTBF）提出了更高的要求。

    SAS的整個架構，比同樣以串行方式運行SCSI協議的FC-AL更為完善，有望引起高端硬盤接口一場革命。這里我們要著重指出的是SAS兼容SATA的重大意義。長期以來，高端的FC和并行SCSI接口與低端的PATA接口互不兼容，而隨著近幾年ILM（信息生命周期管理）概念的提出，企業級存儲系統對參考數據應用的需求不斷增長，PATA及其繼承者SATA開始打入企業級存儲市場，系統制造商希望能夠通過混用高端磁盤和低端磁盤在單個存儲設備內部實現分層存儲，為應用提供更高的靈活性。這種混用最初是在磁盤柜級別的，即磁盤柜內部全都是一種接口的硬盤，外部統一為FC接口（如EMC CLARiiON），后來FATA（Fibre Attached Technology Adapted）的出現將混用級別推進到了單個磁盤，靈活度大為提高。 
  
    然而，作為一種高端接口（FC）與低端盤體相結合的產物，FATA磁盤專為高低端磁盤混用而生，市場空間相對有限，成本和靈活性不會很理想。反觀SAS與SATA的兼容，可謂自然而然，SATA在取代PATA之后一統低端市場，SATA硬盤隨手可得，與SAS配合起來，相得益彰。 
  
    編看編想：誰的壽命更長？ 
  
    隨著SAS磁盤的推出，用戶有了更多的選擇，同樣，用戶也就更關心哪種磁盤技術的壽命長的問題。當我們對各種磁盤技術進行比較時，用戶首先關心的是它們的故障率，于是有觀點認為，誰的故障率最低誰的壽命最長。然而，事情遠非如此簡單！ 
  
    由于SAS產品剛剛推出，其各種影響力還沒有展現，但是，從SATA磁盤的應用來看，其獲得成功的關鍵并不是更低的故障率，相反，其故障率甚至高于SCSI和光纖通道磁盤。記者認為，用戶擁有RAID技術，擁有熱插拔技術，它們的結合很大程度上補償了磁盤肯定會發生的故障。另外，有些公司的特定技術（RAID 6以及類似技術）還做到了同時有兩塊磁盤發生故障而不丟失數據。 
  
    就目前情況來看，還沒有一種技術可以完全替代其他所以類型磁盤，但是在用戶進行分層次存儲選擇磁盤時，用戶的有些選擇已經發生了很大的變化，勿庸置疑，串行技術的優勢已經逐漸顯現出來，并且會發揚光大。 
  
    IT經理應當了解所有這些問題，然后考慮價格、廠商因素以及其他許多問題。選擇SATA或者SAS磁盤會更便宜嗎？這取決于用戶的需要。在大多數問題得到充分了解后，企業IT經理可以根據IT的經濟性而不僅僅是技術，做出決定。