Serial Attached SCSI (SAS): una panoramica completa.

Nell'era digitale i dati giocano un ruolo fondamentale per le aziende di ogni settore e la necessità di un sistema di archiviazione ad alte prestazioni è cresciuta ormai a dismisura, con uno dei principali sviluppi in questo campo rappresentato dal Serial Attached SCSI (SAS), una tecnologia che offre numerosi vantaggi rispetto alle soluzioni precedenti, di cui proveremo a fornire una panoramica il più completa possibile in questo articolo. 

Origini del Serial Attached SCSI (SAS)

Le origini del Serial Attached SCSI (SAS) risalgono ai primi anni 2000, quando l'industria dell'informatica riconobbe la necessità di un'interfaccia di archiviazione ad alte prestazioni che potesse superare le limitazioni delle tecnologie esistenti. 

Il SAS, sviluppato da un consorzio di aziende del settore (tra cui Adaptec, Dell, HP, IBM e Intel) è un'evoluzione del precedente standard di archiviazione SCSI (Small Computer System Interface), che era ampiamente utilizzato nelle soluzioni di archiviazione aziendali. 

La principale motivazione dietro il suo sviluppo fu quella di migliorare le prestazioni e la scalabilità dell'interfaccia SCSI tradizionale: mentre lo standard SCSI utilizzava un'architettura parallelizzata, in cui i dati venivano trasmessi su diversi canali paralleli, il SAS introduceva un'architettura di tipo seriale.

Questo genere di architettura è caratterizzato da una trasmissione dei dati in modo sequenziale su un unico canale, garantendo così una maggiore efficienza complessiva del sistema e una maggiore velocità di trasferimento dati.

Aspetto certamente significativo dell'evoluzione del SAS è stato, infatti, l'aumento delle velocità: inizialmente supportava velocità di trasferimento dati di 3 Gbps (SAS-1), per poi esser successivamente aggiornato a 6 Gbps (SAS-2) e 12 Gbps (SAS-3).
Queste velocità di trasferimento dei dati sempre più elevate hanno consentito di gestire carichi di lavoro più intensi e di migliorare le prestazioni complessive del sistema.

In ogni caso, il SAS ha anche ereditato molte delle caratteristiche chiave dello standard SCSI, tra cui il protocollo di comunicazione, il supporto per comandi SCSI e l'architettura a livelli, nonostante importanti modifiche siano state apportate e nuove funzionalità aggiunte per adattare l'interfaccia alle esigenze richieste dai sistemi moderni.

Architettura del SAS

L'architettura del Serial Attached SCSI (SAS) è progettata per offrire una solida base per la connessione e la gestione dei dispositivi di archiviazione e comprende diverse componenti chiave che lavorano insieme per garantire un'efficace comunicazione e funzionamento del sistema. I principali elementi dell’architettura di questa tecnologia sono:

1. Endpoint - Un endpoint è un dispositivo di archiviazione che è connesso al bus SAS. Può essere un hard disk drive (HDD), un solid-state drive (SSD) o un altro dispositivo di archiviazione. Ogni endpoint è identificato da un indirizzo univoco all'interno del sistema SAS.
2. Expander - Gli expanders sono dispositivi che fungono da hub all'interno di un sistema SAS. Essi consentono la connessione di più endpoint al bus SAS e la gestione del flusso di dati tra di loro, fornendo un’espansione della capacità di connessione del sistema e permettendo di conseguenza l’utilizzo di un gran numero di dispositivi di archiviazione.
3. Initiator - Un initiator è un dispositivo SAS, come un controller host o un server, che avvia le operazioni di lettura e scrittura sui dispositivi di archiviazione connessi. L'iniziatore invia comandi di input/output (I/O) agli endpoint per accedere ai dati archiviati o per eseguire altre operazioni.
4. Target - Un target è un dispositivo di archiviazione SAS che riceve i comandi dagli initiator e fornisce i dati richiesti o esegue le operazioni specificate. I target includono gli endpoint come gli HDD o gli SSD che contengono i dati effettivi da leggere o scrivere.
5. Porte SAS - Le porte SAS sono le interfacce fisiche attraverso le quali i dispositivi SAS vengono collegati al bus SAS. Ci sono due tipi principali di porte SAS: le porte di iniziatore (initiator ports) e le porte di destinazione (target ports). Le porte di iniziatore sono collegate agli initiator, mentre le porte di destinazione sono collegate ai target.
6. Zona - Una zona è un gruppo di dispositivi SAS che sono collegati tramite gli expanders. Le zone possono essere create per raggruppare dispositivi con caratteristiche simili o per soddisfare esigenze specifiche del sistema. La creazione di zone permette di gestire meglio il flusso di dati e semplifica la gestione dei dispositivi di archiviazione.
7. Domain - Un domain rappresenta un insieme di dispositivi SAS che condividono una singola connessione diretta a un expander. È una divisione logica all'interno del sistema SAS che consente la gestione e il controllo dei dispositivi.

Tutti questi elementi lavorano insieme per consentire una comunicazione efficiente e scalabile all'interno del sistema SAS e riescono a fornire una soluzione versatile e affidabile per le esigenze di archiviazione ad alte prestazioni delle aziende moderne.

Interfaccia fisica e connettori

L'interfaccia fisica del Serial Attached SCSI (SAS) utilizza connettori specifici per garantire una connessione corretta e stabile tra i componenti del sistema. 

I connettori utilizzati nell'interfaccia SAS sono di due tipi principali: i connettori a 7 pin e i connettori a 29 pin. Questi sono progettati per consentire la connessione dei dispositivi di archiviazione SAS, come dischi rigidi (HDD) e solid-state drive (SSD), ai controller e agli expanders. Vediamo i dettagli di ciascun tipo di connettore:

1. Connettori a 7 pin - Questi connettori sono utilizzati per la connessione dei dispositivi di archiviazione al controller e sono anche conosciuti come "data connectors" o "signal connectors"; di solito di tipo ad innesto, così da garantire una connessione sicura e stabile tra le componenti.
2. Connettori a 29 pin - I connettori a 29 pin sono utilizzati per collegare i dispositivi di archiviazione SAS agli expanders e per la connessione tra gli expanders stessi. Questi connettori consentono la trasmissione di segnali di dati e di controllo, nonché l'alimentazione elettrica dei dispositivi collegati. Anch’essi solitamente di tipo ad innesto.

Gli standard SAS successivi, come SAS-2 e SAS-3, hanno introdotto ulteriori miglioramenti e nuovi connettori. Ad esempio, il connettore Mini-SAS (connettore SFF-8087) è diventato comune nelle implementazioni SAS-2 e SAS-3. Questo connettore compatto consente la connessione di più dispositivi SAS in un unico connettore, riducendo la complessità del cablaggio e consentendo una maggiore densità di dispositivi di archiviazione.

È inoltre importante notare che i connettori SAS sono retrocompatibili con gli standard SCSI precedenti, quindi i dispositivi SCSI possono essere collegati a un sistema SAS utilizzando un adattatore appropriato. Questa compatibilità consente una transizione semplice da sistemi SCSI esistenti a soluzioni SAS più avanzate, senza dover rimodellare completamente l'infrastruttura di archiviazione.

Protocollo di comunicazione

Il protocollo di comunicazione utilizzato nel Serial Attached SCSI (SAS) è fondamentale per realizzare una trasmissione efficiente e affidabile dei dati tra gli initiator e i target all'interno di un sistema SAS. Il protocollo SAS è basato sul protocollo SCSI (Small Computer System Interface), che è stato ampiamente utilizzato nelle soluzioni di archiviazione tradizionali.

Il protocollo SAS utilizza un approccio di comunicazione punto a punto: gli initiator e i target comunicano direttamente tra di loro senza la necessità di condividere il bus di comunicazione con altri dispositivi. Questo approccio elimina i potenziali conflitti e migliora l'efficienza complessiva del sistema. 
Il protocollo SAS supporta due tipi di trasferimento dei dati: il trasferimento SAS point-to-point (SAS PHY) e il trasferimento SCSI over SAS (SSP). 

Il trasferimento SAS PHY consente la comunicazione diretta tra gli initiator e i target attraverso le connessioni SAS fisiche ed è utilizzato principalmente per il trasferimento dei dati tra dispositivi SAS come gli HDD e gli SSD.

Il trasferimento SSP, d'altra parte, permette di utilizzare il protocollo SCSI tradizionale (SCSI Command Descriptor Block, CDB) attraverso la connessione SAS. In questo caso, gli initiator inviano comandi SCSI ai target per eseguire operazioni specifiche come la lettura o la scrittura dei dati. 
Il trasferimento SSP è particolarmente utile quando si desidera utilizzare dispositivi SCSI legacy all'interno di un sistema SAS.

Oltre al trasferimento dei dati, il protocollo SAS gestisce anche aspetti come l'identificazione dei dispositivi, la negoziazione della velocità di trasferimento e il controllo degli errori:

1. ogni dispositivo SAS all'interno del sistema è dotato di un identificatore univoco chiamato SAS address, che consente di indirizzare in modo univoco il dispositivo durante le operazioni di comunicazione.
2. la negoziazione della velocità di trasferimento avviene durante la fase di inizializzazione del sistema SAS. Gli initiator e i target comunicano per determinare la velocità di trasferimento massima supportata da entrambi i dispositivi e si sincronizzano su quella velocità. Ciò consente di ottenere prestazioni ottimali considerando le capacità dei dispositivi connessi.
3. per garantire l'affidabilità dei dati, il protocollo SAS implementa meccanismi di rilevamento e correzione degli errori. I dati trasmessi vengono controllati tramite checksum per garantire l'integrità dei dati e vengono utilizzati meccanismi di ri-trasmissione in caso di errori durante la comunicazione.
   
   
   

Caratteristiche principali del SAS

Il Serial Attached SCSI (SAS) offre una serie di caratteristiche che lo rendono una soluzione di archiviazione ad alte prestazioni; quali sono?

Velocità di trasferimento dati

La velocità di trasferimento dei dati nel Serial Attached SCSI (SAS) è uno dei principali vantaggi di questa interfaccia, poiché essa offre velocità notevolmente superiori rispetto alle soluzioni di archiviazione tradizionali come lo standard SCSI. 

Il SAS offre diverse generazioni di velocità di trasferimento ed ognuna di esse ha introdotto miglioramenti significativi:

1. SAS-1 - La prima generazione del SAS ha introdotto una velocità massima di 3 Gbps (Gigabit al secondo). Questa velocità è paragonabile a quella della SCSI parallelizzata, ma il SAS offre vantaggi come una connessione punto a punto e una migliore gestione dei dispositivi.
2. SAS-2 - La seconda generazione del SAS ha aumentato la velocità di trasferimento massima fino a 6 Gbps, raddoppiando la velocità rispetto al SAS-1. Questa velocità ha consentito una maggiore velocità di trasferimento dei dati e prestazioni complessive migliori per i dispositivi SAS.
3. SAS-3 - La terza generazione del SAS ha introdotto una velocità di trasferimento massima di 12 Gbps, raddoppiando nuovamente la velocità rispetto al SAS-2. Questa velocità ha consentito prestazioni ancora più elevate per i dispositivi SAS, offrendo una maggiore velocità di accesso ai dati.
4. SAS-4 - La quarta generazione del SAS ha ulteriormente aumentato la velocità di trasferimento massima fino a 24 Gbps. Questa velocità offre prestazioni eccezionali per i dispositivi SAS, consentendo una rapida elaborazione dei dati e una risposta immediata alle richieste.

È importante comunque notare che le velocità di trasferimento dei dati del SAS sono teoriche e dipendono anche dalla configurazione del sistema, dalla qualità dei cavi e da altri fattori. 

Affidabilità e tolleranza agli errori

L'affidabilità e la tolleranza agli errori sono elementi critici per qualsiasi sistema di archiviazione, e il Serial Attached SCSI (SAS) è in grado di offrire livelli elevati in entrambi gli aspetti grazie a una serie di caratteristiche e meccanismi progettati per garantire l'integrità dei dati.

1. Error Detection and Correction (EDC) - Il SAS utilizza meccanismi di rilevamento e correzione degli errori per garantire l'integrità dei dati durante la trasmissione. Questi meccanismi consentono di identificare eventuali errori durante la comunicazione e di correggerli, garantendo che i dati trasmessi siano accurati.
2. Ridondanza dei dati - Il SAS supporta la configurazione di dispositivi in modalità RAID (Redundant Array of Independent Disks) per fornire una maggiore sicurezza e ridondanza dei dati. La modalità RAID consente di creare copie dei dati su più dischi, garantendo che in caso di guasto di un disco, i dati siano ancora accessibili e non persi.
3. Hot-plugging - Il SAS supporta l'hot-plugging, che consente di collegare e scollegare i dispositivi durante il funzionamento del sistema senza doverlo spegnere. Questo riduce il rischio di interruzioni e offre una maggiore flessibilità nella gestione dei dispositivi di archiviazione.
4. Multipathing - Il SAS supporta la tecnologia multipathing, che consente di creare percorsi multipli per la comunicazione tra gli initiator e i target. Questo migliora la disponibilità dei dati, consentendo il ripristino automatico in caso di guasto di un percorso, senza interrompere l'accesso ai dati.
5. Tolleranza ai guasti - Il SAS offre tolleranza ai guasti attraverso funzionalità come il failover e il failback. In caso di guasto di un dispositivo o di un percorso di comunicazione, il SAS può avvalersi di dispositivi o percorsi alternativi per garantire la continuità dell'accesso ai dati.
6. Test di affidabilità e conformità - Il SAS è sottoposto a rigorosi test di affidabilità e conformità per garantire che i dispositivi SAS soddisfino gli standard e le specifiche di qualità richieste. Ciò contribuisce a garantire che i dispositivi SAS siano in grado di gestire carichi di lavoro intensivi in ambienti aziendali critici.

Queste caratteristiche rendono il SAS una scelta ideale per applicazioni le quali richiedano una gestione sicura dei dati, come i data center, i server e gli ambienti di archiviazione ad alte prestazioni.

Scalabilità e flessibilità

Il SAS offre una notevole scalabilità, consentendo di gestire grandi quantità di dati in modo efficiente. È infatti possibile collegare in cascata più dispositivi SAS, creando una topologia ad albero in grado di supportare centinaia di dispositivi. Questa flessibilità consente di espandere facilmente la capacità di archiviazione senza dover apportare modifiche significative all'infrastruttura esistente.

Supporto per dispositivi misti (HDD e SSD)

Una caratteristica unica del SAS è il supporto per dispositivi misti, consentendo di utilizzare contemporaneamente sia dischi rigidi tradizionali (HDD) che unità a stato solido (SSD): ciò permette di bilanciare le prestazioni e i costi, utilizzando gli SSD per applicazioni ad alta intensità di I/O e gli HDD per l’archiviazione di massa. Inoltre, il SAS offre funzionalità di gestione dei livelli di archiviazione (tiering), che consentono di posizionare automaticamente i dati sui dispositivi appropriati in base alle loro caratteristiche e ai requisiti di prestazioni.

Sicurezza dei dati

La sicurezza dei dati è un aspetto critico in qualsiasi ambiente di archiviazione. Il SAS offre diverse funzionalità di sicurezza per proteggere i dati sensibili. Ad esempio, il protocollo SAS supporta l'Advanced Encryption Standard (AES), che consente la crittografia dei dati in transito e a riposo, oltre ad offrire funzionalità di accesso e autenticazione avanzate, come l'accesso basato su account e l'accesso basato su ruoli, per assicurare che solo gli utenti autorizzati possano accedere ai dati.

Funzionalità avanzate

Il SAS offre una serie di funzionalità avanzate che migliorano ulteriormente le prestazioni e la gestione del sistema. Queste includono il multipathing, la possibilità della creazione di zone di espansione (che permettono di estendere il sistema di archiviazione senza interrompere le operazioni in corso) o il supporto per l'espansione dei domini (che consente di aggiungere nuovi dispositivi senza interrompere il funzionamento del sistema).

Compatibilità con il legacy SCSI

Nonostante le sue innovazioni, il SAS mantiene una retrocompatibilità con il legacy SCSI, consentendo l'utilizzo di dispositivi SCSI tradizionali all'interno di un ambiente SAS. Grazie a questa caratteristica le organizzazioni hanno la possibilità di aggiornare gradualmente i loro sistemi di archiviazione senza dover sostituire completamente l'hardware esistente.

Vantaggi e applicazioni del SAS

Il SAS offre numerosi vantaggi rispetto ad altre tecnologie di archiviazione come ad esempio il SATA (Serial ATA) e il Fibre Channel:

1. Rispetto al SATA, il SAS offre velocità di trasferimento dati superiori e maggiore affidabilità, grazie alla sua architettura avanzata e alle funzionalità di correzione degli errori.
2. Rispetto al Fibre Channel, il SAS è più economico e offre una maggiore scalabilità, consentendo una gestione efficiente di grandi volumi di dati.

Utilizzo in ambienti aziendali

Il SAS trova ampio utilizzo in ambienti aziendali, come data center, server e archiviazione array ad alte prestazioni grazie alla sua velocità e scalabilità, che permettendo di gestire intensità di carico di lavoro elevate, consente alle aziende di archiviare e accedere ai dati in modo rapido ed efficiente. Inoltre, l'affidabilità e la tolleranza agli errori del SAS lo rendono adatto per le applicazioni critiche, dove la perdita di dati o il downtime non sono accettabili.

Applicazioni specifiche

Il SAS viene impiegato in diverse applicazioni specifiche, tra cui:

1. Backup e ripristino dei dati - Il SAS offre prestazioni e capacità di archiviazione sufficienti per gestire i processi di backup e ripristino dei dati in modo rapido ed efficiente e la sua scalabilità consente di gestire grandi volumi di dati di backup senza compromettere le prestazioni complessive del sistema.
2. Elaborazione dati ad alta velocità - Il SAS è particolarmente adatto per le applicazioni che richiedono un'elaborazione dati ad alta velocità, come l'analisi dei big data, l'intelligenza artificiale e il machine learning. La sua velocità di trasferimento elevata consente di accedere rapidamente ai dati e di eseguire operazioni di calcolo complesse in tempo reale.
3. Virtualizzazione del server e dello archiviazione - Il SAS è una scelta comune per la virtualizzazione di server e di periferiche di archiviazione, in quanto offre la flessibilità e le prestazioni necessarie per supportare ambienti virtualizzati complessi: esso consente di gestire numerosi server virtuali e macchine virtuali, risultando in una maggiore consolidazione e ottimizzazione delle risorse.

Implementazioni ibride e soluzioni di archiviazione convergente

Il SAS viene spesso utilizzato in implementazioni ibride, che combinano l'utilizzo di dischi rigidi (HDD) e unità a stato solido (SSD) per massimizzare le prestazioni e l'efficienza: combinazione che consente di sfruttare le elevate velocità di lettura e scrittura degli SSD e la capacità di archiviazione ad alta densità degli HDD.

Inoltre, il SAS si può trovare spesso integrato in soluzioni di archiviazione convergente, in cui vengono combinati archiviazione, server e rete in un'unica infrastruttura, in modo da semplificare la gestione e l'implementazione del sistema, riducendo i costi e migliorando l'efficienza complessiva.

Implementazione del SAS

Prima di implementare il Serial Attached SCSI (SAS) all'interno di un ambiente di archiviazione, è importante prendere in considerazione diversi aspetti. Vediamo quali sono le considerazioni principali:

Requisiti hardware e software

Per utilizzare il SAS, è necessario assicurarsi di disporre dell’hardware e del software adeguati. 
Dal punto di vista hardware, è necessario avere un controller SAS, che può essere integrato nella scheda madre del server o essere un'unità aggiuntiva, e dispositivi di archiviazione compatibili, come dischi rigidi o unità a stato solido SAS.
Sul lato software, è importante essere in possesso dei driver SAS corretti e di un sistema operativo che supporti il protocollo SAS.

Configurazione e gestione del SAS

La corretta configurazione e gestione del SAS sono fondamentali per garantire prestazioni ottimali e un'efficace gestione del sistema di archiviazione. È fondamentale configurare correttamente i dispositivi SAS, inclusi i parametri di velocità e larghezza di banda ed effettuare una manutenzione appropriata monitorando le prestazioni, correggendo gli errori e attuando diverse politiche di gestione dei dati, come il tiering e la ridondanza.

Migliori pratiche per ottenere prestazioni ottimali

Per ottenere prestazioni ottimali dal SAS, è inoltre consigliabile seguire alcune migliori pratiche: 

1. l'utilizzo di cablaggi SAS di qualità, per evitare interferenze e ottenere una connessione stabile e affidabile tra i dispositivi; 
2. la manutenzione, l'aggiornamento dei driver e del firmware dei dispositivi SAS per beneficiare delle ultime correzioni di bug e miglioramenti delle prestazioni.

Considerazioni finali

Il campo del SAS continua a evolversi e, per questo motivo, si intravedono all’orizzonte sviluppi interessanti per il futuro di questa tecnologia. 

Si prevede infatti un aumento ulteriore della velocità di trasferimento dati con l'introduzione del SAS a 48 Gbps ed oltre e sono in corso sviluppi per migliorare ulteriormente l'efficienza energetica del SAS e supportare capacità di archiviazione sempre maggiori. È importante quindi cercare di rimanere aggiornati sulle ultime innovazioni nel campo del SAS per sfruttarne appieno i vantaggi.

In conclusione, il Serial Attached SCSI (SAS) rappresenta una tecnologia di archiviazione ad alte prestazioni con numerosi vantaggi e applicazioni: la sua velocità, affidabilità, scalabilità e supporto per dispositivi misti lo rendono una scelta ideale per ambienti aziendali che richiedono un sistema di archiviazione efficiente e affidabile. Tuttavia, è importante prendere in considerazione i requisiti di implementazione, seguire le migliori pratiche e rimanere aggiornati sugli ultimi sviluppi nel campo  per ottimizzare l'utilizzo di questa tecnologia nel proprio ambiente di archiviazione.