معرفی انواع پروتکل ذخیره سازی اطلاعات

پروتکل ذخیره سازی اطلاعات را می‌توان با بیانی ساده به صورت مجموعه ای از دستورات و قوانین برای برقرای ارتباط تعریف کرد. درایوهای HDD و SSD و استوریج ها از طریق پروتکل ذخیره سازی خاصی ارتباط برقرار می‌کنند. استوریج ها معمولا از طریق چند پروتکل ارتباط برقرار می‌کنند. در دنیای ذخیره سازی اطلاعات، هر پروتکل اینترفیس خاص خود را دارد. بنابراین پروتکل مورد استفاده در درایو، اینترفیس فیزیکی آن را تعیین می‌کند. برای مثال یک هارد SATA از طریق پروتکل SATA ارتباط برقرار می کند. و همچنین از اینترفیس SATA هم استفاده می‌کند. این موضوع برای پروتکل های SAS و FC هم صدق می کند. و هرکدام پروتکل و اینترفیس خاص خود را دارند.

5 پروتکل ذخیره سازی و اینترفیس

پنج پروتکل ذخیره سازی و اینترفیس مرسومی که امروزه در ذخیره سازی اطلاعات استفاده می شوند شامل موارد زیر می شوند:

1. پروتکل ذخیره سازی PATA
2. پروتکل ذخیره سازی SATA
3. پروتکل ذخیره سازی SAS
4. پروتکل ذخیره سازی NL-SAS
5. پروتکل ذخیره سازی FC

این پنج مورد شامل پروتکل و اینترفیس مربوط به آن‌ها می‌شوند. پروتکل SATA از مجموعه دستورات ATA استفاده می‌کند.
در حالی که باقی پروتکل ها از مجموعه دستورات SCSI استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها بر روی کنترلر درایوها قرار دارند و نوع اینترفیس را برای آن‌ها مشخص می‌کنند.

پروتکل ذخیره سازی PATA

شاید تاکنون نام هارد ATA یا PATA به گوشتان نخورده باشد. طی سال‌های ۱۹۸۶ به بعد این نوع هارد از هاردهای موجود در بازار بوده است.
که شاید بعضی از کاربران نیز اصلا از آن استفاده نکرده باشند. کلمه IDE مخفف Integrated Drive Electronics می باشد که به آن ATA یا PATA نیز اطلاق می شود.

که اشاره دارد به Parallel Advanced Technology Attachment و کلمه Parallel به معنای موازی است. هارد موازی یعنی کابل هارد به صورت موازی و رفت و برگشتی کار می‌کند.
در واقع پین‌ها بین دریافت و ارسال اطلاعات تقسیم شده است. سرعت انتقال داده‌ها در این نوع هارد معادل ۵ الی ۱۳۳ مگابایت می باشد.

تعریف کابل های IDE

کابل هارد IDE مخصوص دیتا به ۴۶ سانتی متر می رسد که از ۴۰ پین تشکیل شده است. رنگ کابل سیاه می‌باشد همچنین کابل ۸۰ PINS و سوکت مخصوص به آن روی مادربرد برای کامپیوتر به سه رنگ است.
معمولا اتصال آبی رنگ به مادربرد Motherboard وصل می‌شود. بقیه اتصالات به همراه هارد اصلی می توانند به مادربرد Motherboard و اسلات های موجود متصل شوند.

پروتکل ذخیره سازی SATA

SATA توسط Serial ATA Working Group در سال ۲۰۰۳ به عنوان جایگزینی برای PATA معرفی شد. هر دو اینترفیس از مجموعه دستورات ATA استفاده می‌کنند.
در اینترفیس PATA اطلاعات به صورت موازی در چند رشته انتقال می‌یافتند. بالا بردن نرخ انتقال اطلاعات موجب ایجاد ناهماهنگی و مشکل در رسیدین اطلاعات می‌‍شد.
از اینرو در افزایش نرخ انتقال آن‌ها محدودیت وجود داشت.

در سمت دیگر اینترفیس SATA به صورت سری اطلاعات را انتقال می دهد. و این امر باعث میشود بتوانیم نرخ انتقال اطلاعات را در این اینترفیس افزایش دهیم.
اینترفیس SATA با توجه بالاتر بودن نرخ انتقال اطلاعات، به مقدار قابل توجهی از اینترفیس PATA سریع‌تر می‌باشد.

اینترفیس پروتکل سازی SATA

این اینترفیس در مجموع شامل ۲۲ پین می شود. که ۷ پین آن برای انتقال اطلاعات و ۱۵ پین برای تامین انرژی می‌باشد.

مقایسه دو پروتکل ذخیره سازی SATA و PATA

یکی دیگر از مزیت های SATA نسبت به PATA کابل ها و اتصالات است. رابط سریال باعث کوچکتر شدن اندازه و تعداد سیم های مورد نیاز برای ارتباط و در همین حین بالا رفتن سرعت ارتباط می‌شود.
همین عامل باعث ساده تر شدن نصب و راه اندازی دستگاه های SATA در سیستم ها می شود.

کابل های IDE یا ATA مورد استفاده در دستگاه های ATA پهنای نسبتا بیشتری نسبت به کابل های SATA با سرعت پایین‌تر و پشتیبانی از مسافتی حداکثر ۴۰ سانتی‌متری داشتند.
اما کابل های SATA ضمن این‌که نازک‌تر و سریع‌تر هستند. می‌توانند مسافتی حداکثر ۱۰۰ سانتی متری را پشتیبانی کنند.

علاوه بر کابل‌کشی، یک طراحی جدید برای اتصالات نیز برای SATA ارائه شد.
که ضمن این‌ که فرآیند Crosstalk را کاهش می‌داد. سرعت بالاتر، فضای کمتر و در نتیجه گردش هوای بهتری در کیس کامپیوتر را به ما ارائه می‌دهد.

کاربرد اینترفیس پروتکل ذخیره سازی SATA

اینترفیس SATA معمولا در سیستم های low end مانند لپ‌تاپ ها و PCها استفاده می‌شود. برای به کارگیری در این رنج از سیستم ها جا افتاده است.
این پروتکل به واسطه مزیت‌هایی که ارائه می‌کند مسیر خود را به سیستم های high end نیز باز کرده است. اما با سرعت بالایی در حال واگذاری جایگاه خود به پروتکل ذخیره سازی NL-SAS می‌باشد.

 

پروتکل ذخیره سازی SAS

همانطور که از نام آن مشخص است، SAS پروتکل ارتباطی‌ای است که به صورت P2P و سریال ارتباط برقرار می‌کند.
این پروتکل از مجموعه دستورات SCSI و مکانیزم پیشرفته SCSI در صف، استفاده می‌کند. در محیط های enterprise، استاندارد SCSI جایگاه خود را در سیستم های high end تثبیت کرده است.

از دلایل آن می‌توان به مجموعه دستورات قدرتمند و توانمندتر، مکانیزم صف‌بندی بهتر و معمولا کیفیت فیزیکی اجزاء بالاتر نسبت به درایوهای SATA اشاره کرد.
تمامی این‌ها باعث می‌شود اینترفیس هایی که بر پایه SCSI هستند. مانند اینترفیس های SAS و FC، بهترین انتخاب برای کارهای مهم و حیاتی که پرفورمنس بالایی هم نیاز دارند باشند.

البته این موضوع را هم در نظر بگیرید که پرفورمنس بالا با هزینه ی بالا بدست می آید. بنابراین در حجم برابر، درایوهای SAS از درایوهای SATA گران‌تر هستند.

مزایای اینترفیس پروتکل ذخیره سازی SAS

همانطور که اشاره کردیم اینترفیس SAS از مجموعه دستورات توانمندتر است. مکانیزم صف بندی بهتر و در مجموع پرفورمنس بالاتری نسبت به اینترفیس SATA بهره مند است.

علاوه بر این‌ها مزیت دیگری که پروتکل SAS ارائه می‌کند. این است که درایوهایی با اینترفیس های SATA II و نسخه های جدیدتر آن می‌توانند به شبکه SAS و backplain آن متصل شوند.
در کنار درایوهای SAS به کار گرفته شوند. در هنگام طراحی استوریج این موضوع پروتکل SAS را تبدیل به گزینه ای انعطاف پذیر می‌کند.

درایوهای SAS دوئل پورت هستند. در واقع دو پورت برای انتقال اطلاعات دارند، از این رو برای استوریج ها و بالا بردن انعطاف پذیری ایده آل هستند.
در مورد استوریج ها و درایوهای SAS، هر یک از دو پورت موجود در درایو SAS می‌تواند به کنترلر مجزایی در استوریج متصل شوند.

این بدین معناست که اگر یکی از پورت‌ها یا ارتباط پورت با کنترلر و یا کنترلر متصل به آن از کار بیوفتند. این درایو هنوز هم از طریق پورت دوم در دسترس می‌باشد.
در این صورت انتقال بار از روی پورت fail شده بر روی پورت جایگزین به سرعت صورت می‌گیرد به طوری که کاربر و برنامه ها متوجه این failover نمی‌شوند.

نحوه کار کردن پورت ها

نکته ای که ممکن است از آخرین جمله متوجه آن شده باشید. این است که دو پورت موجود در درایو SAS به صورت اکتیو و پسیو کار می‎‌کنند.
این بدین معنا است که در هر لحظه، تنها یکی از پورت ها فعال است و اطلاعات را جابجا می‌‌کند.

رابط های سریال یک پیشرفت قابل توجه نسبت به رابط‌ های قدیمی موازی در تکنولوژی های ذخیره سازی و سیستم‌های اطلاعاتی ایجاد کردند.
این پیشرفت‌ها شامل بالا رفتن کارایی، مقیاس پذیری بهتر و هم‌چنین قابل اعتماد بودن بیشتر بود.
این‌ها مواردی هستند که در مقایسه با رابط ها و درگاه های ATA و SCSI پیشرفت قابل توجهی داشتند.

دستگاه هایی که با SAS و SATA کار می‌کنند می‌توانند در محیط‌هایی فعالیت کنند. که دستگاه های SCSI و ATA نمی توانستند فعالیت کنند.
برای مثال شما می‌توانید در فعالیت های اصلی خود در سیستم‌های ذخیره سازی از هارد دیسک های SAS استفاده کنید.
این در حالی است که هم‌زمان از هارد دیسک های SATA به عنوان فعالیت‌های جانبی سیستم ذخیره‌سازی استفاده می‌کنید. این قابلیت در ساختار ATA و SCSI قابل پیاده‌سازی نبود.

تفاوت میان دو پروتکل ذخیره‌سازی SAS و SATA چیست؟

استاندارد SATA مخفف Serial Advanced Technology Attachment است. SASنیز مخفف Serial Attached SCSI است.
SCSI نیز مخفف Small Computer System Interface است.
این دو شیوه، روش‌های متداول برای اتصال دستگاه‌های ذخیره‌سازی به کامپیوتر و یا سرور‌های مختلف است. که وظیفه انتقال داده‌ها را بر عهده دارند.

در توضیحات Layman، پورت‌های SATA و SAS هر دو اتصالاتی برای وصل شدن هارد دیسک به مادربرد سرور هستند.
در حالی که هر دو این اتصالات اشاره به رابط کاربری برای انتقال اطلاعات دارند. بیشتر برای شناختن نوع هارد دیسک مطرح می‌شوند.

به خاطر داشته باشید که هدف اصلی این مقاله در مورد هارد دیسک‌های مغناطیسی است و درایو‌های حالت جامد (SSD) در نظر گرفته نشدند.
در حالت عادی بالاترین سرعت هارد دیسک‌های نوع SATA در حد ۷۲۰۰ دور در ثانیه است. در سمت مقابل هارد دیسک‌های نوع SAS در دو سرعت متفاوت ۱۰K و ۱۵K ساخته می‌شوند.

Kدر واقع همان هزار است و اشاره مستقیمی به سرعت چرخش دیسک درون درایو دارد.
بدون شک بزرگترین تفاوت بین SAS و SATA این است که درایو‌های SAS از سرعت دسترسی به اطلاعات بیشتری برخوردارند.

در حال حاضر بهترین شیوه اندازه گیری عملکرد یک هارد دیسک، میزان IOPS آن است.
IOPS در واقع میزان و سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات روی هارد دیسک را نمایش می‌دهد.
در صنعت ساخت دستگاه‌های ذخیره‌سازی میزان هشتاد IOS برای دستگاه‌های SATA با سرعت ۷.۲K پذیرفته شده است.

این در حالی است که IOPS برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی SAS با سرعت ۱۰K نزدیک به ۱۲۰ در نظر گرفته شده است.
این میزان برای دستگاه‌هایی با سرعت ۱۵K تا ۱۸۰ نیز افزایش پیدا می‌کند. که بیش از دو برابر نوع SATA است.
این اعداد با در نظر گرفتن حجم زیاد کاری به وجود آمدند.

درایو‌های نوع SAS معمولا برای مصرف‌های صنعتی و سرور‌ها

این درایوها در جایی که سرعت و دسترسی بالا بسیار مهم هستند، مثل عملیات بانکی تولید می‌شوند.
در سمت مقابل درایو‌های SATA بیشتر برای مصارف خانگی و دسکتاپ تولید می‌شوند.
در این نوع استفاده معمولا فشار زیادی روی دستگاه ذخیره‌سازی برای سرعت دسترسی نیست.

بیشتر برای پشتیبان گیری مورد استفاده قرار می‌گیرند. درایو‌های SAS معمولا بسیار مطمئن‌تر از درایود‌های SATA هستند.
زمان اولین خطا در نظر گرفته شده برای درایو‌های SAS حدود ۱.۲ میلیون ساعت در نظر گرفته شده است. که این میزان برای درایوهای SATA تنها ۷۰۰ هزار ساعت است.

با در نظر گرفتن ساختار فیزیکی، کابل‌های اتصال این دستگاه‌ها با یکدیگر کاملا متفاوت است.
طول کابل‌های SATA به یک متر محدود می‌شود. و وظیفه انتقال برق و اتصال به منبع تغذیه نیز توسط دو کابل کاملا مجزا انجام می‌شود.
کابل SAS می‌تواند تا ده متر طول داشته باشد.

نکات جالب

نکته جالب در مورد آن نیز این است که دیگر نیازی به استفاده از کابل مجزای برق وجود ندارد. چون کابل SAS به صورت هم‌زمان قدرت انتقال برق و داده‌ها را دارد.
در بخش حجم نهایی ارائه شده درایو‌های SATA برنده بی چون و چرا این مبارزه هستند.

درایو‌هایی با حجم سه ترابایت امروزه بسیار فراگیر شدند. و حتی دیسک‌هایی با حجم هشت ترابایت از این خانواده به بازار عرضه شدند.
گرچه معمولا میزان حجم این درایو‌ها چیزی بین یک یا سه ترابایت در نظر گرفته می‌شود. که بسیار مقرون به صرفه است.
در سمت مقابل دستگاه‌های ذخیره‌سازی SAS می‌توانند نهایتا حجمی معادل ۹۰۰ گیگابایت را به کاربر ارائه کنند. این میزان برای دستگاه‌های عمومی پذیرفته شده در بازار به ۴۵۰ الی ۵۰۰ گیگابایت می‌رسد.

در نهایت باید گفت که هر کدام از دستگاه‌‌های ذخیره‌سازی SAS و SATA ویژگی‌های منحصر به فرد دارند. دستگاه‌های SATA می‌توانند حجم بسیار زیادی را در اختیار کاربر قرار دهند.
اما در سمت مقابل سرعت بسیار پایین‌تری نسبت به مدل‌های SAS دارند.

دستگاه‌های ذخیره‌سازی SAS نیز سرعت بالا را فدای حجم بسیار پایین‌تر کردند. در هر صورت برای انتخاب دستگاه ذخیره‌سازی مناسب خود باید فاکتور‌های موجود را مد نظر قرار دهید.
اهداف مد نظر برای استفاده از دستگاه‌ ذخیره سازی می‌تواند تاثیر مهمی در انتخاب دستگاه ذخیره‌سازی داشته باشد.

پروتکل ذخیره‌سازی NL-SAS

درایوهای Nearline SAS که مختصرا NL-SAS نامیده می شوند، ترکیبی از درایوهای SAS و SATA می باشند. درایوهای NL-SAS از اینترفیس و پروتکل SAS برای برقرای ارتباط استفاده می‌کنند. اما پلتر و RPM درایوهای SATA را در خود دارند.
در واقع اجزاء داخلی درایو از اجزاء درایوهای SATA تشکیل شده (سخت افزار) و کنترلر و اینترفیس و پروتکل آن (نرم افزار) از درایو SAS گرفته شده است.

شاید برای شما هم این سوال پیش بیاید که هدف از ایجاد درایوهای NL-SAS چه بوده است؟
این درایوها به راحتی به backplane و کانکتور SAS متصل می شوند. مزایای مجموعه دستورات SCSI و صف بندی پیشرفته آن را ارائه می کنند،
در حالی‌که ویژگی مثبت درایوهای SATA یعنی حجم بالای حافظه ذخیره سازی آنها را هم به همراه دارند.
در مجموع پروتکل NL-SAS ترکیب مناسبی از پروتکل های SAS و SATA به وجود آورده است.

از آنجایی که اکثر استوریج‌ها از NL-SAS پشتیبانی می‌کنند. این پروتکل به جایگزین مناسبی برای پروتکل SATA در دنیای پیشرفته ذخیره سازی اطلاعات تبدیل شده است.

پروتکل ذخیره سازی FC

درایوهای FC از مجموعه دستورات و مکانیزم صف بندی SCSI استفاده می کنند. اینترفیس های دوئل FC-AL یا دوئل FC P2P را دارا می باشند.
این درایوها هم مانند درایوهای SAS برای نیازهای high performance مناسب هستند.
این موضوع را هم باید در نظر گرفت که درایوهای FC به ازای هر گیگابایت فضای ذخیره سازی ($/GB) بهای بسیار زیادی دارند.

از نظر پرفورمنس اینترفیس FC تقریبا عملکردی مشابه اینترفیس SAS دارد. در استوریج های بسیار بزرگ و High end، پرفورمنس اینترفیس FC اندکی نسبت به اینترفیس SAS بهتر است.
اما به دلیل قیمت ارزانتر درایوهای SAS تقریبا می توان گفت که درایوهای FC به طور کلی کنار گذاشته شده است و به جای آن از درایوهای SAS استفاده می‌شود.

جمع بندی مقایسه انواع پروتکل ذخیره سازی

در این مقاله سعی کردیم با معرفی انواع پروتکل ذخبره سازی و تفاوت آن‌ها با هم موارد استفاده در هارد درایوها را معرفی کنیم.
فهمیدیم که در دنیای ذخیره سازی اطلاعات درایوهای SAS ،SATA و NL-SAS بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
درایو SATA در سیستم های low end مانند لپ‌تاپ‌ها و کامپیوترهای شخصی استفاده می‌شوند.
درایوهای SAS و NL-SAS هم در سیستم های high end مانند انواع استوریج‌ها کاربرد دارند.

 دانلود pdf معرفی پروتکل های ذخیره سازی