کارت SAS Expander چیست؟

در سرورهای سازمانی، همیشه یک سؤال مهم مطرح می‌شود. به‌ویژه وقتی سرور برای ذخیره‌سازی، بکاپ، آرشیو، مجازی‌سازی یا پردازش داده‌های حجیم استفاده می‌شود. سؤال این است: چگونه می‌توان تعداد بیشتری هارد یا SSD را به یک سرور HP متصل کرد، بدون اینکه چندین کنترلر ذخیره‌سازی جداگانه نصب کنیم؟

در نگاه اول، شاید ظرفیت هر هارد مهم‌ترین محدودیت به نظر برسد. اما در عمل، محدودیت اصلی چیز دیگری است: تعداد پورت‌ها و مسیرهای ارتباطی بین کنترلر RAID یا HBA و درایوها.

یک کنترلر SAS معمولا تعداد محدودی پورت فیزیکی دارد. در مقابل، مدیر شبکه یا کارشناس زیرساخت ممکن است لازم داشته باشد ده‌ها هارد SAS یا SATA را در یک سرور یا انکلوژر ذخیره‌سازی مدیریت کند.

در چنین شرایطی، SAS Expander یا کارت توسعه SAS وارد معماری ذخیره‌سازی سرور می‌شود. این قطعه کمک می‌کند تعداد بیشتری درایو را به کنترلر متصل کنیم، بدون اینکه به چندین کنترلر جداگانه نیاز داشته باشیم.

در این مقاله از مجله اینترنتی تیوان سرور به بررسی کامل و دقیق کارت SAS Expander می‌پردازیم. تا انتها همراه ما باشید.

SAS Expander چیست؟

SAS Expander به زبان ساده، قطعه‌ای است که کمک می‌کند تعداد بیشتری درایو SAS یا SATA را به یک کنترلر SAS متصل کنیم.

Broadcom نیز SAS Expander را راهکاری برای اتصال سرورها، کنترلرها و تجهیزات ذخیره‌سازی خارجی به تعداد زیادی درایو می‌داند.

اما قبل از ادامه، باید یک نکته مهم را روشن کنیم: SAS Expander جایگزین RAID Controller نیست. این کارت RAID نمی‌سازد، کش را مدیریت نمی‌کند و پردازش Parity را انجام نمی‌دهد. همچنین کنترل مستقیم Logical Drive را بر عهده ندارد.

نقش اصلی SAS Expander، گسترش مسیرهای ارتباطی بین کنترلر و دیسک‌ها است. این قطعه کمک می‌کند کنترلر بتواند تعداد بیشتری دیسک را مدیریت کند.

اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، SAS Expander بیشتر شبیه یک سوئیچ ذخیره‌سازی داخلی عمل می‌کند، نه یک کنترلر مستقل.

برای درک ساده‌تر، می‌توان SAS Expander را تا حدی با سوئیچ شبکه مقایسه کرد. یک سوئیچ شبکه کمک می‌کند چندین دستگاه از طریق یک ساختار مرکزی به شبکه وصل شوند. SAS Expander نیز نقش مشابهی در فضای ذخیره‌سازی دارد. این قطعه کمک می‌کند چندین درایو SAS یا SATA از طریق یک کنترلر SAS مدیریت شوند.

در یک اتصال ساده و مستقیم، مسیر ارتباطی به این شکل است:

RAID Controller / HBA → Backplane → Drive

اما وقتی تعداد درایوها بیشتر می‌شود، مسیر به این شکل تغییر می‌کند:

RAID Controller / HBA → SAS Expander → Backplane → HDD / SSD

در این ساختار، کنترلر همچنان مغز اصلی ذخیره‌سازی است؛ یعنی RAID Controller یا HBA تصمیم می‌گیرد داده‌ها چطور مدیریت شوند. SAS Expander فقط کمک می‌کند این کنترلر بتواند به تعداد بیشتری درایو دسترسی داشته باشد.

چرا در سرورها به SAS Expander نیاز داریم؟

در بسیاری از سرورهای رک‌مونت و تاور، تعداد جایگاه‌های نصب درایو بیشتر از تعداد پورت‌های مستقیم کنترلر ذخیره‌سازی است. برای مثال، یک سرور ممکن است از 16، 24 یا حتی تعداد بیشتری هارد پشتیبانی کند. اما کنترلر نصب‌شده روی آن، پورت کافی برای اتصال مستقیم به همه این درایوها ندارد.

در چنین شرایطی، معمولا سه راهکار وجود دارد:

راهکار اول، استفاده از چند کنترلر ذخیره‌سازی است. این روش همیشه اقتصادی و ساده نیست. از طرفی، ممکن است با محدودیت اسلات PCIe، مصرف برق بیشتر، کابل‌کشی پیچیده‌تر یا ناسازگاری سخت‌افزاری روبه‌رو شویم.

راهکار دوم، استفاده از کنترلرهایی با تعداد پورت بیشتر است. این روش در بعضی سناریوها جواب می‌دهد. اما همیشه با مدل سرور، نوع Backplane یا بودجه پروژه سازگار نیست.

راهکار سوم، استفاده از SAS Expander است. این راهکار در بسیاری از سرورهای سازمانی کاربرد دارد. به‌ویژه در سرورهای HPE، Dell و سیستم‌های ذخیره‌سازی Enterprise، استفاده از SAS Expander بسیار رایج است.

در این روش، یک کنترلر سازگار به SAS Expander متصل می‌شود. سپس SAS Expander امکان اتصال تعداد بیشتری درایو را فراهم می‌کند. برای نمونه، HPE در QuickSpecs کارت 12G SAS Expander خود توضیح می‌دهد که این کارت در سرورهای ProLiant Gen9 و Gen10 کاربرد دارد. این کارت، در صورت اتصال به Smart Array یا Smart HBA سازگار، می‌تواند تا 28 درایو را پشتیبانی کند

SAS Expander چه کاری انجام می‌دهد؟

برای درک عملکرد SAS Expander، ابتدا باید معماری ارتباطی SAS را بشناسیم.

SAS یا Serial Attached SCSI یک رابط سریال نقطه‌به‌نقطه است. این رابط، تجهیزات ذخیره‌سازی مانند هارد، SSD و Tape Drive را به کنترلر سرور متصل می‌کند.

در این معماری، ارتباط بین کنترلر و درایوها از طریق مسیرهایی به نام PHY انجام می‌شود. هر PHY یک مسیر فیزیکی برای انتقال داده است.

کار اصلی SAS Expander، گسترش مسیرهای ارتباطی بین کنترلر و درایوها است. در معماری SAS، ارتباط از طریق مسیرهایی به نام PHY انجام می‌شود. هر پورت SAS می‌تواند از چند PHY تشکیل شود. وقتی چند PHY کنار هم قرار می‌گیرند، یک مسیر پهن‌تر به نام Wide Port ایجاد می‌شود.

SAS Expander این مسیرها را بین کنترلر و درایوهای مختلف مدیریت می‌کند. به زبان ساده، این قطعه کمک می‌کند کنترلر با تعداد بیشتری Target یا همان درایو ارتباط برقرار کند.

در این ساختار، کنترلر دیگر لازم نیست برای هر دیسک یک اتصال مستقیم و اختصاصی داشته باشد. Expander در میانه مسیر قرار می‌گیرد و ارتباط بین کنترلر، Backplane و دیسک‌ها را هدایت می‌کند.

اما یک نکته مهم را نباید نادیده گرفت: SAS Expander تعداد اتصال‌ها را افزایش می‌دهد، اما لزوما پهنای‌باند کلی سیستم را به همان نسبت بیشتر نمی‌کند.

برای مثال، اگر یک کنترلر با تعداد محدودی Lane به Expander وصل شود و پشت آن چندین SSD پرسرعت قرار بگیرد، احتمال ایجاد گلوگاه وجود دارد.

این گلوگاه معمولا در بارهای کاری سنگین بیشتر دیده می‌شود. به همین دلیل، انتخاب SAS Expander باید بر اساس چند عامل انجام شود:

• تعداد دیسک‌ها
• نوع دیسک‌ها
• نسل SAS
• نوع کنترلر و نوع Workload.

آیا SAS Expander همان RAID Controller است؟

خیر. این موضوع یکی از رایج‌ترین اشتباهات هنگام خرید یا بررسی قطعات سرور است.

RAID Controller وظیفه مدیریت آرایه‌های RAID را بر عهده دارد. این کنترلر Logical Drive ایجاد می‌کند، Write Cache را کنترل می‌کند، خطاها را مدیریت می‌کند و عملیات بازسازی آرایه را انجام می‌دهد. همچنین پردازش اصلی عملیات ذخیره‌سازی بر عهده RAID Controller است.

اما SAS Expander چنین نقشی ندارد. Expander فقط مسیر ارتباطی را توسعه می‌دهد. این قطعه کمک می‌کند تعداد بیشتری درایو به کنترلر متصل شوند.

برای درک بهتر، می‌توانیم از یک مثال ساده استفاده کنیم. RAID Controller مثل مدیر اصلی ترافیک داده است. اما SAS Expander شبیه مسیر یا سوئیچی عمل می‌کند که این ترافیک را به مقصدهای بیشتری می‌رساند.

بنابراین اگر یک سرور RAID Controller نداشته باشد، نصب SAS Expander به‌تنهایی RAID سخت‌افزاری ایجاد نمی‌کند. همچنین اگر کنترلر نصب‌شده از SAS Expander پشتیبانی نکند، ممکن است درایوها درست شناسایی نشوند. در بعضی موارد، کل ساختار ذخیره‌سازی نیز ناپایدار می‌شود.

تفاوت SAS Expander با Backplane

Backplane بردی است که درایوها به آن متصل می‌شوند. وقتی هارد یا SSD را داخل Bay سرور قرار می‌دهید، کانکتور پشت درایو به Backplane وصل می‌شود.

Backplane می‌تواند ساختار ساده‌ای داشته باشد. در بعضی مدل‌ها نیز قابلیت‌های پیشرفته‌تری ارائه می‌دهد؛ مثل اتصال SAS، SATA، NVMe، مدیریت LED و ارتباط با کنترلر.

اما Backplane با SAS Expander یکی نیست.

Backplane بیشتر نقش بستر فیزیکی اتصال درایوها را دارد. در مقابل، SAS Expander مسیرهای ارتباطی SAS را توسعه می‌دهد و ارتباط بین کنترلر و درایوها را مدیریت می‌کند.

در بعضی سرورها، Expander روی خود Backplane قرار دارد. در بعضی مدل‌ها نیز به‌صورت کارت جداگانه روی اسلات PCIe نصب می‌شود. این کارت از طریق کابل‌های Mini-SAS یا Mini-SAS HD به کنترلر و Backplane متصل می‌شود.

برای مثال، در کارت HPE 12G SAS Expander، طبق QuickSpecs، دو پورت x4 Mini-SAS برای اتصال به Smart Array Controller یا Smart HBA در نظر گرفته شده است. همچنین هفت پورت x4 Mini-SAS برای اتصال به Backplane درایوهای سرور وجود دارد.

SAS Expander برای چه سرورهایی کاربرد بیشتری دارد؟

کارت SAS Expander بیشتر در سرورهایی استفاده می‌شود که تعداد درایو بالایی دارند یا قرار است ظرفیت ذخیره‌سازی آن‌ها در آینده افزایش پیدا کند. این قطعه به‌ویژه در چند سناریوی رایج کاربرد دارد:

• سرورهای بکاپ و آرشیو
• سرورهای فایل و ذخیره‌سازی داخلی
• سرورهای مجازی‌سازی با تعداد زیاد دیسک
• سرورهای مجهز به چند Backplane
• سیستم‌های JBOD و DAS
• سرورهایی که به ظرفیت بیشتر نیاز دارند، اما اسلات کافی برای نصب چند کنترلر جداگانه ندارند

در این سناریوها، SAS Expander کمک می‌کند طراحی ذخیره‌سازی منظم‌تر و مقیاس‌پذیرتر باشد. همچنین می‌تواند هزینه توسعه ظرفیت را کاهش دهد.

البته انتخاب مدل مناسب SAS Expander باید با دقت انجام شود. چون سازگاری آن با مدل سرور، RAID Controller، Backplane، نوع کابل، نسل SAS و نسخه Firmware اهمیت زیادی دارد.

کارت توسعه SAS Expander چطور درایوها را مدیریت می‌کند؟

وقتی سرور روشن می‌شود، کنترلر ذخیره‌سازی شروع به شناسایی تجهیزات می‌کند. در این مرحله، کنترلر باید چند موضوع را تشخیص دهد. باید بداند چه درایوهایی در مسیر قرار دارند، از چه مسیری به آن‌ها دسترسی دارد و هر درایو در چه وضعیتی است.

اینجاست که SAS Expander نقش مهمی در فرایند Discovery یا شناسایی توپولوژی دارد.

در معماری SAS، مجموعه‌ای از مسیرها، کابل‌ها، Expanderها، Enclosureها، پورت‌های کنترلر و پورت‌های درایوها کنار هم قرار می‌گیرند. این مجموعه، یک SAS Fabric یا ساختار ارتباطی SAS ایجاد می‌کند.

IBM نیز SAS Fabric را مجموعه همه مسیرهای بین پورت‌های کنترلر و پورت‌های دستگاه‌های I/O در زیرسیستم SAS معرفی می‌کند.