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scsi、ide、fc及sata……，這些令人眼花缭亂的存儲協定和接口之間都有怎樣“剪不斷理還亂”的關系呢？今天，我們就聽瓜哥細細道來吧。
一．頂層協定描述了什麼
在存儲系統中，上層協定可以泛指“指令”，也就是比如“讀出從某某開始的多少長度的扇區”，指令包含三大關鍵資訊：
1. 操作碼：operation code，或者稱為op code。比如write，read，control（inquery，standby等等）。
2.起始位址：從哪開始讀。如果是檔案的話，精确到位元組。如果是硬碟的話，精确到lba（扇區）。
3.長度：從起始位址往後多長的一段位元組或者扇區。
二．下層協定及接口又有什麼用
那麼，指令如何傳遞給對端的裝置？你可以自己将上述指令的二進制碼再編碼一下，用手電筒的亮滅傳遞給對方，對方收到之後閃一下手電筒表示已經收到。此時，手電筒編碼、收到後怎麼表示收到，這也是一種協定，屬于傳輸層協定。而手電筒就是實體層的接口，最終通過實體層，也就是光在真空中傳播來将資訊發送到對方。
同理，scsi指令/協定和nvme指令/協定，是存儲系統面向機械盤和固态媒體分别開發的兩種上層協定。它們可以被over到傳輸層協定+網絡層/鍊路層/實體層接口上傳輸到對方，比如scsi over fc，scsi over sas、[（scsi over tcp）over ip] over ethernet（iscsi）, scsi over rdma over ib（srp）, scsi over tcp over ip over ib。以及nvme over pcie over 标準插槽、nvme over pcie over m.2接口、nvme over pcie over sff8639接口等等。nvme最好是直接over到pcie上，因為目前來講，pcie的實體層+鍊路層+網絡層+傳輸層還是非常高效的，算是開放式it裝置外部io總線裡速率較高使用最廣泛的。當然，如果為了擴充性考慮，也可以把nvme over tcp/ip over 以太網，或者nvme over rdma over 以太網/ib，或者nvme over fc等等。
底層接口，同樣是手電筒，有人用燈絲燈泡的，有人用led的，有人用袖珍的，有人用手提的，有人用頭戴的。這就是接口不同，但是它們傳遞的資訊編碼、實體層，都是一樣的。比如，pcie可以用标準插槽，也可以用自定義的插槽，但是裡面的信号針腳數量都是一樣的。
三．各類存儲系統使用的協定及接口一覽
存儲系統中的硬體實體接口，包括：
1.scsi協定及接口：最原始的上層協定及底層接口标準。有人可能蒙掉了，scsi不是上層協定的名字麼，為何底層實體接口也叫scsi？因為scsi這個标準最早的時候把上層協定一直到底層傳輸協定、網絡層、實體層全給定義了。下圖就是scsi體系裝置側的接口實體形态。目前已被淘汰。其定義了：表示層到實體層。
2.ide協定及接口：承載ata協定。面向消費級，與scsi接口處于同一個時代。同屬并行總線接口，最大接2個裝置。實體層速率比同時代scsi接口低。目前已被淘汰。其定義了：傳輸層到實體層。
3.fc協定及接口：用于存儲系統時則承載scsi協定，理論上可以承載任何上層協定。分為fcal和fc fabric兩種網絡層拓撲。磁盤接入的是fcal拓撲。實體層接口如下圖所示。為了滿足企業級對可用性的要求，fc盤被作為雙資料接口，接入兩個成環器再各自上聯到fc控制器上。圖中所示的接口中包含兩套資料針腳。其定義了：傳輸層到實體層。
4.sata協定及接口，僅用于承載ata協定。其用于取代ide接口。屬于串行總線，每個通道隻能接入一個裝置，采用特殊的mux可以複用多個裝置。下圖中左側為資料口，右側為供電口。資料口有三根地線和兩對差分線。供電口有不同電流的多路備援供電。其定義了：傳輸層到實體層。
5.sas協定及接口：在存儲系統中用來取代fcal接口。目前速率達到12gb/s，支援交換式組網，電路交換，不能成環。其定義了：傳輸層到實體層。sas和sata的連接配接器看上去差不多，仔細觀察會發現sata連接配接器中間的缺口在sas上是被補平的，其反面其實還有7根資料線，這就是企業級備援所要求的雙端口，這第二個資料口接入到第二個sas控制器或者expander上。
6.pcie協定及接口，承載pcie傳輸協定。其可承載各種上層協定。用于存儲系統時，一般直接承載nvme協定，也可以承載scsi協定，但是後者沒有普及。其定義了：傳輸層到實體層。目前pcie裝置側連接配接器形态主要是标準插槽或者sff8639（u.2）。
7.emmc協定及接口，沒有連接配接器，直接從flash顆粒管腳以貼片的方式與emmc控制器的管腳相連。承載emmc上層協定（與ata/scsi/nvme處于同一個階層）。底層實體層采用并行總線。emmc與早期scsi的做法類似，從頂層協定到底層實體層全都定義了一套自己的标準。其定義了：表示層到實體層。
8.ufs協定及接口，沒有連接配接器，直接從flash顆粒管腳以貼片的方式與ufs控制器的管腳相連。底層實體層采用串行總線。上層協定采用ufs協定（與ata/scsi/nvme/emmc處于同一個階層）。ufs與早期scsi的做法類似，從頂層協定到底層實體層全都定義了一套自己的标準。其定義了：表示層到實體層。
連接配接器
上述的scsi、fc、sas等各種協定都相應定義了自己的實體層連接配接器形态。但這并不意味着某種連接配接器隻能承載當初定義它的那個協定。比如，sata連接配接器可以承載以太網實體層信号，rj45連接配接器可以承載串行通信協定實體層信号。sas協定定義的hd minisas連接配接器可以承載pcie實體層信号，等等。有個原則就是，為高速率傳輸協定定義的連接配接器，可以承載低速率傳輸協定，反之則不行。
1.上述各種協定原生定義的連接配接器，不再多描述。
2.sas方面，由于引入了expander，外置端口形态在早期比較多，但是到12gb速率時代之後，逐漸統一成hd minisas類型的連接配接器，如下圖所示，分内口和外置口兩個版本。minisas逐漸不再用。
3.u.2連接配接器（sff-8639連接配接器），其中包含sas、sata和pcie x4三套接口，充分利用空間，将三套金手指信号做到接口上，各幹各的。意味着可以插入一塊sas或sata或pcie盤。樣子乍一看和sas差不多，但是别搞混了，還是有差别的。u.2實質上是一種combo組合接口。其定義了：連接配接器。
4.m.2連接配接器廣泛用于平闆電腦裡的固态存儲媒體。其底層可承載pcie傳輸協定，然後可以scsi over pcie，nvme over pcie。其也可以直接跑sata信号。
本文轉自d1net（轉載）