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scsi、ide、fc及sata……，这些令人眼花缭乱的存储协议和接口之间都有怎样“剪不断理还乱”的关系呢？今天，我们就听瓜哥细细道来吧。
一．顶层协议描述了什么
在存储系统中，上层协议可以泛指“指令”，也就是比如“读出从某某开始的多少长度的扇区”，指令包含三大关键信息：
1. 操作码：operation code，或者称为op code。比如write，read，control（inquery，standby等等）。
2.起始地址：从哪开始读。如果是文件的话，精确到字节。如果是硬盘的话，精确到lba（扇区）。
3.长度：从起始地址往后多长的一段字节或者扇区。
二．下层协议及接口又有什么用
那么，指令如何传递给对端的设备？你可以自己将上述指令的二进制码再编码一下，用手电筒的亮灭传递给对方，对方收到之后闪一下手电筒表示已经收到。此时，手电筒编码、收到后怎么表示收到，这也是一种协议，属于传输层协议。而手电筒就是物理层的接口，最终通过物理层，也就是光在真空中传播来将信息发送到对方。
同理，scsi指令/协议和nvme指令/协议，是存储系统面向机械盘和固态介质分别开发的两种上层协议。它们可以被over到传输层协议+网络层/链路层/物理层接口上传输到对方，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 标准插槽、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，因为目前来讲，pcie的物理层+链路层+网络层+传输层还是非常高效的，算是开放式it设备外部io总线里速率较高使用最广泛的。当然，如果为了扩展性考虑，也可以把nvme over tcp/ip over 以太网，或者nvme over rdma over 以太网/ib，或者nvme over fc等等。
底层接口，同样是手电筒，有人用灯丝灯泡的，有人用led的，有人用袖珍的，有人用手提的，有人用头戴的。这就是接口不同，但是它们传递的信息编码、物理层，都是一样的。比如，pcie可以用标准插槽，也可以用自定义的插槽，但是里面的信号针脚数量都是一样的。
三．各类存储系统使用的协议及接口一览
存储系统中的硬件物理接口，包括：
1.scsi协议及接口：最原始的上层协议及底层接口标准。有人可能蒙掉了，scsi不是上层协议的名字么，为何底层物理接口也叫scsi？因为scsi这个标准最早的时候把上层协议一直到底层传输协议、网络层、物理层全给定义了。下图就是scsi体系设备侧的接口物理形态。目前已被淘汰。其定义了：表示层到物理层。
2.ide协议及接口：承载ata协议。面向消费级，与scsi接口处于同一个时代。同属并行总线接口，最大接2个设备。物理层速率比同时代scsi接口低。目前已被淘汰。其定义了：传输层到物理层。
3.fc协议及接口：用于存储系统时则承载scsi协议，理论上可以承载任何上层协议。分为fcal和fc fabric两种网络层拓扑。磁盘接入的是fcal拓扑。物理层接口如下图所示。为了满足企业级对可用性的要求，fc盘被作为双数据接口，接入两个成环器再各自上联到fc控制器上。图中所示的接口中包含两套数据针脚。其定义了：传输层到物理层。
4.sata协议及接口，仅用于承载ata协议。其用于取代ide接口。属于串行总线，每个通道只能接入一个设备，采用特殊的mux可以复用多个设备。下图中左侧为数据口，右侧为供电口。数据口有三根地线和两对差分线。供电口有不同电流的多路冗余供电。其定义了：传输层到物理层。
5.sas协议及接口：在存储系统中用来取代fcal接口。目前速率达到12gb/s，支持交换式组网，电路交换，不能成环。其定义了：传输层到物理层。sas和sata的连接器看上去差不多，仔细观察会发现sata连接器中间的缺口在sas上是被补平的，其反面其实还有7根数据线，这就是企业级冗余所要求的双端口，这第二个数据口接入到第二个sas控制器或者expander上。
6.pcie协议及接口，承载pcie传输协议。其可承载各种上层协议。用于存储系统时，一般直接承载nvme协议，也可以承载scsi协议，但是后者没有普及。其定义了：传输层到物理层。目前pcie设备侧连接器形态主要是标准插槽或者sff8639（u.2）。
7.emmc协议及接口，没有连接器，直接从flash颗粒管脚以贴片的方式与emmc控制器的管脚相连。承载emmc上层协议（与ata/scsi/nvme处于同一个阶层）。底层物理层采用并行总线。emmc与早期scsi的做法类似，从顶层协议到底层物理层全都定义了一套自己的标准。其定义了：表示层到物理层。
8.ufs协议及接口，没有连接器，直接从flash颗粒管脚以贴片的方式与ufs控制器的管脚相连。底层物理层采用串行总线。上层协议采用ufs协议（与ata/scsi/nvme/emmc处于同一个阶层）。ufs与早期scsi的做法类似，从顶层协议到底层物理层全都定义了一套自己的标准。其定义了：表示层到物理层。
连接器
上述的scsi、fc、sas等各种协议都相应定义了自己的物理层连接器形态。但这并不意味着某种连接器只能承载当初定义它的那个协议。比如，sata连接器可以承载以太网物理层信号，rj45连接器可以承载串行通信协议物理层信号。sas协议定义的hd minisas连接器可以承载pcie物理层信号，等等。有个原则就是，为高速率传输协议定义的连接器，可以承载低速率传输协议，反之则不行。
1.上述各种协议原生定义的连接器，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较多，但是到12gb速率时代之后，逐渐统一成hd minisas类型的连接器，如下图所示，分内口和外置口两个版本。minisas逐渐不再用。
3.u.2连接器（sff-8639连接器），其中包含sas、sata和pcie x4三套接口，充分利用空间，将三套金手指信号做到接口上，各干各的。意味着可以插入一块sas或sata或pcie盘。样子乍一看和sas差不多，但是别搞混了，还是有差别的。u.2实质上是一种combo组合接口。其定义了：连接器。
4.m.2连接器广泛用于平板电脑里的固态存储介质。其底层可承载pcie传输协议，然后可以scsi over pcie，nvme over pcie。其也可以直接跑sata信号。
本文转自d1net（转载）