升华:交换和路由

　　与SATA一样，SAS也可以让主机端口与设备端口点对点直接相连，但不同的是，后者从设计之初就引入了类似于Port Multiplier的中间设备，以达成大量设备连接能力并实现更为复杂的拓扑结构。

　　这个中间设备叫做扩展器(Expander)，不过与并行SCSI中的同名设备不是一个概念。如果把SATA的Port Multiplier比做Hub，那么SAS的扩展器就是交换机(Edge Expander，边沿扩展器)和路由器(Fanout Expander，扇出扩展器)。

　　扩展器利用可多达128个的PHY(发送器和接收器各一、能够接受1个物理链接的最小单元，譬如1个4宽度端口即由4个PHY组成)连接主机/设备或其他扩展器，组成星形拓扑架构。SAS还引入了“域”的概念，扇出扩展器是SAS域的核心，一个SAS域只能有一个扇出扩展器，它可以随意连接边沿扩展器;一个边沿扩展器只能连接到一个扇出扩展器上，而在没有扇出扩展器的情况下最多仅允许两个边沿扩展器互连;在不超过数目上限的前提下，扩展器可以随意连接发起者/目标设备。也就是说，在一个SAS域中，任意两点(主机或设备)之间最多可以有3个扩展器。

　　SAS制订初期的目标是每个扩展器可连接64个设备，一个SAS域最多4096个(64×64)设备;后来规范制订者们意识到没有必要把扩展器的端口数目限制在64个，于是便改为每个扩展器能够寻址128个PHY，整个SAS域形成一个物理连接数目可达16K(128×128=16384)的点对点交换式拓扑架构。

　　扩展器强大的连接能力不仅是为设备数量服务的，它还可以用多达4个的物理链接组成宽链接来获得成倍的带宽。以4宽度内部串行附属连接器为例，SATA只能通过4根相互间没有逻辑联系的线缆获得4个独立的SATA链接，SAS却可以得到一个4宽度链接(在一个扩展器上)、两个2宽度链接(在两个扩展器上)、四个1宽度链接(在四个独立的扩展器或设备上)，甚至还能够是一个3宽度链接和一个1宽度链接……性能与灵活度都远胜于SATA。

　　不过，扩展器引入的复杂度也不尽是优点，譬如它将原本直接相连的两个设备分隔开就隐藏着潜在的风险。为此，SAS在链路层引入了速率匹配(rate matching)的概念，即在高速连接一侧(视需要)降低实际数据速率，维持扩展器吞吐量的平衡。这一功能对SAS主机控制器(3.0Gbps)通过扩展器连接SATA外围设备(1.5Gbps)的应用显得尤为重要。

　　说到SAS主机控制器连接SATA外围设备，我们还得颇费些口舌。SAS支持3种协议，分别是串行SCSI协议(Serial SCSI Protocol，SSP)，全双工，让SCSI运行在增强的SATA物理层上;串行ATA隧道协议(Serial ATA Tunneled Protocol，STP)，为SATA增加多目标寻址和多发起者访问，以适应SAS环境的需要;串行管理协议(Serial Management Protocol，SMP)，用于发现和管理扩展器。’

　　扩展器把SATA的点对点连接扩展至SAS的多发起者/多目标，然而SATA协议仅支持单发起者/单目标，STP的任务就是让发起者能够通过扩展器访问SATA目标。STP在发起者与最远的、也就是连接SATA设备的扩展器端口(STP目标端口)之间建立起一条通路(隧道)，传输标准的SATA 1.0帧，因此在SATA设备看来，自己连接的就是SATA主机适配器。如果发起者端口识别出与其直接相连的是一台SATA设备，则只使用SATA协议通信。

　　那么SAS主机控制器端口怎么知道自己连接的是SATA设备还是SAS设备呢?这就要借助于带外(Out of band，OOB)信号来识别了。在连接初始化时，主机控制器端口送出OOB慢速脉冲信号，检测目标对COMSAS脉冲的响应情况——如果目标也返回COMSAS脉冲，就是SAS设备，反之即为SATA设备。需要注意的是，由于在SAS协议中发起者和目标是对等的，外围设备也可以主动送出COMSAS脉冲，向主机适配器表明自己的身份。以硬盘为例，能否生成COMSAS脉冲即是辨别SAS与SATA的依据。

　　STP发起者端口经过OOB协商确认与自己相连的是SATA设备后即进入SATA模式，严格遵循SATA主机适配器的行为规范。STP并不关心SATA FIS(Frame Information Structure，帧信息结构)的内容，SATA命令排队可以在FIS中传输——前提当然是STP发起者端口和SATA设备必须支持命令排队功能。

　　传输完成后由SAS主机适配器或扩展器决定是否用STP断开与SATA设备的连接，以后需要时再重新连接。整个过程中该SATA设备始终以为自己通过正常的流控机制直接连在某个SATA主机适配器上，实际情况却是SAS主机适配器进行了SATA“翻译”工作。在Windows操作系统中，这个SAS主机适配器将与使用Miniport驱动程序的SATA主机适配器一样被归类为SCSI控制器。