Технология FDDI. Основные характеристики. Особенности метода доступа. Отказоустойчивость технологии. Физический уровень технологии FDDI. Реферат: Технология FDDI Интерфейсы и порты FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных -это первая технология локальных сетей, в которой сре­дой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в ло­кальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуа­тации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSIразработала в период с 1986по 1988гг. начальные версии стандар­та FDDI,который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100Мбит/с по двой­ному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100км.

Основные характеристики технологии

Технология FDDIво многом основывается на технологии Token Ring,развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDIставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

повысить битовую скорость передачи данных до 100Мбит/с;

повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановле­ния ее после отказов различного рода -повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) графиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI,и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участ­ки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис.9.8),вновь образуя единое кольцо.Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец.Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изобра­жается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передат­чики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних стан­ций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDIмного внимания отводится различным процедурам, кото­рые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию.Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспо­собность в случае единичных отказов ее элементов.При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDIдополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ringмеханизмами реконфигу­рации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

Рис.9. 8 Реконфигурация колец FDDIпри отказе

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ringи также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring.Это время зависит от загрузки кольца -при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля.Эти изменения в методе досту­па касаются только асинхронного графика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного графика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.

Адреса уровня MACимеют стандартный для технологий IEEE 802формат.

На рис. 9.9приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDIопределяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC)канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDIиспользуется протокол подуровня управления каналом данных LLC,определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDIбыла разработана и стандар­тизована институтом ANSI,а не комитетом IEEE,она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Рис.9. 9 Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT) , Именно уровень SMT выполняет все функ­ции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI.Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMTдля управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDIобеспечивается протоколами и других уров­ней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим при­чинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC -логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кад­ров данных между портами концентратора.

FDDI

Token Ring и FDDI - это функционально намного более сложные технологии, чем Ethernet на разделяемой среде. Разработчики этих технологий стремились наделить сеть на разделяемой среде многими положительными качествами: сделать механизм разделения среды предсказуемым и управляемым, обеспечить отказоустойчивость сети, организовать приоритетное обслуживание для чувствительного к задержкам трафика, например голосового. Нужно отдать им должное - во многом их усилия оправдались, и сети FDDI довольно долгое время успешно использовались как магистрали сетей масштаба кампуса, в особенности в тех случаях, когда нужно было обеспечить высокую надежность магистрали.

Технологию FDDI можно считать усовершенствованным вариантом Token Ring, так как в ней, как и в Token Ring, основанный на передаче токена, а также кольцевая топология связей, но вместе с тем FDDI работает на более высокой скорости и имеет более совершенный механизм отказоустойчивости.

Технология FDDI стала первой технологией локальных сетей, в которой оптическое волокно, начавшее применяться в телекоммуникационных сетях с 70-х годов прошлого века, было использовано в качестве разделяемой среды передачи данных. За счёт применения оптических систем скорость передачи данных удалось повысить до 100 Мбит/с (позже появилось оборудование FDDI на витой паре, работающее на той же скорости).

Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары - первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет соблюсти порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельные (но функционирующих) сетей.

Сети FDDI не имеют себе ровные при построении опорные магистрали (backbone) локальных сетей, позволяя реализовать принципиально новые возможности - изъятую обработку изображений и интерактивную графику. Обычно устройства (DAS - Dual Attached Station) подключаются до обоих колец одновременно. Пакеты по этим кольцам двигаются в противоположных направлениях. В норме только одно кольцо активно (первичное), но при возникновении сбоя (отказ в одном из узлов) активизируется и второе кольцо, которое заметно повышает надежность системы, позволяя обойти неисправный участок (схема соединений внутри станций-концентраторов на рис. 1 является сильно упрощенной). Предусмотрена возможность подключения станций и только к одному кольцу (SAS - Single Attached Station), что заметно более дешево. К одному кольцу можно подключить до 500 DAS и 1000 SAS. Сервер и клиент имеют разные типы интерфейсов.

Технология FDDI обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик. Часть полосы пропускания кольца, которое остается, отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритеты для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а другие данные - асинхронный.

Стандарт FDDI определяет четыре компонента:

MAC (Media Access Control), что определяет форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (отвечает канальному уровню модели OSI);

PHY (Physical) выполняет физическую и логическую кодировку и декодирование, синхронизацию и кадрирование;

PMD (Physical Medium Dependent) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY отвечают физическому уровню OSI);

SMT (Station Management) выполняет все функции по управлению и контролю работы других компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию элементов, которые отказали, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

Нетрадиционным для других сетей является концентратор, что используется в FDDI. Он позволяет подключить несколько приборов SAS-типу к стандартному FDDI-кольца, создавая структуры типа дерева. Но такие структуры несут в себе определенные ограничения на длины сетевых элементов, так при использовании повторителя отдаления не должно превышать 1,5 км, а в случае моста 2,5 км (одномодовый вариант). Невзирая на эти ограничения и то, что базовой топологией сетей FDDI является кольцо, звездообразные варианты также имеют право на жизни, допустимые и комбинации этой топологии. В пределах одного дома подключения целесообразно делать через концентратор, отдельные же дома совмещаются за схемой кольца. К кольцу FDDI могут также легко подключаться и субсети Token Ring (через мост или маршрутизатор).

Концентраторы бывают два типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, потому что не вынуждают сеть при отключении отдельного прибора переходить в аварийный режим обхода. Применение концентраторов снижает и стоимость подключения к FDDI. Концентраторы могут помочь при создании небольших групповых субсетей, предназначенных для решения специфических задач.

Таблица 2.4 - Характеристики технологии FDDI

Технология ATM

ATM - интегрированный метод сетевого доступа реализации в локальных и глобальных сетях. На основе ATM реализуется масштабируемая магистральная инфраструктура, которая может взаимодействовать с сетями, имеющими разные размеры, скорости и методы адресации.

Технология ATM была разработана в конце 1960-х годов компанией Bell Labs. Инженеры экспериментировали с высокоскоростной коммутацией ячеек, которая стала альтернативой коммутации пакетов.

Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

Передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях;

Работать с постоянными и переменными потоками данных;

Интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы;

Поддерживать соединения типа точка-точка, точка-многоточка, многоточка-многоточка.

Ячейка состоит из двух частей: поле заголовка занимает 5 байт и ещё 48 байт занимает поле полезной нагрузки.

В заголовке ячейки содержатся следующие поля:

Virtual Path Identifier (VPI) (используется для обозначения виртуальных соединений ATM);

Virtual Ccircuit Identifier (VCI) (используется для обозначения виртуальных соединений ATM);

Payload Type (PT) (располагается информация, которая определяет тип даных, которые находятся в поле полезной нагрузки ячейки АТМ);

Congestion Loss Priority (CLP) (Бит CLP в ячейке АТМ имеет такое - же значение, как бит DE в кадре Frame Relay);

Header Error Control (HEC) (размещается проверочная контрольная сумма 4-х предыдущих байтов заголовка).

На основе вышеприведенных методов передачи данных была выбрана технология Ethernet модификации 100Base-TX. Данная технология характеризуется простотой проектирования, низкой стоимостью оборудования, высокой надежностью и скоростью передачи данных.

В России продолжается процесс интенсивного внедрения новыхи модернизации существующих локальных вычислительных сетей (ЛВС). Возрастающие размеры сетей, прикладные программные системы, требующие все больших скоростей обмена информацией, повышающиеся требования к надежности и отказоустойчивости вынуждают искать альтернативу традиционным сетям Ethernet и Arcnet. Один из видов высокоскоростных сетей - FDDI (Fiber Distributed Data Interface - распределенный оптоволоконный интерфейс данных). В статье рассматриваются возможности использования FDDI при построении корпоративных компьютерных комплексов.

По прогнозам фирмы Peripheral Strategies во всем мире к 1997 году к локальным вычислительным сетям будет подключено более 90% всех персональных компьютеров (в настоящее время - 30-40%). Сетевые компьютерные комплексы становятся неотъемлимыми средствами производства любой организации или предприятия. Быстрый доступ к информации и ее достоверность повышают вероятность принятия правильных решения персоналом и, в конечном итоге, вероятность выигрыша в конкурентной борьбе. В своих управляющих и информационных системах фирмы видят средства стратегического превосходства над конкурентами и рассматривают инвестиции в них как капитальные вложения.

В связи с тем, что обработка и персылка информации с помощью компьютеров становятся все быстрее и эффективнее, происходит настоящий информационный взрыв. ЛВС начинают сливаться в территориально-распределенные сети, увеличивается количество подключенных к ЛВС серверов, рабочих станций и периферийного оборудования.

Сегодня в России компьютерные сети многих крупных предприятий и организаций представляют собой одну или несколько ЛВС, построенных на основе стандартов Arcnet или Ethernet. В качетсве сетевой операционной среды обычноприменяется NetWare v3.11 или v3.12 с одним или несколькими файловыми среверами. Эти ЛВС либо совсем не имеют связи друг с другом, либо соединяются кабелем, работающим в одном из этих стандартов, через внутренние или внешние програмнные маршрутизаторы NetWare.

Современные операционные системы и прикладное программное обеспечение требуют для своей работы пересылки больших объемов информации. Одновременно с этим требуется обеспечивать передачу информации со все большими скоростями и на все большие расстояния. Поэтому рано или поздно производительность сетей Ethernet и программных мостов и маршрутизаторов перестают удовлетворять растущим потребностям пользователей, и они начинают рассматривать возможности применения в своих сетях более скоростных стандартов. Одним из них является FDDI.

Принцип действия сети FDDI

Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скростью передачи данных 100 Мбит/сек.

Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12.

Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами.

Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше.

Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ ТП реального времени и в приложениях, кртичных ко времени передачи информации (например для передачи видео и звуковой информации).

Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер - специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, может передавать свои данные.

Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгорит кодирования "пять из четырех" - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунуд физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования.

Оптимизировано и управление доступа к среде (Medium Access Control - VAC). В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования.

Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими воокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется.

Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории.

Станции класса А имеют физические поключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станциия);

2. Станции класса И имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами.

На рис. 1 показан пример подключения концентратора и станций классов А и В в замкнутый контур, по которому циркулирует маркер. На рис. 2 показана более сложная топология сети с разветвленной структурой (Ring-of-Trees - кольцо из деревьев), образуемой станциями класса В.

Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт исползуется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт.

Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км).

Отказоустойчивость сетей FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5 регламентирует 4 основных отказустойчивых свойства сетей FDDI:

1. Кольцевая кабельная система со станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. На рис. 3 показан пример обрыва как первичного, так и вторичного волокон в кольцевом кабеле. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо.

2. Выключение питания, отказ одной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станции будет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца.

3. Две станции класса В подключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (к неисправностям в концетраторе или в кабельной системе) подключения станций класса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор.

4. Выключение питания или отказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу, т. к. световой сигнал будет рпосто пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch). Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенных станций.

Оптические переключатели производят фирмы Molex и AMP.

Синхронная и асинхронная передача

Подключение к сети FDDI станции могут передавать свои данные в кольцо в двух режимах - в синхронном и в асинхронном.

Синхронный режим устроен следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Каждой станции, захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечение этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо.

Каждая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал до момента возвращения к ней маркера - TRT (Token Rotation Timer). Если маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхронной передачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временной интервал для передачи станцией будет равен рахности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером.

Из описанного выше алгоритма видно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных, чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной для асинхронной передачи другими станциями.

Кабельная система

Подстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) в качестве базовой кабельной системы определяет многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов 62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с другим диаметром волокон, например: 50/125 мкм. Длина волны - 1300 нм.

Средняя мощность оптического сигнала на входе станции должна быть не менее -31 dBm. При такой входной мощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должна превышать 2.5*10 -10 . При увеличении мощности входного сигнала на 2 dBm, эта верояность должна снизиться до 10 -12 .

Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным 11 dBm.

Подстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) определяет требования к физическому уровнб при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качетсве передающего элемента обычно используется лазерный свтодиод, а дистанция между станциями может достигать 60 и даже 100 км.

FDDI модули для одномодового кабеля выпускает, например, фирма Cisco Systems для своих маршрутизаторов Cisco 7000 и AGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Cisco имеется возможность выбора модулей со всеми четрьмя комбинациями портов: многомодовый-многомодовый, многомодовый-одномодовый, одномодовый-многомодовый, одномодовый-одномодовый.

Фирма Cabletron Systems Inc. выпускает повторители Dual Attached - FDR-4000, которые позволяют подключить одномодовый кабель к станции класса А с портами, предназанченными для работы на многомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояние между узлами FDDI кольца до 40 км.

Подстандарт физического уровня CDDI (Copper Distributed Data Interface - распределенный интерфейс данных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню при использовании экранированной (IBM Type 1) и не экранированной (Category 5) витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния меджу станциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км.

Фирма Lannet Data Communications Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которые позволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцо используется только в целях отказустойчивости при обрыве кабеля, или в расширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачи данных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до 200 Мбит/сек.

Подключение оборудования к сети FDDI

Есть два основных способа подключения компьютеров к сети FDDI: непосредственно, а также и через мосты или маршрутизаторы к сетям других протоколов.

Непосредственное подключение

Этот способ подключения используется, как правило, для подключения к сети FDDI файлов, архивационных и других серверов, средних и больших ЭВМ, то есть ключевых сетевых компонентов, являющихся главными вычислительными центрами, предоставляющими сервис для многих пользователей и требующих высоких скоростей ввода-вывода по сети.

Аналогично можно подключить и рабочие станции. Однако, поскольку сетевые адаптеры для FDDI весьма дороги, этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена по сети является обязательным условияем для нормальной работы приложения. Примеры таких приложений: системы мультимедиа, передача видео и звуковой информации.

Для подключения к сети FDDI персональных компьютеров применяются специалищированные сетевые адаптеры, которые обычным образом вставляются в один из свободных слотов компьютера. Такие адаптеры производятся фирмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect и др. На рынке имеются карты под все распространенные шины - ISA, EISA и Micro Channel; есть адаптеры для подключения станций классов А или В для всех видов кабельной системы - волоконно-оптической, экранированной и неэкранированной витых пар.

Все ведущие производители UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems и другие) предусматривают интерфейсы для непосредственного подключения к сетям FDDI.

Подключение через мосты и маршрутизаторы

Мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers) позволяют подключить к FDDI сети других протоколов, например, Token Ring и Ethernet. Это делает возможным экономичное подключение к FDDI большого числа рабочих станций и другого сетевого оборудования как в новых, так и в уже существующих ЛВС.

Конструктивно мосты ит маршрутизаторы изготавливаются в двух вариантах - в законченном виде, не допускающем дальнейшего аппаратного наращивания или переконфигурации (так называемые standalone-устройства), и в виде модульных концентраторов.

Примером standalone-устройств являются: Router BR фирмы Hewlett-Packard и EIFO Client/Server Switching Hub фирмы Network Peripherals.

Модульные концентраторы применяются в сложных больших сетях в качестве центральных сетевых устройств. Концентратор представляет собой корпус с источником питания и с коммуникационной платой. В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули. Модульная конструкция концентраторов позволяет легко собрать любую конфигурацию ЛВС, объединить кабельные системы различных типов и протоколов. Оставшиеся свободными слоты можно использовать для дальнейшего наращивания ЛВС.

Концентраторы производятся многими фирмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet и другими.

Концентратор - это центральный узел ЛВС. Его отказ может привести к остановке всей сети, или, по крайней мере, значительной ее части. Поэтому большинство фирм, производящих концентраторы, принимают специальные меры для повышения их отказоустойчивости. Такими мерами являются резервирование источников питания в режиме разделения нагрузки или горячего резервирования, а также возможность смены или доустановки модулей без отключения питания (hot swap).

Для того чтобы снизить стоимость концетратора, все его модули запитываются от общего источника питания. Силовые элементы источника питания являются наиболее вероятной причиной его отказа. Поэтому резервирование источника питания существенно продлевает срок безотказной работы. При инсталляции каждый из источников питания концетратора может быть подключен к отдельному источнику бесперебойного питания (UPS) на случай неисправностей в системе электроснабжения. Каждый из UPS желательно подключить к отельным силовым электрическим сетям от разных подстанций.

Возможность смены или доустановки модулей (часто включая и источники питания) без отключения концентратора позволяет провести ремонт или расширение сети без прекращения сервиса для тех пользователей, сетевые сегменты которых подключены к другим модулям концентратора.

Мосты FDDI-Ethernet

Мосты работают на первых двух уровнях модели взаимодействия открытых систем - на физическом и канальном - и предназначены для связи нескольких ЛВС однотивных или различных протоколов физического уровня, например, Ethernet, Token Ring и FDDI.

По своему принципу действия мосты подразделяются на два типа (Sourece Routing - маршрутизация источника) требуют, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о пути его маршрутизации. Другими словами, каждая станция должна иметь встроенные функции по мартшрутизации пакетов. Второй тип мостов (Transparent Bridges - прозрачные мосты) обеспечивают прозрачную связь станций, расположенных в разных ЛВС, и все функции по маршрутизации выполняют только сами мосты. Ниже мы будем вести речь только о таких мостах.

Все мосты могут пополнять таблицу адресов (Learn addresses), маршрутизировать и фильтровать пакеты. Интеллектуальные мосты, кроме того, в целях повышения безопасности или производительности могут фильтровать пакеты по критериям, задаваемым через систему управления сетью.

Когда на один из портов моста приходит пакет данных, мост должен или переправить его на тот порт, к которому подключен узел назначения пакета, или просто отфильтровать его, если узел назначения находится на том же самом порту, с которого пришел пакет. Фильтрация позволяет избежать излишнего трафика в других сегментах ЛВС.

Кажый мост строит внутреннюю таблицу физических адресов подключенных к сети узлов. Процесс е заполнения заключается в следующем. Каждый пакет имеет в своем заголовке физические адреса узлов отправления и назначения. Получив на один из своих портов пакет данных, мост работает по следующему алгоритму. На первом шаге мост проверяет, занесен ли в его внутреннюю таблицу адрес узла отправителя пакета. Если нет, то мост заносит его в таблицу и связывает с ним номер порта, на который поступил пакет. На втором шаге проверяется, занесен ли во внутреннюю таблицу адрес узла назначения. Если нет, то мост передает принятый пакет во все сети, подключенные ко всем остальным его портам. Если адрес узла назначения найден во внутренней таблице, мост проверяет, подключена ли ЛВС узла назначения к тому же самому порту, с которого пришел пакет, или нет. Если нет, то мост отфильтровывает пакет, а если да, то передает его только на тот порт, к которому подключен сегмент сети с узлом назначения.

Три главных параметра моста:
- размер внутренней адресной таблицы;
- скорость фильтрации;
- скорость маршрутизации пакетов.

Размер адресной таблицы характеризует максимальное число сетевых устройств, трафик которых может маршрутизировать мост. Типичные значения размеров адресной таблицы лежат в пределах от 500 до 8000. Что же произойдет в случае, если количество подключенных узлов превысит размеры адресной таблицы? Поскольку большинство мостов хранят в ней сетевые адреса узлов, последними передавашими свои пакеты, мост постепенно будет "забывать" адреса узлов, резе других передающих пакеты. Это может привести к снижению эффективности процесса фильрации, но не вызовет принципиальных проблем в работе сети.

Скорости фильтрации и маршрутизации пакетов характеризуют производительность моста. Если они ниже максимально возможной интенсивности передачи пакетов по ЛВС, то мост может являться причиной задержек и снижения производительности. Если выше - значит стоимость моста выше минимально необходимой. Расчитаем, какой должна быть производительность моста для подключения к FDDI нескольких ЛВС протокола Ethernet.

Вычислим максимально возможную интенсивность пакетов сети Ethernet. Структура пакетов Ethernet показана в таблице 1. Минимальная длина пакета равна 72 байт или 576 бит. Время, необходимое для передачи одного бита по ЛВС протокола Ethernet со скростью 10 Мбит/сек равно 0.1 мксек. Тогда время передачи минимального по длине пакета составит 57.6*10 -6 сек. Стандарт Ethernet требует паузы между пакетами в 9.6 мксек. Тогда количество пакетов, переденных за 1 сек, будет равно 1/((57.6+9.6)*10 -6 )=14880 пакетов в секунду.

Если мост подсоединяет к сети FDDI N сетей протокола Ethernet, то, соответственно, его скорости фильтрации и маршрутизации должны быть равны N*14880 пакетов в секунду.

Таблица 1.
Структура пакета в сетях Ethernet.

Со стороны порта FDDI скорость фильтрации пакетов должна быть значительно выше. Для того, чтобы мост не снижал производительность сети, она должны составлять около 500000 пакетов в секунду.

По принципу передачи пакетов мосты подразделяются на Encapsulating Bridges и Translational Bridges пакеты физического уровня одной ЛВС целиком переносят в пакеты физического уровня другой ЛВС. После прохождения по второй ЛВС другой аналогичный мост удаляет оболочку из промежуточного протокола, и пакет продолжает свое движения в исходном виде.

Такие мосты позволяют связать FDDI-магистралью две ЛВС протокола Ethernet. Однако в этом случае FDDI будет использоваться только как среда передачи, и станции, подключенные к сетям Ethernet, не будут "видеть" станций, непосредственно подключенных к сети FDDI.

Мосты второго типа выполняют преобразование из одного протокола физического уровня в другой. Они удаляют заголовок и замыкающую служебную информацию одного протокола и переносят данные в другой протокол. Такое преобразование имеет существенное преимущество: FDDI можно использовать не только как среду передачи, но и для непосредственного подключения сетевого оборудования, прозрачно видимого станциями, подключенными к сетям Ethernet.

Таким образом, подобные мосты обеспечивают прозрачность всех сетей по протоколам сетевого и более верхних уровней (TCP/IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV и Phase V, AppleTalk Phase 1 и Phase 2, Banyan VINES, XNS и др.).

Еще одна важная характеристика моста - наличие или отсутствие поддержки алгоритма реервных путей (Spannig Tree Algorithm - STA) IEEE 802.1D. Иногда его называют также стандартом прозрачных мостов (Transparent Bridging Standard - TBS).

На рис. 1 показана ситуация, когда между ЛВС1 и ЛВС2 судествуют два возможных пути - через мост 1 или через мост 2. Ситации, аналогичные этим, называются активными петлями. Активные петли могут вызвать серьезные сетевые проблемы: дублирующие пакеты нарушают логику работы сетевых протоколов и приводят к снижению пропускной способности кабельной системы. STA обеспечивает блокировку всех возможных путей, кроме одного. Впрочем, в случае проблем с основной линией связи, одни из резервных путей сразу будет назначен активным.

Интеллектуальные мосты

До сих пор мы обсуждали свойства произвольных мостов. Интеллектуальные мосты имебт ряд дополнительных функций.

Для больших компьютерных сетей одной из ключевых проблем, определяющих их эффективность, является снижение стоимости эксплуатации, ранняя диагностика возможных проблем, сокращение времени поиска и устранения неисправностей.

Для этого применяются системы централизованного управления сетью. Как правило они работают по SNMP протоколу (Simple Network Management Protocol) и позволяют администратору сети с его рабочего места:
- конфигурировать порты концентраторов;
- производить набор статистики и анализ трафик. Например, для каждой подключенной к сети станции можно получить информацию о том, когда она последний раз посылала пакеты в сеть, о числе пакетов и байт, принятых каждой станцией с ЛВС, отличных от той, к которой она подключена, число переданных широковещательных (broadcast) пакетов и т. д.;

Устанавливать дополнительные фильтры на порты концентратора по номерам ЛВС или по физически адресам сетевых устройств с целью усиления защиты от несанкционированного доступа к ресурсам сети или для повышения эффективности функционирования отдельных сегментов ЛВС;
- оперативно получать сообщения о всех возникающих проблемах в сети и легко их локализовать;
- проводить диагностику модулей концентраторов;
- просматривать в графическом виде изображение передних панелей модулей, установленных в удаленные концентраторы, включая и текущее состояние инидкаторов (это возможно благодаря тому, что программное обеспечение автоматически распознает, какой именно из модулей установлен в каждый конкретный слот концентратора, и получает информацию и текущем статусе всех портов модулей);
- просматривать системных журнал, в который автоматически записывается информация обо всех проблемах с сетью, о времени включения и выключения рабочих станций и серверов и обо всех других важных для администратора событиях.

Перечисленные функции свойственны все интеллектуальным мостам и маршрутизаторам. Часть из них (например, Prism System фирмы Gandalf), кроме того, обладают следующими важными расширенными возможностями:

1. Приоритеты протоколов. По отдельным протоколам сетевого уровня некоторые концентраторы работают в качестве маршрутизаторов. В этом случае может поддерживаться установка приоритетов одних протоколов над другими. Например, можно установить приоритет TCP/IP над всеми остальными протоколами. Это означает, что пакеты TCP/IP будут передаваться в первую очередь (это бывает полезно в случае недостаточной полосы пропускания кабельной системы).

2. Защита от "штормов широковещательных пакетов" (broadcast storm). Одна из характерных неисправностей сетевого оборудования и ошибок в программном обеспечении - самопроизвольная генерация с высокой интенсивностью broadcast-пакетов, т. е. пакетов, адресованных всем остальным подключенным к сети устройствам. Сетевой адрес узла назначения такого пакета состоит из одних единиц. Получив такой пакет на один из своих портов, мост должен адресовать его на все другие порты, включая и FDDI порт. В нормальном режиме такие пакеты используются операционными системами для служебных целей, например, для рассылки сообщений о появлении в сети нового сервера. Однако при высокой интенсивности их генерации, они сразу займут всю полосу пропускания. Мост обеспечивает защиту сети от перегрузки, включая фильтр на том порту, с которого поступают такие пакеты. Фильтр не пропускает broadcast-пакеты и другие ЛВС, предохраняя тем самым остальную сеть от перегрузки и сохраняя ее работоспособность.

3. Сбор статистики в режиме "Что, если?" Эта опция позволяет виртуально устанавливать фильтры на порты моста. В этом режиме физически фильрация не проводится, но ведется сбор статистики о пакетах, которые были бы отфильтрованы при реальном включении фильров. Это позволяет администратору предварительно оценить последствия включения фильтра, снижая тем самым вероятность ошибок при неправильно установленных условиях фильтрации и не приводя к сбоям в работе подключенного оборудования.

Примеры использования FDDI

Приведем два наиболее типовых примера возможного использования сетей FDDI.

Приложения клиент-сервер. FDDI применяется для подключения оборудования, требующего широкой полосы пропускания от ЛВС. Обычно это файловые серверы NetWareб UNIX машины и большие универсальные ЭВМ (mainframes). Кроме того, как было отмечено выше, непосредственно к сети FDDI могут быть подключены и некоторые рабочие станции, требующие высоких скоростей обмена данными.

Рабочие станции пользователей подключаются через многопортовые мосты FDDI-Ethernet. Мост осуществляет фильтрацию и передачу пакетов не только между FDDI и Ethernet, но и между различными Ethernet-сетями. Пакет данных будет передан только в тот порт, где находится узел назначения, сохраняя полосу пропускания других ЛВС. Со стороны сетей Ethernet их взаимодействие эквивалентно связи через магистраль (backbone), только в этом случае она физически существует не в виде распределенной кабельной системы, а целиком сосредочена в многопортовом мосту (Collapsed Backbone или Backbone-in-a-box).

Сеть FDDI. Скорость 10 Мбит/с недостаточна для многих современных применений сетей. Поэтому разрабатываются технологии и конкретные реализации высокоскоростных ЛВС.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - ЛВС кольцевой структуры, использующая ВОЛС и специфический вариант маркерного метода доступа.

В основном варианте сети применено двойное кольцо на ВОЛС. Обеспечивается информационная скорость 100 Мбит/с. Расстояние между крайними узлами до 200 км, между соседними станциями - не более 2 км. Максимальное число узлов 500. В ВОЛС используются волны длиной 1300 нм.

Два кольца ВОЛС используются одновременно. Станции можно подключать к одному из колец или к обоим сразу. Использование конкретным узлом обоих колец позволяет для этого узла иметь суммарную пропускную способность в 200 Мбит/с. Другое возможное использование второго кольца - обход с его помощью поврежденного участка (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Кольца ВОЛС в сети FDDI

В FDDI используются оригинальные код и метод доступа. Применяется код типа NRZ (без возвращения к нулю), в котором изменение полярности в очередном такте времени воспринимается как 1, отсутствие изменения полярности как 0. Чтобы код был самосинхронизирующимся, после каждых четырех битов передатчик вырабатывает синхронизирующий перепад.

Такое специальное манчестерское кодирование носит название 4b/5b. Запись 4b/5b означает код, в котором для самосинхронизации при передаче 4 бит двоичного кода используется 5 бит так, что не может быть более двух нулей подряд, или после 4 бит добавляется еще один обязательный перепад, что и используется в FDDI.

При таком коде несколько усложняются блоки кодирования и декодирования, но зато повышается скорость передачи по линии связи, так как почти вдвое уменьшается максимальная частота переключения по сравнению с манчестерским кодом.

В соответствии с методом FDDI по кольцу циркулирует пакет, состоящий из маркера и информационных кадров. Любая станция, готовая к передаче, распознав проходящий через нее пакет, вписывает свой кадр в конец пакета. Она же ликвидирует его после того, как кадр вернется к ней после оборота по кольцу и при условии, что он был воспринят получателем. Если обмен происходит без сбоев, то кадр, возвращающийся к станции-отправителю, оказывается в пакете уже первым, так как все предшествующие кадры должны быть ликвидированы раньше.

Сеть FDDI обычно используется как объединяющая в единую сеть много отдельных подсетей ЛВС. Например, при организации информационной системы крупного предприятия целесообразно иметь ЛВС типа Ethernet или Token Ring в помещениях отдельных проектных подразделений, а связь между подразделениями осуществлять через сеть FDDI.

Fiber Distribution Data Interface или FDDI был создан в середине 80-х годов специально для объединения наиболее важных участков сети. Хотя для рабочей станции скорость передачи данных в 10 Мбит/с была великолепной, то для межсерверных коммуникаций она была явно недостаточна. Исходя из этих потребностей, FDDI был спроектирован для связи между серверами и другими важными участками сети и предусматривал возможность управления процессом передачи и его высокую надежность. Это основная причина из-за который он до сих пор занимает такое заметное место на рынке.

В отличие от Ethernet FDDI использует кольцевую структуру, где устройства объединяются в большое кольцо и передают данные последовательно один другому. Пакет может проследовать больше чем через 100 узлов, прежде чем дойдет до адресата. Но не путайте FDDI с Token Ring! В Token Ring используется только один маркер, который передается от одной машине к другой. FDDI использует другую идею - так называемый временной маркер. Каждая машина посылает данные следующей в течении определенного периода времени, о котором они договариваются заранее когда подключаются к кольцу. Станции могут посылать пакетов одновременно, если позволяет время.

Поскольку другие машины не должны ждать, пока освободится среда передачи, то размер пакета может достигать 20000 байт, хотя большинство использует пакеты размером 4500 байт, всего лишь в три раза больше пакета Ethernet. Тем не менее, если пакет предназначен для рабочей станции, подключенной к кольцу с помощью Ethernet, то его размер не будет превышать 1516 байт.

Одно из самых больших достоинств FDDI - это высокая надежность. Обычно он состоит из двух или более колец. Каждая машина может получать и посылать сообщения своим двум соседям. Это схема позволяет функционировать сети даже если оборвали кабель. Когда кабель порван, устройства на обоих концах разрыва начинают работать как заглушка и система продолжает функционировать как одно кольцо, которое проходит через каждое устройство дважды. Поскольку каждый конкретный путь однонаправлен и устройства передают данные в указанное время, то такая схема полностью исключает коллизии. Это позволяет FDDI достичь практически полной теоретической пропускной способности, которая фактически составляет 99% от теоретически возможной скорости передачи данных. Высокая надежность двойного кольца при условии всего выше сказанного заставляет потребителей продолжать покупать оборудование FDDI.

Принцип действия сети FDDI Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек. Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12. Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами. Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше. Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ в реальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации (например, для передачи видео и звуковой информации). Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер - специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, может передавать свои данные. Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгоритм кодирования "пять из четырех" - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования. Оптимизировано и управление доступа к среде (Medium Access Control - VAC). В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования. Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется. Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории. Станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция); 2. Станции класса B имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами. Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт. Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км). Топология. Применяемые при построении ЛВС механизмы контроля потоков являются топологически зависимыми, что делает невозможным одновременное использование Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря на тот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычные нам ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией среды распространения и базируется на совершенно иных принципах. Каждый N_порт при подключении к решетке Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (log-in) и получает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальных узлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и на каких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel является прерогативой самой решетки, то для узла совершенно неважно, какая топология лежит в ее основе. Точка-точка Самая простая схема, основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N_портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой - 1. В сущности, такая схема может рассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости в разграничении доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такого подключения можем привести наиболее часто встречающееся соединение сервера с внешним RAID массивом. Петля с арбитражным доступом Классическая схема подключения до 126 портов, с которой все и начиналось, если судить по аббревиатуре FC-AL. Любые два порта в кольце могут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно так же, как и в случае "точка-точка". При этом все остальные выполняют роль пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками, в чем, пожалуй, заключается одно из основных преимуществ технологии FC-AL перед SSA. Дело в том, что адресация в SSA построена на знании количества промежуточных портов между отправителем и получателем, поэтому адресный заголовок кадра SSA содержит счетчик переходов (hop count). Каждый встречающийся на пути кадра порт уменьшает содержимое этого счетчика на единицу и после этого заново генерирует CRC, тем самым существенно увеличивая задержку передачи между портами. Для избежания этого нежелательного эффекта разработчики FC-AL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслировать кадр в неизменном виде и с минимальной латентностью. Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используется обычными N_портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узлов обозначаются, как NL_порт. Основным преимуществом петли с арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количество подключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединения большого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выход их строя любого NL_порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает ее неработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считается пер...

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 31), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Рис. 31. Реконфигурация колец FDDI при отказе

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring (рис. 32, а).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рис. 32, б). После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу (рис. 32, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном, по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рис. 32, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее (рис. 32, д). При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

Рис. 32. Обработка кадров станциями кольца FDDI

На рисунке 33 приведена структура протоколов технологии FDDI в сравнении с семиуровневой моделью OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме - без установления соединений и без восстановления потерянных или поврежденных кадров.

Рис. 33. Структура протоколов технологии FDDI

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются:

Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм.

Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам.

Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка.

Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики.

Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологии Fast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;

правила тактирования сигналов;

требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

Протокол передачи токена.

Правила захвата и ретрансляции токена.

Формирование кадра.

Правила генерации и распознавания адресов.

Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

Уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью. В спецификации SMT определено следующее:

Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев.

Правила мониторинга работы кольца и станций.

Управление кольцом.

Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY устраняются отказы сети по физическим причинам, например, из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например, потеря нужного внутреннего пути передачи токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Характеристика		Ethernet	Token Ring
Битовая скорость
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота токена		Приоритетная система резервирования
Среда передачи данных	Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)
Максимальное расстояние между узлами	2 км (-11 dB потерь между узлами)
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)		260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары
Тактирование и восстановление после отказов	Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов	Не определены	Активный монитор

Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface , оптоволоконный интерфейс распределения данных) разработана и стандартизована институтом ANSI (в 1986-1988 гг. – группа X3T9.5, после 1995 года – группа X3T12). FDDI – это исторически первая технология локальных сетей, использующая в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары – первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет сохранить порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельных (но функционирующих) сетей.

Технология обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик. Остающаяся часть полосы пропускания кольца отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритетов для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а остальные данные – асинхронно.

FDDI использует маркерный метод доступа, близкий к методу доступа сетей Token Ring. Основное отличие – в плавающем значении времени удержания маркера для асинхронного трафика: при небольшой загрузке сети время удержания растет, а при перегрузках – уменьшается. Во время инициализации кольца узлы договариваются о максимально допустимом времени оборота маркера по кольцу T_Opr . Для синхронного трафика время удержания маркера не изменяется. Для передачи синхронного кадра узел всегда имеет право захватить проходящий маркер и удерживать его в течении заранее заданного фиксированного времени. Если узел хочет передать асинхронный кадр, он должен измерить время оборота маркера (Token Rotation Time , TRT) – интервал между двумя прохождениями маркера через него. Если кольцо не перегружено (TRT<T_Opr ), то узел может захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо, при этом допустимое время удержания маркера THT=T_Opr -TRT. Если кольцо перегружено (TRT>T_Opr ), то узел не имеет права захватывать маркер.

Как и сети Token Ring 16 Мбит/с, FDDI использует алгоритм раннего освобождения маркера, в результате чего в кольце одновременно может продвигаться несколько кадров (маркер всегда один). Формат кадра FDDI очень близок к формату кадра Token Ring, за исключением полей приоритета.

Стандарт FDDI определяет четыре компонента:

· MAC (Media Access Control ), определяющий форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (соответствует канальному уровню модели OSI);

· PHY (Physical ) выполняет физическое и логическое кодирование и декодирование, синхронизацию и кадрирование;

· PMD (Physical Medium Dependent ) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY соответствуют физическому уровню OSI);

· SMT (Station Management ) выполняет все функции по управлению и контролю работы остальных компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию отказавших элементов, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

В качестве среды передачи FDDI может использовать многомодовое оптоволокно (MMF-PMD, длина кабельного сегмента до 2 км), одномодовое оптоволокно (SMF-PMD) витую пару категории 5 или экранированную витую пару STP Type 1 (TP-PMD). Все оптоволоконные варианты FDDI используют длину волны 1300 нм. Разновидность FDDI на витой паре иногда называют CDDI (Copper Distributed Data Interface ) или TPDDI (Twisted Pair Distributed Data Interface ).

FDDI использует отдельные лини для передачи и приема сигналов. Логическое кодирование – 4B/5B. Физическое кодирование при использовании оптоволокна – NRZI, при использовании витой пары – MLT-3.

Технология FDDI достаточно легко интегрируется с Ethernet и Token Ring, в результате чего часто используется в качестве высокоскоростной магистрали, объединяющей эти сети, а также для высокоскоростного подключения серверов.

В последнее время, эту нишу у FDDI отвоевывают более дешевые высокоскоростные модификации Ethernet – Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, но они не могут гарантировать сравнимые с FDDI отказоустойчивость и расстояния между узлами.