Fddi протокол. Технология FDDI. Основные характеристики. Особенности метода доступа. Отказоустойчивость технологии. Физический уровень технологии FDDI. Технические условия 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 ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

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 Мбит/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) трафиков.

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 (см рисунок), 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 попрежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Особенности мтеода доступа.

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину. Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном появлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT). Интервал ТRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_Оpr. Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_Оpr во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_Оpr, врезультате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен.

Отказоустойчивость технологии.

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оптоволоконных колец - первичного и вторичного.

В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети:

Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA.

Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это показано на рисунке, хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent)

13. Структурированная кабельная система /СКС/. Иерархия в кабельной системе. Выбор типа кабелей для различных подсистем.

Структурированная кабельная система (СКС) - физическая основа информационной инфраструктуры предприятия, позволяющая свести в единую систему множество информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д.

СКС представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделённую на структурные подсистемы. Она состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнезд, информационных розеток и вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определённым правилам.

Кабельная система - это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К кабельным компонентам относится все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля - телекоммуникационные розетки на рабочих местах, кроссовые и коммутационные панели (жаргон: «патч-панели») в телекоммуникационных помещениях, муфты и сплайсы;

Структурированная. Структура - это любой набор или комбинация связанных и зависимых составляющих частей. Термин «структурированная» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передачу речи, данных и видеоизображений), с другой - возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей - способность к реализации так называемой мультимедийной среды, в которой используются несколько типов передающих сред - коаксиальный кабель, UTP, STP и оптическое волокно. Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, IT (Information Technology), именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя, независимо от активного оборудования, которое может применяться впоследствии.

14. Сетевые адаптеры /СА/. Функции и характеристики СА. Классификация СА. Принцип работы.

Сетевые адаптеры выступают в качестве физического интерфейса между компьютером и сетевым кабелем. Обычно они вставляются в слоты расширения рабочих станций и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему порту адаптера после его установки подключается сетевой кабель.

Функции и характеристики сетевых адаптеров.

Сетевой адаптер и его драйвер в компьютерной сети выполняют функцию физического уровня и MAC – уровня. Сетевой адаптер и драйвер осуществляют прием и передачу кадра. Данная опреация проходит в несколько этапов. Чаще всего взаимодействие протоколов друг с другом внутри компьютера происходит посредством буферов, расположенных внутри оперативной памяти.

Известно, что сетевые адаптеры реализуют протоколы, и от того, с каким именно протоколом ведется работа, адаптеры делятся на: Ethernet – адаптеры, FDDI – адаптеры, Token Ring – адаптеры, и многие другие. Большинство современных Ethernet – адаптеров поддерживают две скорости работы, а потому в своем названии содержат еще и приставку 10/100.

Перед тем, как установить сетевой адаптер на компьютер, нужно провести его конфигурирование. В том случае, если компьютер, операционная система и сам сетевой адаптер поддерживают стандарт Plug-and-Play, то адаптер и его драйвер проходят автоматическое конфигурирование. Если же данный стандарт не поддерживается, то сначала необходимо провести конфигурирование сетевого адаптера, а потом точно такие же параметры применить и в конфигурировании драйвера. В данном процессе многое зависит и от производителя сетевого адаптера, а также и от параметров и возможностей шины, для которой предназначается адаптер.

Классификация сетевых адаптеров.

В развитии сетевых адаптеров Ethernet было отмечено целых четыре поколения. Для изготовления первого поколения адаптеров применялись дискретные, логические микросхемы, поэтому они не отличались высокой надежностью. Их буферная память была рассчитана только на один кадр, а это уже говорит о том, что их производительность была очень низкой. К тому же задание конфигурации сетевого адаптера такого типа происходило при помощи перемычек, а значит – вручную.

На рисунке 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.

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.

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.

Состояние.

Разработчики технологии старались воплотить в жизнь следующее:

· 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.

Исходя из этого, преимуществом технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

1. высокая степень отказоустойчивости;

2. Способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

3. Высокая скорость обмена данными;

4. Детерминированный доступ, позволяющий передавать чувствительные к задержкам приложения;

5. Гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

6. Возможность работы при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице;

7. Возможность легкой трансляции трафика FDDI в графики таких популярных протоколов, как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC.

Пока FDDI - это единственная технология, которой удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мбит/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети (если не принимать во внимание коммутацию Fast Ethernet).

К недостаткам следует отнести один - высокую стоимость оборудования. За уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI остается самой дорогой 100-мегабитной технологией. Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Из-за высокой стоимости оборудования решения на основе FDDI уступают решениям на основе Fast Ethernet при строительстве локальных сетей небольшой протяженности, когда стандарт Fast Ethernet предоставляет оптимальное решение.

Итак, мы с вами уже отметили, что технология FDDI во многое взяла за основу от технологии Token Ring , развивая и совершенствуя ее идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

во-первых, - повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с ;

во-вторых, - 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.;

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

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.

Именно наличие двух колец - стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDI . Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. Сейчас мы рассмотрим эту особенность построения сети.

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 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 технологии 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.

Итак, давайте рассмотрим в общих чертах работу станций в сети FDDI :

Кольца в сетях FDDI , как и в сетях 802.5 рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, для нее определен метод доступа, очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного кольца - token ring .

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - маркер (его еще обычно называют токен) доступа. 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 маркер доступа следующей станции. Если же в момент принятия маркера у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует маркер 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. Нужно отметить, что, если станция захватила маркер 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 над FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре (также как и у кадра Token Ring ) 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. 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.

Cтруктура протоколов технологии FDDI в проекции на семиуровневую модель OSI 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.

В стандартах FDDI много 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 FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

Отличия метода доступа FDDI заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring .

Здесь это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля.

Изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не чувствителен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.

Механизм приоритетов кадров, который присутствовал в технологии Token Ring , в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно просто разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный . Синхронный трафик обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC , как мы уже рассмотрели, полностью соответствует технологии Token Ring .

Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат .

Формат кадра FDDI также близок к формату кадра Token Ring , основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

Формат кадра

PA - Преамбула (Preamble): 16 или более пустых символов.

SD - начальный разделитель (Starting Delimiter): последовательность "J" и "K".

FC - Frame Control: 2 символа, отвечающие за тип информации в поле INFO

DA - Адрес получателя (Destination Address): 12 символов, показывающие кому адресован кадр.

SA - Адрес отправителя (Source Address): 12 символов, показывающие адрес отправителя кадра.

INFO - Поле данных (Information Field): 0 до 4478 байтов информации.

FCS - Контрольная сумма (Frame Check Sequence): 8 символов CRC.

ED - Конечный разделитель (Ending Delimiter)

Формат маркера

Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Конечно, все-таки, есть и отличительные особенности стандарта ANSI - технологии FDDI .

Одной такой особенностью является то, что в технологии FDDI выделен еще один уровень управления станцией - Station Management (SMT) .

Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI . В спецификации SMT определено следующее:

Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев;

Правила мониторинга работы кольца и станций;

Управление кольцом;

Процедуры инициализации кольца.

В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI . Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается 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.

Итак, мы с вами рассмотрели самые общие характеристики технологии FDDI . Давайте подробней остановимся именно на отличительных особенностях.

Особенности метода доступа FDDI

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера.

Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT) .

Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0pr .

Если в технологии Token Ring мы с вами говорили, что максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_0рr во время инициализации кольца.

Каждая станция может предложить свое значение Т_0рr , в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен.

Эта особенность позволяет учитывать потребности тех приложений, которые работают на станциях кольца.

Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рr.

Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рr, то есть TRT меньше Т_0рr.

В случае TRT меньше Т_0рr станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо.

Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT

В течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рr . В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра.

Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.

Отказоустойчивость технологии FDDI

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оптоволоконных колец - первичного и вторичного . В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети.

Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA . Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA .

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator).

Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, хотя это и не обязательно.

Обычно подключаются к кольцу через концентратор. Имеют один порт который работает на прием и на передачу

Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются.

Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

DAS обычно подключаются к кольцу через 2 порта A и B , оба имеют возможность принимать и передавать, что позволяет подключаться к двум кольцам.

Концентраторы позволяют SAS и DAS узлам подключаться к двойному FDDI кольцу. Концентраторы имеют М (master) порты для подключения SAS и DAS портов , а также могут сами иметь SAS и DAS порты .

В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора. Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI . При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе - порт М , к которому была подключена данная станция, будет исключен из общего пути.

Для сохранения работоспособности сети при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DAS , последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch) , которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

И наконец, станции DAS или концентраторы DAC можно подключать к двум портам М одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а порт А - резервную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing .

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концентраторов и станций за временными интервалами циркуляции маркера и кадров, а также за наличием физического соединения между соседними портами в сети.

В сети FDDI нет выделенного активного монитора - все станции и концентраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) - это одна из новейших разработок стандартов ло­кальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разра­ботчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировав­шихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищен­ность, секретность передачи информации и прекрасную галь­ваническую развязку абонентов. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет стро­ить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже це­лые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоя­щему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого рас­пространения, ее перспективы очень неплохие.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта оп­ределяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDD1 - это кольцо, причем применяются два разнонаправлен­ных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать пол­нодуплексную передачу информации с удвоенной эффектив­ной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает па скорости 100 Мбит/с).

Основные технические характеристики сети FDDI следу­ющие.

· Максимальное количество абонентов сети - 1000.

· Максимальная протяженность кольца сети - 20 км.

· Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.

· Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

· Метод доступа - маркерный.

· Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Следовательно, FDDI имеет большие преимущества по срав­нению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым разме­рам сети и допустимому количеству абонентов. К тому же мар­керный метод доступа FDD1 обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения време­ни полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А максимальное рас­стояние между абонентами (2 км) определяется как раз зату­ханием сигналов в кабеле.

Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В, специально разработанный для этого стандарта и обеспечивающий ско­рость 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как при применении кода Манчестер-II. При этом каждым че­тырем битам передаваемой информации (каждому полубайту или нибблу) ставится в соответствие пять бит для восстанов­ления синхронизации на приемном конце.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети пре­дусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов.

· Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность ре­зервирования кабеля сети (при повреждении основного кабе­ля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.

· Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети могут использоваться связные концентраторы (wiring concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля за ра­ботой сети, диагностики неисправностей и упрощения рекон­фигурации. При применении кабелей разных типов (напри­мер, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет преобразование электрических сигналов в оптичес­кие и наоборот. Пример конфигурации сети FDDI представ­лен на рис. 2.11

Рис. 2.11. Пример конфигурации сети FDDI

Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфи­гурации сети с целью сохранения ее работоспособности в слу­чае повреждения кабеля (рис.2.12). Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т. е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры клас­са В).

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется множественная передача маркера. Если при использовании Token-Ring новый (свобод­ный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается або­нентом сразу же после окончания передачи им пакета. После­довательность действий здесь следующая.

· Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.

· Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет.

· Сразу после передачи пакета абонент посылает новый маркер.

Одновременно каждый абонент ведет свой отсчет време­ни, сравнивая реальное время обращения маркера (TRT) с за­ранее установленным контрольным временем его прибытия (РТТ). Если маркер возвращается раньше, чем установлено РТТ, то сеть загружена мало, и следовательно, абонент может спокойно передавать всю свою информацию. Если же маркер возвращается позже, чем установлено РТТ, то сеть загружена сильно, и абонент может передавать только самую необходи­мую информацию. При этом величины контрольного времени РТТ могут устанавливаться различными для разных абонен­тов. Такой механизм позволяет абонентам гибко реагировать на загрузку сети и поддерживать ее на оптимальном уровне.

Рис.2.12. Реконфигурация сети FDDI при повреждении кабеля

Стандарт FDDI в отличие от стандарта IEEE 802.5 не пре­дусматривает возможности установки приоритетов пакетов и резервирования. Вместо этого все абоненты разделяются на две группы: асинхронные и синхронные. Для асинхронных абонен­тов время доступа к сети не слишком критично. Для синхронных оно должно быть жестко ограничено. В стандарте предусмотрен специальный алгоритм, обслуживающий эти два типа абонентов.

Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не полу­чила пока широкого распространения, это связано главным обра­зом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка 3-5 тысяч дол­ларов). Однако в ближайшее время ситуация может измениться.

Технология FDDI

Сокращение FDDI расшифровывается как Fiber Distributed Data Interface (оптоволоконный распределенный интерфейс данных). Эта технология была разработана в середине 80-х годов американским институтом национальных стандартов ANSI и была впоследствии положена в основу международного стандарта ISO 9314. Основным назначением технологии было создание магистрами для объединения сетей на основе Ethernet и Token Ring.

Из этого назначения вытекают и основные цели, которые ставились перед данной техникой:

• Увеличение скорости обмена до 100 Мбит/с.
• Высокая отказоустойчивости сети, обеспечиваемая за счет введения процедур восстановления после отказа оборудования (повреждений кабеля, некорректной работы станций или концентраторов, помех на линиях).
• Повышение расстояния между узлами.
• Одинаково эффективная работа при передаче как синхронного (чувствительного к задержкам трафика), так и асинхронного (нечувствительного к задержкам) трафика при большой загруженности сети.

Сеть строится на основе двух оптоволоконных колец: основного (primary) и резервного (secondary). Обычно используется основное кольцо, а при повреждениях участков кольцо свертывается средствами концентраторов и сетевых адаптеров. Данные по кольцам передаются в противоположных направлениях. При множественных повреждениях магистрали, сеть распадается на несколько независимых сетей.

Метод доступа технологии FDDI во многом основан на методе доступа Token Ring с алгоритмом раннего освобождения маркера, но имеет и ряд преимуществ перед ним.

Основные отличия состоят в следующем:

1. Трафик делится не на 8 приоритетов, а на 2 класса: синхронные данные (например, мультимедиа реального времени), которые необходимо передавать небольшими порциями с фиксированными задержками; асинхронные данные (например, файлы), которые не критичны к задержкам между кадрами данных, их желательно передавать реже, но большими порциями. Тип трафика задается протоколами верхних уровней.
2. Время удержания маркера не фиксированная величина. Оно позволяет обеспечить требования синхронного трафика, а для асинхронного трафика является адаптивным к загруженности сети и хорошо регулирует ее, притормаживая передачу несрочных асинхронных кадров.

Во время инициализации кольца станции договариваются о T max – максимально допустимое время оборота маркера по кольцу . Процесс инициализации запускается при подключении или удалении станции из сети, а также при изменении значения T max . При этом каждая станция предлагает свое значение T max , исходя из предельно допустимого времени между передачей своих кадров. Процедура похожа на выборы активного монитора в Token Ring. В соревновании побеждает станция с минимальным значением T max (для учета потребностей самого чувствительного к задержкам передачи синхронного трафика). Эта станция становится собственником маркера. Она посылает всем станциям сети управляющее сообщение о необходимости установить у себя новое значение T max . Исходя из T max , определяется фиксированное малое время удержания маркера для передачи синхронных кадров Тс удержания и начальное время для передачи асинхронных кадров Та0 удержания. Эти значения выбираются таким образом, чтобы в течении T max каждая станция кольца успевала передать по порции синхронных данных и оставался определенный запас времени для передачи некоторыми станциями асинхронных данных. Потом станция – собственник маркера передает свою порцию синхронных данных и отдает маркер следующей станции. Во время первого прохода маркера по кольцу разрешается передавать только синхронные данные.

В дальнейшем, если станция передает синхронные данные, то при поступлении к ней маркера, она всегда имеет право его захватить и передавать данные в течение Тс удержания.

Если станция передает асинхронные данные, то при приходе маркера она измеряет время фактического оборота маркера T rial , т.е. время, которое прошло от предыдущего прихода маркера, и может передавать свои кадры в течение времени удержания равного Та удержания = Та0 удержания. + (T max -T rial .). Если кольцо не перегружено (не все станции на прошлом круге передавали данные), то T rial < T max и Та удержания у станции возрастает по сравнению с Та0 удержания. По мере увеличения передачи асинхронных данных в кольце T rial будет увеличиваться, а Та удержания - соответственно уменьшаться. Наконец, когда T rial ≥Та0 удержания. +T max , станция потеряет право захватывать маркер для асинхронного трафика. До конца круга будут передаваться только синхронные данные.

Если все станции хотят передавать асинхронный трафик, а маркер прошел по кольцу слишком медленно, тогда все станции его пропустят, он быстро обернется по кругу и в следующем цикле станции будут его захватывать.

Главная » Разработчику » Fddi протокол. Технология FDDI. Основные характеристики. Особенности метода доступа. Отказоустойчивость технологии. Физический уровень технологии FDDI. Технические условия FDDI