Сетевые информационные технологии
       

Ceть FDDI


Свое название сети FDDI получили от заглавных букв Fiber distributed data interface. Он был разработан в 1985г. комитетом Х3Т9.5 Американского института национальных стандартов (ANSI) как стандарт на оптоволоконный интерфейс распределенных данных. Хотя этот стандарт официально называется стандартом ANSI X3T9.5, за ним закрепилось название FDDI. С целью повышения эффективности передачи цифровых, звуковых и видео-потоков данных реального времени в 1986г. был разработан стандарт FDDI-II. В последствии стандарт FDDI был принят в качестве международного стандарта ISO 9314.

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 (рисунок 24), 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.

    Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

    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 кольца - token ring. Длина кадра при этом намного больше и составляет 4470 байт.

    Физический уровень FDDI 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).



    Рис. 24. Реконфигурация колец FDDI при отказе

    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);


    • 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.

      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 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 маркера и кадров данных между портами концентратора.

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

            Сравнение FDDI и Token Ring

            Таблица 4

            Характеристика

            		FDDI

            		Ethernet

            		Token Ring
            Битовая скорость

            		100 Мб/с

            		10 Мб/с

            		 16 Мб/c
            Топология

            		Двойное кольцо

            деревьев

            		Шина/звезда

            		Звезда/кольцо
            Метод доступа

            		Доля от времени

            оборота маркера

            		CSMA/CD

            		Приоритетная система резервирования
            Среда передачи

            данных

            		Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара

            		Толстый, тонкий коаксиал, витая пара,оптоволокно

            		Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
            Максимальная длина сети (без мостов)

            		200 км (100 км на кольцо)

            		 2500 м

            		1000 м
            Максимальное расстояние между узлами

            		2 км (-11 dB потерь между узлами)

            		2500 м

            		 100 м
            Максимальное

            количество узлов

            		500 (1000 соединений)

            		1024

            		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
            <


            Все станции в сети FDDI делятся на несколько типов по следующим признакам:

            • конечные станции или концентраторы;


            • по варианту присоединения к первичному и вторичному кольцам;


            • по количеству MAC-узлов и, соответственно, MAC-адресов у одной станции.


              • Одиночное и двойное присоединение к сети

              Если станция присоединена только к первичному кольцу, то такой вариант называется одиночным присоединением - Single Attachment, SA. Если же станция присоединена и к первичному, и ко вторичному кольцам, то такой вариант называется двойным присоединением - Dual Attachment, DA.

              Очевидно, что станция может использовать свойства отказоустойчивости, обеспечиваемые наличием двух колец FDDI, только при ее двойном подключении.

              В зависимости от того, является ли станция концентратором или конечной станцией, приняты следующие обозначения в зависимости от типа их подключения:

              SAS (Single Attachment Station) - конечная станция с одиночным подключением,

              DAS (Dual Attachment Station) - конечная станция с двойным подключением,

              SAC (Single Attachment Concentrator) - концентратор с одиночным подключением,

              DAC (Dual Attachment Concentrator) - концентратор с двойным подключением.

              Особенностью технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

            • высокая степень отказоустойчивости;


            • способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;


            • высокая скорость обмена данными;


            • возможность поддержки синхронного мультимедийного трафика;


            • гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;


            • возможность работы при коэффициенте загрузки кольца близком к единице;


            • возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC.


              • За уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI является одной из самых дорогих технологий. 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.

              В FDDI широко используются: концентраторы, которые, как и станции, могут быть с одним или с двумя портами ввода-вывода для подключения к магистральному каналу. Двойные концентраторы используются на магистральном участке сети, а одинарные концентраторы поддерживают древовидную структуру сети. Подключение абонентских систем к концентраторам может осуществляться как с помощью оптоволоконных каналов, так и с помощью питых пар проводников. В первом случае в качестве промежуточного звена выступают одинарные станции. Во втором случае используется специальный адаптер, подобный адаптеру сети стандарта IEEE 802.5. Представительный набор устройств различных типов позволяет поддерживать сетевые структуры с достаточно разнообразной топологией, от простой кольцевой до сложной древовидно-кольцевой.

              Стандартом определены два режима передачи данных: синхронный и асинхронный. В синхронном режиме станция при каждом поступлении маркера может передавать данные в течение определенного времени независимо от времени появления маркера. Этот режим обычно используется для приложений, чувствительных к временным задержкам, например в системах оперативного управления и др.

              В асинхронном режиме длительность передачи информации связана с приходом маркера и не может продолжаться позднее определенного момента времени. Если до указанного момента времени маркер не появился, то передача асинхронных данных вообще не производится. Дополнительно, в асинхронном режиме устанавливается несколько (до семи) уровней приоритета, каждому из которых устанавливается свое граничное время передачи информации.


              Содержание раздела