Режим работы сети fddi в случае. Характеристика технологии FDDI. Синхронная и асинхронная передача

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.

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.

FDDI — (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизированная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной транспортировки информации по оптоволоконным линиям. Скорость транспортировки — 100 Мбит/с. Логическая топология — кольцо (двойное), метод доступа — детерминированный, с транспортировкой маркера. Маркер доступа транспортируется от станции к станции по кольцу. Станция которая имеет маркер, имеет право передачи информации. Технология разрешает транспортировку асинхронного и синхронного трафика. При транспортировке синхронного трафика на этапе инициалиазации кольца определяется полоса пропускания, которая дается каждой станции для транспортировки. Для асинхронного трафика может выделяться вся остальная полоса пропускания кольца. Реальная пропускная способность кольца может быть — 95 Мбит/с, но при значительных задержках в обслуживании. При минимизации задержке пропускная способность может падать и до 20 Мбит/с.

Максимальное количество станций в сети — 500 с двойным кольцом и 1000 с одинарным. Длина между станциями станциями до 2 км при многомодовом и до 45-60 км при одномодовом кабеле., длина одинарного кольца — 200 км, двойного кольца — 100 км. Технологию FDDI можно анализировать как улучшение , которое проявляется в повышении отказоустойчивости, производительности и увеличение размеров сети относительно количества узлов и расстоянию между ними. Отказоустойчивость повышается за счет второго кольца, который замыкается в случае обрыва первого кольца. Технология FDDI легко интегрируется с Token Ring и Ethernet, что дает широкое применение в высокоскоростных магистралей.

Стандарт FDDI определяет 4 компонента: SMT, MAC, PHY, PMD (рис.1).

• SMT (Station Management) — указывает настройку колец и станции, алгоритмы включения станции в кольцо и ее отключения и др. Реализует генерацию диагностических кадров, управляет доступом к сети и реализует целостность кольца, перенаправляет трафик данных на вторичное кольцо при неполадках в первом. Также можно использовать вторичное кольцо для повышение пропускной способности до 200 Мбит/с.
• MAC (Media Access Control) — указывает форматы кадров, адресацию, алгоритм вычисления CRC, обработка ошибок. Соответствует MAC — подуровню канального уровня OSI. Меняется информацией с вышестоящим LLC — подуровнем.
• PHY — (Physical) — указывает кодирование и декодирование, синхронизацию, кадрирование трафика. Относится к физическому уровню модели OSI.
• PMD (Physical Medium Dependent) — определяет параметры оптических или электрических элементов (кабелей, трансиверов, коннекторов) характеристик каналов связи. Относится к физическому уровню модели OSI.

Рисунок — 1

Электрическую реализацию архитектуры FDDI на витой паре называют CDDI или TPDDI. SDDI определяет реализацию экранированного кабеля STP Type 1. В сравнении с оптическим вариантом эти технологии дешевле. но разрешаемая длина каналов связи между узлами уменьшается до 100 м. В сравнении с оптической, электрические версии менее стандартизованы и совместимость оборудование разных производителей не гарантируется.

Технологии физического уровня

Порты аппаратуры FDDI имеют приемопередатчики, которые реализуют раздельные линии для принимаемого (Rx) и передаваемого (Tx) сигналов. тут применяется логическое 4B/5B, где каждая четверка бит исходных данных кодируется 5-битным символом. Эффективную скорость транспортировки 100 Мбит/с реализует тактовая частота битовых интервалов 125 МГц.

В качестве среды передачи реализуется витая пара или оптоволокно:

• SMF-PMD — одномодовое волокно с лазерными источниками. Разрешимая длина канала — 40 -60 км.
• MMF-PMD — реализует в качестве среды передачи многомодовое волокно, источник излучения — светодиод. Разрешимая длина канала — 2 км.
• LCF-PMD — дешевое многомодовое волокно, где длина канала связи ограничена 500 м.
• TP PMD — витая пара STP type 1 или UTP категории 5, коннекторы Rj — 45. Реализовано две пары проводов, длина — 100 м.

Для всех оптических вариантов длина волны — 1300 нм, из-за чего порты MMF, LCF, SMF можно объединять, если соединение вносит допустимое затухание. Физическая топология сети FDDI — гибридная или кольцевая, частичное включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор. На рис.2 видно пример, на котором реализованы следующие типы подключения:

• SAS — станция одинарного подключения (только к первичному кольцу)
• DAS — станция двойного подключения (к обоим кольцам)
• SAC — концентратор одинарного подключения, реализует соединения узлов одинарного подключения
• DAC — конценторатор двойного подключения, реализует подключение к двойному кольцу узлы одинарного подключения

Рисунок — 2

Станции двойного (DAS) и одинарного (SAS) подключения имеют разные способы подключение к кольцу (рис.3). Станции подключения DAS (класс А), имеют два трансивера и могут встраиваться напрямую в базовую сеть, к кольцам. В нормальном режиме сигнал, поступающий на вход Pri_In, транслируется на выход Pri_Out, и при транспортировке в эту цепочку вклинивается кадр, транспортируемый текущей станцией. Связь Sec_In — Sec_Out реализована в качестве резервной. Станции одинарного соединения SAS, они же станции класса B, имеют один трансивер и встраиваются в первичное кольцо. Связь In-Out для них есть одной. В базовую сеть могут подключаться через концентратор или обходной коммутатор.

Рисунок — 3, а — одинарного подключения (SAS), б — двойного (DAS)

Концентраторы также могут быть одинарного (SAC) или двойного (DAC) подключения (рис.4). В их задачи входит реализация целостности логического кольца независимо от параметров линии и узлов, подключенных к его портам. DAC реализует включение станций SAS и концентраторов SAC в двойное логическое кольцо, SAC — включает в одинарное. При 100% древовидной или звездообразной топологии, без явного кольца, у корневого концентратора реализуется нулевое подключение — (null-attachment concentrator).

Рисунок — 4, а — одинарного подключения (SAC), б — двойного (DAC)

Повторитель — реализует промежуточное усиление оптического сигнала, в некоторых случаях может быть реализован переход с одномодового на многомодовое волокно. Аттенюатор — реализуют снижение мощности на входе приемника до номинального уровня.

Обходной коммутатор — двойной или одиночный, реализует обход узла в случае его отказа или отключения. Такой аппарат ставится между кольцом и станцией и реализует один из двух вариантов возможных схем коммутации световых потоков (рис.5). Коммутатор подключает станцию в кольцо при наличии разрешающего сигнала готовности. Реализуя обходные коммутаторы, нужно учитывать:

• реализация такого коммутатора возможна лишь при соединение станций с однотипными соседями (только ММ или SM) волокнами. В ином случае соединение одномодового с многомодовым волокно неработоспособно.
• Суммарная длина кабелей, приходящих к коммутатору от соседних станций, не должна быть выше предела для данного типа кабелей и портов с параметром затухания, который вносит коммутатор (~ 2,5 дБ).
• Количество обходных коммутаторов ограничено, из-за затухания и длины кабеля.

Рисунок — 5, а — станция включена, б — выключена

Разветвители — устройства, которые реализуют объединение/разветвление оптических сигналов.

Интерфейсы и порты FDDI

Стандарт описывает 4 типа портов:

• порт А — прием с первичного кольца, транспортировка во вторичное (для устройств двойного подключения)
• порт В — прием со вторичного кольца, транспортировка в первичное (-//-)
• порт M (master) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах для подключения SAC или SAS.
• порт S (slave) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах и станциях одинарного подключения.

Для типичного кольца есть правила соединения портов:

• порт А подключается только с портов В и наоборот
• порт М подключается только с портом S

В таблице 1 показаны варианты соединения портов. V — помечены допустимые соединение, U — нежелательные, которые могут привести к неожиданным топологиям. X — абсолютно недопустимые. P — соединение портов А и В с портами М, активное соединение только порта В (пока он жив).

Для технологии FDDI, разработаны специальные оптические дуплескные коннекторы, учитывая многовариантность соединение передатчиков и приемников, FDDI MIC (Media Interface Connector). Вилки на кабелях имеют прорези, а розетки имеют выступы, такая система разрешает исключить ошибки коммутации портов (рис.6).

Рисунок — 6, a — для двойного подключения, б — для одинарного

Форматы кадров

В кольце FDDI могут передаваться пакеты двух видов: маркер (token) и каждой данные/команды (MAC Data/frame frame) (рис.7). Длина элементов указана в 5-битных символах (из-за 4B/5B). Длина кадра не может быть больше 9000 символов.

Рисунок — 7

Кадры и маркеры состоят из:

• Pre — Преамбула, специальный набор символов, с помощью которых станция синхронизируется и подготавливается к обработке кадра
• SD — начальный разделитель, комбинация JK
• ED — конечный разделитель, один или два символа T
• FC — байт управление пакетом.
• DA — 2 или 6 байтный адрес назначения — уникальный, групповой или широковещательный
• SA — адрес источника кадра, аналогичный DA
• Info — поле данных длиной до 4478 байт. Имеет информацию вышестоящего уровня (LLC) или управляющую информацию
• FCS — 4-байтный CRС-код
• FS — статус кадра (12 бит)

Кадры команд (MAC кадры) имеют такую же структуру, что и кадры данных, но поле info — всегда нулевой длины. Код команды передается в поле FC, а для передачи результатов реализовано поле FS.

По содержимому поля Info различают два типа кадров — FDDI SNAP, FDDI 802.2. Они похожи, за небольшими исключениями:

• В FDDI имеется два байта управления кадров, несущие его параметры и поле состояние кадра. В Ethernet нету аналогов
• Кадры Ethernet имеют поле длины, где не реализовано в FDDI (оно и не нужно)

На рис.8 показаны форматы кадров FDDI SNAP, FDDI 802.2.

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.