Мережі FDDI . Протоколи, історія, стан
У Росії її триває процес інтенсивного впровадження нових та модернізації існуючих локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Зростаючі розміри мереж, прикладні програмні системи, що вимагають все більших швидкостей обміну інформацією, підвищуються вимоги до надійності та стійкості до відмови змушують шукати альтернативу традиційним мережам Ethernet і Arcnet. Один із видів високошвидкісних мереж – FDDI (Fiber Distributed Data Interface – розподілений оптоволоконний інтерфейс даних).
Мережеві комп'ютерні комплексистають невід'ємними засобами виробництва будь-якої організації чи підприємства. Швидкий доступ до інформації, її достовірність підвищують можливість прийняття правильних рішень персоналом і, зрештою, можливість виграшу в конкурентній боротьбі. У своїх керуючих та інформаційних системахФірми бачать кошти стратегічного переваги над конкурентами і розглядають інвестиції у яких як капітальні вкладення.
У зв'язку з тим, що обробка та пересилання інформації за допомогою комп'ютерів стають все швидше та ефективнішими, відбувається справжній інформаційний вибух. ЛОМ починають зливатися в територіально-розподілені мережі, збільшується кількість підключених до ЛОМ серверів, робочих станцій і периферійного обладнання.
Сьогодні в Росії комп'ютерні мережі багатьох великих підприємств та організацій являють собою одну або декілька ЛОМ, побудованих на основі стандартів Arcnet або Ethernet. Як мережне операційне середовище зазвичай застосовується NetWare v3.12 або Windows NT з одним або декількома файловими серверами. Ці ЛОМ або зовсім не мають зв'язку один з одним, або з'єднуються кабелем, що працює в одному з цих стандартів через внутрішні або зовнішні програмні маршрутизатори NetWare.
Сучасні операційні системи та прикладне програмне забезпечення вимагають для своєї роботи пересилання великих обсягів інформації. Одночасно з цим потрібно забезпечувати передачу інформації з великими швидкостями та великі відстані. Тому рано чи пізно продуктивність мереж Ethernet і програмних мостів і маршрутизаторів перестають задовольняти потребам користувачів, що зростають, і вони починають розглядати можливості застосування у своїх мережах більш швидкісних стандартів. Одним із них є FDDI.
Загальні відомості.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface– Волоконно-оптичний інтерфейс передачі даних – стандарт передачі даних у локальній мережі, протягнутій на відстані до 200 кілометрів. На цій території мережа FDDI здатна підтримувати кілька тисяч користувачів.
Технологія FDDI багато в чому ґрунтується на технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її основні ідеї. Token ring - Технологія локальної обчислювальної мережі (LAN) кільця з "маркерним доступом" - протокол локальної мережі, що знаходиться на канальному рівні (DLL) моделі OSI. Станція може розпочати передачу своїх власних кадрів даних лише у тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр – токен доступу. Після цього вона може передавати свої кадри, якщо вони мають, протягом часу, званого часом утримання токена - Token Holding Time (THT). Після закінчення часу THT станція має завершити передачу свого чергового кадру і передати токен доступу наступної станції. Якщо ж у момент прийняття токена станції немає кадрів для передачі по мережі, то вона негайно транслює токен наступної станції. У мережі FDDI кожна станція має попередній сусід (upstream neighbor) і наступний сусід (downstream neighbor), що визначаються її фізичними зв'язками і напрямом передачі.
Кожна станція в мережі постійно приймає передані їй попереднім сусідом кадри та аналізує їх адресу призначення. Якщо адреса призначення не збігається з її власною, вона транслює кадр своєму наступному сусідові. Потрібно відзначити, що, якщо станція захопила токен і передає свої власні кадри, то протягом цього періоду вона не транслює кадри, що приходять, а видаляє їх з мережі.
Якщо ж адреса кадру збігається з адресою станції, то вона копіює кадр у свій внутрішній буфер, перевіряє його коректність (в основному, за контрольною сумою), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу, що лежить вище рівня FDDI (наприклад, IP), а потім передає вихідний кадр мережі наступної станції. У кадрі, що передається в мережу, станція призначення відзначає три ознаки: розпізнавання адреси, копіювання кадру і відсутності або наявності в ньому помилок.
Після цього кадр продовжує подорожувати мережею, транслюючись кожним вузлом. Станція, яка є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі, після того, як він, здійснивши повний оберт, знову дійде до неї. При цьому вихідна станція перевіряє ознаки кадру, чи дійшов до станції призначення і чи не був при цьому пошкоджений. Процес відновлення інформаційних кадрів не входить до обов'язків протоколу FDDI, цим мають займатися протоколи вищих рівнів.
Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний та резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець – це основний спосіб підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI, і вузли, які хочуть ним скористатися, повинні бути підключені до обох кільців. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки первинного кабелю (Primary) кільця, тому цей режим названий наскрізним або «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується.
У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним, утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто "згортання" або "згортання" кілець. Операція згортання проводиться силами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються проти годинникової стрілки, а за вторинним – за годинниковою. Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.
Оскільки мережа FDDI використовує як середовище передачі оптоволоконний кабель, то момент розробки технології багато в чому відтягувався через тривале впровадження оптоволоконних кабелів та усунення помилок, пов'язаних із новою оптоволоконною технологією.
Ще в 1880 році Олександр Белл запатентував пристрій, який передавав мову на відстань до 200 метрів за допомогою дзеркала, що вібрував синхронно зі звуковими хвилями і модулював відбите світло. І лише у 1980-ті роки розпочалися роботи зі створення звичайних технологій та пристроїв для використання оптоволоконних каналів у локальних мережах. Роботи з узагальнення досвіду та розробки першого оптоволоконного зразка для локальних мереж були зосереджені в Американському державному Інституті зі Стандартизації – ANSI, у межах створеного цієї мети комітету X3T9.5.
Початкові версії різних складових частин стандарту FDDI розробили комітетом Х3Т9.5 в 1986–1988 роках, і тоді виникло перше устаткування – мережні адаптери, концентратори, мости і маршрутизатори, підтримують цей стандарт.
В даний час більшість мережевих технологій підтримують оптоволоконні кабелі як один з варіантів фізичного рівня, але FDDI залишається найбільш відпрацьованою високошвидкісною технологією, стандарти на яку пройшли перевірку часом і устоялися, так що обладнання різних виробників показує гарний ступінь сумісності.
Протоколи FDDI
На малюнку наведено структуру протоколів технології FDDI у порівнянні з семирівневою моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня та протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений у стандартах IEEE 802.2 та ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють у дейтаграмному режимі – без встановлення з'єднань та без відновлення втрачених чи пошкоджених кадрів.
Фізичний рівень розділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол керування станцією SMT (Station Management).
Рівень PMD забезпечує необхідні засоби передачі даних від однієї станції в іншу по оптоволокну. У його специфікації визначаються:
Вимоги до потужності оптичних сигналів та багатомодового оптоволоконного кабелю 62.5/125 мкм.
Вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) та оптичних приймачів.
Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркування.
Довжина хвилі 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі.
Подання сигналів оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.
Рівень PHY виконує кодування та декодування даних, що циркулюють між MAC-рівнем та рівнем PMD, а також забезпечує тактування інформаційних сигналів. У його специфікації визначаються:
кодування інформації відповідно до схеми 4B/5B;
правила тактування сигналів;
вимоги до стабільності тактової частоти 125 МГц;
правила перетворення інформації з паралельної форми на послідовну.
Рівень MAC відповідає за керування доступом до мережі, а також за прийом та обробку кадрів даних. У ньому визначено такі параметри:
Протокол передачі токена.
Правила захоплення та ретрансляції токена.
Формування кадру.
Правила генерації та розпізнавання адрес.
Правила обчислення та перевірки 32-розрядної контрольної суми.
Рівень SMT виконує всі функції управління та моніторингу всіх інших рівнів стека протоколів FDDI. В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT управління мережею. У специфікації SMT визначено таке:
Алгоритми виявлення помилок та відновлення після збоїв.
Правила моніторингу роботи кільця та станцій.
Управління кільцем.
Процедури ініціалізації кільця.
Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується за рахунок управління рівнем SMT іншими рівнями: за допомогою рівня PHY усуваються відмови мережі з фізичних причин, наприклад, через обрив кабелю, а за допомогою рівня MAC – логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі токена і кадрів даних між портами концентратора
Стан.
Розробники технології намагалися втілити у життя таке:
· Підвищити бітову швидкість передачі даних до 100 Мб/с;
· Підвищити відмовостійкість мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду – ушкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;
· Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як асинхронного, так синхронного трафиків.
Виходячи з цього, перевагою технології FDDI є поєднання кількох дуже важливих для локальних мереж властивостей:
1. високий рівень відмовостійкості;
2. Здатність покривати значні території, до територій великих міст;
3. Висока швидкість обміну даними;
4. Детермінований доступ, що дозволяє передавати чутливі до затримок програми;
5. Гнучкий механізм розподілу пропускної спроможності кільця між станціями;
6. Можливість роботи при коефіцієнті завантаження кільця, близькому до одиниці;
7. Можливість легкої трансляції трафіку FDDI у графіки таких популярних протоколів, як Ethernet та Token Ring за рахунок сумісності форматів адрес станцій та використання загального підрівня LLC.
Поки що FDDI – це єдина технологія, якій вдалося об'єднати всі перелічені властивості. В інших технологіях ці властивості також трапляються, але не в сукупності. Так, технологія Fast Ethernet також має швидкість передачі даних 100 Мбіт/с, але вона не дозволяє відновлювати роботу мережі після одноразового обриву кабелю і не дає можливості працювати при великому коефіцієнті завантаження мережі (якщо не брати до уваги комутацію Fast Ethernet).
На малюнку наведено структуру протоколів технології FDDI у порівнянні з семирівневою моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня та протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений у стандартах IEEE 802.2 та ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють у дейтаграмному режимі – без встановлення з'єднань та без відновлення втрачених чи пошкоджених кадрів.
Фізичний рівень розділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол керування станцією SMT (Station Management).
Рівень PMD забезпечує необхідні засоби передачі даних від однієї станції в іншу по оптоволокну. У його специфікації визначаються:
Вимоги до потужності оптичних сигналів та багатомодового оптоволоконного кабелю 62.5/125 мкм.
Вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) та оптичних приймачів.
Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркування.
Довжина хвилі 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі.
Подання сигналів оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.
Рівень PHY виконує кодування та декодування даних, що циркулюють між MAC-рівнем та рівнем PMD, а також забезпечує тактування інформаційних сигналів. У його специфікації визначаються:
кодування інформації відповідно до схеми 4B/5B;
правила тактування сигналів;
вимоги до стабільності тактової частоти 125 МГц;
правила перетворення інформації з паралельної форми на послідовну.
Рівень MAC відповідає за керування доступом до мережі, а також за прийом та обробку кадрів даних. У ньому визначено такі параметри:
Протокол передачі токена.
Правила захоплення та ретрансляції токена.
Формування кадру.
Правила генерації та розпізнавання адрес.
Правила обчислення та перевірки 32-розрядної контрольної суми.
Рівень SMT виконує всі функції управління та моніторингу всіх інших рівнів стека протоколів FDDI. В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT управління мережею. У специфікації SMT визначено таке:
Алгоритми виявлення помилок та відновлення після збоїв.
Правила моніторингу роботи кільця та станцій.
Управління кільцем.
Процедури ініціалізації кільця.
Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується за рахунок управління рівнем SMT іншими рівнями: за допомогою рівня PHY усуваються відмови мережі з фізичних причин, наприклад, через обрив кабелю, а за допомогою рівня MAC - логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі токена і кадрів даних між портами концентратора
Стан.
Розробники технології намагалися втілити у життя таке:
· Підвищити бітову швидкість передачі даних до 100 Мб/с;
· Підвищити відмовостійкість мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду – пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;
· Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як асинхронного, так синхронного трафиків.
Виходячи з цього, перевагою технології FDDI є поєднання кількох дуже важливих для локальних мереж властивостей:
1. високий рівень відмовостійкості;
2. Здатність покривати значні території, до територій великих міст;
3. Висока швидкість обміну даними;
4. Детермінований доступ, що дозволяє передавати чутливі до затримок програми;
5. Гнучкий механізм розподілу пропускної спроможності кільця між станціями;
6. Можливість роботи при коефіцієнті завантаження кільця, близькому до одиниці;
7. Можливість легкої трансляції трафіку FDDI у графіки таких популярних протоколів, як Ethernet та Token Ring за рахунок сумісності форматів адрес станцій та використання загального підрівня LLC.
Поки що FDDI - це єдина технологія, якій вдалося об'єднати всі перелічені властивості. В інших технологіях ці властивості також трапляються, але не в сукупності. Так, технологія Fast Ethernet також має швидкість передачі даних 100 Мбіт/с, але вона не дозволяє відновлювати роботу мережі після одноразового обриву кабелю і не дає можливості працювати при великому коефіцієнті завантаження мережі (якщо не брати до уваги комутацію Fast Ethernet).
До недоліків слід віднести одну - високу вартість обладнання. За унікальне поєднання властивостей доводиться платити – технологія FDDI залишається найдорожчою 100-мегабітною технологією. Тому її основні сфери застосування - це магістралі кампусів та будівель, а також підключення корпоративних серверів. У цих випадках витрати виявляються обґрунтованими - магістраль мережі повинна бути стійкою до відмови і швидкою, те ж відноситься до сервера, побудованого на базі дорогої мультипроцесорної платформи і обслуговуючого сотні користувачів. Через високу вартість обладнання рішення на основі FDDI поступаються рішенням на основі Fast Ethernet при будівництві локальних мереж невеликої протяжності, коли стандарт Fast Ethernet надає оптимальне рішення.
У Росії її триває процес інтенсивного впровадження нових модернізації існуючих локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Зростаючі розміри мереж, прикладні програмні системи, що вимагають все більших швидкостей обміну інформацією, підвищуються вимоги до надійності та стійкості до відмови змушують шукати альтернативу традиційним мережам Ethernet і Arcnet. Один з видів високошвидкісних мереж – FDDI (Fiber Distributed Data Interface – розподілений оптоволоконний інтерфейс даних). У статті розглядаються можливості використання FDDI під час побудови корпоративних комп'ютерних комплексів.
За прогнозами фірми Peripheral Strategies у всьому світі до 1997 року до локальних обчислювальним мережамбуде підключено понад 90% усіх персональних комп'ютерів(нині - 30-40%). Мережеві комп'ютерні комплекси стають невід'ємними засобами виробництва будь-якої організації чи підприємства. Швидкий доступ до інформації та її достовірність підвищують можливість прийняття правильних рішень персоналом і, зрештою, можливість виграшу в конкурентній боротьбі. У своїх керуючих та інформаційних системах фірми бачать кошти стратегічної переваги над конкурентами та розглядають інвестиції в них як капітальні вкладення.
У зв'язку з тим, що обробка та персилка інформації за допомогою комп'ютерів стають все швидше та ефективнішими, відбувається справжній інформаційний вибух. ЛОМ починають зливатися в територіально-розподілені мережі, збільшується кількість підключених до ЛОМ серверів, робочих станцій і периферійного обладнання.
Сьогодні в Росії комп'ютерні мережі багатьох великих підприємств та організацій являють собою одну або декілька ЛОМ, побудованих на основі стандартів Arcnet або Ethernet. У якості мережного операційного середовища зазвичай застосовується NetWare v3.11 або v3.12 з одним або декількома файловими серверами. Ці ЛОМ або зовсім не мають зв'язку один з одним, або з'єднуються кабелем, що працює в одному з цих стандартів через внутрішні або зовнішні програмні маршрутизатори NetWare.
Сучасні операційні системи та прикладне програмне забезпечення вимагають для своєї роботи пересилання великих обсягів інформації. Одночасно з цим потрібно забезпечувати передачу інформації з дедалі більшими швидкостями та все більші відстані. Тому рано чи пізно продуктивність мереж Ethernet і програмних мостів і маршрутизаторів перестають задовольняти потребам користувачів, що зростають, і вони починають розглядати можливості застосування у своїх мережах більш швидкісних стандартів. Одним із них є FDDI.
Принцип дії мережі FDDI
Мережа FDDI є волоконно-оптичним маркерним кільцем зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек.
Стандарт FDDI розроблено комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються всіма провідними виробниками мережевого обладнання. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований на X3T12.
Використання як середовище поширення волоконної оптики дозволяє суттєво розширити смугу пропускання кабелю та збільшити відстані між мережевими пристроями.
Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при розрахованому на багато користувачів доступі. Допустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить в межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної спроможності (10 Мбіт/сек), в іншому випадку ймовірність виникнення колізій стає не надто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI допустима утилізація може сягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вища.
Детермінована природа протоколу FDDI (можливість передбачення максимальної затримки при передачі пакета по мережі та можливість забезпечити гарантовану смугу пропускання для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережевих АСУ ТП реального часу та у додатках, критичних на час передачі інформації (наприклад для передачі відео та звукової інформації).
Багато своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мереж Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія та маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, яка одержала маркер, може передавати свої дані.
Однак FDDI має і низку принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінено алгоритм модуляції даних фізично. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги сигналу, що передається щодо даних, що передаються. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять із чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма бітами, що передаються. При передачі 100 Мбіт інформації в секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек, замість 200 Мбіт/сек, що знадобилося б при використанні манчестерського кодування.
Оптимізовано та керування доступом до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засноване на побітовій основі, а в FDDI на паралельній обробці групи з чотирьох або восьми бітів, що передаються. Це знижує вимоги до швидкодії обладнання.
Фізично кільце FDDI утворене волоконно-оптичним кабелем з двома світлопровідними вікнами. Один з них утворює первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворює вторинне кільце (secondary ring), є резервним і нормальному режимі не використовується.
Станції, підключені до FDDI, поділяються на дві категорії.
Станції класу А мають фізичні приєднання до первинного і вторинного кільцям (Dual Attached Station - дворазово підключена станція);
2. Станції класу І мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - одноразово підключена станція) і підключається лише через спеціальні пристрої, які називаються концентраторами.
На рис. 1 показаний приклад підключення концентратора і станцій класів А і В замкнутий контур, по якому циркулює маркер. На рис. 2 показана складніша топологія мережі з розгалуженою структурою (Ring-of-Trees - кільце з дерев), що утворюється станціями класу Ст.
Порти мережевих пристроїв, що підключаються до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, який приймає дані з первинного кільця і передає їх у кільце. Порт - це порт, який приймає дані з вторинного кільця і передає їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з однієї й тієї ж кільця. М порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S порт.
Стандарт X3T9.5 має низку обмежень. Загальна довжина подвійного волоконно-оптичного кільця – до 100 км. До кільця можна підключити до 500 станцій класу А. Відстань між вузлами при використанні багатомодового волоконно-оптичного кабелю - до 2 км, а при використанні одномодового кабелю визначається в основному параметрами волокна та приймально-передавального обладнання (може досягати 60 і більше км).
Відмовостійкість мереж FDDI
Стандарт ANSI X3T9.5 регламентує 4 основні відмовостійкі властивості мереж FDDI:
1. Кільцева кабельна система зі станціями класу А відмовостійка до одноразового обриву кабелю в будь-якому місці кільця. На рис. 3 показаний приклад обриву як первинного, так і вторинного волокон у кільцевому кабелі. Станції, що знаходяться по обидва боки урвища, переконфігурують шлях циркуляції маркера і даних, підключаючи для цього вторинне волоконно-оптичне кільце.
2. Вимкнення живлення, відмова однієї зі станцій класу або обрив кабелю від концентратора до цієї станції буде виявлений концентратором, і відбудеться відключення станції від кільця.
3. Дві станції класу підключені відразу до двох концентраторів. Цей спеціальний вид підключення називається Dual Homing і може бути використаний для стійкого до відмови (до несправностей в концетраторі або в кабельній системі) підключення станцій класу В за рахунок дублювання підключення до основного кільця. У нормальному режимі обмін даними відбувається через один концентратор. Якщо з будь-якої причини зв'язок втрачається, обмін буде здійснюватися через другий концентратор.
4. Вимикання живлення або відмова однієї зі станцій класу А не призведе до відмови інших станцій, підключених до кільця, тому що світловий сигнал буде пасивно передаватися до наступної станції через оптичний перемикач (Optical Bypass Switch). Стандарт допускає мати до трьох послідовно розташованих вимкнених станцій.
Оптичні перемикачі виробляють фірми Molex та AMP.
Синхронна та асинхронна передача
Підключення до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - в синхронному та асинхронному.
Синхронний режим влаштований в такий спосіб. У процесі ініціалізації мережі визначається очікуваний час обходу кільця маркером – TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, відводиться гарантований час передачі даних в кільце. Після закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу та надіслати маркер у кільце.
Кожна станція на момент посилки нового маркера включає таймер, що вимірює часовий інтервал до моменту повернення до неї маркера - TRT (Token Rotation Timer). Якщо маркер повернеться до станції раніше очікуваного часу обходу TTRT, станція може продовжити час передачі своїх даних у кільце і після закінчення синхронної передачі. На цьому ґрунтується асинхронна передача. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією дорівнюватиме рахності між очікуваним і реальним часомобходу кільця маркером.
З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна або кілька станцій не мають достатнього обсягу даних, щоб повністю використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, то невикористаними смуга пропускання відразу стає доступною для асинхронної передачі іншими станціями.
Кабельна система
Підстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) як базова кабельна система визначає багатомодовий волоконно-оптичний кабель з діаметром світловодів 62.5/125 мкм. Допускається застосування кабелів з іншим діаметром волокон, наприклад, 50/125 мкм. Довжина хвилі – 1300 нм.
Середня потужність оптичного сигналу на вході станції повинна бути не менше ніж -31 dBm. За такої вхідної потужності ймовірність помилки на біт при ретрансляції даних станцією має перевищувати 2.5*10 -10 . При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 dBm ця ймовірність повинна знизитися до 10 -12 .
Максимально допустимий рівень втрат сигналу в кабелі стандарт визначає 11 dBm.
Підстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні одномодового волоконно-оптичного кабелю. У цьому випадку в якості передавального елемента зазвичай використовується лазерний світлодіод, а дистанція між станціями може досягати 60 і навіть 100 км.
FDDI модулі для одномодового кабелю випускає, наприклад, фірма Cisco Systems для маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS+. Сегменти одномодового та багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть змінюватись. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco є можливість вибору модулів з усіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий-многомодовий, багатомодовий-одномодовий, одномодовий-многомодовий, одномодовий-одномодовий.
Фірма Cabletron Systems Inc. випускає повторювачі Dual Attached – FDR-4000, які дозволяють підключити одномодовий кабель до станції класу А з портами, призначеними для роботи на багатомодовому кабелі. Ці повторювачі дозволяють збільшити відстань між вузлами FDDI кільця до 40 км.
Підстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних з мідних кабелів) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованої (IBM Type 1) та не екранованої (Category 5) кручених пар. Це значно спрощує процес інсталяції кабельної системи та здешевлює її, мережеві адаптери та обладнання концентраторів. Відстань між станціями при використанні кручених пар не повинні перевищувати 100 км.
Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає FDDI модулі для своїх концентраторів, які дозволяють працювати або в стандартному режимі, коли вторинне кільце використовується тільки з метою відмовостійкості при обриві кабелю, або в розширеному режимі, коли вторинне кільце також використовується для передачі даних. У другий випадок смуга пропускання кабельної системи розширюється до 200 Мбіт/сек.
Підключення обладнання до мережі FDDI
Є два основних способи підключення комп'ютерів до мережі FDDI: безпосередньо, а також через мости або маршрутизатори до мереж інших протоколів.
Безпосереднє підключення
Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлів, архіваційних та інших серверів, середніх та великих ЕОМ, тобто ключових мережевих компонентів, які є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і вимагають високих швидкостей введення-виводу по мережі .
Аналогічно можна підключити робочі станції. Однак, оскільки мережні адаптери для FDDI дуже дорогі, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну мережею є обов'язковою умовою для нормальної роботи програми. Приклади таких програм: системи мультимедіа, передача відео та звукової інформації.
Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовують спеціалізовані мережеві адаптери, які звичайним чином вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect та ін. На ринку є карти під усі поширені шини - ISA, EISA та Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А або В для всіх видів кабельної системи – волоконно-оптичної, екранованої та неекранованої кручених пар.
Всі провідні виробники UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems та інші) передбачають інтерфейси для безпосереднього підключеннядо мереж FDDI.
Підключення через мости та маршрутизатори
Мости (bridges) та маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інших протоколів, наприклад, Token Ring та Ethernet. Це уможливлює економічне підключення до FDDI великої кількості робочих станцій та іншого мережевого обладнання як у нових, так і вже існуючих ЛОМ.
Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються у двох варіантах - у закінченому вигляді, що не допускає подальшого апаратного нарощування або переконфігурації (так звані standalone-пристрою), і у вигляді модульних концентраторів.
Прикладом standalone-пристроїв є: Router BR фірми Hewlett-Packard та EIFO Client/Server Switching Hub фірми Network Peripherals.
Модульні концентратори застосовуються у складних великих мережахяк центральні мережеві пристрої. Концентратор являє собою корпус із джерелом живлення та з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляють мережні комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛОМ, об'єднати кабельні системи різних типів та протоколів. Слоти, що залишилися вільними, можна використовувати для подальшого нарощування ЛОМ.
Концентратори виробляються багатьма фірмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet та іншими.
Концентратор – це центральний вузол ЛОМ. Його відмова може призвести до зупинки всієї мережі або принаймні значної її частини. Тому більшість фірм, що виробляють концентратори, вживають спеціальних заходів для підвищення їхньої відмовостійкості. Такими заходами є резервування джерел живлення в режимі поділу навантаження або гарячого резервування, а також можливість зміни або встановлення модулів без відключення живлення (hot swap).
Щоб знизити вартість концетратора, всі його модулі запитуються від загального джерела живлення. Силові елементи джерела живлення є найбільш імовірною причиною його відмови. Тому резервування джерела живлення суттєво продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожен із джерел живлення концетратора може бути підключений до окремого джерела безперебійного живлення(UPS) у разі несправностей у системі електропостачання. Кожен із UPS бажано підключити до готельних силових електричним мережамвід різних підстанцій.
Можливість зміни або доустановки модулів (часто включаючи джерела живлення) без відключення концентратора дозволяє провести ремонт або розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережні сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.
Мости FDDI-Ethernet
Мости працюють на перших двох рівнях моделі взаємодії відкритих систем - на фізичному та канальному - і призначені для зв'язку кількох ЛОМ однотивних або різних протоколів фізичного рівня, наприклад, Ethernet, Token Ring та FDDI.
За своїм принципом дії мости поділяються на два типи (Sourece Routing – маршрутизація джерела) вимагають, щоб вузол-відправник пакету розміщував у ньому інформацію про шлях його маршрутизації. Іншими словами, кожна станція повинна мати вбудовані функції мартшрутизації пакетів. Другий тип мостів (Transparent Bridges – прозорі мости) забезпечують прозорий зв'язок станцій, розташованих у різних ЛОМ, і всі функції маршрутизації виконують тільки самі мости. Нижче ми говоритимемо лише про такі мости.
Усі мости можуть поповнювати таблицю адрес (Learn addresses), маршрутизувати та фільтрувати пакети. Інтелектуальні мости, крім того, з метою підвищення безпеки або продуктивності можуть фільтрувати пакети за критеріями, що задаються через систему керування мережею.
Коли на один з портів моста приходить пакет даних, міст повинен або переправити його на той порт, до якого підключений вузол призначення пакета, або просто відфільтрувати його, якщо вузол призначення знаходиться на тому самому порту, з якого прийшов пакет. Фільтрування дозволяє уникнути зайвого трафіку в інших сегментах ЛОМ.
Кожен міст будує внутрішню таблицю фізичних адрес підключених до мережі вузлів. Процес заповнення полягає в наступному. Кожен пакет має у своєму заголовку фізичні адреси вузлів відправлення та призначення. Отримавши один із своїх портів пакет даних, міст працює за наступним алгоритмом. На першому кроці міст перевіряє, чи занесено до його внутрішньої таблиці адресу вузла відправника пакета. Якщо ні, то міст заносить його до таблиці і пов'язує з ним номер порту, який надійшов пакет. На другому кроці перевіряється, чи занесено у внутрішню таблицю адресу вузла призначення. Якщо ні, то міст передає прийнятий пакет у всі мережі, підключені до решти його портів. Якщо адресу вузла призначення знайдено у внутрішній таблиці, міст перевіряє, чи підключена ЛОМ вузла призначення до того самого порту, з якого прийшов пакет, чи ні. Якщо ні, то міст фільтрує пакет, а якщо так, то передає його тільки на той порт, до якого підключений сегмент мережі з вузлом призначення.
Три головні параметри мосту:
- Розмір внутрішньої адресної таблиці;
- Швидкість фільтрації;
- Швидкість маршрутизації пакетів.
Розмір адресної таблиці характеризує максимальну кількість мережевих пристроїв, трафік яких може маршрутизувати міст. Типові значення розмірів адресної таблиці лежать у межах від 500 до 8000. Що станеться у разі, якщо кількість підключених вузлів перевищить розміри адресної таблиці? Оскільки більшість мостів зберігають у ній мережеві адреси вузлів, що останніми передавали свої пакети, міст поступово "забуватиме" адреси вузлів, різає інших передаючих пакети. Це може призвести до зниження ефективності процесу фільтрації, але не викличе важливих проблем у роботі мережі.
Швидкості фільтрації та маршрутизації пакетів характеризують продуктивність моста. Якщо вони нижче максимально можливої інтенсивності передачі пакетів ЛВС, то міст може бути причиною затримок і зниження продуктивності. Якщо вище - значить вартість мосту вища за мінімально необхідну. Розрахуємо, якою має бути продуктивність моста для підключення до FDDI кількох ЛОМ протоколу Ethernet.
Обчислимо максимально можливу інтенсивність пакетів мережі Ethernet. Структура пакетів Ethernet показана у таблиці 1. Мінімальна довжина пакета дорівнює 72 байт чи 576 біт. Час, необхідне передачі одного біта по ЛОМ протоколу Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/сек дорівнює 0.1 мксек. Тоді час передачі мінімального за довжиною пакета становитиме 57.6*10 -6 сек. Стандарт Ethernet вимагає паузи між пакетами 9.6 мксек. Тоді кількість пакетів, переданих за 1 сек, дорівнюватиме 1/((57.6+9.6)*10 -6 )=14880 пакетів на секунду.
Якщо міст приєднує до мережі FDDI N мереж протоколу Ethernet, то, відповідно, його швидкості фільтрації та маршрутизації повинні дорівнювати N*14880 пакетів на секунду.
Таблиця 1.
Структура пакету мереж Ethernet.
З боку порту FDDI швидкість фільтрації пакетів має бути значно вищою. Для того, щоб міст не знижував продуктивність мережі, вона повинна складати близько 500 000 пакетів в секунду.
За принципом передачі пакетів мости поділяються на Encapsulating Bridges і Translational Bridges пакети фізичного рівня однієї ЛОМ повністю переносять пакети фізичного рівня інший ЛВС. Після проходження по другій ЛОМ інший аналогічний міст видаляє оболонку з проміжного протоколу, і пакет продовжує свій рух у вихідному вигляді.
Такі мости дозволяють зв'язати FDDI-магістраллю дві ЛОМ протоколу Ethernet. Однак у цьому випадку FDDI використовуватиметься лише як середовище передачі, і станції, підключені до мереж Ethernet, не "бачитимуть" станцій, безпосередньо підключених до мережі FDDI.
Мости другого типу виконують перетворення з одного протоколу фізичного рівня на інший. Вони видаляють заголовок і службову інформацію одного протоколу, що замикає, і переносять дані в інший протокол. Таке перетворення має суттєву перевагу: FDDI можна використовувати не лише як середовище передачі, але й для безпосереднього підключення мережного обладнання, яке прозоро видно станціями, підключеними до мереж Ethernet.
Таким чином, подібні мости забезпечують прозорість всіх мереж за протоколами мережного та верхніх рівнів (TCP/IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV та Phase V, AppleTalk Phase 1 та Phase 2, Banyan VINES, XNS та ін.).
Ще одна важлива характеристикамоста – наявність або відсутність підтримки алгоритму реєрвових шляхів (Spannig Tree Algorithm – STA) IEEE 802.1D. Іноді його називають стандартом прозорих мостів (Transparent Bridging Standard - TBS).
На рис. 1 показана ситуація, коли між ЛВС1 і ЛВС2 є два можливі шляхи - через міст 1 або через міст 2. Ситації, аналогічні цим, називаються активними петлями. Активні петлі можуть викликати серйозні мережеві проблеми: пакети, що дублюють, порушують логіку роботи мережевих протоколіві призводять до зниження пропускної спроможності кабельної системи. STA забезпечує блокування всіх можливих шляхів, Крім одного. Втім, у разі проблем із основною лінією зв'язку, одні із резервних шляхів одразу буде призначено активним.
Інтелектуальні мости
До цього часу ми обговорювали властивості довільних мостів. Інтелектуальні мости мають ряд додаткових функцій.
Для великих комп'ютерних мереж однією з ключових проблем, що визначають їх ефективність, є зниження вартості експлуатації, рання діагностика можливих проблем, скорочення часу пошуку та усунення несправностей.
Для цього застосовуються системи централізованого керування мережею. Як правило вони працюють за протоколом SNMP (Simple Network Management Protocol) і дозволяють адміністратору мережі з його робочого місця:
- конфігурувати порти концентраторів;
- проводити набір статистики та аналіз трафік. Наприклад, для кожної підключеної до мережі станції можна отримати інформацію про те, коли вона востаннє надсилала пакети в мережу, про кількість пакетів і байт, прийнятих кожною станцією з ЛОМ, відмінних від тієї, до якої вона підключена, кількість переданих широкомовних (broadcast) пакетів і т. д.;
Встановлювати додаткові фільтри на порти концентратора за номерами ЛОМ або за фізично адресами мережевих пристроїв з метою посилення захисту від несанкціонованого доступу до ресурсів мережі або підвищення ефективності функціонування окремих сегментів ЛОМ;
- оперативно отримувати повідомлення про всі проблеми в мережі і легко їх локалізувати;
- Проводити діагностику модулів концентраторів;
- Переглядати в графічному виглядізображення передніх панелей модулів, встановлених у віддалені концентратори, включаючи і поточний стан інідкаторів (це можливо завдяки тому, що програмне забезпечення автоматично розпізнає, який саме з модулів встановлений у кожний конкретний слот концентратора, і отримує інформацію та поточний статус усіх портів модулів);
- переглядати системний журнал, в який автоматично записується інформація про всі проблеми з мережею, про час увімкнення та вимкнення робочих станцій та серверів та про всі інші важливі для адміністратора події.
Перелічені функції властиві все інтелектуальним мостам та маршрутизаторам. Частина з них (наприклад, Prism System фірми Gandalf), крім того, мають такі важливі розширені можливості:
1. Пріоритети протоколів.За окремими протоколами мережевого рівнядеякі концентратори працюють як маршрутизатори. У цьому випадку може підтримуватись встановлення пріоритетів одних протоколів над іншими. Наприклад, можна встановити пріоритет TCP/IP над усіма іншими протоколами. Це означає, що пакети TCP/IP будуть передаватися насамперед (це корисно у разі недостатньої смуги пропускання кабельної системи).
2. Захист від "штормів широкомовних пакетів"(Broadcast storm). Одна з характерних несправностеймережевого обладнання та помилок у програмне забезпечення- мимовільна генерація з високою інтенсивністю broadcast-пакетів, тобто пакетів, адресованих решті всіх підключених до мережі пристроїв. Мережева адреса вузла призначення такого пакета складається з одних одиниць. Отримавши такий пакет на один зі своїх портів, міст повинен адресувати його на інші порти, включаючи і FDDI порт. У нормальному режимі такі пакети використовуються операційними системами для службових цілей, наприклад, для розсилки повідомлень про появу мережі нового сервера. Однак за високої інтенсивності їх генерації, вони відразу займуть всю смугу пропускання. Міст забезпечує захист мережі від навантаження, включаючи фільтр на тому порту, з якого надходять такі пакети. Фільтр не пропускає broadcast-пакети та інші ЛОМ, оберігаючи тим самим решту мережі від навантаження та зберігаючи її працездатність.
3. Збір статистики у режимі "Що, якщо?"Ця функція дозволяє віртуально встановлювати фільтри на порти моста. У цьому режимі фізично фільтрація не проводиться, але ведеться збір статистики про пакети, які були б відфільтровані при реальному включенні фільтрів. Це дозволяє адміністратору попередньо оцінити наслідки включення фільтра, знижуючи цим ймовірність помилок при неправильно встановлених умовах фільтрації та не призводячи до збоїв у роботі підключеного обладнання.
Приклади використання FDDI
Наведемо два найбільш типові приклади можливого використання мереж FDDI.
Програми клієнт-сервер. FDDI застосовується для підключення обладнання, яке потребує широкої смуги пропускання від ЛОМ. Зазвичай це файлові сервери NetWareб UNIX машини та великі універсальні ЕОМ (mainframes). Крім того, як було зазначено вище, безпосередньо до мережі FDDI можуть бути підключені деякі робочі станції, що вимагають високих швидкостей обміну даними.
Робочі станції користувачів підключаються через багатопортові мости FDDI-Ethernet. Міст здійснює фільтрацію та передачу пакетів не тільки між FDDI та Ethernet, а й між різними Ethernet-мережами. Пакет даних буде передано лише в той порт, де знаходиться вузол призначення, зберігаючи смугу пропускання інших ЛОМ. З боку мереж Ethernet їхня взаємодія еквівалентна зв'язку через магістраль (backbone), тільки в цьому випадку вона фізично існує не у вигляді розподіленої кабельної системи, а цілком зосереджена в багатопортовому мосту (Collapsed Backbone або Backbone-in-a-box).
Технологія FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконний інтерфейс розподілених даних - це перша технологія локальних мереж, у якій середовищем передачі є волоконно-оптичний кабель.
Роботи зі створення технологій та пристроїв для використання волоконно-оптичних каналів у локальних мережах розпочалися у 80-ті роки, незабаром після початку промислової експлуатації подібних каналів у територіальних мережах. Проблемна група ХЗТ9.5 інституту ANSI розробила у період із 1986 по 1988 гг. початкові версії стандарту FDDI, який забезпечує передачу кадрів зі швидкістю 100 Мбіт/с подвійного волоконно-оптичного кільця довжиною до 100 км.
Технологія FDDI багато в чому ґрунтується на технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її основні ідеї. Розробники технології FDDI ставили перед собою як найбільш пріоритетні такі мети:
Підвищити бітову швидкість передачі до 100 Мбіт/с;
Підвищити стійкість до відмов мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;
Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну
здатність мережі як асинхронного, так синхронного (чутливого до затримок) трафиків.
Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний та резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Наявність двох кілець - це основний спосіб підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI, і вузли, які хочуть скористатися цим підвищеним потенціалом надійності, повинні бути підключені до обох кільцях.
У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через усі вузли та всі ділянки кабелю тільки первинного (Primary) кільця, цей режим названий режимом Thru – «наскрізним» або «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується.
У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце поєднується з вторинним (див. малюнок), знову утворюючи єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто згортання або згортання кілець. Операція згортання здійснюється засобами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються в одному напрямку (на діаграмах цей напрямок зображується проти годинникової стрілки), а по вторинному - у зворотному (зображається за годинниковою стрілкою). Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.
Особливості мтеод доступу.
Для передачі синхронних кадрів станція завжди має право захопити маркер під час його надходження. У цьому час утримання маркера має заздалегідь задану фіксовану величину. Якщо станції кільця FDDI потрібно передати асинхронний кадр (тип кадру визначається протоколами верхніх рівнів), то для з'ясування можливості захоплення маркера при його черговій появі станція повинна виміряти інтервал часу, який пройшов з моменту попереднього приходу маркера. Цей інтервал називається часом обороту маркера (Token Rotation Time, TRT). Інтервал ТRT порівнюється з іншою величиною - максимально допустимим часом обороту маркера кільцем Т_Оpr. Якщо технології Token Ring максимально допустимий час обороту маркера є фіксованою величиною (2,6 з розрахунку 260 станцій в кільці), то технології FDDI станції домовляються про величину Т_Оpr під час ініціалізації кільця. Кожна станція може запропонувати своє значення Т_Оpr, в результаті для кільця встановлюється мінімальне із запропонованих станціями часів.
Відмовостійкість технології.
Для забезпечення відмовостійкості у стандарті FDDI передбачено створення двох оптоволоконних кілець – первинного та вторинного.
У стандарті FDDI допускаються два види приєднання станцій до мережі:
Одночасне підключення до первинного та вторинного кільця називається подвійним підключенням - Dual Attachment, DA.
Підключення тільки до первинного кільця називається одиночним підключенням – Single Attachment, SA.
У стандарті FDDI передбачено наявність у мережі кінцевих вузлів – станцій (Station), а також концентраторів (Concentrator). Для станцій та концентраторів допустимо будь-який вид підключення до мережі - як одиночний, так і подвійний. Відповідно такі пристрої мають відповідні назви: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) та DAC (Dual Attachment Concentrator).
Зазвичай концентратори мають подвійне підключення, а станції одинарне, як це показано на малюнку, хоча це і не обов'язково. Щоб пристрої легше було правильно приєднувати до мережі, їх роз'єми маркуються. Роз'єми типу А і В повинні бути у пристроїв з подвійним підключенням, роз'єм М (Master) є у концентратора для одиночного підключення станції, у якій роз'єм у відповідь повинен мати тип S (Slave).
Фізичний рівень поділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical) і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent)
13. Структурована кабельна система /СКС/. Ієрархія у кабельній системі. Вибір типу кабелів різних підсистем.
Структурована кабельна система (СКС) - фізична основа інформаційної інфраструктури підприємства, що дозволяє звести до єдину системубезліч інформаційних сервісів різного призначення: локальні обчислювальні та телефонні мережі, системи безпеки, відеоспостереження і т.д.
СКС є ієрархічною кабельною системою будівлі або групи будівель, поділену на структурні підсистеми. Вона складається з набору мідних та оптичних кабелів, крос-панелей, сполучних шнурів, кабельних роз'ємів, модульних гнізд, інформаційних розеток та допоміжного обладнання. Усі перелічені елементи інтегруються в єдину систему та експлуатуються згідно з певними правилами.
Кабельна система - це система, елементами якої є кабелі та компоненти, пов'язані з кабелем. До кабельних компонентів відноситься все пасивне комутаційне обладнання, що служить для з'єднання або фізичного закінчення (термінування) кабелю - телекомунікаційні розетки на робочих місцях, кросові та комутаційні панелі (жаргон: патч-панелі) в телекомунікаційних приміщеннях, муфти та сплайси;
Структурована. Структура - це будь-який набір чи комбінація пов'язаних та залежних складових частин. Термін «структурована» означає, з одного боку, здатність системи підтримувати різні телекомунікаційні додатки (передачу мови, даних та відеозображень), з іншого - можливість застосування різних компонентів і продукції різних виробників, і з третьої - здатність до реалізації так званого мультимедійного середовища, якої використовуються кілька типів передавальних середовищ - коаксіальний кабель, UTP, STP та оптичне волокно. Структуру кабельної системи визначає інфраструктура інформаційних технологій IT (Information Technology), саме вона диктує зміст конкретного проекту кабельної системи відповідно до вимог кінцевого користувача, незалежно від активного обладнання, яке може застосовуватися згодом.
14. Мережеві адаптери /СА/. Функції та характеристики СА. Класифікація СА. Принцип роботи.
Мережеві адаптеривиступають як фізичний інтерфейс між комп'ютером і мережевим кабелем. Зазвичай вони вставляються у слоти розширення робочих станцій та серверів. Щоб забезпечити фізичне з'єднання між комп'ютером та мережею, до відповідного порту адаптера після його встановлення підключається кабель мережі.
Функції та характеристики мережних адаптерів.
Мережевий адаптер та його драйвер у комп'ютерної мережівиконують функцію фізичного рівня та MAC – рівня. Мережевий адаптер та драйвер здійснюють прийом та передачу кадру. Ця опреація відбувається у кілька етапів. Найчастіше взаємодія протоколів друг з одним усередині комп'ютера відбувається у вигляді буферів, розташованих усередині оперативної пам'яті.
Відомо, що мережеві адаптери реалізують протоколи, і від того, з яким саме протоколом ведеться робота, адаптери діляться на: Ethernet – адаптери, FDDI – адаптери, Token Ring – адаптери та багато інших. Більшість сучасних Ethernet-адаптерів підтримують дві швидкості роботи, а тому у своїй назві містять ще й приставку 10/100.
Перед тим, як встановити мережний адаптер на комп'ютер, потрібно провести конфігурацію. Якщо комп'ютер, операційна системаі сам мережний адаптер підтримують стандарт Plug-and-Play, то адаптер та його драйвер проходять автоматичне конфігурування. Якщо ж цей стандарт не підтримується, то спочатку необхідно провести конфігурування мережного адаптера, а потім такі самі параметри застосувати і в конфігуруванні драйвера. У даному процесібагато залежить і від виробника мережного адаптера, а також від параметрів і можливостей шини, для якої призначається адаптер.
Класифікація мережевих адаптерів.
У розвитку мережевих адаптерів Ethernet було відзначено цілих чотири покоління. Для виготовлення першого покоління адаптерів застосовувалися дискретні, логічні мікросхеми, тому вони відрізнялися високою надійністю. Їхня буферна пам'ять була розрахована тільки на один кадр, а це вже говорить про те, що їхня продуктивність була дуже низькою. До того ж завдання конфігурації мережного адаптера такого типу відбувалося за допомогою перемичок, а отже – вручну.
Отже, ми з вами вже наголосили, що технологія FDDIбагато в чому взяла за основу від технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її ідеї. Розробники технології FDDIставили перед собою як найбільш пріоритетні такі мети:
по-перше, - підвищити бітову швидкість передачі даних до 100 Мбіт/с;
по-друге, - підвищити стійкість до відмов мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;
А також максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як для асинхронного, так і для синхронного (чутливого до затримок) трафіку.
Мережа FDDIбудується на основі двохоптоволоконних кілець, які утворюють Основнийі резервнийшляхи передачі між вузлами мережі.
Саме наявність двох кілець - стало основним способом підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI. Вузли, які хочуть скористатися цим підвищеним потенціалом надійності, мають бути підключені до обох каблучок. Зараз ми розглянемо цю особливість побудови мережі.
У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через усі вузли та всі ділянки кабелю тільки первинного. (Primary)кільця.
Цей режим названий режимом Thru - "наскрізним" або "транзитним". Вторинне кільце (Secondary)у цьому режимі не використовується.
У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним, знову утворюючи єдине кільце.
Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто "згортання" або "згортання" кілець.
Операція згортаннявиробляється засобами концентраторів та/або мережевих адаптерів технології FDDI.
Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються в одному напрямку (на діаграмах цей напрямок зображується проти годинникової стрілки), а по вторинному - у зворотному (зображається за годинниковою стрілкою). Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.
Отже, давайте розглянемо загалом роботу станцій у мережі FDDI:
Кільця в мережах FDDI, як і в мережах 802.5 розглядаються як загальне середовище передачі даних, що розділяється, для неї визначено метод доступу, дуже близький до методу доступу мереж Token Ringі також називається методом маркерного кільця - token ring.
Станція може розпочати передачу своїх власних кадрів даних тільки в тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр - маркер (його зазвичай називають токен) доступу. Після цього вона може передавати свої кадри, якщо вони мають, протягом часу, званого часом утримання токена - Token Holding Time (THT).
Після закінчення часу THTстанція зобов'язана завершити передачу свого чергового кадру та передати маркер доступу наступній станції. Якщо ж у момент прийняття маркера станція не має кадрів для передачі по мережі, то вона негайно транслює маркер наступної станції. В мережі FDDIкожна станція має попередній сусід (upstream neighbor) і наступний сусід (downstream neighbor), що визначаються її фізичними зв'язками та напрямом передачі інформації.
Кожна станція в мережі постійно приймає передані їй попереднім сусідом кадри та аналізує їх адресу призначення. Якщо адреса призначення не збігається з її власною, вона транслює кадр своєму наступному сусідові. Потрібно відзначити, що, якщо станція захопила маркер і передає свої власні кадри, то протягом цього періоду вона не транслює кадри, що приходять, а видаляє їх з мережі.
Якщо ж адреса кадру збігається з адресою станції, то вона копіює кадр у свій внутрішній буфер, перевіряє його коректність (в основному за контрольною сумою), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу, що лежить вище над FDDIрівня (наприклад, IP), а потім передає вихідний кадр мережі наступної станції. У кадрі, що передається в мережу (так само як і у кадру Token Ring) станція призначення зазначає три ознаки: розпізнавання адреси, копіювання кадру та відсутності чи наявності у ньому помилок.
Після цього кадр продовжує подорожувати мережею, транслюючись кожним вузлом. Станція, яка є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі, після того, як він, здійснивши повний оберт, знову дійде до неї. При цьому вихідна станція перевіряє ознаки кадру, чи дійшов до станції призначення і чи не був при цьому пошкоджений. Процес відновлення інформаційних кадрів не входить до обов'язків протоколу FDDI, цим мають займатися протоколи вищих рівнів.
Структура протоколів технології FDDIу проекції на семирівневу модель OSIвизначає протокол фізичного рівня та протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDIвикористовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений у стандартах IEEE 802.2 та ISO 8802.2. FDDIвикористовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють у дейтаграмному режимі - без встановлення з'єднань та без відновлення втрачених чи пошкоджених кадрів.
У стандартах FDDIбагато уваги приділяється різним процедурам, які дозволяють визначити наявність відмови у мережі, та був зробити необхідну реконфігурацію.
Мережа FDDIможе повністю відновлювати свою працездатність у разі поодиноких відмов її елементів.
При множинних відмови мережа розпадається на кілька не пов'язаних мереж.
Технологія FDDIдоповнює механізми виявлення відмов технології Token Ringмеханізмами реконфігурації шляху передачі в мережі, заснованими на наявності резервних зв'язків, що забезпечуються другим кільцем.
Відмінності методу доступу FDDIполягають у тому, що час утримання маркерав мережі FDDIне є постійною величиною, як у мережі Token Ring.
Тут цей час залежить від завантаження кільця – при невеликому завантаженні воно збільшується, а при великих перевантаженнях може зменшуватись до нуля.
Зміни методу доступу стосуються лише асинхронного трафіку, який не чутливий до невеликих затримок передачі кадрів. Для синхронного трафіку час утримання маркера, як і раніше, залишається фіксованою величиною.
Механізм пріоритетів кадрів, який був у технології Token Ring, у технології FDDIВідсутнє. Розробники технології вирішили, що розподіл трафіку на 8 рівнів пріоритетів надмірноі досить просто розділити трафік на два класи - асинхронний та синхронний. Синхронний трафік обслуговується завжди навіть при перевантаженні кільця.
В іншому пересилання кадрів між станціями кільця на рівні MACЯк ми вже розглянули, повністю відповідає технології Token Ring.
Станції FDDIзастосовують алгоритм раннього звільнення маркера, а також мережі Token Ringзі швидкістю 16 Мбіт/с.
Адреси рівня MACмають стандартний для технологій IEEE 802 формат.
Формат кадру FDDIтакож близький до формату кадру Token RingОсновні відмінності полягають у відсутності полів пріоритетів. Ознаки розпізнавання адреси, копіювання кадру та помилки дозволяють зберегти наявні в мережах Token Ringпроцедури обробки кадрів станцією-відправником, проміжними станціями та станцією-одержувачем
Формат кадру
PA - Преамбула: 16 або більше порожніх символів.
SD - початковий роздільник (Starting Delimiter): послідовність "J" та "K".
FC - Frame Control: 2 символи, що відповідають за тип інформації в полі INFO
DA - Адреса одержувача (Destination Address): 12 символів, що показують кому адресований кадр.
SA - Адреса відправника (Source Address): 12 символів, що показують адресу відправника кадру.
INFO – Поле даних (Information Field): 0 до 4478 байтів інформації.
FCS – Контрольна сума (Frame Check Sequence): 8 символів CRC.
ED - Кінцевий роздільник (Ending Delimiter)
Формат маркеру
Таким чином, незважаючи на те, що технологія FDDI була розроблена і стандартизована інститутом ANSI, а не комітетом IEEE, вона повністю вписується в структуру стандартів 802.
Звичайно, все-таки є і відмінні риси стандарту ANSI - технології FDDI.
Однією такою особливістю є те, що у технології FDDIвиділено ще один рівень управління станцією - Station Management (SMT).
Саме рівень SMTвиконує всі функції з управління та моніторингу всіх інших рівнів стека протоколів FDDI. У специфікації SMTвизначено таке:
Алгоритми виявлення помилок та відновлення після збоїв;
Правила моніторингу роботи кільця та станцій;
Управління кільцем;
Процедури ініціалізації кільця.
В управлінні кільцем бере участь кожен вузолмережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMTдля керування мережею.
Відмовостійкість мереж FDDIзабезпечується протоколами та інших рівнів: за допомогою фізичного рівня усуваються відмови мережі з фізичних причин, наприклад, через обрив кабелю, а за допомогою рівня MAC- логічні відмови мережі, наприклад втрата потрібного внутрішнього шляху передачі маркера та кадрів даних між портами концентратора.
Отже, ми з вами розглянули найзагальніші характеристики технології FDDI. Давайте детальніше зупинимося саме на відмінних рисах.
Особливості методу доступу FDDI
Для передачі синхронних кадрів станція завжди має право захопити маркер під час його надходження. У цьому час утримання маркера має заздалегідь задану фіксовану величину.
Якщо ж станції кільця FDDIНеобхідно передати асинхронний кадр (тип кадру визначається протоколами верхніх рівнів), то з'ясування можливості захоплення маркера за його черговому надходженні станція має виміряти інтервал часу, який минув з попереднього приходу маркера.
Цей інтервал називається часом обороту маркера (Token Rotation Time, TRT).
Інтервал TRTпорівнюється з іншою величиною - максимально допустимим часом обороту маркера по кільцю Т_0pr.
Якщо у технології Token Ringми з вами говорили, що максимально допустимий час обороту маркера є фіксованою величиною (2,6 с із розрахунку 260 станцій у кільці), то в технології FDDIстанції домовляються про величину Т_0рrпід час ініціалізації кільця.
Кожна станція може запропонувати своє значення Т_0рr, в результаті для кільця встановлюється мінімальнеіз запропонованих станціями часів.
Ця особливість дозволяє враховувати потреби додатків, які працюють на станціях кільця.
Зазвичай синхронним програмам (додаткам реального часу) потрібно частіше передавати дані в мережу невеликими порціями, а асинхронним програмам краще отримувати доступ до мережі рідше, але більшими порціями. Перевага надається станціям, що передають синхронний трафік.
Таким чином, при черговому надходженні маркера передачі асинхронного кадру порівнюється фактичний час обороту маркера TRT з максимально можливим Т_0рr.
Якщо кільце не перевантажено, то маркер приходить раніше, ніж закінчується інтервал Т_0рr, тобто TRT меншеТ_0рr.
У випадку TRT меншеТ_0рr станції дозволяється захопити маркер і передати свій кадр (або кадри) у кільце.
Час утримання маркера ТНТ дорівнює різниці T_0pr - TRT
Протягом цього часу станція передає в кільце стільки асинхронних кадрів, скільки встигне.
Якщо ж кільце перевантажене і маркер запізнився, то інтервал TRT буде більше Т_0рr. І тут станція немає права захопити маркер для асинхронного кадру.
Якщо всі станції в мережі хочуть передавати тільки асинхронні кадри, а маркер зробив оберт по кільцю занадто повільно, то всі станції пропускають маркер у режимі повторення, маркер швидко робить черговий оборот і на наступному циклі роботи станції вже мають право захопити маркер і передати свої кадри.
Метод доступу FDDIдля асинхронного трафіку є адаптивним і добре регулює тимчасове навантаження мережі.
Відмовостійкість технології FDDI
Для забезпечення відмовостійкості у стандарті FDDIпередбачено створення двох оптоволоконних кілець - первинного та вторинного. У стандарті FDDIдопускаються два види приєднання станцій до мережі.
Одночасне підключення до первинного та вторинного кільців називається подвійним підключенням - Dual Attachment, DA. Підключення тільки до первинного кільця називається одиночним підключенням - Single Attachment, SA.
У стандарті FDDIпередбачено наявність у мережі кінцевих вузлів – станцій (Station), а також концентраторів (Concentrator).
Для станцій та концентраторів допустимо будь-який вид підключення до мережі - як одиночний, так і подвійний. Відповідно такі пристрої мають відповідні назви: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator)іDAC (Dual Attachment Concentrator).
Зазвичай концентратори мають подвійне підключення, а станції одинарне, хоча це і не обов'язково.
Зазвичай підключаються до кільця через концентратор. Мають один порт який працює на прийом та на передачу
Щоб пристрої легше було правильно приєднувати до мережі, їх роз'єми маркуються.
Рознімання типу Аі Уповинні бути у пристроїв з подвійним підключенням, роз'єм М(Master) є у концентратора для одиночного підключення станції, у якої роз'єм у відповідь повинен мати тип S(Slave).
DASзазвичай підключаються до кільця через 2 порти A та B, обидва мають можливість приймати та передавати, що дозволяє підключатися до двох кільців.
Концентратори дозволяють SASі DASвузлам підключатися до подвійного FDDIкільця. Концентратори мають М(master) порти для підключення SAS та DAS портів, а також можуть самі мати SAS та DAS порти.
У разі одноразового обриву кабелю між пристроями з подвійним підключенням мережа FDDIзможе продовжити нормальну роботу з допомогою автоматичної реконфігурації внутрішніх шляхів передачі кадрів між портами концентратора. Дворазовий обрив кабелю призведе до утворення двох ізольованих мереж FDDI. При обриві кабелю, що йде до станції з одиночним підключенням, вона стає відрізаною від мережі, а кільце продовжує працювати за рахунок реконфігурації внутрішньої колії в концентраторі - порт М, До якого була підключена дана станція, буде виключено із загального шляху.
Для збереження працездатності мережі при відключенні живлення у станціях з подвійним підключенням, тобто станціях DAS, останні мають бути оснащені оптичними обхідними перемикачами. (Optical Bypass Switch), які створюють обхідний шлях для світлових потоків при зникненні живлення, яке вони одержують від станції.
І нарешті, станції DASабо концентратори DACможна підключати до двох портів Модного або двох концентраторів, створюючи деревоподібну структуру з основними та резервними зв'язками. За замовчуванням порт Упідтримує основний зв'язок, а порт А- резервну. Така конфігурація називається підключенням Dual Homing.
Відмовостійкість підтримується за рахунок постійного стеження рівня SMTконцентраторів та станцій за часовими інтервалами циркуляції маркера та кадрів, а також за наявністю фізичного з'єднання між сусідніми портами в мережі.
В мережі FDDIнемає виділеного активного монітора - все станції та концентратори рівноправні, і за виявленні відхилень від норми вони починають процес повторної ініціалізації мережі, та був і його реконфігурації.
Реконфігурація внутрішніх шляхів у концентраторах та мережевих адаптерах виконується спеціальними оптичними перемикачами, які перенаправляють світловий промінь та мають досить складну конструкцію.