7.4. Технология fddi

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - первая технология ЛВС с подобной средой передачи данных и скоростью.

Основные характеристики. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя основные идеи последней. Цели разработчиков технологии FDDI: повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с; повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур ее восстановления после отказов различного рода (повреждения кабеля, некорректной работы узла или концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии); максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам, например, РВ) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный путь передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости, 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 кольца. Этот режим называется сквозным (транзитным). Вторичное кольцо в этом режиме не используется.

В случае какого-либо отказа (обрыв кабеля, отказ узла), когда часть кольца не может передавать данные, первичное кольцо объединяется с вторичным, вновь образуя общее кольцо (рис.18). Этот режим называется свертыванием колец (Wrap).

Операция свертывания колец производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу передаются в прямом направлении, а по вторичному - в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет им правильно передавать и принимать информацию.

В стандартах FDDI много внимания уделяется 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 несвязанных 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.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа, очень близкий к Token Ring и сохранивший это название. Отличия метода доступа здесь заключаются в том, что время удержания маркера в FDDI не является постоянной величиной. Это время зависит от загрузки кольца: при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти отличия касаются только асинхронного трафика, некритичного к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритета кадров в технологии FDDI отсутствует. Вместо 8 избыточных уровней приоритетов трафик делится всего на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца полностью соответствует технологии Token Ring (16 Мбит/с) с алгоритмом раннего освобождения маркера. Адреса имеют тот же стандартный формат. Формат кадра отличается отсутствием полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить те же процедуры обработки кадров всеми станциями-участниками.

Особенности метода доступа FDDI. Тип кадра определяется протоколами верхних уровней. Для передачи синхронных кадров (в режиме РВ) станция всегда имеет право захватить поступивший маркер, а время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину. Если требуется передать асинхронный кадр, станция измеряет интерваа оборота маркера с момента последнего прихода (ti) и сравнивает его с максимально допустимым временем оборота маркера (12). Если в Token Ring t2 = 2,6 с, то в FDDI станции «договариваются» о значении t2 при инициализации кольца. Каждая станция предлагает свое значение 12, а выбирается минимальное из всех предложенных. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям РВ нужно чаще передавать данные в сеть и небольшими порциями, а асинхронным - реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Далее, если кольцо не перегружено, маркер придет раньше максимально допустимого времени (t|< t2). В этом случае станции разрешается захватить маркер. А время удержания маркера (13) выбирается как t3 = t2 - tb и в течение этого времени станция передает в кольцо один или столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если кольцо перегружено и маркер опоздает (ti> 12), то станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции хотят передавать только асинхронные кадры, то маркер быстро сделает холостой оборот, обеспечив снова ситуацию (t]<t2) разрешения захвата маркера.

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 и допускаются два вида подсоединения станций к сети:

двойное подключение (Dual Attachment, DA) - одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам;

одиночное подключение (Single Attachment, SA) - подключение только к первичному кольцу.

Предусмотрено также наличие в сети конечных узлов - станций (Station) и концентраторов (Concentrator) с любым видом подключения. Обычно используются: концентратор двойного подключения (DA Concentrator, DAC) и станция одиночного подключения (SA Station, SAS) (рис.19), хотя это не обязательно. Чтобы устройства было легче правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств DAC и (DA Station, DAS), разъем М (Master) - у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

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 SAS, 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 DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями, которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

И наконец, DAS или 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, порт А - резервную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing.

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения 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 ее реконфигурации.

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

В качестве физической среды технология FDDI использует волоконно-оптические кабели или более поздний вариант - неэкранированную витую пару UTP категории 5.

Для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием с использованием кода NRZI. Эта схема приводит к передаче сигналов по линии связи с тактовой частотой 125 МГц.

Максимальное число станций двойного подключения в кольце - 500, максимальный диаметр двойного кольца - 100 км. Максимальные расстояния между соседними узлами: для многомодового кабеля - 2 км, для витой пары -100 м, а для одномодового оптоволокна - зависит от его качества.