показали, что выбранный алгоритм функции сглаживания в самом худшем случае обеспечивает вероятность потери кадра меньше, чем 10-12, что в дальнейшем подтвердилось на практике при больших конфигурациях кольца.

Фильтр повторений

Фильтр повторений предотвращает распространение ошибочных кодов, в частности кодов нарушенного состояния линии VIOLATION, локализуя неисправный сегмент сети. В то же время, фильтр повторений позволяет распространяться неповрежденным или искаженным кадрам.

Пример 6.1. Положив, что скорость распространения света в волокне соответствует величине 5 мкс/км, оценим латентное время кольца FDDI в следующих случаях: а) 2 км и 20 станций, б) 20 км и 200 станций, в) 100 км и 500 станций.

Латентное время сети (кольца FDDI) определяется как ТL =ТP+NxTS, где ТP

– полная задержка из-за конечной скорости распространения света, N- число станций, ТS - латентное время станции:

а) TL=2 x 5 + 20 x 1= 30 мкс (или 3000 бит); б) TL=20 x 5 + 200 x 1= 300 мкс (или 30000 бит);

в) TL=100 x 5 + 500 x 1= 1000 мкс (или 100000 бит);

Заметим, что латентное время вычислялось в предположении, что активно только первичное кольцо - при наличии вторичного кольца латентное время могло бы удвоится, К возрастанию латентного времени ведет подключение вторичных устройств к кольцу, например концентраторов SAC, или рабочих станций SAS, поскольку увеличивается путь движения маркера - длина логического кольца и число устройств сети. Предельное латентное время равно 2000 мкс, в случае свертывания кольца.

6.7. Уровень MAC

Второй уровень базовой OSI модели - Канальный уровень. Он подразделяется на подуровень управления доступом к среде MAC и на подуровень управления логическим каналом LLC. Подуровень MAC составляет неотъемлемую часть стандарта FDDI. Стандартом MAC для FDDI определяются следующие службы:

−связи между станциями посредством передачи маркеров и кадров;

−равноправного управления доступом к среде через использование временного протокола обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol);

−создания маркеров и кадров;

−передачи, получения, повторения, удаления кадров и маркеров из кольца;

−механизмов обнаружения ошибок;

−инициализации кольца;

−изоляции неисправных станций и участков кольца и др.

Маркеры и кадры

Между станциями, объединенными в сеть FDDI, устанавливается логическое кольцо связи, по которому циркулируют маркер и кадры. Главный принцип кольца состоит в том, чтобы станции повторяли кадры, идущие от вышестоящих соседей к нижестоящим. Главная функция станции - определить, какая станция в данный момент имеет контроль доступа к среде. MAC занимается планированием по предоставлению возможности станциям передавать данные.

На рис. 6.20 а показан формат кадра FDDI. Назначения полей следующие

[12]:

−Преамбула РА. Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей, как минимум, из 16 символов idle (I). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра.

−Начальный ограничитель 3D. Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра.

−Поле управления FC. Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8-битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполей, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение:

−С - тип графика кадра - синхронный (значение 1) или асинхронный (значение 0);

−L - длина адреса кадра (2 или б байт);

−FF - тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользовательские данные) или 00 для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС-уровня являются кадры трех типов - кадры процедуры инициализации кольца Claim Frame, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Beacon Frame и кадры процедуры управления кольцом SMT Frame;

−ZZZZ - детализирует тип кадра.

−Адрес назначения DA - идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу станций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6-ти байт.

−Адрес источника SA - идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Поле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения.

−Информация INFO - относится к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от 0 до 4478 байт (от 0 до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Source Routing, определенной в стандарте 802.5. При этом в два старших поля адреса источника SA помещается комбинация 102 - групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных.

−Контрольная последовательность FCS - 32-битная последовательность, вычисленная по стандартному методу CRC-32, принятому и для других

протоколов IEEE 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DA. SA, INFO и FCS.

−Конечный ограничитель ED - символ Terminate (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра.

−Статус кадра FS. Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (error, E), распознавания адреса (address recognized, А) и копирования кадра (frame copied, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается

символом reset (R), а единичное - set (S). Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.

Маркер состоит, по существу, из одного значащего поля - поля управления FC, которое содержит в этом случае 1 в поле С и 0000 в поле ZZZZ, рис. 6.20 б.

SD - начальный ограничитель (starting delimiter)

FC - поле управления (frame control)

DA - адрес назначения (destination address)

SA - адрес источника (source address)

INFO - информация

FCS - контрольная последовательность (frame check sequence)

ED - конечный ограничитель (ending delimiter)

FS - статус кадра (frame status)

(а) Общий формат кадра

Рис. 6.20. Форматы кадра и маркера FDDI

Временной анализ процессов передачи маркера и кадров

В начале главы приводились основные отличия протокола управления маркером FDDI от принятого в Token Ring. Рассмотрим несколько подробней эти отличия, а также и особенности передачи маркера и кадров в FDDI.

Поскольку FDDI задумывался как стандарт, допускающий построение протяженных магистралей. то необходимо было предусмотреть эффективность работы при больших латентных временах сети (в примере 6.1 показывалось, как возрастает латентное время сети с ростом ее протяженности). Стандарт Token Ring разрабатывался под использование сетей с кольцевой топологией небольшой протяженности, то есть сетей с малыми латентными временами, В этом случае особой роли не играл тот факт, что в Token Ring станция, передающая данные и удерживающая маркер, дожидалась, пока последний испущенный ею кадр не возвратится обратно к ней, проверяла поле статуса кадра FS и только после этого испускала маркер дальше по кольцу. Такой алгоритм становится особенно

неэффективным, когда в кольцевой сети с большим латентным временем одновременно желают передавать много станций. Это главный недостаток стандарта Token Ring,

В стандарте FDDI с учетом допустимости больших латентных времен сети предусмотрен механизм раннего испускания маркера. Станция, удерживающая маркер, испускает его сразу же вслед последнему отправленному кадру (Вслед за полем FS кадра), не дожидаясь, пока тот совершит "круг почета" по кольцу. А это означает, что другая станция, получив маркер, может раньше начать передачу, что увеличивает производительность сети FDDI. Из-за механизма раннего испускания маркера в кольце могут одновременно двигаться более одного кадра, испущенные от одной или от разных станций (адресами источника).

Фрагменты кадров. Следует обратить внимание еще на одну интересную особенность FDDI. Основная функция удаления кадра из кольца возлагается на станцию-источник. Пусть станция уже отправила все кадры, предназначенные для передачи. Далее она должна идентифицировать свои кадры, которые возвращаются к ней после оборота по кольцу, и ликвидировать их. Пусть к этому моменту станция уже освободила маркер. Далее станция читает поле SA - адрес отправителя. Если этот адрес не совпадает с собственным адресом станции, она ретранслирует кадр. Помещение в буфер предыдущих полей (3D, FC, DA) до момента выяснения, чей кадр - привело бы к дополнительной задержке при ретрансляции чужого кадра. Поэтому, чтобы уменьшить латентное время пребывания кадра на станции, станция начинает ретранслировать начало кадра, не дожидаясь проверки поля SA. Если адрес SA совпадает с собственным адресом, то станция прекращает передачу. Тем самым в кольце появляется фрагмент кадра - урезанный ненужный кадр. Фрагменты могут удаляться любой станцией, которая удерживает маркер, поскольку такой станции предоставляются большие возможности по буферизации входных данных, пока она сама передает свои кадры. Появление фрагментов кадров характерно для протяженных сетей и сетей, в которых станции передают короткие кадры, когда кадр не успевает возвратиться обратно к станции-источнику после того, как эта станция выпускает маркер, пример 6.2.

Пример 6.2. Оценить длину (км), которую занимает, распространяясь в волокне (а) маркер, (б) кадр FDDI длинной 100 байт, (в) кадр FDDI максимальной длины {4500 байта). Скорость распространения света в волокне положить соответствующей величине 5 мкс/км.

При скорости передачи 100 Мбит/с на передачу одного бита требуется время 0,01 мкс, на передачу одного байта время 0,08 мкс, и на передачу n байт время 0,08n мкс. Длина пути света, соответствующая этому времени, будет

0,08п/5 км = 0,016n км.

(а) маркер с учетом преамбулы имеет длину 81 бит или 10,125 байт. Отсюда

L = 0,162 км;

(б) L=0,016x100=1,6 км; (в) L= 0,016х4500 =72 км.

Временной протокол обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol). B FDDI каждая станция вычисляет время обращения маркера TRT (token rotation time), точнее, временной интервал между двумя

последовательными приемами маркера, что включает в себя времена, требуемые на передачу всех кадров от всех станций, включая исходную станцию. Ясно, что при слабой загруженности кольца TRT мало, и наоборот. То есть TRT может служить мерой загруженности кольца. Также все станции имеют предустановленное одно и то же значение другого не изменяющегося во время работы сети временного параметра - требуемого времени обращения маркера

TTRT (target token rotation time), которое должно находиться в пределах от 4 мс до 165 мс. Об этом едином для всех значении TTRT станции договариваются еще на этапе инициализации кольца. При этом в рабочем состоянии действует следующее основное правило: станция может удерживать маркер и передавать данные в течении времени удержания маркера ТНТ (token holding time), которое определяется как ТНТ = TTRT - TRT. Если ТНТ положительно, то по приходу маркера станция может передавать данные. Если же ТНТ отрицательно, станция, даже если она хочет передавать, должна высвободить полученный маркер и ожидать более приемлемых условий при следующем приходе маркера. Несмотря на это кажущееся неудобство, протокол TTRP очень эффективен и предоставляет равные права на передачу данных при условии, что администратором установлены одинаковые значения TTRT на станциях.

На рис. 6.21 показан пример работы протокола, когда в кольце с полным латентным временем ТL расположено три равноудаленных друг от друга станции с одинаковым установленным значением TTRT. В дальнейших выкладках будем пренебрегать временем, требуемым на передачу маркера,

Рис. 6.21. Временной анализ процесса передачи маркера и данных для трех станций

Обозначения:

• Пришел маркер, и станция может передавать кадры - ранний маркер (early token) ° Пришел маркер, но станция не может передавать - поздний маркер (late token) - Идет передача кадров

Пусть сначала ни одна из станций не передавала данные, и маркер свободно циркулировал от станции к станции. Но в момент времени to все три станции желают начать продолжительную передачу. Поскольку в этот момент маркер приходит на станцию 1, она становится претендентом номер 1 на передачу данных. Станция 1 вычисляет время обращения маркера TRT между двумя последующими приходами, которое равно ТL. Затем она вычисляет допустимое время передачи ТНТ, которое равно TTRT-TL , выполняет передачу в течение этого времени и испускает маркер. Маркер приходит на станцию 2, которая также вычисляет время, допустимое на передачу. Оно оказывается равным 0, так как вычисленное время TRT равно TTRT. По той же причине станции 3 и 1 также не

могут передавать. Только в момент t1 =t0+TTRT+TL/3 станция 2 получит возможность передавать. Станция 3 получит возможность передавать в момент: t2 = t0 +2TTRT+2TL/3 , а станция 1 вновь получит возможность передавать в момент t3 =t0 +3TTRT+3TL /3 = t0 +3TTRT+TL , и т.д., причем каждая станция может передавать в течение времени TTRT-ТL .

Производительность такой сети U можно рассчитать как отношение времени, в течение которого велась передача в промежутке от t0 до t3, к этому промежутку времени:

В правой части выражения мы пренебрегли малой величиной ТL по сравнению с nTTRT в знаменателе. Из формулы видно, что при фиксированном значении латентного времени производительность будет возрастать с ростом TTRT. Увеличение TTRT ведет к уменьшению процессов переключении кольца в единицу времени, когда маркер переходит от станции к станции.

Предыдущее упрощенное рассмотрение предполагало наличие одного вида трафика, Однако для стандарта FDDI предусмотрена передача кадров двух типов трафика - синхронного и асинхронного [13].

Синхронный график предназначен для приложений, которые требуют предоставления им гарантированной пропускной способности (для передачи голоса, видеоизображения, управления процессами и других случаев работы в реальном времени). Для такого трафика каждой станции предоставляется фиксированная небольшая часть пропускной способности кольца FDDI, поэтому станция имеет право передавать кадры синхронного трафика в течение определенного времени Тsynch всегда, когда она получает маркер от предыдущей станции.

Асинхронный график - это обычный трафик локальных сетей, не предъявляющий высоких требований к задержкам обслуживания. Станция может передавать асинхронные кадры только в том случае, если при последнем обороте маркера по кольцу для этого осталась какая-либо часть неизрасходованной пропускной способности. С учетом возможности передачи двух видов трафика, временем удержания маркера ТНТ правильней называть интервал времени, в течение которого станция может передавать асинхронные кадры. Это время с учетом поправки на синхронный трафик определяется по формуле ТНТ=TTRT-

TRT-Tsynch .

Изохронный трафик и стандарт FDDI-II. Синхронный трафик не удовлетворяет более жестким требованиям синхронной передачи, таким как: величина вариаций задержки или дрожание. Для этой цели было разработано расширение стандарта FDDI, которое получило название FDDI-II. Фактически станция, поддерживающая этот стандарт, может работать в двух режимах: в традиционном режиме (основная мода) и в режиме FDDI-II (гибридная мода). В последнем случае взаимодействие станций больше напоминает асинхронную