5.2. Сетевая технология fddi

Сетевая технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) использует в качестве среды передачи данных волоконно–оптический кабель и имеет по сравнению с популярными ЛКС Ethernet такие преимущества, как производительность, надежность, безопасность. Существует также вариант технологии на медном проводе, который называется CDDI (Copper Distributed Data Interface).

Все варианты стандарта FDDI (для разных типов передающий среды – оптоволоконного кабеля и витой пары медных проводов) обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с, что в 10 раз выше скорости Ethernet и в 6 раз выше максимальной скорости Token Ring (16 Мбит/с). Отказоустойчивость сети FDDI обеспечивается применением двух колец передачи данных. В нормальном состоянии данные передаются только по основному кольцу. При одиночном физическом разрыве основного кольца (обрыв кабеля, выход из строя рабочей станции) станции по обе стороны места разрыва обнаруживают неисправность и автоматически переключают поток данных на резервное кольцо в направлении, противоположном направлению передачи по основному кольцу. Тем самым сохраняется непрерывность логического кольца передачи данных (рис. 5.3).

Рис.5.3. Переключение потока данных при разрыве кольца

В стандарте FDDI определены также методы восстановления после серьезного нарушения целостности кольца (две станции с одним адресом и др.), требующего вмешательства администратора сети. Станция, обнаружившая нарушение, начинает передавать специальные сигнальные кадры (Beacon) до тех пор, пока не получит кадр того же типа от предыдущей станции. В итоге только одна станция остается в состоянии посылки сигнальных кадров. Это означает, что нарушение целостности кольца произошло непосредственно перед данной станцией. Знание места аварии позволяет администратору сети предпринять действия по восстановлению кольца.

Другие преимущества технологии FDDI реализуются при использовании оптоволоконного кабеля. Перечислим их ниже.

Во–первых, большое расстояние между узлами. Стандарт FDDI определяет, что станции могут находиться на расстоянии до 2 км друг от друга, а общая длина кольца достигать 100 км при числе станций до 500. Применение специального очень тонкого оптоволоконного кабеля (single–mode fiber) и лазерных передатчиков позволяет увеличить расстояние между станциями до 50 км.

Во–вторых, нечувствительность к электромагнитным помехам, вызываемым электродвигателями и другими излучающими приборами.

В–третьих, большая степень безопасности. Благодаря тому, что оптоволоконный кабель практически не излучает электромагнитных волн в радиодиапазоне, передаваемую по нему информацию трудно перехватить удаленными приборами. Это свойство имеет особенно большое значение в правительственных, банковских и некоторых других сетях, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

И, наконец, защищенность оборудования от повреждений при соединении устройств с разными потенциалами за счет использования гальванической развязки.

Стандарт FDDI, определяемый комитетом X3T9.5 ANSI, имеет следующие основные компоненты, соответствующие первым двум уровням модели OSI:

Physical Medium Dependent (PMD) – подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи. Стандарт PMD регламентирует характеристики оптоволоконного кабеля для передачи данных, типы коннекторов, мощность передатчиков и т.д.;

Physical (PHY) – часть физического уровня, определяющая способы кодирования и декодирования данных, схему синхронизации и набор управляющих символов;

Media Access Control (MAC) – уровень управления доступом к среде. В этом компоненте стандарта описываются процессы управления маркером (token), формирования кадров, адресации, обнаружения ошибок и восстановления, а также распределения полосы пропускания между узлами;

Station Management (SMT) – протокол управления станцией, задействованный на всех уровнях стандарта FDDI. Этот протокол описывает управление станциями и концентраторами, процессы инициализации и поддержания соединений между узлами, алгоритмы обнаружения ошибок и обработки аварийных ситуаций.

В качестве среды передачи данных для FDDI можно использовать:

– оптоволоконный кабель с коннекторами типа MIC (Media Interface Connector); регламентируется стандартом PMD;

– экранированную витую пару (STP IBM Type 1) с коннекторами типа DB–9; регламентируется промышленным стандартом SDDI;

– неэкранированную витую пару категории 5 (UTP Level 5) с коннекторами RJ–45; регламентируется проектом стандарта ANSI TP–PMD (CDDI).

Развертывание сети FDDI на медном кабеле обойдется пользователю дешевле, чем оптоволоконный вариант (как по цене оборудования, так и по стоимости монтажа). Однако в случае использования медного кабеля расстояние между станциями будет ограничено 100 метрами.

Можно выделить три основные области применения технологии FDDI.

Использование FDDI в магистральной сети (backbone) с подключением к ней:

– высокопроизводительных серверов и хост–ЭВМ;

– мостов, маршрутизаторов или концентраторов с выходом через них на ЛВС Ethernet, Token Ring и на распределенные сети (WAN).

Распространение технологии FDDI до уровня рабочих станций, в первую очередь для систем САПР с большим трафиком и приложений мультимедиа, чувствительных к временным задержкам.

Использования FDDI в качестве внутренней магистрали (backplane) для высокопроизводительных концентраторов и маршрутизаторов.

Логической топологией FDDI является кольцо, физической – обычно кольцо деревьев (рис. 5.4), при этом, как правило, возможно одновременное использование FDDI и сетевых технологий других типов.

По варианту подключения к кольцу устройства FDDI делятся на подключаемые одновременно к основному и резервному кольцам (dual attachment) или только к одному кольцу, обычно основному (single attachment). По типу узла устройства FDDI делятся на концентраторы и конечные станции.

Рис 5.4. Возможная конфигурация сети

Основные типы устройств FDDI:

–Dual Attachment Concentrator (DAC) – концентратор с двойным подключением к магистральной сети; участвует в процессе восстановления кольца при нарушении его целостности;

–Single Attachment Concentrator (SAC) – концентратор с одиночным подключением; никогда не подключается к магистральному кольцу, а всегда каскадно – к другому концентратору в сети;

–Null Attachment Concentrator (NAC) – не подключается к магистральному кольцу, а использует FDDI в качестве внутренней магистрали (backplane); часто используемая конфигурация, особенно для комбинированных концентраторов FDDI и Ethernet , таких как LinkBuilder 3GH фирмы 3Com;

–Dual Attachment Station (DAS) – станция с двойным подключением к магистральному кольцу или концентратору; может участвовать в процессе восстановления кольца;

–Single Attachment Station (SAS) – станция с одиночным подключением только через концентратор.

Рис. 5.5. Использование портов FDDI

В узлах с двойным подключением могут использоваться переключатели оптического обхода (Optical Bypass Switch), которые позволяют передавать данные через станцию даже в случае ее выключения.

Стандарт FDDI определяет следующие типы портов:

0. А – Primary In/Secondary Out (PI/SO);

1. B – Primary Out/Secondary In (PO/SI);

2. M – Master (PI/PO);

3. S – Slave (PI/PO).

Порты узла с двойным подключением должны быть сконфигурированы как А и В. Порты концентратора обычно должны иметь тип М, а порты станции SAS – тип S. Иллюстрация использования типов портов приведена на рис.5.5.

Высокая пропускная способность FDDI обеспечивается как за счет скорости передачи данных (100 Мит/с), так и за счет того, что в FDDI в отличие от Ethernet используется детерминированный метод доступа, требующий захвата маркера для передачи данных и таким образом исключающий конфликты. Кроме того, по сравнению со стандартом IEEE 802.5 Token Ring, также основанным на использовании маркера, в сети FDDI применяется более эффективный метод передачи данных, называемый ранним освобождением маркера – ETR (Early Token Release).

В сети Token Ring данные передаются только с маркером, а в сети FDDI станция, передавшая данные в течение отведенного ей времени, освобождает маркер, не дожидаясь завершения цикла его обращения. Освободившийся маркер может захватить следующая станция и передать свои данные. Тем самым в сети FDDI в каждый момент времени может циркулировать много пакетов данных, переданных разными станциями.

Каждая станция в сети FDDI участвует в процессе инициализации кольца. Всякий раз, когда устройство добавляется в кольцо или покидает его, когда обнаруживается потеря маркера, и в ряде других ситуаций начинается процесс, называемый Claim Token. В результате этого процесса станции достигают соглашения о параметрах функционирования сети и начинают передачу маркера и данных от узла к узлу по кольцу. Право формирования маркера получает станция с наименьшим временем TTRT (Target Token Rotation Time) – желаемым временем обращения маркера. Это время устанавливается производителем и может изменяться администратором сети для отдельных станций. Чем меньше время TTRT, тем быстрее маркер обращается по кольцу и тем чаще станции могут передавать данные. Однако если выбрано малое значение TTRT, то станция не сможет передать много кадров при захвате маркера.

На рис. 5.6 показано использование основных типов устройств FDDI при организации сети. Операция передачи данных в сети FDDI состоит из пяти шагов:

–захват маркера станцией–отправителем;

–передача данных станцией–отправителем;

–получение кадра другими станциями и возвращение его в кольцо;

–считывание кадра станцией–получателем и возвращение его в кольцо;

–удаление кадра из кольца станцией–отправителем.

В стандарте FDDI определены два режима передачи данных: синхронный и асинхронный (с приоритетами). В синхронном режиме станция при каждом захвате маркера может передавать данные в течение определенного времени вне зависимости от того, прибыл ли маркер вовремя или с опозданием. Этот режим обычно используется для приложений, чувствительных к временным задержкам (мультимедиа и др.).

Рис. 5.6. Использование основных типов устройств FDDI при организации сети

После захвата маркера станция начинает передавать данные до тех пор, пока не будут переданы все данные или пока не будет превышено время захвата маркера ТНТ (Token Holding Time). В режиме синхронной передачи данных значение ТНТ фиксировано, в случае асинхронного режима зависит от того, прибыл ли маркер раньше, вовремя или с опозданием относительно минимального среди всех станций времени TTRT, определяемого в результате процесса Claim Token. Если передача завершается до истечения времени ТНТ, маркер будет немедленно возвращен в кольцо. Если время ТНТ истекло до завершения передачи данных, то для передачи оставшихся данных станция должна ждать следующего захвата маркера.

Каждая станция в сети FDDI по очереди принимает кадр и сравнивает адрес назначения с собственным адресом; если адреса не совпадают, то станция регенерирует кадр и посылает его следующему узлу. Если адреса совпадают, станция помещает кадр в приемный буфер, проверяет на наличие ошибок, делает отметку о приеме данных (или об ошибке) и возвращает кадр в кольцо. Станция–отправитель определяет, успешно ли доставлен кадр, и если да, то удаляет его из сети, если нет – регенерирует.