semenov_yu_a_telekommunikacionnye_tehnologii / 1_206

4.1.3 IEEE 802.4 (Маркерная шина)

Стандарт IEEE 802.4 описывает свойства сетей, известных под названием маркерная шина. С точки зрения правил предоставления доступа этот стандарт схож с token ring (см. [13], а также RFC-1042 и -1230). В качестве физической среды используется 75-омный кабель. При необходимости построения сети типа дерева, а также для увеличения длины сети используются повторители. Сеть способна обеспечить пропускную способность до 10 Мбит/с при полосе пропускания кабеля 12 МГц.

Для доступа к сетевой среде станция должна получить пакет-маркер. Получив маркер, сетевое устройство может начать передачу данных, а завершив эту процедуру, устройство должно переслать маркер следующей сетевой станции. Передача маркера происходит до тех пор, пока он не достигнет младшей станции, после чего он возвращается первой станции. Формат кадра, пересылаемого по маркерной шине, имеет вид, представленный на рис. 4.1.3.1.

Рис. 4.1.3.1. Формат кадров 802.4.

SD - (Start Delimiter) - стартовый байт-разделитель =**0**000, где * - символ, кодируемый неманчестерским кодом; FC - (Frame Control) поле управления кадром = FFxxxxxx, где FF - субполе формата кадра, а xxxxxx - биты типа кадра, SA и DA адреса отправителя и получателя, соответственно. FSC - (Frame Control Sequence) контрольная сумма (4 байта). ED - (End Delimiter) оконечный разграничитель =**1**11E (правый бит является 8-ым). MMM=000 - запрос, не требующий подтверждения; MMM=001 - запрос, требующий подтверждения, MMM=010 - отклик на запрос. PPP - биты приоритета (111 - высший приоритет, а 000 - низший). Значения кодов поля FC приведены в таблицах 4.1.3.1 и 4.1.3.2 (цифрами обозначен порядок передачи разрядов).

Таблица 4.1.3.1. Коды поля FC

Станции получают доступ к шине в результате соревновательной процедуры, называемой кно откликовОкно откликов представляет собой временной интервал, равный по длительности одному системному такту, который в свою очередь равен времени распространения сигнала по шине. Это время отсчитывается от момента окончания передачи кадра управления. В течение этого времени станция-инициатор ожидает отклика от других станций. Любая станция сети, будучи владельцем маркера, может запустить этот процесс с помощью посылки кадра поиск следующей станции. Запросы на подключение осуществляются путем отправки пакета установка следующей станции, в поле данных которого записывается адрес станции, запрашивающей доступ к шине. Адрес следующей соседней станции меньше адреса станции-отправителя (маркер движется в направлении убывания адресов). Обычно посылается кадр с одним окном откликов. При этом запросы могут посылать станции с адресами не меньше, чем адрес ближайшего соседа. Если процесс инициализирован станцией с наименьшим номером, то посылается пакет с двумя окнами откликов, одно для станции с номером меньше, чем у предшественника, другое с адресом больше чем у предшественника. После этого станция ждет ответа в течение одного такта. Если ответа нет, маркер передается следующей станции. Если же получен один ответ, инициализируется подключение станции с помощью пакета установка следующей станции. При получении более одного отклика возникает конфликт, для разрешения которого посылается пакет разрешение конфликта с четырьмя окнами. Станции заносят свои запросы в окна в соответствии с первыми двумя битами своего адреса. Если попытка разрешить конфликт при этом не удалась, пакет осылается повторно. В новой попытке участвуют только станции, участвовавшие в первом раунде, а для сравнения используются уже следующие два бита адреса. Процедура может завершиться подключением одной из станций или исчерпыванием числа попыток.

Станция может отключиться от сети в любое время, но это вызовет инициализацию системы и временное нарушение работы сети. Поэтому для отключения от сети станция должна дождаться получения маркера, после чего она шлет пакет типа установка следующей станции, в поле данных которого находится адрес ее преемника. Если держатель маркера получит пакет, показывающий наличие в сети еще одного владельца маркера, он уничтожает свой маркер и переходит в режим ожидания. Получив маркер, станция должна начать передачу данных или передать его следующей станции. После передачи маркера станция в течение одного цикла прослушивает сеть, чтобы убедиться в активности своего преемника. Если преемник не посылает ничего в течении секунды, станция повторяет передачу маркера. Если и это не помогает, то посылается пакет кто следующий? с адресом преемника в поле данных и тремя окнами откликов. Если станция обнаруживает в поле данных адрес своего предшественника, она посылает кадр типа установка следующей станции по адресу отправителя. В отсутствии кадра установка следующей станции станция посылает такой пакет самой себе с двумя окнами для выявления активных сетевых устройств.

При обнаружении потери маркера запускается процедура инициализации сети, при этом посылается пакет требование маркера. Станция, пославшая запрос, прослушивает шину и при обнаружении сетевой активности выбывает из соревнования (имеется станция с большим, чем у нее адресом). В сети определено 4 класса обслуживания (6, 4, 2, 0). Станция может передавать данные класса 6 в течение допустимого времени удержания маркера THT (для класса 6). При M станций в сети максимальное время ожидания будет равно THT*M. По завершении передачи данных класса 6 (или если они не передавались вовсе) можно передавать данные класса 4. Аналогично определено время обращения маркера для классов 4, 2 и 0.

Таблица 4.1.3.2. Коды поля FC и типы кадров

Сети все шире внедряются в промышленность, науку, а в последнее время можно ожидать появления сетей и в наших жилищах (первые опыты по созданию информационных сетей на основе систем кабельного телевидения в США и Канаде уже успешно проведены). Для сбора измерительной информации уже более десятилетия используется магистрально-модульный стандарт GPIB (IEC-625, IEEE-488 или ГОСТ 26.003-80). Но этот стандарт ограничивает размер сети, имеет дорогостоящий интерфейс, недостаточно надежен и гибок. Применение для этой цели RS-232 не слишком перспективно, так как этот интерфейс предполагает соединение по схеме точка-точка. Возникла необходимость создания сетей с дешевой магистралью и интерфейсом с пропускной способностью 128-1024 Кбит/c. Примером такой сети можно считать CAN. Кто знает, возможно спустя несколько лет какая-то модификация этой сети будет использована для сетевого управления бытовой техникой в вашей квартире. Аппаратная реализация узлов комплексного управления бытовой техникой уже появились в продаже.

4.1.4 Сети управления и сбора данных в реальном масштабе времени (CAN)

Стандарт can (controller area network - http://www.kvaser.se/can/protocol/index.htm или http://www.omegas.co.uk/can/canworks.htm) был разработан в Германии компанией robert Bosch gmbh для автомобильной промышленности (1970 годы). Сеть CAN ориентирована на последовательные каналы связи, выполненные из скрученных пар проводов (или оптических волокон), стандарт определяет протоколы физического уровня и субуровеней MAC и LLC. Все узлы сети равноправны и подключаются к общему каналу. Уровни сигналов протоколом не нормированы. В CAN использована кодировка типа NRZ (non return to zero).

Высокая надежность и дешевизна сделала сети CAN привлекательными для промышленности и науки. Сеть предназначена для сбора информации и управления в реальном масштабе времени, но может быть использована и для других целей. Канал can реализует принцип множественного доступа с детектированием столкновений (CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection, аналогично Ethernet). Сеть может содержать только один сегмент. В соответствии со стандартом ISO 11898 сеть способна работать при обрыве одного из проводов, при закоротке одного из проводов на шину питания или на землю. Скорость работы канала программируется и может достигать 1 Мбит/с. Недиструктивная схема арбитража позволяет сделать доступ к общему каналу существенно более эффективным, чем в случае Ethernet. В настоящее время действуют две версии стандарта с полями арбитража длиной в 11 бит (2.0a) и 29 бит (расширенная версия, 2.0b). Код арбитража одновременно является идентификатором кадра и задается на фазе инициализации сети. При одновременной попытке передачи кадров двумя узлами арбитраж выполняется побитно с использованием схемы проволочного при этом доминантным состоянием является логический Выигравший соревнование узел продолжает передачу, а проигравший ждет момента, когда канал освободится. Код-адрес объекта (узла CAN) задается с помощью переключателей на плате CAN при формировании сети.

Когда канал свободен, любой из подключенных узлов, может начать передачу. Кадры могут иметь переменную, но конечную длину. Формат информационного кадра сети CAN, содержащего семь полей, показан на рис. 4.1.4.1.

Рис. 4.1.4.1 Стандартный информационный кадр 1 2.0a CAN

Кадр начинается с доминантного бита начала кадра (логический нуль, SOF - start of frame). Далее следует поле арбитража (идентификатор кадра), содержащее 11 бит (эти разряды носят имена id-28, ..., id-18) и завершающееся битом RTR (remote transmission request) удаленного запроса передачи. В информационном кадре RTR=0, для кадра запроса RTR=1. Семь наиболее значимых бит id-28 - id-22 не должны быть никогда все одновременно равными 1. Первым передается бит id28. Доминантные биты r0 и r1 (=0) зарезервированы для будущего использования (в некоторых спецификациях бит r1 называется IDE и относится для стандартных кадров к полю управления). Поле DLC (data length code; биты поля имеют имена dcl3 - dcl0) несет в себе код длины поля данных в байтах. Поле данных, размещенное вслед за ним, может иметь переменную длину или вообще отсутствовать. CRC - циклическая контрольная сумма. В качестве образующего полинома при вычислении CRC используется x¹⁵ + x¹⁴ + x¹⁰ + x⁸ + x⁷ + x⁴ + x³ + 1. Формально, следующий за контрольной суммой бит-разграничитель (=1) принадлежит полю CRC. Поле отклика (ack) содержит два бита, первый из которых первоначально имеет уровень 1, а узлы получатели меняют его значение на доминантное (логический 0). Бит используется для сообщения о корректности контрольной суммы. Второй бит поля всегда имеет уровень логической 1. Завершающее поле EOF (end of frame) содержит семь единичных бит. За этим полем следует поле-заполнитель (INT) из трех единичных бит, после него может следовать очередной кадр. Формат расширенного информационного кадра сети can показан на рис. 4.1.4.2.

Рис. 4.1.4.2. Расширенный информационный кадр 2.0b CAN

Однобитовое субполе SRR (substitute remote request) включено в поле арбитража (идентификатора кадра) и всегда содержит код 1, что гарантирует преимущество стандартного информационного кадра (2.0a) случае его соревнования с расширенным кадром (2.0b) (при равных 11 битах идентификатора). Субполе IDE (identifier extension) служит для идентификации расширенного формата и для этого типа кадра всегда имеет уровень логической 1. Вслед за IDE следует 18-битовое поле (биты имеют имена id-17, ..., id-0; первым передается бит id-28) расширения идентификатора кадра. Контроллеры 2.0b полностью совместимы с кадрами 2.0a и могут посылать и принимать пакеты обоих типов. Идентификаторы в пределах одной сети должны быть уникальными. Следует иметь в виду, что 18-битное поле расширения идентификатора можно при определенных условиях использовать и для передачи информации. Идентификатор не является адресом места назначения, а определяет назначение передаваемых данных (адресация по содержанию). По этой причине пакет может быть принят отдельным узлом, группой узлов, всеми узлами сети или не воспринят вообще. Предельное число различных идентификаторов для версии 2.0a составляет 2032, а для 2.0b превышает 500 миллионов.

Послав кадр-запрос другому узлу, отправитель может затребовать присылку определенной информации. Удаленный узел должен откликнуться информационным кадром с тем же идентификатором, что и запрос.

Если несколько узлов начнут передачу одновременно, право передать кадр будет предоставлено узлу с более высоким приоритетом, который задается идентификатором кадра. Механизм арбитража гарантирует, что ни информация, ни время не будут потеряны. Если одновременно начнется передача запроса и информационного кадра с равными идентификаторами, предпочтение будет дано информационному пакету. В процессе арбитража каждый передатчик сравнивает уровень передаваемого сигнала с реальным уровнем на шине. Если эти уровни идентичны, он может продолжить передачу, в противном случае передача прерывается и шина остается в распоряжении более приоритетного кадра.

4.1.5 Локальные сети ArcNet

ARCNET - (attached resource computing network - смотри также http://www.smc.com/network/arcnet) представляет собой стандарт на локальные сети, разработанный корпорацией datapoint в 1977 году. Эта сеть базируется на идее маркерной шины и может позволить реализовать топологию шины, кольца или звезды при скорости обмена 2,5Мбит/с. Сеть строится вокруг активных и пассивных повторителей (HUB). Активные повторители (обычно 8-канальные) могут соединяться друг с другом, с пассивными повторителями/разветвителями и оконечными ЭВМ (рабочими станциями). Длина таких соединений, выполняемых 93-омным коаксиальным кабелем (RG-62, разъемы BNC), может достигать 600м. Допускается применение скрученных пар (RS485) или оптического волокна. Пассивный 4-входовый повторитель позволяет подключать до трех рабочих станций кабелем длиной до 35 м, один из входов всегда занят соединением с активным повторителем. Пассивные повторители не могут соединяться друг с другом. Активные повторители могут образовывать иерархическую структуру. Максимальное число рабочих станций в сети равно 255. Предельная суммарная длина кабелей многосегментной сети составляет около 7 км. Схема соединений в сети arcnet показана на рис. 4.1.5.1 (пунктиром обозначены возможные связи с другими активными повторителями или маршрутизаторами).

В настоящее время разработан стандарт arcnet plus, рассчитанный на скорость обмена до 20 Мбит/с, совместимый с прежней версией. Новый стандарт позволяет строить сети с числом станций в 8 раз больше, чем старый. Если в сети присутствуют узлы, рассчитанные на разную скорость обмена, выбор полосы пропускания осуществляется при установлении связи. Соединение с другими сетями (например, Ethernet, Token Ring или Интернет) возможно через специальные шлюзы, мосты или маршрутизаторы.

Каждому узлу в сети присваивается уникальный адрес в диапазоне от 1 до 255. Стандарт arcnet поддерживает работу с пакетами двух длин: <253 или 506. Отличительной особенностью сети является низкая избыточность - заголовки пакетов имеют длину 3-4 байта. Все пакеты в arcnet начинаются с байта, содержащего единицы во всех разрядах. Всего в arcnet используется пять разновидностей пакетов:

• Пакет маркер (itt-приглашение). Рабочая станция, получившая такой пакет, может что-нибудь послать.

• Запрос свободного буфера (FBE - free buffer enquire). Служит для выяснения возможности приема данных получателем.

• Подтверждение получения (ACK), посылается в ответ на FBE при корректном приеме.

• Отрицательное подтверждение (NAK), посылается в случае приема с ошибкой.

• Пакет, содержащий информацию, адрес получателя, отправителя и контрольную сумму.

Сеть Arcnet допускает фрагментацию (ANSI 878.2) сообщений и инкапсуляцию (ansi 878.3) пакетов, отвечающих требованиям других протоколов.

Рис. 4.1.5.1. Топологическая схема сети Arcnet

Все кадры начинаются с аппаратного заголовка и завершаются пользовательскими данными, в начале которых всегда присутствует программный заголовок. Между аппаратным и программным заголовками вводится заполнитель, обеспечивающий постоянство длин пакетов. Этот заполнитель удаляется интерфейсом так, что программа его не видит.

Короткие кадры могут содержать от 0 до 249 байт полезной информации. Длинные кадры могут нести от 253 до 504 байт. Для того, чтобы иметь возможность работать с кадрами, содержащими 250, 251 или 252 байт информации, введен специальный формат (exception). Форматы этих кадров ARCNET представлены на рис. 4.1.5.2.

Эти пакеты представлены так, как их видит программное прикладное обеспечение, по этой причине это представление иногда называется уфернымПакеты в сети выглядят несколько иначе: идентификатор места назначения дублируется, заполнитель между полем смещения и идентификатором протокола вообще не пересылается.

arcnet позволяет делить длинные внешние пакеты или сообщения на ряд фрагментов, максимальное число которых может достигать 120.

Поле флаг фрагментации указывает на наличие фрагментации пакета. Не фрагментированные пакеты имеют этот флаг равный нулю. Для первого пакета фрагментированного сообщения этот флаг равен ((t-2)*2)+1, где t - полное число фрагментов.

Рис. 4.1.5.2 Форматы кадров ARCNET

Пакеты, несущие в себе последующие части сообщения, имеют в этом поле код равный ((N-1)*2), где N - номер фрагмента. Так пятый фрагмент сообщения будет содержать в поле флага фрагментации код 8. Принимающая станция может идентифицировать последний фрагмент сообщения, так как он будет иметь флаг фрагментации больше, чем у первого фрагмента. Значения флага фрагментации более 0xEE запрещены.

Значение флага фрагментации 0xFF используется для пометки кадров специального формата (exception). Все фрагменты одного и того же сообщения имеют идентичные поля номера по порядку.

IP и ARP-дейтограммы инкапсулируются в соответствующие ARCNET пакеты. Если длина дейтограмм превосходит 504 октета, они делятся на фрагменты и пересылаются по частям. Взаимосвязь IP- и 8-битных ARCNET адресов осуществляется с помощью протокола ARP (см. RFC-826. Plammer D., Ethernet Address Resolution ProtocolIT, Nov. 1982).

Можно устроить так, чтобы младшие 8 бит IP-адреса совпадали с ARCNET адресом. В этом случае ARP-протокол не потребуется. Но этот путь не рекомендуется, так как он менее гибок. Все широковещательные и мультикастинг IP-адреса должны соответствовать ARCNET-адресу 0.

Корпорация Datapoint использует следующие идентификаторы протоколов: 212 (десятичное) для IP, 213 - для ARP и 214 - для протокола RARP.

Сети ARCNET отличаются дешевизной, простотой установки и эксплуатации. За последнее время в связи с резким удешевлением Ethernet-интерфейсов это преимущество несколько нивелировалось. Взаимодействие ARCNET и Интернет описано в документе STD-46.

4.1.6 Сети FDDI

Одной из наиболее популярных сетей, использующих оптическое волокно, (не считая fast ethernet) является FDDI. FDDI (fiber distributed data interface, ISO 9314-1, rfc-1512, -1390, -1329, -1285 - смотри также http://iquest.com/~nmaller/fddi.htm) стандарт американского института стандартов (ansi), принятый без изменения ISO. Протокол рассчитан на физическую скорость передачи информации 100 Мбит/с и предназначен для сетей с суммарной длиной до 100км (40 км для мультимодовых волокон) при расстоянии между узлами 2 км или более. Частота ошибок в сети не превышает 10^-9. В FDDI используется схема двойного кольцевого счетчика (рис. 4.1.6.1; буквами a,b,c,d и e обозначены станции-концентраторы). Кольцевая схема единственно возможное решение для оптического волокна (не считая схемы точка-точка). Для доступа к сети используется специальный маркер (развитие протокола IEEE 802.5 - Token Ring). Сети FDDI не имеют себе равных при построении опорных магистралей (backbone) локальных сетей, позволяя реализовать принципиально новые возможности даленную обработку изображений и интерактивную графику. Обычно устройства (DAS - dual attached station) подключаются к обоим кольцам одновременно. Пакеты по этим кольцам движутся в противоположных направлениях. В норме только одно кольцо активно (первичное), но при возникновении сбоя (отказ в одном из узлов) активизируется и второе кольцо, что заметно повышает надежность системы, позволяя обойти неисправный участок (схема соединений внутри станций-концентраторов на рис. 4.1.6.1 является сильно упрощенной). Предусмотрена возможность подключения станций и только к одному кольцу (SAS - single attached station), что заметно дешевле. К одному кольцу можно подключить до 500 das и 1000 sas. Сервер и клиент имеют разные типы интерфейсов.

Рис. 4.1.6.1. Схема связей в двойном кольце FDDI

Топология связей в FDDI устроена таким образом, что отказ в любом из узлов из-за выхода из строя оборудования или отключения питания не приведет к разрыву кольца, поток кадров автоматически пойдет в обход поврежденного участка.

FDDI позволяет работать с кадрами размером 4500 октетов, за вычетом места, занимаемого преамбулой, остается 4470 октетов для передачи данных. RFC-1188 резервирует 256 октетов для заголовков, оставляя для данных 4096 октетов. Маршрутизатор, поддерживающий протокол FDDI должен быть способен принимать такие длинные пакеты. Посылаться же должны дейтограммы не длиннее 576 октетов, если не ясно, сможет ли адресат принимать длинные кадры.

Услуги информационного канала (data link service) реализуются через протокол IEEE 802.2 logical link control (LLC). В результате мы имеем следующий стек протоколов (рис. 4.1.6.2):

Рис. 4.1.6.2. Схема протокольных подуровней для FDDI

Уровень MAC (media access control) определяет доступ к сетевой среде, включая формат кадров, адресацию, алгоритм вычисления crc и механизм исправления ошибок. Уровень PHY (physical layer protocol) задает процедуру кодирования/декодирования, синхронизацию, формирование кадров и пр. В качестве базовой используется кодировка 4b/5b (преобразование 4-битного кода в 5-битный), а в канале - NRZI. Уровень PMD (physical layer medium) определяет характеристики транспортной среды, включая оптические каналы, уровни питания, регламентирует частоту ошибок, задает требования к оптическим компонентам и разъемам. Блок схема интерфейса между уровнями MAC и PHY показана на рис. 4.1.6.3.

Рис. 4.1.6.3. Схема физического интерфейса FDDI

ip-дейтограммы, ARP-запросы и отклики, пересылаемые по сети FDDI, должны инкапсулироваться в пакеты 802.2 LLC и SNAP (subnetwork access protocol; см. рис. 4.1.6.4 и 4.1.6.5), а на физическом уровне в FDDI MAC. Протокол snap должен использоваться с организационными кодами, указывающими, что SNAP-заголовок содержит код Ethertype. 24-битовый организационный код (organization code) в snap должен быть равен нулю, а остальные 16 бит должны соответствовать Ethertype (см. assigned numbers, RFC-1700; IP=2048, ARP=2054).

Все кадры должны пересылаться в соответствии со стандартом 802.2 LLC тип 1 (формат ненумерованной информации, с полями DSAP (destination service access point) и SSAP (source service access point) заголовка 802.2, равными предписанным значениям SAP (service access point) для SNAP.

Рис. 4.1.6.4. Структура некоторых полей заголовков пакетов

Полная длина LLC- и SNAP-заголовков составляет 8 октетов.

Десятичное значение k1 равно 170 . k2 равно 0. Управляющий код равен 3 (ненумерованная информация).

Для преобразования 16- или 48-разрядного FDDI-адреса в 32-разрядный IP-адрес используется протокол ARP. Операционный код равен 1 для запроса и 2 для отклика. Спецификация FDDI MAC определяет максимальный размер кадра равным 4500 октетам, включая 16-октетную преамбулу. Преамбула состоит из кодов 11111, стартовый разделитель имеет вид 1100010001, а оконечный разделитель - 0110101101 (во всех случаях применена 5-битовая нотация). Контрольная сумма CRC вычисляется для полей, начиная с поля управление по данные включительно.

Рис. 4.1.6.5. Формат пакета протокола FDDI

Вычитая 8 байт LLC/SNAP заголовка, получаем значения максимального размера пакета (MTU) 4470 (4478) октетов. Для совместимости размер пакетов для IP-дейтограмм и ARP-пакетов согласуется с требованиями конкретной сети. FDDI реализует маркерный доступ, формат пакета-маркера имеет вид, показанный на рис. 4.1.6.6. В зависимости от размера кольца в нем могут циркулировать несколько маркеров.

Рис. 4.1.6.6. Формат кадра-маркера

802.2 класс I LLC требует поддержки команд ненумерованная информация (UI), команд и откликов exchange identification (XID), а также test. Станции не обязаны уметь передавать команды XID и test, но должны быть способны посылать отклики.

Командные кадры идентифицируются по нулевому младшему биту SSAP-адреса. Кадры-отклики имеют младший бит SSAP-адреса равный 1. UI-команды содержат в управляющем поле LLC код 3.

Команды/отклики XID имеют код поля LLC, равный 175 (значение десятичное) при значении бита poll/final=0 или 191 при poll/final=1. Код управления LLC для команд/откликов test равен 227, если poll/final=0, и 243 при poll/final=1.

Отклики и команды UI при poll=1 игнорируются. Команды UI, имеющие отличные от snap sap в DSAP- или SSAP-полях, не считаются пакетами IP или ARP.

При получении команд XID или test должен быть послан соответствующий отклик. Отклик посылается, когда DSAP равен SNAP SAP (170), null SAP (0), или при global SAP (255). При других DSAP отклики не посылаются.

При посылке отклика на команды XID или test, значение бита final отклика должно быть равно значению бита poll команды. Кадр отклика XID должен включать в себя информационное поле 802.2 XID 129.1.0, указывающее на класс услуг 1 (не требующих установления связи).

Кадры отклика test должны соответствовать информационному полю кадра команды test.

Для начала передачи станция должна получить в свое распоряжение маркер. Если станция находится в пассивном состоянии, она передает маркер следующей станции. Но из-за большой протяженности колец FDDI время задержки здесь заметно больше, чем в случае Token Ring. В кольце FDDI может находиться несколько кадров одновременно. Станция сама удаляет кадры из кольца, посланные ей самой. Все станции должны иметь таймер вращения маркера (TRT ken rotation time), который измеряет время с момента, когда станция последний раз принимала этот пакет. Имеется переменная TTRT (target token rotation time). Значение TRT сравнивается с TTRT и только приоритетные кадры могут быть переданы при TRT> TTRT. Обычная передача данных контролируется таймером THT (token hold timer). Когда станция получает маркер, она заносит TRT в таймер THT, который начинает обратный отсчет. Станция может посылать кадры до тех пор, пока THT остается больше TTRT. В действительности THT определяет максимальное число октетов (символов), которое может быть послано станцией в рамках одного кадра (THT задает предельное время, в течение которого станция может передавать данные).

IEEE специфицирует числа как последовательности бит, где младший бит передается первым. В протоколах Интернет порядок бит другой, что может вызывать ошибки. Ниже приведена краткая таблица (4.1.6.1) соответствия для некоторых из чисел.

Таблица 4.1.6.1

Оптоволокно особенно привлекательно для сетей, где ЭВМ размещены в далеко отстоящих друг от друга зданиях и при высоком уровне электромагнитных наводок. Оптоволокно является незаменимой средой для широкополосных каналов связей (вспомним теорему Шеннона). Привлекательна такая среда и с точки зрения надежности (бульдозеры, рвущие кабель, не в счет) и безопасности (отсутствие внешних излучений). Расстояние между станциями при использовании такого кабеля может достигать 8-9 км (а не 2 км, как в случае многомодового кабеля с полосой 500МГц/км). Зарубежные одномодовые кабели группы 1 допускают максимальное расстояние между узлами в 10 км, а группы 2 - 40 км при полосе пропускания 1 Гбит/с. Подключение к сети fddi производится обычно через фотооптические трансиверы (ФОТ), которые преобразуют оптический сигнал в электрический. Источником света является светоизлучающий диод с длиной волны 1350 или 1500 нм. Толщина передающего оптоволокна равна 50/125 или 62.5/125 микрон (числитель - диаметр несущего свет волокна; знаменатель - внешний диаметр клэдинга; числа относятся к мультимодовому волокну). При выборе того или иного кабеля следует иметь в виду, что ослабление более 11дБ не допустимо, при большем ослаблении число ошибок в процессе передачи становится слишком большим. Именно это ограничение ставит верхний предел на длину при использовании многомодового волокна (при длине 2 км ослабление достигает 10,5 дБ). Выбирая оптические разъемы, нужно помнить, что хороший разъем не должен вносить ослабление более 2 дБ. Там где это возможно, предпочтительнее сварка волокон, которая при качественном исполнении вносит ослабление сигнала не более 0,3 дБ. На случай выхода из строя оборудования или отключения питания удобно использовать обводящие оптические переключатели (но они вносят ослабление около 2.5-4 дБ). При их использовании предельное расстояние между узлами должно быть сокращено более чем вдвое. Если видно, что потери достигают критического уровня, следует выбирать кабель с волокном 62.5/125 микрон. При прокладке оптического кабеля нельзя допускать слишком малых радиусов перегибов (возможен обрыв волокна, увеличиваются потери света). Кабели, относящиеся к разным кольцам fddi, следует разнести, в этом случае один бульдозер не сможет оборвать сразу оба кабеля.

FDDI-кадры используют заголовки, определяемые стандартом IEEE 802.2 (LLC - logical link control), который не имеет поля тип, присутствующий в Ethernet-заголовке. FDDI и ethernet имеют разный порядок передачи битов, поэтому мосты и маршрутизаторы между FDDI и Ethernet должны уметь выполнять соответствующие преобразования. В силу особенностей маршрутизаторов не все протоколы могут быть реализованы на стыке FDDI и Ethernet (например, DEC LAT работать не будет). Для решения проблемы созданы гибридные приборы (brouter), которые для одних протоколов работают как маршрутизаторы, являясь мостами для других. Эти приборы для одних пакетов прозрачны, другие же пересылаются с использованием инкапсуляции. Учитывая то, что FDDI может пересылать до 400000 пакетов в секунду, схемы распознавания адресов моста должна иметь соответствующее быстродействие.

Нетрадиционным для других сетей является концентратор, используемый в FDDI. Он позволяет подключить несколько приборов SAS-типа к стандартному FDDI-кольцу, создавая структуры типа дерева. Но такие структуры несут в себе определенные ограничения на длины сетевых элементов, так при использовании повторителя удаление не должно превышать 1,5 км, а в случае моста 2,5 км (одномодовый вариант). Несмотря на эти ограничения и то, что базовой топологией сетей FDDI является кольцо, звездообразные варианты также имеют право на жизнь, допустимы и комбинации этих топологий. В пределах одного здания подключение целесообразно делать через концентратор, отдельные же здания объединяются по схеме кольцо. К кольцу FDDI могут также легко подключаться и субсети Token Ring (через мост или маршрутизатор).

Концентраторы бывают двух типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, так как не вынуждают сеть при отключении отдельного прибора переходить в аварийный режим обхода. Применение концентраторов снижает и стоимость подключения к FDDI. Концентраторы могут помочь при создании небольших групповых субсетей, предназначенных для решения специфических задач (например, CAD, CAM или обработка изображений).

Новым устройством, используемым в FDDI-узлах, являются межузловые процессоры (internetwork nodal processor - INP), которые являются развитием идей front end processor (FEP). INP, благодаря модульности, может помочь пользователю адаптироваться к изменениям, постоянно происходящим в сетях, где он работает. INP может выполнять функции многопротокольного моста или маршрутизатора. Управление FDDI-оборудованием производится с помощью протокола SNMP и базы данных MIB. Предусмотрены некоторые дополнительные диагностические средства, которые выявляют не только аппаратные сбои, но и некоторые программные ошибки. Применение мостов для объединения FDDI-сетей позволяет обеспечить высокую степень сетевой безопасности и решить многие топологические проблемы, снять ограничения с предельного числа DAS-подключений (<500). Выбор между мостом и маршрутизатором определяется тем, что важнее, стоимость, гибкость системы илу высокая пропускная способность.

На рис. 4.1.6.7 показан пример использования сети FDDI для доступа нескольких субсетей к общему серверу без взаимного влияния потоков данных. Сегменты 1 и 2 представляют собой субсети Ethernet (10 Мбит/с). Учитывая то, что FDDI имеет пропускную способность 100 Мбит/с, даже при подключении 10 субсетей взаимовлияние их будет практически отсутствовать. Два кольца FDDI, показанные на рис. 4.1.6.7, могут быть объединены друг с другом через мост или маршрутизатор. Сетям FDDI благодаря маркерному доступу не знакомы столкновения в том виде, в каком они существуют в Ethernet и это дает им определенное преимущество перед сетями равного быстродействия, например перед быстрым Ethernet (также 100 МГц). Существует версия FDDI приспособленная для передачи мультимедийной информации. Возможна реализация FDDI на скрученных парах проводов.

Рис. 4.1.6.7. Схема использования кольца FDDI для расширения пропускной способности локальной сети

При обрывах оптоволокна возможно частичное (при двух обрывах) или полное (при одном обрыве) восстановление связности сети.

Рис. 4.1.6.8. Варианты связей в случае обрывов волокон