Канальный уровень технологии fddi. Особенности метода доступа fddi.

Итак, мы с вами уже отметили, что технология FDDI во многое взяла за основу от технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

во-первых, - повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

во-вторых, - повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

- а также, максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.

Именно наличие двух колец - стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDI. Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. Сейчас мы рассмотрим эту особенность построения сети.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца.

Этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным" . Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным вновь образуя единое кольцо.

Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец.

Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров технологии FDDI.

Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Итак, давайте рассмотрим в общих чертах работу станций в сети FDDI:

Кольца в сетях FDDI, как и в сетях 802.5 рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, для нее определен метод доступа, очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного кольца - token ring.

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - маркер (его еще обычно называют токен) доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT) .

После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер доступа следующей станции. Если же в момент принятия маркера у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует маркер следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Нужно отметить, что, если станция захватила маркер и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу лежащего выше над FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре (также как и у кадра Token Ring) станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

Cтруктура протоколов технологии FDDI в проекции на семиуровневую модель OSI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме - без установления соединений и без восстановления потерянных или поврежденных кадров.

В стандартах FDDI много внимания отводится 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 не связанных 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.

Отличия метода доступа FDDIзаключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring.

Здесь это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля.

Изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не чувствителен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.

Механизм приоритетов кадров, который присутствовал в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно просто разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный. Синхронный трафик обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC, как мы уже рассмотрели, полностью соответствует технологии Token Ring.

Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат.

Формат кадра FDDI также близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

Формат кадра

PA - Преамбула (Preamble): 16 или более пустых символов.

SD - начальный разделитель (Starting Delimiter): последовательность 'J' и 'K'.

FC - Frame Control: 2 символа, отвечающие за тип информации в поле INFO

DA - Адрес получателя (Destination Address): 12 символов, показывающие кому адресован кадр.

SA - Адрес отправителя (Source Address): 12 символов, показывающие адрес отправителя кадра.

INFO - Поле данных (Information Field): 0 до 4478 байтов информации.

FCS - Контрольная сумма (Frame Check Sequence): 8 символов CRC.

ED - Конечный разделитель (Ending Delimiter)

Формат маркера

Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Конечно, все-таки, есть и отличительные особенности стандарта ANSI - технологии FDDI.

Одной такой особенностью является то, что в технологии FDDI выделен еще один уровень управления станцией - Station Management (SMT) .

Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В спецификации SMT определено следующее:

Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев;

Правила мониторинга работы кольца и станций;

Управление кольцом;

Процедуры инициализации кольца.

В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.

Итак, мы с вами рассмотрели самые общие характеристики технологии FDDI. Давайте подробней остановимся именно на отличительных особенностях.

Особенности метода доступа FDDI

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера.

Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT).

Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0pr.

Если в технологии Token Ring мы с вами говорили, что максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_0рr во время инициализации кольца.

Каждая станция может предложить свое значение Т_0рr, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен.

Эта особенность позволяет учитывать потребности тех приложений, которые работают на станциях кольца.

Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рr.

Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рr, то есть TRT меньше Т_0рr.

В случае TRT меньше Т_0рr станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо.

Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT

В течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рr. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра.

Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

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 - первичного и вторичного. В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети.

Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator).

Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, хотя это и не обязательно.

Обычно подключаются к кольцу через концентратор. Имеют один порт который работает на прием и на передачу

Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются.

Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

DAS обычно подключаются к кольцу через 2 порта A и B, оба имеют возможность принимать и передавать, что позволяет подключаться к двум кольцам.

Концентраторы позволяют SAS и DAS узлам подключаться к двойному FDDI кольцу. Концентраторы имеют М (master) порты для подключения SAS и DAS портов, а также могут сами иметь SAS и DAS порты.

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 станции с одиночным подключением, 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 станциях с двойным подключением, то есть станциях DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

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

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концентраторов и станций 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 и ее реконфигурации.

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