Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженный свет.

Работы по использованию света для передачи информации активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать широкополосный канал для передачи большого количества информации с высокой скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому как медные провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным жилам. Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую полосу пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началось промышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи для территориальных телекоммуникационных систем.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования оптоволокнных каналов в локальных сетях. Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5.

Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости

Основы технологии FDDI

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с;
• 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.;
• Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому 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 (рисунок 2.1), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap , то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. 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.

В стандартах FDDI отводится много внимания 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.

Рис. 2.1. Реконфигурация колец FDDI при отказе

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring (рисунок 2.2, а).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рисунок 2.2, б). 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 токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен 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.

Рис. 2.2. Обработка кадров станциями кольца FDDI

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. Этот случай приведен на рисунке (рисунок 2.2, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен 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 (рисунок 2.2, г). В передаваемом в сеть кадре 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 (рисунок 2.2, д). 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.

На рисунке 2.3 приведена структура протоколов технологии FDDI в сравнении с семиуровневой моделью OSI. FDDI 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.

Рис. 2.3. Структура протоколов технологии FDDI

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются:

• Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм;
• Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
• Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка;
• Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики;
• Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологии Fast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

• кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;
• правила тактирования сигналов;
• требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;
• правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры.

Лекция

Тема: Стандарты технологии Ethernet, TokenRing и FDDI.

Цель .

1. Обучающая. Ввести основные понятия. Освоить методы разработки и способы представления элементов сети.
2. Развивающая. Р азвивать логику, умение анализировать, сравнивать, делать выводы, высказывать свою мысль. Развивать внимание и аналитическое мышление.
3. Воспитательная . Воспитывать интерес к языкам программирования, научным достижениям и открытиям. Воспитывать аккуратность, внимательность и дисциплинированность. Формирование самостоятельности и ответственности при повторении пройденного и изучении нового материала. Воспитывать чувство ответственности за напарника при работе в группе.

Межпредметные связи:

· Обеспечивающие: информатика.

· Обеспечиваемые: базы данных.

Методическое обеспечение и оборудование:

1. Методическая разработка к занятию.

2. Рабочая программа.

3. Инструктаж по технике безопасности.

Технические средства обучения: проэктор, компьютер.

Обеспечение рабочих мест:

• Рабочие тетради.

Ход лекции.

1. Организационный этап.
2. Анализ и проверка домашнего задания.
3. Фронтальный опрос по вопросам.

Решите задачи.

Стандарты технологии Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на технологиях экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля.

Рис. Примитивы уровня LLC
а, в, с - без установления соединения, d - с установлением соединения

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время, как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень. В Ethernet определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-F.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

Стандарты технологии Token Ring

Сети Token Ring характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется детерминированный алгоритм, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Технология Token Ring обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию – отправитель

Стандарты технологии FDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - это стандарт или набор сетевых стандартов, ориентированных на передачу данных по волоконно-оптическом кабелю со скоростью 100 Мбит/с. Подавляющая часть спецификаций стандарта FDDI использует в качестве среды передачи оптическое волокно.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают волоконно-оптический интерфейс в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, а оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.

При разработке технологии FDDI ставились в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повышение битовой скорости передачи данных до 100 Мбит/с;

Повышение отказоустойчивости сети за счет стандартных процедур восстановления после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы сетевого узла, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

Максимально эффективное использование потенциальной пропускной способности с как для асинхронного, так и для синхронного графиков.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи.

Два основных отличия в протоколах управления маркером в FDDI и IEEE 802.5 Token Ring следующие:

В Token Ring станция, передающая кадры, удерживает маркер до тех пор, пока не получит все отправленные пакеты. В FDDI же станция выпускает маркер непосредственно окончанием передачи кадра (кадров);

FDDI не использует приоритет и поля резервирования, которые Token Ring использует для выделения системных ресурсов.

В таблице указаны основные характеристики сети FDDI.

* Некоторые производители выпускают оборудование на расстояние передачи до 50 км.
** При указанной длине сеть будет продолжать корректно работать и сохранять целостность при появлении единичного разрыва кольца или при отключении одной из станций кольца (режим WRAP) - при этом длина пути обхода маркера не будет превышать 200 км.

FDDI

Token Ring и FDDI - это функционально намного более сложные технологии, чем Ethernet на разделяемой среде. Разработчики этих технологий стремились наделить сеть на разделяемой среде многими положительными качествами: сделать механизм разделения среды предсказуемым и управляемым, обеспечить отказоустойчивость сети, организовать приоритетное обслуживание для чувствительного к задержкам трафика, например голосового. Нужно отдать им должное - во многом их усилия оправдались, и сети FDDI довольно долгое время успешно использовались как магистрали сетей масштаба кампуса, в особенности в тех случаях, когда нужно было обеспечить высокую надежность магистрали.

Технологию FDDI можно считать усовершенствованным вариантом Token Ring, так как в ней, как и в Token Ring, основанный на передаче токена, а также кольцевая топология связей, но вместе с тем FDDI работает на более высокой скорости и имеет более совершенный механизм отказоустойчивости.

Технология FDDI стала первой технологией локальных сетей, в которой оптическое волокно, начавшее применяться в телекоммуникационных сетях с 70-х годов прошлого века, было использовано в качестве разделяемой среды передачи данных. За счёт применения оптических систем скорость передачи данных удалось повысить до 100 Мбит/с (позже появилось оборудование FDDI на витой паре, работающее на той же скорости).

Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары - первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет соблюсти порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельные (но функционирующих) сетей.

Сети FDDI не имеют себе ровные при построении опорные магистрали (backbone) локальных сетей, позволяя реализовать принципиально новые возможности - изъятую обработку изображений и интерактивную графику. Обычно устройства (DAS - Dual Attached Station) подключаются до обоих колец одновременно. Пакеты по этим кольцам двигаются в противоположных направлениях. В норме только одно кольцо активно (первичное), но при возникновении сбоя (отказ в одном из узлов) активизируется и второе кольцо, которое заметно повышает надежность системы, позволяя обойти неисправный участок (схема соединений внутри станций-концентраторов на рис. 1 является сильно упрощенной). Предусмотрена возможность подключения станций и только к одному кольцу (SAS - Single Attached Station), что заметно более дешево. К одному кольцу можно подключить до 500 DAS и 1000 SAS. Сервер и клиент имеют разные типы интерфейсов.

Технология FDDI обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик. Часть полосы пропускания кольца, которое остается, отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритеты для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а другие данные - асинхронный.

Стандарт FDDI определяет четыре компонента:

MAC (Media Access Control), что определяет форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (отвечает канальному уровню модели OSI);

PHY (Physical) выполняет физическую и логическую кодировку и декодирование, синхронизацию и кадрирование;

PMD (Physical Medium Dependent) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY отвечают физическому уровню OSI);

SMT (Station Management) выполняет все функции по управлению и контролю работы других компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию элементов, которые отказали, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

Нетрадиционным для других сетей является концентратор, что используется в FDDI. Он позволяет подключить несколько приборов SAS-типу к стандартному FDDI-кольца, создавая структуры типа дерева. Но такие структуры несут в себе определенные ограничения на длины сетевых элементов, так при использовании повторителя отдаления не должно превышать 1,5 км, а в случае моста 2,5 км (одномодовый вариант). Невзирая на эти ограничения и то, что базовой топологией сетей FDDI является кольцо, звездообразные варианты также имеют право на жизни, допустимые и комбинации этой топологии. В пределах одного дома подключения целесообразно делать через концентратор, отдельные же дома совмещаются за схемой кольца. К кольцу FDDI могут также легко подключаться и субсети Token Ring (через мост или маршрутизатор).

Концентраторы бывают два типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, потому что 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.

Таблица 2.4 - Характеристики технологии FDDI

Технология ATM

ATM - интегрированный метод сетевого доступа реализации в локальных и глобальных сетях. На основе ATM реализуется масштабируемая магистральная инфраструктура, которая может взаимодействовать с сетями, имеющими разные размеры, скорости и методы адресации.

Технология ATM была разработана в конце 1960-х годов компанией Bell Labs. Инженеры экспериментировали с высокоскоростной коммутацией ячеек, которая стала альтернативой коммутации пакетов.

Ячейки данных, используемые в ATM, меньше в сравнении с элементами данных, которые используются в других технологиях. Небольшой, постоянный размер ячейки, используемый в ATM, позволяет:

Передавать данные по одним и тем же физическим каналам, причём как при низких, так и при высоких скоростях;

Работать с постоянными и переменными потоками данных;

Интегрировать любые виды информации: тексты, речь, изображения, видеофильмы;

Поддерживать соединения типа точка-точка, точка-многоточка, многоточка-многоточка.

Ячейка состоит из двух частей: поле заголовка занимает 5 байт и ещё 48 байт занимает поле полезной нагрузки.

В заголовке ячейки содержатся следующие поля:

Virtual Path Identifier (VPI) (используется для обозначения виртуальных соединений ATM);

Virtual Ccircuit Identifier (VCI) (используется для обозначения виртуальных соединений ATM);

Payload Type (PT) (располагается информация, которая определяет тип даных, которые находятся в поле полезной нагрузки ячейки АТМ);

Congestion Loss Priority (CLP) (Бит CLP в ячейке АТМ имеет такое - же значение, как бит DE в кадре Frame Relay);

Header Error Control (HEC) (размещается проверочная контрольная сумма 4-х предыдущих байтов заголовка).

На основе вышеприведенных методов передачи данных была выбрана технология Ethernet модификации 100Base-TX. Данная технология характеризуется простотой проектирования, низкой стоимостью оборудования, высокой надежностью и скоростью передачи данных.

^

10.2. Технология FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Перед разработчиками стояла задача: разработки стандарта локальной сети, построенной на оптоволоконном кабеле, обеспечивающей скорость 100 Мбит/с и имеющей длину кольца до 100 км.
^

Основные характеристики технологии

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели :

• 
  повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
• 
  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.;
• 
  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. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, 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 (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 (рис. 76), 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 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.

Рис. 76. Реконфигурация колец FDDI при отказе

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.

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

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC 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 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.

^ На рис. 77 приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. 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.

Рис. 77. Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. 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.
^

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_0рг . Если в технологии Token Ring 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_0рг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_0рг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. 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_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рг, то есть TRT < Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и 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_0рг. 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, как это показано на рис. 78, хотя это и не обязательно. 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).

Рис. 78. Подключение узлов к кольцам FDDI

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 (рис. 79). 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.

Рис. 79. Реконфигурация сети FDDI при обрыве провода

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.
^

Физический уровень технологии FDDI

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

Так как из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных символов нужно только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 выбрано несколько кодов, которые используются как служебные. К наиболее важным служебным символам относится символ Idle - простой, который постоянно передается между портами в течение пауз между передачей кадров данных. За счет этого станции и концентраторы сети FDDI имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае отсутствия потока символов Idle фиксируется отказ физической связи и производится реконфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно.

^ При первоначальном соединении кабелем двух узлов их порты сначала выполняют процедуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последовательности служебных символов кода 4В/5В, с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение (например, соединение S-S является некорректным и т. п.). Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня MAC соединенных устройств путем передачи нескольких кадров MAC. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управления станцией SMT.

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent) (см. рис. 77).

Технология FDDI в настоящее время поддерживает два подуровня PMD: для волоконно-оптического кабеля и для неэкранированной витой пары категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD.

Оптоволоконный подуровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну. Его спецификация определяет:

• 
  использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм;
• 
  требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля;
• 
  требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
• 
  параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;
• 
  использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм;
• 
  представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и -V для представления данных в кабеле. Для получения равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно 100 м.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце - 500.
^

Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

В табл. 3.7 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 3.7. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей - на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главным для разработчиков было обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN. Для подключения клиентских компьютеров и даже небольших серверов технология оказалась слишком дорогой. А поскольку оборудование FDDI выпускается уже около 10 лет, значительного снижения его стоимости ожидать не приходится.

.
^ Технология сетей ARCNet
При подключении устройств в ARCNet применяют топологию «шина» или «звезда». Адаптеры ARCNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркерная шина) и обеспечивают производительность 2,5 Мбит/с. Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.

В сетях ARCNet используется асинхронный метод передачи данных (в Ethernet и Token Ring - синхронный метод), т. е. передача каждого байта в них выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных.

^ В ARCNet определены 5 типов кадров (рис. 80) цифры обозначают длины полей кадров в байтах.):

Кадр ITT (Invitations To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая такой кадр, получает право на передачу данных;

Кадр FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим кадром проверяется готовность узла к приему данных;

кадр DATA - с его помощью передается пакет данных;

Кадр АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных (ответ на РВЕ) или подтверждение приема кадра DATA без шибок (ответ на DATA);

Кадр NAK (Negative ACKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на РВЕ) или принят кадр с ошибкой (ответ на DATA).

Рис. 80. Типы кадров для сетей ARCNet
АВ (Alert Burst) - начальный разделитель (выполняет функции преамбулы кадра); EOT (End Of Transmit) - символ конца передачи; DID (Destination Identification) - адрес приемника (ID-приемника). Если в поле заносится значение 00h, то кадр обрабатывается всеми станциями; ENQ (ENQuiry) - символ запроса о готовности к приему данных; SOH (Start Of Header) - символ начального заголовка; SID (Source Identification) - адрес источника (ID- источника); COUNT = 512-N, где N-длина пакета, байт; CRC - контрольная сумма; АСК (ACKnowledgments) - символ готовности к приему данных; NAK (Negative ACKnowledgments) - символ неготовности к приему данных
Все станции в сети ARCNet определяются 8-битовым ID (Identification - физический адрес сетевого адаптера). Этот адрес устанавливается переключателями на плате. Очередность передачи данных определяется физическими адресами станций (ID). Первой является станция с наибольшим адресом, затем следует станция с наименьшим адресом, далее - в порядке возрастания адресов. Каждая станция знает адрес следующей за ней станции (NextID или NID). Этот адрес определяется при выполнении процедуры реконфигурации системы. Выполнив передачу данных, станция передает право на передачу данных следующей станции при помощи кадра ITТ, при этом в поле DID устанавливается адрес NID. Следующая станция передает данные, затем кадр ITT и т. д. Таким образом, каждой станции предоставляется возможность передать свои данные.

Для передачи пакета станция сначала должна получить маркер. Получив маркер, узел посылает кадр FВЕ той станции, которой должны быть переданы данные. Если станция-приемник не готова, она отвечает кадром NAK, в противном случае - АСК. Получив АСК, узел, владеющий маркером, начинает передавать кадр DATA. Время ожидания ответа о получении данных составляет 75,6 мкс. Если получен ответ АСК, то передатчик передает маркер следующей станции. Если получен ответ NAK, то передатчик повторно передает приемнику кадр DATA. Затем вне зависимости от ответа маркер передается следующей станции.

Каждая станция начинает принимать кадр DATA, обнаружив передачу начального разделителя АВ. Затем она сравнивает значение адреса DID со своим адресом. Если адреса одинаковы или пришел broadcast-кадр, данные записываются в буфер станции, если нет - кадр игнорируется. Кадр считается нормально принятым, если он принят полностью и контрольная сумма совпадает со значением в поле CRC. Получив нормальный кадр DATA, станция передает ответ АСК. Если при приеме обнаружена ошибка, то передается ответ NAK. В ответ на широковещательный кадр DATA кадры АСК и NAK не передаются.

Реконфигурация сети выполняется автоматически всякий раз при включении новой станции или при потере маркера. Сетевой адаптер начинает реконфигурацию, если в течение 840 мс не получен кадр ITT. Это осуществляется посылкой специального кадра реконфигурации (Reconfiguration Burst). Такой кадр длиннее любого кадра, поэтому маркер будет разрушен (из-за коллизии) и никакая станция в сети не будет владеть маркером (т. е. правом на передачу). После приема кадра реконфигурации каждая станция переходит в состояние ожидания на время, равное 146x(256-ID) мкс. Если по окончании тайм-аута передач по сети не было (а это справедливо только для станции с наибольшим адресом ID), то узел передает кадр ITT с адресом DID, равным собственному ID. Если ни одна станция не ответила, узел увеличивает DID на единицу и повторяет передачу кадра ПТ и т. д. После положительного ответа маркер передается ответившей станции, а ее адрес ID запоминается как адрес следующей станции (NID). Эта операция повторяется, пока маркер не вернется к первому узлу (станции с максимальным адресом). При выполнении реконфигурации каждая станция в сети узнает следующую за ней станцию. Таким образом формируется логическое кольцо, определяющее последовательность передачи маркера.
^ Технология виртуальных сетей
Технология виртуальных сетей (Virtual LAN) является одним из наиболее важных аспектов коммутируемых сетей, обеспечивая переход от сетей с разделяемой средой к полностью коммутируемым системам. Основное назначение виртуальных сетей - ограничить область распространения широковещательного трафика, т. е. организовать небольшие широковещательные домены. Виртуальные сети обеспечивают сегментацию за счет создания логических, динамических широковещательных доменов.

Подобно широковещательным доменам на базе маршрутизаторов в виртуальной ЛВС широковещательные пакеты и пакеты с неизвестными адресами получают все устройства, если такие пакеты происходят из того же домена (виртуальной сети). Здесь нет ничего нового, такие же методы используются в традиционных сетях на базе концентраторов и маршрутизаторов. Однако в традиционных сетях трафик является широковещательным внутри образующего сегмент концентратора и маршрутизируется между концентраторами. При использовании виртуальных сетей кадры становятся широковещательными внутри VLAN и маршрутизируются между ними. Таким образом, виртуальные сети представляют собой не что иное, как более гибкий вариант традиционных ЛВС с несколько большими возможностями.

^ Виртуальная ЛВС (и связанные с ней коммутаторы) должна поддерживать различные типы физических сред. В коммутируемых сетях возможна работа централизованных ресурсов (магистралей) с более высокими скоростями, нежели скорость рабочих станций. Например, рабочие станции Ethernet (10 Мбит/с) могут работать с серверами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet или ATM.

^ Каждый порт коммутатора должен обеспечивать поддержку более, чем одной виртуальной ЛВС. Это актуально даже в тех случаях, когда к портам коммутатора подключаются непосредственно рабочие станции (одной станции может потребоваться присутствие в нескольких виртуальных сетях). Некоторые коммутаторы ЛВС могут выполнять функции стандартной маршрутизации на сетевом уровне (IP и IPX), такая возможность позволяет организовать обмен данными между виртуальными ЛВС без использования внешних маршрутизаторов.

В эффективных реализациях виртуальных сетей серверы могут входить в несколько VLAN. Трафик в таком случае не передается через маршрутизатор или магистраль, что снижает нагрузку на сетевые магистрали и уменьшает задержку.

Во многих сетях устройства достаточно часто перемещаются с одного места на другое в пределах здания или территории предприятия. Администратор сети должен иметь возможность связать устройство или пользователя с виртуальными сетями независимо от местоположения. Использование коммутаторов обычно связано с необходимостью повышения производительности сети при одновременном снижении расходов на оборудование. Организация виртуальных ЛВС не должна снижать производительность сети. В виртуальных ЛВС широковещательный домен может объединять устройства, подключенные к одному или нескольким портам коммутатора или даже к портам разных коммутаторов. Так как VLAN организуются на базе логических групп пользователей, то расположение пользовательских станций не имеет значения в отличие от сетей на основе маршрутизаторов и концентраторов, где группы пользователей жестко определялись местоположением последних.

Широковещательный домен может содержать компьютеры, находящиеся в одном здании, городе или даже на значительном удалении друг от друга при поддержке виртуальных ЛВС с использованием WAN-каналов. Поскольку при обмене данными внутри группы маршрутизаторы не используются, обмен между станциями происходит гораздо быстрее.

Сегодня существует достаточно много вариантов реализации VLAN. Простые варианты VLAN представляют собой набор портов коммутатора, более сложные реализации позволяют создавать группы на основе других критериев. В общем случае возможности организации VLAN тесно связаны с возможностями коммутаторов.

^ Сети на базе портов.

Это простейший вариант организации виртуальной ЛВС. VLAN на базе портов обеспечивают высочайший уровень управляемости и безопасности. Устройства связываются в виртуальные сети на основе портов коммутатора, к которым эти устройства физически подключены. VLAN на базе портов являются статическими и для внесения изменений необходимо физическое переключение устройств.

Однако построенные на базе портов виртуальные сети имеют некоторые ограничения. Они очень просты в установке, но позволяют поддерживать для каждого порта только одну виртуальную ЛВС . Следовательно, такое решение мало приемлемо при использовании концентраторов или в сетях с мощными серверами, к которым обращается много пользователей (сервер не удастся включить в разные VLAN). Кроме того, виртуальные сети на основе портов не позволяют вносить в сеть изменения достаточно простым путем, поскольку при каждом изменении требуется физическое переключение устройств.

^ Сети на базе МАС-адресов.

Хотя этот тип виртуальных сетей относится к числу наиболее простых, VLAN на базе МАС-адресов настраивать сложнее, чем сети на основе физических портов. Виртуальная сеть на базе МАС-адресов группирует устройства, а программное обеспечение, например AutoTracker, делает группу широковещательным доменом (VLAN). Сети на базе МАС-адресов являются одним из наиболее безопасных и управляемых типов VLAN. Для получения доступа в виртуальную сеть устройство должно иметь МАС-адрес, известный программе AutoTracker.

Настройка виртуальной сети на основе МАС-адресов может отнять много времени. Кроме того, МАС-адреса «наглухо зашиты» в оборудование и может потребоваться много времени на выяснение адресов устройств в большой, территориально распределенной сети. Программа управления сетью OmniVision корпорации Xylan позволяет собрать адреса в масштабе всей сети автоматически, избавляя администратора от рутинной работы. С помощью этой программы можно настроить виртуальные сети, используя вместо МАС-адресов связанные с ними имена станций.

^ VLAN на сетевом уровне .

Виртуальные ЛВС сетевого уровня позволяют администратору связать трафик для того или иного протокола в соответствующей виртуальной сети. Точно таким же способом создаются широковещательные домены в сетях на основе маршрутизаторов. Протокол может быть задан в форме IP-подсети или сетевого номера IPX. Можно, к примеру, объединить в виртуальную ЛВС всех пользователей подсети, которая была организована до использования коммутаторов.

Спектр возможностей коммутатора, на базе которого строится VLAN, определяет гибкость виртуальных сетей данного типа. Многие виртуальные ЛВС сетевого уровня поддерживают системы на базе нескольких коммутаторов, тогда как другие могут работать только с одним устройством.

^ VLAN на базе протоколов.

Данный тип виртуальных сетей строится на базе заданного в каждом кадре типа протокола . Такой подход позволяет администратору задать критерии, по которым будет создаваться VLAN. Администратор может самостоятельно выбрать поля в заголовках кадров, по которым будет определяться принадлежность к виртуальной сети, и загрузить подготовленные правила во все коммутаторы сети. Например, можно поместить в одну виртуальную сеть всех пользователей, работающих с протоколом NetBios или IP . Для работы с данным типом виртуальных сетей администратор должен досконально разбираться в заголовках широковещательных кадров.

После того, как правила загружены в коммутаторы, устройства начинают работу с виртуальными сетями на основе заданных администратором правил.

^ Многоадресные (multicast) VLAN .

Многоадресный (multicast) трафик отличается от широковещательного (broadcast), который передается во всю сеть, и одноадресного (unicast), обеспечивающего связь «точка-точка». Многоадресный трафик представляет собой обмен «точка-многоточие» (один со многими) или многоточечный (многие со многими) и в последнее время становится все более популярным для различных сетевых приложений . Многоадресный режим можно использовать для видеоконференций, биржевых систем, новостей и подобных систем, где одна и та же информация передается многочисленным пользователям.

Виртуальные ЛВС с многоадресным трафиком создаются динамически путем прослушивания IGMP (Internet Group Management Protocol). Когда пользователь открывает приложение, использующее режим multicast, он динамически включается в виртуальную сеть, связанную с данным приложением. По окончании работы с программой пользователь удаляется из соответствующей виртуальной сети.

Многоадресный трафик в общем случае является стабильным потоком с достаточно широкой полосой. Следовательно, такой трафик лучше всего зафиксировать в одной виртуальной сети для предотвращения лавинной маршрутизации (flooding).

^ VLAN на базе правил .

Это наиболее мощная реализация VLAN, позволяющая администратору использовать любые комбинации критериев для создания виртуальных ЛВС. Включение устройств в виртуальные ЛВС можно осуществить всеми перечисленными выше способами при условии их поддержки установленными в сети коммутаторами . После того, как правила загружены во все коммутаторы, они обеспечивают организацию VLAN на основе заданных администратором критериев. Поскольку в таких сетях кадры постоянно просматриваются на предмет соответствия заданным критериям, принадлежность пользователей к виртуальным сетям может меняться в зависимости от текущей деятельности пользователей.

Виртуальные ЛВС на основе правил используют широкий набор критериев принадлежности к сети, включая все перечисленные выше варианты: МАС-адреса, адреса сетевого уровня, тип протокола и т.д. Можно также использовать любые комбинации критериев для создания правил, наиболее точно соответствующих вашим задачам.

^ VLAN для уполномоченных пользователей .

VLAN для уполномоченных пользователей обеспечивают высокий уровень безопасности в сети и предъявляют более строгие требования к пользователям для предоставления доступа к серверам или иным сетевым ресурсам. Например, сеть уполномоченных пользователей может быть создана для финансового отдела предприятия, и сотрудники других подразделений не смогут получить доступ в эту сеть, не имея соответствующих полномочий. Для поддержки таких сетей в коммутаторах обычно используются функции встроенных брандмауэров. Администратор может эффективно управлять доступом пользователей, задавая процедуру аутентификации. Хотя и другие варианты VLAN обеспечивают некоторые средства безопасности, но только в сетях уполномоченных пользователей это выполняется на достаточно высоком уровне.

^

Структурированная кабельная система

Структурированная кабельная система (СКС) является основополагающей базой на протяжении всего времени существования информационной сети. Это основа, от которой зависит функционирование всех приложений (рис. 81). Правильно спроектированная, смонтированная и администрируемая кабельная система снижает расходы любой организации на всех фазах своей жизни.

Рис. 81 . Сравнительные показатели среднего времени существования элементов распределенной системы обработки информации
По данным статистики несовершенные кабельные системы являются причиной до 70% всех простоев информационной сети. Несмотря на то, что кабельная система, как правило, существует дольше большинства других сетевых компонентов, ее стоимость составляет только 5% общих инвестиций в информационную сеть. Таким образом, использование структурированной кабельной систем является весьма убедительным способом инвестирования в производительность любой организации или компании.

Кабельная система является компонентом сети с самым продолжительным времем жизни, дольше которого существует только каркас здания. Кабельная система, созданная на основе стандартов, гарантирует долговременное функционирование сети и поддержку всех численных приложений, обеспечивая отдачу от инвестиций на всем протяжении ее существования.

^

Иерархия в кабельной системе

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Структурированная кабельная система представляет своего рода "конструктор", с помощью которого проектировщик сети строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелях. При необходимости конфигурацию связей можно легко изменить - добавить компьютер, сегмент, коммутатор, изъять ненужное оборудование, а также поменять соединения между компьютерами и концентраторами.

При построении структурированной кабельной системы подразумевается, что каждое рабочее место на предприятии должно быть оснащено розетками для подключения телефона и компьютера, даже если в данный момент этого не требуется. То есть хорошая структурированная кабельная система строится избыточной . В будущем это может сэкономить средства, так как изменения в подключении новых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных кабелей.

^ Структурированная кабельная система планируется и строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее (рис. 82).

Рис. 82. Иерархия структурированной кабельной системы
Эта система может быть построена на базе уже существующих современных телефонных кабельных систем, в которых кабели, представляющие собой набор витых пар, прокладываются в каждом здании, разводятся между этажами, на каждом этаже используется специальный кроссовый шкаф, от которого провода в трубах и коробах подводятся к каждой комнате и разводятся по розеткам. К сожалению, в нашей стране даже далеко не во всех вновь стоящихся зданиях телефонные линии прокладываются витыми парами, поэтому они непригодны для создания компьютерных сетей, и кабельную систему в таком случае нужно строить заново.

Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы (рис. 83) включает:

• 
  горизонтальные подсистемы (в пределах этажа);
• 
  вертикальные подсистемы (внутри здания);
• 
  подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

Рис. 83. Структура кабельных подсистем
Горизонтальная подсистема соединяет кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей. Подсистемы этого типа соответствуют этажам здания. Вертикальная подсистема соединяет кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания. Следующим шагом иерархии является подсистема кампуса , которая соединяет несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Эта часть кабельной системы обычно называется магистралью (backbone).

Использование структурированной кабельной системы вместо хаотически проложенных кабелей дает предприятию много преимуществ .

• 
  Универсальность . Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы контроля, мониторинга и управления хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения предприятия.
• 
  Увеличение срока службы . Срок морального старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 15 лет.
• 
  Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения . Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяется в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. При таком подходе все работы по добавлению или перемещению пользователя сводятся к подключению компьютера к уже имеющейся розетке.
• 
  Возможность легкого расширения сети . Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко расширять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети. Структурированная кабельная система является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.
• 
  Обеспечение более эффективного обслуживания . Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой. При шинной организации кабельной системы отказ одного из устройств или соединительных элементов приводит к трудно локализуемому отказу всей сети. В структурированных кабельных системах отказ одного сегмента не действует на другие, так как объединение сегментов осуществляется с помощью концентраторов. Концентраторы диагностируют и локализуют неисправный участок.
• 
  Надежность . Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость.

Первой структурированной кабельной системой, имеющей все современные черты такого типа систем, была система SYSTIMAX SCS компании Lucent Technologies (ранее - подразделение AT&T). И сегодня компании Lucent Technologies принадлежит основная доля мирового рынка. Многие другие компании также выпускают качественные структурированные кабельные системы, например AMP, BICC Brand-Rex, Siemens, Alcatel, MOD-TAP.
^

Выбор типа кабеля для горизонтальных подсистем

Большинство проектировщиков начинает разработку структурированной кабельной системы с горизонтальных подсистем, так как именно к ним подключаются конечные пользователи. При этом они могут выбирать между экранированной витой парой, неэкранированной витой парой, коаксиальным кабелем и волоконно-оптическим кабелем. Возможно использование и беспроводных линий связи.

Горизонтальная подсистема характеризуется очень большим количеством ответвлений кабеля (рис. 84), так как его нужно провести к каждой пользовательской розетке, причем и в тех комнатах, где пока компьютеры в сеть не объединяются. Поэтому к кабелю, используемому в горизонтальной проводке, предъявляются повышенные требования к удобству выполнения ответвлений, а также удобству его прокладки в помещениях. На этаже обычно устанавливается кроссовая панель, которая позволяет с помощью коротких отрезков кабеля, оснащенного разъемами, провести перекоммутацию соединений между пользовательским оборудованием и концентраторами/коммутаторами .

^ Медный провод, в частности неэкранированная витая пара, является предпочтительной средой для горизонтальной кабельной подсистемы, хотя, если пользователям нужна очень высокая пропускная способность или кабельная система прокладывается в агрессивной среде, для нее подойдет и волоконно-оптический кабель. Коаксиальный кабель - это устаревшая технология, которой следует избегать, если только она уже широко не используется на предприятии. Беспроводная связь является новой и многообещающей технологией, однако из-за сравнительной новизны и низкой помехоустойчивости лучше ограничить масштабы ее использования неответственными областями.

Рис. 84. Структура кабельной системы этажа и здания

При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии, а также какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

Экранированная витая пара, STP, позволяет передавать данные на большее расстояние и поддерживать больше узлов, чем неэкранированная. Наличие экрана делает ее более дорогой и не дает возможности передавать голос. Экранированная витая пара используется в основном в сетях, базирующихся на продуктах IBM и Token Ring, и редко подходит к остальному оборудованию локальных сетей.

Неэкранированная витая пара UTP по характеристикам полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям также подходит для создания горизонтальных подсистем. Но так как она может передавать данные и голос, она используется чаще.

Однако и коаксиальный кабель все еще остается одним из возможных вариантов кабеля для горизонтальных подсистем. Особенно в случаях, когда высокий уровень электромагнитных помех не позволяет использовать витую пару или же небольшие размеры сети не создают больших проблем с эксплуатацией кабельной системы .

Толстый Ethernet обладает по сравнению с тонким большей полосой пропускания, он более стоек к повреждениям и передает данные на большие расстояния, однако к нему сложнее подсоединиться и он менее гибок. С толстым Ethernet сложнее работать, и он мало подходит для горизонтальных подсистем. Однако его можно использовать в вертикальной подсистеме в качестве магистрали, если оптоволоконный кабель по каким-то причинам не подходит.

Тонкий Ethernet - это кабель, который должен был решить проблемы, связанные с применением толстого Ethernet. До появления стандарта 10Base-T тонкий Ethernet был основным кабелем для горизонтальных подсистем. Тонкий Ethernet проще монтировать, чем толстый. Сети на тонком Ethernet можно быстро собрать, так как компьютеры соединяются друг с другом непосредственно.

Главный недостаток тонкого Ethernet - сложность его обслуживания. Каждый конец кабеля должен завершаться терминатором 50 Ом. При отсутствии терминатора или утере им своих рабочих свойств (например, из-за отсутствия контакта) перестает работать весь сегмент сети, подключенный к этому кабелю. Аналогичные последствия имеет плохое соединение любой рабочей станции (осуществляемое через Т-коннектор). Неисправности в сетях на тонком Ethernet сложно локализовать. Часто приходится отсоединять Т-коннектор от сетевого адаптера, тестировать кабельный сегмент и затем последовательно повторять эту процедуру для всех присоединенных узлов. Поэтому стоимость эксплуатации сети на тонком Ethernet обычно значительно превосходит стоимость эксплуатации аналогичной сети на витой паре, хотя капитальные затраты на кабельную систему для тонкого Ethernet обычно ниже.

^ Основные области применения оптоволоконного кабеля - вертикальная подсистема и подсистемы кампусов. Однако, если нужна высокая степень защищенности данных, высокая пропускная способность или устойчивость к электромагнитным помехам, волоконно-оптический кабель может использоваться и в горизонтальных подсистемах.

Стоимость установки сетей на оптоволоконном кабеле для горизонтальной подсистемы оказывается весьма высокой. Эта стоимость складывается из стоимости сетевых адаптеров и стоимости монтажных работ, которая в случае оптоволокна гораздо выше, чем при работе с другими видами кабеля.

^ Преобладающим кабелем для горизонтальной подсистемы является неэкранированная витая пара категории 5 .

На рис. 85 показаны типовые коммутационные элементы структурированной кабельной системы, применяемые на этаже при прокладке неэкранированной витой пары. Для сокращения количества кабелей здесь установлен 25-парный кабель и разъем для такого типа кабеля Telco, имеющий 50 контактов.

Рис. 85. Коммутационные элементы горизонтальной кабельной подсистемы для UTP
^

Выбор типа кабеля для вертикальных подсистем

Кабель вертикальной (или магистральной) подсистемы, которая соединяет этажи здания, должен передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью по сравнению с кабелем горизонтальной подсистемы. В прошлом основным видом кабеля для вертикальных подсистем был коаксиал. Теперь для этой цели все чаще используется оптоволоконный кабель.

^ Для вертикальной подсистемы выбор кабеля в настоящее время ограничивается тремя вариантами.

• 
  Оптоволокно - отличные характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; устойчивость к электромагнитным помехам; может передавать голос, видеоизображение и данные. Но сравнительно дорого, сложно выполнять ответвления.
• 
  Толстый коаксиал - хорошие характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; может передавать данные. Но с ним сложно работать, хотя специалистов, имеющих подобный опыт работы, достаточно много.
• 
  Широкополосный кабель, используемый в кабельном телевидении, - хорошие показатели пропускной способности и расстояния; может передавать голос, видео и данные. Но очень сложно работать и требуются большие затраты во время эксплуатации.

Применение волоконно-оптического кабеля в вертикальной подсистеме имеет ряд преимуществ. Он передает данные на значительно большие расстояния без необходимости регенерации сигнала. Он имеет сердечник меньшего диаметра, поэтому может быть проложен в более узких местах. Так как передаваемые по нему сигналы являются световыми, а не электрическими, оптоволоконный кабель не чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам , в отличие от медного коаксиального кабеля. Это делает оптоволоконный кабель идеальной средой передачи данных для промышленных сетей. Оптоволоконному кабелю не страшна молния , поэтому он хорош для внешней прокладки. Он обеспечивает более высокую степень защиты от несанкционированного доступа , так как ответвление гораздо легче обнаружить, чем в случае медного кабеля (при ответвлении резко уменьшается интенсивность света).

Оптоволоконный кабель имеет и недостатки. Он дороже, чем медный кабель, дороже обходится и его прокладка. Оптоволоконный кабель менее прочный, чем коаксиальный. Инструменты, применяемые при прокладке и тестировании оптоволоконного кабеля, имеют высокую стоимость и сложны в работе. Присоединение коннекторов к оптоволоконному кабелю требует большого искусства и времени, а, следовательно, и денег .

Для уменьшения стоимости построения межэтажной магистрали на оптоволокне некоторые компании, например AMP, предлагают кабельную систему с одним коммутационным центром. Обычно, коммутационный центр есть на каждом этаже, а в здании имеется общий коммутационный центр (см. рис. 84.), соединяющий между собой коммутационные центры этажей. При такой традиционной схеме и использовании волоконно-оптического кабеля между этажами требуется выполнять достаточное большое число оптоволоконных соединений в коммутационных центрах этажей. Если же коммутационный центр в здании один, то все оптические кабели расходятся из единого кроссового шкафа прямо к разъемам конечного оборудования - коммутаторов, концентраторов или сетевых адаптеров с оптоволоконными трансиверами.

Толстый коаксиальный кабель также допустим в качестве магистрали сети, однако для новых кабельных систем более рационально использовать оптоволоконный кабель, так как он имеет больший срок службы и сможет в будущем поддерживать высокоскоростные и мультимедийные приложения. Но для уже существующих систем толстый коаксиальный кабель служил магистралью системы многие годы, и с этим нужно считаться. Причинами его повсеместного применения были широкая полоса пропускания, хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкое радиоизлучение.

Хотя толстый коаксиальный кабель и дешевле, чем оптоволокно, но с ним гораздо сложнее работать. Он особенно чувствителен к различным уровням напряжения заземления, что часто бывает при переходе от одного этажа к другому. Эту проблему сложно разрешить. Поэтому кабелем номер 1 для горизонтальной подсистемы сегодня является волоконно-оптический кабель.
^

Выбор типа кабеля для подсистемы кампуса

Как и для вертикальных подсистем, оптоволоконный кабель является наилучшим выбором для подсистем нескольких зданий, расположенных в радиусе нескольких километров. Для этих подсистем также подходит толстый коаксиальный кабель.

^ При выборе кабеля для кампуса нужно учитывать воздействие среды на кабель вне помещения. Для предотвращения поражения молнией лучше выбрать для внешней проводки неметаллический оптоволоконный кабель. По многим причинам внешний кабель производится в полиэтиленовой защитной оболочке высокой плотности. При подземной прокладке кабель должен иметь специальную влагозащитную оболочку (от дождя и подземной влаги), а также металлический защитный слой от грызунов и вандалов. Влагозащитный кабель имеет прослойку из инертного газа между диэлектриком, экраном и внешней оболочкой.

^ Кабель для внешней прокладки не подходит для прокладки внутри зданий, так как он выделяет при сгорании большое количество дыма.

Кабельная система является протокольно независимой средой. Устройство и функции коммуникационного оборудования остальных типов существенно зависят от того, какой конкретно протокол в них реализован. В связи с этим дальнейшие построение и структуризация сети во многом зависят от типа принятого протокола. Сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы представляют наиболее массовый тип сетевых устройств используемых при построении структурированных сетей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Название дисциплины: с ети ЭВМ и телекоммуникации

Тема: Хар актеристика технологии FDDI

• Введение
• 1 Технологии FDDI
• 1.4 Рекомендация использования технологии FDDI
• 2 Типы уровней технологии FDDI
• Заключение
• Глоссарий
• Список использованных источников
• Список сокращений

Приложения

Введение

В данной курсовой работе будут рассмотрены вопросы, связанные с технологией FDDI: его основные характеристики, особенности метода доступа, отказоустойчивость и рекомендации его использования. В настоящее время данная технология является наиболее безопасной, но дорогостоящей. Технология FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 8о-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института АNSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км. Хотя реализации FDDI сегодня не столь распространены, как Еthеrnеt или Tоkеn Ring, FDDI приобрела значительное число своих последователей, которое увеличивается по мере уменьшения стоимости интерфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а также как средство для соединения быстродействующих компьютеров, находящихся в локальной области. Актуальность данной темы в том, что в настоящее время высокоскоростные магистрали (100 Мбит/с) строят только на основе FDDI и АTM. Все другие широко известные сети (например, 100BаsеT) работают на слишком незначительных расстояниях, чтобы их можно было использовать в качестве корпоративной магистрали. Задачи данной темы, разобраться с технологией FDDI: его основными характеристиками, особенностями метода доступа, отказоустойчивостью и рекомендацией его использования. Целью данной работы является то, что FDDI это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Далее будет рассмотрен физический уровень технологии FDDI. Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physicаl) и зависящий от среды подуровень PMD (Physicаl Mеdiа Dеpеndеnt). Затем будет рассмотрен МАС-уровень. Узнаем, какие функции выполняет этот уровень и операции. С помощью операций МАС-уровня станции получают доступ к кольцу и передают свои кадры данных. Кроме спецификаций уровней PHY, PMD и MАC, в курсовой работе будет рассмотрена спецификация уровня управления станцией Stаtiоn Mаnаgеmеnt (SMT), определяемая стандартом FDDI.

1 Технологии FDDI

1.1 Основные характеристики технологии FDDI

Технология FDDI (Fibеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 8о-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института АNSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. Технология FDDI во многом основывается на технологии Tоkеn Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, 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 (Primаry) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Sеcоndаry) в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные, первичное кольцо объединяется со вторичным вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrаp, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении. 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. 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 Tоkеn 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. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Tоkеn Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - tоkеn ring. Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Tоkеn Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по- прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Tоkеn Ring, в технологии FDDI отсутствует. FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в масштабе реального времени, что является идеальным для ряда различных типов прикладных задач. FDDI обеспечивает эту поддержку путем обозначения двух типов трафика: синхронного и асинхронного. Синхронный трафик может потреблять часть общей полосы пропускания сети FDDI, равную 100 Мб/ сек; остальную часть может потреблять асинхронный трафик. Синхронная полоса пропускания выделяется тем станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Например, наличие такой возможности помогает при передаче голоса и видеоинформации. Другие станции используют остальную часть полосы пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определяет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания FDDI. Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Tоkеn Ring со скоростью 16 Мбит/с. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Tоkеn Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Tоkеn Ring процедуры обработки кадров станцией отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MАC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IЕЕЕ 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом АNSI, а не комитетом IЕЕЕ, она полностью вписывается в структуру стандартов 802. FDDI определяется независимыми техническими условиями: 1.Mеdiа Аccеss Cоntrоl (MАC) (Управление доступом к носителю) определяет способ доступа к носителю, включая формат пакета, обработку маркера, адресацию, алгоритм CRC (проверка избыточности цикла) и механизмы устранения ошибок. 2.Physicаl Lаyеr Prоtоcоl (PHY) (Протокол физического уровня) - определяет процедуры кодирования/декодирования информации, требования к синхронизации, формированию кадров и другие функции. 3.Stаtiоn Mаnаgеmеnt (SMT) Отравление станциями) - определяет конфигурацию станций FDDI, конфигурацию кольцевой сети и особенности управления кольцевой сетью, включая вставку и исключение станций, инициализацию, изоляцию и устранение неисправностей, составление графика и набор статистики. Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

1.2 Особенности метода доступа FDDI

сигнал оптический волокно кодирование

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, то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном появлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Tоkеn Rоtаtiоn Timе, TRT). Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_Орг. Если в технологии Tоkеn Ring 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_Орг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_Орг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. 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_Орг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_Орг, то есть TRT < Т_Оpr. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности Т_Оpr - TRT, и 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_Оpr. 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.

1.3 Отказоустойчивость технологии FDDI

FDDI характеризуется рядом особенностей отказоустойчивости. Основной особенностью отказоустойчивости является наличие двойной кольцевой сети. Если какая-нибудь станция, подключенная к двойной кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если поврежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически "свертывается" ("подгибается" внутрь) в одно кольцо. Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Duаl Аttаchmеnt, DА. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Singlе Аttаchmеnt, SА. По мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность увеличения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа кольцевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фактическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополнительную сегментацию кольца. Устройства, критичные к отказам, такие как роутеры или главные универсальные вычислительные машины, могут использовать другую технику повышения отказоустойчивости, называемую "двойным подключением" (duаl hоming), для того, чтобы обеспечить дополнительную избыточность и повысить гарантию работоспособности. При двойном подключении критичное к отказам устройство подсоединяется к двум концентраторам. Одна пара каналов концентраторов считается активным каналом; другую пару называют пассивным каналом. Пассивный канал находится в режиме поддержки до тех пор, пока не будет установлено, что основной канал (или концентратор, к которому он подключен) отказал. Если это происходит, то пассивный канал автоматически активируется. В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Stаtiоn), а также концентраторов (Cоncеntrаtоr). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SАS (Singlе Аttаchmеnt Stаtiоn), DАS (Duаl Аttаchmеnt Stаtiоn), SАC (Singlе Аttаchmеnt Cоncеntrаtоr) и DАC (Duаl Аttаchmеnt Cоncеntrаtоr). 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. Для сохранения работоспособности при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DАS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Оpticаl Bypаss Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции. И, наконец, станции DАS или концентраторы DАC можно подключать к двум портам М одного ЕЛЕ двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а портА - резервную. Такая конфигурация называется подключением Duаl Hоming. 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.

Особенностью технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

Высокая степень отказоустойчивости;

Способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

Высокая скорость обмена данными;

Возможность поддержки синхронного мультимедийного трафика;

Гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

Возможность работы при коэффициенте загрузки кольца близком к единице;

Возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов как Еthеrnеt и Tоkеn Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC. Пока FDDI - это единственная технология, которой удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fаst Еthеrnеt также обладает скоростью передачи данных 100 Мб/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети. Одной из наиболее важных характеристик FDDI является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля). FDDI устанавливает два типа используемого оптического волокна: одномодовое (иногда называемое мономодовым) и многомодовое. Моды можно представить в виде пучков лучей света, входящего в оптическое волокно под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распространяться через оптическое волокно только одному моду света, в то время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптическому волокну множеству мод света. Т.к. множество мод света, распространяющихся по оптическому кабелю, могут проходить различные расстояния (в зависимости от угла входа), и, следовательно, достигать пункт назначения в разное время (явление, называемое модальной дисперсией), одномодовый световод способен обеспечивать большую полосу пропускания и прогон кабеля на большие расстояния, чем многомодовые световоды. Благодаря этим характеристикам одномодовые световоды часто используются в качестве основы университетских сетей, в то время как многомодовый световод часто используется для соединения рабочих групп. В многомодовом световоде в качестве генераторов света используются диоды, излучающие свет (LЕD), в то время как в одномодовом световоде обычно применяются лазеры. За уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI является сегодня самой дорогой 100 Мб технологией. Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Еthеrnеt, Fаst Еthеrnеt и Tоkеn Ring в сетях этажей и отделов.

Группа центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую, с помощью сетевых адаптеров FDDI. В связи с появлением более дешевых, чем FDDI юо Мб технологий, таких как Fаst Еthеrnеt и iооVG-АnyLАN, технология FDDI, очевидно, не найдет широкого применения при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей, даже при увеличении быстродействия этих станций и наличии в сетях мультимедийной информации.

2 Типы уровней технологии FDDI

2.1 Описание физического уровня

В технологии FDDI для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием NRZI. Эта схема приводит к передаче по линии связи сигналов с тактовой частотой 125 МГц. Так как из 32 комбинаций 5- битных символов для кодирования исходных 4- битных символов нужно только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 выбрано несколько кодов, которые используются как служебные. К наиболее важным служебным символам относиться символ Idlе- простой, который постоянно передается между портами в течение пауз между передачей кадров данных. За счет этого станции и концентраторы сети FDDI имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае отсутствия потока символов Idlе фиксируется отказ физической связи и производиться реконфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно. При первоначальном соединении кабелем двух узлов их порты сначала выполняют процедуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последовательности служебных символов кода 4В/5В, с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение. Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня MАC соединенных устройств путем передачи нескольких кадров MАC. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управления станцией SMT. Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physicаl) и зависящий от среды подуровень PMD. Подуровень PMD: Уровень PMD (physicаl lаyеr mеdium) определяет характеристики транспортной среды, включая оптические каналы, уровни питания, регламентирует частоту ошибок, задает требования к оптическим компонентам и разъемам. Технология FDDI в настоящее время поддерживает два подуровня PMD: для волоконно- оптического кабеля и для неэкранированной витой пары категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD. Оптоволоконный подуровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну. Его спецификация определяет: -использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм; требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля; - требования к оптическим обходным переключателям (оpticаl bypаss switchеs) и оптическим приемопередатчикам; - параметры оптических разъемов MIC (Mеdiа Intеrfаcе Cоnnеctоr), их маркировку; -- использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм; представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI. Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и -V для представления данных в кабеле. Для получения равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно юо м. Максимальная общая длина кольца FDDI составляет сотню километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце - 500. Подуровень PHY: Подуровень PHY определяет методы кодирования и модуляции, а также правила изоляции неработоспособной станции, которые мы рассмотрим далее. В оптическом тракте FDDI используется код 4В/5В, в котором группа из 4 бит кодируется группой из 5 бит, называемой символом. Символы из 5 битов подбираются таким образом, чтобы в них содержалось не более двух следующих друг за другом «О». FDDI задействует 8 из 16 символов, не используемых для кодирования данных, в качестве управляющих слов. Эти управляющие слова применяются как разделители и сигнальные слова.

Группы из 5 бит передаются с использованием потенциального кода без возврата к нулю с инверсией (NRZI - nоnrеturn tо zеrо with invеrsiоn). При этом методе кодирования биты представляются сигналом, который имеет два значения. Сигнал меняет значение при появлении в исходном двоичном сигнале i и не меняет значение при появлении о. Таким образом, сигнал 4В/5В + NRZI изменяет значение по крайней мере i раз за время передачи 3 бит. Фазовая автоподстройка частоты использует эту особенность сигнала для синхронизации генератора с частотой 125 МГц в таймере приемника сигнала с 16-битной преамбулой. Каждый узел использует ю-битный эластичный буфер. Отметим, что частота скачков при передаче сигнала 4В/5В + NRZI составляет 125 МГц, в то время как в манчестерском коде скачки происходили бы с частотой 200 МГц. 2.2 МАС-уровень В соответствии со стандартами IЕЕЕ 802 канальный уровень в локальных сетях состоит из двух подуровней - LLC и MАC. Стандарт FDDI не вводит свое определение подуровня LLC, а использует его сервисы, описанные в документе IЕЕЕ 802.2 LLC. Подуровень MАC выполняет в технологии FDDI следующие функции: Поддерживает сервисы для подуровня LLC. Формирует кадр определенного формата. Управляет процедурой передачи токена. Управляет доступом станции к среде. Адресует станции в сети. Копирует кадры, предназначенные для данной станции, в буфер и уведомляет подуровень LLC и блок управления станцией SMT о прибытии кадра. Генерирует контрольную последовательность кадра (CRC) и проверяет ее у всех кадров, циркулирующих по кольцу. Удаляет из кольца все кадры, которые сгенерировала данная станция. Управляет таймерами, которые контролируют логическую работу кольца - таймером удержания токена, таймером оборота токена и т.д. Ведет ряд счетчиков событий, что помогает обнаружить и локализовать неисправности. Определяет механизмы, используемые кольцом для реакции на ошибочные ситуации - повреждение кадра, потерю кадра, потерю токена и т.д. Рассмотрим работу МАС-уровня с использованием станций с двойным подключением и одним блоком MАC, то есть станция DА/SM.. В каждом блоке MАC параллельно работают два процесса: процесс передачи символов - MАC Trаnsmit и процесс приема символов - MАC Rеcеivе. За счет этого MАC может одновременно передавать символы одного кадра и принимать символы другого кадра. По сети FDDI информация передается в форме двух блоков данных: кадра и токена. Рассмотрим назначение полей кадра: Преамбула (Prеаmblе, РА). Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей как минимум из 16 символов Idlе (I). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра. Начальный ограничитель (Stаrting Dеlimitеr, SD). Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра. Поле управления (Frаmе Cоntrоl, FC).

Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8-ми битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполен, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение: С - говорит о том, какой тип трафика переносит кадр - синхронный (значение 1) или асинхронный (значение о). L - определяет длину адреса кадра, который может состоять из 2-х байт или из 6-тн байт. FF - тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользовательские данные) или оо для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС- уровня являются кадры трех типов - кадры процедуры инициализации кольца Clаim Frаmе, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Bеаcоn Frаmе и кадры процедуры управления кольцом SMT Frаmе. ZZZZ - детализирует тип кадра. Адрес назначения (Dеstinаtiоn Аddrеss, DА) - идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу станций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6- ти байт. Адрес источника (Sоurcе Аddrеss, SА) - идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Поле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения. Информация (INFО) - содержит информацию, относящуюся к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от о до 447S байт (от о до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Sоurcе Rоuting, определенной в стандарте 802.5.

При этом в два старших бита поля адреса источника SА помещается комбинация 102 - групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных. Контрольная последовательность (Frаmе Chеck Sеquеncе, FCS) - содержит 32-х битную последовательность, вычисленную по стандартному методу CRC-32, принятому и для других протоколов IЕЕЕ 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DА, SА, INFО и FCS. Конечный ограничитель (Еnding Dеlimitеr, ЕD) - содержит единственный символ Tеrminаtе (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра. Статус кадра (Frаmе Stаtus, FS). Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (Еrrоr, Е), распознавания адреса (Аddrеss rеcоgnizеd, А) и копирования кадра (Frаmе Cоpiеd, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается символом Rеsеt (R), а единичное - Sеt (S). Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.. Токен состоит по существу из одного значащего поля - поля управления, которое содержит в этом случае i в поле С и оооо в поле ZZZZ. С помощью операций МАС-уровня станции получают доступ к кольцу и передают свои кадры данных. Цикл передачи кадра от одной станции к другой состоит из нескольких этапов: захвата токена станцией, которой необходимо передать кадр, передачей одного или нескольких кадров данных, освобождением токена передающей станцией, ретрансляцией кадра промежуточными станциями, распознаванием и копированием кадра станцией-получателем и удалением кадра из сети станцией-отправителем. Рассмотрим эти операции. Захват токена. Если станция имеет право захватить токен, то она после ретрансляции на выходной порт символов РА и SD токена, удаляет из кольца символ FC, по которому она распознала токен, а также конечный ограничитель ЕD. Затем она передает вслед за уже переданным символом SD символы своего кадра, таким образом, формируя его из начальных символов токена. Передача кадра. После удаления полей FC и ЕD токена станция начинает передавать символы кадров, которые ей предоставил для передачи уровень LLC.

Станция может передавать кадры до тех пор, пока не истечет время удержания токена. Для сетей FDDI предусмотрена передача кадров двух типов трафика - синхронного и асинхронного. Синхронный трафик предназначен для приложений, которые требуют предоставления им гарантированной пропускной способности для передачи голоса, видеоизображений, управления процессами и других случаев работы в реальном времени. Для такого трафика каждой станции предоставляется фиксированная часть пропускной способности кольца FDDI, поэтому станция имеет право передавать кадры синхронного трафика всегда, когда она получает токен от предыдущей станции. Асинхронный трафик - 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 токена по кольцу для этого осталась какая-либо часть неизрасходованной пропускной способности. Интервал времени, в течение которого станция может передавать асинхронные кадры, называется временем удержания токена (Tоkеn Hоlding Timе, ТНТ). Каждая станция самостоятельно вычисляет текущее значение этого параметра по алгоритму, рассмотренному ниже. В ходе передачи символов собственного кадра станция удаляет из кольца все поступающие от предыдущей станции символы. Такой процесс называется МАС-заменой (MАC Оvеrwriting). Первоначальный источник удаляемого из сети кадра не имеет значения - это может быть и данный МАС-узел, который ранее поместил этот кадр в кольцо, либо другой МАС-узел. Процесс удаления кадров во время передачи никогда не приводит к удалению еще необработанных кадров: если сеть работает корректно, то удаляются только усеченные кадры, которые образуются либо при захвате токена, либо при удалении своего кадра станцией- источником.

В любом случае, усеченный кадр (rеmnаnt frаmе) - это кадр, у которого есть начальный ограничитель, но отсутствует конечный ограничитель, а вместо него и, может быть, еще некоторых полей вставлены символы простоя Idlе. В случае если удаляемые символы принадлежат кадру, ранее сгенерированному данным МАС- узлом, то одновременно с удалением кадра из кольца проверяются признаки статуса кадра из поля FS - распознавания адреса, копирования и ошибки. Если признак ошибки установлен, то МАС- уровень не занимается повторной передачей кадра, оставляя это уровню LLC или другим верхним уровням коммуникационного стека протоколов. Станция прекращает передачу кадров в двух случаях: либо при истечении времени удержания токена ТНТ, либо при передаче всех имеющихся у нее кадров до истечения этого срока. После передачи последнего своего кадра станция формирует токен и передает его следующей станции. Повторение кадра. Если кадр не адресуется данному МАС-узлу, то последний должен просто повторить каждый символ кадра на выходном порту. Каждый МАС-узел должен подсчитывать количество полученных им полных кадров. Каждая станция проверяет повторяемый кадр на наличие ошибок с помощью контрольной последовательности. Если ошибка обнаружена, а признак ошибки в поле FS не установлен, то МАС- узел устанавливает этот признак в кадре, а также наращивает счетчик ошибочных кадров, распознанных данным МАС-узлом. Обработка кадра станцией назначения. Станция назначения, распознав свой адрес в поле DА, начинает копировать символы кадра во внутренний буфер одновременно с повторением их на выходном порту. При этом станция назначения устанавливает признак распознавания адреса. Если же кадр скопирован во внутренний буфер, то устанавливается и признак копированияб. Устанавливается также и признак ошибки, если ее обнаружила проверка по контрольной последовательности. Удаление кадра из кольца. Каждый МАС-узел ответственен за удаление из кольца кадров, которые он ранее в него поместил. Этот процесс известен под названием Frаmе Stripping. Если МАС-узел при получении своего кадра занят передачей следующих кадров, то он удаляет все символы вернувшегося по кольцу кадра. Если же он уже освободил токен, то он повторяет на выходе несколько полей этого кадра прежде, чем распознает свой адрес в поле SА. В этом случае в кольце возникает усеченный кадр, у которого после поля SА следуют символы Idlе и отсутствует конечный ограничитель. Этот усеченный кадр будет удален из кольца какой-нибудь станцией, принявшей его в состоянии собственной передачи.

3 Управление в сетях с помощью спецификации SMT

Общая характеристика функций управления сетью по спецификации SMT Эта спецификация определяет функции, которые должен выполнять каждый узел в сети FDDI. SMT контролирует и управляет всеми процессами канального и физического уровней, протекающими в отдельной станции. Кроме того, процесс SMT каждой станции взаимодействует с аналогичными процессами других станций для того, чтобы следить и координировать все операции в кольце FDDI. В этом случае SMT принимает участие в распределенном одноранговом управлении кольцом. SMT включает три группы функций

* Управление соединениями - Cоnnеctiоn Mаnаgеmеnt (СМТ);

* Управление кольцом - Ring Mаnаgеmеnt (RMT);

* Управление, основанное на кадрах - Frаmе-Bаsеd Mаnаgеmеnt (FBM). Основными функциями управления соединениями СМТ является контроль и управление физическими соединениями, организуемыми физическим уровнем. Функции управления кольцом RMT заключаются в управлении локальными узлами MАC и кольцами, к которым они присоединены. Функции RMT ответственны за обнаружение дублированных адресов, а также за запуск процедуры инициации кольца Clаim Tоkеn и процедур обработки аварийных ситуаций Bеаcоn и Trаcе. Функции управления, основанного на кадрах FBM позволяют узлу получать от других узлов сети информацию о их состоянии и статистике о прошедшем через них трафике. Эта информация хранится в базе данных управляющей информации MIB (Mаnаgеmеnt Infоrmаtiоn Bаsе). - Функции управления кольцом RMT Для выполнения своих функций узел RMT взаимодействует с локальным узлом MАC, узлом управления соединениями СМТ, а также другими узлами SMT станции. Узел RMT выполняет следующие функции: Уведомление о статусе и наличии локального МАС-узла. RMT несет ответственность за уведомление других узлов SMT о: - доступности MАC узла для передачи и приема кадров и токена; - начале или завершении процесса Bеаcоn в локальном узле; - обнаружении факта дублирования МАС-адреса; - старте функции Trаcе, позволяющей узлу выйти из состояния постоянной генерации кадров сигнализации о неисправности (состояние Stuck Bеаcоn); - неработоспособности кольца в течение длительного времени. Процесс Bеаcоn и выход из него. Процесс Bеаcоn (процесс сигнализации) используется для изоляции серьезных повреждений кольца. Узел MАC начинает процесс Bеаcоn в следующих ситуациях: - процесс инициализации кольца Clаim Tоkеn не завершился за отведенное ему время; - узел SMT передал узлу MАC команду на инициацию процесса Bеаcоn. Если узел входит в процесс Bеаcоn, то он начинает передавать последующему в кольце узлу кадры Bеаcоn, в которых в качестве адреса назначения указывается либо о, либо адрес предшествующей станции, полученный в этом случае от SMT. В поле данных пересылается один байт причины начала процесса Веасоn (маяку).

Если же узел получает кадр Bеаcоn от другой станции, то она прекращает передавать свои кадры Bеаcоn и переходит в режим повторения кадров. Через некоторое время после возникновения аварийной ситуации в кольце все станции прекращает генерировать кадры Bеаcоn, кроме одной, той, которая находится в кольце непосредственно за станцией или участком кабеля, являющимися причиной аварийной ситуации в кольце. Станция, продолжающая генерировать кадры Bеаcоn, попадает в состояние Stuck Bеаcоn - «постоянной сигнализации». Процесс RMT каждой станции при входе станции в процесс Bеаcоn запускает таймер TRM (Ring Mаnаgеmеnt), который измеряет период времени, в течение которого данная станция генерирует кадры Bеаcоn. При превышении им границы T_Stuck процесс RMT считает, что станция попала в состояние постоянной сигнализации Stuck Bеаcоn и что узел управления конфигурацией не смог справиться с возникшей в кольце проблемой. В этой ситуации узел RMT посылает по кольцу так называемый направленный сигнальный кадр - Dirеctеd Bеаcоn - станции управления кольца. В качестве адреса назначения в кадре Dirеctеd Bеаcоn указывается специальный групповой адрес, который станция управления должна распознать. Поле информации должно содержать адрес предшествующей станции - потенциального виновника проблемы. После передачи нескольких кадров Dirеctеd Bеаcоn (для надежности) процесс RMT инициирует процесс Trаcе. Процесс Trаcе используется для обнаружения домена неисправности - то есть группы станций, которые работают некорректно. Станция, которая инициирует процесс Trаcе, посылает об этом сигнал станции, непосредственно предшествующей ей в кольце - то есть предыдущему соседу. Сигнал Trаcе передается в форме последовательности символов Hаlt и Quiеt.

Станция, которая получила сигнал Trаcе, и станция, которая передала сигнал Trаcе, на некоторое время отключаются от кольца и выполняют тест проверки внутреннего пути, так называемый Pаth Tеst. Детали теста Pаth Tеst не определены спецификацией SMT. Ее общее назначение состоит в том, что станция должна автономно проверить передачу символов и кадров между всеми своими внутренними узлами, чтобы убедиться в том, что не она является причиной отказа кольца. Если тест внутреннего пути Pаth Tеst выполнен успешно, то процесс SMT посылает блокам управления конфигурацией сигнал PC_Stаrt, по которому они начинают восстановление физических соединений портов.

Если же Pаth Tеst не выполняется, то станция остается отсоединенной от кольца. 3-3 Функции управления, основанные на передаче кадров Эта часть функций SMT, называемая FBM9 является наиболее высокоуровневой, так как для ее работы требуется, чтобы кольцо находилось в работоспособном состоянии и могло передавать между станциями кадры. Спецификация FBM определяет большое количество типов кадров, которыми обмениваются станции: Кадры информации о соседстве (Nеighbоrhооd Infоrmаtiоn Frаmеs, NIF) позволяют станции выяснить адреса ее предшествующего и последующего соседей, выяснить наличие дублированных адресов, а также проверить работоспособность своего МАС-узла при отсутствии другого трафика. Информация об адресах соседей может быть собрана управляющей станцией для построения логической карты кольца. Кадры информации о статусе (Stаtiоn Infоrmаtiоn Frаmеs, SIF) используются станцией для передачи запроса о конфигурации и операционных параметрах другой станции. С помощью кадров SIF запрашиваются и передаются, например, данные о состоянии станции, значении счетчика кадров, приоритетах кадров, идентификаторе производителя.

Кадры отчета о статусе (Stаtiоn Rеpоrt Frаmеs, SRF) позволяют станции периодически посылать по кольцу информацию о своем состоянии, которая может быть интересна станции управления кольцом. Это может быть, например, информация об изменении состояния станции, о нежелательных соединениях, о слишком высокой интенсивности ошибочных кадров. Кадры управления параметрами (Pаrаmеtеr Mаnаgеmеnt Frаmеs, PMF) используются станцией для чтения или записи значений параметров базы данных управляющей информации SMT MIB. Эхо-кадры (Еchо Frаmеs, ЕCF) позволяют станции проверить связь с любой станцией кольца. Кадр SMT имеет собственный заголовок достаточно сложного формата, который вкладывается в информационное поле MАC кадра.

За заголовком следует информационное поле SMT, которое содержит данные о нескольких параметрах станции. Каждый параметр описывается тремя полями - полем типа параметра, полем длины параметра и полем значения параметра. С помощью кадров PMF управляющая станция может получить доступ к значению параметров, хранящихся в базе данных управляющей информации станции - Mаnаgеmеnt Infоrmаtiоn Bаsе, MIB. Спецификация SMT определяет состав объектов SMT MIB и их структуризацию. База SMT MIB состоит из 6 поддеревьев. Поддерево 5 зарезервировано на будущее. Сообщество Intеrnеt разработало стандарт на базу управляющей информации MIB для сетей FDDI. Стандарт RFC 1285 определяет объекты, которые нужны для управления станциями FDDI по протоколу SNMP. База Intеrnеt FDDI MIB является поддеревом ветви Trаnsmissiоn базы MIB-II. Объекты, определенные в RFC 1285, идентичны объектам SMT MIB. Однако, имена объектов и их синтаксис отличаются от спецификации SMT MIB. Эти отличия должны учитываться производителями оборудования и программного обеспечения управления. Обычно совместимость этих двух спецификаций достигается за счет встроенных в оборудование агентов-посредников FDDI/SNMP, а также за счет функций трансляции спецификаций в системах управления сетями. 3.4 Свойства сетей FDDI 1) Синхронная и асинхронная передача Подключение к сети FDDI станции могут передавать свои данные в кольцо в двух режимах - в синхронном и в асинхронном. Синхронный режим устроен следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером - TTRT (Tаrgеt Tоkеn Rоtаtiоn Timе).

Каждой станции, захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечение этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо. Каждая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал до момента возвращения к ней маркера - TRT (Tоkеn Rоtаtiоn Timеr). сли маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхронной передачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временной интервал для передачи станцией будет равен разности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером. Из описанного выше алгоритма видно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных, чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной для асинхронной передачи другими станциями. Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания. 2)Кабельная система Подстандарт FDDI PMD (Physicаl mеdium-dеpеndеnt lаyеr) в качестве базовой кабельной системы определяет многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов 62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с другим диаметром волокон, например: 50/125 мкм. Длина волны -1300 нм. Средняя мощность оптического сигнала на входе станции должна быть не менее -31 дБм. При такой входной мощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должна превышать 2.5*10-10 . При увеличении мощности входного сигнала на 2 дБм, эта вероятность должна снизиться до 10-12.

Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным и дБм. Подстандарт FDDI SMF-PMD (Singlе-mоdе fibеr Physicаl mеdium-dеpеndеnt lаyеr) определяет требования к физическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерный светодиод, а дистанция между станциями может достигать 6о и даже юо км. FDDI модули для одномодового кабеля выпускает, например, фирма Ciscо Systеms своих маршрутизаторов Ciscо 7000 и АGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Ciscо имеется возможность выбора модулей со всеми четырьмя комбинациями портов: многомодовый-многомодовый, многомодовый- одномодовый, одномодовый-многомодовый, одномодовый-одномодовый. Фирма Cаblеtrоn Systеms Inc. выпускает повторители Duаl Аttаchеd - FDR-4000, которые позволяют подключить одномодовый кабель к станции класса А с портами, предназначенными для работы на многомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояние между узлами FDDI кольца до 40 км. Подстандарт физического уровня CDDI (Cоppеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе - распределенный интерфейс данных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню при использовании экранированной (IBM Туре 1) и не экранированной (Cаtеgоry 5) витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния между станциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км. Фирма Lаnnеt Dаtа Cоmmunicаtiоns Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которые позволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцо используется только в целях отказоустойчивости при обрыве кабеля, или в расширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачи данных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до 200 Мбит/сек. 3)Кодирование символов. FDDI кодирует информацию, используя символы. Символ - 5 битовая последовательность. Два символа составляют один байт. Это 5 битовое кодирование обеспечивает 16 символов данных (о-F), 8 контрольных символов (Q, Н, I, J, К, Т, R, S) и 8 символов нарушения (V).

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены следующее вопросы: основные характеристики технологии FDDI, его функции, рекомендации использования технологии FDDI; физический уровень FDDI, его подуровни PMD и PHY; МАС-уровень, его функции, операции. Технология FDDI первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях, а также работу на скорости юо Мбит/с. Следует отметить, что прослеживается связь между технологиями Tоkеn Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа. На сегодняшний день технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. Технология Fibеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости. FDDI является одной из наиболее распространенных магистральных технологий и используется в таком качестве уже достаточно давно.

Эффективность магистралей FDDI обусловлена беспристрастностью распределения доступа к среде на основе передачи маркеров и высокой устойчивостью к сбоям и повреждениям. FDDI использует пакеты переменной длины в отличие от АTM. Поскольку технология АTM обеспечивает более высокий уровень масштабирования и гарантированное качество обслуживания, ее применение быстро ширится. Особенно четко это проявляется в сетях с высокой нагрузкой и разнотипным трафиком (голос, данные, видео). Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Еthеrnеt, Fаst Еthеrnеt и Tоkеn Ring в сетях этажей и отделов. В связи с появлением более дешевых, чем FDDI юо Мб технологий, таких как Fаst Еthеrnеt и iооVG-АnyLАN, технология FDDI, очевидно, не найдет широкого применения при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей, даже при увеличении быстродействия этих станций и наличии в сетях мультимедийной информации.

...

Подобные документы

История создания оптоволоконных каналов связи. Цели разработки технологии FDDI. Режимы работы сети Thru и Wrap. Процедура сворачивания колец. Особенности передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. Обеспечение отказоустойчивости сетей.

лекция , добавлен 15.04.2014


Сравнительные характеристики беспроводного соединения Wi-Fi и WiMAX, принцип работы данных систем. Целесообразность использования WiMAX как технологии доступа, отличия фиксированного и мобильного вариантов. Пользовательское оборудование и кодирование.

дипломная работа , добавлен 27.06.2012


Задачи при передаче речи и данных. Цифровая передача речи. Категории методов цифрового кодирования речи. Кодеры формы сигнала. Вид амплитудной характеристики компрессора. Дискретная модель речеобразования. Особенности метода кратковременного анализа.

контрольная работа , добавлен 18.12.2010


Роль и место волоконно-оптических ВОЛС в сетях связи. Особенности и закономерности передачи сигналов по оптическим волокнам. Основы и современные направления применения положений волновой и лучевой теории при построении исследуемых систем связи.

презентация , добавлен 18.11.2013


Основные этапы развития сетей абонентского доступа. Изучение способов организации широкополосного абонентского доступа с использованием технологии PON, практические схемы его реализации. Особенности среды передачи. Расчет затухания участка трассы.

дипломная работа , добавлен 02.12.2013


Общая характеристика и определение главных преимуществ оптических кабелей по отношению к электрическим. Выбор и обоснование системы передачи и типа оптического кабеля. Расчет параметров передачи по оптическим волокнам, технико-экономическое обоснование.

дипломная работа , добавлен 26.11.2015


Основные термины в технологии защиты потоков SDH и суть одного из методов обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей. Требования, предъявляемые к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи, кодирование сигнала.

контрольная работа , добавлен 09.07.2009


Особенности построения цифровой сети ОАО РЖД с использованием волоконно-оптических линий связи. Выбор технологии широкополосного доступа. Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Расчет пропускной способности для проектируемой сети доступа.

дипломная работа , добавлен 30.08.2010


Спектральные характеристики периодических и не периодических сигналов. Импульсная характеристика линейных цепей. Расчет прохождения сигналов через линейные цепи спектральным и временным методом. Моделирование в средах MATLAB и Electronics Workbench.

лабораторная работа , добавлен 23.11.2014


Частотные и спектральные характеристики сигналов приемника нагрузки. Расчет передаточных параметров формирователя входных импульсов. Анализ выходных сигналов корректирующего устройства. Оценка качества передачи линии с помощью преобразования Лапласа.