Мережа FDDI
Мережа FDDI (від англійського Fiber Distributed Data Interface) - це одна з новітніх розробок стандартів локальних мереж. Стандарт FDDI, запропонований Американським національним інститутом стандартів (ANSI), споконвічно орієнтувався на високу швидкість передачі (100 Мбіт/с) і на застосування перспективного оптоволоконного кабелю (довжина хвилі світла - 850 нм). Тому в цьому випадку виробники не були стиснуті рамками стандартів, що орієнтувалися на низькі швидкості й електричний кабель.
Вибір оптоволокна як середовища передачі відразу ж визначив переваги нової мережі: високий захист від перешкод, таємність передачі інформації і прекрасну гальванічну розв'язку абонентів. Висока швидкість передачі, що при використанні оптоволоконного кабелю досягти набагато простіше, дозволяє вирішувати багато задач, недоступні менш швидкісним мережам, наприклад, передачу зображень у реальному масштабі часу. Крім того, оптоволоконний кабель легко вирішує проблему передачі даних на відстань декількох кілометрів без ретрансляції, що дозволяє будувати набагато більші по розмірах мережі, що охоплюють навіть цілі міста і мають при цьому всі переваги локальних мереж (зокрема, низький рівень помилок). І хоча до дійсного часу апаратура FDDІ не одержала ще широкого поширення, її перспективи дуже непогані.
За основу стандарту FDDI був узятий метод маркерного доступу, передбачений міжнародним стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Невеликі відмінності від цього стандарту визначаються необхідністю забезпечити високу швидкість передачі інформації на великі відстані.
Топологія мережі FDDІ - це кільце, причому застосовуються два різнонаправлені оптоволоконні кабелі, що дозволяє використовувати повнодуплексну передачу інформації з подвоєною ефективною швидкістю в 200 Мбіт/с (при цьому кожний із двох каналів працює на швидкості 100 Мбіт/с).
Основні технічні характеристики мережі FDDI наступні.
- Максимальна кількість абонентів мережі - 1000.
- Максимальна довжина кільця мережі - 20 км.
- Максимальна відстань між абонентами мережі - 2 км.
- Середовище передачі - оптоволоконний кабель (можливий застосування електричної крученої пари).
- Метод доступу - маркерний.
- Швидкість передачі інформації - 100 Мбіт/с (200 Мбіт/c для дуплексного режиму передачі).
Як бачимо, FDDI має великі переваги в порівнянні з усіма розглянутими раніше мережами. Навіть мережа Fast Ethernet, що має таку ж пропускну здатність 100 Мбіт/с, не може зрівнятися з FDDI але припустимим розмірам мережі і припустимій кількості абонентів. До того ж маркерний метод доступу FDDI забезпечує на відміну від CSMA/CD гарантований час доступу і відсутність конфліктів при будь-якому рівні навантаження.
Обмеження на загальну довжину мережі в 20 км зв'язано не з загасанням сигналів, а з необхідністю обмеження часу повного проходження сигналу по кільцю для забезпечення гранично припустимого часу доступу. А максимальна відстань між абонентами (2 км) визначається саме загасанням сигналів у кабелі.
Для передачі даних у FDDI застосовується вже згадуваний у першому розділі код 4В/5В (див табл 11), спеціально розроблений для цього стандарту й забезпечуючий швидкість 100 Мбіт/c при пропускній здатності кабелю 125 мільйонів сигналів у секунду (125 МБіт), а не 200 МБіт як при застосуванні коду Манчестер-11. При цьому кожним чотирьом бітам переданої інформації (кожному напівбайту) ставиться у відповідність п'ять біт для відновлення синхронізації на прийомному кінці.
Стандарт FDDI для досягнення високої гнучкості мережі передбачає включення в кільце мережних адаптерів двох типів:
- Адаптери класу А підключаються до внутрішнього і зовнішнього кільця мережі. При цьому реалізується можливість обміну зі швидкістю до 200 Мбіт/с, можливість резервування кабелю мережі (при ушкодженні основного кабелю використовується резервний кабель). Апаратура цього класу використовується в самих критичних частинах мережі.
- Адаптери класу В підключаються тільки до зовнішнього кільця мережі. Вони можуть бути більш простими і дешевшими ніж адаптери клacу А, але не мають їхніх можливостей.
Крім власне абонетів (комп’ютерів терміналів і т.і.) у мережі можуть використовуватися зв'язні концентратори включення яких дозволяє зібрати в одне місце всі точки підключення з метою контролю за роботою мережі, діагностики неполадок спрощення реконфігурування. При застосуванні кабелів різних типів (наприклад оптоволоконного кабелю і крученої пари) концентратор виконує перетворення електричних сигналів в оптичні і навпаки. Приклад конфігурації мережі FDDI представлена на рис 3 32.
Стандарт FDDI передбачає можливість реконфігурування мережі з метою збереження її працездатності у випадку ушкодження кабелю (рис 3.33). Ушкоджена ділянка кабелю виключається з кільця, але цілісність мережі при цьому не порушується внаслідок переходу на одне кільце замість двох (тобто адаптери класу А починають працювати як адаптери класу В).
На відміну від методу доступу, пропонованого стандартом IEEE 802.5, у FDDI застосовується множинна передача маркера. Якщо при використанні Token-Ring новий (вільний) маркер передається абонентом тільки після повернення до його пакета, то в FDDI новий маркер передається абонентом відразу ж після закінчення передачі пакета. Послідовність дій тут наступна.
- Абонент, що бажає передавати, чекає маркера, що йде за кожним пакетом.
- Коли маркер прийшов, абонент видаляє його з мережі і передає свій пакет.
- Відразу після передачі пакета абонент посилає новий маркер.
Одночасно кожен абонент веде свій відлік часу, порівнюючи реальний час звертання маркера (TRT) із заздалегідь установленим контрольним часом його прибуття (РТТ). Якщо маркер повертається раніш, ніж установлена РТТ мережа не завантажена , і отже, абонент може спокійно передавати свою інформацію. Якщо ж маркер повертається пізніше, чим установлене РТТ, то мережа завантажена , п абонент може передавати тільки саму необхідну інформацію. При цьому величини контрольного часу РТТ можуть встановлюватися різними для різних абонентів. Такий механізм дозволяє абонентам гнучко реагувати на завантаження мережі і підтримувати її на оптимальному рівні. Стандарт FDDI на відміну від стандарту IEEE 802.5 не передбачає можливості установки пріоритетів пакетів і резервування Замість цього всі абоненти розділяються на дві групи: асинхронні і синхронні. Для асинхронних абонентів час доступу до мережі не занадто критично. Для синхронних він повинен бути жорстко обмежене. У стандарті передбачений спеціальний алгоритм, що обслуговує ці два типи абонентів. Формати маркера (мал. 3.34) і пакета (мал. 3.35) мережі FDDI трохи відрізняються від використовуваних у мережі Token-Ring.
Характерна риса FDDI полягає в тому, що в мережі марнотрат використовуються як 16-розрядні, так і 48-розрядні мережеві адреси. Кількість розрядів адреси задається спеціальним бітом у полі керування. Розмір поля данних може бути перемінним, але сумарна довжина пакета в будь-якому випадку не може перевищувати 4500 байт. Поле преамбули служить для початкової синхронізації прийому. До пакету використовується 32-розрядна циклічна контрольна сума. Незважаючи на очевидні переваги, мережа FDDI не одержала поки широкого поширення, це зв'язано головним чином з високою вартістю її апаратури (порядку 3-5 тисяч доларів). Однак найближчим часом ситуація може змінитися.
На малюнку 3 приведена структура протоколів технології FDDI порівняно з семирівневою моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня і протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений в стандартах IEEE 802.2 і ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють в дейтаграмному режимі - без встановлення з'єднань і без відновлення втрачених або пошкоджених кадрів.
FDDI встановлює застосування подвійних кільцевих мереж. Трафік по цих кільцях рухається в протилежних напрямах. У фізичному виразі кільце складається з двох або більш двоточкових з'єднань між суміжними станціями. Одне з двох кілець FDDI називається первинним кільцем, друге-вторинним кільцем. Первинне кільце використовується для передачі даних, тоді як вторинне кільце зазвичай є дублюючим.
"Станції Класу В" або "станції, що підключаються до одного кільця" (SAS) приєднані до однієї кільцевої мережі; "станції класу А" або "станції, що підключаються до двох кілець" (DAS) приєднані до обох кільцевих мереж. SAS підключені до первинного кільця через "концентратор", який забезпечує зв'язки для безлічі SAS. Koнцентратор відповідає за те, щоб відмова або відключення живлення в будь-якій з SAS не переривали кільце. Це особливо необхідно, коли до кільця підключений РС або аналогічні пристрої, у яких живлення часто включається і вимикається.
Мал. 2 Вузли FDDI : DAS, SAS і концентратор
FDDI використовує логічну топологію - подвійне кільце. Станції подвійного підключення (dual-attached або DAS) під'єднуються до обох кілець. DAS мають два порти: А - для прийому сигналу з головного кільця і B - для передачі сигналу в головне кільце.
Концентратори дозволяють SAS і DAS вузлам підключатися до подвійного кільця FDDI. Концентратори мають М (master) порти для підключення SAS і DAS портів, а також можуть самі мати SAS і DAS порти. Дане каскадування називають кільцем дерев.
мал. 3 "Концентратор"
Для того, щоб мати можливість передавати власні дані в кільце (а не просто ретранслювати дані сусідніх станцій), станція повинна мати в своєму складі хоч би один MAC-вузол, який має свою унікальну MAC-адресу. Станції можуть не мати жодного вузла MAC, і брати участь тільки в ретрансляції чужих кадрів. Але зазвичай всі станції мережі FDDI, навіть концентратори, мають хоча б один MAC. Концентратори використовують MAC-вузол для захоплення і генерації службових кадрів, наприклад, кадрів ініціалізації кільця, кадрів пошуку несправності в кільці і тому подібне.
Типи портів станцій і концентраторів FDDI і правила їх з'єднання
У стандарті FDDI описано чотири типи портів, які відрізняються своїм призначенням і можливостями з'єднання один з одним для утворення коректних конфігурацій мереж.
Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний і резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець - це основний спосіб підвищення відмовостійкості в мережі FDDI , і вузли, які хочуть їм скористатися, повинні бути підключені до обох кілець. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки кабелю первинного (Primary) кільця, тому цей режим названий режимом Thru - "навскрізним" або "транзитним". Вторинне кільце (Secondary) в цьому режимі не використовується.
Кільця в мережах FDDI розглядаються як загальне середовище передачі даних, що розділяється, тому для неї визначений спеціальний метод доступу. Цей метод дуже близький до методу доступу мереж Token Ring і також називається методом маркерного (або токенного) кільця - token ring.
Станція може почати передачу своїх власних кадрів даних тільки в тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр - токен доступу. Після цього вона може передавати свої кадри, якщо вони у неї є, протягом часу, який називається часом утримання токена - Token Holding Time (THT). Після закінчення часу THT станція зобов'язана завершити передачу свого чергового кадру і передати токен доступу наступної станції. Якщо ж у момент прийняття токена у станції немає кадрів для передачі по мережі, то вона негайно транслює токен наступній станції. У мережі FDDI у кожної станції є попередній сусід (upstream neighbor) і подальший сусід (downstream neighbor), визначувані її фізичними зв'язками і напрямом передачі інформації .
Формат кадру
• PA --- Преамбула (Preamble): 16 або більше порожніх символів.
• SD --- Стартовий роздільник (Starting Delimiter): Символи 'J' і 'K'.
• FC --- Frame Control: 2 символи, що відповідають за тип інформації в полі INFO
• DA --- Адреса призначення (Destination Address): 12 символів, що показують кому адресований кадр.
• SA --- Адреса джерела (Source Address): 12 символів, що показують адресу відправника кадру.
• INFO --- Поле даних (Information Field): 0 до 4478 байтів інформації.
• FCS --- Контрольна сума (Frame Check Sequence): 8 символів CRC.
• ED --- Кінцевий роздільник (Ending Delimiter): символ 'T'.
• FS --- Кінець кадру (End of Frame Sequence): 3 символи індикатора.
Формат маркера
• PA --- Преамбула (Preamble): 4 або більше порожніх символів.
• SD --- Стартовий роздільник (Starting Delimiter): Символи 'J' і 'K'.
• FC --- Frame Control: 2 символи, що відповідають за тип маркера.
• ED --- Кінцевий роздільник (Ending Delimiter): два символи 'T'.
Станція отримує право передати інформацію в мережу, коли виявляє проходящий маркер. Маркер - сигнал управління, що складається з унікальної послідовності символів, яка циркулює по кільцю після кожної інформаційної передачі. Будь-яка станція, після виявлення маркера, може фіксувати маркер, видаляючи його з кільця. Станція може потім передати один або більшу кількість фреймів інформації. При завершенні інформаційної передачі станція видає новий маркер, який забезпечує іншим станціям можливість дістати доступ до кільця.
Передача біт
Для передачі інформації FDDI використовує світлові імпульси від станції до станції. Мінімальний об'єкт передачі інформації - біт. Щоб мати можливість передавати дані, необхідно уміти передавати по оптоволоконному (або мідному) кабелю біт і уміти його розпізнавати.
У FDDI використовується проста схема - зміна відповідає "1", постійність "0". Приблизно кожні 8 нс. станція перевіряє стан світла від сусідньої станції і якщо стан змінився, то"1" інакше - "0".
Рис.6 Передача біт
Властивості мереж FDDI
Синхронна і асинхронна передача
Підключені до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - в синхронному і в асинхронному.
Синхронна передача. В процесі ініціалізації мережі визначається очікуваний час обходу кільця маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, відводиться гарантований час для передачі її даних в кільце. По закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу і відправити маркер в кільце.
Асинхронна передача. Кожна станція у момент посилки нового маркера включає таймер, що вимірює часовий інтервал до моменту повернення до неї маркера, - TRT (Token Rotation Timer). Якщо маркер повернеться до станції раніше очікуваного часу обходу TTRT, то станція може продовжити час передачі своїх даних в кільце і після закінчення синхронної передачі. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією буде рівний різниці між очікуваним і реальним часом обходу кільця маркером.
Підстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) як базова кабельна система визначає багатомодовий волоконно-оптичний кабель з діаметром світлопроводів 62.5/125 мкм. Допускається застосування кабелів з іншим діаметром волокон, наприклад: 50/125 мкм. Довжина хвилі - 1300 нм.
Середня потужність оптичного сигналу на вході станції повинна бути не менше -31 дБм. При такій вхідній потужності ймовірність помилки на біт при ретрансляції даних станцією не повинна перевищувати 2.5*10-10 . При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 дБм, ця ймовірність повинна знизитися до 10-12.
Кодування символів
FDDI кодує інформацію, використовуючи символи. Символ - 5 бітова послідовність. Два символи складають один байт. Це 5 бітове кодування забезпечує 16 символів даних (0-F), 8 контрольних символів (Q, H, I, J, K, T, R, S) і 8 символів порушення (V).
Підключення обладнання до мережі FDDI
Є два основні способи підключення комп'ютерів до мережі FDDI: безпосередньо, а також і через мости або маршрутизатори до мереж інших протоколів.
Безпосереднє підключення
Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлів, архіваційних і інших серверів, середніх і великих ЕОМ, тобто ключових мережевих компонентів, що є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і вимагають високих швидкостей введення-виведення по мережі.
Аналогічно можна підключити і робочі станції. Проте, оскільки мережеві адаптери для FDDI вельми дорогі, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну по мережі є обов'язковою умовою для нормальної роботи додатку. Приклади таких застосувань: системи мультимедіа, передача відео і звукової інформації.
Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовуються спеціалізовані мережеві адаптери, які звичайним способом вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM і ін. На ринку є карти під всі поширені шини - ISA, EISA і Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А або В для всіх видів кабельної системи - волоконно-оптичною, екранованою і неекранованою витою парою. Всі провідні виробники UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, та інші) передбачають інтерфейси для безпосереднього підключення до мереж FDDI.
Підключення через мости і маршрутизатори
Мости (bridges) і маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інші протоколи, наприклад, Token Ring і Ethernet. Це робить можливим економічне підключення до FDDI великого числа робочих станцій і іншого мережевого обладнання як в нових, так і в уже існуючих ЛВС.
