Відмінності між версіями «Комп'ютерні мережі Кандиби Марини»

Версія за 21:13, 20 грудня 2009

Історія створення стандарту FDDI

Технологія Fiber Distributed Data Interface - перша технологія локальних мереж, яка використовувала як середовище передачі даних оптоволоконний кабель. Недорогі оптичні волокна, що забезпечують низькі втрати потужності світлового сигналу і широку смугу пропускання (до декількох Ггц) з'явилися тільки в 1970-і роки. На початку 1980-х років почалося промислова установка і експлуатація оптоволоконних каналів зв'язку для територіальних телекомунікаційних систем. У 1980-і роки почалися також роботи із створення стандартних технологій і пристроїв для використання оптоволоконних каналів в локальних мережах. Роботи по узагальненню досвіду і розробці першого оптоволоконного стандарту для локальних мереж були зосереджені в Американському Національному Інституті по Стандартизації - ANSI, в рамках створеного для цієї мети комітету X3T9.5. Початкові версії різних складників стандарту FDDI були розроблені комітетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 рр., і тоді ж з'явилося перше обладнання - мережеві адаптери, концентратори, мости і маршрутизатори, що підтримують цей стандарт.

Основи технології

FDDI був розроблений як протокол для надійних, високошвидкісних мереж і магістралей з високим трафіком. Він здатний передавати дані з швидкістю до 100 мегабіт в секунду і підтримує до 500 станцій в сегменті. FDDI був розроблений для роботи на оптоволоконних каналах, які передають світлові імпульси в двох напрямах між станціями, а також може бути використаний на мідних кабельних системах (на витій парі 5 категорії - CDDI) при використанні електричних сигналів. FDDI підтримує високу надійність, оскільки мережі FDDI складаються з двох протилежно направлених логічних кілець, причому при відключенні від живлення однієї із станцій кільця не обриваються, а спрацьовує механізм bypass - пряма передача по внутрішньому оптичному каналу з порту в порт.

мал. 1 Загальна схема мережі

Ці кільця забезпечують резервування передачі один одного, тобто якщо на одному кільці виникнуть деякі проблеми, то в передачу включиться інше. FDDI сам розпізнає і усуне проблеми, які виникли.

мал. 2 Загальна схема мережі(обрив)

Кільця в мережах FDDI розглядаються як загальне середовище передачі даних, що розділяється, тому для неї визначений спеціальний метод доступу.

Однією з найбільш важливих характеристик FDDI є те, що вона використовує світлопровід як передавальне середовище. Світлопровід забезпечує ряд переваг в порівнянні з традиційною мідною проводкою, включаючи захист даних (оптоволокно не випромінює електричні сигнали, які можна перехоплювати), надійність(оптоволокно стійке до електричних перешкод) і швидкість (потенційна пропускна спроможність світлопровода набагато вища, ніж у мідного кабелю). FDDI встановлює два типи використовуваного оптичного волокна: одномодове (іноді зване мономодовим) і багатомодове. Моди можна представити у вигляді пучків променів світла, що входить в оптичне волокно під певним кутом. Одномодове волокно дозволяє розповсюджуватися через оптичне волокно тільки одному моду світла, тоді як багатомодове волокно дозволяє розповсюджуватися по оптичному волокну безлічі мод світла. Оскільки безліч мод світла, що розповсюджуються по оптичному кабелю, можуть проходити різні відстані (залежно від кута входу), і, отже, досягати пункту призначення в різний час, одномодовий світлопровід здатний забезпечувати більшу смугу пропускання і прогін кабелю на великі відстані, ніж багатомодові світлопроводи. Завдяки цим характеристикам одномодові світлопроводи часто використовуються як основу університетських мереж, тоді як багатомодовий світлопровід часто використовується для з'єднання робочих груп. У багатомодовому світлопроводі як генератори світла використовуються діоди, які випромінюють світло (LED), тоді як в одномодовому світлопроводі зазвичай застосовуються лазери.

Протокол FDDI

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.

Фізичний рівень розділяється на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол управління станцією SMT (Station Management). Рівень PMD (Physical Media Dependent) забезпечує необхідні засоби для передачі даних від однієї станції до іншої по оптоволокну. У його специфікації визначаються:

-Вимоги до потужності оптичних сигналів і до багатомодового оптоволоконного кабелю 62.5/125 мкм;

-Вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) і оптичних приймачів;

-Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркіровка;

-Довжина хвилі в 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі;

-Представлення сигналів в оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.

-Специфікація TP-PMD визначає можливість передачі даних між станціями по витій парі відповідно до методу MLT-3.

Рівень PHY (Physical Layer Protocol ) виконує кодування і декодування даних, циркулюючих між MAC-рівнем і рівнем PMD, а також забезпечує те, що тактує інформаційні сигнали.

У його специфікації визначаються:

-кодування інформації відповідно до схеми 4B/5B;

-правила тактування сигналів;

-вимоги до стабільності тактової частоти 125 Мгц;

-правила перетворення інформації з паралельної форми в послідовну.

Рівень MAC (Media Access Control ) відповідальний за управління доступом до мережі, а також за прийом і обробку кадрів даних. У ньому визначені наступні параметри:

-Протокол передачі токена;

-Правила захоплення і ретрансляції токена;

-Формування кадру;

-Правила генерації і розпізнавання адрес;

-Правила обчислення і перевірки 32-розрядної контрольної суми.

Рівень SMT (Station Management ) виконує всі функції по управлінню і моніторингу решти рівнів стека протоколів FDDI . В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI . Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT для управління мережею. У специфікації SMT визначене наступне:

-Алгоритми виявлення помилок і відновлення після збоїв;

-Правила моніторингу роботи кільця і станцій;

-Управління кільцем;

-Процедури ініціалізації кільця.

Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується за рахунок управління рівнем SMT іншими рівнями: за допомогою рівня PHY усуваються відмови мережі по фізичних причинах, наприклад, із-за обриву кабелю, а за допомогою рівня MAC - логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі токена і кадрів даних між портами концентратора.

Станції FDDI

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. 4 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.

Станції можуть також мати декілька М-портів - для підключення станцій одиночного підключення (single-attached або SAS). Вузли, що мають М-порти, також називають концентраторами. Послідовність, в якій станції дістають доступ до середовища для передачі даних детермінована. При ініціалізації кільця генерується спеціальний кадр token, який відповідає за право передачі. Він безперервно проходить по кільцю від одного вузла до іншого. Коли станція повинна передати дані по мережі, вона захоплює Token (маркер), передає дані в FDDI кадрах і потім генерує Token.

SAS 1. Зазвичай підключаються до кільця через коцентратор.

2. Мають один порт який працює на прийом і на передачу.

мал.5 "SAS"

DAS Зазвичай підключаються до кільця через 2 порти (A і B), обидва мають можливість приймати і передавати. Це дозволяє підключатися до двох кілець.

мал.6 "DAS"

Концентратори FDDI 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 див. Рис. 7. Дане каскадування називають кільцем дерев.

мал. 7 "Концентратор" Тільки FDDI технологія має можливість замикати обриви на фізичному рівні. FDDI концентратори продовжують працювати при обриві або від'єднанні станції від М, А або В порту. Це можливо завдяки динамічному реконфігуруванню його портів; див. Рис. 8.

Мал. 8. Обрив А порту. Якщо FDDI концентратор має А і В порти, його називають концентратор з подвійним підключенням (DAC dual attached concentrator); якщо один S порт - концентратор з одним підключенням (SAC single attached concentrator) і якщо має тільки М порти - концентратор з нульовим підключенням (NAC null attached concentrator).

Кількість MAC-вузлів станції

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.

Станції, які мають один MAC-вузол, називаються SM (Single MAC) станціями, а станції, які мають два MAC-вузла, називаються DM (Dual MAC) станціями.

Можливі наступні комбінації типів приєднання і кількості MAC-узлiв:

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.