Комп'ютерні мережі Кандиби Марини
Історія створення стандарту FDDI (стаття в розробці надто не критикуйте)
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.
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.
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. 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.
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).
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.
На рис. 11 показано типове використання портів різних типів для підключення станцій SAS і DAS до концентратора DAC.
З'єднання портів S - S є допустимим, оскільки створює ізольоване первинне кільце, що сполучає тільки дві станції, але зазвичай невживаним.
З'єднання портів M - M є забороненим, а з'єднання A-A, B-B, A-S, S-A, B-S, S-B - небажаними, оскільки створюють неефективні комбінації кілець.
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 (рис. 14, а).
Станція може почати передачу своїх власних кадрів даних тільки в тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр - токен доступу (рис. 14, б). 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 .
Мал. 14 Обробка кадрів станціями кільця FDDI
Кожна станція в мережі постійно приймає кадри, які передає їй попередній сусід і аналізує їх адресу призначення. Якщо адреса призначення не співпадає з її власною, то вона транслює кадр своєму наступному сусідові. Цей випадок приведений на рис. 14, в. Потрібно відзначити, що, якщо станція захопила токен і передає свої власні кадри, то впродовж цього періоду часу вона не транслює кадри, що приходять, а видаляє їх з мережі.
Якщо ж адреса кадру співпадає з адресою станції, то вона копіює кадр в свій внутрішній буфер, перевіряє його коректність (в основному по контрольній сумі), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу, який лежить вище FDDI рівня (наприклад, IP), а потім передає початковий кадр по мережі наступної станції (рис. 14, г). У кадрі, який передається в мережу станція призначення відзначає три ознаки: розпізнавання адреси, копіювання кадру і відсутності або наявності в ньому помилок. Після цього кадр продовжує подорожувати по мережі, транслюючись кожним вузлом. Станція, що є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі, після того, як він, зробивши повний оборот, знов дійде до неї (рис. 14, д). При цьому початкова станція перевіряє ознаки кадру, чи дійшов він до станції призначення і чи не був при цьому пошкоджений. Процес відновлення інформаційних кадрів не входить в обов'язки протоколу FDDI , цим повинні займатися протоколи вищих рівнів.
• 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.
• 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.
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.15 Передача біт
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.
З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна або декілька станцій не мають достатнього об'єму даних, щоб повністю використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, то невикористана ними смуга пропускання відразу стає доступною для асинхронної передачі іншими станціями.
Розподіл асинхронної смуги пропускання проводиться з використанням восьмирівневої схеми пріоритетів. Кожній станції привласнюється певний рівень пріоритету користування асинхронною смугою пропускання. FDDI також вирішує тривалі діалоги, коли станції можуть тимчасово використовувати всю асинхронну смугу пропускання. Механізм пріоритетів FDDI може фактично блокувати станції, які не можуть користуватися синхронною смугою пропускання і мають дуже низький пріоритет.
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.
Максимально допустимий рівень втрат сигналу в кабелі стандарт визначає рівним 11 дБм.
Підстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні одномодового волоконно-оптичного кабелю. В цьому випадку як передавальний елемент зазвичай використовується лазерний світлодіод, а дистанція між станціями може досягати 60 і навіть 100 км.
Модулі FDDI для одномодового кабелю випускає, наприклад, фірма Cisco Systems для своїх маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS+. Сегменти одномодового і багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть чергуватися. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco є можливість вибору модулів зі всіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий- багатомодовий, багатомодовий -одномодовий, одномодовий- багатомодовий, одномодовий-одномодовий.
Фірма Cabletron Systems Inc. випускає повторювачі Dual Attached - FDR-4000, які дозволяють підключити одномодовий кабель до станції класу А з портами, призначеними для роботи на багатомодовому кабелі. Ці повторювачі дають можливість збільшити відстань між вузлами FDDI кільця до 40 км.
Підстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних по мідних кабелях) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованою (IBM Type 1) і не екранованою (Category 5) витою парою. Ця значно спрощує процес інсталяції кабельної системи і здешевлює її, мережеві адаптери і устаткування концентраторів. Відстані між станціями при використанні витих пар не повинні перевищувати 100 км.
Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає модулі FDDI для своїх концентраторів, які дозволяють працювати або в стандартному режимі, коли вторинне кільце використовується тільки в цілях відмовостійкості при обриві кабелю, або в розширеному режимі, коли вторинне кільце теж використовується для передачі даних. У другому випадку смуга пропускання кабельної системи розширюється до 200 Мбіт/сек.
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.
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.
Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються в двох варіантах - в закінченому вигляді, що не допускає подальшого апаратного нарощування або переконфігурації (так звані standalone-устройства), і у вигляді модульних концентраторів. Прикладом standalone-пристроїв є: Router BR фірми Hewlett-Packard і EIFO Client/Server Switching Hub фірми Network Peripherals. Модульні концентратори застосовуються в складних великих мережах як центральні мережеві пристрої. Концентратором є корпус з джерелом живлення і з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляються мережеві комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛВС, об'єднати кабельні системи різних типів і протоколів. Слоти, що залишилися вільними, можна використовувати для подальшого нарощування ЛВС. Концентратори виготовляються багатьма фірмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco і іншими.
Концентратор - це центральний вузол ЛВС. Його відмова може привести до зупинки всієї мережі, або, принаймні, значної її частини. Тому більшість фірм, що виготовляють концентратори, вживають спеціальні заходи для підвищення їх відмовостійкості. Такими заходами є резервування джерел живлення в режимі розділення навантаження або гарячого резервування, а також можливість зміни або доустановки модулів без відключення живлення (hot swap).
Для того, щоб понизити вартість концентратора, всі його модулі живляться від загального джерела живлення. Силові елементи джерела живлення є найбільш вірогідною причиною його відмови. Тому резервування джерела живлення істотно продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожне з джерел живлення концентратора може бути підключенедо окремого джерела безперебійного живлення (UPS) на випадок несправностей в системі електропостачання. Кожен з UPS бажано підключити до готельних силових електричних мереж від різних підстанцій.
Можливість зміни або доустановки модулів (часто включаючи і джерела живлення) без відключення концентратора дозволяє провести ремонт або розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережеві сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.
o Підтримка до 500 вузлів з максимальною відстанню між сусідніми 2 км. Максимальна довжина кільця - 200 км.
o Змінний розмір кадру (до 4500 байт)
o Довжина хвилі - 1300 нанометрів
o Максимальна швидкість передачі 100 Мбод/12.5 Мбіт/с
o Реальна швидкість роботи 80 Мбод/10 Мбіт/с
o Робоча частота 125 Мгц
o Високопродуктивні мережі багатоцільового призначення з великим числом вузлів
o Надійна високошвидкісна магістраль
o Фізична топологія
1. Подвійне кільце без дерев
2. Подвійне кільце з деревами
3. Дерево
o Логічна топологія
Кільце, що розділяється
o Багатомодове оптоволокно
1. Діаметр 62.5 мікрон
2. Відстань між вузлами: 2 км
3. Вища дисперсія в порівнянні з одномодовим
o Одномодове оптоволокно
1. Діаметр 5- 10 мікрон
2. Відстань між вузлами: 20 км
3. Найбільш дорогий варіант
o Неекранована витаючи пара
1. FDDI може працювати на витій парі 5 категорій, використовуючи трирівневе кодування
2. Відстань від концентратора до вузла - 100 м
3. Найменш дорогий варіант
o Екранована витаючи пара
1. Відстань від концентратора до вузла - 100 м
2. Рідко використовується через те, що інтерфейси доступу не забезпечують певного рівня інтерференції
Надійність o Подвійна кільцева конфігурація забезпечує надмірність.
o Система здатна справлятися з одиничними і множинними обривами, сегментуючи ділянки.
Відмовостійкість o Подвійне підключення (Dual Homing): враховує надмірне з'єднання з FDDI мережею в топології дерева. DAS станція може мати подвійне підключення, для цього А і B порти підключають до різних концентраторів. Якщо виникають збої головного порту, активізується резервний зв'язок.
o Оптичний обхід: ця можливість гарантує, проходження світлового сигналу при збоях в живленні DAS станції. Дані просто обходять неактивну станцію, проходячи через оптичний обхід.
o Глобальне зберігання: якщо обидва логічні кільця робочі і в системі обнаружевается несправність в одному з логічних кілець, то поточні дані без втрати прямують по резервному кільцю.
Вбудоване управління
o Кожен вузол має об'єкт управління, надаючи велике число служб.
o Завдяки наявності обширної MIB є можливість SNMP управління.
Ціна Висока ціна обумовлена дорогими трансиверами, що перетворюють електричний сигнал в оптичний і навпаки.
Оптоволоконна технологія: ~ 700 $ / порт
UTP: ~ 450 $ / порт
http://www.citforum.ru/nets/ito/7.shtml
http://www.citforum.ru/nets/lvs/glava_12.shtml
http://d1.ifmo.ru/up/1997_2/OPTO/Fddi.htm
http://www.ingress.ru/pavel/FDDI/
http://www.aist.net.ru/Technology/FDDI.htm
