Сеть fddi строится на основе. Характеристика технологии FDDI. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей

Технология FDDI

Сокращение FDDI расшифровывается как Fiber Distributed Data Interface (оптоволоконный распределенный интерфейс данных). Эта технология была разработана в середине 80-х годов американским институтом национальных стандартов ANSI и была впоследствии положена в основу международного стандарта ISO 9314. Основным назначением технологии было создание магистрами для объединения сетей на основе Ethernet и Token Ring.

Из этого назначения вытекают и основные цели, которые ставились перед данной техникой:

• Увеличение скорости обмена до 100 Мбит/с.
• Высокая отказоустойчивости сети, обеспечиваемая за счет введения процедур восстановления после отказа оборудования (повреждений кабеля, некорректной работы станций или концентраторов, помех на линиях).
• Повышение расстояния между узлами.
• Одинаково эффективная работа при передаче как синхронного (чувствительного к задержкам трафика), так и асинхронного (нечувствительного к задержкам) трафика при большой загруженности сети.

Сеть строится на основе двух оптоволоконных колец: основного (primary) и резервного (secondary). Обычно используется основное кольцо, а при повреждениях участков кольцо свертывается средствами концентраторов и сетевых адаптеров. Данные по кольцам передаются в противоположных направлениях. При множественных повреждениях магистрали, сеть распадается на несколько независимых сетей.

Метод доступа технологии FDDI во многом основан на методе доступа Token Ring с алгоритмом раннего освобождения маркера, но имеет и ряд преимуществ перед ним.

Основные отличия состоят в следующем:

1. Трафик делится не на 8 приоритетов, а на 2 класса: синхронные данные (например, мультимедиа реального времени), которые необходимо передавать небольшими порциями с фиксированными задержками; асинхронные данные (например, файлы), которые не критичны к задержкам между кадрами данных, их желательно передавать реже, но большими порциями. Тип трафика задается протоколами верхних уровней.
2. Время удержания маркера не фиксированная величина. Оно позволяет обеспечить требования синхронного трафика, а для асинхронного трафика является адаптивным к загруженности сети и хорошо регулирует ее, притормаживая передачу несрочных асинхронных кадров.

Во время инициализации кольца станции договариваются о T max – максимально допустимое время оборота маркера по кольцу . Процесс инициализации запускается при подключении или удалении станции из сети, а также при изменении значения T max . При этом каждая станция предлагает свое значение T max , исходя из предельно допустимого времени между передачей своих кадров. Процедура похожа на выборы активного монитора в Token Ring. В соревновании побеждает станция с минимальным значением T max (для учета потребностей самого чувствительного к задержкам передачи синхронного трафика). Эта станция становится собственником маркера. Она посылает всем станциям сети управляющее сообщение о необходимости установить у себя новое значение T max . Исходя из T max , определяется фиксированное малое время удержания маркера для передачи синхронных кадров Тс удержания и начальное время для передачи асинхронных кадров Та0 удержания. Эти значения выбираются таким образом, чтобы в течении T max каждая станция кольца успевала передать по порции синхронных данных и оставался определенный запас времени для передачи некоторыми станциями асинхронных данных. Потом станция – собственник маркера передает свою порцию синхронных данных и отдает маркер следующей станции. Во время первого прохода маркера по кольцу разрешается передавать только синхронные данные.

В дальнейшем, если станция передает синхронные данные, то при поступлении к ней маркера, она всегда имеет право его захватить и передавать данные в течение Тс удержания.

Если станция передает асинхронные данные, то при приходе маркера она измеряет время фактического оборота маркера T rial , т.е. время, которое прошло от предыдущего прихода маркера, и может передавать свои кадры в течение времени удержания равного Та удержания = Та0 удержания. + (T max -T rial .). Если кольцо не перегружено (не все станции на прошлом круге передавали данные), то T rial < T max и Та удержания у станции возрастает по сравнению с Та0 удержания. По мере увеличения передачи асинхронных данных в кольце T rial будет увеличиваться, а Та удержания - соответственно уменьшаться. Наконец, когда T rial ≥Та0 удержания. +T max , станция потеряет право захватывать маркер для асинхронного трафика. До конца круга будут передаваться только синхронные данные.

Если все станции хотят передавать асинхронный трафик, а маркер прошел по кольцу слишком медленно, тогда все станции его пропустят, он быстро обернется по кругу и в следующем цикле станции будут его захватывать.

FDDI — (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизированная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной транспортировки информации по оптоволоконным линиям. Скорость транспортировки — 100 Мбит/с. Логическая топология — кольцо (двойное), метод доступа — детерминированный, с транспортировкой маркера. Маркер доступа транспортируется от станции к станции по кольцу. Станция которая имеет маркер, имеет право передачи информации. Технология разрешает транспортировку асинхронного и синхронного трафика. При транспортировке синхронного трафика на этапе инициалиазации кольца определяется полоса пропускания, которая дается каждой станции для транспортировки. Для асинхронного трафика может выделяться вся остальная полоса пропускания кольца. Реальная пропускная способность кольца может быть — 95 Мбит/с, но при значительных задержках в обслуживании. При минимизации задержке пропускная способность может падать и до 20 Мбит/с.

Максимальное количество станций в сети — 500 с двойным кольцом и 1000 с одинарным. Длина между станциями станциями до 2 км при многомодовом и до 45-60 км при одномодовом кабеле., длина одинарного кольца — 200 км, двойного кольца — 100 км. Технологию FDDI можно анализировать как улучшение , которое проявляется в повышении отказоустойчивости, производительности и увеличение размеров сети относительно количества узлов и расстоянию между ними. Отказоустойчивость повышается за счет второго кольца, который замыкается в случае обрыва первого кольца. Технология FDDI легко интегрируется с Token Ring и Ethernet, что дает широкое применение в высокоскоростных магистралей.

Стандарт FDDI определяет 4 компонента: SMT, MAC, PHY, PMD (рис.1).

• SMT (Station Management) — указывает настройку колец и станции, алгоритмы включения станции в кольцо и ее отключения и др. Реализует генерацию диагностических кадров, управляет доступом к сети и реализует целостность кольца, перенаправляет трафик данных на вторичное кольцо при неполадках в первом. Также можно использовать вторичное кольцо для повышение пропускной способности до 200 Мбит/с.
• MAC (Media Access Control) — указывает форматы кадров, адресацию, алгоритм вычисления CRC, обработка ошибок. Соответствует MAC — подуровню канального уровня OSI. Меняется информацией с вышестоящим LLC — подуровнем.
• PHY — (Physical) — указывает кодирование и декодирование, синхронизацию, кадрирование трафика. Относится к физическому уровню модели OSI.
• PMD (Physical Medium Dependent) — определяет параметры оптических или электрических элементов (кабелей, трансиверов, коннекторов) характеристик каналов связи. Относится к физическому уровню модели OSI.

Рисунок — 1

Электрическую реализацию архитектуры FDDI на витой паре называют CDDI или TPDDI. SDDI определяет реализацию экранированного кабеля STP Type 1. В сравнении с оптическим вариантом эти технологии дешевле. но разрешаемая длина каналов связи между узлами уменьшается до 100 м. В сравнении с оптической, электрические версии менее стандартизованы и совместимость оборудование разных производителей не гарантируется.

Технологии физического уровня

Порты аппаратуры FDDI имеют приемопередатчики, которые реализуют раздельные линии для принимаемого (Rx) и передаваемого (Tx) сигналов. тут применяется логическое 4B/5B, где каждая четверка бит исходных данных кодируется 5-битным символом. Эффективную скорость транспортировки 100 Мбит/с реализует тактовая частота битовых интервалов 125 МГц.

В качестве среды передачи реализуется витая пара или оптоволокно:

• SMF-PMD — одномодовое волокно с лазерными источниками. Разрешимая длина канала — 40 -60 км.
• MMF-PMD — реализует в качестве среды передачи многомодовое волокно, источник излучения — светодиод. Разрешимая длина канала — 2 км.
• LCF-PMD — дешевое многомодовое волокно, где длина канала связи ограничена 500 м.
• TP PMD — витая пара STP type 1 или UTP категории 5, коннекторы Rj — 45. Реализовано две пары проводов, длина — 100 м.

Для всех оптических вариантов длина волны — 1300 нм, из-за чего порты MMF, LCF, SMF можно объединять, если соединение вносит допустимое затухание. Физическая топология сети FDDI — гибридная или кольцевая, частичное включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор. На рис.2 видно пример, на котором реализованы следующие типы подключения:

• SAS — станция одинарного подключения (только к первичному кольцу)
• DAS — станция двойного подключения (к обоим кольцам)
• SAC — концентратор одинарного подключения, реализует соединения узлов одинарного подключения
• DAC — конценторатор двойного подключения, реализует подключение к двойному кольцу узлы одинарного подключения

Рисунок — 2

Станции двойного (DAS) и одинарного (SAS) подключения имеют разные способы подключение к кольцу (рис.3). Станции подключения DAS (класс А), имеют два трансивера и могут встраиваться напрямую в базовую сеть, к кольцам. В нормальном режиме сигнал, поступающий на вход Pri_In, транслируется на выход Pri_Out, и при транспортировке в эту цепочку вклинивается кадр, транспортируемый текущей станцией. Связь Sec_In — Sec_Out реализована в качестве резервной. Станции одинарного соединения SAS, они же станции класса B, имеют один трансивер и встраиваются в первичное кольцо. Связь In-Out для них есть одной. В базовую сеть могут подключаться через концентратор или обходной коммутатор.

Рисунок — 3, а — одинарного подключения (SAS), б — двойного (DAS)

Концентраторы также могут быть одинарного (SAC) или двойного (DAC) подключения (рис.4). В их задачи входит реализация целостности логического кольца независимо от параметров линии и узлов, подключенных к его портам. DAC реализует включение станций SAS и концентраторов SAC в двойное логическое кольцо, SAC — включает в одинарное. При 100% древовидной или звездообразной топологии, без явного кольца, у корневого концентратора реализуется нулевое подключение — (null-attachment concentrator).

Рисунок — 4, а — одинарного подключения (SAC), б — двойного (DAC)

Повторитель — реализует промежуточное усиление оптического сигнала, в некоторых случаях может быть реализован переход с одномодового на многомодовое волокно. Аттенюатор — реализуют снижение мощности на входе приемника до номинального уровня.

Обходной коммутатор — двойной или одиночный, реализует обход узла в случае его отказа или отключения. Такой аппарат ставится между кольцом и станцией и реализует один из двух вариантов возможных схем коммутации световых потоков (рис.5). Коммутатор подключает станцию в кольцо при наличии разрешающего сигнала готовности. Реализуя обходные коммутаторы, нужно учитывать:

• реализация такого коммутатора возможна лишь при соединение станций с однотипными соседями (только ММ или SM) волокнами. В ином случае соединение одномодового с многомодовым волокно неработоспособно.
• Суммарная длина кабелей, приходящих к коммутатору от соседних станций, не должна быть выше предела для данного типа кабелей и портов с параметром затухания, который вносит коммутатор (~ 2,5 дБ).
• Количество обходных коммутаторов ограничено, из-за затухания и длины кабеля.

Рисунок — 5, а — станция включена, б — выключена

Разветвители — устройства, которые реализуют объединение/разветвление оптических сигналов.

Интерфейсы и порты FDDI

Стандарт описывает 4 типа портов:

• порт А — прием с первичного кольца, транспортировка во вторичное (для устройств двойного подключения)
• порт В — прием со вторичного кольца, транспортировка в первичное (-//-)
• порт M (master) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах для подключения SAC или SAS.
• порт S (slave) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах и станциях одинарного подключения.

Для типичного кольца есть правила соединения портов:

• порт А подключается только с портов В и наоборот
• порт М подключается только с портом S

В таблице 1 показаны варианты соединения портов. V — помечены допустимые соединение, U — нежелательные, которые могут привести к неожиданным топологиям. X — абсолютно недопустимые. P — соединение портов А и В с портами М, активное соединение только порта В (пока он жив).

Порт 1	Порт 2
	A	B	S	M
A	V,U	V	V,U	V,P
B	V	V,U	V,U	V,P
S	V,U	V,U	V,U	V
M	V,P	V,P	V	X

Для технологии FDDI, разработаны специальные оптические дуплескные коннекторы, учитывая многовариантность соединение передатчиков и приемников, FDDI MIC (Media Interface Connector). Вилки на кабелях имеют прорези, а розетки имеют выступы, такая система разрешает исключить ошибки коммутации портов (рис.6).

Рисунок — 6, a — для двойного подключения, б — для одинарного

Форматы кадров

В кольце FDDI могут передаваться пакеты двух видов: маркер (token) и каждой данные/команды (MAC Data/frame frame) (рис.7). Длина элементов указана в 5-битных символах (из-за 4B/5B). Длина кадра не может быть больше 9000 символов.

Рисунок — 7

Кадры и маркеры состоят из:

• Pre — Преамбула, специальный набор символов, с помощью которых станция синхронизируется и подготавливается к обработке кадра
• SD — начальный разделитель, комбинация JK
• ED — конечный разделитель, один или два символа T
• FC — байт управление пакетом.
• DA — 2 или 6 байтный адрес назначения — уникальный, групповой или широковещательный
• SA — адрес источника кадра, аналогичный DA
• Info — поле данных длиной до 4478 байт. Имеет информацию вышестоящего уровня (LLC) или управляющую информацию
• FCS — 4-байтный CRС-код
• FS — статус кадра (12 бит)

Кадры команд (MAC кадры) имеют такую же структуру, что и кадры данных, но поле info — всегда нулевой длины. Код команды передается в поле FC, а для передачи результатов реализовано поле FS.

По содержимому поля Info различают два типа кадров — FDDI SNAP, FDDI 802.2. Они похожи, за небольшими исключениями:

• В FDDI имеется два байта управления кадров, несущие его параметры и поле состояние кадра. В Ethernet нету аналогов
• Кадры Ethernet имеют поле длины, где не реализовано в FDDI (оно и не нужно)

На рис.8 показаны форматы кадров FDDI SNAP, FDDI 802.2.

3.5.1. 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. 3.16), 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. 3.16. 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. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token 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 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. 3.17 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. 3.17. 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.

1.1. Введение

2. Fast Ethernet и 100VG - AnyLAN как развитие технологии Ethernet

2.1. Введение

3. Особенности технологии 100VG-AnyLAN

3.1 Введение

5. Вывод

1. Технология FDDI

1.1. Введение

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. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI 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.

1.2. 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. 1.2), 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. 1.2. 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. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отка­зов технологии Token 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 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. 1.2. 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. 1.2. 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.

1.3. 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.

1.4. 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. 1.4, 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. 1.4. 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. 1.4.2). 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. 1.4.2. 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.

1.5. 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. 1.2).

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.

1.6. Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

В табл. 1.6 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 1.6. 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.

В результате сетевые специалисты с начала 90-х годов стали искать пути создания срав­нительно недорогих и в то же время высокоскоростных технологий, которые бы так же успешно работали на всех этажах корпоративной сети, как это делали в 80-е годы техно­логии Ethernet и Token Ring.

2. Fast Ethernet и 100VG - AnyLAN как развитие технологии Ethernet

2.1. Введение

Классический 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяже­нии около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться его недостаточная пропу­скная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объе­мов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощ­ных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегружен­ными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий су­щественно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «нового» Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с. В результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению двух новых технологий - Fast Ethernet и l00VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров тех­нологии Ethernet, как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объеди­нение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта новой технологии, которая должна была в максимально возможной степени сохранить особенности технологии Ethernet.

Второй лагерь возглавили компании Hewlett-Packard и AT&T, которые предложили вос­пользоваться удобным случаем для устранения некоторых известных недостатков техно­логии Ethernet. Через некоторое время к этим компаниям присоединилась компания IBM, которая внесла свой вклад предложением обеспечить в новой технологии некоторую со­вместимость с сетями Token Ring.

В комитете 802 института IEEE в это же время была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала новых высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила 100-мегабитные ре­шения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и высокоскоростную технологию, предложен­ную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В центре дискуссий была проблема сохранения случайного метода доступа CSMA/CD. Предложение Fast Ethernet Alliance сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало пре­емственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Коалиция HP и AT&T, ко­торая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индуст­рии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный Demand Priority - приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3и, который не является самостоя­тельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30. Комитет 802.12 принял технологию l00VG-AnyLAN, которая ис­пользует новый метод доступа Demand Priority и поддерживает кадры двух форматов - Ethernet и Token Ring.

2.2. Физический уровень технологии Fast Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 2.2.1). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описы­вают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред пе­редачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих но­вых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устране­ние неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Рис. 2.2.1. Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети Fast Ethernet всегда имеют иерар­хическую древовидную структуру, построенную на концентраторах, как и сети l0Base-T/l0Base-F. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется уменьшением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитным Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широ­ким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в полнодуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, со­единяющих соседние устройства (адаптер - коммутатор или коммутатор - коммутатор). Поэтому при создании магистралей локальных сетей большой протяженности технология Fast Ethernet также активно, применяется, но только в полнодуплексном варианте, совме­стно с коммутаторами.

В данном разделе рассматривается полудуплексный вариант работы технологии Fast Ethernet, который полностью соответствует определению метода доступа, описанному в стандарте 802.3. Особенности полнодуплексного режима Fast Ethernet описаны в главе 4.

По сравнению с вариантами физической реализации Ethernet (а их насчитывается шесть), в Fast Ethernet отличия каждого варианта от других глубже - меняется как количество про­водников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet созда­вались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от вари­анта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3и установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 2.2.2):

Рис. 2.2.2. Структура физического уровня Fast Ethernet

· 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP катего­рии 5 или экранированной витой паре STP Type 1;

· 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP катего­рии 3, 4 или 5;

· 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два во­локна.

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.

· Форматы кадров технологии Fast Ethernetee отличаются от форматов кадров техноло­гий 10-мегабитного Ethernet.

· Межкадровый интервал (IPG) равен 0,96 мкс, а битовый интервал равен 10 нс. Все временные параметры алгоритма доступа (интервал отсрочки, время передачи кадра минимальной длины и т. п.), измеренные в битовых интервалах, остались прежними, поэтому изменения в разделы стандарта, касающиеся уровня MAC, не вносились.

· Признаком свободного состояния среды является передача по ней символа Idle соот­ветствующего избыточного кода (а не отсутствие сигналов, как в стандартах Ethernet 10 Мбит/с). Физический уровень включает три элемента:

o уровень согласования (reconciliation sublayer);

o независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, Mil);

o устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Уровень согласования нужен для того, чтобы уровень MAC, рассчитанный на интерфейс AUI, смог работать с физическим уровнем через интерфейс МП.

Устройство физического уровня (PHY) состоит, в свою очередь, из нескольких подуров­ней (см. рис. 2.2.1):

· подуровня логического кодирование данных, преобразующего поступающие от уровня MAC байты в символы кода 4В/5В или 8В/6Т (оба кода используются в технологии Fast Ethernet);

· подуровней физического присоединения и подуровня зависимости от физической среды (PMD), которые обеспечивают формирование сигналов в соответствии с ме­тодом физического кодирования, например NRZI или MLT-3;

· подуровня автопереговоров, который позволяет двум взаимодействующим портам ав­томатически выбрать наиболее эффективный режим работы, например, полудуп­лексный или полнодуплексный (этот подуровень является факультативным).

Интерфейс МП поддерживает независимый от физической среды способ обмена данными между подуровнем MAC и подуровнем PHY. Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI распо­лагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов ка­беля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс МП располагается между подуровнем MAC и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, ТХ и Т4.

Разъем МП в отличие от разъема AUI имеет 40 контактов, максимальная длина кабеля МП составляет один метр. Сигналы, передаваемые по интерфейсу МП, имеют амплитуду 5 В.

Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно, два волокна

Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптово­локну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе хорошо проверенной схемы кодирования FDDI. Как и в стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rх) и от передатчика (Тх).

Между спецификациями l00Base-FX и l00Base-TX есть много общего, поэтому общие для двух спецификаций свойства будут даваться под обобщенным названием l00Base-FX/TX.

В то время как Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с использует манчестерское коди­рование для представления данных при передаче по кабелю, в стандарте Fast Ethernet оп­ределен другой метод кодирования - 4В/5В. Этот метод уже показал свою эффективность в стандарте FDDI и без изменений перенесен в спецификацию l00Base-FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных подуровня MAC (называемых символами) представляются 5 битами. Избыточный бит позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Существование за­прещенных комбинаций символов позволяет отбраковывать ошибочные символы, что по­вышает устойчивость работы сетей с l00Base-FX/TX.

Для отделения кадра Ethernet от символов Idle используется комбинация символов Start Delimiter (пара символов J (11000) и К (10001) кода 4В/5В, а после завершения кадра пе­ред первым символом Idle вставляется символ Т (рис. 2.2.3).

Рис. 2.2.3. Непрерывный поток данных спецификаций 100Base-FX/ТХ

После преобразования 4-битовых порций кодов MAC в 5-битовые порции физического уровня их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в ка­беле, соединяющем узлы сети. Спецификации l00Base-FX и l00Base-TX используют для этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3 соответственно (как и в технологии FDDI при работе через оптоволокно и витую пару).

Физический уровень 100Base-TX - витая пара DTP Cat 5 или STP Type 1, две пары

В качестве среды передачи данных спецификация l00Base-TX использует кабель UTP ка­тегории 5 или кабель STP Type 1. Максимальная длина кабеля в обоих случаях - 100 м.

Основные отличия от спецификации l00Base-FX - использование метода MLT-3 для пере­дачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5В по витой паре, а также наличие функции ав­топереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта. Схема автоперегово­ров позволяет двум соединенным физически устройствам, которые поддерживают не­сколько стандартов физического уровня, отличающихся битовой скоростью и количест­вом витых пар, выбрать наиболее выгодный режим работы. Обычно процедура автопере­говоров происходит при подсоединении сетевого адаптера, который может работать на скоростях 10 и 100 Мбит/с, к концентратору или коммутатору.

Описанная ниже схема Auto-negotiation сегодня является стандартом технологии l00Base-T. До этого производители применяли различные собственные схемы автоматического определения скорости работы взаимодействующих портов, которые не были совместимы. Принятую в качестве стандарта схему Auto-negotiation предложила первоначально компа­ния National Semiconductor под названием NWay.

Всего в настоящее время определено 5 различных режимов работы, которые могут под­держивать устройства l00Base-TX или 100Base-T4 на витых парах;

· l0Base-T full-duplex - 2 пары категории 3;

· l00Base-TX - 2 пары категории 5 (или Type 1ASTP);

· 100Base-T4 - 4 пары категории 3;

· 100Base-TX full-duplex - 2 пары категории 5 (или Type 1A STP).

Режим l0Base-T имеет самый низкий приоритет при переговорном процессе, а полнодуп­лексный режим 100Base-T4 - самый высокий. Переговорный процесс происходит при включении питания устройства, а также может быть инициирован в любой момент моду­лем управления устройства.

Устройство, начавшее процесс auto-negotiation, посылает своему партнеру пачку специ­альных импульсов Fast Link Pulse burst (FLP) , в котором содержится 8-битное слово, ко­дирующее предлагаемый режим взаимодействия, начиная с самого приоритетного, под­держиваемого данным узлом.

Если узел-партнер поддерживает функцию auto-negotuiation и также может поддерживать предложенный режим, он отвечает пачкой импульсов FLP, в которой подтверждает дан­ный режим, и на этом переговоры заканчиваются. Если же узел-партнер может поддержи­вать менее приоритетный режим, то он указывает его в ответе, и этот режим выбирается в качестве рабочего. Таким образом, всегда выбирается наиболее приоритетный общий ре­жим узлов.

Узел, который поддерживает только технологию l0Base-T, каждые 16 мс посылает манче­стерские импульсы для проверки целостности линии, связывающей его с соседним узлом. Такой узел не понимает запрос FLP, который делает ему узел с функцией Auto-negotiation, и продолжает посылать свои импульсы. Узел, получивший в ответ на запрос FLP только импульсы проверки целостности линии, понимает, что его партнер может работать только по стандарту l0Base-T, и устанавливает этот режим работы и для себя.

Физический уровень 100Base-T4 - витая пара UTP Cat 3, четыре пары

Спецификация 100Base-T4 была разработана для того, чтобы можно было использовать для высокоскоростного Ethernet имеющуюся проводку на витой паре категории 3. Эта спецификация позволяет повысить общую пропускную способность за счет одновремен­ной передачи потоков бит по всем 4 парам кабеля.

Спецификация 100Base-T4 появилась позже других спецификаций физического уровня Fast Ethernet. Разработчики этой технологии в первую очередь хотели создать физические спецификации, наиболее близкие к спецификациям l0Base-T и l0Base-F, которые работали на двух линиях передачи данных: двух парах или двух волокнах. Для реализации работы по двум витым парам пришлось перейти на более качественный кабель категории 5.

В то же время разработчики конкурирующей технологии l00VG-AnyLAN изначально сде­лали ставку на работу по витой паре категории 3; самое главное преимущество состояло не столько в стоимости, а в том, что она была уже проложена в подавляющем числе зда­ний. Поэтому после выпуска спецификаций l00Base-TX и l00Base-FX разработчики техно­логии Fast Ethernet реализовали свой вариант физического уровня для витой пары катего­рии 3.

Вместо кодирования 4В/5В в этом методе используется кодирование 8В/6Т, которое обла­дает более узким спектром сигнала и при скорости 33 Мбит/с укладывается в полосу 16 МГц витой пары категории 3 (при кодировании 4В/5В спектр сигнала в эту полосу не ук­ладывается). Каждые 8 бит информации уровня MAC кодируются 6-ю троичными циф­рами (ternary symbols), то есть цифрами, имеющими три состояния. Каждая троичная цифра имеет длительность 40 нс. Группа из 6-ти троичных цифр затем передается на одну из трех передающих витых пар, независимо и последовательно.

Четвертая пара всегда используется для прослушивания несущей частоты в целях обнару­жения коллизии. Скорость передачи данных по каждой из трех передающих пар равна 33,3 Мбит/с, поэтому общая скорость протокола 100Base-T4 составляет 100 Мбит/с. В то же время из-за принятого способа кодирования скорость изменения сигнала на каждой паре равна всего 25 Мбод, что и позволяет использовать витую пару категории 3.

На рис. 2.2.4 показано соединение порта MDI сетевого адаптера 100Base-T4 с портом MDI-X концентратора (приставка Х говорит о том, что у этого разъема присоединения приемника и передатчика меняются парами кабеля по сравнению с разъемом сетевого адаптера, что позволяет проще соединять пары проводов в кабеле - без перекрещивания). Пара 1-2 всегда требуется для передачи данных от порта MDI к порту MDI-X, пара 3-6 - для приема данных портом MDI от порта MDI-X, а пары 4-5 и 7-8 являются двунаправ­ленными и используются как для приема, так и для передачи, в зависимости от потребно­сти.

Рис. 2.2.4. Соединение узлов по спецификации 100Base-T4

2.3. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей

Технология Fast Ethernet, как и все некоаксиальные варианты Ethernet, рассчитана на ис­пользование концентраторов-повторителей для образования связей в сети. Правила кор­ректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

· ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с DTE;

· ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с портом повто­рителя;

· ограничения на максимальный диаметр сети;

· ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сег­мента, соединяющего повторители.

Ограничения длин сегментов DTE-DTE

В качестве DTE (Data Terminal Equipment) может выступать любой источник кадров дан­ных для сети: сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления се­тью и другие подобные устройства. Отличительной особенностью DTE является то, что он вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента (мост или коммутатор, хотя и пере­дают через выходной порт кадр, который выработал в свое время сетевой адаптер, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт, этот кадр является новым). Порт повторителя не является DTE, так как он побитно повторяет уже появившийся в сегменте кадр.

В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько DTE подключается к портам по­вторителя, образуя сеть звездообразной топологии. Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются (если исключить экзотическую конфигурацию, когда сетевые адаптеры двух компьютеров соединены прямо друг с другом кабелем), а вот для мос­тов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой - когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соеди­няются друг с другом.

Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные длины сегментов DTE-DTE, приведенные в табл. 2.3.1.

Таблица 2.3.1 . Максимальные длины сегментов DTE-DTE

Ограничения сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях

Повторители Fast Ethernet делятся на два класса. Повторители класса I поддерживают все типы логического кодирования данных: как 4В/5В, так и 8В/6Т. Повторители класса II поддерживают только какой-либо один тип логического кодирования - либо 4В/5В, либо 8В/6Т. То есть повторители класса I позволяют выполнять трансляцию логических кодов с битовой скоростью 100 Мбит/с, а повторителям класса II эта операция недоступна.

Поэтому повторители класса I могут иметь порты всех трех типов физического уровня: l00Base-TX, l00Base-FX и 100Base-T4. Повторители класса II имеют либо все порты 100Base-T4, либо порты l00Base-TX и l00Base-FX, так как последние используют один ло­гический код 4В/5В.

В одном домене коллизий допускается наличие только одного повторителя класса I. Это связано с тем, что такой повторитель вносит большую задержку при распространении сигналов из-за необходимости трансляции различных систем сигнализации - 70 bt.

Повторители класса II вносят меньшую задержку при передаче сигналов: 46 bt для портов TX/FX и 33,5 bt для портов Т4. Поэтому максимальное число повторителей класса II в до­мене коллизий - 2, причем они должны быть соединены между собой кабелем не длиннее 5 метров.

Небольшое количество повторителей Fast Ethernet не является серьезным препятствием при построении больших сетей, так как применение коммутаторов и маршрутизаторов де­лит сеть на несколько доменов коллизий, каждый из которых будет строиться на одном или двух повторителях. Общая длина сети не будет иметь в этом случае ограничений.

В табл. 2.3.2 приведены правила построения сети на основе повторителей класса I.

Таблица 2.3.2. Параметры сетей на основе повторителей класса I

Эти ограничения проиллюстрированы типовыми конфигурациями сетей, показанными на рис. 2.3.3.

Рис. 2.3.3. Примеры построения сети Fast Ethernet с помощью повторителей класса I

Таким образом, правило 4-х хабов превратилось для технологии Fast Ethernet в правило одного или двух хабов, в зависимости от класса хаба.

При определении корректности конфигурации сети можно не руководствоваться прави­лами одного или двух хабов, а рассчитывать время двойного оборота сети, как это было показано выше для сети Ethernet 10 Мбит/с.

Как и для технологии Ethernet 10 Мбит/с, комитет 802.3 дает исходные данные для рас­чета времени двойного оборота сигнала. Однако при этом сама форма представления этих данных и методика расчета несколько изменились. Комитет предоставляет данные об уд­военных задержках, вносимых каждым элементом сети, не разделяя сегменты сети на ле­вый, правый и промежуточный. Кроме того, задержки, вносимые сетевыми адаптерами, учитывают преамбулы кадров, поэтому время двойного оборота нужно сравнивать с вели­чиной 512 битовых интервала (bt), то есть со временем передачи кадра минимальной длины без преамбулы.

Для повторителей класса I время двойного оборота можно рассчитать следующим обра­зом.

Задержки, вносимые прохождением сигналов по кабелю, рассчитываются на основании данных табл. 2.3.4, в которой учитывается удвоенное прохождение сигнала по кабелю.

Таблица 2.3.4. Задержки, вносимые кабелем

Задержки, которые вносят два взаимодействующих через повторитель сетевых адаптера (или порта коммутатора), берутся из табл. 2.3.5.

Таблица 2.3.5. Задержки, вносимые сетевыми адаптерами

Учитывая, что удвоенная задержка, вносимая повторителем класса I, равна 140 bt, можно рассчитать время двойного оборота для произвольной конфигурации сети, естественно, учитывая максимально возможные длины непрерывных сегментов кабелей, приведенные в табл. 2.3.4. Если получившееся значение меньше 512, значит, по критерию распознава­ния коллизий сеть является корректной. Комитет 802.3 рекомендует оставлять запас в 4 bt для устойчиво работающей сети, но разрешает выбирать эту величину из диапазона от 0 до 5 bt.

Каждый сегмент вносит задержку по 136 bt, пара сетевых адаптеров FX даеэ задержку в 100 bt, а сам повторитель вносит задержку в 140 bt. Сумма задержеи равна 512 bt, что го­ворит о том, что сеть корректна, но запас принят равным 0.

3. Технологии 100VG-AnyLAN

3.1. Введение

Как уже было сказано в 2.1 коалиция HP и AT&T, ко­торая имела поддержку значительно меньшего числа производителей в сетевой индуст­рии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, названный Demand Priority - приоритетный доступ по требованию. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12. Осенью 1995 года обе технологии стали стандартами IEEE. Комитет 802.12 принял технологию l00VG-AnyLAN, которая ис­пользует новый метод доступа Demand Priority и поддерживает кадры двух форматов - Ethernet и Token Ring.

3.2. Особенности технологии 100VG-AnyLAN

Технология 100VG-AnyLAN отличается от классического Ethernet в значительно большей степени, чем Fast Ethernet. Главные отличия перечислены ниже.

· Используется другой метод доступа Demand Priority, который обеспечивает более справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с мето­дом CSMA/CD, Кроме того, этот метод поддерживает приоритетный доступ для синхронных приложений.

· Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения.

· В сети есть выделенный арбитр доступа - концентратор, и это заметно отличает дан­ную технологию от других, в которых применяется распределенный между станциями сети алгоритм доступа.

· Поддерживаются кадры двух технологий - Ethernet и Token Ring (именно это обстоя­тельство дало добавку AnyLAN в названии технологии).

· Данные передаются одновременно по 4 парам кабеля UTP категории 3. По каждой паре данные передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с. В отличие от Fast Ethernet в сетях 100VG-AnyLAN нет коллизий, поэтому удалось использовать для передачи все четыре пары стандартного кабеля категории 3. Для кодирования данных применяется код 5В/6В, который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания UTP категории 3) при скорости пере­дачи данных 25 Мбит/с. Метод доступа Demand Priority основан на передаче кон­центратору функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Сеть 100VG-AnyLAN состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Сеть 100VG-AnyLAN

Допускаются три уровня каскадирования. Каждый концентратор и сетевой адаптер l00VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно циркуляция обоих типов кадров не допускается.

Концентратор циклически выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его приоритет. В сети l00VG-AnyLAN используются два уровня приори­тетов - низкий и высокий. Низкий уровень приоритета соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам (например, мультимедиа). Приоритеты запросов имеют статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.

Если сеть свободна, то концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции на­значения. Если сеть занята, концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до заверше­ния опроса концентратором нижнего уровня. Станции, подключенные к концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после проведения опроса всеми кон­центраторами опроса всех своих портов.

Остается неясным вопрос - каким образом концентратор узнает, к какому порту подклю­чена станция назначения? Во всех других технологиях кадр просто передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав свой адрес, копировала кадр в буфер . Для решения этой задачи концентратор узнает адрес MAC станции в момент физического при­соединения ее к сети кабелем. Если в других технологиях процедура физического соеди­нения выясняет связность кабеля (link test в технологии l0Base-T), тип порта (технология FDDI), скорость работы порта (процедура auto-negotiation в Fast Ethernet), то в технологии l00VG-AnyLAN концентратор при установлении физического соединения выясняет адрес MAC станции. И запоминает его в таблице адресов MAC, аналогичной таблице моста/коммутатора. Отличие концентратора l00VG-AnyLAN от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения кадров. Поэтому он принимает от стан­ций сети только один кадр, отправляет его на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией назначения, новые кадры концентратор не принимает. Так что эффект разделяемой среды сохраняется. Улучшается только безопасность сети - кадры не попадают на чужие порты, и их труднее перехватить.

Технология l00VG-AnyLAN поддерживает несколько спецификаций физического уровня. Первоначальный вариант был рассчитан на четыре неэкранированные витые пары катего­рий 3,4,5. Позже появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкрани­рованные витые пары категории 5, две экранированные витые пары типа 1 или же два оп­тических многомодовых оптоволокна.

Важная особенность технологии l00VG-AnyLAN - сохранение форматов кадров Ethernet и Token Ring. Сторонники l00VG-AnyLAN утверждают, что этот подход облегчит межсете­вое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности с анализаторами протоко­лов.

Несмотря на много хороших технических решений, технология l00VG-AnyLAN не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet. Возможно, это произошло из-за того, что технические возможности под­держки разных типов трафика у технологии АТМ существенно шире, чем у l00VG-AnyLAN. Поэтому при необходимости тонкого обеспечения качества обслуживания при­меняют (или собираются применять) технологию АТМ. А для сетей, в которых нет необ­ходимости поддерживать качество обслуживания на уровне разделяемых сегментов, более привычной оказалась технология Fast Ethernet. Тем более что для поддержки очень требо­вательных к скорости передачи данных приложений имеется технология Gigabit Ethernet, которая, сохраняя преемственность с Ethernet и Fast Ethernet, обеспечивает скорость пере­дачи данных 1000 Мбит/с.

4. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet

4.1. Общая характеристика стандарта

Достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet сетевые интегра­торы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении кор­поративных сетей. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному ка­налу, перегружали магистрали сетей, работающие также на скорости 100 Мбит/с - магист­рали FDDI и Fast Ethernet. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоро­стей. В 1995 году более высокий уровень скорости могли предоставить только коммута­торы АТМ, а при отсутствии в то время удобных средств миграции этой технологии в ло­кальные сети (хотя спецификация LAN Emulation - LANE была принята в начале 1995 года, практическая ее реализация была впереди) внедрять их в локальную сеть почти ни­кто не решался. Кроме того, технология АТМ отличалась очень высоким уровнем стоимо­сти.

Поэтому логичным выглядел следующий шаг, сделанный IEEE, - через 5 месяцев после окончательного принятия стандарта Fast Ethernet в июне 1995 года исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться рас­смотрением возможности выработки стандарта Ethernet с еще более высокой битовой ско­ростью.

Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с. Как и в случае Fast Ethernet, сообщение было воспринято сторонниками Ethernet с большим энтузиазмом.

Основной причиной энтузиазма была перспектива такого же плавного перевода магистра­лей сетей на. Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet пере­груженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети. К тому же опыт передачи данных на гигабитных скоростях уже имелся, как в территориальных сетях (технология SDH), так и в локальных - технология Fibre Channel, которая использу­ется в основном для подключения высокоскоростной периферии к большим компьютерам и передает данные по волоконно-оптическому кабелю со скоростью, близкой к гигабит­ной, посредством избыточного кода 8В/10В.

В образованный для согласования усилий в этой области Gigabit Ethernet Alliance с самого начала вошли такие флагманы отрасли, как Bay Networks, Cisco Systems и 3Com. За год своего существования количество участников Gigabit Ethernet Alliance существенно вы­росло и насчитывает сейчас более 100. В качестве первого варианта физического уровня был принят уровень технологии Fiber Channel, с ее кодом 8В/10В (как и в случае Fast Ethernet, когда для ускорения работ был принят отработанный физический уровень FDDI).

Первая версия стандарта была рассмотрена в январе 1997 года, а окончательно стандарт 802.3z был принят 29 июня 1998 года на заседании комитета IEEE 802.3. Работы по реали­зации Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 были переданы специальному комитету 802.ЗаЬ, который уже рассмотрел несколько вариантов проекта этого стандарта, причем с июля 1998 года проект приобрел достаточно стабильный характер. Окончательное приня­тие стандарта 802.3ab ожидается в сентябре 1999 года.

Не дожидаясь принятия стандарта, некоторые компании выпустили первое оборудование Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле уже к лету 1997 года.

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохра­нении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых технических новинок, идущих в общем русле развития сетевых технологий, то важно отметить, что Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не бу­дет поддерживать:

· качество обслуживания;

· избыточные связи;

· тестирование работоспособности узлов и оборудования (в последнем случае - за ис­ключением тестирования связи порт - порт, как это делается для Ethernet l0Base-T и l0Base-F и Fast Ethernet).

Все три названных свойства считаются весьма перспективными и полезными в современ­ных сетях, а особенно в сетях ближайшего будущего. Почему же авторы Gigabit Ethernet отказываются от них?

По поводу качества обслуживания коротко можно ответить так: «сила есть - ума не надо». Если магистраль сети будет работать со скоростью враз превышающей среднюю скорость сетевой активности клиентского компьютера и в 100 раз превышающей среднюю сетевую активность сервера с сетевым адаптером 100 Мбит/с, то о задержках пакетах на магистрали во многих случаях можно не заботиться вообще. При небольшом коэффици­енте загрузки магистрали 1000 Мбит/с очереди в коммутаторах Gigabit Ethernet будут не­большими, а время буферизации и коммутации на такой скорости составляет единицы и даже доли микросекунд.

Ну а если все же магистраль загрузится на достаточную величину, то приоритет чувстви­тельному к задержкам или требовательному к средней скорости трафику можно предоста­вить с помощью техники приоритетов в коммутаторах - соответствующие стандарты для коммутаторов уже приняты (они будут рассматриваться в следующей главе). Зато можно будет пользоваться весьма простой (почти как Ethernet) технологией, принципы работы которой известны практически всем сетевым специалистам.

Главная идея разработчиков технологии Gigabit Ethernet состоит в том, что существует и будет существовать весьма много сетей, в которых высокая скорость магистрали и воз­можность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах будут вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания всех клиентов сети. И только в тех редких случаях, когда и магистраль достаточно загружена, и требования к качеству об­служивания очень жесткие, нужно применять технологию АТМ, которая действительно за счет высокой технической сложности дает гарантии качества обслуживания для всех ос­новных видов трафика.

Избыточные связи и тестирование оборудования не будут поддерживаться технологией Gigabit Ethernet из-за того, что с этими задачами хорошо справляются протоколы более высоких уровней, например Spanning Tree, протоколы маршрутизации и т. п. Поэтому разработчики технологии решили, что нижний уровень просто должен быстро передавать данные, а более сложные и более редко встречающиеся задачи (например, приоритезация трафика) должны передаваться верхним уровням.

Что же общего имеется в технологии Gigabit Ethernet по сравнению с технологиями Ethernet и Fast Ethernet?

· Сохраняются все форматы кадров Ethernet.

· По-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживаю­щая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работаю­щая с коммутаторами. По поводу сохранения полудуплексной версии протокола сомнения были еще у разработчиков Fast Ethernet, так как сложно заставить рабо­тать алгоритм CSMA/CD на высоких скоростях. Однако метод доступа остался не­изменным в технологии Fast Ethernet, и его решили оставить в новой технологии Gigabit Ethernet. Сохранение недорогого решения для разделяемых сред позволит применить Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые сер­веры и рабочие станции.

· Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Тем не менее разработчикам технологии Gigabit Ethernet для сохранения приведенных выше свойств пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень MAC.

Перед разработчиками стандарта Gigabit Ethernet стояло несколько трудно разрешимых проблем. Одной из них была задача обеспечения приемлемого диаметра сети для полуду­плексного, режима работы. В связи с ограничениями, накладываемыми методом CSMA/CD на длину кабеля, версия Gigabit Ethernet для разделяемой среды допускала бы длину сегмента всего в 25 метров при сохранении размера кадров и всех параметров ме­тода CSMA/CD неизменными. Так как существует большое количество применений, когда нужно повысить диаметр сети хотя бы до 200 метров, необходимо было каким-то образом решить эту задачу за счет минимальных изменений в технологии Fast Ethernet.

Другой сложнейшей задачей было достижение битовой скорости 1000 Мбит/с на основ­ных типах кабелей. Даже для оптоволокна достижение такой скорости представляет неко­торые проблемы, так как технология Fibre Channel, физический уровень которой был взят за основу для оптоволоконной версии Gigabit Ethernet, обеспечивает скорость передачи данных всего в 800 Мбит/с (битовая скорость на линии равна в этом случае примерно 1000 Мбит/с, но при методе кодирования 8В/10В полезная битовая скорость на 25 % меньше скорости импульсов на линии).

И наконец, самая сложная задача - поддержка кабеля на витой паре. Такая задача на пер­вый взгляд кажется неразрешимой - ведь даже для 100-мегабитных протоколов пришлось использовать достаточно сложные методы кодирования, чтобы уложить спектр сигнала в полосу пропускания кабеля. Однако успехи специалистов по кодированию, проявившиеся в последнее время в новых стандартах модемов, показали, что задача имеет шансы на ре­шение. Чтобы не тормозить принятие основной версии стандарта Gigabit Ethernet, исполь­зующего оптоволокно и коак-сиал, был создан отдельный комитет 802.3ab, который зани­мается разработкой стандарта Gigabit Ethernet на витой паре категории 5.

Все эти задачи были успешно решены.

4.2. Средства обеспечения диаметра сети в 200 м на разделяемой среде

Для расширения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200 м разработчики технологии предприняли достаточно естественные меры, основы­вающиеся на известном соотношения времени передачи кадра минимальной длины и вре­менем двойного оборота.

Минимальный размер кадра был увеличен (без учета преамбулы) с 64 до 512 байт или до 4096 bt. Соответственно, время двойного оборота теперь также можно было увеличить до 4095 bt, что делает допустимым диаметр сети около 200 м при использовании одного по­вторителя. При двойной задержке сигнала в 10 bt/m оптоволоконные кабели длиной 100 м вносят вклад во время двойного оборота по 1000 bt, и если повторитель и сетевые адап­теры будут вносить такие же задержки, как в технологии Fast Ethernet (данные для кото­рых приводились в предыдущем разделе), то задержка повторителя в 1000 bt и пары сете­вых адаптеров в 1000 bt дадут в сумме время двойного оборота 4000 bt, что удовлетворяет условию распознавания коллизий. Для увеличения длины кадра до требуемой в новой технологии величины сетевой адаптер должен дополнить поле данных до длины 448 байт так называемый расширением (extention) , представляющим собой поле, заполненное за­прещенными символами кода 8В/10В, которые невозможно принять за коды данных.

Для сокращения накладных расходов при использовании слишком длинных кадров для передачи коротких квитанций разработчики стандарта разрешили конечным узлам пере­давать несколько кадров подряд, без передачи среды другим станциям. Такой режим по­лучил название Burst Mode - монопольный пакетный режим. Станция может передать подряд несколько кадров с общей длиной не болеебит или 8192 байт. Если стан­ции нужно передать несколько небольших кадров, то она может не дополнять их до раз­мера в 512 байт, а передавать подряд до исчерпания предела в 8192 байт (в этот предел входят все байты кадра, в том числе преамбула, заголовок, данные и контрольная сумма). Предел 8192 байт называется BurstLength. Если станция начала передавать кадр и предел BurstLength был достигнут в середине кадра, то кадр разрешается передать до конца.

Увеличение «совмещенного» кадра до 8192 байт несколько задерживает доступ к разде­ляемой среде других станций, но при скорости 1000 Мбит/с эта задержка не столь сущест­венна.

4.3. Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

· одномодовый волоконно-оптический кабель;

· многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

· многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

· двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель

Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому воло­конно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объяс­няется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. Однако возможность удешевления чрезвычайно важна для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.

Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации l000Base-SX и l000Base-LX.

В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна), а во втором - 1300 нм (L - от Long Wavelength, длинная волна).

Для спецификации l000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для кабеля 50/м. Очевидно, что эти максимальные значения могут достигаться только для полнодуплексной передачи данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках 220 м равно 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов оптоволоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 м. Приведенные расстояния в 220 и 500 м рассчитаны для худшего по стандарту слу­чая полосы пропускания многомодового кабеля, находящегося в пределах от 160 до 500 МГц/км. Реальные кабели обычно обладают значительно лучшими характеристиками, на­ходящимися между 600 и 1000 МГц/км. В этом случае можно увеличить длину кабеля до примерно 800 м.

Одномодовый кабель

Для спецификации l000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется по­лупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.

Основная область применения стандарта l000Base-LX - это одномодовое оптоволокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.

Спецификация l000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим - 550 м. Это связано с особенностями рас­пространения когерентного света в широком канале многомодового кабеля. Для присое­динения лазерного трансивера к многомодовому кабелю необходимо использовать специ­альный адаптер.

Твинаксиальный кабель

В качестве среды передачи данных используется высококачественный твинаксиальный кабель (Twinax) с волновым сопротивлением 150 Ом (2х75 Ом). Данные посылаются од­новременно по паре проводников, каждый из которых окружен экранирующей оплеткой. При этом получается режим полудуплексной передачи. Для обеспечения полнодуплекс­ной передачи необходимы еще две пары коаксиальных проводников. Начал выпускаться специальный кабель, который содержит четыре коаксиальных проводника - так называе­мый Quad-кабель. Он внешне напоминает кабель категории 5 и имеет близкий к нему внешний диаметр и гибкость. Максимальная длина твинаксиального сегмента составляет всего 25 метров, поэтому это решение подходит для оборудования, расположенного в од­ной комнате.

4.4. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

Как известно, каждая пара кабеля категории 5 имеет гарантированную полосу пропуска­ния до 100 МГц. Для передачи по такому кабелю данных со скоростью 1000 Мбит/с было решено организовать параллельную передачу одновременно по всем 4 парам кабеля (так же, как и в технологии l00VG-AnyLAN).

Это сразу уменьшило скорость передачи данных по каждой паре до 250 Мбит/с. Однако и для такой скорости необходимо было придумать метод кодирования, который имел бы спектр не выше 100 МГц. Кроме того, одновременное использование четырех пар на пер­вый взгляд лишает сеть возможность распознавать коллизии.

На оба эти вопроса комитет 802.ЗаЬ нашел ответы.

Для кодирования данных был применен код РАМ5, использующий 5 уровней потенциала: -2, -1,0, +1, +2. Поэтому за один такт по одной паре передается 2,322 бит информации. Следовательно, тактовую частоту вместо 250 МГц можно снизить до 125 МГц. При этом если использовать не все коды, а передавать 8 бит за такт (по 4 парам), то выдерживается требуемая скорость передачи в 1000 Мбит/с и еще остается запас неиспользуемых кодов, так как код РАМ5 содержит 54 = 625 комбинаций, а если передавать за один такт по всем четырем парам 8 бит данных, то для этого требуется всего 28 = 256 комбинаций. Остав­шиеся комбинации приемник может использовать для контроля принимаемой информа­ции и выделения правильных комбинаций на фоне шума. Код РАМ5 на тактовой частоте 125 МГц укладывается в полосу 100 МГц кабеля категории 5.

Для распознавания коллизий и организации полнодуплексного режима разработчики спе­цификации 802.3аЬ применили технику, используемую при организации дуплексного ре­жима на одной паре проводов в современных модемах и аппаратуре передачи данных абонентских окончаний ISDN. Вместо передачи по разным парам проводов или разнесе­ния сигналов двух одновременно работающих навстречу передатчиков по диапазону час­тот оба передатчика работают навстречу друг другу по каждой из 4-х пар в одном и том же диапазоне частот, так как используют один и тот же потенциальный код РАМ5 (рис. 3.4.1). Схема гибридной развязки Н позволяет приемнику и передатчику одного и того же узла использовать одновременно витую пару и для приема и для передачи (так же, как и в трансиверах коаксиального Ethernet).

Рис. 4.4.1. Двунаправленная передача по четырем парам DTP категории 5

Для отделения принимаемого сигнала от своего собственного приемник вычитает из ре­зультирующего сигнала известный ему свой сигнал. Естественно, что это не простая опе­рация и для ее выполнения используются специальные цифровые сигнальные процессоры - DSP (Digital Signal Processor). Такая техника уже прошла проверку практикой, но в мо­демах и сетях ISDN она применялась совсем на других скоростях.

При полудуплексном режиме работы получение встречного потока данных считается кол­лизией, а для полнодуплексного режима работы - нормальной ситуацией.

Ввиду того что работы по стандартизации спецификации Gigabit Ethernet на неэкраниро­ванной витой паре категории 5 подходят к концу, многие производители и потребители надеются на положительный исход этой работы, так как в этом случае для поддержки тех­нологии Gigabit Ethernet не нужно будет заменять уже установленную проводку категории 5 на оптоволокно или проводку категории 7.
5. Вывод

· Технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных се­тей. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть, за счет «сво­рачивания» двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.

· Технология Fast Ethernet сохранила в неприкосновенности метод доступа CSMA/CD, оставив в нем тот же алгоритм и те же временные параметры в битовых интервалах (сам битовый интервал уменьшился в 10 раз). Все отличия Fast Ethernet от Ethernet проявляются на физическом уровне.

· Стандарты l00Base-TX/FX могут работать в полнодуплексном режиме.

· Максимальный диаметр сети Fast Ethernet равен приблизительно 200 м, а более точные значения зависят от спецификации физической среды. В домене коллизий Fast Ethernet допускается не более одного повторителя класса I (позволяющего транслировать коды 4В/5В в коды 8В/6Т и обратно) и не более двух повторителей класса II (не позволяющих выполнять трансляцию кодов).

· В технологии l00VG-AnyLAN арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям доступа к разделяемой среде, является концентратор, поддерживающий метод Demand Priority - приоритетные требования. Метод Demand Priority оперирует с двумя уровнями приоритетов, выставляемыми станциями, причем приоритет станции, долго не получающей обслуживания, повышается динамически.

· Концентраторы VG могут объединяться в иерархию, причем порядок доступа к среде не зависит от того, к концентратору какого уровня подключена станция, а зависит только от приоритета кадра и времени подачи заявки на обслуживание.

· Технология Gigabit Ethernet добавляет новую, 1000 Мбит/с, ступень в иерархии скоростей семейства Ethernet. Эта ступень позволяет эффективно строить крупные локальные сети, в которых мощные серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль Gigabit Ethernet объединяет их, обеспечивая достаточно большой запас пропускной способности.

· Разработчики технологии Gigabit Ethernet сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet. Gigabit Ethernet использует те же форматы кадров, что и предыдущие версии Ethernet, работает в полнодуплексном и полудуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями.

· Для обеспечения приемлемого максимального диаметра сети в 200 м в полудуплексном режиме разработчики технологии Gigabit Ethernet пошли на увеличение минимального размера кадра с 64 до 512 байт. Разрешается также передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду, на интервале 8096 байт, тогда кадры не обязательно дополнять до 512 байт. Остальные параметры метода доступа и максимального размера кадра остались неизменными.

Сеть FDDI. Скорость 10 Мбит/с недостаточна для многих современных применений сетей. Поэтому разрабатываются технологии и конкретные реализации высокоскоростных ЛВС.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - ЛВС кольцевой структуры, использующая ВОЛС и специфический вариант маркерного метода доступа.

В основном варианте сети применено двойное кольцо на ВОЛС. Обеспечивается информационная скорость 100 Мбит/с. Расстояние между крайними узлами до 200 км, между соседними станциями - не более 2 км. Максимальное число узлов 500. В ВОЛС используются волны длиной 1300 нм.

Два кольца ВОЛС используются одновременно. Станции можно подключать к одному из колец или к обоим сразу. Использование конкретным узлом обоих колец позволяет для этого узла иметь суммарную пропускную способность в 200 Мбит/с. Другое возможное использование второго кольца - обход с его помощью поврежденного участка (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Кольца ВОЛС в сети FDDI

В FDDI используются оригинальные код и метод доступа. Применяется код типа NRZ (без возвращения к нулю), в котором изменение полярности в очередном такте времени воспринимается как 1, отсутствие изменения полярности как 0. Чтобы код был самосинхронизирующимся, после каждых четырех битов передатчик вырабатывает синхронизирующий перепад.

Такое специальное манчестерское кодирование носит название 4b/5b. Запись 4b/5b означает код, в котором для самосинхронизации при передаче 4 бит двоичного кода используется 5 бит так, что не может быть более двух нулей подряд, или после 4 бит добавляется еще один обязательный перепад, что и используется в FDDI.

При таком коде несколько усложняются блоки кодирования и декодирования, но зато повышается скорость передачи по линии связи, так как почти вдвое уменьшается максимальная частота переключения по сравнению с манчестерским кодом.

В соответствии с методом FDDI по кольцу циркулирует пакет, состоящий из маркера и информационных кадров. Любая станция, готовая к передаче, распознав проходящий через нее пакет, вписывает свой кадр в конец пакета. Она же ликвидирует его после того, как кадр вернется к ней после оборота по кольцу и при условии, что он был воспринят получателем. Если обмен происходит без сбоев, то кадр, возвращающийся к станции-отправителю, оказывается в пакете уже первым, так как все предшествующие кадры должны быть ликвидированы раньше.

Сеть FDDI обычно используется как объединяющая в единую сеть много отдельных подсетей ЛВС. Например, при организации информационной системы крупного предприятия целесообразно иметь ЛВС типа Ethernet или Token Ring в помещениях отдельных проектных подразделений, а связь между подразделениями осуществлять через сеть FDDI.

Fiber Distribution Data Interface или FDDI был создан в середине 80-х годов специально для объединения наиболее важных участков сети. Хотя для рабочей станции скорость передачи данных в 10 Мбит/с была великолепной, то для межсерверных коммуникаций она была явно недостаточна. Исходя из этих потребностей, FDDI был спроектирован для связи между серверами и другими важными участками сети и предусматривал возможность управления процессом передачи и его высокую надежность. Это основная причина из-за который он до сих пор занимает такое заметное место на рынке.

В отличие от Ethernet FDDI использует кольцевую структуру, где устройства объединяются в большое кольцо и передают данные последовательно один другому. Пакет может проследовать больше чем через 100 узлов, прежде чем дойдет до адресата. Но не путайте FDDI с Token Ring! В Token Ring используется только один маркер, который передается от одной машине к другой. FDDI использует другую идею - так называемый временной маркер. Каждая машина посылает данные следующей в течении определенного периода времени, о котором они договариваются заранее когда подключаются к кольцу. Станции могут посылать пакетов одновременно, если позволяет время.

Поскольку другие машины не должны ждать, пока освободится среда передачи, то размер пакета может достигать 20000 байт, хотя большинство использует пакеты размером 4500 байт, всего лишь в три раза больше пакета Ethernet. Тем не менее, если пакет предназначен для рабочей станции, подключенной к кольцу с помощью Ethernet, то его размер не будет превышать 1516 байт.

Одно из самых больших достоинств FDDI - это высокая надежность. Обычно он состоит из двух или более колец. Каждая машина может получать и посылать сообщения своим двум соседям. Это схема позволяет функционировать сети даже если оборвали кабель. Когда кабель порван, устройства на обоих концах разрыва начинают работать как заглушка и система продолжает функционировать как одно кольцо, которое проходит через каждое устройство дважды. Поскольку каждый конкретный путь однонаправлен и устройства передают данные в указанное время, то такая схема полностью исключает коллизии. Это позволяет FDDI достичь практически полной теоретической пропускной способности, которая фактически составляет 99% от теоретически возможной скорости передачи данных. Высокая надежность двойного кольца при условии всего выше сказанного заставляет потребителей продолжать покупать оборудование FDDI.

Принцип действия сети FDDI Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек. Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12. Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами. Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше. Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ в реальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации (например, для передачи видео и звуковой информации). Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер - специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, может передавать свои данные. Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгоритм кодирования "пять из четырех" - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования. Оптимизировано и управление доступа к среде (Medium Access Control - VAC). В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования. Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется. Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории. Станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция); 2. Станции класса B имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами. Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт. Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км). Топология. Применяемые при построении ЛВС механизмы контроля потоков являются топологически зависимыми, что делает невозможным одновременное использование Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря на тот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычные нам ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией среды распространения и базируется на совершенно иных принципах. Каждый N_порт при подключении к решетке Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (log-in) и получает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальных узлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и на каких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel является прерогативой самой решетки, то для узла совершенно неважно, какая топология лежит в ее основе. Точка-точка Самая простая схема, основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N_портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой - 1. В сущности, такая схема может рассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости в разграничении доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такого подключения можем привести наиболее часто встречающееся соединение сервера с внешним RAID массивом. Петля с арбитражным доступом Классическая схема подключения до 126 портов, с которой все и начиналось, если судить по аббревиатуре FC-AL. Любые два порта в кольце могут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно так же, как и в случае "точка-точка". При этом все остальные выполняют роль пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками, в чем, пожалуй, заключается одно из основных преимуществ технологии FC-AL перед SSA. Дело в том, что адресация в SSA построена на знании количества промежуточных портов между отправителем и получателем, поэтому адресный заголовок кадра SSA содержит счетчик переходов (hop count). Каждый встречающийся на пути кадра порт уменьшает содержимое этого счетчика на единицу и после этого заново генерирует CRC, тем самым существенно увеличивая задержку передачи между портами. Для избежания этого нежелательного эффекта разработчики FC-AL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслировать кадр в неизменном виде и с минимальной латентностью. Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используется обычными N_портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узлов обозначаются, как NL_порт. Основным преимуществом петли с арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количество подключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединения большого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выход их строя любого NL_порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает ее неработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считается пер...

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 (рис. 31), 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. 31. 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 (рис. 32, а).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рис. 32, 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.

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 (рис. 32, 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 FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рис. 32, 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 (рис. 32, 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.

Рис. 32. Обработка кадров станциями кольца FDDI

На рисунке 33 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. 33. 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:

Протокол передачи токена.

Правила захвата и ретрансляции токена.

Формирование кадра.

Правила генерации и распознавания адресов.

Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

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. В спецификации SMT определено следующее:

Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев.

Правила мониторинга работы кольца и станций.

Управление кольцом.

Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY 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 токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Характеристика		Ethernet	Token Ring
Битовая скорость
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота токена		Приоритетная система резервирования
Среда передачи данных	Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)
Максимальное расстояние между узлами	2 км (-11 dB потерь между узлами)
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)		260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары
Тактирование и восстановление после отказов	Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов	Не определены	Активный монитор