Tecnologia FDDI
L'abbreviazione FDDI sta per Fiber Distributed Data Interface (interfaccia dati distribuita in fibra ottica). Questa tecnologia è stata sviluppata a metà degli anni '80 dall'American National Standards Institute ANSI e successivamente ha costituito la base dello standard internazionale ISO 9314. Lo scopo principale della tecnologia era creare master per combinare reti basate su Ethernet e Token Ring.
Da questo appuntamento seguono gli obiettivi principali che sono stati fissati per questa tecnica:
- Aumenta il tasso di cambio fino a 100 Mbps.
- Elevata tolleranza ai guasti della rete, fornita dall'introduzione di procedure di ripristino dopo un guasto alle apparecchiature (danni ai cavi, lavoro scorretto stazioni o hub, interferenza sulle linee).
- Aumentare la distanza tra i nodi.
- Funzionamento altrettanto efficace durante la trasmissione di traffico sincrono (traffico sensibile al ritardo) e asincrono (non sensibile al ritardo) con un carico di rete elevato.
La rete è costruita sulla base di due anelli in fibra ottica: primaria (primaria) e di riserva (secondaria). Di solito si utilizza l'anello principale e, in caso di danneggiamento delle sezioni, l'anello viene arrotolato per mezzo di concentratori e schede di rete. I dati sugli anelli vengono trasmessi in direzioni opposte. Con danni multipli alla spina dorsale, la rete si divide in diverse reti indipendenti.
Il metodo di accesso alla tecnologia FDDI è in gran parte basato sul metodo di accesso Token Ring con un algoritmo di rilascio di token anticipato, ma presenta anche una serie di vantaggi rispetto ad esso.
Le differenze principali sono le seguenti:
- Il traffico non è suddiviso in 8 priorità, ma in 2 classi: dati sincroni (ad esempio multimediali in tempo reale), che devono essere trasmessi in piccole porzioni con ritardi fissi; dati asincroni (ad esempio, file) che non sono critici per i ritardi tra i frame di dati, è preferibile trasferirli meno spesso, ma in grandi porzioni. Il tipo di traffico è impostato dai protocolli livelli superiori.
- Il tempo di mantenimento del marker non è un valore fisso. Ti consente di soddisfare i requisiti del traffico sincrono e per il traffico asincrono si adatta alla congestione della rete e la regola bene, rallentando la trasmissione di frame asincroni non urgenti.
Durante l'inizializzazione dell'anello le stazioni concordano su T max - il tempo di rotazione massimo consentito del marker attorno all'anello. Il processo di inizializzazione inizia quando una stazione viene collegata o rimossa dalla rete, nonché quando cambia il valore di T max. In questo caso, ciascuna stazione offre un proprio valore T max , basato sul tempo massimo consentito tra la trasmissione dei propri frame. La procedura è simile alla selezione del monitor attivo in Token Ring. La stazione con il valore minimo di T max vince la competizione (per tenere conto delle esigenze del traffico sincrono più sensibile ai ritardi). Questa stazione diventa il proprietario del marker. Invia un messaggio di controllo a tutte le stazioni della rete circa la necessità di impostare un nuovo valore per T max . Sulla base di T max , è determinato fisso piccolo tempo di mantenimento del marcatore per la trasmissione di trame sincrone Tc hold e Ora di inizio per trasmettere frame di attesa Ta0 asincroni. Questi valori sono scelti in modo tale che durante T max ogni stazione dell'anello abbia il tempo di trasmettere una porzione di dati sincroni e vi sia un certo margine di tempo per la trasmissione di dati asincroni da parte di alcune stazioni. Quindi la stazione - il proprietario del token trasmette la sua porzione di dati sincroni e consegna il token alla stazione successiva. Durante il primo passaggio del token intorno all'anello, è consentita la trasmissione solo di dati sincroni.
In futuro, se la stazione trasmette dati sincroni, quando un token arriva ad essa, ha sempre il diritto di catturarlo e trasmettere dati durante Tc hold.
Se la stazione trasmette dati asincroni, quando arriva il token, misura tempo di consegna effettivo prova, cioè il tempo trascorso dal precedente arrivo del token, e può trasmettere i suoi frame durante il tempo di attesa pari a Ta hold = Ta0 hold. + (T max -Prova .). Se l'anello non è sovraccarico (non tutte le stazioni hanno trasmesso dati nell'ultimo giro), prova< 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.
Se tutte le stazioni vogliono inviare traffico asincrono e il token gira troppo lentamente sull'anello, tutte le stazioni lo lasceranno passare, girerà rapidamente in cerchio e nel ciclo successivo le stazioni lo cattureranno.
FDDI - (Fiber Distributed Data Interface) - una specifica standardizzata per architettura di rete trasmissione ad alta velocità di informazioni su linee in fibra ottica. La velocità di trasporto è di 100 Mbps. Topologia logica - anello (doppio), metodo di accesso - deterministico, con trasporto marker. Il token di accesso viene trasportato da una stazione all'altra lungo l'anello. La stazione che ha il marker ha il diritto di trasmettere informazioni. La tecnologia consente il trasporto di traffico asincrono e sincrono. Durante il trasporto del traffico sincrono, nella fase di inizializzazione dell'anello, viene determinata la larghezza di banda, che viene assegnata a ciascuna stazione per il trasporto. Il traffico asincrono può allocare il resto della larghezza di banda dell'anello. Il throughput reale dell'anello può essere di - 95 Mbit / s, ma con notevoli ritardi nel servizio. Riducendo al minimo la latenza, il throughput può scendere fino a 20 Mbps.
Importo massimo stazioni in rete - 500 con un doppio anello e 1000 con uno singolo. La lunghezza tra le stazioni è fino a 2 km con un cavo multimodale e fino a 45-60 km con un cavo monomodale La lunghezza di un singolo anello è di 200 km, un doppio anello è di 100 km. La tecnologia FDDI può essere analizzata come un miglioramento, che si manifesta in una maggiore tolleranza ai guasti, prestazioni e un aumento delle dimensioni della rete in relazione al numero di nodi e alla distanza tra loro. La tolleranza ai guasti è rafforzata dal secondo anello, che si chiude se il primo anello si rompe. La tecnologia FDDI è facilmente integrabile con Token Ring ed Ethernet, il che la rende ampiamente utilizzata nelle dorsali ad alta velocità.
Lo standard FDDI definisce 4 componenti: SMT, MAC, PHY, PMD (Fig. 1).
- SMT (Station Management) - specifica le impostazioni di anelli e stazioni, algoritmi per trasformare una stazione in un anello e spegnerlo, ecc. Implementa la generazione di frame diagnostici, gestisce l'accesso alla rete e implementa l'integrità dell'anello, reindirizza il traffico dati all'anello secondario in caso di problemi nel primo. Puoi anche utilizzare un anello secondario per aumentare il throughput fino a 200 Mbps.
- MAC (Media Access Control) - indica i formati dei frame, l'indirizzamento, l'algoritmo di calcolo CRC, la gestione degli errori. Corrisponde a MAC - un sottolivello del livello di collegamento OSI. Scambia informazioni con la LLC superiore - sottolivello.
- PHY - (Physical) - indica la codifica e la decodifica, la sincronizzazione, il framing del traffico. Si riferisce al livello fisico del modello OSI.
- PMD (Physical Medium Dependent) - determina i parametri di ottica o elementi elettrici(cavi, ricetrasmettitori, connettori) caratteristiche dei canali di comunicazione. Si riferisce al livello fisico del modello OSI.
Immagine 1
L'implementazione elettrica dell'architettura FDDI a doppino intrecciato è chiamata CDDI o TPDDI. SDDI definisce l'implementazione di un cavo schermato STP di tipo 1. Rispetto alla versione ottica, queste tecnologie sono più economiche. ma la lunghezza consentita dei canali di comunicazione tra i nodi è ridotta a 100 M. Rispetto alle versioni ottiche, le versioni elettriche sono meno standardizzate e non è garantita la compatibilità di apparecchiature di diversi produttori.
Tecnologie dello strato fisico
Le porte hardware FDDI hanno ricetrasmettitori che implementano linee separate per i segnali ricevuti (Rx) e trasmessi (Tx). qui viene utilizzata la logica 4B/5B, in cui ogni quattro bit dei dati originali è codificato con un simbolo a 5 bit. Una velocità di trasporto effettiva di 100 Mbps è implementata da un bit-slot clock di 125 MHz.
Il doppino intrecciato o la fibra ottica è implementato come mezzo di trasmissione:
- SMF-PMD è una fibra monomodale con sorgenti laser. La lunghezza consentita del canale è di 40-60 km.
- MMF-PMD - implementa una fibra multimodale come mezzo di trasmissione, la sorgente di radiazione è un LED. La lunghezza consentita del canale è di 2 km.
- LCF-PMD è una fibra multimodale a basso costo in cui la lunghezza del collegamento è limitata a 500 m.
- TP PMD - doppino intrecciato STP tipo 1 o UTP categoria 5, connettori Rj - 45. Sono implementate due coppie di fili, lunghezza - 100 m.
Per tutte le opzioni ottiche, la lunghezza d'onda è 1300 nm, motivo per cui le porte MMF, LCF e SMF possono essere combinate se la connessione introduce un'attenuazione accettabile. Topologia fisica Reti FDDI: ibride o ad anello, inclusione parziale di sottoreti a stella o ad albero nella rete principale tramite un hub. La figura 2 mostra un esempio che implementa i seguenti tipi di connessione:
- SAS - Stazione di connessione singola (solo verso l'anello primario)
- DAS - doppia stazione di connessione (ad entrambi gli anelli)
- SAC - hub di connessione singolo, implementa connessioni a nodo di connessione singolo
- DAC - concentratore a doppia connessione, implementa la connessione a nodi di connessione singola a doppio anello
Disegno - 2
Hanno stazioni a doppia connessione (DAS) e a connessione singola (SAS). diversi modi collegamento all'anello (Fig. 3). Le stazioni di connessione DAS (classe A) hanno due ricetrasmettitori e possono essere integrate direttamente nella rete centrale, agli anelli. In modalità normale, il segnale che arriva all'ingresso Pri_In viene tradotto nell'uscita Pri_Out e, durante il trasporto, un frame trasportato dalla stazione corrente viene inserito in questa catena. La connessione Sec_In - Sec_Out viene implementata come backup. Le stazioni SAS a connessione singola, note anche come stazioni di classe B, hanno un ricetrasmettitore e sono integrate nell'anello principale. C'è solo una connessione In-Out per loro. La rete centrale può essere collegata tramite un hub o uno switch di bypass.
Figura - 3, a - collegamento singolo (SAS), b - collegamento doppio (DAS)
Hub possono essere anche connessioni singole (SAC) o doppie (DAC) (Fig. 4). I loro compiti includono l'implementazione dell'integrità dell'anello logico, indipendentemente dai parametri della linea e dai nodi collegati alle sue porte. DAC implementa l'inclusione di stazioni SAS e concentratori SAC in un doppio anello logico, SAC - include in un unico. Con una topologia ad albero oa stella al 100%, senza anello esplicito, l'hub radice implementa un concentratore di collegamento nullo.
Figura - 4, a - connessione singola (SAC), b - connessione doppia (DAC)
Ripetitore- implementa un'amplificazione intermedia del segnale ottico, in alcuni casi può essere implementato un passaggio da fibra monomodale a fibra multimodale. Attenuatore- attuare una diminuzione della potenza all'ingresso del ricevitore al livello nominale.
interruttore di bypass- doppia o singola, attua il bypass del nodo in caso di guasto o disconnessione. Tale dispositivo è posizionato tra l'anello e la stazione e implementa una delle due opzioni schemi possibili commutazione dei flussi luminosi (Fig. 5). L'interruttore collega la stazione all'anello, se disponibile permissivo segnale pronto. Quando si implementano gli interruttori di bypass, è necessario considerare:
- l'implementazione di tale switch è possibile solo quando si collegano stazioni con fibre vicine dello stesso tipo (solo MM o SM). In caso contrario, la connessione della fibra monomodale a quella multimodale non è operativa.
- La lunghezza totale dei cavi in arrivo allo scambio dalle stazioni vicine non deve superare il limite per di questo tipo cavi e porte con il parametro di attenuazione introdotto dallo switch (~ 2,5 dB).
- Il numero di interruttori di bypass è limitato a causa dell'attenuazione e della lunghezza del cavo.
Figura - 5, a - la stazione è accesa, b - spenta
Separatori- dispositivi che implementano la combinazione/diramazione di segnali ottici.
Interfacce e porte FDDI
Lo standard descrive 4 tipi di porte:
- porta A - ricezione dall'anello primario, trasporto al secondario (per dispositivi a doppia connessione)
- porta B - ricezione dall'anello secondario, trasporto al primario (-//-)
- porta M (master) - ricezione e trasmissione da un anello. Si collega agli hub per la connettività SAC o SAS.
- porta S (slave) - ricezione e trasmissione da un anello. Si collega a hub e stazioni a connessione singola.
Per un anello tipico, ci sono regole di connessione alla porta:
- la porta A si collega solo dalle porte B e viceversa
- la porta M si collega solo alla porta S
La Tabella 1 mostra le opzioni di connessione della porta. V - Le connessioni valide sono contrassegnate, U - Indesiderato, che può portare a topologie impreviste. X - assolutamente non valido. P - collegamento delle porte A e B con le porte M, collegamento attivo della sola porta B (mentre è in vita).
| Porta 1 | Porta 2 | |||
|---|---|---|---|---|
| UN | B | S | M | |
| UN | 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 |
Per la tecnologia FDDI sono stati sviluppati speciali connettori duplex ottici, tenendo conto della versatilità di collegamento di trasmettitori e ricevitori, FDDI MIC (Media Interface Connector). Le spine sui cavi hanno delle fessure e le prese hanno delle sporgenze, un tale sistema consente di eliminare gli errori di commutazione delle porte (Fig. 6).
Figura - 6, a - per doppia connessione, b - per singola
Formati di cornice
Nell'anello FDDI possono essere trasmessi due tipi di pacchetti: un token e ciascun dato/comando (MAC Data/frame frame) (Fig. 7). La lunghezza degli elementi è in caratteri a 5 bit (a causa di 4B/5B). La lunghezza del frame non può superare i 9000 caratteri.
Disegno - 7
Cornici e marker sono costituiti da:
- Pre - Preambolo, un insieme speciale di caratteri con cui la stazione si sincronizza e si prepara per l'elaborazione dei frame
- SD - separatore di avvio, combinazione JK
- ED - delimitatore finale, uno o due caratteri T
- FC è il byte di controllo del pacchetto.
- DA - Indirizzo di destinazione a 2 o 6 byte - univoco, multicast o broadcast
- SA - indirizzo di origine del frame, simile a DA
- Info è un campo dati lungo fino a 4478 byte. Dispone di informazioni di livello superiore (LLC) o informazioni di controllo
- FCS - Codice CRC a 4 byte
- FS - stato del frame (12 bit)
I frame di comando (frame MAC) hanno la stessa struttura dei frame di dati, ma il campo delle informazioni è sempre di lunghezza zero. Il codice di comando viene passato nel campo FC e il campo FS viene implementato per trasferire i risultati.
In base al contenuto del campo Info, si distinguono due tipi di frame: FDDI SNAP, FDDI 802.2. Sono simili, con poche eccezioni:
- FDDI ha due byte di controllo del frame che contengono i suoi parametri e il campo dello stato del frame. Non ci sono analoghi in Ethernet
- I frame Ethernet hanno un campo di lunghezza dove non implementato in FDDI (e non necessario)
La figura 8 mostra i formati frame FDDI SNAP, FDDI 802.2.
- aumentare il bit rate del trasferimento dati fino a 100 Mbps;
- migliorare la resilienza della rete di procedure standard ripristinandolo dopo guasti di vario genere: danni al cavo, funzionamento errato del nodo, hub, presenza di un elevato livello di interferenza sulla linea, ecc.;
- sfruttare al meglio il potenziale portata reti sia per il traffico asincrono che sincrono (sensibile al ritardo).
Riso. 3.17. Struttura dei protocolli tecnologici FDDI Caratteristica distintiva La tecnologia FDDI è il livello di controllo della stazione - Gestione delle stazioni (SMT).È il livello SMT che svolge tutte le funzioni di gestione e monitoraggio di tutti gli altri livelli dello stack del protocollo FDDI. Ogni nodo della rete FDDI partecipa alla gestione dell'anello. Pertanto, tutti gli host si scambiano frame SMT speciali per gestire la rete. La tolleranza ai guasti delle reti FDDI è fornita anche da protocolli di altri livelli: utilizzando il livello fisico, i guasti di rete vengono eliminati per motivi fisici, ad esempio a causa della rottura di un cavo, e utilizzando il livello MAC, i guasti di rete logici, ad esempio, il perdita del percorso interno necessario per il trasferimento del token e dei frame di dati tra le porte dell'hub. 1.1. introduzione
2. Internet veloce e 100VG - AnyLAN come evoluzione della tecnologia Ethernet
2.1. introduzione
3. Caratteristiche della tecnologia 100VG-AnyLAN
3.1 Introduzione
5. conclusione
1. Tecnologia FDDI
1.1. introduzione
Tecnologia FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- L'interfaccia dati distribuiti in fibra ottica è la prima tecnologia LAN in cui il mezzo di trasmissione dati è un cavo in fibra ottica. I lavori per la realizzazione di tecnologie e dispositivi per l'utilizzo dei canali in fibra ottica nelle reti locali sono iniziati negli anni '80, poco dopo l'inizio dell'esercizio industriale di tali canali nelle reti territoriali. Il gruppo problematico XZT9.5 dell'Istituto ANSI si è sviluppato nel periodo dal 1986 al 1988. le prime versioni dello standard FDDI, che prevede la trasmissione di frame alla velocità di 100 Mbit/s su un doppio anello in fibra ottica lungo fino a 100 km.
1.2. Principali caratteristiche della tecnologia
La tecnologia FDDI si basa in gran parte sulla tecnologia Token Ring, sviluppando e migliorando le sue idee principali. Gli sviluppatori della tecnologia FDDI si sono posti i seguenti obiettivi come la massima priorità:
· aumentare il bit rate di trasmissione dati fino a 100 Mbit/s;
· aumentare la tolleranza ai guasti della rete grazie a procedure standard per il ripristino della stessa dopo guasti di vario genere - danneggiamento del cavo, errato funzionamento di un nodo, hub, elevato livello di rumore sulla linea, ecc.;
· fare l'uso più efficiente della potenziale larghezza di banda della rete sia per il traffico asincrono che per quello sincrono (sensibile al ritardo).
La rete FDDI è costruita sulla base di due anelli in fibra ottica, che costituiscono i percorsi di trasmissione dati principali e di backup tra i nodi della rete. Avere due anelli è il modo principale per aumentare la resilienza in una rete FDDI e i nodi che desiderano sfruttare questo maggiore potenziale di affidabilità devono essere collegati a entrambi gli anelli.
Nella modalità normale della rete, i dati passano attraverso tutti i nodi e tutte le sezioni di cavo solo dell'anello primario, questa modalità è chiamata modalità Attraverso- "attraverso" o "transito". L'anello secondario (Secondary) non viene utilizzato in questa modalità.
In caso di qualche tipo di guasto in cui una parte dell'anello primario non è in grado di trasmettere dati (ad esempio, una rottura del cavo o un guasto del nodo), l'anello primario viene combinato con il secondario (Fig. 1.2), formando sempre un anello unico . Questa modalità di rete viene chiamata Avvolgere, cioè "piegare" o "piegare" gli anelli. L'operazione di piegatura viene eseguita tramite hub e/o adattatori di rete FDDI. Per semplificare questa procedura, i dati sull'anello primario vengono sempre trasmessi in una direzione (nei diagrammi, questa direzione è mostrata in senso antiorario) e sul secondario - nella direzione opposta (mostrata in senso orario). Pertanto, quando un anello comune è formato da due anelli, i trasmettitori delle stazioni rimangono comunque collegati ai ricevitori delle stazioni vicine, il che consente di trasmettere e ricevere correttamente le informazioni dalle stazioni vicine.
Riso. 1.2. Riconfigurazione degli anelli FDDI in caso di guasto
Negli standard FDDI viene prestata molta attenzione alle varie procedure che consentono di determinare la presenza di un guasto nella rete, per poi effettuare la necessaria riconfigurazione. La rete FDDI può ripristinare completamente la sua operatività in caso di guasti singoli dei suoi elementi. Con più errori, la rete si divide in diverse reti non correlate. La tecnologia FDDI integra i meccanismi di rilevamento guasti della tecnologia Token Ring con meccanismi di riconfigurazione del percorso di trasmissione dati in rete, basati sulla presenza di collegamenti ridondanti forniti dal secondo anello.
Gli anelli nelle reti FDDI sono considerati un mezzo di trasmissione dati condiviso comune, quindi viene definito un metodo di accesso speciale. Questo metodo è molto simile al metodo di accesso delle reti Token Ring ed è anche chiamato metodo Token Ring.
Il metodo di accesso differisce in quanto il tempo di ritenzione del token nella rete FDDI non è un valore costante, come nella rete Token Ring. Questa volta dipende dal carico dell'anello: con un piccolo carico aumenta e con grandi sovraccarichi può diminuire fino a zero. Queste modifiche al metodo di accesso influiscono solo sul traffico asincrono, che non è fondamentale per piccoli ritardi di frame. Per il traffico sincrono, il tempo di mantenimento del token è ancora un valore fisso. Il meccanismo di priorità del frame, simile a quello adottato nella tecnologia Token Ring, è assente nella tecnologia FDDI. Gli sviluppatori della tecnologia hanno deciso che dividere il traffico in 8 livelli di priorità è ridondante ed è sufficiente dividere il traffico in due classi: asincrono e sincrono, l'ultima delle quali è sempre servita, anche quando l'anello è sovraccarico.
In caso contrario, l'inoltro di frame tra stazioni ad anello a livello MAC è pienamente coerente con la tecnologia Token Ring. Le stazioni FDDI utilizzano un algoritmo di rilascio di token anticipato, così come le reti Token Ring a 16 Mbps.
Gli indirizzi di livello MAC hanno un formato standard per le tecnologie IEEE 802. Il formato frame FDDI è vicino al formato frame Token Ring, le differenze principali sono l'assenza di campi di priorità. Segnali di riconoscimento dell'indirizzo, copiatura dei frame ed errori consentono di salvare le procedure di elaborazione dei frame disponibili nelle reti Token Ring da parte della stazione trasmittente, delle stazioni intermedie e della stazione ricevente.
Sulla fig. 1.2. viene data la corrispondenza della struttura del protocollo della tecnologia FDDI al modello OSI a sette livelli. FDDI definisce il protocollo del livello fisico e il protocollo MAC (Media Access Sublayer) del livello di collegamento. Come molte altre tecnologie LAN, FDDI utilizza il protocollo del sottolivello di controllo del collegamento dati LLC definito nello standard IEEE 802.2. Pertanto, nonostante il fatto che la tecnologia FDDI sia stata sviluppata e standardizzata dall'istituto ANSI e non dal comitato IEEE, si inserisce perfettamente nella struttura degli standard 802.
Riso. 1.2. Struttura dei protocolli tecnologici FDDI
Una caratteristica distintiva della tecnologia FDDI è il livello di controllo della stazione - Gestione delle stazioni (SMT).È il livello SMT che svolge tutte le funzioni di gestione e monitoraggio di tutti gli altri livelli dello stack del protocollo FDDI. Ogni nodo della rete FDDI partecipa alla gestione dell'anello. Pertanto, tutti gli host si scambiano frame SMT speciali per gestire la rete.
La tolleranza ai guasti delle reti FDDI è fornita anche da protocolli di altri livelli: utilizzando il livello fisico, i guasti di rete vengono eliminati per motivi fisici, ad esempio a causa della rottura di un cavo, e utilizzando il livello MAC, i guasti di rete logici, ad esempio, il perdita del percorso interno necessario per il trasferimento del token e dei frame di dati tra le porte dell'hub.
1.3. Caratteristiche del metodo di accesso FDDI
Per la trasmissione di trame sincrone, la stazione ha sempre il diritto di acquisire il token al suo arrivo. Il tempo di attesa del marker ha un valore fisso predeterminato.
Se la stazione dell'anello FDDI deve trasmettere un frame asincrono (il tipo di frame è determinato dai protocolli del livello superiore), determinare la possibilità catturare il marcatore al suo prossimo all'arrivo, la stazione dovrebbe misurare l'intervallo di tempo trascorso dal precedente arrivo del token. Questo intervallo è chiamato tempo di rotazione del token (TRT). L'intervallo TRT viene confrontato con un altro valore - il tempo di ritorno massimo consentito del marker lungo l'anello T_0r. Se nella tecnologia Token Ring il tempo di rotazione del token massimo consentito è un valore fisso (2,6 s basato su 260 stazioni nell'anello), nella tecnologia FDDI le stazioni concordano sul valore di T_0rg durante l'inizializzazione dell'anello. Ogni stazione può offrire il proprio valore di T_0r, di conseguenza, per l'anello viene impostato il minimo dei tempi offerti dalle stazioni. Ciò consente di tenere conto delle esigenze delle applicazioni in esecuzione sulle stazioni. In generale, le applicazioni sincrone (in tempo reale) devono inviare dati alla rete più spesso in piccoli blocchi, mentre le applicazioni asincrone accedono alla rete meno spesso, ma in grandi blocchi. Viene data preferenza alle stazioni che trasmettono traffico sincrono.
Pertanto, al successivo arrivo del token per la trasmissione di una trama asincrona, l'effettivo tempo di rotazione del token TRT viene confrontato con il massimo T_0rg possibile. Se l'anello non è sovraccarico, il marker arriva prima della scadenza dell'intervallo T_0r, ovvero 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.
Se l'anello è sovraccarico e il marker è in ritardo, l'intervallo TRT sarà maggiore di T_0r. In questo caso, la stazione non ha il diritto di acquisire il token per il frame asincrono. Se tutte le stazioni della rete vogliono trasmettere solo frame asincroni e il token ha effettuato un giro dell'anello troppo lentamente, tutte le stazioni saltano il token nella modalità di ripetizione, il token effettua rapidamente il turno successivo e al ciclo successivo di funzionamento, le stazioni hanno già il diritto di acquisire il token e trasmettere i propri frame.
Il metodo di accesso FDDI per il traffico asincrono è adattivo e gestisce bene la congestione temporanea della rete.
1.4. Tolleranza ai guasti della tecnologia FDDI
Per garantire la tolleranza ai guasti, lo standard FDDI prevede la creazione di due anelli in fibra ottica: primario e secondario. Lo standard FDDI consente due tipi di connessione delle stazioni alla rete. La connessione simultanea agli anelli primario e secondario è chiamata doppia connessione - Dual Attachment, DA. Il collegamento solo all'anello primario è chiamato connessione singola - Single Attachment, SA.
Lo standard FDDI prevede la presenza di nodi finali nella rete - stazioni (Stazione), nonché hub (Concentratore). Per le stazioni e gli hub è consentito qualsiasi tipo di connessione di rete, sia singola che doppia. Di conseguenza, tali dispositivi hanno i nomi corrispondenti: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) e DAC (Dual Attachment Concentrator).
In genere, gli hub sono a doppio cavo, mentre le stazioni sono a cavo singolo, come mostrato nella Figura 1. 1.4, sebbene non sia obbligatorio. Per facilitare la corretta connessione dei dispositivi alla rete, i relativi connettori sono contrassegnati. I connettori di tipo A e B devono essere per dispositivi con doppia connessione, per un hub è disponibile un connettore M (Master) per una connessione singola di una stazione, in cui il connettore di accoppiamento deve essere di tipo S (Slave).
Riso. 1.4. Collegamento di nodi agli anelli FDDI
In caso di rottura di un singolo cavo tra dispositivi doppi collegati, la rete FDDI potrà continuare lavoro normale grazie alla riconfigurazione automatica dei percorsi interni di trasferimento del frame tra le porte hub (Fig. 1.4.2). La rottura del cavo due volte risulterà in due reti FDDI isolate. Se il cavo che porta alla stazione con un unico collegamento si interrompe, viene tagliato fuori dalla rete e l'anello continua a funzionare a causa della riconfigurazione del percorso interno nell'hub - porta M, a cui questa stazione era collegata, saranno esclusi dal percorso comune.
Riso. 1.4.2. Riconfigurazione della rete FDDI in caso di rottura del filo
Per mantenere le prestazioni della rete durante un'interruzione di corrente nelle stazioni dual-connected, cioè le stazioni DAS, queste ultime devono essere dotate di interruttori di bypass ottico (Optical Bypass Switch), che creano un bypass per i flussi luminosi quando la potenza che ricevono dalla stazione fallisce.
Infine, le stazioni DAS o gli hub DAC possono essere collegati a due porte M di uno o due hub, creando una struttura ad albero con collegamenti primari e secondari. Per impostazione predefinita, la porta B è il collegamento principale e la porta A è il collegamento di backup. Questa configurazione è chiamata connessione Dual Homing.
La tolleranza ai guasti viene mantenuta monitorando costantemente il livello SMT di hub e stazioni per gli intervalli di tempo di circolazione di token e frame, nonché per la presenza di una connessione fisica tra le porte vicine nella rete. Non esiste un monitor attivo dedicato nella rete FDDI: tutte le stazioni e gli hub sono uguali e, se vengono rilevate deviazioni dalla norma, iniziano il processo di reinizializzazione della rete e quindi di riconfigurazione.
La riconfigurazione dei percorsi interni negli hub e negli adattatori di rete viene eseguita da speciali interruttori ottici che reindirizzano il raggio di luce e hanno un design piuttosto complesso.
1.5. Livello fisico della tecnologia FDDI
La tecnologia FDDI per la trasmissione di segnali luminosi su fibre ottiche implementa la codifica logica 4V/5V in combinazione con la codifica fisica NRZI. Questo schema si traduce nella trasmissione di segnali con una frequenza di clock di 125 MHz sulla linea di comunicazione.
Poiché su 32 combinazioni di simboli a 5 bit, sono necessarie solo 16 combinazioni per codificare i simboli originali a 4 bit, vengono selezionati diversi codici dai restanti 16, che vengono utilizzati come quelli di servizio. I caratteri di servizio più importanti includono il carattere Idle, un carattere semplice che viene costantemente trasmesso tra le porte durante le pause tra la trasmissione dei frame di dati. Per questo motivo, le stazioni e gli hub della rete FDDI hanno informazioni costanti sullo stato delle connessioni fisiche delle loro porte. Se non è presente alcun flusso di caratteri inattivo, viene rilevato un errore di collegamento fisico e il percorso interno dell'hub o della stazione viene riconfigurato, se possibile.
Quando due nodi sono inizialmente collegati tramite cavo, le loro porte vengono prima sottoposte alla procedura di creazione della connessione fisica. Questa procedura utilizza sequenze di caratteri del servizio di codice 4B/5B per creare un linguaggio di comando a livello fisico. Questi comandi consentono alle porte di scoprire i rispettivi tipi di porta (A, B, M o S) e di decidere se una determinata connessione è corretta (ad esempio, una connessione SS non è valida, ecc.). Se la connessione è corretta, viene eseguito un test di qualità del canale durante la trasmissione di simboli di codice 4B / 5B, quindi il livello MAC dei dispositivi collegati viene verificato trasmettendo diversi frame MAC. Se tutti i test hanno esito positivo, la connessione fisica viene considerata stabilita. Il lavoro per stabilire una connessione fisica è controllato dal protocollo di gestione della stazione SMT.
Lo strato fisico è diviso in due sottostrati: il sottostrato PHY (Physical) indipendente dai media e il sottostrato PMD (Physical Media Dependent) dipendente dai media (vedi Figura 1.2).
La tecnologia FDDI attualmente supporta due sottostrati PMD: per il cavo in fibra ottica e per il doppino intrecciato non schermato di categoria 5. Quest'ultimo standard è apparso più tardi di quello ottico e si chiama TP-PMD.
Il sottostrato in fibra ottica PMD fornisce i mezzi necessari per trasferire i dati da una stazione all'altra su una fibra ottica. La sua specifica definisce:
utilizzare come principale ambiente fisico cavo in fibra ottica multimodale 62,5/125 µm;
· Requisiti per la potenza dei segnali ottici e la massima attenuazione tra i nodi della rete. Per il cavo multimodale standard, questi requisiti determinano un limite di distanza tra i nodi di 2 km e per il cavo monomodale la distanza aumenta a 10-40 km, a seconda della qualità del cavo;
· requisiti per interruttori di bypass ottici e ricetrasmettitori ottici;
parametri dei connettori ottici MIC (Media Interface Connector), la loro marcatura;
utilizzare per la trasmissione di luce con una lunghezza d'onda di 1300 nm;
· Rappresentazione di segnali in fibra ottica secondo il metodo NRZI.
Il sottolivello TP-PMD definisce la capacità di trasferire dati tra stazioni su doppino intrecciato in conformità con il metodo di codifica fisica MLT-3, utilizzando due livelli di potenziale: +V e -V per rappresentare i dati nel cavo. Per ottenere uno spettro di potenza uniforme del segnale, i dati passano attraverso uno scrambler prima della codifica fisica. La distanza massima tra i nodi secondo lo standard TP-PMD è di 100 m.
La lunghezza totale massima di un anello FDDI è di 100 chilometri, il numero massimo di stazioni doppie collegate nell'anello è 500.
1.6. Confronto di FDDI con le tecnologie Ethernet e Token Ring
In tavola. 1.6 presenta i risultati del confronto della tecnologia FDDI con le tecnologie Ethernet e Token Ring.
Tabella 1.6. Caratteristiche delle tecnologie FDDI, Ethernet, Token Ring
La tecnologia FDDI è stata sviluppata per l'uso in aree critiche delle reti, su connessioni backbone tra reti di grandi dimensioni, come reti di edifici, nonché per il collegamento di server ad alte prestazioni a una rete. Pertanto, la cosa principale per gli sviluppatori era garantire velocità di trasferimento dati elevate, tolleranza ai guasti a livello di protocollo e lunghe distanze tra i nodi di rete. Tutti questi obiettivi sono stati raggiunti. Di conseguenza, la tecnologia FDDI si è rivelata di alta qualità, ma molto costosa. Anche l'introduzione di un'opzione a doppino intrecciato più economica non ha ridotto di molto il costo di connessione di un singolo nodo a una rete FDDI. Pertanto, la pratica ha dimostrato che l'area principale di applicazione della tecnologia FDDI è diventata la spina dorsale di reti composte da più edifici, nonché reti della scala di una grande città, ovvero la classe MAN. Per connettere computer client e anche piccoli server, la tecnologia si è rivelata troppo costosa. E poiché le apparecchiature FDDI sono in produzione da circa 10 anni, non dovremmo aspettarci una riduzione significativa dei suoi costi.
Di conseguenza, dall'inizio degli anni '90, gli specialisti di rete hanno iniziato a cercare modi per creare tecnologie relativamente poco costose e allo stesso tempo ad alta velocità che avrebbero funzionato con lo stesso successo su tutti i piani della rete aziendale, come hanno fatto Ethernet e Token Tecnologie ad anello negli anni '80.
2. Fast Ethernet e 100VG - AnyLAN come evoluzione della tecnologia Ethernet
2.1. introduzione
La classica Ethernet a 10 Mbit soddisfa la maggior parte degli utenti da circa 15 anni. Tuttavia, all'inizio degli anni '90, la sua capacità insufficiente iniziò a farsi sentire. Per i computer accesi Processori Intel 80286 o 80386 con bus ISA (8 MB/s) o EISA (32 MB/s), la larghezza di banda del segmento Ethernet era 1/8 o 1/32 del collegamento memoria-disco, e questo era in buon accordo con il rapporto tra i volumi di dati elaborati localmente e i dati trasmessi sulla rete. Per stazioni client più potenti con bus PCI(133 MB / s) questa quota è scesa a 1/133, il che chiaramente non era sufficiente. Di conseguenza, molti segmenti di Ethernet a 10 Mbit sono diventati congestionati, la risposta dei server al loro interno è diminuita in modo significativo e la frequenza delle collisioni è aumentata in modo significativo, riducendo ulteriormente il throughput utile.
C'è bisogno di sviluppare una “nuova” Ethernet, ovvero una tecnologia che sia altrettanto efficace in termini di rapporto qualità/prezzo con una performance di 100 Mbps. A seguito di ricerche e ricerche, gli esperti sono stati divisi in due campi, che alla fine hanno portato all'emergere di due nuove tecnologie: Fast Ethernet e l00VG-AnyLAN. Si differenziano per il grado di continuità con la classica Ethernet.
Nel 1992, un gruppo di produttori apparecchiature di rete, inclusi i leader nella tecnologia Ethernet come SynOptics, 3Com e molti altri, hanno formato la Fast Ethernet Alliance senza scopo di lucro per sviluppare un nuovo standard tecnologico che preservasse il più possibile le caratteristiche della tecnologia Ethernet.
Il secondo campo è stato guidato da Hewlett-Packard e AT&T, che si sono offerti di sfruttare alcune delle ben note carenze della tecnologia Ethernet. Dopo qualche tempo, a queste aziende si unì IBM, che contribuì con una proposta per fornire una certa compatibilità con le reti Token Ring nella nuova tecnologia.
Allo stesso tempo, è stato formato un gruppo di ricerca nel comitato IEEE 802 per esplorare il potenziale tecnico delle nuove tecnologie ad alta velocità. Tra la fine del 1992 e la fine del 1993 il gruppo IEEE ha studiato le soluzioni a 100 Mbit proposte da da vari produttori. Insieme alle proposte della Fast Ethernet Alliance, il gruppo ha anche preso in considerazione la tecnologia ad alta velocità di Hewlett-Packard e AT&T.
Al centro delle discussioni c'era il problema del mantenimento di un metodo di accesso casuale CSMA/CD. La proposta di Fast Ethernet Alliance ha mantenuto questo metodo garantendo così la continuità e la coerenza delle reti a 10 Mbps e 100 Mbps. La coalizione di HP e AT&T, che ha avuto il supporto di un numero molto inferiore di produttori nel settore delle reti rispetto alla Fast Ethernet Alliance, ha proposto un metodo di accesso completamente nuovo chiamato Priorità della domanda- accesso prioritario su richiesta. Ha cambiato significativamente il comportamento dei nodi nella rete, quindi non poteva adattarsi alla tecnologia Ethernet e allo standard 802.3 ed è stato organizzato un nuovo comitato IEEE 802.12 per standardizzarlo.
Nell'autunno del 1995, entrambe le tecnologie sono diventate standard IEEE. Il comitato IEEE 802.3 ha adottato la specifica Fast Ethernet come standard 802.3i, che non è uno standard autonomo, ma è un'aggiunta a norma esistente 802.3 sotto forma di capitoli da 21 a 30. Il comitato 802.12 ha adottato la tecnologia l00VG-AnyLAN, che utilizza il nuovo metodo di accesso Demand Priority e supporta due formati di frame: Ethernet e Token Ring.
2.2. Il livello fisico della tecnologia Fast Ethernet
Tutte le differenze tra la tecnologia Fast Ethernet ed Ethernet sono concentrate a livello fisico (Fig. 2.2.1). I livelli MAC e LLC in Fast Ethernet sono rimasti esattamente gli stessi e sono descritti nei precedenti capitoli degli standard 802.3 e 802.2. Pertanto, considerando la tecnologia Fast Ethernet, studieremo solo alcune opzioni per il suo livello fisico.
La struttura più complessa del livello fisico della tecnologia Fast Ethernet è dovuta al fatto che utilizza tre opzioni per i sistemi via cavo:
cavo multimodale in fibra ottica, vengono utilizzate due fibre;
Il cavo coassiale, che ha dato al mondo la prima rete Ethernet, non era tra i mezzi di trasmissione dati consentiti dalla nuova tecnologia Fast Ethernet. esso La tendenza generale molte nuove tecnologie, perché su brevi distanze, il doppino intrecciato di categoria 5 consente di trasmettere i dati alla stessa velocità del cavo coassiale, ma la rete è più economica e più comoda da usare. Su lunghe distanze, la fibra ottica ha una larghezza di banda molto maggiore rispetto a quella coassiale e il costo della rete non è molto più elevato, soprattutto se si considerano gli elevati costi di risoluzione dei problemi di un grande sistema di cavi coassiali.
Riso. 2.2.1. Differenze tra tecnologia Fast Ethernet e tecnologia Ethernet
L'eliminazione del cavo coassiale ha fatto sì che le reti Fast Ethernet abbiano sempre una struttura ad albero gerarchica costruita su hub, proprio come le reti l0Base-T/l0Base-F. La principale differenza tra le configurazioni di rete Fast Ethernet è la riduzione del diametro della rete a circa 200 m, che si spiega con una riduzione di 10 volte del tempo di trasmissione del frame di lunghezza minima a causa di un aumento di 10 volte della velocità di trasmissione rispetto a 10 Mbit Ethernet.
Tuttavia, questa circostanza non ostacola realmente la costruzione di grandi reti basate sulla tecnologia Fast Ethernet. Il fatto è che la metà degli anni '90 è stata caratterizzata non solo dall'uso diffuso di tecnologie ad alta velocità a basso costo, ma anche dal rapido sviluppo delle reti locali basate su switch. Quando si utilizzano gli switch, il protocollo Fast Ethernet può funzionare in modalità full duplex, in cui non ci sono restrizioni sulla lunghezza totale della rete, ma solo restrizioni sulla lunghezza dei segmenti fisici che collegano i dispositivi vicini (adapter-to-switch o switch -per-cambiare) rimangono. Pertanto, nella creazione di backbone LAN a lunga distanza, viene utilizzata attivamente anche la tecnologia Fast Ethernet, ma solo in versione full-duplex, insieme agli switch.
A questa sezione si considera una versione half-duplex della tecnologia Fast Ethernet, che rispetta pienamente la definizione della modalità di accesso descritta nello standard 802.3. Le funzioni Fast Ethernet full duplex sono descritte nel Capitolo 4.
Rispetto alle opzioni implementazione fisica Ethernet (e ce ne sono sei), in Fast Ethernet, le differenze tra ciascuna opzione e le altre sono più profonde: cambiano sia il numero di conduttori che i metodi di codifica. E poiché le versioni fisiche di Fast Ethernet sono state create contemporaneamente, e non evolutivamente, come per le reti Ethernet, è stato possibile determinare in dettaglio quei sottolivelli del livello fisico che non cambiano da versione a versione, e quei sottolivelli che sono specifici per ogni versione dell'ambiente fisico.
Lo standard ufficiale 802.3 ha stabilito tre diverse specifiche per il livello fisico Fast Ethernet e ha dato loro i seguenti nomi (Figura 2.2.2):
Riso. 2.2.2. Struttura del livello fisico Fast Ethernet
· 100Base-TX per cavo a doppino intrecciato UTP di categoria 5 a due coppie o cavo a doppino intrecciato schermato STP di tipo 1;
· 100Base-T4 per cavo UTP a 4 coppie di categoria 3, 4 o 5;
· 100Base-FX per cavo in fibra multimodale, vengono utilizzate due fibre.
Per tutti e tre gli standard, le seguenti affermazioni e caratteristiche sono vere.
· I formati di frame Fast Ethernetee sono diversi dai formati di frame Ethernet a 10 Mbit.
· L'intervallo interframe (IPG) è 0,96 μs e l'intervallo di bit è 10 ns. Tutti i parametri temporali dell'algoritmo di accesso (intervallo di backoff, tempo minimo di trasmissione del frame, ecc.) misurati in intervalli di bit sono rimasti gli stessi, pertanto non sono state apportate modifiche alle sezioni della norma relative al livello MAC.
· Segno dello stato libero del mezzo è la trasmissione del simbolo Idle del corrispondente codice ridondante su di esso (e non l'assenza di segnali, come negli standard Ethernet 10 Mbps). Lo strato fisico comprende tre elementi:
o sottolivello di riconciliazione;
o interfaccia indipendente dai media (Mil);
o Dispositivo di livello fisico (PHY).
Il livello di negoziazione è necessario affinché il livello MAC, progettato per l'interfaccia AUI, possa lavorare con il livello fisico tramite l'interfaccia MP.
Il dispositivo di livello fisico (PHY) è costituito, a sua volta, da diversi sottostrati (vedi Fig. 2.2.1):
· un sottolivello di codifica dei dati logici che converte i byte provenienti dal livello MAC in simboli di codice 4V / 5V o 8V / 6T (entrambi i codici sono utilizzati in tecnologia Fast Ethernet);
• sottolivelli Physical Attachment e Physical Media Dependency (PMD), che forniscono la generazione del segnale secondo un metodo di codifica fisica, come NRZI o MLT-3;
· un sottolivello di negoziazione automatica che consente a due porte comunicanti di selezionare automaticamente la modalità operativa più efficiente, come half duplex o full duplex (questo sottolivello è opzionale).
L'interfaccia IP supporta un modo indipendente dal supporto per lo scambio di dati tra il sottolivello MAC e il sottolivello PHY. Questa interfaccia è simile nello scopo all'interfaccia AUI della classica Ethernet, tranne per il fatto che l'interfaccia AUI era situata tra il sottolivello di codifica del segnale fisico (per qualsiasi opzione di cavo, è stato utilizzato lo stesso metodo di codifica fisica: il codice Manchester) e il sottolivello di collegamento fisico al supporto e l'interfaccia MP si trova tra il sottolivello MAC e i sottolivelli di codifica del segnale, che sono tre nello standard Fast Ethernet: FX, TX e T4.
Il connettore MP, a differenza del connettore AUI, ha 40 pin, la lunghezza massima del cavo MP è di un metro. I segnali trasmessi tramite l'interfaccia MP hanno un'ampiezza di 5 V.
Livello fisico 100Base-FX - fibra multimodale, due fibre
Questa specifica definisce il funzionamento del protocollo Fast Ethernet su fibra multimodale in modalità half duplex e full duplex in base al collaudato schema di codifica FDDI. Come nello standard FDDI, ogni nodo è connesso alla rete da due fibre ottiche provenienti dal ricevitore (Rx) e dal trasmettitore (Tx).
Esistono molte somiglianze tra le specifiche l00Base-FX e l00Base-TX, quindi le proprietà comuni alle due specifiche verranno fornite con il nome generico l00Base-FX/TX.
Mentre 10Mbps Ethernet utilizza la codifica Manchester per rappresentare i dati quando trasmessi su un cavo, lo standard Fast Ethernet definisce un metodo di codifica diverso, 4V/5V. Questo metodo ha già dimostrato la sua efficacia nello standard FDDI ed è stato trasferito alla specifica l00Base-FX/TX senza modifiche. Con questo metodo, ogni 4 bit di dati del sottolivello MAC (chiamati simboli) sono rappresentati da 5 bit. Il bit ridondante consente l'applicazione di codici potenziali quando ciascuno dei cinque bit è rappresentato come impulsi elettrici o ottici. L'esistenza di combinazioni di caratteri vietate consente di rifiutare caratteri errati, il che aumenta la stabilità delle reti con l00Base-FX/TX.
Per separare il frame Ethernet dai simboli Idle, viene utilizzata una combinazione di simboli Start Delimiter (una coppia di simboli J (11000) e K (10001) del codice 4V / 5V e, una volta completato il frame, viene visualizzato un simbolo T inserito prima del primo simbolo Idle (Fig. 2.2.3).
Riso. 2.2.3. Flusso di dati ininterrotto delle specifiche 100Base-FX/TX
Dopo aver convertito porzioni a 4 bit di codici MAC in porzioni a 5 bit dello strato fisico, devono essere rappresentate come segnali ottici o elettrici in un cavo che collega i nodi della rete. Le specifiche l00Base-FX e l00Base-TX utilizzano metodi di codifica fisica diversi per questo: rispettivamente NRZI e MLT-3 (come nella tecnologia FDDI quando si lavora tramite fibra ottica e doppino).
Livello fisico 100Base-TX - doppino intrecciato DTP Cat 5 o STP tipo 1, due coppie
La specifica l00Base-TX utilizza come mezzo di trasmissione un cavo UTP di categoria 5 o un cavo STP di tipo 1. La lunghezza massima del cavo in entrambi i casi è 100 m.
Le principali differenze rispetto alla specifica l00Base-FX sono l'uso del metodo MLT-3 per la segnalazione di porzioni a 5 bit del codice 4V / 5V su doppino intrecciato, nonché la presenza della funzione di Auto-negoziazione per selezionare il funzionamento della porta modalità. Lo schema di negoziazione automatica consente a due dispositivi collegati fisicamente che supportano più standard di livello fisico che differiscono per bit rate e numero di doppini intrecciati di scegliere la modalità operativa più vantaggiosa. In genere, la procedura di negoziazione automatica si verifica quando si collega una scheda di rete in grado di funzionare a velocità di 10 e 100 Mbps a un hub o uno switch.
Lo schema di negoziazione automatica descritto di seguito è lo standard tecnologico attuale l00Base-T. Prima di questo, i produttori utilizzavano vari schemi proprietari rilevamento automatico velocità delle porte interagenti che non erano compatibili. Lo schema di Autonegoziazione adottato come standard è stato originariamente proposto da National Semiconductor con il nome di NWay.
Attualmente sono definite in totale 5 diverse modalità di funzionamento che i dispositivi twisted pair l00Base-TX o 100Base-T4 possono supportare;
· l0Base-T full-duplex - 2 coppie di categoria 3;
· l00Base-TX - 2 coppie di categoria 5 (o Tipo 1ASTP);
· 100Base-T4 - 4 coppie di categoria 3;
· 100Base-TX full-duplex - 2 coppie di categoria 5 (o tipo 1A STP).
La modalità l0Base-T ha la priorità di chiamata più bassa, mentre la modalità full duplex 100Base-T4 ha la priorità più alta. Il processo di negoziazione avviene all'accensione del dispositivo e può essere avviato in qualsiasi momento anche dal modulo di controllo del dispositivo.
Il dispositivo che ha avviato il processo di negoziazione automatica invia una raffica di impulsi speciali al suo partner Fast Link Pulse Burst (FLP), che contiene una parola a 8 bit che codifica la modalità di interazione proposta, a partire dalla priorità più alta supportata da questo nodo.
Se il nodo peer supporta la funzione di negoziazione automatica e può anche supportare la modalità proposta, risponde con un burst FLP in cui riconosce la modalità e la negoziazione termina. Se il nodo partner può supportare una modalità con priorità più bassa, la indica nella risposta e questa modalità viene selezionata come funzionante. Pertanto, viene sempre selezionata la modalità nodo comune con priorità più alta.
Un nodo che supporta solo la tecnologia l0Base-T invia un impulso Manchester ogni 16 ms per verificare la continuità della linea che lo collega con un nodo vicino. Tale nodo non comprende la richiesta FLP che il nodo con la funzione di Autonegoziazione gli fa e continua a inviare i suoi impulsi. Un nodo che ha ricevuto solo impulsi di controllo della continuità della linea in risposta a una richiesta FLP comprende che il suo partner può funzionare solo secondo lo standard l0Base-T e imposta questa modalità di funzionamento da solo.
Livello fisico 100Base-T4 - Doppino intrecciato UTP Cat 3, quattro coppie
La specifica 100Base-T4 è stata sviluppata in modo che il cablaggio a doppino intrecciato esistente di Categoria 3 possa essere utilizzato per Ethernet ad alta velocità.Questa specifica migliora il throughput complessivo trasmettendo flussi di bit su tutte e 4 le coppie di cavi contemporaneamente.
La specifica 100Base-T4 è arrivata più tardi rispetto ad altre specifiche del livello fisico Fast Ethernet. Gli sviluppatori di questa tecnologia volevano principalmente creare specifiche fisiche che fossero il più vicino possibile alle specifiche di l0Base-T e l0Base-F, che funzionavano su due linee di dati: due coppie o due fibre. Per implementare il lavoro su due doppini intrecciati, ho dovuto passare a un cavo di qualità superiore di categoria 5.
Allo stesso tempo, gli sviluppatori della tecnologia concorrente l00VG-AnyLAN inizialmente si sono concentrati sul lavoro su doppino intrecciato di categoria 3; il vantaggio più importante non era tanto nel costo, quanto nel fatto che era già stato posato nella stragrande maggioranza degli edifici. Pertanto, dopo il rilascio delle specifiche l00Base-TX e l00Base-FX, gli sviluppatori della tecnologia Fast Ethernet hanno implementato la propria versione del livello fisico per il doppino intrecciato di Categoria 3.
Invece della codifica 4V/5V, questo metodo utilizza la codifica 8V/6T, che ha uno spettro del segnale più stretto e, a una velocità di 33 Mbps, si inserisce nella banda 16 MHz di un cavo a doppino intrecciato di categoria 3 (quando si codifica 4V/5V, lo spettro del segnale non rientra in questa banda) . Ogni 8 bit di informazioni sul livello MAC vengono codificati con 6 simboli ternari, ovvero cifre con tre stati. Ogni cifra ternaria ha una durata di 40 ns. Il gruppo di 6 cifre ternarie viene quindi trasmesso a uno dei tre doppini trasmittenti, indipendentemente e in serie.
La quarta coppia viene sempre utilizzata per ascoltare la frequenza portante per il rilevamento delle collisioni. La velocità dati su ciascuna delle tre coppie di trasmissione è 33,3 Mbps, quindi la velocità totale del protocollo 100Base-T4 è 100 Mbps. Allo stesso tempo, grazie al metodo di codifica adottato, la velocità di variazione del segnale su ciascuna coppia è di soli 25 Mbaud, il che rende possibile l'utilizzo di doppino intrecciato di categoria 3.
Sulla fig. 2.2.4 mostra il collegamento della porta MDI dell'adattatore di rete 100Base-T4 con la porta MDI-X dell'hub (il prefisso X indica che questo connettore ha una coppia di connessioni ricevitore e trasmettitore rispetto al connettore dell'adattatore di rete, il che rende è più facile collegare coppie di fili in cavo - senza incroci). Coppia 1-2 sempre richiesto per trasferire i dati da una porta MDI a una porta MDI-X, una coppia 3-6 - per ricevere i dati dalla porta MDI dalla porta MDI-X e la coppia 4-5 e 7-8 sono bidirezionali e servono sia per la ricezione che per la trasmissione, a seconda delle necessità.
Riso. 2.2.4. Collegamento dei nodi secondo la specifica 100Base-T4
2.3. Regole per la costruzione di segmenti Fast Ethernet quando si utilizzano ripetitori
La tecnologia Fast Ethernet, come tutte le versioni non coassiali di Ethernet, è progettata per utilizzare hub ripetitori per formare collegamenti nella rete. Le regole per costruire correttamente i segmenti di rete Fast Ethernet includono:
· restrizioni sulle lunghezze massime dei segmenti che collegano DTE a DTE;
· restrizioni sulla lunghezza massima dei segmenti che collegano il DTE alla porta del ripetitore;
restrizioni sul diametro massimo della rete;
Restrizioni sul numero massimo di ripetitori e sulla lunghezza massima di un segmento che collega i ripetitori.
Limiti di lunghezza del segmento DTE-DTE
Qualsiasi fonte di frame di dati per la rete può fungere da DTE (Data Terminal Equipment): un adattatore di rete, una porta bridge, una porta router, un modulo di gestione della rete e altri dispositivi simili. Una caratteristica distintiva del DTE è che genera un nuovo frame per il segmento condiviso (bridge o switch, sebbene trasmettano attraverso la porta di uscita il frame che l'adattatore di rete ha generato in una sola volta, ma per il segmento di rete a cui la porta di uscita è connesso, questo frame è nuovo). La porta del ripetitore non è un DTE, poiché ripete a poco a poco un frame che è già apparso nel segmento.
In una tipica configurazione di rete Fast Ethernet, più DTE sono collegati alle porte del ripetitore per formare una rete con topologia a stella. Non vengono trovate connessioni DTE-DTE nei segmenti condivisi (tranne che per una configurazione esotica quando le schede di rete di due computer sono collegate direttamente tra loro tramite un cavo), ma per bridge / switch e router tali connessioni sono la norma - quando la rete l'adattatore è collegato direttamente alla porta di uno di questi dispositivi, oppure questi dispositivi sono collegati tra loro.
La specifica IEEE 802.3u definisce le seguenti lunghezze massime dei segmenti DTE-DTE, mostrate nella Tabella 1. 2.3.1.
Tavolo2.3.1 . Lunghezze massime dei segmenti DTE-DTE
Limitazioni delle reti Fast Ethernet costruite su ripetitori
I ripetitori Fast Ethernet si dividono in due classi. I ripetitori di classe I supportano tutti i tipi di codifica dei dati logici: sia 4V/5V che 8V/6T. I ripetitori di classe II supportano solo un tipo di codifica logica, 4V/5V o 8V/6T. Cioè, i ripetitori di classe I consentono la traduzione di codici logici a un bit rate di 100 Mbps e questa operazione non è disponibile per i ripetitori di classe II.
Pertanto, i ripetitori di Classe I possono avere porte di tutti e tre i tipi di livello fisico: l00Base-TX, l00Base-FX e 100Base-T4. I ripetitori di classe II hanno tutte le porte 100Base-T4 o le porte l00Base-TX e l00Base-FX, poiché queste ultime utilizzano lo stesso codice logico 4V/5V.
In un dominio di collisione è consentito un solo ripetitore di classe I. Ciò è dovuto al fatto che tale ripetitore introduce un grande ritardo nella propagazione dei segnali dovuto alla necessità di traslazione vari sistemi allarmi - 70 bt.
I ripetitori di classe II introducono un ritardo di trasmissione del segnale inferiore: 46 bt per le porte TX/FX e 33,5 bt per le porte T4. Pertanto, il numero massimo di ripetitori di classe II in un dominio di collisione è 2, e devono essere interconnessi con un cavo non più lungo di 5 metri.
Non un gran numero di I ripetitori Fast Ethernet non sono un ostacolo serio quando si costruiscono reti di grandi dimensioni, poiché l'uso di switch e router divide la rete in diversi domini di collisione, ognuno dei quali sarà costruito su uno o due ripetitori. La lunghezza totale della rete non sarà limitata in questo caso.
In tavola. 2.3.2 mostra le regole per costruire una rete basata su ripetitori di classe I.
Tabella 2.3.2. Parametri di reti basate su ripetitori di classe I
Queste restrizioni sono illustrate configurazioni tipiche reti mostrate in Fig. 2.3.3.
Riso. 2.3.3. Esempi di creazione di una rete Fast Ethernet utilizzando ripetitori di classe I
Pertanto, la regola dei 4 hub è diventata per la tecnologia Fast Ethernet la regola di uno o due hub, a seconda della classe dell'hub.
Nel determinare la correttezza della configurazione di rete non ci si può far guidare dalle regole di uno o due hub, ma calcolare il doppio tempo di turnaround della rete, come mostrato sopra per Reti Ethernet 10 Mbps.
Come con la tecnologia Ethernet a 10 Mbps, il comitato 802.3 fornisce input per il calcolo del tempo di andata e ritorno. Tuttavia, la forma stessa di presentazione di questi dati e il metodo di calcolo sono leggermente cambiati. Il comitato fornisce i dati sul doppio ritardo introdotto da ciascun elemento di rete, senza dividere i segmenti di rete in sinistro, destro e intermedio. Inoltre, i ritardi introdotti dalle NIC tengono conto dei preamboli dei frame, quindi il tempo di andata e ritorno deve essere confrontato con intervalli di 512 bit (bt), ovvero la lunghezza minima del frame senza preambolo.
Per i ripetitori di classe I, il tempo di andata e ritorno può essere calcolato come segue.
I ritardi introdotti dal passaggio dei segnali attraverso il cavo sono calcolati sulla base dei dati in Tabella. 2.3.4, che tiene conto del doppio passaggio del segnale attraverso il cavo.
Tabella 2.3.4. Ritardi dei cavi
I ritardi introdotti da due adattatori di rete (o porta switch) che interagiscono tramite un ripetitore sono presi dalla tabella. 2.3.5.
Tabella 2.3.5. Ritardi introdotti dalle schede di rete
Dato che il doppio ritardo introdotto da un ripetitore di classe I è di 140 bt, è possibile calcolare il tempo di doppio giro per una configurazione di rete arbitraria, tenendo ovviamente conto delle lunghezze massime possibili dei segmenti di cavo continuo riportate in Tabella. 2.3.4. Se il valore risultante è inferiore a 512, la rete è corretta secondo il criterio di rilevamento delle collisioni. Il Comitato 802.3 raccomanda un margine di 4 bt per una rete stabile, ma consente di selezionare questo valore in un range da 0 a 5 bt.
Ogni segmento introduce 136 bt di latenza, una coppia di NIC FX contribuisce con 100 bt di latenza e il ripetitore stesso introduce 140 bt di latenza. La somma del ritardo è 512 bt, che indica che la rete è corretta, ma si presume che il margine sia 0.
3. Tecnologie 100VG-AnyLAN
3.1. introduzione
Come già accennato in 2.1, la coalizione HP e AT&T, che ha avuto il supporto di un numero molto inferiore di fornitori nel settore delle reti rispetto alla Fast Ethernet Alliance, ha proposto un metodo di accesso completamente nuovo chiamato Priorità della domanda- accesso prioritario su richiesta. Ha cambiato significativamente il comportamento dei nodi nella rete, quindi non poteva adattarsi alla tecnologia Ethernet e allo standard 802.3 ed è stato organizzato un nuovo comitato IEEE 802.12 per standardizzarlo. Nell'autunno del 1995, entrambe le tecnologie sono diventate standard IEEE. Il comitato 802.12 ha adottato la tecnologia l00VG-AnyLAN, che utilizza un nuovo metodo di accesso Demand Priority e supporta due formati di frame: Ethernet e Token Ring.
3.2. Caratteristiche della tecnologia 100VG-AnyLAN
La tecnologia 100VG-AnyLAN differisce dalla classica Ethernet in misura molto maggiore rispetto a Fast Ethernet. Le principali differenze sono elencate di seguito.
· Viene utilizzato un diverso metodo di accesso con priorità della domanda, che fornisce una distribuzione più equa della larghezza di banda della rete rispetto al metodo CSMA/CD.Inoltre, questo metodo supporta l'accesso prioritario per le applicazioni sincrone.
· I frame non vengono trasmessi a tutte le stazioni della rete, ma solo alla stazione di destinazione.
· La rete dispone di un arbitro di accesso dedicato, un concentratore, e questo distingue notevolmente questa tecnologia dalle altre che utilizzano un algoritmo di accesso distribuito tra le stazioni della rete.
· Sono supportati frame di due tecnologie: Ethernet e Token Ring (è questa circostanza che ha dato l'aggiunta AnyLAN nel nome della tecnologia).
· I dati vengono trasmessi contemporaneamente su 4 coppie di cavi UTP di categoria 3. Ciascuna coppia trasmette dati a una velocità di 25 Mbps, per un totale di 100 Mbps. A differenza di Fast Ethernet, non ci sono collisioni nelle reti 100VG-AnyLAN, quindi è stato possibile utilizzare per la trasmissione tutte e quattro le coppie di un cavo standard di categoria 3. Per la codifica dei dati viene utilizzato il codice 5V / 6V, che fornisce uno spettro del segnale nell'intervallo fino a 16 MHz (Categoria di larghezza di banda UTP 3) a una velocità di trasmissione dati di 25 Mbps. Il metodo di accesso Demand Priority si basa sul trasferimento al concentratore delle funzioni dell'arbitro, risoluzione dei problemi accesso ad un ambiente condiviso. La rete 100VG-AnyLAN è costituita da un hub centrale, detto anche root, e nodi finali e altri hub ad esso collegati (Fig. 3.1).
Riso. 3.1. Rete 100VG-AnyLAN
Sono consentiti tre livelli di cascata. Ciascun hub e adattatore di rete l00VG-AnyLAN deve essere configurato per l'utilizzo di frame Ethernet o frame Token Ring e la circolazione di entrambi i tipi di frame non deve essere consentita contemporaneamente.
L'hub esegue il polling delle porte in un ciclo. Una stazione che desideri trasmettere un pacchetto invia uno speciale segnale a bassa frequenza all'hub, richiedendo la trasmissione di una trama e indicandone la priorità. La rete l00VG-AnyLAN utilizza due livelli di priorità: bassa e alta. Un livello di priorità bassa corrisponde ai dati normali (servizio file, servizio di stampa, ecc.), mentre un livello di priorità alta corrisponde ai dati sensibili al tempo (come i file multimediali). Le priorità della richiesta hanno componenti statiche e dinamiche, ovvero una stazione con un livello di priorità basso che non ha avuto accesso alla rete per molto tempo riceve una priorità alta.
Se la rete è libera, l'hub consente la trasmissione del pacchetto. Dopo aver analizzato l'indirizzo di destinazione nel pacchetto ricevuto, l'hub invia automaticamente il pacchetto alla stazione di destinazione. Se la rete è occupata, l'hub mette la richiesta ricevuta in una coda, che viene elaborata secondo l'ordine delle richieste e tenendo conto delle priorità. Se un altro hub è collegato alla porta, il polling viene sospeso fino al completamento del polling da parte dell'hub inferiore. Le stazioni collegate a hub di diversi livelli gerarchici non presentano vantaggi in termini di accesso a un ambiente condiviso, poiché la decisione di concedere l'accesso viene presa dopo che tutti gli hub hanno eseguito il polling di tutte le loro porte.
La domanda rimane poco chiara: come fa l'hub a sapere a quale porta è collegata la stazione di destinazione? In tutte le altre tecnologie, il frame veniva semplicemente trasmesso a tutte le stazioni della rete e la stazione di destinazione, riconoscendo il suo indirizzo, copiava il frame nel buffer. Per risolvere questo problema, l'hub apprende l'indirizzo MAC della stazione al momento della sua connessione fisica alla rete con un cavo. Se in altre tecnologie la procedura di connessione fisica rileva la connettività del cavo (test di collegamento in tecnologia l0Base-T), il tipo di porta (tecnologia FDDI), la velocità della porta (procedura di autonegoziazione in Fast Ethernet), allora in tecnologia l00VG-AnyLAN, il hub, quando si stabilisce una connessione fisica scopre l'indirizzo MAC della stazione. E lo ricorda nella tabella Indirizzi MAC, simile alla tabella bridge/switch. L'hub l00VG-AnyLAN differisce da un bridge/switch in quanto non dispone di un frame buffer interno. Pertanto, riceve solo una trama dalle stazioni di rete, la invia alla porta di destinazione e fino a quando questa trama non viene completamente ricevuta dalla stazione di destinazione, il concentratore non accetta nuove trame. Quindi l'effetto dell'ambiente condiviso viene preservato. Solo la sicurezza della rete è migliorata: i frame non cadono sulle porte di altre persone ed è più difficile intercettarli.
La tecnologia l00VG-AnyLAN supporta più specifiche di livello fisico. La versione originale è stata progettata per quattro doppini intrecciati non schermati delle categorie 3,4,5. Successivamente sono apparse opzioni di livello fisico, progettate per due doppini intrecciati non schermati di categoria 5, due doppini intrecciati schermati di tipo 1 o due fibre ottiche multimodali.
Una caratteristica importante della tecnologia l00VG-AnyLAN è la conservazione dei formati di frame Ethernet e Token Ring. I sostenitori di l00VG-AnyLAN sostengono che questo approccio faciliterà l'interoperabilità tra bridge e router, oltre a fornire compatibilità con gli strumenti di gestione della rete esistenti, come gli analizzatori di protocollo.
Nonostante molte buone soluzioni tecniche, la tecnologia l00VG-AnyLAN non ha trovato un gran numero di sostenitori ed è significativamente inferiore in popolarità alla tecnologia Fast Ethernet. Questo potrebbe essere successo a causa del supporto tecnico tipi diversi il traffico nella tecnologia ATM è significativamente più ampio rispetto a l00VG-AnyLAN. Pertanto, se è necessario fornire un servizio di alta qualità, viene utilizzata (o verrà utilizzata) la tecnologia ATM. E per le reti in cui non è necessario mantenere la qualità del servizio a livello di segmenti condivisi, la tecnologia Fast Ethernet si è rivelata più familiare. Inoltre, esiste una tecnologia per supportare applicazioni di trasferimento dati molto esigenti. Gigabit Ethernet, che, pur mantenendo la continuità con Ethernet e Fast Ethernet, fornisce una velocità di trasferimento dati di 1000 Mbps.
4. Tecnologia Gigabit Ethernet ad alta velocità
4.1. Caratteristiche generali della norma
Abbastanza rapidamente dopo l'introduzione dei prodotti Fast sul mercato Rete ethernet integratori e amministratori hanno avvertito alcune limitazioni durante la creazione di reti aziendali. In molti casi, i server collegati su un collegamento a 100 Mbps hanno sovraccaricato le dorsali di rete che operano anche a 100 Mbps, le dorsali FDDI e Fast Ethernet. C'era bisogno di un livello successivo nella gerarchia delle velocità. Nel 1995, solo gli switch ATM potevano fornire un livello di velocità più elevato e, in assenza di mezzi convenienti per migrare questa tecnologia alle reti locali in quel momento (sebbene la specifica LAN Emulation - LANE fosse stata adottata all'inizio del 1995, la sua implementazione pratica era in anticipo ) per introdurli in Quasi nessuno ha osato la rete locale. Inoltre, la tecnologia ATM è stata caratterizzata da un livello di costo molto elevato.
Pertanto, il passo successivo compiuto dall'IEEE sembrava logico: 5 mesi dopo l'adozione finale dello standard Fast Ethernet nel giugno 1995, l'IEEE High-Speed Research Group è stato incaricato di considerare la possibilità di sviluppare uno standard Ethernet con bit rate.
Nell'estate del 1996, il gruppo 802.3z è stato annunciato per sviluppare un protocollo il più vicino possibile a Ethernet, ma con un bit rate di 1000 Mbps. Come per Fast Ethernet, il messaggio è stato accolto con grande entusiasmo dai sostenitori di Ethernet.
Il motivo principale dell'entusiasmo era la prospettiva dello stesso trasferimento regolare delle dorsali di rete a. Gigabit Ethernet, simile al modo in cui i segmenti Ethernet sovraccarichi situati ai livelli inferiori della gerarchia di rete sono stati trasferiti a Fast Ethernet. Inoltre, c'era già esperienza nella trasmissione di dati a velocità gigabit, sia nelle reti territoriali (tecnologia SDH) che nelle reti locali - tecnologia Fibre Channel, che viene utilizzata principalmente per collegare periferiche ad alta velocità a grandi computer e trasmette i dati su fibra cavo ottico da Near Gigabit tramite codice di ridondanza 8V/10V.
Costituita per allineare gli sforzi in questo settore, la Gigabit Ethernet Alliance ha incluso fin dall'inizio leader del settore come Bay Networks, Cisco Systems e 3Com. Durante l'anno della sua esistenza, il numero dei membri della Gigabit Ethernet Alliance è cresciuto in modo significativo e ora ne supera le 100. Come prima opzione per il livello fisico è stata adottata la tecnologia Fibre Channel, con il suo codice 8V / 10V (come in il caso di Fast Ethernet, una volta elaborato il livello fisico FDDI).
La prima versione dello standard è stata presa in considerazione nel gennaio 1997 e lo standard 802.3z finale è stato adottato il 29 giugno 1998 in una riunione del comitato IEEE 802.3. Il lavoro sull'implementazione di Gigabit Ethernet su doppino intrecciato di categoria 5 è stato trasferito a un comitato speciale 802.3L, che ha già preso in considerazione diverse opzioni per la bozza di questo standard e dal luglio 1998 il progetto è diventato abbastanza stabile. L'adozione definitiva dello standard 802.3ab è prevista per settembre 1999.
Senza attendere l'adozione dello standard, alcune aziende hanno rilasciato le prime apparecchiature Gigabit Ethernet su cavo in fibra ottica entro l'estate del 1997.
L'idea principale degli sviluppatori dello standard Gigabit Ethernet è quella di preservare al massimo le idee della classica tecnologia Ethernet raggiungendo un bit rate di 1000 Mbps.
Dal momento che, quando si sviluppa una nuova tecnologia, è naturale aspettarselo innovazioni tecniche, andando nella direzione generale dello sviluppo delle tecnologie di rete, è importante notare che Gigabit Ethernet, così come le sue controparti più lente, a livello di protocollo non sostegno:
· qualità del servizio;
Collegamenti ridondanti
testare le prestazioni di nodi e apparecchiature (in quest'ultimo caso, ad eccezione del test della connessione porta a porta, come avviene per Ethernet l0Base-T e l0Base-F e Fast Ethernet).
Tutte e tre le proprietà nominate sono considerate molto promettenti e utili nelle reti moderne e soprattutto nelle reti del prossimo futuro. Perché gli autori di Gigabit Ethernet li rifiutano?
Per quanto riguarda la qualità del servizio, si può rispondere brevemente in questo modo: "c'è potere - non è necessaria la mente". Se la spina dorsale della rete funzionerà a una velocità diverse volte superiore alla velocità media dell'attività di rete del computer client e 100 volte superiore alla media attività di rete server con una scheda di rete da 100 Mbps, quindi in molti casi non puoi preoccuparti dei ritardi dei pacchetti sulla dorsale. Con un basso fattore di carico della dorsale da 1000 Mbps, le code negli switch Gigabit Ethernet saranno ridotte e il tempo di buffering e commutazione a questa velocità è di unità e persino di frazioni di microsecondi.
Ebbene, se la dorsale è ancora sufficientemente caricata, è possibile assegnare la priorità al traffico sensibile al ritardo o impegnativo utilizzando la tecnica di prioritizzazione negli switch: gli standard corrispondenti per gli switch sono già stati adottati (saranno discussi nel prossimo capitolo). Ma sarà possibile utilizzare una tecnologia molto semplice (quasi come Ethernet), i cui principi sono noti a quasi tutti gli specialisti di rete.
L'idea principale degli sviluppatori della tecnologia Gigabit Ethernet è che ci sono e ci saranno molte reti in cui l'elevata velocità della dorsale e la capacità di assegnare priorità ai pacchetti negli switch saranno abbastanza sufficienti per garantire la qualità di servizio di trasporto per tutti i client della rete. E solo in quei rari casi in cui la dorsale è sufficientemente caricata e i requisiti per la qualità del servizio sono molto severi, è necessario utilizzare la tecnologia ATM, che davvero, per la sua elevata complessità tecnica, garantisce la qualità del servizio per tutte le principali tipologie di traffico.
Le comunicazioni ridondanti e i test hardware non saranno supportati dalla tecnologia Gigabit Ethernet poiché i protocolli di livello superiore come Spanning Tree, protocolli di routing, ecc. gestiscono bene queste attività.Pertanto, gli sviluppatori della tecnologia hanno deciso che il livello inferiore dovrebbe semplicemente trasmettere rapidamente i dati, mentre le attività più complesse e rare (ad esempio, la definizione delle priorità del traffico) dovrebbero essere trasferite ai livelli superiori.
Quindi cosa hanno in comune Gigabit Ethernet rispetto a Ethernet e Fast Ethernet?
· Tutti i formati di frame Ethernet vengono mantenuti.
· Ci sarà ancora una versione half-duplex del protocollo che supporta il metodo di accesso CSMA/CD e una versione full-duplex che funziona con gli switch. Gli sviluppatori di Fast Ethernet avevano dei dubbi sul mantenimento della versione half-duplex del protocollo, poiché è difficile far funzionare l'algoritmo CSMA/CD ad alte velocità. Tuttavia, il metodo di accesso è rimasto invariato nella tecnologia Fast Ethernet, ed è stato deciso di lasciarlo nella nuova tecnologia Gigabit Ethernet. Preservazione soluzione economica per ambienti condivisi consentirà l'utilizzo di Gigabit Ethernet in piccoli gruppi di lavoro con server e workstation veloci.
· Sono supportati tutti i principali tipi di cavo utilizzati in Ethernet e Fast Ethernet: fibra ottica, doppino intrecciato di categoria 5, coassiale.
Tuttavia, gli sviluppatori della tecnologia Gigabit Ethernet, al fine di preservare le proprietà di cui sopra, hanno dovuto apportare modifiche non solo al livello fisico, come nel caso di Fast Ethernet, ma anche al livello MAC.
Gli sviluppatori dello standard Gigabit Ethernet hanno dovuto affrontare diversi problemi intrattabili. Uno di questi era il compito di fornire un diametro di rete accettabile per il funzionamento half-duplex. A causa delle limitazioni di lunghezza del cavo di CSMA/CD, la versione multimediale condivisa di Gigabit Ethernet consentirebbe solo una lunghezza del segmento di 25 metri mantenendo invariate le dimensioni del frame e tutti i parametri del metodo CSMA/CD. Poiché ci sono molte applicazioni in cui è necessario aumentare il diametro della rete fino ad almeno 200 metri, è stato necessario risolvere in qualche modo questo problema con modifiche minime nella tecnologia Fast Ethernet.
Un'altra grande sfida è stata raggiungere un bit rate di 1000 Mbps sui principali tipi di cavi. Anche per la fibra, raggiungere questa velocità presenta alcune sfide, in quanto la tecnologia Fibre Channel, il cui livello fisico è stato preso come base per la versione in fibra ottica di Gigabit Ethernet, fornisce velocità di trasferimento dati di soli 800 Mbps (il bit rate sulla linea è circa 1000 in questo caso). Mbit/s, ma con il metodo di codifica 8V/10V il bit rate utile è del 25% inferiore rispetto alla frequenza degli impulsi sulla linea).
E infine, il compito più difficile è supportare il cavo a doppino intrecciato. A prima vista, un compito del genere sembra irrisolvibile: dopotutto, anche per protocolli da 100 megabit, era necessario utilizzarne abbastanza metodi complessi codifica per adattare lo spettro del segnale alla larghezza di banda del cavo. Tuttavia, i successi degli specialisti della codifica, che si sono recentemente manifestati nei nuovi standard moderni, hanno dimostrato che il problema ha possibilità di essere risolto. Per non rallentare l'adozione della versione principale dello standard Gigabit Ethernet, utilizzando fibra e coassiale, è stato creato un comitato separato 802.3ab, che sta sviluppando lo standard Gigabit Ethernet su doppino intrecciato di Categoria 5.
Tutti questi compiti sono stati risolti con successo.
4.2. Mezzi per fornire un diametro di rete di 200 m su un supporto condiviso
Per espandere il diametro massimo di una rete Gigabit Ethernet in modalità semiduplex fino a 200 m, gli sviluppatori della tecnologia hanno adottato misure del tutto naturali basate sul rapporto noto tra il tempo di trasmissione della lunghezza minima del frame e il doppio tempo di andata e ritorno.
La dimensione minima del frame è stata aumentata (escluso il preambolo) da 64 a 512 byte o 4096 bt. Di conseguenza, il tempo di andata e ritorno potrebbe ora essere aumentato anche a 4095 bt, rendendo accettabile un diametro della rete di circa 200 m utilizzando un singolo ripetitore. Con un doppio ritardo di segnale di 10 bt/m, 100 m di cavi in fibra ottica contribuiscono durante un doppio giro di 1000 bt, e se il ripetitore e gli adattatori di rete contribuiscono con gli stessi ritardi delle tecnologie Fast Ethernet (dati per i quali sono stati forniti sezione), quindi un ritardo del ripetitore di 1000 bt e una coppia di NIC di 1000 bt si sommano a un tempo di andata e ritorno di 4000 bt, che soddisfa la condizione di rilevamento della collisione. Per aumentare la lunghezza del frame al valore richiesto nella nuova tecnologia, la scheda di rete deve riempire il campo dati fino a una lunghezza di 448 byte come segue: chiamato estensione, che è un campo riempito con caratteri vietati del codice 8V / 10V, che non possono essere scambiati per codici dati.
Per ridurre l'overhead quando si utilizzano frame troppo lunghi per trasmettere brevi ricevute, gli sviluppatori dello standard hanno consentito ai nodi finali di trasmettere più frame di seguito, senza trasferire il supporto ad altre stazioni. Questa modalità è chiamata Burst Mode - modalità burst esclusiva. La stazione può trasmettere più frame di seguito con una lunghezza totale non superiore a un bit o 8192 byte. Se la stazione ha bisogno di trasmettere più frame piccoli, allora potrebbe non riempirli fino a una dimensione di 512 byte, ma trasmettere in fila fino all'esaurimento del limite di 8192 byte (questo limite include tutti i byte del frame, incluso il preambolo, intestazione, dati e checksum) . Il limite di 8192 byte è chiamato BurstLength. Se la stazione ha iniziato a trasmettere un frame e il limite BurstLength è stato raggiunto a metà del frame, il frame può essere trasmesso fino alla fine.
L'aumento del frame "combinato" a 8192 byte ritarda in qualche modo l'accesso all'ambiente condiviso di altre stazioni, ma a una velocità di 1000 Mbps, questo ritardo non è così significativo.
4.3. Specifiche dei supporti fisici 802.3z
Lo standard 802.3z definisce i seguenti tipi di supporti fisici:
cavo in fibra ottica monomodale;
· cavo in fibra ottica multimodale 62,5/125;
· cavo in fibra ottica multimodale 50/125;
· doppio coassiale con impedenza d'onda di 75 ohm.
Cavo multimodale
Per trasmissione dati su tradizionale reti di computer cavo in fibra ottica multimodale, la norma specifica l'uso di emettitori operanti a due lunghezze d'onda: 1300 e 850 nm. Il motivo per l'utilizzo di LED a 850 nm è che sono molto più economici dei LED a 1300 nm, sebbene la lunghezza massima del cavo sia ridotta perché l'attenuazione della fibra multimodale a 850 m è più del doppio dell'attenuazione a 850 m di onda 1300 nm. Tuttavia, la possibilità di risparmiare è estremamente importante per una tecnologia generalmente costosa come Gigabit Ethernet.
Per la fibra multimodale, lo standard 802.3z ha definito le specifiche l000Base-SX e l000Base-LX.
Nel primo caso viene utilizzata una lunghezza d'onda di 850 nm (S sta per Short Wavelength, onda corta) e nel secondo, 1300 nm (L sta per Long Wavelength, onda lunga).
Per la specifica l000Base-SX, la lunghezza massima di un segmento in fibra ottica per un cavo 62,5/125 è 220 me per un cavo 50/m. Ovviamente questi valori massimi si possono raggiungere solo per la trasmissione dati full duplex, poiché il tempo per un doppio giro del segnale su due segmenti da 220 m è di 4400 bt, che supera il limite di 4095 bt anche senza tener conto del ripetitore e schede di rete. Per la trasmissione half-duplex, i segmenti massimi di fibra ottica devono essere sempre inferiori a 100 m. Le distanze di 220 e 500 m fornite si basano sulla larghezza di banda multimodale nel caso peggiore dello standard che va da 160 a 500 MHz/km. I cavi reali di solito hanno prestazioni molto migliori, comprese tra 600 e 1000 MHz/km. In questo caso, la lunghezza del cavo può essere estesa fino a circa 800 m.
Cavo monomodale
La specifica l000Base-LX utilizza sempre un laser a semiconduttore da 1300 nm come sorgente di radiazione.
L'ambito principale dello standard l000Base-LX è la fibra ottica monomodale. La lunghezza massima del cavo per la fibra monomodale è di 5000 m.
La specifica l000Base-LX può funzionare anche su cavo multimodale. In questo caso, la distanza limite risulta essere piccola - 550 m Ciò è dovuto alle peculiarità della propagazione della luce coerente in un ampio canale di un cavo multimodale. Per collegare un ricetrasmettitore laser a un cavo multimodale, è necessario utilizzare un adattatore speciale.
Cavo Twinax
Come mezzo di trasmissione dati viene utilizzato un cavo twinax di alta qualità (Twinax) con un'impedenza d'onda di 150 Ohm (2x75 Ohm). I dati vengono inviati simultaneamente su una coppia di conduttori, ciascuno circondato da uno schermo intrecciato. Ciò si traduce in una modalità di trasmissione half-duplex. Per garantire la trasmissione full duplex, sono necessarie altre due coppie di conduttori coassiali. Si iniziò a produrre un cavo speciale, che contiene quattro conduttori coassiali: il cosiddetto Quad-cable. Assomiglia nell'aspetto a un cavo di categoria 5 e ha un diametro esterno stretto e una flessibilità. La lunghezza massima di un segmento twinax è di soli 25 metri, quindi questa soluzione è adatta per apparecchiature poste nella stessa stanza.
4.4. Gigabit Ethernet su doppino intrecciato di categoria 5
Come sapete, ogni coppia di cavi di Categoria 5 ha una larghezza di banda garantita fino a 100 MHz. Per trasferire i dati su un tale cavo a una velocità di 1000 Mbit / s, si è deciso di organizzare la trasmissione parallela contemporaneamente su tutte e 4 le coppie del cavo (come nella tecnologia l00VG-AnyLAN).
Ciò ha immediatamente ridotto la velocità di trasferimento dei dati per ciascuna coppia a 250 Mbps. Tuttavia, anche per una tale velocità, era necessario escogitare un metodo di codifica che avesse uno spettro non superiore a 100 MHz. Inoltre, l'uso simultaneo di quattro coppie a prima vista priva la rete della capacità di riconoscere le collisioni.
A entrambe queste domande è stata data risposta dal comitato 802.3a.
Per codificare i dati è stato utilizzato il codice PAM5, utilizzando 5 livelli di potenziale: -2, -1.0, +1, +2. Pertanto, in un ciclo di clock, vengono trasmessi 2.322 bit di informazioni su una coppia. Pertanto, la frequenza di clock può essere ridotta a 125 MHz invece di 250 MHz. In questo caso, se non vengono utilizzati tutti i codici, ma vengono trasmessi 8 bit per clock (in 4 coppie), viene mantenuta la velocità di trasmissione richiesta di 1000 Mbps e c'è ancora una scorta di codici non utilizzati, poiché il codice RAM5 ne contiene 54 = 625 combinazioni e se si trasmette per un ciclo per tutte e quattro le coppie di 8 bit di dati, ciò richiede un totale di 28 = 256 combinazioni. Le restanti combinazioni possono essere utilizzate dal ricevitore per controllare le informazioni ricevute ed evidenziare le combinazioni corrette sullo sfondo del rumore. Il codice PAM5 a 125 MHz rientra nella larghezza di banda di 100 MHz del cavo di categoria 5.
Per riconoscere le collisioni e organizzare la modalità full-duplex, gli sviluppatori della specifica 802.3ab hanno applicato la tecnica utilizzata per organizzare la modalità duplex su una singola coppia di fili nei moderni modem e nelle apparecchiature di trasmissione dati delle terminazioni degli abbonati ISDN. Invece di trasmettere su diverse coppie di fili o separare i segnali di due che lavorano contemporaneamente verso trasmettitori su un intervallo di frequenza, entrambi i trasmettitori lavorano l'uno verso l'altro su ciascuna delle 4 coppie nello stesso intervallo di frequenza, poiché utilizzano lo stesso potenziale codice PAM5 ( Fig. 3.4.1). Schema di disaccoppiamento ibrido H consente a un ricevitore e trasmettitore dello stesso nodo di utilizzare doppino intrecciato sia per trasmettere che per ricevere contemporaneamente (come nei ricetrasmettitori Ethernet coassiali).
Riso. 4.4.1. Trasmissione bidirezionale su quattro coppie di DTP di Categoria 5
Per separare il segnale ricevuto dal proprio, il ricevitore sottrae il suo segnale noto dal segnale risultante. Naturalmente, questa non è un'operazione semplice e speciali processori di segnale digitale: per eseguirla vengono utilizzati DSP ( Segnale digitale processore). Questa tecnica è già stata testata dalla pratica, ma nei modem e Reti ISDNè stato utilizzato a velocità completamente diverse.
Nella modalità di funzionamento half-duplex, la ricezione di un flusso di dati in arrivo è considerata una collisione e per la modalità di funzionamento full-duplex è una situazione normale.
Con la fine del lavoro di standardizzazione della specifica Gigabit Ethernet sull'UTP di Categoria 5, molti produttori e consumatori sperano in un esito positivo di questo lavoro, perché in questo caso, per supportare la tecnologia Gigabit Ethernet, non sarà necessario per sostituire il cablaggio di categoria 5 esistente con un cablaggio in fibra o di categoria 7.
5. conclusione
· La tecnologia FDDI è la tecnologia LAN più tollerante ai guasti. In caso di guasti singoli del sistema in cavo o della stazione, la rete, per il “ripiegamento” del doppio anello in un unico anello, rimane pienamente operativa.
· La tecnologia Fast Ethernet ha mantenuto intatto il metodo di accesso CSMA/CD, lasciando lo stesso algoritmo e gli stessi parametri temporali a intervalli di bit (lo stesso intervallo di bit è diminuito di 10 volte). Tutte le differenze tra Fast Ethernet ed Ethernet si manifestano a livello fisico.
· Gli standard l00Base-TX/FX possono funzionare in modalità full duplex.
· Il diametro massimo di una rete Fast Ethernet è di circa 200 m e valori più accurati dipendono dalle specifiche dell'ambiente fisico. Nel dominio di collisione Fast Ethernet, non sono ammessi più di un ripetitore di classe I (consentendo la traduzione di codici 4V/5V in codici 8V/6T e viceversa) e non più di due ripetitori di classe II (non consentendo la traduzione di codici).
· Nella tecnologia l00VG-AnyLAN, l'arbitro che decide se concedere alle stazioni l'accesso a un ambiente condiviso è un concentratore che supporta il metodo Demand Priority - requisiti di priorità. Il metodo Demand Priority opera su due livelli di priorità dati dalle stazioni, con una stazione che è stata fuori servizio per molto tempo aumentando la sua priorità in modo dinamico.
· I concentratori VG possono essere combinati in una gerarchia e l'ordine di accesso al mezzo non dipende dal concentratore di livello a cui è collegata la stazione, ma dipende solo dalla priorità del frame e dall'ora di presentazione di una richiesta di servizio.
· La tecnologia Gigabit Ethernet aggiunge un nuovo passo di 1000 Mbps alla gerarchia di velocità della famiglia Ethernet. Questo passaggio ti consente di costruire in modo efficace di grandi dimensioni reti locali, in quale server potenti e le dorsali dei livelli inferiori della rete operano a una velocità di 100 Mbps e la dorsale Gigabit Ethernet le combina, fornendo un margine di larghezza di banda abbastanza ampio.
· Gli sviluppatori della tecnologia Gigabit Ethernet hanno mantenuto un ampio grado di continuità con le tecnologie Ethernet e Fast Ethernet. Gigabit Ethernet utilizza gli stessi formati di frame di versione precedente Ethernet opera in modalità full-duplex e half-duplex, supportando lo stesso metodo di accesso CSMA/CD su un supporto condiviso con modifiche minime.
· Per garantire un diametro massimo accettabile della rete di 200 m in modalità half-duplex, gli sviluppatori della tecnologia Gigabit Ethernet sono andati ad aumentare la dimensione minima del frame da 64 a 512 byte. È anche consentito trasmettere più frame di seguito, senza liberare il supporto, a un intervallo di 8096 byte, quindi i frame non devono essere riempiti a 512 byte. I restanti parametri del metodo di accesso e la dimensione massima del frame sono rimasti invariati.
Rete FDDI. La velocità di 10 Mbps è insufficiente per molte moderne applicazioni di rete. Pertanto, sono in fase di sviluppo tecnologie e implementazioni specifiche di LAN ad alta velocità.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - una LAN di una struttura ad anello che utilizza FOCL e una versione specifica del metodo di accesso ai marker.
Nella versione principale della rete viene utilizzato un doppio anello sull'UFCL. Viene fornita una velocità di informazione di 100 Mbit/s. La distanza tra i nodi estremi è fino a 200 km, tra le stazioni vicine - non più di 2 km. Il numero massimo di nodi è 500. FOCL utilizza una lunghezza d'onda di 1300 nm.
Due anelli FO vengono utilizzati contemporaneamente. Le stazioni possono essere collegate ad uno degli anelli o ad entrambi contemporaneamente. L'utilizzo di entrambi gli anelli da parte di un particolare nodo consente a questo nodo di avere un throughput totale di 200 Mbps. Un altro possibile utilizzo del secondo anello è quello di bypassare l'area danneggiata con esso (Fig. 4.5).
Riso. 4.5. FOCL squilla nella rete FDDI
FDDI utilizza il codice originale e il metodo di accesso. Viene utilizzato un codice di tipo NRZ (non ritorno a zero), in cui un cambiamento di polarità nel passaggio temporale successivo viene percepito come 1, nessun cambiamento di polarità come 0. Affinché il codice sia auto-sincronizzante, dopo ogni quattro bit, il trasmettitore genera un fronte di sincronizzazione.
Questa speciale codifica Manchester è chiamata 4b/5b. La registrazione 4b/5b indica un codice in cui vengono utilizzati 5 bit per l'autosincronizzazione durante la trasmissione di 4 bit di un codice binario in modo che non possano esserci più di due zeri di fila, oppure dopo 4 bit viene aggiunto un altro fronte obbligatorio, che è usato in FDDI.
Con un tale codice, i blocchi di codifica e decodifica sono un po' più complicati, ma la velocità di trasmissione sulla linea di comunicazione aumenta, poiché la frequenza di commutazione massima è quasi dimezzata rispetto al codice Manchester.
Secondo il metodo FDDI, un pacchetto composto da un token e da frame di informazioni circola sull'anello. Qualsiasi stazione pronta a trasmettere, riconoscendo un pacchetto che lo attraversa, inserisce il suo frame alla fine del pacchetto. Lo elimina anche dopo che la cornice le è tornata dopo aver girato l'anello ea condizione che sia stata accettata dal destinatario. Se lo scambio avviene senza errori, allora il frame che ritorna alla stazione di invio è già il primo del pacchetto, poiché tutti i frame precedenti devono essere eliminati prima.
Una rete FDDI viene in genere utilizzata per collegare in rete molte sottoreti LAN separate. Ad esempio, quando si organizza un sistema informativo di una grande impresa, è consigliabile disporre di una LAN di tipo Ethernet o Token Ring nei locali dei singoli reparti di progettazione e la comunicazione tra i reparti dovrebbe avvenire tramite la rete FDDI.
Fiber Distribution Data Interface o FDDI è stata creata a metà degli anni '80 appositamente per collegare le sezioni più importanti della rete. Sebbene 10 Mbps fossero eccellenti per una workstation, chiaramente non erano sufficienti per le comunicazioni da server a server. Sulla base di queste esigenze, FDDI è stato progettato per la comunicazione tra i server e altre parti importanti della rete e prevedeva la capacità di controllare il processo di trasmissione e la sua elevata affidabilità. Questo è il motivo principale per cui occupa ancora un posto così importante nel mercato.
A differenza di Ethernet, FDDI utilizza una struttura ad anello, in cui i dispositivi sono combinati in un grande anello e si trasmettono i dati in sequenza l'uno all'altro. Un pacchetto può viaggiare attraverso più di 100 nodi prima di raggiungere la sua destinazione. Ma non confondere FDDI con Token Ring! Token Ring utilizza solo un token, che viene passato da una macchina all'altra. FDDI utilizza un'idea diversa: il cosiddetto time marker. Ogni macchina invia i dati alla successiva per un certo periodo di tempo, che concordano in anticipo quando si collegano all'anello. Le stazioni possono inviare pacchetti contemporaneamente, se il tempo lo consente.
Poiché le altre macchine non devono attendere che il supporto si liberi, la dimensione del pacchetto può raggiungere i 20.000 byte, sebbene la maggior parte utilizzi pacchetti di 4.500 byte, solo tre volte la dimensione di un pacchetto Ethernet. Tuttavia, se il pacchetto è per una workstation connessa all'anello tramite Ethernet, la dimensione del pacchetto non supererà i 1516 byte.
Uno dei maggiori vantaggi di FDDI è la sua elevata affidabilità. Di solito è costituito da due o più anelli. Ogni macchina può ricevere e inviare messaggi ai suoi due vicini. Questo schema consente alla rete di funzionare anche se il cavo è rotto. Quando il cavo si rompe, i dispositivi a entrambe le estremità della rottura fungono da spina e il sistema continua a funzionare come un unico anello che passa due volte attraverso ciascun dispositivo. Poiché ogni percorso specifico è unidirezionale e i dispositivi trasmettono i dati a un'ora specificata, tale schema elimina completamente le collisioni. Ciò consente a FDDI di raggiungere quasi il suo pieno throughput teorico, che in realtà è il 99% della velocità dati teoricamente possibile. L'elevata affidabilità del doppio anello, alla luce di quanto sopra, fa sì che i consumatori continuino ad acquistare apparecchiature FDDI.
Come funziona una rete FDDI La rete FDDI è un token ring in fibra ottica con una velocità di trasmissione dati di 100 Mbps. Lo standard FDDI è stato sviluppato dal comitato X3T9.5 dell'American National Standards Institute (ANSI). Le reti FDDI sono supportate da tutti i principali produttori di apparecchiature di rete. Il comitato ANSI X3T9.5 è stato ora rinominato X3T12. L'uso della fibra ottica come mezzo di propagazione può espandere notevolmente la larghezza di banda del cavo e aumentare la distanza tra i dispositivi di rete. Confrontiamo il throughput delle reti FDDI ed Ethernet con l'accesso multiutente. Il livello di utilizzo consentito della rete Ethernet è entro il 35% (3,5 Mbps) del throughput massimo (10 Mbps), altrimenti la probabilità di collisioni non diventa troppo elevata e il throughput del cavo diminuirà drasticamente. Per le reti FDDI, l'utilizzo consentito può raggiungere il 90-95% (90-95 Mbps). Pertanto, il throughput di FDDI è circa 25 volte superiore. La natura deterministica del protocollo FDDI (la capacità di prevedere il ritardo massimo durante la trasmissione di un pacchetto su una rete e la capacità di fornire una larghezza di banda garantita per ciascuna delle stazioni) lo rende ideale per l'uso in ACS di rete in tempo reale e in tempo -applicazioni critiche (ad esempio per la trasmissione di informazioni video e audio). FDDI ha ereditato molte delle sue proprietà chiave dalle reti Token Ring (standard IEEE 802.5). Prima di tutto, è una topologia ad anello e un metodo marker per accedere al mezzo. Marker: un segnale speciale che ruota attorno all'anello. La stazione che ha ricevuto il token può trasmettere i suoi dati. Tuttavia, FDDI presenta anche una serie di differenze fondamentali rispetto a Token Ring, il che lo rende un protocollo più veloce. Ad esempio, l'algoritmo di modulazione dei dati a livello fisico è stato modificato. Token Ring utilizza uno schema di codifica Manchester che richiede il raddoppio della larghezza di banda del segnale trasmesso rispetto ai dati trasmessi. FDDI implementa un algoritmo di codifica "cinque su quattro" - 4V / 5V che fornisce la trasmissione di quattro bit di informazioni per cinque bit trasmessi. Quando si trasmettono 100 Mbps di informazioni al secondo, vengono trasmessi fisicamente alla rete 125 Mbps, invece di 200 Mbps, che sarebbero necessari quando si utilizza la codifica Manchester. Controllo accessi (VAC) ottimizzato e medio. In Token Ring si basa su una base di bit, mentre in FDDI si basa sull'elaborazione parallela di un gruppo di quattro o otto bit trasmessi. Ciò riduce i requisiti di prestazioni hardware. Fisicamente, l'anello FDDI è formato da un cavo in fibra ottica con due fibre conduttrici di luce. Uno di questi costituisce l'anello primario (anello primario), è il principale ed è utilizzato per la circolazione dei token di dati. La seconda fibra forma l'anello secondario, è ridondante e non viene utilizzata in modalità normale. Le stazioni collegate alla rete FDDI si dividono in due categorie. Le stazioni di classe A hanno connessioni fisiche agli anelli primari e secondari (Dual Attached Station - doppiamente collegata); 2. Le stazioni di classe B sono collegate solo all'anello primario (Single Attached Station - una volta connessa stazione) e sono collegate solo tramite dispositivi speciali chiamati hub. Le porte dei dispositivi di rete collegati alla rete FDDI sono classificate in 4 categorie: porte A, porte B, porte M e porte S. La porta A è la porta che riceve i dati dall'anello principale e li invia all'anello secondario. La porta B è la porta che riceve i dati dall'anello secondario e li invia all'anello primario. Le porte M (Master) e S (Slave) trasmettono e ricevono dati dallo stesso anello. La porta M viene utilizzata sull'hub per collegare la Single Attached Station tramite la porta S. Lo standard X3T9.5 ha una serie di limitazioni. La lunghezza totale di un doppio anello in fibra ottica è fino a 100 km. È possibile collegare all'anello fino a 500 stazioni di classe A. La distanza tra i nodi quando si utilizza un cavo in fibra ottica multimodale è fino a 2 km e quando si utilizza un cavo monomodale è determinata principalmente dai parametri della fibra e l'attrezzatura del ricetrasmettitore (può raggiungere i 60 o più km). Topologia. I meccanismi di controllo del flusso utilizzati nella creazione di una LAN dipendono topologicamente, il che rende impossibile l'utilizzo simultaneo di Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 e altri all'interno di un unico ambiente di distribuzione. Nonostante il fatto che Fibre Channel possa in una certa misura assomigliare alle LAN a noi così familiari, il suo meccanismo di controllo del flusso non ha nulla a che fare con la topologia del mezzo di distribuzione e si basa su principi completamente diversi. Ciascuna N_port, quando connessa alla rete Fibre Channel, effettua la procedura di registrazione (log-in) e riceve informazioni sullo spazio indirizzi e sulle capacità di tutti gli altri nodi, in base alle quali diventa chiaro con quale di essi può lavorare e a quali condizioni. E poiché il meccanismo di controllo del flusso in Fibre Channel è prerogativa della griglia stessa, per il nodo non importa affatto quale topologia lo sottende. Point-to-Point Lo schema più semplice basato su una connessione seriale full-duplex di due N_port con parametri di connessione fisica reciprocamente accettabili e le stesse classi di servizio. Uno dei nodi riceve l'indirizzo 0 e l'altro - 1. In sostanza, un tale schema può essere considerato un caso speciale di una topologia ad anello, in cui non è necessario il controllo dell'accesso mediante arbitrato. Come tipico esempio di tale connessione, possiamo citare la connessione più comune di un server a un array RAID esterno. Loop con accesso arbitrale Il classico schema di connessione fino a 126 porte, con cui tutto ebbe inizio, a giudicare dalla sigla FC-AL. Due porte qualsiasi nell'anello possono comunicare su una connessione full-duplex, proprio come una connessione punto a punto. Allo stesso tempo, tutti gli altri agiscono come ripetitori passivi di segnali di livello FC-1 con ritardi minimi, che, forse, è uno dei principali vantaggi della tecnologia FC-AL rispetto a SSA. Il fatto è che l'indirizzamento in SSA si basa sulla conoscenza del numero di porte intermedie tra il mittente e il destinatario, quindi l'intestazione dell'indirizzo del frame SSA contiene un conteggio di hop. Ciascuna porta incontrata lungo il percorso del frame decrementa questo contatore di uno e quindi rigenera il CRC, aumentando così significativamente il ritardo di trasmissione tra le porte. Per evitare questo effetto indesiderato, gli sviluppatori di FC-AL hanno preferito utilizzare l'indirizzamento assoluto, che alla fine ha consentito di trasmettere il frame invariato e con una latenza minima. La parola ARB trasmessa per l'arbitrato non è compresa o utilizzata dalle normali N_port, quindi in questa topologia, le proprietà del nodo aggiuntive sono indicate come NL_port. Il principale vantaggio del ciclo di accesso all'arbitrato è il suo basso costo per numero di dispositivi collegati, quindi viene spesso utilizzato per combinare un gran numero di dischi fissi con controller del disco. Sfortunatamente, il guasto di qualsiasi NL_port o cavo di collegamento apre il loop e lo rende inutilizzabile, motivo per cui un circuito del genere nella sua forma pura ora non è più considerato un per...
La tecnologia FDDI si basa in gran parte sulla tecnologia Token Ring, sviluppando e migliorando le sue idee principali. Gli sviluppatori della tecnologia FDDI si sono posti i seguenti obiettivi come la massima priorità:
Aumenta il bit rate del trasferimento dati fino a 100 Mb/s.
Aumentare la tolleranza ai guasti della rete grazie a procedure standard per il ripristino della stessa dopo guasti di vario genere: danni ai cavi, funzionamento errato di un nodo, hub, elevato livello di interferenza sulla linea, ecc.
Massimizza la larghezza di banda di rete potenziale per il traffico asincrono e sincrono.
La rete FDDI è costruita sulla base di due anelli in fibra ottica, che costituiscono i percorsi di trasmissione dati principali e di backup tra i nodi della rete. L'uso di due anelli è il modo principale per aumentare la tolleranza ai guasti in una rete FDDI e i nodi che desiderano utilizzarlo devono essere collegati a entrambi gli anelli. Nella normale modalità di funzionamento della rete, i dati passano attraverso tutti i nodi e tutte le sezioni del cavo dell'anello primario (primario), quindi questa modalità è chiamata modalità Thru - "attraverso" o "transito". L'anello secondario (Secondary) non viene utilizzato in questa modalità.
In caso di qualche tipo di guasto, quando una parte dell'anello primario non è in grado di trasmettere dati (ad esempio, una rottura del cavo o un guasto del nodo), l'anello primario viene combinato con il secondario (Fig. 31), formando nuovamente un unico anello. Questa modalità di funzionamento in rete è chiamata Wrap, ovvero anelli "pieghevoli" o "pieghevoli". L'operazione di piegatura viene eseguita da hub e/o schede di rete FDDI. Per semplificare questa procedura, i dati sull'anello primario vengono sempre trasmessi in senso antiorario e sul secondario - in senso orario. Pertanto, quando un anello comune è formato da due anelli, i trasmettitori delle stazioni rimangono comunque collegati ai ricevitori delle stazioni vicine, il che consente di trasmettere e ricevere correttamente le informazioni dalle stazioni vicine.
Gli standard FDDI pongono molta enfasi su varie procedure per determinare se una rete è guasta e quindi riconfigurare secondo necessità. La rete FDDI può ripristinare completamente la sua operatività in caso di guasti singoli dei suoi elementi. Con più errori, la rete si divide in diverse reti non correlate.
Riso. 31. Riconfigurazione degli anelli FDDI in caso di guasto
Gli anelli nelle reti FDDI sono considerati un mezzo di trasmissione dati condiviso comune, quindi viene definito un metodo di accesso speciale. Questo metodo è molto vicino al metodo di accesso delle reti Token Ring ed è anche chiamato metodo token (o token) ring - token ring (Fig. 32, a).
La stazione può iniziare a trasmettere i propri frame di dati solo se ha ricevuto un frame speciale dalla stazione precedente: un token di accesso (Fig. 32, b). Dopodiché, può trasferire i suoi frame, se li ha, per un periodo chiamato Token Holding Time (THT). Trascorso il tempo THT, la stazione deve completare la trasmissione del frame successivo e passare il token di accesso alla stazione successiva. Se, al momento dell'accettazione del token, la stazione non dispone di frame da trasmettere sulla rete, trasmette immediatamente il token della stazione successiva. In una rete FDDI, ogni stazione ha un vicino a monte e un vicino a valle determinato dai suoi collegamenti fisici e dalla direzione del trasferimento delle informazioni.
Ogni stazione della rete riceve costantemente i frame che le sono trasmessi dal vicino precedente e ne analizza l'indirizzo di destinazione. Se l'indirizzo di destinazione non corrisponde al suo, trasmette il frame al suo vicino successivo (Fig. 32, c). Va notato che se la stazione ha acquisito il token e trasmette i propri frame, durante questo periodo di tempo non trasmette i frame in arrivo, ma li rimuove dalla rete.
Se l'indirizzo del frame corrisponde all'indirizzo della stazione, copia il frame nel suo buffer interno, ne verifica la correttezza (principalmente tramite checksum), passa il suo campo dati per l'ulteriore elaborazione a un protocollo che si trova al di sopra del livello FDDI (ad esempio, IP ), e quindi trasmette il frame originale sulla rete della stazione successiva (Fig. 32, d). In una trama trasmessa alla rete, la stazione di destinazione rileva tre segni: riconoscimento dell'indirizzo, copia della trama e assenza o presenza di errori in essa.
Successivamente, il frame continua a viaggiare attraverso la rete, essendo trasmesso da ciascun nodo. La stazione, che è l'origine del frame per la rete, è responsabile della rimozione del frame dalla rete dopo che, dopo aver effettuato un giro completo, lo raggiunge nuovamente (Fig. 32, e). In questo caso, la stazione sorgente controlla i segni del frame, se è arrivata alla stazione di destinazione e se è stata danneggiata. Il processo di ripristino dei frame di informazioni non è responsabilità del protocollo FDDI, questo dovrebbe essere gestito da protocolli di livello superiore.
Riso. 32. Elaborazione dei frame da parte delle stazioni ad anello FDDI
La Figura 33 mostra la struttura del protocollo della tecnologia FDDI rispetto al sette strati modello OSI. FDDI definisce il protocollo del livello fisico e il protocollo MAC (Media Access Sublayer) del livello di collegamento. Come molte altre tecnologie LAN, FDDI utilizza il protocollo 802.2 Data Link Control (LLC) definito negli standard IEEE 802.2 e ISO 8802.2. FDDI utilizza il primo tipo di procedure LLC, in cui i nodi operano in modalità datagramma, senza connessione e senza recuperare frame persi o danneggiati.
Riso. 33. Struttura dei protocolli della tecnologia FDDI
Lo strato fisico è diviso in due sottostrati: il sottostrato PHY (Physical) indipendente dai media e il sottostrato PMD (Physical Media Dependent) dipendente dai media. Il funzionamento di tutti i livelli è controllato dal protocollo di gestione della stazione SMT (Station Management).
Lo strato PMD fornisce i mezzi necessari per trasferire i dati da una stazione all'altra su fibra. La sua specifica definisce:
Requisiti di potenza ottica e fibra ottica multimodale 62,5/125 µm.
Requisiti per interruttori di bypass ottici e ricetrasmettitori ottici.
Parametri dei connettori ottici MIC (Media Interface Connector), loro marcatura.
La lunghezza d'onda di 1300 nanometri a cui operano i ricetrasmettitori.
Rappresentazione di segnali in fibre ottiche secondo il metodo NRZI.
La specifica TP-PMD definisce la possibilità di trasmettere dati tra stazioni su doppino intrecciato secondo il metodo MLT-3. Le specifiche del livello PMD e TP-PMD sono già state discusse nelle sezioni Fast Ethernet.
Lo strato PHY esegue la codifica e la decodifica dei dati che circolano tra lo strato MAC e lo strato PMD e fornisce anche la temporizzazione per i segnali di informazione. La sua specifica definisce:
codificare le informazioni secondo lo schema 4B/5B;
regole di temporizzazione del segnale;
requisiti per la stabilità della frequenza di clock di 125 MHz;
regole per convertire le informazioni dal formato parallelo a quello seriale.
Il livello MAC è responsabile del controllo dell'accesso alla rete e della ricezione e dell'elaborazione dei frame di dati. Definisce i seguenti parametri:
Protocollo di trasferimento token.
Regole per l'acquisizione e l'inoltro di un token.
Formazione del telaio.
Regole per la generazione e il riconoscimento degli indirizzi.
Regole per il calcolo e la verifica di un checksum a 32 bit.
Il livello SMT svolge tutte le funzioni di gestione e monitoraggio di tutti gli altri livelli dello stack del protocollo FDDI. Ogni nodo della rete FDDI partecipa alla gestione dell'anello. Pertanto, tutti gli host si scambiano frame SMT speciali per gestire la rete. La specifica SMT definisce quanto segue:
Algoritmi per il rilevamento degli errori e il ripristino degli errori.
Regole per il monitoraggio del funzionamento dell'anello e delle stazioni.
Gestione dell'anello.
Procedure di inizializzazione dell'anello.
La tolleranza ai guasti delle reti FDDI è assicurata controllando il livello SMT da altri livelli: utilizzando il livello PHY, i guasti di rete vengono eliminati per motivi fisici, ad esempio a causa di una rottura del cavo, e utilizzando il livello MAC, guasti di rete logici, ad esempio , la perdita del percorso di trasferimento del token interno desiderato e dei frame di dati tra le porte hub.
La tabella seguente confronta la tecnologia FDDI con le tecnologie Ethernet e Token Ring.
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Caratteristica |
ethernet |
anello simbolico |
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bit rate | |||
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Topologia |
doppio anello di alberi |
Autobus/stella |
stella/anello |
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Metodo di accesso |
Quota del tempo di rotazione dei token |
Sistema di prenotazione prioritaria |
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Mezzo di comunicazione |
Fibra multimodale, doppino intrecciato non schermato |
Coassiale spesso, coassiale sottile, doppino, fibra ottica |
Doppino intrecciato schermato e non schermato, fibra ottica |
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Lunghezza massima della rete (senza bridge) |
200 km (100 km per anello) | ||
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Distanza massima tra i nodi |
2 km (perdita di -11 dB tra i nodi) | ||
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Numero massimo di nodi |
500 (1000 connessioni) |
260 per doppino intrecciato schermato, 72 per doppino intrecciato non schermato |
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Clock e failover |
Implementazione distribuita di clock e failover |
Non definito |
monitor attivo |
