1.1. Введение

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

2.1. Введение

3. Особенности технологии 100VG-AnyLAN

3.1 Введение

5. Вывод

1. Технология FDDI

1.1. Введение

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распреде­ленных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи дан­ных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территори­альных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

1.2. Основные характеристики технологии

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совер­шенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в каче­стве наиболее приоритетных следующие цели:

· повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

· повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

· максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользо­ваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вто­ричным (рис. 1.2), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания произво­дится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию сосед­ними станциями.

Рис. 1.2. Реконфигурация колец FDDI при отказе

В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позво­ляют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигура­цию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на не­сколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отка­зов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, по­этому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Ме­ханизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в техноло­гии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уров­ней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соот­ветствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобож­дения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позво­ляют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

На рис. 1.2. приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровне­вой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локаль­ных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Рис. 1.2. Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специаль­ными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помо­щью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например по­теря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами кон­центратора.

1.3. Особенности метода доступа FDDI

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксирован­ную величину.

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT) . Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0рг . Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной ве­личиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договари­ваются о величине Т_0рг во время инициализации кольца. Каждая станция может предло­жить свое значение Т_0рг, в результате для кольца устанавливается минимальное из пред­ложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, рабо­тающих на станциях. Обычно синхронным приложениям (приложениям реального вре­мени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным при­ложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение от­дается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рг, то есть TRT < Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рг. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, мар­кер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регули­рует временные перегрузки сети.

1.4. Отказоустойчивость технологии FDDI

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оп­товолоконных колец - первичного и вторичного. В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети. Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это по­казано на рис. 1.4, хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у уст­ройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для оди­ночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

Рис. 1.4. Подключение узлов к кольцам FDDI

В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора (рис. 1.4.2). Двукрат­ный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концен­траторе - порт М, к которому была подключена данная станция, будет исключен из об­щего пути.

Рис. 1.4.2. Реконфигурация сети FDDI при обрыве провода

Для сохранения работоспособности сети при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

И наконец, станции DAS или концентраторы DAC можно подключать к двум портам М одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резерв­ными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а порт А - резерв­ную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концен­траторов и станций за временными интервалами циркуляции маркера и кадров, а также за наличием физического соединения между соседними портами в сети. В сети FDDI нет вы­деленного активного монитора - все станции и концентраторы равноправны, и при обна­ружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.

1.5. Физический уровень технологии FDDI

В технологии FDDI для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализо­вано логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием NRZI. Эта схема приводит к передаче по линии связи сигналов с тактовой частотой 125 МГц.

Так как из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных сим­волов нужно только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 выбрано несколько кодов, кото­рые используются как служебные. К наиболее важным служебным символам относится символ Idle - простой, который постоянно передается между портами в течение пауз ме­жду передачей кадров данных. За счет этого станции и концентраторы сети FDDI имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае от­сутствия потока символов Idle фиксируется отказ физической связи и производится ре­конфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно.

При первоначальном соединении кабелем двух узлов их порты сначала выполняют проце­дуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последова­тельности служебных символов кода 4В/5В, с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение (например, со­единение S-S является некорректным и т. п.). Если соединение корректно, то далее вы­полняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня MAC соединенных устройств путем передачи нескольких кад­ров MAC. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установ­ленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управ­ления станцией SMT.

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent) (см. рис. 1.2).

Технология FDDI в настоящее время поддерживает два подуровня PMD: для волоконно-оптического кабеля и для неэкранированной витой пары категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD.

Оптоволоконный подуровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну. Его спецификация опреде­ляет:

· использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оп­тического кабеля 62,5/125 мкм;

· требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между уз­лами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля рас­стояние увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля;

· требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и опти­ческим приемопередатчикам;

· параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;

· использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм;

· представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по ви­той паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и - V для представления данных в кабеле. Для получения равно­мерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно 100 м.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце - 500.

1.6. Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

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

Таблица 1.6. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей - на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главным для разра­ботчиков было обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все эти цели были достиг­нуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость под­ключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN. Для подключения клиентских компьютеров и даже небольших серверов технология оказалась слишком дорогой. А по­скольку оборудование FDDI выпускается уже около 10 лет, значительного снижения его стоимости ожидать не приходится.

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

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

2.1. Введение

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

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

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

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

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

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

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

2.2. Физический уровень технологии Fast Ethernet

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

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

· волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;

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

Рис. 2.2.1. Отличия технологии Fast Ethernet от технологии Ethernet

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

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

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

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

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

Рис. 2.2.2. Структура физического уровня Fast Ethernet

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

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

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

Для всех трех стандартов справедливы следующие утверждения и характеристики.

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

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

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

o уровень согласования (reconciliation sublayer);

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

· 100Base-T4 - 4 пары категории 3;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.3. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей

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

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

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

· ограничения на максимальный диаметр сети;

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

Ограничения длин сегментов DTE-DTE

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

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

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

Таблица 2.3.1 . Максимальные длины сегментов DTE-DTE

Ограничения сетей Fast Ethernet, построенных на повторителях

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

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

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

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

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

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

Таблица 2.3.2. Параметры сетей на основе повторителей класса I

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 2.3.4. Задержки, вносимые кабелем

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

Таблица 2.3.5. Задержки, вносимые сетевыми адаптерами

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

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

3. Технологии 100VG-AnyLAN

3.1. Введение

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

3.2. Особенности технологии 100VG-AnyLAN

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

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

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

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

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

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

Рис. 3.1. Сеть 100VG-AnyLAN

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

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

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

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

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

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

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

4. Высокоскоростная технология Gigabit Ethernet

4.1. Общая характеристика стандарта

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

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

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

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

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

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

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

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

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

· качество обслуживания;

· избыточные связи;

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

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

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

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

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

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

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

· Сохраняются все форматы кадров Ethernet.

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

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

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

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

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

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

Все эти задачи были успешно решены.

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

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

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

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

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

4.3. Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

· одномодовый волоконно-оптический кабель;

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

· многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

· двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель

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

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

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

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

Одномодовый кабель

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

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

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

Твинаксиальный кабель

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

4.4. Gigabit Ethernet на витой паре категории 5

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

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

На оба эти вопроса комитет 802.ЗаЬ нашел ответы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) - это одна из новейших разработок стандартов ло­кальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разра­ботчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировав­шихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищен­ность, секретность передачи информации и прекрасную галь­ваническую развязку абонентов. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет стро­ить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже це­лые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоя­щему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого рас­пространения, ее перспективы очень неплохие.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта оп­ределяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDD1 - это кольцо, причем применяются два разнонаправлен­ных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать пол­нодуплексную передачу информации с удвоенной эффектив­ной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает па скорости 100 Мбит/с).

Основные технические характеристики сети FDDI следу­ющие.

· Максимальное количество абонентов сети - 1000.

· Максимальная протяженность кольца сети - 20 км.

· Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.

· Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

· Метод доступа - маркерный.

· Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Следовательно, FDDI имеет большие преимущества по срав­нению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым разме­рам сети и допустимому количеству абонентов. К тому же мар­керный метод доступа FDD1 обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения време­ни полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А максимальное рас­стояние между абонентами (2 км) определяется как раз зату­ханием сигналов в кабеле.

Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В, специально разработанный для этого стандарта и обеспечивающий ско­рость 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как при применении кода Манчестер-II. При этом каждым че­тырем битам передаваемой информации (каждому полубайту или нибблу) ставится в соответствие пять бит для восстанов­ления синхронизации на приемном конце.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети пре­дусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов.

· Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность ре­зервирования кабеля сети (при повреждении основного кабе­ля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.

· Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети могут использоваться связные концентраторы (wiring concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля за ра­ботой сети, диагностики неисправностей и упрощения рекон­фигурации. При применении кабелей разных типов (напри­мер, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет преобразование электрических сигналов в оптичес­кие и наоборот. Пример конфигурации сети FDDI представ­лен на рис. 2.11

Рис. 2.11. Пример конфигурации сети FDDI

Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфи­гурации сети с целью сохранения ее работоспособности в слу­чае повреждения кабеля (рис.2.12). Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т. е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры клас­са В).

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется множественная передача маркера. Если при использовании Token-Ring новый (свобод­ный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается або­нентом сразу же после окончания передачи им пакета. После­довательность действий здесь следующая.

· Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.

· Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет.

· Сразу после передачи пакета абонент посылает новый маркер.

Одновременно каждый абонент ведет свой отсчет време­ни, сравнивая реальное время обращения маркера (TRT) с за­ранее установленным контрольным временем его прибытия (РТТ). Если маркер возвращается раньше, чем установлено РТТ, то сеть загружена мало, и следовательно, абонент может спокойно передавать всю свою информацию. Если же маркер возвращается позже, чем установлено РТТ, то сеть загружена сильно, и абонент может передавать только самую необходи­мую информацию. При этом величины контрольного времени РТТ могут устанавливаться различными для разных абонен­тов. Такой механизм позволяет абонентам гибко реагировать на загрузку сети и поддерживать ее на оптимальном уровне.

Рис.2.12. Реконфигурация сети FDDI при повреждении кабеля

Стандарт FDDI в отличие от стандарта IEEE 802.5 не пре­дусматривает возможности установки приоритетов пакетов и резервирования. Вместо этого все абоненты разделяются на две группы: асинхронные и синхронные. Для асинхронных абонен­тов время доступа к сети не слишком критично. Для синхронных оно должно быть жестко ограничено. В стандарте предусмотрен специальный алгоритм, обслуживающий эти два типа абонентов.

Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не полу­чила пока широкого распространения, это связано главным обра­зом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка 3-5 тысяч дол­ларов). Однако в ближайшее время ситуация может измениться.

Обычно FDDI применялся для обеспечения быстрого доступа к сетевым серверам.

Методы доступа FDDI и маркерного кольца похожи, поскольку в них для пересылки данных по сети используется передача маркера. Отличие FDDI от стандартного маркерного кольца заключается в применении синхронного метода доступа с передачей маркера. Маркер FDDI перемещается по сетевому кольцу от узла к узлу. Если некоторый узел не имеет данных для передачи, он принимает маркер и пересылает его следующему узлу. Если узел, владеющий маркером, должен передать данные, он может отослать любое нужное количество фреймов в течение фиксированного промежутка времени, называемого временем обращения целевого маркера (TTRT). Поскольку стандарт FDDI использует синхронный метод передачи маркера, в сети в каждый момент времени могут находиться несколько фреймов от нескольких узлов, что обеспечивает высокую скорость передачи данных.

После того как узел передал фрейм, последний перемещается к следующему узлу сетевого кольца. Каждый из узлов определяет, предназначен ли фрейм текущему узлу и имеются ли в этом фрейме ошибки. Если узел является приемником данных, он помечает фрейм как прочитанный. Если какой-нибудь узел обнаруживает ошибку, он устанавливает разряд состояния фрейма, указывая на наличие ошибки. Когда фрейм возвращается к передающему узлу, тот определяет, получил ли целевой узел данный фрейм, а также имелись ли ошибки. В случае наличия ошибок фрейм передается заново. При отсутствии ошибок передающий узел удаляет фрейм из кольца.

Стандарт FDDI допускает два способа передачи пакетов: синхронный и асинхронный. Синхронная передача данных используется для пересылки непрерывной по времени информации: голоса, видео или мультимедиа. Асинхронная передача применяется для обычного сетевого трафика, который не нужно пересылать непрерывными порциями. Для конкретной сети время TTRT равно полному времени, необходимому для синхронной передачи данных от некоторого узла плюс время прохождения фрейма максимальной длины по всему кольцу.

В сети FDDI отслеживаются два типа ошибок: длительные периоды простоя и длительные периоды отсутствия маркера. В первом случае предполагается, что маркер был потерян. Во втором случае допускается, что некоторый узел непрерывно работает на передачу. При любом типе ошибки узел, обнаруживший ее, генерирует последовательность специальных фреймов, называемых исковыми фреймами или фреймами претензий. Исковой фрейм содержит предлагаемое время TTRT. Первый узел прекращает передачу, а следующий узел в кольце сравнивает свое время TTRT со значением, посланным предыдущим узлом. После сравнения он передает меньшее из значений TTRT следующему узлу, записывая это значение в свои исковые фреймы. К тому времени, как информация дойдет до последнего узла, будет выбрано самое маленькое значение TTRT. В этот момент кольцо инициализируется, для чего в него передается маркер и устанавливается новое время TTRT для каждого узла; такое состояние длится до тех пор, пока последний узел не получит новую информацию.

В сети FDDI используются два кольца, так что в случае выхода одного кольца из строя данные могут дойти до целевого узла по другому кольцу. К сети FDDI подключаются узлы двух классов. Узлы Класса А соединены с обоими сетевыми кольцами. Этот класс образует сетевое оборудование, например, концентраторы. Узлы Класса А могут переконфигурировать кольцо так, чтобы в случае отказа сети можно было использовать одно кольцо. Узла Класса В подключаются к сети FDDI через устройства Класса А. К этому классу относятся серверы и рабочие станции.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель.

Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную

способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (см рисунок), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций попрежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Особенности мтеода доступа.

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину. Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном появлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT). Интервал ТRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_Оpr. Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_Оpr во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_Оpr, врезультате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен.

Отказоустойчивость технологии.

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оптоволоконных колец - первичного и вторичного.

В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети:

Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA.

Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это показано на рисунке, хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent)

13. Структурированная кабельная система /СКС/. Иерархия в кабельной системе. Выбор типа кабелей для различных подсистем.

Структурированная кабельная система (СКС) - физическая основа информационной инфраструктуры предприятия, позволяющая свести в единую систему множество информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д.

СКС представляет собой иерархическую кабельную систему здания или группы зданий, разделённую на структурные подсистемы. Она состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнезд, информационных розеток и вспомогательного оборудования. Все перечисленные элементы интегрируются в единую систему и эксплуатируются согласно определённым правилам.

Кабельная система - это система, элементами которой являются кабели и компоненты, которые связаны с кабелем. К кабельным компонентам относится все пассивное коммутационное оборудование, служащее для соединения или физического окончания (терминирования) кабеля - телекоммуникационные розетки на рабочих местах, кроссовые и коммутационные панели (жаргон: «патч-панели») в телекоммуникационных помещениях, муфты и сплайсы;

Структурированная. Структура - это любой набор или комбинация связанных и зависимых составляющих частей. Термин «структурированная» означает, с одной стороны, способность системы поддерживать различные телекоммуникационные приложения (передачу речи, данных и видеоизображений), с другой - возможность применения различных компонентов и продукции различных производителей, и с третьей - способность к реализации так называемой мультимедийной среды, в которой используются несколько типов передающих сред - коаксиальный кабель, UTP, STP и оптическое волокно. Структуру кабельной системы определяет инфраструктура информационных технологий, IT (Information Technology), именно она диктует содержание конкретного проекта кабельной системы в соответствии с требованиями конечного пользователя, независимо от активного оборудования, которое может применяться впоследствии.

14. Сетевые адаптеры /СА/. Функции и характеристики СА. Классификация СА. Принцип работы.

Сетевые адаптеры выступают в качестве физического интерфейса между компьютером и сетевым кабелем. Обычно они вставляются в слоты расширения рабочих станций и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему порту адаптера после его установки подключается сетевой кабель.

Функции и характеристики сетевых адаптеров.

Сетевой адаптер и его драйвер в компьютерной сети выполняют функцию физического уровня и MAC – уровня. Сетевой адаптер и драйвер осуществляют прием и передачу кадра. Данная опреация проходит в несколько этапов. Чаще всего взаимодействие протоколов друг с другом внутри компьютера происходит посредством буферов, расположенных внутри оперативной памяти.

Известно, что сетевые адаптеры реализуют протоколы, и от того, с каким именно протоколом ведется работа, адаптеры делятся на: Ethernet – адаптеры, FDDI – адаптеры, Token Ring – адаптеры, и многие другие. Большинство современных Ethernet – адаптеров поддерживают две скорости работы, а потому в своем названии содержат еще и приставку 10/100.

Перед тем, как установить сетевой адаптер на компьютер, нужно провести его конфигурирование. В том случае, если компьютер, операционная система и сам сетевой адаптер поддерживают стандарт Plug-and-Play, то адаптер и его драйвер проходят автоматическое конфигурирование. Если же данный стандарт не поддерживается, то сначала необходимо провести конфигурирование сетевого адаптера, а потом точно такие же параметры применить и в конфигурировании драйвера. В данном процессе многое зависит и от производителя сетевого адаптера, а также и от параметров и возможностей шины, для которой предназначается адаптер.

Классификация сетевых адаптеров.

В развитии сетевых адаптеров Ethernet было отмечено целых четыре поколения. Для изготовления первого поколения адаптеров применялись дискретные, логические микросхемы, поэтому они не отличались высокой надежностью. Их буферная память была рассчитана только на один кадр, а это уже говорит о том, что их производительность была очень низкой. К тому же задание конфигурации сетевого адаптера такого типа происходило при помощи перемычек, а значит – вручную.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Название дисциплины: с ети ЭВМ и телекоммуникации

Тема: Хар актеристика технологии FDDI

• Введение
• 1 Технологии FDDI
• 1.4 Рекомендация использования технологии FDDI
• 2 Типы уровней технологии FDDI
• Заключение
• Глоссарий
• Список использованных источников
• Список сокращений

Приложения

Введение

В данной курсовой работе будут рассмотрены вопросы, связанные с технологией FDDI: его основные характеристики, особенности метода доступа, отказоустойчивость и рекомендации его использования. В настоящее время данная технология является наиболее безопасной, но дорогостоящей. Технология FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 8о-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института АNSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км. Хотя реализации FDDI сегодня не столь распространены, как Еthеrnеt или Tоkеn Ring, FDDI приобрела значительное число своих последователей, которое увеличивается по мере уменьшения стоимости интерфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а также как средство для соединения быстродействующих компьютеров, находящихся в локальной области. Актуальность данной темы в том, что в настоящее время высокоскоростные магистрали (100 Мбит/с) строят только на основе FDDI и АTM. Все другие широко известные сети (например, 100BаsеT) работают на слишком незначительных расстояниях, чтобы их можно было использовать в качестве корпоративной магистрали. Задачи данной темы, разобраться с технологией FDDI: его основными характеристиками, особенностями метода доступа, отказоустойчивостью и рекомендацией его использования. Целью данной работы является то, что FDDI это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Далее будет рассмотрен физический уровень технологии FDDI. Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physicаl) и зависящий от среды подуровень PMD (Physicаl Mеdiа Dеpеndеnt). Затем будет рассмотрен МАС-уровень. Узнаем, какие функции выполняет этот уровень и операции. С помощью операций МАС-уровня станции получают доступ к кольцу и передают свои кадры данных. Кроме спецификаций уровней PHY, PMD и MАC, в курсовой работе будет рассмотрена спецификация уровня управления станцией Stаtiоn Mаnаgеmеnt (SMT), определяемая стандартом FDDI.

1 Технологии FDDI

1.1 Основные характеристики технологии FDDI

Технология FDDI (Fibеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 8о-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института АNSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. Технология FDDI во многом основывается на технологии Tоkеn Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primаry) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Sеcоndаry) в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные, первичное кольцо объединяется со вторичным вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrаp, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Tоkеn Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом. Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Tоkеn Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - tоkеn ring. Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Tоkеn Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по- прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Tоkеn Ring, в технологии FDDI отсутствует. FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в масштабе реального времени, что является идеальным для ряда различных типов прикладных задач. FDDI обеспечивает эту поддержку путем обозначения двух типов трафика: синхронного и асинхронного. Синхронный трафик может потреблять часть общей полосы пропускания сети FDDI, равную 100 Мб/ сек; остальную часть может потреблять асинхронный трафик. Синхронная полоса пропускания выделяется тем станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Например, наличие такой возможности помогает при передаче голоса и видеоинформации. Другие станции используют остальную часть полосы пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определяет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания FDDI. Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Tоkеn Ring со скоростью 16 Мбит/с. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Tоkеn Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Tоkеn Ring процедуры обработки кадров станцией отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MАC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IЕЕЕ 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом АNSI, а не комитетом IЕЕЕ, она полностью вписывается в структуру стандартов 802. FDDI определяется независимыми техническими условиями: 1.Mеdiа Аccеss Cоntrоl (MАC) (Управление доступом к носителю) определяет способ доступа к носителю, включая формат пакета, обработку маркера, адресацию, алгоритм CRC (проверка избыточности цикла) и механизмы устранения ошибок. 2.Physicаl Lаyеr Prоtоcоl (PHY) (Протокол физического уровня) - определяет процедуры кодирования/декодирования информации, требования к синхронизации, формированию кадров и другие функции. 3.Stаtiоn Mаnаgеmеnt (SMT) Отравление станциями) - определяет конфигурацию станций FDDI, конфигурацию кольцевой сети и особенности управления кольцевой сетью, включая вставку и исключение станций, инициализацию, изоляцию и устранение неисправностей, составление графика и набор статистики. Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

1.2 Особенности метода доступа FDDI

сигнал оптический волокно кодирование

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину. Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр, то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном появлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Tоkеn Rоtаtiоn Timе, TRT). Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_Орг. Если в технологии Tоkеn Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_Орг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_Орг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик. Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_Орг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_Орг, то есть TRT < Т_Оpr. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности Т_Оpr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет. Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_Оpr. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры. Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.

1.3 Отказоустойчивость технологии FDDI

FDDI характеризуется рядом особенностей отказоустойчивости. Основной особенностью отказоустойчивости является наличие двойной кольцевой сети. Если какая-нибудь станция, подключенная к двойной кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если поврежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически "свертывается" ("подгибается" внутрь) в одно кольцо. Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Duаl Аttаchmеnt, DА. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Singlе Аttаchmеnt, SА. По мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность увеличения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа кольцевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фактическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополнительную сегментацию кольца. Устройства, критичные к отказам, такие как роутеры или главные универсальные вычислительные машины, могут использовать другую технику повышения отказоустойчивости, называемую "двойным подключением" (duаl hоming), для того, чтобы обеспечить дополнительную избыточность и повысить гарантию работоспособности. При двойном подключении критичное к отказам устройство подсоединяется к двум концентраторам. Одна пара каналов концентраторов считается активным каналом; другую пару называют пассивным каналом. Пассивный канал находится в режиме поддержки до тех пор, пока не будет установлено, что основной канал (или концентратор, к которому он подключен) отказал. Если это происходит, то пассивный канал автоматически активируется. В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Stаtiоn), а также концентраторов (Cоncеntrаtоr). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SАS (Singlе Аttаchmеnt Stаtiоn), DАS (Duаl Аttаchmеnt Stаtiоn), SАC (Singlе Аttаchmеnt Cоncеntrаtоr) и DАC (Duаl Аttаchmеnt Cоncеntrаtоr). В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора. Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. Для сохранения работоспособности при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DАS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Оpticаl Bypаss Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции. И, наконец, станции DАS или концентраторы DАC можно подключать к двум портам М одного ЕЛЕ двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а портА - резервную. Такая конфигурация называется подключением Duаl Hоming. Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концентраторов и станций за временными интервалами циркуляции маркера и кадров, а также за наличием физического соединения между соседними портами в сети. В сети FDDI нет выделенного активного монитора - все станции и концентраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации. Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.

Особенностью технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

Высокая степень отказоустойчивости;

Способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

Высокая скорость обмена данными;

Возможность поддержки синхронного мультимедийного трафика;

Гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

Возможность работы при коэффициенте загрузки кольца близком к единице;

Возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов как Еthеrnеt и Tоkеn Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC. Пока FDDI - это единственная технология, которой удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fаst Еthеrnеt также обладает скоростью передачи данных 100 Мб/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети. Одной из наиболее важных характеристик FDDI является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля). FDDI устанавливает два типа используемого оптического волокна: одномодовое (иногда называемое мономодовым) и многомодовое. Моды можно представить в виде пучков лучей света, входящего в оптическое волокно под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распространяться через оптическое волокно только одному моду света, в то время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптическому волокну множеству мод света. Т.к. множество мод света, распространяющихся по оптическому кабелю, могут проходить различные расстояния (в зависимости от угла входа), и, следовательно, достигать пункт назначения в разное время (явление, называемое модальной дисперсией), одномодовый световод способен обеспечивать большую полосу пропускания и прогон кабеля на большие расстояния, чем многомодовые световоды. Благодаря этим характеристикам одномодовые световоды часто используются в качестве основы университетских сетей, в то время как многомодовый световод часто используется для соединения рабочих групп. В многомодовом световоде в качестве генераторов света используются диоды, излучающие свет (LЕD), в то время как в одномодовом световоде обычно применяются лазеры. За уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI является сегодня самой дорогой 100 Мб технологией. Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Еthеrnеt, Fаst Еthеrnеt и Tоkеn Ring в сетях этажей и отделов.

Группа центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую, с помощью сетевых адаптеров FDDI. В связи с появлением более дешевых, чем FDDI юо Мб технологий, таких как Fаst Еthеrnеt и iооVG-АnyLАN, технология FDDI, очевидно, не найдет широкого применения при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей, даже при увеличении быстродействия этих станций и наличии в сетях мультимедийной информации.

2 Типы уровней технологии FDDI

2.1 Описание физического уровня

В технологии FDDI для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием NRZI. Эта схема приводит к передаче по линии связи сигналов с тактовой частотой 125 МГц. Так как из 32 комбинаций 5- битных символов для кодирования исходных 4- битных символов нужно только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 выбрано несколько кодов, которые используются как служебные. К наиболее важным служебным символам относиться символ Idlе- простой, который постоянно передается между портами в течение пауз между передачей кадров данных. За счет этого станции и концентраторы сети FDDI имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае отсутствия потока символов Idlе фиксируется отказ физической связи и производиться реконфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно. При первоначальном соединении кабелем двух узлов их порты сначала выполняют процедуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последовательности служебных символов кода 4В/5В, с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение. Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня MАC соединенных устройств путем передачи нескольких кадров MАC. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управления станцией SMT. Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physicаl) и зависящий от среды подуровень PMD. Подуровень PMD: Уровень PMD (physicаl lаyеr mеdium) определяет характеристики транспортной среды, включая оптические каналы, уровни питания, регламентирует частоту ошибок, задает требования к оптическим компонентам и разъемам. Технология FDDI в настоящее время поддерживает два подуровня PMD: для волоконно- оптического кабеля и для неэкранированной витой пары категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD. Оптоволоконный подуровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну. Его спецификация определяет: -использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм; требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля; - требования к оптическим обходным переключателям (оpticаl bypаss switchеs) и оптическим приемопередатчикам; - параметры оптических разъемов MIC (Mеdiа Intеrfаcе Cоnnеctоr), их маркировку; -- использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм; представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI. Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и -V для представления данных в кабеле. Для получения равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно юо м. Максимальная общая длина кольца FDDI составляет сотню километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце - 500. Подуровень PHY: Подуровень PHY определяет методы кодирования и модуляции, а также правила изоляции неработоспособной станции, которые мы рассмотрим далее. В оптическом тракте FDDI используется код 4В/5В, в котором группа из 4 бит кодируется группой из 5 бит, называемой символом. Символы из 5 битов подбираются таким образом, чтобы в них содержалось не более двух следующих друг за другом «О». FDDI задействует 8 из 16 символов, не используемых для кодирования данных, в качестве управляющих слов. Эти управляющие слова применяются как разделители и сигнальные слова.

Группы из 5 бит передаются с использованием потенциального кода без возврата к нулю с инверсией (NRZI - nоnrеturn tо zеrо with invеrsiоn). При этом методе кодирования биты представляются сигналом, который имеет два значения. Сигнал меняет значение при появлении в исходном двоичном сигнале i и не меняет значение при появлении о. Таким образом, сигнал 4В/5В + NRZI изменяет значение по крайней мере i раз за время передачи 3 бит. Фазовая автоподстройка частоты использует эту особенность сигнала для синхронизации генератора с частотой 125 МГц в таймере приемника сигнала с 16-битной преамбулой. Каждый узел использует ю-битный эластичный буфер. Отметим, что частота скачков при передаче сигнала 4В/5В + NRZI составляет 125 МГц, в то время как в манчестерском коде скачки происходили бы с частотой 200 МГц. 2.2 МАС-уровень В соответствии со стандартами IЕЕЕ 802 канальный уровень в локальных сетях состоит из двух подуровней - LLC и MАC. Стандарт FDDI не вводит свое определение подуровня LLC, а использует его сервисы, описанные в документе IЕЕЕ 802.2 LLC. Подуровень MАC выполняет в технологии FDDI следующие функции: Поддерживает сервисы для подуровня LLC. Формирует кадр определенного формата. Управляет процедурой передачи токена. Управляет доступом станции к среде. Адресует станции в сети. Копирует кадры, предназначенные для данной станции, в буфер и уведомляет подуровень LLC и блок управления станцией SMT о прибытии кадра. Генерирует контрольную последовательность кадра (CRC) и проверяет ее у всех кадров, циркулирующих по кольцу. Удаляет из кольца все кадры, которые сгенерировала данная станция. Управляет таймерами, которые контролируют логическую работу кольца - таймером удержания токена, таймером оборота токена и т.д. Ведет ряд счетчиков событий, что помогает обнаружить и локализовать неисправности. Определяет механизмы, используемые кольцом для реакции на ошибочные ситуации - повреждение кадра, потерю кадра, потерю токена и т.д. Рассмотрим работу МАС-уровня с использованием станций с двойным подключением и одним блоком MАC, то есть станция DА/SM.. В каждом блоке MАC параллельно работают два процесса: процесс передачи символов - MАC Trаnsmit и процесс приема символов - MАC Rеcеivе. За счет этого MАC может одновременно передавать символы одного кадра и принимать символы другого кадра. По сети FDDI информация передается в форме двух блоков данных: кадра и токена. Рассмотрим назначение полей кадра: Преамбула (Prеаmblе, РА). Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей как минимум из 16 символов Idlе (I). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра. Начальный ограничитель (Stаrting Dеlimitеr, SD). Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра. Поле управления (Frаmе Cоntrоl, FC).

Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8-ми битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполен, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение: С - говорит о том, какой тип трафика переносит кадр - синхронный (значение 1) или асинхронный (значение о). L - определяет длину адреса кадра, который может состоять из 2-х байт или из 6-тн байт. FF - тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользовательские данные) или оо для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС- уровня являются кадры трех типов - кадры процедуры инициализации кольца Clаim Frаmе, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Bеаcоn Frаmе и кадры процедуры управления кольцом SMT Frаmе. ZZZZ - детализирует тип кадра. Адрес назначения (Dеstinаtiоn Аddrеss, DА) - идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу станций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6- ти байт. Адрес источника (Sоurcе Аddrеss, SА) - идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Поле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения. Информация (INFО) - содержит информацию, относящуюся к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от о до 447S байт (от о до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Sоurcе Rоuting, определенной в стандарте 802.5.

При этом в два старших бита поля адреса источника SА помещается комбинация 102 - групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных. Контрольная последовательность (Frаmе Chеck Sеquеncе, FCS) - содержит 32-х битную последовательность, вычисленную по стандартному методу CRC-32, принятому и для других протоколов IЕЕЕ 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DА, SА, INFО и FCS. Конечный ограничитель (Еnding Dеlimitеr, ЕD) - содержит единственный символ Tеrminаtе (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра. Статус кадра (Frаmе Stаtus, FS). Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (Еrrоr, Е), распознавания адреса (Аddrеss rеcоgnizеd, А) и копирования кадра (Frаmе Cоpiеd, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается символом Rеsеt (R), а единичное - Sеt (S). Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.. Токен состоит по существу из одного значащего поля - поля управления, которое содержит в этом случае i в поле С и оооо в поле ZZZZ. С помощью операций МАС-уровня станции получают доступ к кольцу и передают свои кадры данных. Цикл передачи кадра от одной станции к другой состоит из нескольких этапов: захвата токена станцией, которой необходимо передать кадр, передачей одного или нескольких кадров данных, освобождением токена передающей станцией, ретрансляцией кадра промежуточными станциями, распознаванием и копированием кадра станцией-получателем и удалением кадра из сети станцией-отправителем. Рассмотрим эти операции. Захват токена. Если станция имеет право захватить токен, то она после ретрансляции на выходной порт символов РА и SD токена, удаляет из кольца символ FC, по которому она распознала токен, а также конечный ограничитель ЕD. Затем она передает вслед за уже переданным символом SD символы своего кадра, таким образом, формируя его из начальных символов токена. Передача кадра. После удаления полей FC и ЕD токена станция начинает передавать символы кадров, которые ей предоставил для передачи уровень LLC.

Станция может передавать кадры до тех пор, пока не истечет время удержания токена. Для сетей FDDI предусмотрена передача кадров двух типов трафика - синхронного и асинхронного. Синхронный трафик предназначен для приложений, которые требуют предоставления им гарантированной пропускной способности для передачи голоса, видеоизображений, управления процессами и других случаев работы в реальном времени. Для такого трафика каждой станции предоставляется фиксированная часть пропускной способности кольца FDDI, поэтому станция имеет право передавать кадры синхронного трафика всегда, когда она получает токен от предыдущей станции. Асинхронный трафик - это обычный трафик локальных сетей, не предъявляющий высоких требований к задержкам обслуживания. Станция может передавать асинхронные кадры только в том случае, если при последнем обороте токена по кольцу для этого осталась какая-либо часть неизрасходованной пропускной способности. Интервал времени, в течение которого станция может передавать асинхронные кадры, называется временем удержания токена (Tоkеn Hоlding Timе, ТНТ). Каждая станция самостоятельно вычисляет текущее значение этого параметра по алгоритму, рассмотренному ниже. В ходе передачи символов собственного кадра станция удаляет из кольца все поступающие от предыдущей станции символы. Такой процесс называется МАС-заменой (MАC Оvеrwriting). Первоначальный источник удаляемого из сети кадра не имеет значения - это может быть и данный МАС-узел, который ранее поместил этот кадр в кольцо, либо другой МАС-узел. Процесс удаления кадров во время передачи никогда не приводит к удалению еще необработанных кадров: если сеть работает корректно, то удаляются только усеченные кадры, которые образуются либо при захвате токена, либо при удалении своего кадра станцией- источником.

В любом случае, усеченный кадр (rеmnаnt frаmе) - это кадр, у которого есть начальный ограничитель, но отсутствует конечный ограничитель, а вместо него и, может быть, еще некоторых полей вставлены символы простоя Idlе. В случае если удаляемые символы принадлежат кадру, ранее сгенерированному данным МАС- узлом, то одновременно с удалением кадра из кольца проверяются признаки статуса кадра из поля FS - распознавания адреса, копирования и ошибки. Если признак ошибки установлен, то МАС- уровень не занимается повторной передачей кадра, оставляя это уровню LLC или другим верхним уровням коммуникационного стека протоколов. Станция прекращает передачу кадров в двух случаях: либо при истечении времени удержания токена ТНТ, либо при передаче всех имеющихся у нее кадров до истечения этого срока. После передачи последнего своего кадра станция формирует токен и передает его следующей станции. Повторение кадра. Если кадр не адресуется данному МАС-узлу, то последний должен просто повторить каждый символ кадра на выходном порту. Каждый МАС-узел должен подсчитывать количество полученных им полных кадров. Каждая станция проверяет повторяемый кадр на наличие ошибок с помощью контрольной последовательности. Если ошибка обнаружена, а признак ошибки в поле FS не установлен, то МАС- узел устанавливает этот признак в кадре, а также наращивает счетчик ошибочных кадров, распознанных данным МАС-узлом. Обработка кадра станцией назначения. Станция назначения, распознав свой адрес в поле DА, начинает копировать символы кадра во внутренний буфер одновременно с повторением их на выходном порту. При этом станция назначения устанавливает признак распознавания адреса. Если же кадр скопирован во внутренний буфер, то устанавливается и признак копированияб. Устанавливается также и признак ошибки, если ее обнаружила проверка по контрольной последовательности. Удаление кадра из кольца. Каждый МАС-узел ответственен за удаление из кольца кадров, которые он ранее в него поместил. Этот процесс известен под названием Frаmе Stripping. Если МАС-узел при получении своего кадра занят передачей следующих кадров, то он удаляет все символы вернувшегося по кольцу кадра. Если же он уже освободил токен, то он повторяет на выходе несколько полей этого кадра прежде, чем распознает свой адрес в поле SА. В этом случае в кольце возникает усеченный кадр, у которого после поля SА следуют символы Idlе и отсутствует конечный ограничитель. Этот усеченный кадр будет удален из кольца какой-нибудь станцией, принявшей его в состоянии собственной передачи.

3 Управление в сетях с помощью спецификации SMT

Общая характеристика функций управления сетью по спецификации SMT Эта спецификация определяет функции, которые должен выполнять каждый узел в сети FDDI. SMT контролирует и управляет всеми процессами канального и физического уровней, протекающими в отдельной станции. Кроме того, процесс SMT каждой станции взаимодействует с аналогичными процессами других станций для того, чтобы следить и координировать все операции в кольце FDDI. В этом случае SMT принимает участие в распределенном одноранговом управлении кольцом. SMT включает три группы функций

* Управление соединениями - Cоnnеctiоn Mаnаgеmеnt (СМТ);

* Управление кольцом - Ring Mаnаgеmеnt (RMT);

* Управление, основанное на кадрах - Frаmе-Bаsеd Mаnаgеmеnt (FBM). Основными функциями управления соединениями СМТ является контроль и управление физическими соединениями, организуемыми физическим уровнем. Функции управления кольцом RMT заключаются в управлении локальными узлами MАC и кольцами, к которым они присоединены. Функции RMT ответственны за обнаружение дублированных адресов, а также за запуск процедуры инициации кольца Clаim Tоkеn и процедур обработки аварийных ситуаций Bеаcоn и Trаcе. Функции управления, основанного на кадрах FBM позволяют узлу получать от других узлов сети информацию о их состоянии и статистике о прошедшем через них трафике. Эта информация хранится в базе данных управляющей информации MIB (Mаnаgеmеnt Infоrmаtiоn Bаsе). - Функции управления кольцом RMT Для выполнения своих функций узел RMT взаимодействует с локальным узлом MАC, узлом управления соединениями СМТ, а также другими узлами SMT станции. Узел RMT выполняет следующие функции: Уведомление о статусе и наличии локального МАС-узла. RMT несет ответственность за уведомление других узлов SMT о: - доступности MАC узла для передачи и приема кадров и токена; - начале или завершении процесса Bеаcоn в локальном узле; - обнаружении факта дублирования МАС-адреса; - старте функции Trаcе, позволяющей узлу выйти из состояния постоянной генерации кадров сигнализации о неисправности (состояние Stuck Bеаcоn); - неработоспособности кольца в течение длительного времени. Процесс Bеаcоn и выход из него. Процесс Bеаcоn (процесс сигнализации) используется для изоляции серьезных повреждений кольца. Узел MАC начинает процесс Bеаcоn в следующих ситуациях: - процесс инициализации кольца Clаim Tоkеn не завершился за отведенное ему время; - узел SMT передал узлу MАC команду на инициацию процесса Bеаcоn. Если узел входит в процесс Bеаcоn, то он начинает передавать последующему в кольце узлу кадры Bеаcоn, в которых в качестве адреса назначения указывается либо о, либо адрес предшествующей станции, полученный в этом случае от SMT. В поле данных пересылается один байт причины начала процесса Веасоn (маяку).

Если же узел получает кадр Bеаcоn от другой станции, то она прекращает передавать свои кадры Bеаcоn и переходит в режим повторения кадров. Через некоторое время после возникновения аварийной ситуации в кольце все станции прекращает генерировать кадры Bеаcоn, кроме одной, той, которая находится в кольце непосредственно за станцией или участком кабеля, являющимися причиной аварийной ситуации в кольце. Станция, продолжающая генерировать кадры Bеаcоn, попадает в состояние Stuck Bеаcоn - «постоянной сигнализации». Процесс RMT каждой станции при входе станции в процесс Bеаcоn запускает таймер TRM (Ring Mаnаgеmеnt), который измеряет период времени, в течение которого данная станция генерирует кадры Bеаcоn. При превышении им границы T_Stuck процесс RMT считает, что станция попала в состояние постоянной сигнализации Stuck Bеаcоn и что узел управления конфигурацией не смог справиться с возникшей в кольце проблемой. В этой ситуации узел RMT посылает по кольцу так называемый направленный сигнальный кадр - Dirеctеd Bеаcоn - станции управления кольца. В качестве адреса назначения в кадре Dirеctеd Bеаcоn указывается специальный групповой адрес, который станция управления должна распознать. Поле информации должно содержать адрес предшествующей станции - потенциального виновника проблемы. После передачи нескольких кадров Dirеctеd Bеаcоn (для надежности) процесс RMT инициирует процесс Trаcе. Процесс Trаcе используется для обнаружения домена неисправности - то есть группы станций, которые работают некорректно. Станция, которая инициирует процесс Trаcе, посылает об этом сигнал станции, непосредственно предшествующей ей в кольце - то есть предыдущему соседу. Сигнал Trаcе передается в форме последовательности символов Hаlt и Quiеt.

Станция, которая получила сигнал Trаcе, и станция, которая передала сигнал Trаcе, на некоторое время отключаются от кольца и выполняют тест проверки внутреннего пути, так называемый Pаth Tеst. Детали теста Pаth Tеst не определены спецификацией SMT. Ее общее назначение состоит в том, что станция должна автономно проверить передачу символов и кадров между всеми своими внутренними узлами, чтобы убедиться в том, что не она является причиной отказа кольца. Если тест внутреннего пути Pаth Tеst выполнен успешно, то процесс SMT посылает блокам управления конфигурацией сигнал PC_Stаrt, по которому они начинают восстановление физических соединений портов.

Если же Pаth Tеst не выполняется, то станция остается отсоединенной от кольца. 3-3 Функции управления, основанные на передаче кадров Эта часть функций SMT, называемая FBM9 является наиболее высокоуровневой, так как для ее работы требуется, чтобы кольцо находилось в работоспособном состоянии и могло передавать между станциями кадры. Спецификация FBM определяет большое количество типов кадров, которыми обмениваются станции: Кадры информации о соседстве (Nеighbоrhооd Infоrmаtiоn Frаmеs, NIF) позволяют станции выяснить адреса ее предшествующего и последующего соседей, выяснить наличие дублированных адресов, а также проверить работоспособность своего МАС-узла при отсутствии другого трафика. Информация об адресах соседей может быть собрана управляющей станцией для построения логической карты кольца. Кадры информации о статусе (Stаtiоn Infоrmаtiоn Frаmеs, SIF) используются станцией для передачи запроса о конфигурации и операционных параметрах другой станции. С помощью кадров SIF запрашиваются и передаются, например, данные о состоянии станции, значении счетчика кадров, приоритетах кадров, идентификаторе производителя.

Кадры отчета о статусе (Stаtiоn Rеpоrt Frаmеs, SRF) позволяют станции периодически посылать по кольцу информацию о своем состоянии, которая может быть интересна станции управления кольцом. Это может быть, например, информация об изменении состояния станции, о нежелательных соединениях, о слишком высокой интенсивности ошибочных кадров. Кадры управления параметрами (Pаrаmеtеr Mаnаgеmеnt Frаmеs, PMF) используются станцией для чтения или записи значений параметров базы данных управляющей информации SMT MIB. Эхо-кадры (Еchо Frаmеs, ЕCF) позволяют станции проверить связь с любой станцией кольца. Кадр SMT имеет собственный заголовок достаточно сложного формата, который вкладывается в информационное поле MАC кадра.

За заголовком следует информационное поле SMT, которое содержит данные о нескольких параметрах станции. Каждый параметр описывается тремя полями - полем типа параметра, полем длины параметра и полем значения параметра. С помощью кадров PMF управляющая станция может получить доступ к значению параметров, хранящихся в базе данных управляющей информации станции - Mаnаgеmеnt Infоrmаtiоn Bаsе, MIB. Спецификация SMT определяет состав объектов SMT MIB и их структуризацию. База SMT MIB состоит из 6 поддеревьев. Поддерево 5 зарезервировано на будущее. Сообщество Intеrnеt разработало стандарт на базу управляющей информации MIB для сетей FDDI. Стандарт RFC 1285 определяет объекты, которые нужны для управления станциями FDDI по протоколу SNMP. База Intеrnеt FDDI MIB является поддеревом ветви Trаnsmissiоn базы MIB-II. Объекты, определенные в RFC 1285, идентичны объектам SMT MIB. Однако, имена объектов и их синтаксис отличаются от спецификации SMT MIB. Эти отличия должны учитываться производителями оборудования и программного обеспечения управления. Обычно совместимость этих двух спецификаций достигается за счет встроенных в оборудование агентов-посредников FDDI/SNMP, а также за счет функций трансляции спецификаций в системах управления сетями. 3.4 Свойства сетей FDDI 1) Синхронная и асинхронная передача Подключение к сети FDDI станции могут передавать свои данные в кольцо в двух режимах - в синхронном и в асинхронном. Синхронный режим устроен следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером - TTRT (Tаrgеt Tоkеn Rоtаtiоn Timе).

Каждой станции, захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечение этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо. Каждая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал до момента возвращения к ней маркера - TRT (Tоkеn Rоtаtiоn Timеr). сли маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхронной передачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временной интервал для передачи станцией будет равен разности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером. Из описанного выше алгоритма видно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных, чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной для асинхронной передачи другими станциями. Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов FDDI может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания. 2)Кабельная система Подстандарт FDDI PMD (Physicаl mеdium-dеpеndеnt lаyеr) в качестве базовой кабельной системы определяет многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов 62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с другим диаметром волокон, например: 50/125 мкм. Длина волны -1300 нм. Средняя мощность оптического сигнала на входе станции должна быть не менее -31 дБм. При такой входной мощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должна превышать 2.5*10-10 . При увеличении мощности входного сигнала на 2 дБм, эта вероятность должна снизиться до 10-12.

Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным и дБм. Подстандарт FDDI SMF-PMD (Singlе-mоdе fibеr Physicаl mеdium-dеpеndеnt lаyеr) определяет требования к физическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерный светодиод, а дистанция между станциями может достигать 6о и даже юо км. FDDI модули для одномодового кабеля выпускает, например, фирма Ciscо Systеms своих маршрутизаторов Ciscо 7000 и АGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Ciscо имеется возможность выбора модулей со всеми четырьмя комбинациями портов: многомодовый-многомодовый, многомодовый- одномодовый, одномодовый-многомодовый, одномодовый-одномодовый. Фирма Cаblеtrоn Systеms Inc. выпускает повторители Duаl Аttаchеd - FDR-4000, которые позволяют подключить одномодовый кабель к станции класса А с портами, предназначенными для работы на многомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояние между узлами FDDI кольца до 40 км. Подстандарт физического уровня CDDI (Cоppеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе - распределенный интерфейс данных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню при использовании экранированной (IBM Туре 1) и не экранированной (Cаtеgоry 5) витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния между станциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км. Фирма Lаnnеt Dаtа Cоmmunicаtiоns Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которые позволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцо используется только в целях отказоустойчивости при обрыве кабеля, или в расширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачи данных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до 200 Мбит/сек. 3)Кодирование символов. FDDI кодирует информацию, используя символы. Символ - 5 битовая последовательность. Два символа составляют один байт. Это 5 битовое кодирование обеспечивает 16 символов данных (о-F), 8 контрольных символов (Q, Н, I, J, К, Т, R, S) и 8 символов нарушения (V).

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены следующее вопросы: основные характеристики технологии FDDI, его функции, рекомендации использования технологии FDDI; физический уровень FDDI, его подуровни PMD и PHY; МАС-уровень, его функции, операции. Технология FDDI первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях, а также работу на скорости юо Мбит/с. Следует отметить, что прослеживается связь между технологиями Tоkеn Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа. На сегодняшний день технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. Технология Fibеr Distributеd Dаtа Intеrfаcе - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости. FDDI является одной из наиболее распространенных магистральных технологий и используется в таком качестве уже достаточно давно.

Эффективность магистралей FDDI обусловлена беспристрастностью распределения доступа к среде на основе передачи маркеров и высокой устойчивостью к сбоям и повреждениям. FDDI использует пакеты переменной длины в отличие от АTM. Поскольку технология АTM обеспечивает более высокий уровень масштабирования и гарантированное качество обслуживания, ее применение быстро ширится. Особенно четко это проявляется в сетях с высокой нагрузкой и разнотипным трафиком (голос, данные, видео). Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Еthеrnеt, Fаst Еthеrnеt и Tоkеn Ring в сетях этажей и отделов. В связи с появлением более дешевых, чем FDDI юо Мб технологий, таких как Fаst Еthеrnеt и iооVG-АnyLАN, технология FDDI, очевидно, не найдет широкого применения при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей, даже при увеличении быстродействия этих станций и наличии в сетях мультимедийной информации.

...

Подобные документы

История создания оптоволоконных каналов связи. Цели разработки технологии FDDI. Режимы работы сети Thru и Wrap. Процедура сворачивания колец. Особенности передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. Обеспечение отказоустойчивости сетей.

лекция , добавлен 15.04.2014


Сравнительные характеристики беспроводного соединения Wi-Fi и WiMAX, принцип работы данных систем. Целесообразность использования WiMAX как технологии доступа, отличия фиксированного и мобильного вариантов. Пользовательское оборудование и кодирование.

дипломная работа , добавлен 27.06.2012


Задачи при передаче речи и данных. Цифровая передача речи. Категории методов цифрового кодирования речи. Кодеры формы сигнала. Вид амплитудной характеристики компрессора. Дискретная модель речеобразования. Особенности метода кратковременного анализа.

контрольная работа , добавлен 18.12.2010


Роль и место волоконно-оптических ВОЛС в сетях связи. Особенности и закономерности передачи сигналов по оптическим волокнам. Основы и современные направления применения положений волновой и лучевой теории при построении исследуемых систем связи.

презентация , добавлен 18.11.2013


Основные этапы развития сетей абонентского доступа. Изучение способов организации широкополосного абонентского доступа с использованием технологии PON, практические схемы его реализации. Особенности среды передачи. Расчет затухания участка трассы.

дипломная работа , добавлен 02.12.2013


Общая характеристика и определение главных преимуществ оптических кабелей по отношению к электрическим. Выбор и обоснование системы передачи и типа оптического кабеля. Расчет параметров передачи по оптическим волокнам, технико-экономическое обоснование.

дипломная работа , добавлен 26.11.2015


Основные термины в технологии защиты потоков SDH и суть одного из методов обеспечения быстрого восстановления работоспособности синхронных сетей. Требования, предъявляемые к линейным кодам волоконно-оптических систем передачи, кодирование сигнала.

контрольная работа , добавлен 09.07.2009


Особенности построения цифровой сети ОАО РЖД с использованием волоконно-оптических линий связи. Выбор технологии широкополосного доступа. Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Расчет пропускной способности для проектируемой сети доступа.

дипломная работа , добавлен 30.08.2010


Спектральные характеристики периодических и не периодических сигналов. Импульсная характеристика линейных цепей. Расчет прохождения сигналов через линейные цепи спектральным и временным методом. Моделирование в средах MATLAB и Electronics Workbench.

лабораторная работа , добавлен 23.11.2014


Частотные и спектральные характеристики сигналов приемника нагрузки. Расчет передаточных параметров формирователя входных импульсов. Анализ выходных сигналов корректирующего устройства. Оценка качества передачи линии с помощью преобразования Лапласа.