Мережі fddi. Протоколи, історія, стан

Мережі FDDI. Протоколи, історія, стан

У Росії триває процес інтенсивного впровадження нових і модернізації існуючих локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Зростаючі розміри мереж, прикладні програмні системи, що вимагають все більших швидкостей обміну інформацією, підвищуються вимоги до надійності і відмовостійкості змушують шукати альтернативу традиційним мереж Ethernet і Arcnet. Один з видів високошвидкісних мереж - FDDI (Fiber Distributed Data Interface - розподілений оптоволоконний інтерфейс даних).

Мережеві комп'ютерні комплекси стають невід'ємними засобами виробництва будь-якої організації чи підприємства. Швидкий доступ до інформації, її достовірність підвищують ймовірність прийняття правильних рішень персоналом і, в кінцевому підсумку, ймовірність виграшу в конкурентній боротьбі. У своїх керуючих і інформаційних системах фірми бачать засоби стратегічної переваги над конкурентами і розглядають інвестиції в них як капітальні вкладення.

У зв'язку з тим, що обробка і пересилання інформації за допомогою комп'ютерів стають все швидше і ефективніше, відбувається справжній інформаційний вибух. ЛВС починають зливатися в територіально-розподілені мережі, збільшується кількість підключених до ЛВС серверів, робочих станцій і периферійного обладнання.

Сьогодні в Росії комп'ютерні мережі багатьох великих підприємств і організацій представляють собою одну або кілька ЛВС, побудованих на основі стандартів Arcnet або Ethernet. Як мережевий операційного середовища зазвичай застосовується NetWare v3.12 або Windows NT з одним або декількома файловими серверами. Ці ЛВС або зовсім не мають зв'язку між собою, або з'єднуються кабелем, що працюють в одному з цих стандартів, через внутрішні або зовнішні програмні маршрутизатори NetWare.

Сучасні операційні системи та прикладне програмне забезпечення вимагають для своєї роботи пересилання великих обсягів інформації. Одночасно з цим потрібно забезпечувати передачу інформації з великими швидкостями і на великі відстані. Тому рано чи пізно продуктивність мереж Ethernet і програмних мостів і маршрутизаторів перестають задовольняти зростаючі потреби користувачів, і вони починають розглядати можливості застосування в своїх мережах більш швидкісних стандартів. Одним з них є FDDI.

Загальні відомості.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface - Волоконно-оптичний інтерфейс передачі даних) - стандарт передачі даних в локальній мережі, простягнутою на відстані до 200 кілометрів. На цій території, мережа FDDI здатна підтримувати кілька тисяч користувачів.

Технологія FDDI багато в чому грунтується на технології Token Ring, розвиваючи і вдосконалюючи її основні ідеї. Token ring - Технологія локальної обчислювальної мережі (LAN) кільця з «маркерним доступом» - протокол локальної мережі, який знаходиться на канальному рівні (DLL) моделі OSI. Станція може почати передачу своїх власних кадрів даних тільки в тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр - токен доступу. Після цього вона може передавати свої кадри, якщо вони у неї є, протягом часу, званого часом утримання токена - Token Holding Time (THT). Після закінчення часу THT станція зобов'язана завершити передачу свого чергового кадру і передати токен доступу наступній станції. Якщо ж в момент прийняття токена у станції немає кадрів для передачі по мережі, то вона негайно транслює токен наступної станції. У мережі FDDI у кожної станції є попередній сусід (upstream neighbor) і подальший сусід (downstream neighbor), які визначаються її фізичними зв'язками і напрямом передачі інформації.

Кожна станція в мережі постійно приймає передані їй попереднім сусідом кадри і аналізує їх адресу призначення. Якщо адреса призначення не збігається з її власним, то вона транслює кадр своєму наступному сусідові. Потрібно відзначити, що, якщо станція захопила токен і передає свої власні кадри, то протягом цього періоду часу вона не транслює надходять кадри, а видаляє їх з мережі.

Якщо ж адреса кадру збігається з адресою станції, то вона копіює кадр у свій внутрішній буфер, перевіряє його коректність (в основному, по контрольній сумі), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу, лежачого вище FDDI рівня (наприклад, IP), а потім передає вихідний кадр по мережі подальшої станції. У переданому в мережу кадрі станція призначення зазначає три ознаки: розпізнавання адреси, копіювання кадру і відсутності або наявності в ньому помилок.

Після цього кадр продовжує подорожувати по мережі, транслюючись кожним вузлом. Станція, що є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі, після того, як він, зробивши повний оборот, знову дійде до неї. При цьому вихідна станція перевіряє ознаки кадру, чи дійшов він до станції призначення і чи не був при цьому пошкоджений. Процес відновлення інформаційних кадрів не входить в обов'язки протоколу FDDI, цим повинні займатися протоколи вищих рівнів.

Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний і резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець - це основний спосіб підвищення відмовостійкості в мережі FDDI, і вузли, які хочуть ним скористатися, повинні бути підключені до обох кілець. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки кабелю первинного (Primary) кільця, тому цей режим названий наскрізним або «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) в цьому режимі не використовується.

У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним, утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто «згортання» або «згортання» кілець. Операція згортання проводиться силами концентраторів і / або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються проти годинникової стрілки, а по вторинному - за годинниковою. Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій як і раніше залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати і приймати інформацію сусідніми станціями.

Оскільки мережа FDDI використовує в якості середовища передачі оптоволоконний кабель, то момент розробки технології багато в чому відтягувався через тривалого застосування оптоволоконних кабелів і усунення помилок, пов'язаних з новою оптоволоконної технологією.

Ще в 1880 році Олександр Белл запатентував пристрій, який передавало мова на відстань до 200 метрів за допомогою дзеркала, вібрував синхронно зі звуковими хвилями і модулювати відбите світло. І тільки в 1980-і роки почалися роботи зі створення звичайних технологій і пристроїв для використання оптоволоконних каналів в локальних мережах. Роботи з узагальнення досвіду і розробці першого оптоволоконного стандарту для локальних мереж були зосереджені в Американському державному Інституті по Стандартизації - ANSI, в рамках створеного для цієї мети комітету X3T9.5.

Початкові версії різних складових частин стандарту FDDI були розроблені комітетом Х3Т9.5 в 1986-1988 роках, і тоді ж виникло перше устаткування - мережні адаптери, концентратори, мости і маршрутизатори, що підтримують цей стандарт.

В даний час більшість мережевих технологій підтримують оптоволоконні кабелі в якості одного з варіантів фізичного рівня, але FDDI залишається найбільш відпрацьованою високошвидкісної технологією, стандарти на яку пройшли перевірку часом і устоялися, так що обладнання різних виробників показує хорошу ступінь сумісності.

протоколи FDDI

На малюнку приведена структура протоколів технології FDDI в порівнянні з семиуровневой моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня і протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технології локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений у стандартах IEEE 802.2 і ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють в дейтаграмному режимі - без встановлення з'єднань і без відновлення втрачених або пошкоджених кадрів.

Фізичний рівень розділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежить від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол управління станцією SMT (Station Management).

Рівень PMD забезпечує необхідні засоби для передачі даних від однієї станції до іншої по оптоволокну. У його специфікації визначаються:

Вимоги до потужності оптичних сигналів і до многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5 / 125 мкм.

Вимоги до оптичних обхідним перемикачів (optical bypass switches) і оптичним прийомопередавача.

Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркування.

Довжина хвилі в 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі.

Подання сигналів в оптичних волокнах відповідно до методом NRZI.

Рівень PHY виконує кодування і декодування даних, що циркулюють між MAC-рівнем і рівнем PMD, а також забезпечує тактирование інформаційних сигналів. У його специфікації визначаються:

кодування інформації відповідно до схеми 4B / 5B;

правила тактирования сигналів;

вимоги до стабільності тактової частоти 125 МГц;

правила перетворення інформації з паралельної форми в послідовну.

Рівень MAC відповідальний за управління доступом до мережі, а також за прийом та обробку кадрів даних. У ньому визначені наступні параметри:

Протокол передачі токена.

Правила захоплення і ретрансляції токена.

Формування кадру.

Правила генерації і розпізнавання адрес.

Правила обчислення та перевірки 32-розрядної контрольної суми.

Рівень SMT виконує всі функції по управлінню і моніторингу всіх інших рівнів стека протоколів FDDI. В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT для управління мережею. У специфікації SMT визначено наступне:

Алгоритми виявлення помилок і відновлення після збоїв.

Правила моніторингу роботи кільця і ​​станцій.

Управління кільцем.

Процедури ініціалізації кільця.

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

Стан.

Розробники технології намагалися втілити в життя наступне:

· Підвищити бітову швидкість передачі даних до 100 Мб / с;

· Підвищити відмовостійкість мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії і т.п .;

· Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як для асинхронного, так і для синхронного трафіків.

Виходячи з цього, перевагою технології FDDI є поєднання кількох дуже важливих для локальних мереж властивостей:

1.висока ступінь відмовостійкості;

2. Здатність покривати значні території, аж до територій великих міст;

3. Висока швидкість обміну даними;

4. Детермінований доступ, що дозволяє передавати чутливі до затримок програми;

5. Гнучкий механізм розподілу пропускної здатності кільця між станціями;

6. Можливість роботи при коефіцієнті завантаження кільця, близькому до одиниці;

7. Можливість легкої трансляції трафіку FDDI в графіки таких популярних протоколів, як Ethernet і Token Ring за рахунок сумісності форматів адрес станцій і використання загального підрівня LLC.

Поки FDDI - це єдина технологія, якої вдалося об'єднати всі перераховані властивості. В інших технологіях ці властивості також зустрічаються, але не в сукупності. Так, технологія Fast Ethernet також має швидкість передачі даних 100 Мбіт / с, але вона не дозволяє відновлювати роботу мережі після однократного обриву кабелю і не дає можливості працювати при великому коефіцієнті завантаження мережі (якщо не брати до уваги комутацію Fast Ethernet).

До недоліків слід віднести один - високу вартість обладнання. За унікальне поєднання властивостей доводиться платити - технологія FDDI залишається найдорожчою 100-мегабитной технологією. Тому її основні області застосування - це магістралі кампусів і будівель, а також підключення корпоративних серверів. У цих випадках витрати виявляються обгрунтованими - магістраль мережі повинна бути відмовостійкої і швидкої, то ж відноситься до сервера, який було збудовано на базі дорогий мультипроцессорной платформи і обслуговуючому сотні користувачів. Через високу вартість обладнання рішення на основі FDDI поступаються рішенням на основі Fast Ethernet при будівництві локальних мереж невеликої довжини, коли стандарт Fast Ethernet надає оптимальне рішення.