6. Сети Fddi

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — это стандарт, или, вернее, набор сетевых стандартов, ориентированных, прежде всего, на передачу данных по волоконно-оптическому кабелю со скоростью 100 Мбит/с. Подавляющая часть спецификаций стандарта FDDI была разработана проблемной группой XЗT9.5 (ANSI) во второй половине 80-х годов. FDDI стала первой ЛВС, использующей в качестве среды передачи оптическое волокно.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают волоконно-оптический интерфейс в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, а оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости [1, 2, 3].

При разработке технологии FDDI ставились в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

• Повышение битовой скорости передачи данных до 100 Мбит/с;

• Повышение отказоустойчивости сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода — повреждения кабеля, некорректной работы сетевого узла, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.;

• Максимально эффективное использование потенциальной пропускной способности cere как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. У протокола FDDI есть и существенные отличия от Token Ring Эти отличия связаны с требованиями, которые необходимы для поддержки большой скорость передачи информации, больших расстояний и возможности наряду с асинхронной передаче данных вести синхронную передачу. Два основных отличия в протоколах управления марке ром у FDDI и IEEE 802.5 Token Ring следующие [4]:

• в Token Ring станция, передающая кадры, удерживает маркер до тех пор, пока не полу чит все отправленные пакеты. В FDDI же станция выпускает маркер непосредственно з; окончанием передачи кадра (кадров);

• FDDI не использует приоритет и поля резервирования, которые Token Ring используе для выделения системных ресурсов.

В табл. 6.1 указаны основные характеристики сети FDDI.

6.1. Принцип действия

Классический вариант сети FDDI строится на основе двух волоконно-оптических колец (двойного кольца), световой сигнал по которым распространяется в противоположных направлениях, рис. 6.1 а. Каждый узел подключаются на прием и передачу к обоим кольцам. Именно такая кольцевая физическая топология реализует основной способ повышения отказоустойчивости сети. В нормальном режиме работы данные идут от станции к станции только по одному из колец, которое называется первичным (primary). Для определенности направление движения данных в первичном кольце задано против часовой стрелки. Маршрут передачи данных отражает логическую топологию сети FDDI, которая всегда есть кольцо. Все станции, кроме передающей и принимающей, осуществляют ретрансляцию данных и являются сквозными. Вторичное кольцо (secondary) является резервным и в нормальном режиме работы сети для передачи данных не используется, хотя по нему и осуществляется непрерывный кон- троль за целостностью кольца.

В случае возникновения какого-либо отказа в сети, когда часть первичного кольца не в состоянии передавать данные (например, обрыв кабеля, выход из строя или отключение одного из узлов), для передачи данных активизируется вторичное кольцо, которое дополняет первичное, образуя вновь единое логическое кольцо передачи данных, рис. 6.1 б. Этот режим работы сети называется WRAP, то есть "свертывание" кольца. Операция свертывания производится двумя сетевыми устройствами, находящимися по обе стороны от источника неисправности (поврежденного кабеля, или вышедшей из строя станции/концентратора). Именно vepes зти устройства происходит объединение первичного и вторичного колец. Таким образом, сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность и целостность в случае единичных отказов ее элементов. При устранении неисправности сеть автоматически переходит в нормальный режим работы с передачей данных только по первичному кольцу.

В стандарте FDDI отводится большое внимание различным процедурам, которые благодаря распределенному механизму управления позволяют определить наличие неисправности в сети, и затем произвести необходимую реконфигурацию. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей — происходит микросегментация сети.

Работа сети FDDI основана на детерминированном маркерном доступе к логическому кольцу. Сначала происходит инициализация кольца, в процессе которой в кольцо одной из станций испускается специальный укороченный пакет служебных данных — маркер (token). После того, как маркер стал циркулировать по кольцу, станции могут обмениваться информацией.

До тех пор, пока нет передачи данных от станции к станции, циркулирует один лишь маркер, рис. 6.2 а, при получении которого станция обретает возможность передавать информацию. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации. В классическом варианте это определяется по первичному кольцу. Передача информации организуется в виде пакетов данных длинной до 4500 байт, называемых кадрами. Если в момент получения маркера у станции нет данных для передачи, то получив маркер, она немедленно транслирует его дальше по кольцу. При желании переда- вать станция, получив маркер, может удерживать его и вести соответственно передачу кадров в течение времени, называемого временем удержания маркера ТНТ (token holding time) (рис. 6.2 б). После истечения времени ТНТ станция обязана завершить передачу своего оче- редного кадра и передать (отпустить) маркер последующей станции, рис. 6.2 в. В любой момент времени передавать информацию может только одна станция, а именно та, которая захватила маркер.

Каждая станция сети читает адресные поля получаемых кадров. В том случае, когда собственный адрес станции — МАС адрес — отличен от поля адреса получателя, станция просто ретранслирует кадр дальше по кольцу, рис. 6.2 г. Если же собственный адрес станции совпадает с полем адреса получателя в принимаемом кадре, станция копирует в свой внутренний буфер данный кадр, проверяет его корректность (по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу вышестоящего уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рис. 6.2 д), предвари- тельно проставив три признака в специальных полях кадра: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

Далее кадры, транслируясь от узла к узлу, возвращаются к исходной станции, которая была их источником. Станция-источник для каждого кадра проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден, и если все нормально, ликвидирует это кадр (рис. 6.2 е), освобождая ресурсы сети, или, в противном случае, пытается осуществить повторную передачу. В любом случае функция удаления кадра возлагается на станцию, которая была его источником.

Маркерный доступ — это одно из наиболее эффективных решений. Благодаря этому реальная производительность кольца FDDI при большой загруженности достигает 95%. Для примера производительность сети Ethernet (в рамках коллизионного домена) с ростом загруженности достигает 30% от пропускной способности.

Форматы маркера и кадра FDDI, процедура инициализации кольца, а также вопросы распределения ресурсов сети в нормальном режиме передачи данных рассмотрены в п. 6.7.

6.2. Составляющие стандарта FDDI

Составляющие уровни стандарта FDDI и основные функции, выполняемые этими уровнями, приведены на рис. 6.3. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2, и ISO 8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме — без установления соединений и без восстановления потерянных или поврежденных кадров.

Первоначально (к 1988 году) стандартизованы были следующие уровни (наименования соответствующих документов ANSI / ISO для FDDI приведены в табл. 6.2):

PMD (physical medium dependent) — нижний подуровень физического уровня. Его спецификации определяют требования к среде передачи (многомодовый волоконно- оптический кабель) к оптическим приемопередатчикам (допустимую мощность и рабочую длину волны 1300 нм), максимальное допустимое расстояние между станциями (2 км), типы разъемов, функционирование оптических обходных переключателей (optical bypass switches), а также представление сигналов в оптических волокнах.

PHY (physical) — верхний подуровень физического уровня. Он определяет схему кодирования и декодирования данных между МАС-уровнем и уровнем PMD, схему синхронизации и специальные управляющие символы. В его спецификации входит: кодирование информации в соответствии со схемой 4В/5В; правила тактирования сигналов; требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц; правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

МАС (media access control) — уровень управления доступом к среде. Этот уровень определяет: процессы управления маркером (протокол передачи, правила захвата и ретрансляции маркера); формирование, прием и обработку кадров данных (их адресацию, обнаружение ошибок и восстановление на основе проверки 32-разрядной контрольной суммы); механизмы распределения полосы пропускания между узлами.

SMT (station management) — уровень управления станцией. Этот специальный всеобъемлющий уровень определяет: протоколы взаимодействия этого уровня с уровнями PHY, PMD и МАС; управление станциями и концентраторами; процессы инициализации кольца и контроль за соединениями между узлами; обработку аварийных ситуаций (алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев).

Позже (1993-1994 гг.) к спецификациям уровня PMD добавляются новые спецификации стандартизующие два других интерфейса, соответственно на одномодовое волокно и виту пару.

• SMF-PMD (Single Mode Fiber PMD) — нижний подуровень физического уровня, предполагающий использование лазерных передатчиков и одномодового оптического волокна

• TP-PMD (Twisted Pair PMD). Подкомитетом ANSI в 1994 году была завершена разработка нового стандарта FDDI TP-PMD. Этот стандарт предусматривает использовали неэкранированной витой пары категории 5 (UTP Cat.5) с соединителями RJ-45 (CDI или FDDI на медном кабеле ), а также экранированной витой пары (STP IBM Туре 1) соединителями DB-9 (SDDI). Максимальное расстояние по медному кабелю в обоих cm чаях не должно превосходить 100 метров.

Все узлы сети FDDI можно классифицировать по трем признакам: функциям обработки данных (конечная станция, концентратор); типу подключения; количеству встроенных MAC- узлов [1, 6].

По функциям обработки данных все устройства FDDI делятся на станции и концентраторы. В качестве станции может выступать рабочая станция или файл-сервер с соответствующим FDDI адаптером. Концентратор — это активное устройство, которое выполняет функцию объединения и позволяет подключить к себе несколько рабочих станций или других концентраторов.

По типу подключения различают следующие устройства FDDI:

• DAS (dual attachment station) — станция двойного подключения. Это устройство имеет два порта (которые принято обозначать А и В) и предназначено для непосредственного подключения в двойное кольцо FDDI и подсоединяется на прием и на передачу к первичному и вторичному кольцу. Роль DAS может выполнять рабочая станция или файл- сервер с соответствующим FDDI DAS адаптером.

• SAS (single attachment station) — станция одиночного подключения. Это устройство (рабочая станция или файл-сервер) имеет один порт S и может подключаться в кольцо FDDI только через FDDI-концентратор.

• DAC (dual attachment concentrator) — концентратор двойного подключения. Это устройство имеет два порта А и В, а также несколько портов М, и предназначено для непосредственного подключения в двойное кольцо. К М-портам могут подключаться другие сетевые устройства.

• SAC (single attachment concentrator) — концентратор одиночного подключения. Это устройство имеет один порт S и несколько портов М. SAC не допускает непосредственного подключения к двойному кольцу.

• NAC (null attachment concentrator) — концентратор нулевого подключения. Это устройство имеет только М-порты.

Соответственно определения четырех типов портов FDDI: А, В, М и S приводятся ниже.

• Порт А, входящее первичное, выходящее вторичное кольцо Pl/SO (primary in/ secondary out) — составляет неотъемлемую часть станции с двойным подключением DAS или концентратора с двойным подключением DAC и присутствует, как правило, в единичном экземпляре. Через этот порт устройство соединяется с приходящим первичным кольцом и уходящим вторичным кольцом двойного кольца FDDI.

• Порт В, выходящее первичное, входящее вторичное кольцо РО/Sl (primary out/ secondary in) — составляет неотъемлемую часть DAS или DAC и присутствует, как правило, в единичном экземпляре. Через этот порт устройство соединяется с уходящим первичным кольцом и приходящим вторичным кольцом двойного кольца FDDI.

• Порт М — master, первичное входящее, первичное выходящее Pl/РО (primary in/ primary out) — составляет неотъемлемую часть любого FDDI концентратора (NAC, DAC, SAC). Обычно-бывает несколько М-портов на одном концентраторе. Через этот концентратор порт может соединять концентратор с DAS, DAC (о последних говорят, что они подключаются по механизму Dual Homing через свои порты А и 8), а также со станцией одиночного подключения SAS или концентратором одиночного подключения SAC, у которого используется его порт S. Если сеть FDDI основывается на двойном кольце, то этот порт в нормальном режиме работы использует только первичное кольцо.

• Порт S — slave, Pl/РО — присутствует у SAS и SAC. Через этот порт SAS или SAC соединяет с концентратором. Если сеть основывается на двойном кольце, то этот порт в нормальном режиме работы использует только первичное кольцо.

Правила подключения портов между собой указаны в табл. 6.3. Подробные комментарии по правилам подключения портов А и В устройств DAS и DAC между собой и другими портами даны в табл. 6.4, а по правилам подключения портов S и М между собой и с другими портами — в табл. 6.5.

Число встроенных МАС. Для того, чтобы иметь возможность передавать собственные данные в кольцо или принимать данные (а не просто ретранслировать данные других станций), станция должна иметь в своем составе хотя бы один МАС-узел, который имеет свой уникальный МАС-адрес. Станции могут не иметь ни одного узла МАС, и, значит, участвовать только в ретрансляции чужих кадров. Но обычно все станции сети FDDI, даже концентраторы, имеют хотя бы один МАС-узел. Концентраторы используют МАС-узел для захвата и генерации служебных кадров, например, кадров инициализации кольца, кадров поиска неисправности в кольце и т.п.

Станции (или концентраторы), которые имеют один МАС-узел, называются SM (single МАС) станциями, а станции, которые имеют два МАС-узла, называются DM (dual МАС) станциями, Благодаря второму МАС-узлу, станция может работать в полнодуплексном режиме. Если все устройства DAS и DAC двойного кольца имеют по два МАС-узла, то вторичное кольцо может также использоваться для передачи данных. Общая пропускная способность увеличивается до 200 Мбит/с. Если происходит повреждение кабельной системы кольца, то происходит свертывание колец и скорость падает до 100 Мбит/с — в этой ситуации один МАС-узел на каждой станции будет простаивать. Пожалуй, это основная причина, по которой Dual МАС устройства получили меньшее распространение.

На рис. 6.4 показаны некоторые возможные варианты подключения различных сетевых устройств.

"Блуждающий" МАС. Когда новая станция включается в сеть FDDI, то сеть на время приостанавливает свою работу, проходя через процесс инициализации кольца, в течение которого между всеми станциями согласуются основные параметры кольца, самым важным из которых является номинальное время оборота маркера по кольцу ПЯТ. Если количество станций в сети велико, то частая реинициализация кольца, связанная с отключением или добавлением станций (преимущественно SAS, подключенных к М-портам) может приводить к потере данных и задержкам. Процедуры инициализации в некоторых случаях можно избежать. Примером такого случая является подключение новой станции SAS к порту М концентратора с так называемым блуждающим узлом МАС (roving МАС), который также называют локальным МАС-узлом. Наличие блуждающего МАС-узла, наряду с основным МАС-узлом, позволяют концентратору добавлять и отключать станции на М-портах без прекращения работы двойного кольца [6].

Если к М-порту DAC, имеющего roving МАС, подключается действующее дерево через свой корень, например, порт S концентратора SAC, то один маркер должен быть уничтожен, поскольку образовалась одна единая сеть, вместо двух независимых. Roving МАС иногда (зависит от производителя и от параметров подсетей) способен выполнить такую задачу без повторной инициализации в каждой из подсетей. Для этого узел roving МАС задерживает один из маркеров до момента прихода второго маркера на концентратор, после чего выполняется процедура объединения двух сетей в одно логическое кольцо, и выпускается в него только один маркер.

Стандартом FDDI строго не регламентирован механизм работы блуждающего МАС. Позтому последний не получил большого распространения в FDDI концентраторах.

Топологии сетей FDDI

Единственным видом локального соединения в стандарте FDDI является соединение "точка-точка". Соединение "точка-точка" позволяет разным участкам кольца иметь свои особенности. Например, один участок кольца может использовать одномодовое волокно, другой — многомодовое, третий — витую пару. Оптическое волокно, плохо адаптируемое в качестве использования общей шины, выгодно подходит под конфигурацию "точка-точка".

Наряду с этим, сеть обладает также определенной топологией, определяющей структуру всей сети как единого целого. Различают логическую и физическую топологию. Логическая топология дает представление о пути, по которому двигаются данные от станции к станции. Физическая топология показывает естественное размещение сетевых устройств (станций, концентраторов), а также кабельной системы, посредством которой устанавливается физическая связь между сетевыми устройствами. Если логическая топология сети FDDI всегда есть кольцо, то физическая топология может быть разнообразной.

Ниже рассмотрены пять основных вариантов физической топологии: точка-точка, двойное кольцо; отдельный концентратор; дерево концентраторов; двойное кольцо деревьев; а также возможность дополнительного повышения надежности работы станции при помощи механизма Dual Homing.

Точка-точка, рис. 6.4 а. Это — простейшая допустимая физическая топология, при кото рой связываются между собой две станции FDDI типа SAS. В зависимости от того, какой интерфейс поддерживают сетевые адаптеры, связь может быть как на основе ВОК, так и витой пары.

Двойное кольцо, рис. 6.4 б. Двойное кольцо образуется соединениями "точка-точка" между рабочими станциями (DAS), причем каждое такое соединение осуществляется по паре оптических волокон (или витой парой), по которым свет распространяется в разных направлениях, рис. 6.4 а. Топология двойного кольца удобна и наиболее часто применяется в тех случаях, когда имеется небольшое число станций с двойным подключением, которые нужно связать в единую сеть.

Но так как каждая станция в такой топологии составляет неотъемлемую часть кольца, их функционирование становится критичным для работы всей сети. Устранение или добавление станций невозможно без повторной инициализации кольца. Отключение питания на станции (обрыв в сегменте кабельной системы) приводит к разрушению двойного кольца, хотя после процесса реконфигурации целостность сети восстанавливается, рис. 6.1 б. При этом образуется новое свернутое логическое кольцо, по которому циркулирует маркер. С увеличением числа неисправных линий связи (числа выключенных или неисправных станций) сеть распадается на отдельные сегменты. В каждом сегменте происходит нормальное функционирование сети, но связь между сегментами отсутствует. Использование оптических обходных переключателей позволяет сохранить целостность кольца — в случае отключения питания DAS оптический обходной переключатель позволяет обойти эту станцию и сохранить топологию двойного кольца (см. п. 6.4), причем сохраняется передача маркера и данных только по первичному кольцу.

По этой причине двойное кольцо в чистом виде используется тогда, когда риск пользователей, связанный с выходом DAS станций из строя, невелик. Такая топология возможна в тех случаях, когда в сеть нужно объединить небольшое число рабочих станций и нет необходимости прибегать к более дорогостоящему FDDI концентратору

.

Отдельный концентратор, рис. 6.4 в. При этой топологии используется только один FDDI I концентратор типа NAC, который не подключается к двойному кольцу, и имеет внутреннюю FDDI шину (backplane). К М-портам концентратора могут подключаться как SAS, так и DAS, станции. DAS может быть подключена одним из своих портов (А/В) к одному из М-портов концентратора, или обоими портами к любым двум М-портам концентратора — в последнем случае реализуется механизм подключения Dual Homing.

Дерево концентраторов, рис. 6.4 г. В этой топологии концентраторы связываются в иерархическую звездную топологию с одним концентратором (NAC) в корне дерева (рис. 6.4 в). От корневого концентратора идут связи к станциям (SAS и DAS) и/или к другим концентраторам (SAC и DAC). Эта топология предусматривает большую гибкость в отношении добавления и удаления FDDI станций и концентраторов и позволяет изменять их положение без разрыва сети FDDI.

Преимущества этой топологии: — Удобна, когда нужно объединить большое количество станций в пределах одного здания или в пределах одного этажа здания;

Администратору сети легко контролировать сетевые устройства конечных пользователей и ограничивать их доступ к определенным ресурсам сети, используя функции концентратора; При выходе из строя и выключении станции концентратор автоматически отключит сети.

Двойное кольцо деревьев, рис. 6.4 д. В этой топологии сеть образована иерархическми деревьями, в корнях которых находятся концентраторы, непосредственно подключенные к двойному кольцу (DAC). В кольцо могут быть также подключены рабочие станции DAS. Физическое кольцо образуется соединениями "точка-точка" между DAS и DAC. Корневые концентраторы образуют кольцевую магистраль FDDI и, таким образом, являются ключевыми для работы всей сети. К этим концентраторам могут быть подключены другие концентраторы SAC или DAC, а также станции SAS или DAS, и т.д.

Двойное кольцо деревьев — это наиболее универсальная и гибкая топология, охватывающая в себе все преимущества технологии FDDI. Двойное кольцо деревьев позволяет создать огромную и сложную сеть, которая благодаря резервному кольцу будет сохранять целостность при повреждении линии связи кольца или при отключении станции или концентратора из кольца. Дополнительно для повышения надежности возможно подключение концентраторов или станций двойного кольца через оптический обходной переключатель.

Dual Homing, рис. 6.4 е. Правила FDDI позволяют создавать топологию с повышенной надежностью, при которой станция с двойным подключением DAS (или концентратор с двойным подключением DAC), не включенная непосредственно в двойное кольцо, может одновременно подключаться своими портами А и В к М-портам других концентраторов сети FDDI. Механизм, обеспечивающий такую надежность, называется Dual Homing.

В нормальном состоянии активизируется канал связи по порту В, через который DAS (DAC) устройство объединяется в логическое кольцо сети. При этом канал связи от порта А находится в состоянии ожидания, и готов сразу же автоматически активизироваться, если сегмент от порта В претерпит разрыв.

Избыточная топология полезна в тех случаях, когда есть риск повреждения кабельной системы, а потребность в непрерывной связи станции с сетью велика, например, в банках, в крупных финансовых учреждениях, на объектах повышенного технологического риска.

Другое преимущество — это простота установки связи между рабочими станциями на межсетевом уровне.

6.4. Оптический обходной переключатель

При отключении питания SAS станции соответствующий М-порт концентратора, к которому станция подключена, сразу же заметит это средствами физического уровня. Далее по команде уровня SMT концентратора выполняется электрон

ный обход этого М-порта, в результате чего восстанавливается логическое кольцо, рис. 6.4 ж. Заметим, что свертывания двойного кольца, к которому подключен концентратор, не происходит.

Если же отключить питание у станции DAS или концентратора DAC, то сеть, хотя и продолжит работу, сохранив единство, перейдет в состояние ИНАР. Запас отказоустойчивости будет утерян, что нежелательно. Теперь при отключении еще одной станции кольца будет происходить сегментация сети, рис. 6.5. Поэтому для устройств с двойным подключением рекомендуется использовать оптический обходной переключатель ОВЯ который позволяет замкнуть входные и выходные оптические волокна и обойти станцию (или концентратор) в случае ее (его) выключения. Оптический обходной переключатель питается от DAS (DAC) и состоит в простейшем случае из отражающих зеркал или подвижного оптоволокна. При отключенном питании такой переключатель осуществляет перекоммутацию каналов, в результате чего оптический сигнал обходит станцию, а при включении ее питания вновь соединяет входы портов А и В с внутренними схемами PHY станции.

Подключение к сети через OBS

Оптический обходной переключатель служит для дополнительного повышения надежности и целостности двойного кольца FDDI. Сетевые станции или концентраторы подключаются к двойному кольцу через OBS (рис. 6.6).

Принцип работы оптического переключателя показан на рис. 6.7. В рабочем состоянии оптический переключатель имеет напряжение питания 5 В. Он получает питание от соответствующей рабочей станции (концентратора) двойного подключения. При выходе из строя или при отключении питания станции, подключенной к двойному кольцу через OBS, происходит двухэтапный процесс реконфигурации сети:

• на первом этапе осуществляется исключение неисправной станции или концентраторы из кольца (оптический переключатель механически переходит из рабочего состоянии (рис. 6.7 а) в свое нормальное (байпасовое) состояние с выключенным питанием (рис. 6.7 б), замыкая двойное кольцо через себя. Для оптического переключателя фир- мы AMP время срабатывания 1< 10 мс [7];

• на втором этапе вновь инициализируется маркерное кольцо FDDI. Время реинициализации может варьироваться в пределах от 10 до 150 мс в зависимости от протяженности сети и количества станций.

Из-за больших потерь на излучение, которые вносит оптический переключатель (при использовании многомодового волокна с затуханием 1 дБ/км (длина волны 1300 нм) в зависимости от производителя OBS — стандартом FDDI PMD определено допустимое значение вносимого затухания на OBS до 2,5дБ), число последовательно подключенных оптических переключателей ограничено четырьмя, даже если длины сегментов ВОК небольшие. Это связано с тем, что из-за большого числа последовательных точек коммутации в кабельной системе потери накапливаются (рис. 6.7 в). Желательно, чтобы запас по мощности был не меньше 2-3 дБ, так как со временем, по мере эксплуатации, вносимые потери в самом оптическом волокне и на сухих стыках (в местах терминирования) могут возрастать.

Для примера приведем расчет типовой конфигурации с одним OBS. Пусть дано: полная длина многомодового ВОК — 2 км, в некоторой промежуточной точке подключена станция через OBS, число разъемных соединений — 4 (на оптических распределительных панелях). С учетом того, что бюджет линии (полное максимальное допустимое затухание в линии) в соответствии со стандартом составляет 11 дБ, потери в ВОК — 1 дБ/км, а потери на каждом разъеме — 0,3 дБ, вычислим запас:

Устройство OBS

Существует несколько различных технологий механо-оптического переключения: с использованием поворотных призм, поворотных зеркал или подвижных волокон. Поскольку диаметр волокна очень мал, необходимо использовать прецизионные методы, позволяющие контролировать пути световых лучей.

Рассмотрим механо-оптическое переключение световых потоков посредством поворотных зеркал. Два волокна размещаются таким образом, чтобы их торцевые поверхности были равноудалены от центра кривизны сферического зеркала. Свет, выходя из одного волокна, падает на зеркало и отражается, попадая в другое волокно. Отраженный световой конус является копией падающего конуса благодаря сферичности зеркала. А поскольку точка излучения и точка приема равноудалены от цента кривизны зеркала, то такую технологию называют оптикой центро-симметричного отражения. Эта технология обеспечивает очень высокую стабильность и рассчитана на пожизненную эксплуатацию (до миллиона циклов коммутации). Волокна помещаются в прецизионные крепления вдоль одной плоскости (рис. 6.8). Осьвращения поворотного сферического зеркала устанавливается строго перпендикулярно этой плоскости. Когда зеркало находится в положении 1, входящий в OBS свет отражается в волокно, идущее к станции. Когда зеркало разворачивается в положение 2, входящий свет от- ражается в байпасовое волокно.

Наряду с фирмой АМР многомодовые OBS производятся фирмами DiCon [8], Molex [9], NetOptics [10].

Производство одномодовых переключателей более сложное. Из-за значительно меньшего диаметра сердцевины одномодового волокна очень трудно достичь небольших вносимых потерь при изготовлении одномодовых OBS. Сложность изготовления приводит к их высокой стоимости (в 3-4 раза выше по сравнению с многомодовыми OBS) и небольшому числу производителей, среди которых можно отметить NetOptics, рис. 6.9.

Приведем некоторые характеристики одномодового OBS, производимого этой фирмой: 5

• Рабочая длина волны 1280-1650 нм

• Вносимые потери 1,3 дБ (типовые) и 2,5 дБ (максимум)

• Напряжение питания +5 V (DC)

• Время срабатывания 50 мс

• Температура окружающей среды от 0 С до + 50' С.

Общий вид одномодового OBS фирмы NetOptics приведен на рис. 6.9

6.5. Кабельная система и уровень PMD

Разделение физического уровня FDDI на два подуровня PMD и PHY главной целью ставило сделать более ясной структуру стандарта. Это также позволило стандартизировать различные физические интерфейсы, модифицируя нижний подуровень PMD и не трогая верхний подуровень PHY (рис. 6.3). Далее рассмотрены стандарты уровня PMD применительно к трем различным физическим интерфейсам: на многомодовое волокно, на одномодовое волокно, и на витую пару.

Стандарты MMF-PMD, SMF-PMD и TP-PMD

Данные, прежде чем передаваться от одной станции к другой, должны преобразовываться в определенные битовые последовательности, которые затем распространяются по кабельной системе. Стандарт уровня PMD (далее просто стандарт PMD) охватывает те области, которые непосредственно связаны с физической передачей данных: оптическую и элек- трическую передачу и прием данных, технические требования к волоконно-оптическому и медному кабелю, оптические соединители, оптические переключатели. Сравнительные характеристики трех основных стандартов PMD приведены в табл. 6.6.

FDDI стандарты MMF-PMD и SMF-PMD устанавливают основные оптические характери            стики волоконно-оптической кабельной системы, среди которых: длина волны оптического передатчика, тип кабеля (оптическое волокно), затухание (величина энергетических потерь) в кабеле и другие, табл. 6.6.

В качестве базовой кабельной системы в стандарте FDDI принят волоконно-оптический кабель на основе градиентного многомодового оптического волокна с диаметром 62,5/125 мкм. Допускается волокно с диаметром 50/125 мкм. Ступенчатое многомодовое волокно из- за его низкой полосы пропускания не удовлетворяет требованиям стандарта PMD. Длина волны излучения 1300 нм. Минимальное допустимое значение мощности оптического сигнала на входе станции в стандарте PMD составляет — 31 дБм. В этом случае вероятность ошибки на один бит при ретрансляции не будет превышать 2,5 10 При увеличении мощности входно- го.сигнала на 2 дБ, эта вероятность снижается до 10 Ниже перечислены основные требо- вания со стороны стандарта FDDI PMD к оптическим приемопередатчикам:

• Максимальная мощность передатчика — 14 дБм;

• Минимальная мощность передатчика — 20 дБм;

• Максимальная принимаемая мощность -14 дБм;

• Минимальная принимаемая мощность — 31 дБм;

• Максимальные потери между станциями 11 дБ;

Максимальные потери на км кабеля 2,5 дБ. Главным требованием спецификации SMF-PMD по мощности является такое же значение, как и в MMF-PMD, минимальной допустимой мощности оптического сигнала на входе станции (-31 дБм). Это связано с идентичностью оптических приемников при MMF-PMD и SMF-PMD, рассчитанных на работу в окне 1300 нм.

Стандарт на витую пару TP-PMD предусматривает использование витой пары на медном кабеле, как альтернативы оптическому волокну. Причиной разработки этого стандарта было стремление создать менее дорогостоящее оборудование и упростить процедуру инсталляции сети. Стандарт ТР-PMD основан на использовании как экранированной витой пары STP — тип 1 или 2 (две пары), так и неэкранированной витой пары UTP — категории 5 (4 пары).

Существует несколько категорий неэкранированной витой пары, предназначенных для передачи голоса и данных. Стандартизация такой продукции осуществляется двумя крупными организациями EIA/TIA, UL и НЕМА. Категории 1 и 2 обычно используются для передачи голо- са или низкоскоростной передачи данных, например, стандартный порт RS232. В локальных сетях используются следующие три категории неэкранированных витых пар (в настоящее время преимущественно выпускаются неэкранированные витые пары категории 5):

• Категория 3: охватывая полосу 10 Мбит/с (допустимая длина сегмента 100 м), используется в сетях Ethernet (10 Мбит/с);

• Категория 4: охватывая полосу 16 Мбит/с (допустимая длина сегмента 100 м), используется в сетях Token Ring 16 Мбит/с, Ethernet;

• Категория 5: охватывая полосу 155 Мбит/с (допустимая длина сегмента 100 м), используется в сетях АТМ (155 Мбит/с), FDDI, а также может использоваться в менее скорост- ных сетях Token Ring, Ethernet.

Функция регистрации сигнала уровня PMD

Во всех кабельных системах, принятых в FDDI, предусмотрена специальная функция, при помощи которой контролируется качество или целостность линий связи между соседними рабочими станциями. Она называется функцией регистрации сигнала (signal detect). При использовании оптического канала связи на основе этой функции осуществляется постоянный мониторинг значений мощности сигнала на входе PMD. Спецификация PMD требует от этого уровня выполнения функции Signal Detect по определению факта наличия оптических сигна- лов на входе физического соединения станции. Этот сигнал передается на уровень PHY, где используется функцией определения статуса линии Line State Detect (рис. 6.10) [6].

При использовании оптической среды связи уровень PMD генерирует для PHY признал присутствия оптического сигнала Signal Detect, если мощность входного оптического сигналы превышает -43,5 дБм, а снимает его при уменьшении этой мощности до -45 дБм и ниже. Таким образом, имеется гистерезис в 1,5 дБм для предотвращения частых изменений статуса линии при колебании входной мощности сигнала около -45 дБм.

При использовании витой пары вместо проверки мощности входного сигнала используется другой, более простой способ, который основывается на контроле целостности медных пар. Аппаратно замыкаются витые пары приемника и передатчика на удаленном конце, что дает возможность мерить величину постоянного тока при подаче на такую петлю постоянного напряжения. При наличии постоянного тока определенной величины, что свидетельствует о целостности медных витых пар, уровень PMD оповещает PHY командой регистрации сигнала Signal Detect [1).

Оптические соединители

Стандарты ANSI определяют пассивное оборудование FDDI для установления физической связи станций по оптико-волоконной кабельной системе. Таковым является соединитель MIC, который используется для соединения волоконно-оптического кабеля с FDDI станцией (рис. 6.11). Станция, в свою очередь, должна быть снабжена соответствующей стандартной розеткой.

Соединитель MIC имеет полярную структуру, что гарантирует правильное подключение оптических волокон на прием и передачу. Кроме этого, он снабжен ключом, который предотвращает от неправильного подключения к соответствующему порту. Возможные механические ключи MIC соединителей и розеток, определенные стандартом PMD, показаны на рис. 6.12.

FDDI устройства также могут использовать оптические разъемы ST, FC (преимущественно под одномодовое волокно, стандарт SMF-PMD) и полярный разъем Duplex $С (как под многомодовое, так и под одномодовое волокно, PMD и SMF-PMD). Наибольшее распространение после стандарта MIC получил стандарт Duplex SC. Во первых, Duplex SC принят в качестве основного стандарта телекоммуникационными организациями многих стран. Во вторых, при меньшей стоимости он более компактен и имеет очень близкие технические характеристики. К незначительному минусу разъема Duplex SC можно отнести отсутствие ключей, хотя сложные физические топологии, приводящие к путанице, встречаются очень редко.

На практике сеть FDDI имеет смешанную кабельную систему, пример которой приведен на рис. 6.13. Для связи между зданиями (удаленными узлами) используется магистральный многомодовый или одномодовый кабель. Вертикальная кабельная система в пределах здания строится на основе многомодового станционного кабеля. Горизонтальная разводка по этажам осуществляется при помощи оптических соединительных шнуров (оконцованного миникабеля) или витой пары. Заметим, что сама кабельная система является универсальной и может в равной степени подходить под использование другого сетевого оборудования, например Fast Ethernet или АТМ, или смешанных решений.

Сравнения оптического волокна и витой пары

Наличие кабельных систем трех стандартов (MMF-PMD, SMF-PMD и TP-PMD) предоставляет пользователю выбор в зависимости от конкретной ситуации. Приведем сравнительный анализ оптического волокна и витой пары.

Главные преимущества функционирования сети с использованием волоконно-оптического кабеля следующие: большие расстояния между станциями (пунктами ретрансляции); высокая помехозащищенность; отсутствие излучаемых помех; высокая степень защищенности от несанкционированного доступа; гальваническая развязка элементов сети; взрыво- и пожаробезопасность. Более подробно перечисленные свойства описаны в первой главе.

Причины, по которым заказчик может предпочесть медный кабель волоконно- оптическому, следующие: низкая стоимость восстановления обрывов; удобство использования в небольших рабочих группах.

Низкая стоимость подключения к рабочей станции. Витые пары STP IBM Туре 1 и UTP cat. 5 могут существенно уменьшить затраты на сетевое оборудование, так как они не требуют установки дорогостоящих оптических приемопередатчиков и пассивных компонентов волоконной оптики.

Низкая стоимость восстановления обрывов. Для устранения обрыва витой пары не требуется дорогостоящее специальное монтажное оборудование, как в случае обрыва оптического кабеля. Можно также целиком заменить поврежденную витую пару, что оправдано ее низкой стоимостью.

Удобства использования в небольших рабочих группах. Витая пара будет удобной при использовании концентратора в рабочих группах, в конструкторских бюро. Это удобство является следствием меньшей стоимости FDDI-концентратора, имеющего порты для подключения витых пар.

6.6. Уровень PHY

Стандарт PHY (physical layer protocol — протокол физического уровня) верхнего подуровня физического уровня (рис. 6.3) определяет те функции физического уровня, которые не привязаны к типу среды передачи. Это позволяет модифицировать среду передачи, например использовать витую пару вместо оптического волокна, но при этом не изменять параметры уровня PHY.

Следующие компоненты, функции и характеристики определяются уровнем PHY:

• таймер и схема синхронизации — настройка временных параметров на основе времен- ного анализа движения маркера и кадров данных по кольцу;

• процесс кодирования и декодирования — преобразование полученных от уровня МАС данных в формат, принятый для передачи между сетевыми устройствами FDDI;

• управляющие символы — минимальные сигнальные кванты, используемые для установления связи между станциями;

• эластичный буфер, используемый для компенсации допустимого отклонения часов соседних станций;

• функция сглаживания, позволяющая избежать потери кадров, имеющих короткие преамбулы;

• фильтр повторений, предотвращающий распространение ошибочных кодов и кодов сбойного состояния линии.

Синхронизация часов

Стандарт FDDI PHY определяет использование распределенных по станциям часов. Ка- ждая станция имеет двое часов — часы для передачи и часы для приема данных [1, 11].

Часы для передачи данных не перестраивают частоту. На частоте этих часов станция передает или повторяет информацию в кольцо.

Часы для приема, напротив, имеют возможность подстраивать частоту. Получая данные, станция синхронизирует приемные часы по приходящей последовательности символов пре- амбулы, которая следует перед кадром. Далее станция декодирует данные кадра по этим ча- сам. Частота приходящих битов определяется частотой передающих часов станции- отправителя этих битов. Следовательно, приемные часы синхронизируются по частоте передачи предыдущей станции. Однако, если нужно передавать эти данные обратно в кольцо, т.е. повторить, станция будет использовать свои собственные часы.

Кодирование и декодирование данных

Данные, прежде чем передаваться по сети, подвергаются кодированию с целью их более надежной передачи. Эту функцию выполняет уровень PHY, который кодирует полученные от уровня МАС данные и затем направляет их на уровень PMD. Уровень PHY также обрабатывает и обратный поток от PMD к МАС, рис. 6.14.

FDDI использует две последовательные системы кодирования: 4В/5В и NRZI — невозвращение к нулю с последующей инверсией на единицах [12].

Система кодирования данных 4В/5В. Если бы FDDI использовал ту же схему кодирования битов, что и применяемая в Token Ring или Ethernet, на каждый полезный бит информации приходилось бы два передаваемых сигнальных бита (манчестерское кодирование), рис. 6,15. Таким образом, потребовалось бы посылать 200 миллионов сигналов в секунду, чтобы передавать со скоростью 100 Мбит/с. Вместо этого в FDDI принята схема кодирования 4В/5В с меньшей избыточностью кода, которая преобразовывает каждые 4 бита данных в 5-битовые коды — символы, табл. 6.7. В результате, при скорости передачи данных 100 Мбит/с схема 4В/5В отправляет 125 миллионов сигналов в секунду (125 Мбод).

Заметим, что кодер 4В/5В обрабатывает группы битов (4 бита), соответственно декодер обрабатывает символы (5 битов). Следовательно, декодер должен выделять символы из непрерывного битового потока. Для этой цели, в частности, приемник синхронизируется с передатчиком на этапе приема.

Система кодирования NRZI. После выполнения кодирования данных 4В/5В происходит дальнейшее, теперь уже побитовое, кодирование NRZI. В этой схеме нулю входящей последовательности соответствует повторение уровня предыдущего элемента (сохранение состояния), а единице — энергетический переход в альтернативное состояние, рис. 6.16. Таким oбразом, чем больше единиц во входной последовательности, тем больше будет перепадов сигнала на выходе (выше эффективная частота в линии) и наоборот.

Преобразование NRZI, если его рассматривать отдельно, не очень эффективно. Например, если передаются только О, то приемник на удаленном узле все это время не будет обнаруживать перепадов сигнала, что ухудшает синхронизацию приемника. Поскольку практически было бы невозможно предотвратить эту ситуацию (нельзя гарантировать, что в потоке данных от пользователя не будут появляться длинные последовательности нулей), дополнительное кодирование предшествует NRZI. Это кодирование должно гарантировать, что после него не будут встречаться большие последовательности нулей, независимо от того, какие данные передаются от пользователя. И именно эту функцию обеспечивает кодирование 4В/5В, которое, таким образом, помогает не только повысить помехоустойчивость передаваемой информации, но и решить проблему синхронизации. Природа кодирования 4В/5В такова, что в выходном битовом потоке никогда не встретится больше трех нулей.

Заметим, что первый бит выходной последовательности не определен. Эта неопределенность, однако, не опасна, поскольку приемник срабатывает по перепаду входного сигнала (отсутствие перепада означает О, гарепад — 1). Таким образом, в случае использования оптической среды связи, последовательность нулей на входе кодировщика NRZI, которых может быть максимум три, преобразуется либо в непрерывный световой сигнал, либо в полное его отсутствие. Процесс декодирования происходит в обратном порядке.

Символы кодирования. В табл. 6.7 представлен список 5-битовых символов, используемых в стандарте FDDI. Допустимо всего 32 возможных комбинации из 5 бит, из которых реально задействованы только 25 символов. По назначению они разбиваются на 4 группы [12]:

• Символы статуса линии (3) — Q, I, Н. Эти символы сигнализируют о состоянии линии и распознаются оборудованием физического уровня (PHY). Группы этих символов используются на этапе установления связи между уровнями PHY соседних устройств. Символ I (Idle) передается в промежутках между передаваемыми кадрами с целью поддержки синхронизации приемных часов станций.

• Ограничители (4): начальные — J, К, L, конечный — Т. Начальный ограничитель L не используется в базовом стандарте FDDI и предназначается для FDDI-II.

• Контрольные индикаторы (2) — R, S.

• Символы данных (16). Эти символы не являются служебными и используются для коди- рования данных.

Оставшиеся семь символов из 32 (см. табл. 4.1) не передаются — передача их нарушила бы рабочую длину кода и требования по балансу постоянной составляющей. Символы обычно объединяются в пары, так что общее число символов в кадре всегда четно и не превышает

9000.

Баланс постоянной составляющей. В FDDI, в силу особенностей кодирования, может наблюдаться эффект смещения постоянной составляющей от среднего значения. Отклонение постоянной составляющей (baseline wander) возникает, когда усредненное по какомуто промежутку времени значение переменного сигнала ненулевое. При манчестерском кодировании каждый входной бит представляется парой сигналов +1 и — 1, таким образом сохраняется ну- левой баланс по постоянному току. В стандарте FDDI совокупность кодирований 4В/5В и NRZ/NRZI не гарантирует нулевой баланс в выходной последовательности, но дает достаточно близкое значение к О. В наихудшем случае допускается отклонение @10%. Это важное свойство выходной последовательности должно учитываться при конструировании приемников.

Состояния линии. Во время процедуры установления соединения соседние станции обмениваются не отдельными символами, а достаточно длинными последовательностями символов, что повышает надежность взаимодействия. Эти последовательности называются состояниями линии (line states).

Состояния линии (обозначения и описания) приведены в табл. 6.8. Отметим, что кодирование NRZI символов состояний линии приводит к меандру — регулярным волнам с квадратными фронтами различной частоты. Максимальная частота имеет место при состоянии линии ILS — 62,5 МГц. Всего используется 4 состояния линии: QLS, MLS, HLS и ILS. Оставшиеся два — ALS и NLS — обозначают соответственно нормальный рабочий режим канала, сопровождающийся передачей данных, и плохую линию с большим уровнем помех.

Особенности кодирования при передаче по витой паре

Схему кодирования 4В/5B+NRZI нельзя применять к медной кабельной системе на основе неэкранированной витой пары UTP кат.5 из-за жестких требований по электромагнитному излучению и длине сегментов. В то же время, эта схема допустима при использования эк ранированной витой пары IBM тип 1 или 2 — SDDI. Поэтому спецификации уровня FDDI TP- PMD, главным образом, ориентированы на создание помехоустойчивого кода в линии на основе UTP кат.5. Рассмотрение работы уровня ТР-PMD интересно вдвойне, поскольку эти спецификации также были использованы позже в стандарте Fast Ethernet (100Base-TX) — весьма популярном современном сетевом стандарте.

Для передачи сигнала по UTP кат.5 с целью уменьшения высокочастотной составляющей электромагнитного излучения и достижения максимального расстояния передачи (100 м), наряду со схемой NRZ/NRZI, дополнительно используется схема MLT-3. Также особенностью передачи по неэкранированной витой паре является наличие скремблера на передающей стороне (дескремблера на приемной), и подстраиваемого эквалайзера, который устанавливается на приемной стороне и предшествует дескремблеру. Скремблер устанавливается после кодера MLT-З, и предназначен для уменьшения величины пиков сигналов в энергетическом спектре. Эквалайзер устанавливается на приемной стороне. Он, подстраиваясь под разную длину кабеля, принимает и преобразовывает сигнал к виду, приемлемому для дескремблера, рис. 6.17.

Схема кодирования MLT-3. Эта схема описана в спецификациях TP-PMD FDDI и реализует трехуровневый выходной сигнала (+1, О, — 1). Схема аналогична NRZI в том, что перепады уровня в выходном сигнале происходят только тогда, когда на вход поступает 1. Причем, направление перехода из нулевого состояния в положительное или отрицательное определяется предысторией: если последний переход в нулевое состояние был из положительного состояния, то по приходу 1 переход будет в отрицательное состояние, и наоборот, если по- следний переход в нулевое состояние был из отрицательного, то по приходу 1 переход будет произведен в положительное состояние.

Максимальное число перепадов на выходе кодера имеет место тогда, когда на вход подается последовательность из единиц. Но и в этом случае период волнового фронта будет 4 бита, что эффективно ведет к уменьшению частоты сигнала в линии в 4 раза, то есть 31,25 МГц (вместо 125 МГц), что позволяет приблизиться к требованиям передачи данных по неэкранированной витой паре.

Скремблер. Применение кодера MLT-3 само по себе еще не достаточно хорошее решение, чтобы удовлетворить требования радиочастотного электромагнитного излучения. Неэкранированная витая пара излучает значительно сильней экранированной витой пары, и, тем более, оптического волокна, особенно если передавать по ней сигнал с полосой 100 Мбит/с. Главное назначение скремблера — уменьшение значений энергетических пиков в спектре излучения витой пары.

Скремблер устанавливается между кодерами NRZI и MLT-3. Он модифицирует последовательность битов после кодера 4В/5В, подмешивая псевдослучайный компонент (используется полиномиальная функция х + х ), рис. 6.19. Этот компонент затем удаляется на при- 11 9 емной стороне при помощи дескремблера. Для того, чтобы можно было восстановить битовый поток на приемной стороне необходимо, чтобы скремблер и дескремблер были синхронизированы между собой. В стандарте FDDI синхронизация происходит при помощи последовательностей символов состояний линии (ILS, MLS, QLS, HLS), что создает определенный рисунок сигнала на приеме. По этому рисунку "запускается" дескремблер. Скремблер и деск- ремблер имеют совершенно одинаковый принцип действия и используют одно и тоже "затравочное" 11-битовое число. Таким образом, двойное применение скремблирования к биту по- тока восстанавливает прежнее значение.

Эластичный буфер

Из-за помех, влажности, перепадов температуры, скачков напряжения, временной нестабильности кварцевого генератора, частота часов не может быть постоянной величиной. Поэтому существует разброс по частотам часов разных станций. Полное кольцо, включая сетевые станции и кабельные коммуникации, должно сохранять битовую длину с тем, что бы ни один бит не мог быть создан или уничтожен в логическом кольце. Иначе не сохранится или исказится информация. Для этой цели используются специальные средства стабилизации. Уровень PHY предусматривает два средства: эластичный буфер и функцию сглаживания (рис.

6,14).

Приемник имеет часы с подстраиваемой частотой, для чего использует такую стандартную технику, как фазовая подстройка колебаний генератора. Передатчик, напротив, использует часы с фиксированной частотой. Эластичный буфер, установленный на каждой станции, призван компенсировать разную скорость приема и передачи битов по сети, возникающую вследствие различия частот приемных и передающих часов. Установка буфера в среднее положение (заполняется только половина ячеек буфера — буфер работает на прием) наступает перед приходом кадра по преамбуле, которая предшествует кадру данных. Далее буфер начинает работать на прием и на передачу битов, поддерживая очередь FIFO (first in, first out— первым пришел, первым обслужен).

Часы передатчика стандартизованы со стабильностью +0,005%. Эластичный буфер ра- ботает с битами символов до процедуры декодирования 4В/5В. Поэтому для передачи кадра максимальной длины 9000 символов (4500 байт х 2, так как каждый байт данных представлен двумя 5-битовыми символами в потоке по физической линии связи) или 45000 бит без переполнения буфера достаточно выбрать буфер длиной 10 бит (45000 х 0,00005 х 2 х 2 = 9, плюс 1 бит для четной полной длины), где один множитель 2 учитывает максимальный разброс час- тот двух часов 0,01%, а другой множитель 2 учитывает возможность дрейфа уровня заполнения буфера как в сторону заполнения, так и в сторону освобождения.

Буфер длиной в 10 бит вносит задержку при ретрансляции маркера и кадров, которая при скорости передачи 125 Обод эквивалента 0,08 мкс. Однако, принимая во внимание дополнительные задержки, в частности, при передаче битов между регистрами, это число — так называемое латентное время станции — увеличивается, и обычно оценивается в 1 мкс [13].

Латентное время сети — это время, которое требуется маркеру, испущенному станцией, возвратиться обратно к этой станции, при условии, что ни одна из станций не захватывает маркер. Это время складывается из латентных времен на станциях и задержках на сегментах из-за конечной скорости распространения света.

Если станция передает (ретранслирует) несколько кадров, следующих друг за другом, она может не успевать переводить буфер в среднее положение до обработки следующего кадра. В этом случае процедура установки буфера в среднее положение сопровождается процессом увеличения или уменьшения длины преамбулы (которая первоначально, в момент испускания кадра станцией-отправителем, составляет 16 или более символов). В частности, если настроенная частота приемных часов меньше частоты передающих часов, то возможно увеличение длины преамбулы у последовательно принимаемых кадров, так чтобы выравнива- лось среднее время приема и передачи. Таким образом, по мере продвижения кадра (маркера) по сети длина предшествующей преамбулы может варьироваться от своего начального значения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (начальное значение преамбулы маркера задается на этапе его инициализации, см. п.6.7. "Уровень МАС™).

Функция сглаживания

Кадры с длинной преамбулой снижают производительность сети, не внося других проблем. Но уменьшение длины преамбулы до нуля означало бы потерю информации в критической ситуации. Проблему решает специально встроенный в PHY элемент, выполняющий функцию сглаживания. Этот элемент проверяет длину преамбулы у всех приходящих кадров 1, в зависимости от обстановки, вставляет или удаляет символы преамбулы с целью уменьшения разброса в длинах преамбул от их номинального значения в 16 символов. Расчеты, Представленные техническим комитетом ANSI ХЗТ9.5 на этапе разработки FDDI, показали, что выбранный алгоритм функции сглаживания в самом худшем случае обеспечивает вероятность ,потери кадра меньше, чем 10  что в дальнейшем подтвердилось на практике при больших конфигурациях кольца.

Фильтр повторений

Фильтр повторений предотвращает распространение ошибочных кодов, в частности ко- дов нарушенного состояния линии VIOLATION, локализуя неисправный сегмент сети. В то же время, фильтр повторений позволяет распространяться неповрежденным или искаженным кадрам.

Пример 6.1. Положив, что скорость распространения света в волокне соответствует величине 5 мкс/км, оценим латентное время кольца FDDI в следующих случаях: а) 2 км и 20 станций, б) 20 км и 200 станций, в) 100 км и 500 станций.

Латентное время сети (кольца FDDI) определяется как Т~ = Т, +Их Т,, где Т,— полная задержка из-за конечной скорости распространения света, N — число станций, Т, — латентное

время станции:

а) Т„= 2 х 5+ 20х1 = 30 мкс (или 3000 бит);

б) Т„= 20x 5+ 200 х1 = 300 мкс (30000 бит);

в) Т, =100х5+500х1=1000мкс (100000 бит).

Заметим, что латентное время вычислялось в предположении, что активно только первичное кольцо — при наличии вторичного кольца латентное время могло бы удвоится. К возрастанию латентного времени ведет подключение вторичных устройств к кольцу, например концентраторов SAC, или рабочих станций SAS, поскольку увеличивается путь движения маркера — длина логического кольца и число устройств сети. Предельное латентное время равно 2000 мкс, в случае свертывания кольца.

6.7. Уровень МАС

Второй уровень базовой OSI модели — Канальный уровень. Он подразделяется на поду- ровень управления доступом к среде МАС и на подуровень управления логическим каналом LLC. Подуровень МАС составляет неотьемлемую часть стандарта FDDI. Стандартом МАС для FDDI определяются следующие службы:

• связи между станциями посредством передачи маркеров и кадров;

• равноправного управления доступом к среде через использование временного протокола обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol);

• создания маркеров и кадров;

•  передачи, получения, повторения, удаления кадров и маркеров из кольца;

• механизмов обнаружения ошибок;

• инициализации кольца;

• изоляции неисправных станций и участков кольца и др.

Маркеры и кадры

Между станциями, объединенными в сеть FDDI, устанавливается логическое кольцо связи, по которому циркулируют маркер и кадры. Главный принцип кольца состоит в том, чтобы станции повторяли кадры, идущие от вышестоящих соседей к нижестоящим. Главная функция станции — определить, какая станция в данный момент имеет контроль доступа к среде. МАС занимается планированием по предоставлению возможности станциям передавать данные.

На рис. 6.20 показан формат кадра FDDI. Назначения полей следующие [12]:

• Преамбула PA. Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей, как минимум, из 16 символов idle (1). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра.

• Начальный ограничитель SD. Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра.

• Поле управления FC. Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8- битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполей, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение:

— С — тип трафика кадра — синхронный (значение 1) или асинхронный (значение О); L — длина адреса кадра (2 или 6 байт);

— FF — тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользователь- ские данные) или 00 для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС-уровня являются кадры трех типов — кадры процедуры инициализации кольца Claim Frame, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Beacon Frame и кадры процедуры управления кольцом SMT Frame;

— — ZZZZ — детализирует тип кадра.

— — • Адрес назначения DA — идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу стан- ций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6-ти байт.

Адрес источника SA — идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Лоле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения.

Информация INFO — относится к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от 0 до 4478 байт (от 0 до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Source Routing, определен- ной в стандарте 802.5. При этом в два старших поля адреса источника SA помещается комбинация 102 — групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных.

Контрольная последовательность FCS — 32-битная последовательность, вычисленная по стандартному методу CRC-32, принятому и для других протоколов IEEE 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DA, SA, INFO и FCS.

Конечный ограничитель ED — символ Terminate (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра.

Статус кадра FS. Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (error, Е), распознавания адреса (address recognized, А) и копирования кадра (frame copied, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается символом reset (R), а единичное — set (S). Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.

Маркер состоит, по существу, из одного значащего поля — поля управления FC, которое ржит в этом случае 1 в поле С и 0000 в поле ZZZZ, рис. 6.20 б.

Временной анализ процессов передачи маркера и кадров

В начале главы приводились основные отличия протокола управления маркером FDDI от принятого в Token Ring. Рассмотрим несколько подробней эти отличия, а также и особенно- сти передачи маркера и кадров в FDDI.

Поскольку FDDI задумывался как стандарт, допускающий построение протяженных магистралей, то необходимо было предусмотреть эффективность работы при больших латентных временах сети (в примере 6.1 показывалось, как возрастает латентное время сети с pocтом ее протяженности). Стандарт Token Ring разрабатывался под использование сетей с кольцевой топологией небольшой протяженности, то есть сетей с малыми латентными временами. В этом случае особой роли не играл тот факт, что в Token Ring станция, передающая данные и удерживающая маркер, дожидалась, пока последний испущенный ею кадр не воз- вратится обратно к ней, проверяла поле статуса кадра FS и только после этого испускала маркер дальше по кольцу. Такой алгоритм становится особенно неэффективным, когда в кольцевой сети с большим латентным временем одновременно желают передавать много станций. Это главный недостаток стандарта Token Ring.

В стандарте FDDI с учетом допустимости больших латентных времен сети предусмотрен механизм раннего испускания маркера. Станция, удерживающая маркер, испускает его сразу же вслед последнему отправленному кадру (вслед за полем FS кадра), не дожидаясь, пока тот совершит "круг почета" по кольцу. А это означает, что другая станция, получив маркер, может раньше начать передачу, что увеличивает производительность сети FDDI. Из-за механизма раннего испускания маркера в кольце могут одновременно двигаться более одного  кадра, испущенные от одной или от разных станций (адресами источника).

Фрагменты кадров. Следует обратить внимание еще на одну интересную особенность FDDI. Основная функция удаления кадра из кольца возлагается на станцию-источник. Пусть станция уже отправила все кадры, предназначенные для передачи. Далее она должна идентифицировать свои кадры, которые возвращаются к ней после оборота по кольцу, и ликвиди- ровать их. Пусть к этому моменту станция уже освободила маркер. Далее станция читает поле SA — адрес отправителя. Если этот адрес не совпадает с собственным адресом станции, она ретранслирует кадр. Помещение в буфер предыдущих полей (SD, FC, DA) до момента выяс- нения, чей кадр привело бы к дополнительной задержке при ретрансляции чужого кадра. Поэтому, чтобы уменьшить латентное время пребывания кадра на станции, станция начинает ретранслировать начало кадра, не дожидаясь проверки поля SA. Если адрес SA совпадает с собственным адресом, то станция прекращает передачу. Тем самым в кольце появляется фрагмент кадра — урезанный ненужный кадр. Фрагменты могут удаляться любой станцией, которая удерживает маркер, поскольку такой станции предоставляются большие возможности по буферизации входных данных, пока она сама передает свои кадры. Появление фрагментов кадров характерно для протяженных сетей и сетей, в которых станции передают короткие кадры, когда кадр не успевает возвратиться обратно к станции-источнику после того, как эта станция выпускает маркер, пример 6.2.

Пример 6.2. Оценить длину (км), которую занимает, распространяясь в волокне (а) маркер, (б) кадр FDDI длинной 100 байт, (в) кадр FDDI максимальной длины (4500 байта). Скорость распространения света в волокне положить соответствующей величине 5 мкс/км.

При скорости передачи 100 Мбит/с на передачу одного бита требуется время 0,01 мкс, на передачу одного байта время 0,08 мкс, и на передачу п байт время 0,08п мкс. Длина пути света, соответствующая этому времени, будет 0,08п/5 км = 0,016п км.

(а) маркер с учетом преамбулы имеет длину 81 бит или 10,125 байт. Отсюда L = 0,162 км; и, (6) ( = 0,016 х 100 = 1,6 км; (в) L = 0,016 х 4500 = 72 км.

Временной протокол обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol). В FDDI каждая станция вычисляет время обращения маркера TRT (token rotation time), точнее, временной интервал между двумя последовательными приемами маркера, что включает в себя времена, требуемые на передачу всех кадров от всех станций, включая исходную станцию. Ясно, что при слабой загруженности кольца TRT мало, и наоборот. То есть TRT может служить 1 мерой загруженности кольца. Также все станции имеют предустановленное одно и то же зна- 1 чение другого не изменяющегося во время работы сети временного параметра — требуемого '",: времени обращения маркера TTRT (target token rotation time), которое должно находиться в пределах от 4 мс до 165 мс. Об этом едином для всех значении TTRT станции договаривают-

ся еще на этапе инициализации кольца. При этом в рабочем состоянии действует следующее основное правило: станция может удерживать маркер и передавать данные в течении времени удержания маркера ТНТ (token holding time), которое определяется как ТНТ = TTRT - — TRT. Если THT положительно, то по приходу маркера станция может переда- вать данные. Если же ТНТ отрицательно, станция, даже если она хочет передавать, должна высвободить полученный маркер и ожидать более приемлемых условий при следующем приходе маркера. Несмотря на зто кажущееся неудобство, протокол TTRP очень эффективен и предоставляет равные права на передачу данных при условии, что администратором установлены одинаковые значения TTRT на станциях.

На рис. 6.21 показан пример работы протокола, когда в кольце с полным латентным временем Т расположено три равноудаленных друг от друга станции с одинаковым установ- ленным значением TTRT. В дальнейших выкладках будем пренебрегать временем, требуемым на передачу маркера.

Пусть сначала ни одна из станций не передавала данные, и маркер свободно циркулировал от станции к станции. Но в момент времени t, все три станции желают начать продолжительную передачу. Поскольку в этот момент маркер приходит на станцию 1, она становится претендентом номер 1 на передачу данных. Станция 1 вычисляет время обращения маркера TRT между двумя последующими приходами, которое равно Т. Затем она вычисляет допустимое время передачи THT, которое равно TTRT — Т, выполняет передачу в течение этого времени и испускает маркер. Маркер приходит на станцию 2, которая также вычисляет время, допустимое на передачу. Оно оказывается равным О, так как вычисленное время TRT равно TTRT. По той же причине станции 3 и 1 также не могут передавать. Только в момент t) :=1, +ТТКТ+Т„/3 станция 2 получит возможность передавать. Станция 3 получит возможность передавать в момент: 1, = 1 + 2TTRT+ 2Т~/3, а станция 1 вновь получит возмож- ность передавать в момент 1, = tQ +ЗTTRT+ЗТ /3 = t, ~+3TTRT+Т„, и т.д., причем каждая станция может передавать в течение времени TTRT

Производительность такой сети U можно рассчитать как отношение времени, в течение которого велась передача в промежутке от t, до t, к этому промежутку времени: 

В общем случае для п станций производительность определяется по формуле [12]: n(TTRT — Т„)

В правой части выражения мы пренебрегли малой величиной Т по сравнены nTTRT в знаменателе. Из формулы видно, что при фиксированном значении латент времени производительность будет возрастать с ростом TTRT. Увеличение TTRT вед уменьшению процессов переключений кольца в единицу времени, когда маркер переход станции к станции.

Предыдущее упрощенное рассмотрение предполагало наличие одного вида трав) Однако для стандарта FDDI предусмотрена передача кадров двух типов трафика — синхра ro и асинхронного [13].

Синхронный трафик предназначен для приложений, которые требуют предоставл им гарантированной пропускной способности (для передачи голоса, видеоизображ~ управления процессами и других случаев работы в реальном времени). Для такого трав каждой станции предоставляется фиксированная небольшая часть пропускной способн кольца FDDI, поэтому станция имеет право передавать кадры синхронного трафика в теч определенного времени Т, всегда, когда она получает маркер от предыдущей станции

Асинхронный трафик — это обычный трафик локальных сетей, не предъявляющий в ких требований к задержкам обслуживания. Станция может передавать асинхронные только в том случае, если при последнем обороте маркера по кольцу для этого либо часть неизрасходованной пропускной способности. С учетом возможности пере, двух видов трафика, временем удержания маркера ТНТ правильней называть интервал

мени, в течение которого станция может передавать асинхронные кадры. Это время с поправки на синхронный трафик определяется по формуле ТНТ = ТТВТ — ТВТ — Т

Изохронный трафик и стандарт FDDI-li. Синхронный трафик не удовлетворяет более стким требованиям синхронной передачи, таким как: величина вариаций задержки или, жание. Для этой цели было разработано расширение стандарта FDDI, которое получилс звание FDDI-П. Фактически станция, поддерживающая этот стандарт, может работать в

режимах: в традиционном режиме (основная мода) и в режиме FDDI-II (гибридная мод; последнем случае взаимодействие станций больше напоминает асинхронную TDM магист (см. гл. 5). По сути дела, FDDI-П оказался совершенно другим стандартом, плохо совме мым со стандартом FDDI. По этой причине он не получил большого распространения и з, не рассматривается.

Мониторинг и инициализация кольца

Все вместе станции сети ведут непрерывный распределенный мониторинг работы. В случае обнаружения ошибок или попытки их коррекции, при включении новой стану кольцо и при выходе станции из кольца, при обнаружении какой-либо станцией факта у маркера (маркер считается утерянным, если станция не получает его в течение удвоен времени TTRT), при обнаружении длительного отсутствия активности в кольце, когда ста в течение определенного времени не наблюдает проходящих через нее кадров данны> команде от блока управления станцией SMT будут иметь место три следующих процесса:

• процесс заявлений по запуску маркера (claim token process);

• процесс запуска маркера и инициализации кольца (initialization process);

• процесс сигнализации, на основании которого происходит изоляция неисправного стка кабеля или исключение неисправной станции из кольца (beacon process).

Процесс заявлений по запуску маркера. Во время этого процесса вырабатывается ное для всех станций время TTRT, и определяется станция, которая будет запускать мар Обычно это право получает станция с меньшим значением выставляемого вначале вред TTRT. В течение этого процесса каждая станция непрерывно передает находящейся ниж течению станции специальные заявительные кадры, содержащие адрес источника кадр заявленное значение TTRT, и одновременно прослушивает полученные от вышестоящей с ции аналогичные кадры. При этом она либо ретранслирует полученные кадры, обновляя < ственное значение параметра TTRT, либо продолжает передавать свои. Преимущество им кадры с меньшим значением TTRT. При равном значении TTRT преимущество имеют кад большим значением МАС-адреса. Процесс заявлений прекращается, когда станция полу свой собственный заявленный кадр (заметим, что к этому моменту время TTRT устанавляется на всех станциях одно и тоже). Эта станция начинает процесс инициализации кольца.

Процесс запуска маркера и инициализация кольца. Станция, которая выиграла процесс заявлений, запускает маркер в кольцо. Все остальные станции, получая маркер, прекращают процесс заявлений и ретранслируют маркер. На первом обороте маркера ни одна из станций, получая маркер, не может передавать кадры данных, а только переходит из состояния инициализации в рабочее состояние и переустанавливает свой счетчик времени TRT. Со второго оборота маркера кольцо работоспособно.

Процесс сигнализации. В случае повреждений кольца, например разрыва кольца, процесс заявлений не может завершиться, поскольку нет логического кольца. После истечения таймаута (в качестве предельного значения выбирается максимально допустимое время оборота маркера 165 мс), станции прекращают процесс заявлений и начинают передавать специальные сигнальные кадры. Сигнальные кадры передаются как в первичное, так и во вторичное кольца. Станция, получающая такой сигнальный кадр, пытается его ретранслировать. Процесс сигнализации прекращается, когда одна из станций получает свой собственный сигнальный кадр, что означает установление логического кольца. Эта станция начинает процесс заявлений по запуску маркера. Общая схема процесса инициализации кольца показана на рис. 6.22.

6.8. Обзор уровня SMT

Кроме спецификаций уровней PHY, PMD и МАС, стандарт FDDI определяет также спецификацию уровня управления станцией SMT (station management).

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 [6].

Спецификация SMT определяет три главных составляющие (рис. 6.23):

• управление соединениями СМТ (connection management);

• управление кольцом RMT (ring management);

• управление, основанное на передаче кадров FBM (frame-based management).

Управление соединениями СМТ

Компонент СМТ ответственен за конфигурирование портов станций и подразделяется на:

• Управление координацией объектов ЕСМ (entity coordination management) — следит за активностью компонентов внутри СМТ, а также осуществляет прямой контроль за оптическим обходным переключателем, если тот присутствует. На станции имеет место только один процесс ЕСМ;

• Управление физическим соединением PCM (physical connection management) — контролирует активность соответствующих портов и каналов связи с удаленными портами соседних станций. Один процесс PCM имеет место в расчете на один порт;

• Управление конфигурацией CFM (configuration management) — контролирует состояние конфигурационных контрольных элементов ССЕ (configuration control element). На каждый МАС и каждый физический порт приходится по одному элементу ССЕ.

Управление кольцом RMT

Для выполнения своих функций узел RMT взаимодействует с локальным узлом МАС, с узлом управления соединениями CMT, а также с 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 МАС-узла для передачи и приема кадров и маркера;

• начале или завершении процесса Веасоп в локальном узле;

• обнаружении факта дублирования МАС-адреса;

 • старте функции Trace, позволяющей узлу выйти из состояния постоянной генерации кадров сигнализации о неисправности (состояние Stuck Веасоп);

• неработоспособности кольца в течение длительного времени.

Процесс сигнализации и выход из него. Процесс сигнализации используется для изоля- ции серьезных повреждений кольца. Узел МАС начинает процесс Веасоп в следующих ситуа- циях:

• процесс инициализации кольца Claim Token не завершился за отведенное ему время;

• узел SMT передал узлу МАС команду на инициацию процесса Веасоп.

Управление, основанное на передаче кадров FBM

Этот компонент SMT является наиболее высокоуровневым, так как для его 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 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 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 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 PMF используются станцией для чтения или записи значений параметров базы данных управляющей информации SMT MIB.

• Эхо-кадры ECF позволяют станции проверить связь с любой станцией кольца.

6.9. Построение сетей FDDI

Когда рекомендуется использовать технологию FDDI

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

• высокая степень отказоустойчивости;

• способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

• высокая ск

орость обмена данными;

• детерминированный доступ, позволяющий передавать чувствительные к задержкам приложения;

• гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

• возможность работы при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице; возможность легкой трансляции трафика FDDI в графики таких популярных протоколов, как Ethernet и Token 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 Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мбит/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети (если не принимать во внимание коммутацию Fast Ethernet).

К недостаткам следует отнести один — высокую стоимость оборудования. За уникальное сочетание свойств приходится платить — технология FDDI остается самой дорогой 100- мегабитной 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. Из-за высокой стоимости оборудования решения на основе FDDI уступают решениям на основе Fast Ethernet при строительстве локальных сетей небольшой протяженности, когда стандарт Fast Ethernet предоставляет оптимальное решение.

При строительстве протяженных корпоративных сетей, выбор наилучшего стандарта зависит от ряда факторов. Главные факторы, которые могут говорить в пользу построения сети с магистралью FDDI, следующие:

 • выраженная кольцевая топология кабельной системы, или размещения сетевых узлов;

• большое количество самих сетевых узлов (до 10 и более);

 • ограниченное число волокон в кабельной системе (2 или 4);

 • большая общая протяженность планируемой сети (несколько десятков километров). Примеры решений на основе различных технологий приведены на рис. 6.24.

Магистраль FDDI. На рис. 6.24 а показано решение с использованием магистрали FDDI. Это решение полностью удовлетворяет поставленным требованиям, и весьма эффективно. Отметим один недостаток: при отключении двух станций возможна микросегментация кольца FDDI. Обычно в сети магистральные узлы работают непрерывно без отключений. Более того, как сами коммутаторы, так и файл-серверы подключаются к источникам бесперебойного питания. Однако сама возможность отключения или выхода из строя имеется. Для повышения надежности можно отдельные станции подключать через двойное кольцо.

Альтернативное решение на основе коммутации Fast Ethernet, рис. 6.24 б. При небольшом количестве волокон сеть с центральным коммутатором каналов Fast Ethernet и Ethernet не проходит, поскольку она требует значительно большего числа волокон (особенно по мере приближения к узлу коммутации) по сравнению с тем, когда узлы связываются по кругу с ближайшими соседями соединениями "точка-точка". Поскольку расстояния между узлами большие, то наряду с центральным (магистральным) коммутатором следует устанавливать удаленные коммутаторы (коммутаторы для рабочих групп), подключенные полнодуплексными каналами к магистральному коммутатору. Для реализации такой сети требуется большее количество волокон, например для сегмента 1-10 нужно 10 волокон, для 1-9 — 8, и т.д. У такой сети есть еще одно слабое место — центральный коммутатор (узел 1) при его отключении или выходе из строя сеть становится неработоспособной.

Альтернативное решение на основе коммутации Fast Ethernet с дублированием, рис. 6.24 в. Для повышения надежности на узле 6 установлен второй магистральный коммутатор Fast Ethernet. Каждый из коммутаторов для рабочих групп подключаются к двум магистральным коммутаторам. Петли в потоках данных ликвидируются посредством алгоритма Spanning Tree. Для большей эффективности все активные каналы приходят на один из магистральных коммутаторов. Если этот коммутатор выходит из строя, то протокол Spanning Tree переопределяет активные каналы, замыкая их на коммутатор узла 6. Такая сеть по производительности не выигрывает перед предыдущим решением, но более надежна. В этом решении еще больше возрастает количество активных сегментов пар волокон "точка-точка™.

Альтернативное решение на основе АТМ магистрали, рис. 6.24 г. В такой сети магистраль образована ATM/Fast Ethernet/Ethernet коммутаторами. По производительности и стоимости такое решение уступает всем предыдущим, если считать, что главной задачей ма- гистрали является объединение существующих разрозненных сетей Ethernet и Fast Ethernet. Отметим, что магистраль АТМ лучше строить на основе одно (двух) магистральных коммута- торов на узлах, например 1 и 6, аналогично рис. 6.24 б, в. Причем на всех остальных узлах следует ставить устройства, совмещающие функции коммутации Ethernet/Fast Ethernet и дос- тупа АТМ (АТМ access).

Альтернативное решение на основе цепи коммутаторов Fast Ethernet, рис. 6.24 д. В такой сети коммутаторы Fast Ethernet соединены друг с другом последовательно по кольцу, аналогично предыдущему примеру с АТМ коммутаторами. Это решение неудачно, так как большое количество коммутаторов Fast Ethernet приводит к росту латентных времен сети. Это решение не рекомендуется использовать.

Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Ethernet и Fast Ethernet в сетях этажей и отделов. Группа центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую с помощью сетевых адаптеров FDDI.

Поставляемое оборудование

Выбор оборудования; На сегодня выпускается большое количество устройств FDDI, начиная от сетевых адаптеров FDDI и кончая FDDI/Ethernet/АТМ коммутаторами. Поскольку прошло много времени с момента появления стандарта (в 1991 г. — основные спецификации стандарта FDDI, в 1994 г. — опубликованы спецификации ANSI TP-PMD и SMF-PMD), наблюдается очень высокая совместимость оборудования разных производителей. К крупным поставщикам оборудования FDDI относятся компании: 3Com, Adaptec, BayNetworks, Cabletron, Cisco, DEC, NBase-Fibronics, Madge, Network Peripherals, SysKonnect и др.

В табл. 6.9 приведены некоторые продукты FDDI, разбитые по основным категориям. На рис. 6.25 приведены некоторые FDDI устройства.