Архитектура протоколов и отличительные особенности технологий Ethernet, Token Ring и fddi.

.

Еще раз обратим внимание на то, что для простейших LAN характерно использование общей пассивной физической среды передачи, связывающей сразу все абонентские системы (АС), а не отдельные пары. Соединение отдельных пар АС осуществляется в соответствии с дополнительными протоколами уровня звена данных (протоколами доступа), регулирующими поочередное использование общей среды передачи всеми абонентскими системами. Для разделения традиционных для уровня звена данных функций управления логическим каналом и дополнительных функций управления доступом к физической среде практически все технологии построения LAN включают на данном уровне, как минимум, два соответствующих подуровня: LLC и MAC. Причем подуровень MAC тесно взаимодействует с физическим уровнем PHY, выполняющим функции формирования и обработки сигналов, передаваемых по различным физическим средам, а также функции доступа к разделяемой физической среде.

Указанная выше особенность технологий построения LAN связана с попыткой упростить их до минимума и не использовать в сети никаких активных систем передачи и коммутации, кроме самих АС (компьютеров). В дальнейшем технологии построения LAN стали допускать образование ассоциативных сетей путем объединения автономных локальных сетей с помощью различных внутрисетевых коммуникационных устройств как с целью уменьшения нагрузки на общие разделяемые физические среды, так и для расширения сетей, включая доступ к другим локальным и к глобальным сетям.

Ethernet

В простейшем случае элементами сети Ethernet являются АС (компьютеры) с сетевыми адаптерами, реализующими протоколы Ethernet, и коаксиальный кабель с терминаторами (сопротивления 50 Ом) на концах, к которому подключаются все адаптеры «параллельно» прокалывая оплетку (толстый коаксиал) или через Т-образный коаксиальный тройник (тонкий коаксиал). Хотя пространственно такая сеть имеет вид «последовательного» расположения компьютеров вдоль коаксиального кабеля.

Сеть может «удлиняться» с помощью репитеров, если при максимальном расстоянии между АС затухание в кабеле слишком велико. Подобный способ реализации «общей шины» является наиболее простым, но по длине кабеля не всегда самым экономичным. «Общая шина» вместе с репитерами может быть уложена внутрь концентратора (хаба). При этом пространственно сеть имеет радиальную структуру, а при использовании нескольких концентраторов – древовидную. В последнем случае можно добиться минимально возможной суммарной длины кабеля при заданном расположении АС. При наличии концентратора обычно используется не коаксиальный кабель, а витая пара, позволяющая разделить тракты приема и передачи от отдельных АС и упростить развязку между входами и выходами усилителей (репитеров) внутри концентраторов.

Для расширения сети или для уменьшения нагрузки на общую физическую среду сеть Ethernet может разделяться на отдельные сегменты (домены коллизий) мостами и коммутаторами. Наряду с одно-ранговыми сетями, в которых все АС равны, могут строится также сети с сервером, который может играть роль администратора сети, а также выполнять функции маршрутизатора, обеспечивающего подключение локальной сети через модем или выделенный цифровой канал к глобальной сети и к удаленным локальным сетям.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет следующие варианты реализации физического уровня PMA (Physical Media Access):

l0Base-5 – коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Максимальная длина сегмента – 500 метров (без повторителей).

l0Base-2 – коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Максимальная длина сегмента – 185 метров (без повторителей).

l0Base-T – кабель на основе неэкранированной витой пары UTP (Unshielded Twisted Pair). Расстояние между концентратором и конечным узлом – не более 100 м.

l0Base-F – волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта l0Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL (расстояние до 1000 м), l0Base-FL (расстояние до 2000 м), l0Base-FB (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов – 10 Мбит/с, а слово Base – метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот, которые называются Broadband - широкополосными). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

Стандарт Ethernet допускает физическое разделение устройств, реализующих доступ к физической среде и устройств реализующих протоколы МАС уровня и выше. Для соединения данных устройств используется интерфейс AUI и разъем DB-15.

Для передачи двоичной информации по кабелю используется манчестерский код (с перепадами напряжения при передаче по витой паре  0.85 В). Кадр данных всегда сопровождается преамбулой (Preamble), которая включает 7 байт, состоящих из значений 10101010, и 1 байт, равный 10101011, имеющий значение начального ограничителя кадра. Последний байт иногда изображают отдельно от преамбулы и обозначают SFD (Start of Frame Delimiter). Преамбула нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком.

Указанные поля кадра обрабатываются на физическом уровне, однако, учитывая их жесткую привязку к кадру MAC уровня, их часто рассматривают в составе единого кадра.

Основными служебными полями кадра MAC уровня являются: адрес источника SA (Source Address), адрес назначения DA (Destination Address), длина информационного поля L (Length) и проверочная последовательность FCS (Frame Check Sequence). Если объем информации, переносимой одним кадром в информационном поле, меньше 46 байт, то в состав кадра включается поле заполнения (Pad или Padding), имеющее размер, дополняющий объем информации до 46 байт, что необходимо для нормальной работы протокола множественного доступа на основе описанного ниже метода CSMA/CD.

Адреса SA и DA могут быть длиной 2 или 6 байт. На практике всегда используются адреса из 6 байт. Первый бит старшего байта адреса назначения является признаком того, является адрес индивидуальным или групповым. Если он равен 0, то адрес является индивидуальным (unicast), a если 1, то это групповой адрес (multicast). Групповой адрес может предназначаться всем узлам сети или же определенной группе узлов сети. Если адрес состоит из всех единиц, то он предназначается всем узлам сети и называется широковещательным адресом (broadcast).

В остальных случаях групповой адрес связан только с теми узлами, которые сконфигурированы (например, вручную) как члены группы, номер которой указан в групповом адресе. Второй бит старшего байта адреса определяет способ назначения адреса – централизованный или локальный. Если этот бит равен 0 (что бывает почти всегда в стандартной аппаратуре Ethernet), то адрес назначен централизованно, с помощью комитета IEEE. Комитет IEEE распределяет между производителями оборудования так называемые организационно уникальные идентификаторы OUI (см. выше при описании SNAB). Этот идентификатор помещается в 3 старших байта адреса. За уникальность младших 3-х байт адреса отвечает производитель оборудования. Двадцать четыре бита, отводимые производителю для адресации интерфейсов его продукции, позволяют выпустить 16 миллионов интерфейсов под одним идентификатором организации. Уникальность централизованно распределяемых адресов распространяется на все основные технологии локальных сетей – Ethernet, Token Ring, FDDI и др.

Архитектура и технологии построения сетей Token Ring

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все АС сети последовательно в кольцо. Хотя пространственно АС (компьютеры) могут размещаться как угодно, а кольцо может быть образовано внутри концентратора, к которому радиально подключаются все АС.

Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов – мэйнфреймов, мини-компьютеров и персональных компьютеров.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры – посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет функции так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС – адреса. Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

В сетях с маркерным методом доступа (а к ним, кроме сетей Token Ring, относятся сети FDDI, а также сети, близкие к стандарту 802.4, ArcNet и сети производственного назначения MAP) право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции – той, которая является предыдущей в кольце. Такая станция называется ближайшим активным соседом, расположенным выше по потоку (данных) NAUN (Nearest Active Upstream Neighbor). Передачу же данных станция всегда осуществляет своему ближайшему соседу вниз по потоку данных.

Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

Рис. 2.5. Метод маркерного доступа

Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера (token holding time), после истечения которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера один или несколько кадров в зависимости от размера кадров и величины времени удержания маркера. Обычно время удержания маркера по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кбайт, а для сетей 16 Мбит/с – 16 Кбайт. Это связано с тем, что за время удержания маркера станция должна успеть передать хотя бы один кадр.

В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется отличающийся от сетей 4 Мбит/с алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по кольцу одновременно продвигаются кадры нескольких станций. Тем не менее, свои кадры в каждый момент времени может генерировать только одна станция – та, которая в данный момент владеет маркером доступа. Остальные станции в это время только повторяют чужие кадры, так что принцип разделения кольца во времени сохраняется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам, могут назначаться различные приоритеты: от 0 (низший) до 7 (высший).

В Token Ring существуют три типа кадров:

– кадр маркера (Token);

– кадр данных (Token Ring);

– кадр прерывания (Break).

Рассмотрим физический уровень технологии Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IBM изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU (Multistation Access Unit) или MSAU (Multi-Station Access Unit), то есть устройствами многостанционного доступа. Всего сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным.

Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет (это делают сетевые адаптеры и активный монитор). Такое устройство можно считать простым кроссовым блоком за одним исключением – MSAU обеспечивает обход какого-либо порта, когда присоединенный к этому порту компьютер выключают.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля: STP Type I (при длине ответвительных кабелей до 100 метров), UTP Type 3 (при длине ответвительных кабелей до 45 метров и уменьшении количества станций до 72), UTP Type 6, а также волоконно-оптический кабель.

Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Type 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения во многом связаны со временем оборота маркера по кольцу (но не только – есть и другие соображения, диктующие выбор ограничений). Так, если кольцо состоит из N=260 станций, то при времени удержания маркера в Т_уд = 10 мс маркер вернется в активный монитор в худшем случае через Т_марк = N Т_уд = 2,6 с, а это время как раз составляет тайм-аут контроля оборота маркера. В принципе, все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.

Архитектура и технологии построения сетей FDDI

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

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

1) повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

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

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

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

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

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

Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

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

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

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

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

На рис. 2.2 ж приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

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

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

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

Особенности метода доступа FDDI

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

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

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

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

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

Отказоустойчивость технологии FDDI

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

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

Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это показано на рис. 2.6, хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора (см. «обрыв кабеля» на рис. 2.6). Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе - порт М, к которому была подключена данная станция, будет исключен из общего пути.

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

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

Физический уровень технологии FDDI

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм;

представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

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

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

Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Однако и технология FDDI продолжает развиваться. Стремление обеспечить всестороннюю поддержку приложений реального времени стимулировало разработку стандарта FDDI-II, который реализует режимы как пакетной коммутации, так и коммутации каналов (гибридный режим). В соответствии с этим в стек протоколов (между уровнями МАС и PHY) был включен протокол управления гибридным кольцом HRC (Hybrid Ring Control).

FDDI-II обеспечивает поддержку изохронной службы наравне с асинхронной и синхронной службами основного стандарта FDDI. Инициализация гибридного режима работы и управление им осуществляется главной станцией CM (cycle master) на основе внутренней или внешней синхронизации. Передача данных основывается на циклической структуре, которая генерируется СМ каждые 125 мкс. При этом формируется специальный кадр данных, называемый циклом. При скорости 100 Мбит/с можно передавать 1562 байта каждые 125 мкс. Два байта являются межцикловыми промежутками, а остальные 1560 распределяются между 16 широкополосными каналами WBC (Wide Band Channel) с полосой 6,144 Мбит/с. Этого канала достаточно для поддержки одной телевизионной трансляции или 96 телефонных разговоров. Часть каналов может выделяться для режима пакетной передачи данных. Каждый канал может разделяться на несколько подканалов со скоростями 8, 64, 384 кбит/с, 1536, 2048 Мбит/с. И наоборот несколько каналов могут объединяться в один более широкополосный.

Чтобы объединить несколько сетей FDDI-I и FDDI-II требуется высокоскоростная магистральная сеть. С этой целью рабочая группа ANSI X3T9.5 ведет разработку следующего поколения высокоскоростных сетей FFOL (FDDI Follow-On LAN), которые должны будут поддерживать скорости передачи от 600 Мбит/с до 1,2 Гбит/с.