Token Ring and FDDI technologies have significantly more complex implementation than the same Ethernet technology on a shared data environment. Much of this complexity was due to the fact that the developers have tried to improve the effectiveness of the technology: to increase fault tolerance, make the environment predictable design priority service specific data packets, such as voice traffic, which is sensitive to delays. In this they succeeded, for example, a more advanced version of Token Ring, FDDI namely for a long time been used as a campus backbone networks of enterprises.

Data transfer rate in Token Ring networks

Initially, the data rate is 4 Mbit / s when it was first developed by the company in the IBM, but was later increased to 16 Mbit / s. Addressing in local networks was the same as in Ethernet technology, that is MAC-addresses are the same size.

Network access method

In Token Ring networks to determine the sequence of nodes that have access to the transmission medium used by Special frame - a token, or a token. Token Ring technology has a ring topology and the token is passed from node to node in one direction. The node that owns the token, has the right to broadcast information in a shared data environment. Thus there is no question of conflicts in the shared data environment, which are present in the Ethernet technology. There is also a time limit on the ownership of the token to the node could not monopolistically fully capture all network resources. When the time of possession node transmits the token neighbor node.

Transfer token in the Token Ring network between nodes

The problem of transmission of delay-sensitive traffic is solved by prioritizing training. The transmitting node sets the priority of each frame. Also, the token itself is always a certain level of priority at any given time.

FDDI technology

Technologists FDDI is an advanced version of Token Ring technology. It also uses a ring topology and the transfer of the token from node to node. A difference is that FDDI operates at high speed and has a better mechanism to ensure fault tolerance. Also this is the first technology that started using an optical fiber. Optical fiber is used as the start time with the 70-ies of the last century.

Transfer token in FDDI

This technology has two rings for transmission of data. The primary ring is the main and it all traffic is transmitted and the secondary reserve. In case of failure of one of the nodes. Nearby sites wrapped traffic to a second ring and a ring topology for reduced backup path. Formed flat ring topology.

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

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

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

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

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

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную

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

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

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

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

Особенности мтеода доступа.

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

Отказоустойчивость технологии.

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

В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Функции и характеристики сетевых адаптеров.

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

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

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

Классификация сетевых адаптеров.

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

История создания стандарта FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженный свет.

Работы по использованию света для передачи информации активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать широкополосный канал для передачи большого количества информации с высокой скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому как медные провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным жилам. Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую полосу пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началось промышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи для территориальных телекоммуникационных систем.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования оптоволокнных каналов в локальных сетях. Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5.

Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

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

Основы технологии FDDI

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

• Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с;
• Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.;
• Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому 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 (рисунок 2.1), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap , то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Рис. 2.1. Реконфигурация колец FDDI при отказе

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 (рисунок 2.2, а).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рисунок 2.2, б). После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Рис. 2.2. Обработка кадров станциями кольца FDDI

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Этот случай приведен на рисунке (рисунок 2.2, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу лежащего выше над FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рисунок 2.2, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее (рисунок 2.2, д). При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

На рисунке 2.3 приведена структура протоколов технологии FDDI в сравнении с семиуровневой моделью OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. 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.

Рис. 2.3. Структура протоколов технологии FDDI

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются:

• Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм;
• Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
• Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка;
• Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики;
• Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологии Fast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

• кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;
• правила тактирования сигналов;
• требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;
• правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

• Протокол передачи токена;
• Правила захвата и ретрансляции токена;
• Формирование кадра;
• Правила генерации и распознавания адресов;
• Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

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. В спецификации SMT определено следующее:

• Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев;
• Правила мониторинга работы кольца и станций;
• Управление кольцом;
• Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY 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 токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Характеристика	FDDI	EthernetToken Ring
Битовая скорость	100 Мб/с	10 Мб/с16 Мб/c
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звездаЗвезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота токена	CSMA/CDПриоритетная система резервирования
Среда передачи данных	Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокноЭкранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)	2500 м1000 м
Максимальное расстояние между узлами	2 км (-11 dB потерь между узлами)	2500 м 100 м
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)	1024260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары
Тактирование и восстановление после отказов	Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов	Не определеныАктивный монитор

Типы узлов и правила их соединения в сеть

Все станции в сети FDDI делятся на несколько типов по следующим признакам:

• конечные станции или концентраторы;
• по варианту присоединения к первичному и вторичному кольцам;
• по количеству MAC-узлов и, соответственно, MAC-адресов у одной станции.

Одиночное и двойное присоединение к сети

Если станция присоединена только к первичному кольцу, то такой вариант называется одиночным присоединением - Single Attachment, SA (рисунок 2.4, а). Если же станция присоединена и к первичному, и ко вторичному кольцам, то такой вариант называется двойным присоединением - Dual Attachment, DA (рисунок 2.4, б).

Рис. 2.4. Одиночное (SA) и двойное (DA) подключение станций

Очевидно, что станция может использовать свойства отказоустойчивости, обеспечиваемые наличием двух колец FDDI, только при ее двойном подключении.

Рис. 2.5. Реконфигурация станций с двойным подключением при обрыве кабеля

Как видно из рисунка 2.5, реакция станций на обрыв кабеля заключается в изменении внутренних путей передачи информации между отдельными компонентами станции.

Количество MAC-узлов у станции

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

Станции, которые имеют один MAC-узел, называются SM (Single MAC) станциями, а станции, которые имеют два MAC-узла, называются DM (Dual MAC) станциями.

Возможны следующие комбинации типов присоединения и количества MAC-узлов:

SM/SA	Станция имеет один MAC-узел и присоединяется только к первичному кольцу. Станция не может принимать участие в образовании общего кольца из двух.
SM/DA	Станция имеет один MAC-узел и присоединяется сразу к первичному и вторичному кольцам. В нормальном режиме она может принимать данные только по первичному кольцу, используя второе для отказоустойчивой работы.
DM/DA	Станция имеет два MAC-узла и присоединена к двум кольцам. Может (потенциально) принимать данные одновременно по двум кольцам (полнодуплексный режим), а при отказах участвовать в реконфигурации колец.
DM/SA	Станция имеет два MAC-узла, но присоединена только к первичному кольцу. Запрещенная комбинация для конечной станции, специальный случай работы концентратора.

В зависимости от того, является ли станция концентратором или конечной станцией, приняты следующие обозначения в зависимости от типа их подключения:

SAS (Single Attachment Station) - конечная станция с одиночным подключением,

DAS (Dual Attachment Station) - конечная станция с двойным подключением,

SAC (Single Attachment Concentrator) - концентратор с одиночным подключением,

DAC (Dual Attachment Concentrator) - концентратор с двойным подключением.

Типы портов станций и концентраторов FDDI и правила их соединения

В стандарте FDDI описаны четыре типа портов, которые отличаются своим назначением и возможностями соединения друг с другом для образования корректных конфигураций сетей.

Тип порта	Подключение	Назначение
A	PI/SO - (Primary In/Secondary Out) Вход первичного кольца/ Выход вторичного кольца	кольцами
B	PO/SI - (Primary Out/Secondary In) Выход первичного кольца/Вход вторичного кольца	Соединяет устройства с двойным подключением с магистральными кольцами
M	Master - PI/PO	Порт концентратора, который соединяет его с устройствами с одиночным подключением; использует только первичное кольцо
S	Slave - PI/PO Вход первичного кольца/Выход первичного кольца	Соединяет устройство с одиночным подключением к концентратору; использует только первичное кольцо

На рисунке 2.6 показано типичное использование портов разных типов для подключения станций SAS и DAS к концентратору DAC.

Рис. 2.6. Использование портов различных типов

Соединение портов S - S является допустимым, так как создает изолированное первичное кольцо, соединяющее только две станции, но обычно неиспользуемым.

Соединение портов M - M является запрещенным, а соединения A-A, B-B, A-S, S-A, B-S, S-B - нежелательными, так как создают неэффективные комбинации колец.

Соединение Dual Homing

Соединения типа A-M и B-M соответствуют случаю, так называемого, Dual Homing подключения , когда устройство с возможностью двойного подключения, то есть с портами A и B, использует их для двух подключений к первичному кольцу через порты M другого устройства.

Такое подключение показано на рисунке 2.7.

На нем два концентратора, DAC4 и DAC5, подключены к концентраторам DAC1, DAC2 и DAC3 по схеме Dual Homing.

Концентраторы DAC1, DAC2 и DAC3 подключены обычным способом к обеим кольцам, образуя корневую магистраль сети FDDI. Обычно такие концентраторы называют в англоязычной литературе rooted concentrators .

Концентраторы DAC4 и DAC5 подключены по древовидной схеме. Ее можно было бы образовать и с помощью концентраторов SAC4 и SAC5, которые бы в этом случае подключались бы к М-порту корневых концентраторов с помощью порта S.

Подключение DAC-концентраторов по древовидной схеме, но с использованием Dual Homing, позволяет повысить отказоустойчивость сети, и сохранить преимущества древовидной многоуровневой структуры.

Рис. 2.7. Соединение Dual Homing

Концентратор DAC4 подключен по классической схеме Dual Homing. Эта схема рассчитана на наличие у такого концентратора только одного MAC-узла. При подключении портов A и B концентратора DAC4 к портам М концентратора DAC1 между этими портами устанавливается физическое соединение, которое постоянно контролируется физическим уровнем PHY. Однако, в активное состояние по отношению к потоку кадров по сети переводится только порт B, а порт A остается в резервном логическом состоянии. Предпочтение, отдаваемое по умолчанию порту В, определено в стандарте FDDI.

При некорректной работе физического соединения по порту B концентратор DAC4 переводит его в резервное состояние, а активным становится порт А. После этого порт В постоянно проверяет физическое состояние его линии связи, и, если оно восстановилось, то он снова становится активным.

Концентратор DAC5 также включен в есть по схеме Dual Homing, но с более полными функциональными возможностями по контролю соединения резервного порта А. Концентратор DAC5 имеет два узла MAC, поэтому не только порт В работает в активном режиме в первичном кольце, передавая кадры первичному MAC-узлу от порта М концентратора DAC3, но и порт А также находится в активном состоянии, принимая кадры от того же первичного кольца, но от порта М концентратора DAC2. Это позволяет вторичному MAC-узлу постоянно отслеживать логическое состояние резервной связи.

Необходимо заметить, что устройства, поддерживающие режим Dual Homing, могут быть реализованы несколькими различными способами, поэтому может наблюдаться несовместимость этих режимов у различных производителей.

Присоединение станции к "блуждающему" MAC-узлу

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 токена по кольцу. Этой процедуры в некоторых случаях можно избежать. Примером такого случая является подключение новой станции SAS к порту М концентратора с так называемым "блуждающим" узлом MAC (Roving MAC), который также называют локальным MAC-узлом.

Пример такого подключения показан на рисунке 2.8.

Рис. 2.8. Присоединение станции к "блуждающему" MAC-узлу

Концентратор DM/DAC1 имеет два MAC-узла: один участвует в нормальной работе первичного кольца, а второй, локальный, присоединен к пути, соединяющему порт M со станцией SAS3. Этот путь образует изолированное кольцо и используется для локальной проверки работоспособности и параметров станции SAS3. Если он работоспособен и его параметры не требуют реинициализации основной сети, то станция SAS3 включается в работу первичного кольца "плавно" (smooth-insertion).

Подключение станций с помощью оптических обходных переключателей (Optical Bypass Switch)

Факт отключения питания станции с одиночным подключением будет сразу же замечен средствами физического уровня, обслуживающими соответствующий М-порт концентратора, и этот порт по команде уровня SMT концентратора будет обойден по внутреннему пути прохождения данных через концентратор. На дальнейшую отказоустойчивость сети этот факт никакого влияния не окажет (рисунок 2.9).

Рис. 2.9. Оптический обходной переключатель (Optical Bypass Switch)

Если же отключить питание у станции DAS или концентратора DAC, то сеть, хотя и продолжит работу, перейдя в состояние Wrap, но запас отказоустойчивости будет утерян, что нежелательно. Поэтому для устройств с двойным подключением рекомендуется использовать оптические обходные переключатели - Optical Bypass Switch, которые позволяют закоротить входные и выходные оптические волокна и обойти станцию в случае ее выключения. Оптический обходной переключатель питается от станции и состоит в простейшем случае из отражающих зеркал или подвижного оптоволокна. При отключенном питании такой переключатель обходит станцию, а при включении ее питания соединяет входы портов А и В с внутренними схемами PHY станции.

Спецификация зависящего от среды физического подуровня PMD

Структура физического соединения

Рассмотрим физический подуровень PMD (Physical Media Dependent layer), определенный в стандарте FDDI для оптоволокна - Fiber PMD.

Эта спецификация определяет аппаратные компоненты для создания физических соединений между станциями: оптические передатчики, оптические приемники, параметры кабеля, оптические разъемы. Для каждого из этих элементов указываются конструктивные и оптические параметры, позволяющие станциям устойчиво взаимодействовать на определенных расстояниях.

Физическое соединение - основной строительный блок сети FDDI. Типичная структура физического соединения представлена на рисунке 2.10.

Рис. 2.10. Физическое соединение сети FDDI

Каждое физическое соединение состоит из двух физических связей - первичной и вторичной. Эти связи являются односторонними - данные передаются от передатчика одного устройства PHY к приемнику другого устройства PHY.

Требования к мощности оптических сигналов

В стандарте Fiber PMD в явном виде не определены предельные расстояния между парой взаимодействующих устройств по одному физическому соединению.

Вместо этого в стандарте определен максимальный уровень потерь мощности оптического сигнала между двумя станциями, взаимодействующими по одной физической связи. Этот уровень равен -11 dB, где

dB = 10 log P 2 /P 1 ,

причем P 1 - это мощность сигнала на станции-передатчике, аP 2 - мощность сигнала на входе станции-приемника. Так как мощность по мере передачи сигнала по кабелю уменьшается, то затухание получается отрицательным.

В соответствии с принятыми в стандарте Fiber PMD параметрами затухания кабеля и выпускаемыми промышленностью соединителями, считается, что для обеспечения затухания -11 dB длина оптического кабеля между соседними узлами не должна превышать 2 км.

Более точно можно рассчитать корректность физического соединения между узлами, если принять во внимание точные характеристики затухания, вносимые кабелем, разъемами, спайками кабеля, а также мощность передатчика и чувствительность приемника.

Стандарт Fiber PMD определяет следующие предельные значения параметров элементов физического соединения (называемые FDDI Power Budget):

Абсолютные значения мощности оптических сигналов (для выхода передатчика и для входа приемника) измеряются в децибелах по отношению к стандартной мощности в 1 милливатт (mW) и обозначаются как dBm:

dBm = 10 log P/1,

где мощность Р также измерена в милливаттах.

Из значений таблицы видно, что максимальные потери между станциями в -11 dB соответствуют наихудшему сочетанию предельных значений мощности передатчика (- 20 dBm) и приемника (- 31 dBm).

Кабели и разъемы

Основной вид кабеля для стандарта Fiber PMD - многомодовый кабель с диаметром сердечника 62.5 мкм и диаметром отражающей оболочки 125 мкм. Спецификация Fiber PMD не определяет требования к затуханию кабеля в dB на км, а только требует соблюдения требования по общему затуханию в -11 dB между станциями, соединенными кабелем и разъемами. Полоса пропускания кабеля должна быть не хуже чем 500 МГц на км.

Кроме основного вида кабеля, спецификация Fiber PMD допускает использование многомодовых кабелей с диаметром сердечника в 50 мкм, 85 мкм и 100 мкм.

В качестве разъемов стандарт Fiber PMD определяет оптические разъемы MIC (Media Interface Connector). Разъем MIC обеспечивает подключение 2-х волокон кабеля, соединенных с вилкой MIC, к 2-м волокнам порта станции, соединенными с розеткой MIC. Стандартизованы только конструктивные параметры розетки MIC, а любые вилки MIC, подходящие к стандартным розеткам MIC, считаются пригодными к использованию.

Спецификация Fiber PMD не определяет уровень потерь в разъеме MIC. Этот уровень - дело производителя, главное, чтобы выдерживался допустимый уровень потерь -11 dB во всем физическом соединении.

Разъемы MIC должны иметь ключ, обозначающий тип порта, что должно предотвратить неверное соединение разъемов. Определено четыре различных типа ключа:

• MIC A;
• MIC B;
• MIC M;
• MIC S.

Виды ключа для этих типов разъемов приведены на рисунке 2.11.

Рис. 2.11. Ключи разъемов MIC

Кроме разъемов MIC, допускается использовать разъемы ST и SC, выпускаемые промышленностью.

В качестве источника света допускается использование светодиодов (LED) или лазерных диодов с длиной волны 1.3 мкм.

Кроме многомодового кабеля, допускается использование более качественного одномодового кабеля (Single Mode Fiber, SMF) и разъемов SMF-MIC для этого кабеля. В этом случае дальность физического соединения между соседними узлами может увеличиться до 40 км - 60 км, в зависимости от качества кабеля, разъемов и соединений. Требования, определенные в спецификации SMF-PMD, для мощности на выходе передатчика и входе приемника, те же, что и для одномодового кабеля.

Функция определения сигнала уровня PMD

Спецификация на Fiber PMD требует от этого уровня выполнения функции Signal_Detect по определению факта наличия оптических сигналов на входе физического соединения станции. Этот сигнал передается на уровень PHY, где используется функцией определения статуса линии Line State Detect (рисунок 2.12).

Уровень PMD генерирует для PHY признак присутствия оптического сигнала Signal_Detect, если мощность входного сигнала превышает -43.5 dBm, а снимает его при уменьшении этой мощности до -45 dBm и ниже. Таким образом, имеется гистерезис в 1.5 dBm для предотвращения частых изменений статуса линии при колебании входной мощности сигнала около -45 dBm.

Рис. 2.12. Функция определения сигнала на входе PMD

FDDI — (Fiber Distributed Data Interface) — стандартизированная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной транспортировки информации по оптоволоконным линиям. Скорость транспортировки — 100 Мбит/с. Логическая топология — кольцо (двойное), метод доступа — детерминированный, с транспортировкой маркера. Маркер доступа транспортируется от станции к станции по кольцу. Станция которая имеет маркер, имеет право передачи информации. Технология разрешает транспортировку асинхронного и синхронного трафика. При транспортировке синхронного трафика на этапе инициалиазации кольца определяется полоса пропускания, которая дается каждой станции для транспортировки. Для асинхронного трафика может выделяться вся остальная полоса пропускания кольца. Реальная пропускная способность кольца может быть — 95 Мбит/с, но при значительных задержках в обслуживании. При минимизации задержке пропускная способность может падать и до 20 Мбит/с.

Максимальное количество станций в сети — 500 с двойным кольцом и 1000 с одинарным. Длина между станциями станциями до 2 км при многомодовом и до 45-60 км при одномодовом кабеле., длина одинарного кольца — 200 км, двойного кольца — 100 км. Технологию FDDI можно анализировать как улучшение , которое проявляется в повышении отказоустойчивости, производительности и увеличение размеров сети относительно количества узлов и расстоянию между ними. Отказоустойчивость повышается за счет второго кольца, который замыкается в случае обрыва первого кольца. Технология FDDI легко интегрируется с Token Ring и Ethernet, что дает широкое применение в высокоскоростных магистралей.

Стандарт FDDI определяет 4 компонента: SMT, MAC, PHY, PMD (рис.1).

• SMT (Station Management) — указывает настройку колец и станции, алгоритмы включения станции в кольцо и ее отключения и др. Реализует генерацию диагностических кадров, управляет доступом к сети и реализует целостность кольца, перенаправляет трафик данных на вторичное кольцо при неполадках в первом. Также можно использовать вторичное кольцо для повышение пропускной способности до 200 Мбит/с.
• MAC (Media Access Control) — указывает форматы кадров, адресацию, алгоритм вычисления CRC, обработка ошибок. Соответствует MAC — подуровню канального уровня OSI. Меняется информацией с вышестоящим LLC — подуровнем.
• PHY — (Physical) — указывает кодирование и декодирование, синхронизацию, кадрирование трафика. Относится к физическому уровню модели OSI.
• PMD (Physical Medium Dependent) — определяет параметры оптических или электрических элементов (кабелей, трансиверов, коннекторов) характеристик каналов связи. Относится к физическому уровню модели OSI.

Рисунок — 1

Электрическую реализацию архитектуры FDDI на витой паре называют CDDI или TPDDI. SDDI определяет реализацию экранированного кабеля STP Type 1. В сравнении с оптическим вариантом эти технологии дешевле. но разрешаемая длина каналов связи между узлами уменьшается до 100 м. В сравнении с оптической, электрические версии менее стандартизованы и совместимость оборудование разных производителей не гарантируется.

Технологии физического уровня

Порты аппаратуры FDDI имеют приемопередатчики, которые реализуют раздельные линии для принимаемого (Rx) и передаваемого (Tx) сигналов. тут применяется логическое 4B/5B, где каждая четверка бит исходных данных кодируется 5-битным символом. Эффективную скорость транспортировки 100 Мбит/с реализует тактовая частота битовых интервалов 125 МГц.

В качестве среды передачи реализуется витая пара или оптоволокно:

• SMF-PMD — одномодовое волокно с лазерными источниками. Разрешимая длина канала — 40 -60 км.
• MMF-PMD — реализует в качестве среды передачи многомодовое волокно, источник излучения — светодиод. Разрешимая длина канала — 2 км.
• LCF-PMD — дешевое многомодовое волокно, где длина канала связи ограничена 500 м.
• TP PMD — витая пара STP type 1 или UTP категории 5, коннекторы Rj — 45. Реализовано две пары проводов, длина — 100 м.

Для всех оптических вариантов длина волны — 1300 нм, из-за чего порты MMF, LCF, SMF можно объединять, если соединение вносит допустимое затухание. Физическая топология сети FDDI — гибридная или кольцевая, частичное включение звездообразных или древовидных подсетей в главную сеть через концентратор. На рис.2 видно пример, на котором реализованы следующие типы подключения:

• SAS — станция одинарного подключения (только к первичному кольцу)
• DAS — станция двойного подключения (к обоим кольцам)
• SAC — концентратор одинарного подключения, реализует соединения узлов одинарного подключения
• DAC — конценторатор двойного подключения, реализует подключение к двойному кольцу узлы одинарного подключения

Рисунок — 2

Станции двойного (DAS) и одинарного (SAS) подключения имеют разные способы подключение к кольцу (рис.3). Станции подключения DAS (класс А), имеют два трансивера и могут встраиваться напрямую в базовую сеть, к кольцам. В нормальном режиме сигнал, поступающий на вход Pri_In, транслируется на выход Pri_Out, и при транспортировке в эту цепочку вклинивается кадр, транспортируемый текущей станцией. Связь Sec_In — Sec_Out реализована в качестве резервной. Станции одинарного соединения SAS, они же станции класса B, имеют один трансивер и встраиваются в первичное кольцо. Связь In-Out для них есть одной. В базовую сеть могут подключаться через концентратор или обходной коммутатор.

Рисунок — 3, а — одинарного подключения (SAS), б — двойного (DAS)

Концентраторы также могут быть одинарного (SAC) или двойного (DAC) подключения (рис.4). В их задачи входит реализация целостности логического кольца независимо от параметров линии и узлов, подключенных к его портам. DAC реализует включение станций SAS и концентраторов SAC в двойное логическое кольцо, SAC — включает в одинарное. При 100% древовидной или звездообразной топологии, без явного кольца, у корневого концентратора реализуется нулевое подключение — (null-attachment concentrator).

Рисунок — 4, а — одинарного подключения (SAC), б — двойного (DAC)

Повторитель — реализует промежуточное усиление оптического сигнала, в некоторых случаях может быть реализован переход с одномодового на многомодовое волокно. Аттенюатор — реализуют снижение мощности на входе приемника до номинального уровня.

Обходной коммутатор — двойной или одиночный, реализует обход узла в случае его отказа или отключения. Такой аппарат ставится между кольцом и станцией и реализует один из двух вариантов возможных схем коммутации световых потоков (рис.5). Коммутатор подключает станцию в кольцо при наличии разрешающего сигнала готовности. Реализуя обходные коммутаторы, нужно учитывать:

• реализация такого коммутатора возможна лишь при соединение станций с однотипными соседями (только ММ или SM) волокнами. В ином случае соединение одномодового с многомодовым волокно неработоспособно.
• Суммарная длина кабелей, приходящих к коммутатору от соседних станций, не должна быть выше предела для данного типа кабелей и портов с параметром затухания, который вносит коммутатор (~ 2,5 дБ).
• Количество обходных коммутаторов ограничено, из-за затухания и длины кабеля.

Рисунок — 5, а — станция включена, б — выключена

Разветвители — устройства, которые реализуют объединение/разветвление оптических сигналов.

Интерфейсы и порты FDDI

Стандарт описывает 4 типа портов:

• порт А — прием с первичного кольца, транспортировка во вторичное (для устройств двойного подключения)
• порт В — прием со вторичного кольца, транспортировка в первичное (-//-)
• порт M (master) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах для подключения SAC или SAS.
• порт S (slave) — прием и передача с одного кольца. Подключается на концентраторах и станциях одинарного подключения.

Для типичного кольца есть правила соединения портов:

• порт А подключается только с портов В и наоборот
• порт М подключается только с портом S

В таблице 1 показаны варианты соединения портов. V — помечены допустимые соединение, U — нежелательные, которые могут привести к неожиданным топологиям. X — абсолютно недопустимые. P — соединение портов А и В с портами М, активное соединение только порта В (пока он жив).

Порт 1	Порт 2
	A	B	S	M
A	V,U	V	V,U	V,P
B	V	V,U	V,U	V,P
S	V,U	V,U	V,U	V
M	V,P	V,P	V	X

Для технологии FDDI, разработаны специальные оптические дуплескные коннекторы, учитывая многовариантность соединение передатчиков и приемников, FDDI MIC (Media Interface Connector). Вилки на кабелях имеют прорези, а розетки имеют выступы, такая система разрешает исключить ошибки коммутации портов (рис.6).

Рисунок — 6, a — для двойного подключения, б — для одинарного

Форматы кадров

В кольце FDDI могут передаваться пакеты двух видов: маркер (token) и каждой данные/команды (MAC Data/frame frame) (рис.7). Длина элементов указана в 5-битных символах (из-за 4B/5B). Длина кадра не может быть больше 9000 символов.

Рисунок — 7

Кадры и маркеры состоят из:

• Pre — Преамбула, специальный набор символов, с помощью которых станция синхронизируется и подготавливается к обработке кадра
• SD — начальный разделитель, комбинация JK
• ED — конечный разделитель, один или два символа T
• FC — байт управление пакетом.
• DA — 2 или 6 байтный адрес назначения — уникальный, групповой или широковещательный
• SA — адрес источника кадра, аналогичный DA
• Info — поле данных длиной до 4478 байт. Имеет информацию вышестоящего уровня (LLC) или управляющую информацию
• FCS — 4-байтный CRС-код
• FS — статус кадра (12 бит)

Кадры команд (MAC кадры) имеют такую же структуру, что и кадры данных, но поле info — всегда нулевой длины. Код команды передается в поле FC, а для передачи результатов реализовано поле FS.

По содержимому поля Info различают два типа кадров — FDDI SNAP, FDDI 802.2. Они похожи, за небольшими исключениями:

• В FDDI имеется два байта управления кадров, несущие его параметры и поле состояние кадра. В Ethernet нету аналогов
• Кадры Ethernet имеют поле длины, где не реализовано в FDDI (оно и не нужно)

На рис.8 показаны форматы кадров FDDI SNAP, FDDI 802.2.

Сеть FDDI. Скорость 10 Мбит/с недостаточна для многих современных применений сетей. Поэтому разрабатываются технологии и конкретные реализации высокоскоростных ЛВС.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - ЛВС кольцевой структуры, использующая ВОЛС и специфический вариант маркерного метода доступа.

В основном варианте сети применено двойное кольцо на ВОЛС. Обеспечивается информационная скорость 100 Мбит/с. Расстояние между крайними узлами до 200 км, между соседними станциями - не более 2 км. Максимальное число узлов 500. В ВОЛС используются волны длиной 1300 нм.

Два кольца ВОЛС используются одновременно. Станции можно подключать к одному из колец или к обоим сразу. Использование конкретным узлом обоих колец позволяет для этого узла иметь суммарную пропускную способность в 200 Мбит/с. Другое возможное использование второго кольца - обход с его помощью поврежденного участка (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Кольца ВОЛС в сети FDDI

В FDDI используются оригинальные код и метод доступа. Применяется код типа NRZ (без возвращения к нулю), в котором изменение полярности в очередном такте времени воспринимается как 1, отсутствие изменения полярности как 0. Чтобы код был самосинхронизирующимся, после каждых четырех битов передатчик вырабатывает синхронизирующий перепад.

Такое специальное манчестерское кодирование носит название 4b/5b. Запись 4b/5b означает код, в котором для самосинхронизации при передаче 4 бит двоичного кода используется 5 бит так, что не может быть более двух нулей подряд, или после 4 бит добавляется еще один обязательный перепад, что и используется в FDDI.

При таком коде несколько усложняются блоки кодирования и декодирования, но зато повышается скорость передачи по линии связи, так как почти вдвое уменьшается максимальная частота переключения по сравнению с манчестерским кодом.

В соответствии с методом FDDI по кольцу циркулирует пакет, состоящий из маркера и информационных кадров. Любая станция, готовая к передаче, распознав проходящий через нее пакет, вписывает свой кадр в конец пакета. Она же ликвидирует его после того, как кадр вернется к ней после оборота по кольцу и при условии, что он был воспринят получателем. Если обмен происходит без сбоев, то кадр, возвращающийся к станции-отправителю, оказывается в пакете уже первым, так как все предшествующие кадры должны быть ликвидированы раньше.

Сеть FDDI обычно используется как объединяющая в единую сеть много отдельных подсетей ЛВС. Например, при организации информационной системы крупного предприятия целесообразно иметь ЛВС типа Ethernet или Token Ring в помещениях отдельных проектных подразделений, а связь между подразделениями осуществлять через сеть FDDI.

Fiber Distribution Data Interface или FDDI был создан в середине 80-х годов специально для объединения наиболее важных участков сети. Хотя для рабочей станции скорость передачи данных в 10 Мбит/с была великолепной, то для межсерверных коммуникаций она была явно недостаточна. Исходя из этих потребностей, FDDI был спроектирован для связи между серверами и другими важными участками сети и предусматривал возможность управления процессом передачи и его высокую надежность. Это основная причина из-за который он до сих пор занимает такое заметное место на рынке.

В отличие от Ethernet FDDI использует кольцевую структуру, где устройства объединяются в большое кольцо и передают данные последовательно один другому. Пакет может проследовать больше чем через 100 узлов, прежде чем дойдет до адресата. Но не путайте FDDI с Token Ring! В Token Ring используется только один маркер, который передается от одной машине к другой. FDDI использует другую идею - так называемый временной маркер. Каждая машина посылает данные следующей в течении определенного периода времени, о котором они договариваются заранее когда подключаются к кольцу. Станции могут посылать пакетов одновременно, если позволяет время.

Поскольку другие машины не должны ждать, пока освободится среда передачи, то размер пакета может достигать 20000 байт, хотя большинство использует пакеты размером 4500 байт, всего лишь в три раза больше пакета Ethernet. Тем не менее, если пакет предназначен для рабочей станции, подключенной к кольцу с помощью Ethernet, то его размер не будет превышать 1516 байт.

Одно из самых больших достоинств FDDI - это высокая надежность. Обычно он состоит из двух или более колец. Каждая машина может получать и посылать сообщения своим двум соседям. Это схема позволяет функционировать сети даже если оборвали кабель. Когда кабель порван, устройства на обоих концах разрыва начинают работать как заглушка и система продолжает функционировать как одно кольцо, которое проходит через каждое устройство дважды. Поскольку каждый конкретный путь однонаправлен и устройства передают данные в указанное время, то такая схема полностью исключает коллизии. Это позволяет FDDI достичь практически полной теоретической пропускной способности, которая фактически составляет 99% от теоретически возможной скорости передачи данных. Высокая надежность двойного кольца при условии всего выше сказанного заставляет потребителей продолжать покупать оборудование FDDI.

Принцип действия сети FDDI Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек. Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12. Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами. Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше. Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ в реальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации (например, для передачи видео и звуковой информации). Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер - специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, может передавать свои данные. Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгоритм кодирования "пять из четырех" - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования. Оптимизировано и управление доступа к среде (Medium Access Control - VAC). В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования. Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется. Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории. Станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция); 2. Станции класса B имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами. Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт. Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км). Топология. Применяемые при построении ЛВС механизмы контроля потоков являются топологически зависимыми, что делает невозможным одновременное использование Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря на тот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычные нам ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией среды распространения и базируется на совершенно иных принципах. Каждый N_порт при подключении к решетке Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (log-in) и получает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальных узлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и на каких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel является прерогативой самой решетки, то для узла совершенно неважно, какая топология лежит в ее основе. Точка-точка Самая простая схема, основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N_портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой - 1. В сущности, такая схема может рассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости в разграничении доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такого подключения можем привести наиболее часто встречающееся соединение сервера с внешним RAID массивом. Петля с арбитражным доступом Классическая схема подключения до 126 портов, с которой все и начиналось, если судить по аббревиатуре FC-AL. Любые два порта в кольце могут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно так же, как и в случае "точка-точка". При этом все остальные выполняют роль пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками, в чем, пожалуй, заключается одно из основных преимуществ технологии FC-AL перед SSA. Дело в том, что адресация в SSA построена на знании количества промежуточных портов между отправителем и получателем, поэтому адресный заголовок кадра SSA содержит счетчик переходов (hop count). Каждый встречающийся на пути кадра порт уменьшает содержимое этого счетчика на единицу и после этого заново генерирует CRC, тем самым существенно увеличивая задержку передачи между портами. Для избежания этого нежелательного эффекта разработчики FC-AL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслировать кадр в неизменном виде и с минимальной латентностью. Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используется обычными N_портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узлов обозначаются, как NL_порт. Основным преимуществом петли с арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количество подключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединения большого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выход их строя любого NL_порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает ее неработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считается пер...

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

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

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

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 31), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Рис. 31. Реконфигурация колец FDDI при отказе

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 (рис. 32, а).

Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа (рис. 32, б). После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу (рис. 32, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном, по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу, лежащего выше FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рис. 32, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее (рис. 32, д). При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

Рис. 32. Обработка кадров станциями кольца FDDI

На рисунке 33 приведена структура протоколов технологии FDDI в сравнении с семиуровневой моделью OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. 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.

Рис. 33. Структура протоколов технологии FDDI

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются:

Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм.

Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам.

Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка.

Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики.

Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных технологии Fast Ethernet.

Уровень PHY выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;

правила тактирования сигналов;

требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC ответственен за управление доступом к сети, а также за прием и обработку кадров данных. В нем определены следующие параметры:

Протокол передачи токена.

Правила захвата и ретрансляции токена.

Формирование кадра.

Правила генерации и распознавания адресов.

Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

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. В спецификации SMT определено следующее:

Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев.

Правила мониторинга работы кольца и станций.

Управление кольцом.

Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY 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 токена и кадров данных между портами концентратора.

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Характеристика		Ethernet	Token Ring
Битовая скорость
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Метод доступа	Доля от времени оборота токена		Приоритетная система резервирования
Среда передачи данных	Многомодовое оптоволокно, неэкранированная витая пара	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно	Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на кольцо)
Максимальное расстояние между узлами	2 км (-11 dB потерь между узлами)
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)		260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированной витой пары
Тактирование и восстановление после отказов	Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов	Не определены	Активный монитор