3.4. Технология fddi
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределенных данных – первая технология ЛС с подобной средой передачи данных и скоростью (разработка ANSI, 1986-1988 годы) [1, 5].
Основные характеристики. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя основные идеи последней. Цели разработчиков технологии FDDI:
повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур ее восстановления после отказов различного рода (повреждения кабеля, некорректной работы узла или концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии);
максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафика, чувствительного к задержкам, например, режима реального времени (РВ).
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный путь передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости, 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 кольца. Этот режим называется сквозным (транзитным). Вторичное кольцо в этом режиме не используется.
В случае какого-либо отказа (обрыв кабеля, отказ узла), когда часть кольца не может передавать данные, первичное кольцо объединяется с вторичным, вновь образуя общее кольцо. Этот режим называется свертыванием колец (Wrap) (рис.3.6).
Рис.3.6. Обрыв и свертывание колец в сети FDDI
Операция свертывания колец производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу передаются в прямом направлении, а по вторичному – в обратном. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам своих соседних станций, что позволяет им правильно передавать и принимать информацию [1, 5].
В стандартах FDDI много внимания уделяется 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 несвязанных 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, очень близкий к Token Ring и сохранивший это название. Отличия метода доступа здесь заключаются в том, что время удержания маркера в FDDI не является постоянной величиной. Это время зависит от загрузки кольца: при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти отличия касаются только асинхронного трафика, некритичного к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритета кадров в технологии FDDI отсутствует. Вместо 8 избыточных уровней приоритетов трафик делится всего на два класса – асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.
В остальном пересылка кадров между станциями кольца полностью соответствует технологии Token Ring (16 Мбит/с) с алгоритмом раннего освобождения маркера. Адреса имеют тот же стандартный формат. Формат кадра отличается отсутствием полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить те же процедуры обработки кадров всеми станциями-участниками.
Особенности метода доступа FDDI. Тип кадра определяется протоколами верхних уровней. Для передачи синхронных кадров (в режиме РВ) станция (компьютер) всегда имеет право захватить поступивший маркер, а время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину.
Но если требуется передать асинхронный кадр, станция измеряет интервал оборота маркера с момента последнего прихода (t1) и сравнивает его с максимально допустимым временем оборота маркера (t2). Если в Token Ring t2 = 2,6 с, то в FDDI станции «договариваются» о значении t2 при инициализации кольца. Каждая станция предлагает свое значение t2, а выбирается минимальное из всех предложенных. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям РВ нужно чаще передавать данные в сеть и небольшими порциями, а асинхронным – реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.
Далее, если кольцо не перегружено, маркер придет раньше максимально допустимого времени (t1< t2). В этом случае станции разрешается захватить маркер для асинхронного кадра. А время удержания маркера (t3) выбирается как t3 = t2 - t1, и в течение этого времени станция передает в кольцо один или столько асинхронных кадров, сколько успеет.
Если кольцо перегружено и маркер опоздает (t1> t2), то станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции хотят передавать только асинхронные кадры, то маркер быстро сделает холостой оборот, обеспечив снова ситуацию (t1< t2) разрешения захвата маркера.
Таким образом, 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 и допускаются два вида подключения узлов к сети:
двойное подключение (Dual Attachment, DA) – одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам;
одиночное подключение (Single Attachment, SA) – подключение только к первичному кольцу.
Предусмотрено также наличие в сети конечных узлов – станций (Station) и концентраторов (Concentrator) с любым видом подключения. Обычно используются: концентратор двойного подключения (DA Concentrator, DAC) и станция одиночного подключения (SA Station, SAS), хотя это не обязательно. Примеры подключения узлов к сети FDDI приведены на рис.3.7 [1, 5]. Чтобы устройства было легче правильно присоединять к сети, их порты (разъемы) маркируются. Порты типа A и B должны быть у устройств DAC и (DA Station, DAS), порт M (Master) – у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный порт должен иметь тип S (Slave).
Рис.3.7. Примеры подключения узлов к сети FDDI
В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора (рис.3.8) [1, 5].
Рис.3.8. Реконфигурация внутренних путей передачи кадров
Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к SAS, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе – порт M, к которому была подключена данная станция, будет исключен из общего пути.
Для сохранения работоспособности сети при отключении питания в DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями, которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.
И, наконец, DAS или DAC можно подключать к двум портам M одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт B поддерживает основную связь, порт A – резервную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing.
Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения 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 ее реконфигурации.
Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.
В качестве физической среды технология FDDI использует волоконно-оптические кабели или более поздний вариант – неэкранированную витую пару UTP категории 5.
Для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано логическое кодирование 4B/5B в сочетании с физическим кодированием c использованием кода NRZI. Эта схема приводит к передаче сигналов по линии связи с тактовой частотой 125 МГц.
Максимальное число DAS в кольце – 500, максимальный диаметр двойного кольца – 100 км. Максимальные расстояния между соседними узлами: для многомодового кабеля – 2 км, для витой пары – 100 м, а для одномодового оптоволокна – зависит от его качества [1, 5].