Технология sonet

Технология SONET (Synchronous Optical Network, синхронная оптическая сеть) определяет оптический интерфейс передачи данных. Она предложена компа­нией Bellcore и стандартизована ANSI. С технологией SONET совместима син­хронная цифровая иерархия SDH, которая была утверждена комитетом CCITT. Основное достоинство SONET — оптоволоконные каналы, предназначенные для высокоскоростной передачи данных.

SONET используется для передачи трафика современных сетей на базе Frame Relay, ATM, SMDS, ISDN и т. д. Опыт использования показывает, что эта технология в чистом виде применяется редко. Техническая реализация SONET основана, как правило, на применении мультиплексора с несколькими портами ATM, соединенными с абонентской стороной и одним портом SONET со сторо­ны сети общего пользования.

При разработке технологии SONET во внимание принимались несколько ос­новных требований.

1. Необходимость стандартизации процесса мультиплексирования со ско­ростью передачи выше DS3 (44.736 Мбит/с).

2. Обеспечение эффективного доступа к среде передачи при небольшом объ­еме трафика. Технология SONET предлагает новый подход к временному мультиплексированию.

3. Необходимость заложить достаточный резерв для предоставления в буду­щем высокосложных услуг связи.

Спецификация на технологию SONET определяет иерархию стандартных скоростей передачи цифровых данных. Базовый уровень STS-1 (Synchronous Transport Signal, синхронный транспортный сигнал первого уровня), или иначе ОС-1 (Optical Carrier, оптическая несущая), имеет фиксированную скорость в 51.84 Мбит/с. Этот базовый уровень может использоваться для передачи одного сигнала DS3 или группы менее быстрых сигналов, например DS1. Кадр базового уровня содержит 810 байт, которые передаются каждые 125 мс. Служебную ин­формацию несут 27 байт кадра, а остальное занимает полезная нагрузка. Однако в поле полезной нагрузки расположены 9 служебных байтов, предназначенных для задания пути, причем 9 байт могут располагаться в произвольном месте. Служебная информация кадра содержит указатель на начало байтов, служащих для определения пути.

Несколько базовых кадров STS-1 могут быть объединены при помощи про­цедуры мультиплексирования в сигналы следующих уровней. При этом спе­цификация SONET определяет наивысшую скорость передачи STS-48 в 2.5 Гбайт/с.

Технология smds

SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) — высокоскоростная коммутаци­онная служба передачи данных. Она была разработана компанией Bellcore по поручению нескольких других компаний, каждая из которых занята разработкой продуктов на базе этой технологии. Европейская версия SMDS получила назва­ние CBDS. Основным понятием в SMDS является «служба» или «сервис», так как SMDS не является непосредственно технологией или протоколом передачи данных.

В настоящее время сервис SMDS применяется в сетях с технологией DQDB, отвечающей стандартам IEEE 802.6 и ATM. Технология DQDB получила мень­шую известность, чем ATM. Существует ряд причин, определяющих такое по­ложение вещей: относительно невысокая скорость передачи (140 Мбит/с) и довольно сложное дорогостоящее оборудование.

Подобно Frame Relay и ATM, SMDS определяет служебный интерфейс поль­зователя с сетью. Однако в отличие от двух первых технологий, ориентирован­ных на установление соединения, SMDS является службой без установления соединения: она использует дейтаграммный метод доставки информации. Мак­симальный размер дейтаграммы может составлять 9188 байт. Такой размер поз­воляет полностью размещать большинство пакетов различных технологий. При поступлении дейтаграммы на нижний уровень каждая единица данных разбива­ется на фиксированные ячейки длиной в 53 байта.

Для взаимодействия сетей с сервисом SMDS используется межсетевой про­токол ICIP. Очень часто связь между двумя местными сетями поддерживают операторы региональных или национальных сетей. Абонент SMDS может опера­тивно выбрать любого из них, внеся соответствующие значения в заголовок L3_PDU и воспользовавшись протоколом ICIP.

SMDS обладает несколькими достоинствами. Одним из них является воз­можность создания логической частной сети в сети SMDS общего пользования. Кроме того, SMDS предоставляет информацию о сети и статистику ее исполь­зования.

FDDI, CDDI, FDDI-2

Технология Fiber Distributed Data Interface — первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель. Работы по использованию света для передачи информации начали активно вестись в 1960 -е годы в связи с изобретением лазера. Лазерный луч заме­чателен тем, что состоит из волн одной и той же частоты, и отклонение от этой частоты совсем незначительно (в отличие от обычного света, который является суперпозицией волн разной частоты). Поэтому приемник лазерного луча может уловить даже малейшую модуляцию частоты носителя, что позволяет использо­вать для передачи метод частотной модуляции. Другим достоинством оптиче­ских методов передачи информации является очень высокая скорость — ведь луч распространяется со скоростью света. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые были способны передавать свет. Однако потери света в первых волокнах были слишком велики и они не могли тогда составить конкуренцию медным проводам. Недорогие оптические волокна с низкими по­терями и широкой полосой пропускания (до нескольких гигагерц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началась промышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи в территориальных телекомму­никационных системах.

В 1980-е годы начались также работы по использованию оптоволоконных каналов в локальных сетях. Разработка первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей была возложена на комитет ХЗТ9.5. Этим комитетом (в настоя­щее время ХЗТ12) Американского национального института стандартизации (ANSI) и был разработан стандарт FDDI. Сети FDDI поддерживаются всеми ведущими производителями сетевого оборудования.

Разработка FDDI проводилась специально с целью объединения наиболее важных участков сети. В то время скорость передачи данных в 10 Мбит/с для рабочей станции была вполне приемлемой. Но для магистрали такая скорость была уже явно недостаточной. В течение ряда лет стандарт FDDI был единственным стандартом передачи данных в сети со скоростью 100 Мбит/с. Обладая хорошей управляемостью и высокой надежностью, FDDI быстро завоевал попу­лярность. Более половины фирм из списка Fortune 5000 стали использовать fddi. При этом с его помощью можно было объединить все: от ПК до суперкомпьютеров Cray. Исходя из потребностей в быстром взаимодействии абонентов через магистраль, технология FDDI была спроектирована для связи централь­ных серверов и других важных участников обмена информацией в сети. Эта технология предусматривает возможность управления процессом передачи с вы­сокой надежностью, благодаря чему она до сих пор предлагается производителями.

В отличие от Ethernet, технология FDDI использует кольцевую структуру, в которой все устройства объединены в большое кольцо. Данные передаются по кольцу последовательно, от станции к станции. Пакет может обойти очень много устройств, прежде чем дойдет до адресата. Поскольку другие станции не долж­ны ждать, пока освободится среда передачи, размер пакета может достигать 20 000 байт, хотя в большинстве случаев используются пакеты размером 4500 байт, то есть всего лишь в три раза больше пакета Ethernet. Тем не менее, если пакет предназначен для рабочей станции, подключенной к кольцу с по­мощью Ethernet, его размер не будет превышать 1516 байт.

Большинство из своих базовых свойств FDDI переняла от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Это — кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер — это служебный сигнал, постоянно проходящий по кольцу. Станция, на которую в данный момент поступил маркер, может передавать свои данные.

Однако FDDI имеет ряд принципиальных отличий от Token Ring. Как раз эти отличия позволяют получить значительно более высокие скорости обмена. К ним, например, относится изменение алгоритма модуляции данных на физи­ческом уровне. Сеть Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала. В FDDI реализован алгоритм кодирования «пять из четырех» — 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит в пяти пересылаемых битах. При скорости 100 Мбит/с физически в сеть транслируется 125 Мбит/с, вместо 200 Мбит/с, что потребо­валось бы при использовании манчестерского кодирования. Оптимизировано и управление доступом к среде. В сетях Token Ring оно базируется на битовой основе, а в технологии FDDI — на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Такая схема доступа снижает требования к быстродействию сетевого оборудования.

Метод передачи маркеров в сетях FDDI отличается от Token Ring. Когда станции в кольце Token Ring требуется передать пакет данных, она дожидается маркер, захватывает его и передает кадр по кольцу в место назначения. Когда маркер и кадр возвращаются к станции-отправителю, она удаляет старый кадр и пересылает новый. В сетях FDDI обладание маркером ограничено по времени в соответствии с определенными заранее параметрами; однако пока станция вла­деет маркером, она может переслать несколько кадров. По завершении передачи станция сразу же отдает маркер другим станциям, не удаляя кадры. Благодаря эффективности этого протокола передачи действительная пропускная способ­ность сетей FDDI близка к 100 Мбит/с.

Физически кольцо FDDI образовано оптоволоконным кабелем с двумя светопроводящими волокнами. При этом первое оптоволокно образует первичное кольцо (primary ring). Оно является основным и используется для маркеров. Второе оптоволокно образует вторичное кольцо (secondary ring). Оно является резервным и в штатном режиме не используется.

Рабочие станции в сети FDDI подразделяются на две категории. Станции первой категории имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station — двукратно подключенная станция). Станции второй категории имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station — однократно подключенная станция). Такие станции подклю­чаются к сети через специальные устройства, которые называются концентрато­рами.

Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, условно делят на четыре категории: А-порты, В-порты, М-порты и S-порты. Порт А принимает данные из первичного кольца и передает их во вторичное кольцо. Порт В при­нимает данные из вторичного кольца и передает их в первичное кольцо. Порты М и S способны передавать и принимать данные с одного и того же кольца. М-порт используется на концентраторе для подключения рабочих станций вто­рой категории через ее S-порт.

Одно из самых больших достоинств технологии FDDI — это ее высокая на­дежность. Каждое устройство сети может получать и посылать данные двум своим соседям по кольцу. Такое построение сети позволяет ей функционировать даже при обрыве кабеля. При этом устройства на обоих концах разрыва начина­ют работать в качестве концевой заглушки. Сама же система продолжает рабо­тать по одному кольцу, которое проходит через каждое устройство дважды. Стандарт регламентирует четыре основных свойства сетей FDDI, значительно повышающих их отказоустойчивость:

• Кольцевая кабельная система со станциями первой категории устойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. Станции, находящи­еся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь прохождения марке­ра и данных, применяя для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо;

• Аварийное или штатное отключение питания, отказ одной из рабочих станций класса В или обрыв кабеля, соединяющего концентратор и рабо­чую станцию, приведет к отключению этой рабочей станции от кольца;

• Возможность подключения двух рабочих станций класса В сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого подключения станций класса В к основному кольцу. Такое подключение позволяет реа­гировать на неисправности в концентраторах или в кабельной системе. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один кон­центратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор;

• Возможность оперативно реагировать на отключение питания или отказ одной из станций первой категории за счет введения в схему кольца оп­тических переключателей (Optical Bypass Switch). При этом отказ одной из станций не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу. Произойдет переключение, и световой сигнал будет пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель. Стандарт допускает функционирование сети с отключением до трех по­следовательно расположенных рабочих станций.

Стандарт FDDI имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца не должна превышать 100 км. К кольцу можно подключить до 500 рабочих станций первой категории. Расстояние между узлами при исполь­зовании многомодового волоконно-оптического кабеля не должно превышать 2 км. При использовании одномодового оптоволоконного кабеля расстояние оп­ределяется, в основном, параметрами самого волокна и приемо-передающего оборудования и может достигать 60 км.

Подстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) в качестве базо­вой кабельной системы указывает многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов 62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с дру­гим диаметром волокон, например 50/125 мкм. Длина волны — 1300 нм. Сред­ний уровень мощности оптического сигнала на входе рабочей станции должен быть не менее 31 дБм. Напомним, что при расчетах параметров оптических линий связи из-за экспоненциальной зависимости мощности сигнала от рассто­яния пользуются логарифмическими единицами. В качестве нулевого уровня в технике оптической связи принято значение 1 мВт. Под уровнем мощности понимается величина р = 10 lg(P/l мВт) [дБм], где Р — мощность оптического сигнала. При такой входной мощности вероятность ошибки при ретрансля­ции данных станцией не должна превышать 2.5·10^-10. При увеличении мощнос­ти входного сигнала на 2 дБм эта вероятность должна снизиться до 10^-12. Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле согласно стандарту 11дБм.

Подстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) определяет требования к физическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерный светодиод, а расстояние между станци­ями может достигать 60 и даже 100 км.

Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чере­доваться.

Поскольку каждый конкретный путь однонаправлен и устройства передают данные в указанное время, такая схема полностью исключает коллизии. Это позволяет технологии FDDI достичь теоретически возможной скорости передачи.

Подключенные к сети FDDI станции могут передавать данные в кольцо в двух режимах — синхронном и асинхронном. Синхронный режим функционирует следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером — TTRT (Target Token Rotation Time). При этом каждой рабочей станции, получившей маркер, выделяется гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечении этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо. Асинхронная передача основана на следующем алгоритме. Каждая рабочая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, который измеряет время от момента посылки до момента поступления к ней маркера — TRT (Token Rotation Timer). Если маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и по окончании времени, выделенного для синхронной передачи. Дополнительное время для пе­редачи равно разности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером. Из описанного алгоритма видно, что если станции передают мало данных, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступ­ной другим станциям. Кроме того, существует новая версия этой технологии — FDDI-II, которая имеет новый режим передачи данных — Hybrid Mode. Этот режим реализует 125-микросекундный цикл для передачи данных с постоянной скоростью в дополнение к синхронной и асинхронной передачам.

Существует два основных способа подключения рабочих станций к сети FDDI: непосредственное подключение и подключение через мосты или маршру­тизаторы к сетям с другими сетевыми протоколами.

Непосредственное подключение используется, как правило, для подключения к сети FDDI серверов различного назначения, высокопроизводительных вычис­лительных машин и других устройств, предоставляющих сервис для многих пользователей и требующих высоких скоростей обмена данными. Однако ввиду того, что сетевые адаптеры для непосредственного подключения к сети FDDI довольно дороги, этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена по сети является обязательным условием работы приложения. Для подключения к сети FDDI персональных компьютеров применяются специ­ализированные сетевые адаптеры, которые вставляются в один из свободных слотов компьютера.

С помощью мостов и маршрутизаторов можно подключить к FDDI сети с другими протоколами, например Token Ring и Ethernet. Такое подключение эко­номно, так как позволяет подключить к FDDI рабочие станции и другое сущес­твующее сетевое оборудование, работающее в локальных сетях. В этом случае сеть FDDI образует магистраль общей сети. Простота управления протоколами и возможность установки защитного экрана на границе между рабочими груп­пами с различными сетевыми протоколами — вот основные достоинства этой архитектуры. Хорошая масштабируемость позволяет подключать к FDDI-магистрали много рабочих групп и маршрутизаторов.

При такой организации проявляются и некоторые недостатки. Например, из­менение конфигурации сети приводит к появлению большого количества портов на маршрутизаторах, каждый из которых имеет свой адрес подсети. Это значи­тельно усложняет процесс управления сетью. Кроме того, ретрансляция между маршрутизатором сети Ethernet и сетью FDDI может снизить производитель­ность программного обеспечения.

Для реализации всех достоинств FDDI на базе существующих кабельных систем разработан стандарт CDDI (Copper Distributed Data Interface). CDDI базируется на хорошо отработанной технологии FDDI. Это стандарт физическо­го уровня — распределенный интерфейс передачи данных по медным кабелям; он определяет требования к физическому уровню при использовании экраниро­ванной (IBM Type 1) и неэкранированной (категории 5) витых пар. Данная технология значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее. Расстояние между станциями при использовании витых пар не должно превышать 100 м.