Використання FDDI

Міністерство  освіти і науки України

Східноєвропейський  університет економіки та менеджменту

Канівська філія 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

З предмету: «Комп’ютерні мережі»

На тему:

«FDDI»

                                                   Виконав:

                                                   Студент групи КаІТ-61

                                                   Литвин Є. І.

                                                   Перевірила:

                                                   Старший викладач

                                                   Сущенко Є. А.

                                                   Сума балів____________ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Канів 2010р.

ЗМІСТ 

1. Локальна  обчислювальна мережа                                                            3
2. Принцип дії мережі FDDI                                                                        5
3. Топологія                                                                                                    8
1. Точка-точка                                                                                    8
2. Петля з арбітражним доступом                                                     9
3. Кумутуємі грати                                                                             10
4. Синхронна й асинхронна передача                                                          11
5. Кабельна система                                                                                      12
6. Підключення устаткування до мережі FDDI                                          14
1. Безпосереднє підключення                                                           14
2. Підключення через мости і маршрутизатори                                15
7. Використання FDDI                                                                                17

Список використаної літератури                                                                    18

1. ЛОКАЛЬНА ОБЧИСЛЮВАЛЬНА МЕРЕЖА

       Поняття локальна обчислювальна мережа –  ЛОМ (англ. LAN – Local Area Network) відноситься  до географічно обмеженого ( територіально  чи виробниче) апаратно-програмним реалізаціям, у яких кілька комп'ютерних систем зв’язані одна з одною за допомогою відповідних засобів комунікацій. Завдяки такому з'єднанню користувач може взаємодіяти з іншими робочими станціями, підключеними до цієї ЛОМ.

       Існує два основних типи мереж: однорангові  і мережі на основі сервера. В одноранговій мережі всі комп'ютери рівноправні: немає ієрархії серед комп'ютерів і немає виділеного (англ. dedicated) сервера. Як правило, кожен комп'ютер функціонує і як клієнт, і як сервер; інакше кажучи, немає окремого комп'ютера, відповідального за адміністрування всієї мережі. Усі користувачі самостійно вирішують, які дані на своєму комп'ютері зробити загальнодоступним по мережі. На сьогоднішній день однорангові мережі безперспективні. Якщо до мережі підключено більш 10 користувачів, то однорангова мережа, де комп'ютери виступають у ролі і клієнтів, і серверів, може виявитися недостатньо продуктивною. Тому більшість мереж використовує виділені сервери. Виділеним називається такий сервер, що функціонує тільки як сервер (крім функції клієнта робочої станції). Вони спеціально оптимізовані для швидкої обробки запитів від мережних клієнтів і для керування захистом файлів і каталогів. Мережі на основі сервера стали промисловим стандартом, і саме вони будуть розглянуті в цій роботі. Існують і комбіновані типи мереж, що сполучають кращі якості однорангових мереж і мереж на основі сервера.

       У виробничої практики ЛОМ грають дуже велику роль. За допомогою ЛОМ у  систему поєднуються персональні  комп'ютери, розташовані на багатьох вилучених робочих місцях, що використовують спільне устаткування, програмні засоби й інформацію. Робочі місця співробітників перестають бути ізольованими і поєднуються в єдину систему. Розглянемо переваги, одержувані при мережному об'єднанні персональних комп'ютерів у виді внутрівиробничої обчислювальної мережі.

       ● Поділ ресурсів дозволяє ощадливо використовувати ресурси, наприклад, керувати периферійними пристроями, такими як друкувальні пристрої, зовнішні пристрої збереження інформації, модеми і т.д. із усіх підключених робочих станцій.

       ● Поділ даних надає можливість доступу і керування базами даних з периферійних робочих місць, що бідують в інформації.

       ● Поділ програмних засобів надає можливість одночасного використання централізованих, раніше встановлених програмних засобів.

       ● При поділі ресурсів процесора можливе використання обчислювальних потужностей для обробки даних іншими системами, що входять у мережу. Надана можливість полягає в тім, що на наявні ресурси не «накидаються» моментально, а тільки лише через спеціальний процесор, доступний кожної робочої станції.

       ● Багатокористувальницькі властивості системи сприяють одночасному використанню централізованих прикладних програмних засобів, звичайно заздалегідь установлених на сервері додатка (англ. Application Server).

2. ПРИНЦИП ДІЇ МЕРЕЖІ FDDI 

       Мережа  FDDI являє собою волоконно-оптичне маркерне кільце зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек. Стандарт FDDI був розроблений комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються усіма ведучими виробниками мережного устаткування. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований у X3T12.

       Використання  як середовища поширення волоконної оптики дозволяє істотно розширити  смугу пропущення кабелю і збільшити  відстані між мережними пристроями.

       Порівняємо  пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при багато користувальницькому доступі. Припустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить у межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної здатності (10 Мбіт/сек), у противному випадку імовірність виникнення колізій стає не занадто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI припустима утилізація може досягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вище.

       Детермінірована природа протоколу FDDI (можливість прогнозування максимальної затримки при передачі пакета по мережі і можливість забезпечити гарантовану смугу пропущення для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережних АСУ в реальному часі й у додатках, критичних вчасно передачі інформації (наприклад, для передачі відео і звукової інформації).

       Багато  що зі своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мережі Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія і маркерний метод  доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, що одержала маркер, може передавати свої дані. Однак FDDI має і ряд принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінений алгоритм модуляції даних на фізичному рівні. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги переданого сигналу щодо переданих даних. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять з чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма переданими бітами. При передачі 100 Мбіт інформації в секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек, замість 200 Мбіт/сек, що треба було б при використанні манчестерського кодування.

       Оптимізовано  і керування доступу до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засновано на побітовій основі, а в FDDI на рівнобіжній обробці групи з чотирьох чи восьми переданих бітів. Це знижує вимоги до швидкодії устаткування.

       Фізично кільце FDDI утворене волоконно - оптичним кабелем із двома світлопроводящими волокнами. Одне з них утворить первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворить вторинне кільце (secondary ring), є резервним і в нормальному режимі не використовується.

       Станції, підключені до мережі FDDI, підрозділяються до двох категорій.

       Станції класу А мають фізичні підключення  до первинного і вторинного кілець (Dual Attached Station - дворазово підключена станція);

       Станції класу B мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - однократно підключена станція) і підключається тільки через спеціальні пристрої, називані концентраторами.

       Порти мережних пристроїв, що підключаються  до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, S порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, що приймає дані з первинного кільця і передавальний їх у вторинне кільце. Порт S - це порт, що приймає дані з вторинного кільця і передавальний їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з того самого кільця. М порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S порт.

       Стандарт X3T9.5 має ряд обмежень. Загальна довжина  подвійного волоконно - оптичного кільця - до 100 км. До кільця можна підключити до 500 станцій класу А. Відстань між вузлами при використанні багатомодового волоконно - оптичного кабелю - до 2 км, а при використанні одномодового кабелю визначається в основному параметрами волокна і приймально-передавальним устаткуванням (може досягати 60 і більш км).  

3. ТОПОЛОГІЯ

       Застосовувані при побудові ЛОМ механізмів контролю потоків є топологічно залежним, що унеможливлює одночасне використання Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 і інших у межах єдиного середовища поширення. Незважаючи на той факт, що Fibre Channel якоюсь мірою може нагадувати настільки звичні нам ЛОМ, його механізм контролю потоків ніяк не зв'язаний з топологією середовища поширення і базується на зовсім інших принципах.

       Кожен N_порт при підключенні до ґрат Fibre Channel проходить через процедуру реєстрації (log-in) і одержує інформацію про адресний простір і можливості всіх інших вузлів, на підставі чого стає ясно, з ким з них він зможе працювати і на яких умовах. А тому що механізм контролю потоків у Fibre Channel є прерогативою самих ґрат, то для вузла зовсім неважливо, яка топологія лежить у її основі. 

1. Точка-точка.

       Найпростіша схема, заснована на послідовному дуплексному  з'єднанні двох N_портів із взаємоприйнятими параметрами фізичного з'єднання  й однакових класів сервісу. Один з вузлів одержує адреса 0, а іншої — 1.

       По  суті, така схема може розглядатися як окремий випадок кільцевої  топології, де немає необхідності в  розмежуванні доступу шляхом арбітражу. Як типовий приклад такого підключення  можемо привести найбільше що часто зустрічається з'єднання сервера з зовнішнім RAID масивом. 
 
 

2. Петля з арбітражним доступом.

       Класична  схема підключення до 126 портів, з  якою все й починалося, якщо судити по абревіатурі FC-AL. Будь-які два  порти в кільці можуть обмінюватися даними за допомогою дуплексного з'єднання точно так само, як і у випадку "точка-точка". При цьому всі інші виконують роль пасивних повторювачів сигналів рівня FC-1 з мінімальними затримками, у чому, мабуть, полягає одне з основних переваг технології FC-AL перед SSA. Справа в тім, що адресація в SSA побудована на знанні кількості проміжних портів між відправником і одержувачем, тому адресний заголовок кадру SSA містить лічильник переходів (hop count). Кожен порт, що зустрічається на шляху кадру, зменшує вміст цього лічильника на одиницю і після цього заново генерує CRC, тим самим істотно збільшуючи затримку передачі між портами. Для запобігання цього небажаного ефекту розроблювачі FC-AL зволіли використовувати абсолютну адресацію, що в підсумку дозволило ретранслювати кадр у незмінному виді і з мінімальної латентністю. 
Передане з метою арбітражу слово ARB не розуміється і не використовується звичайними N_портами, тому при такій топології додаткові властивості вузлів позначаються, як NL_порт.

       Основною  перевагою петлі з арбітражним  доступом є низька собівартість у  перерахуванні на кількість підключених  пристроїв, тому найбільше часто  вона використовується для об'єднання  великої кількості твердих дисків з дисковим контролером. На жаль, вихід  їх будуючи будь-якого NL_ чи порту сполучного кабелю розмикає петлю і робить її непрацездатної, через що в чистому виді така схема зараз уже не вважається перспективною. Крім того, додавання чи видалення NL_порту викликає досить тривалий процес ініціалізації LIP (Loop Initialization Process), що може вимірятися десятками секунд при великій кількості підключених вузлів.

       В даний час найбільше поширення  одержала схема організації петлі  за допомогою активних концентраторів, що вміють ізолювати ушкоджений NL_порт шляхом автоматичного підключення внутрішнього резервного шляху.

       Ще  одним вагомим доводом на користь  використання концентратора є розширені  можливості керування і більш  зручна схема міжпортових з'єднань. 

3. Комутуємі грати

       Найбільш  перспективна топологія, що дозволяє перебороти всі обмеження петлі з арбітражним доступом і представити кожному N_порту виділений канал FC-AL. Як уже зрозуміло з назви, в основу ґрат покладений Fibre Channel комутатор з F_портами (Fabric ports).

4. СИНХРОННА Й АСИНХРОННА ПЕРЕДАЧА

       Підключені  до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - у синхронному й в асинхронному.

       Синхронний  режим улаштований у такий  спосіб. У процесі ініціалізації  мережі визначається очікуваний час  обходу кільця маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, приділяється гарантований час для передачі її даних у кільце. Після закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу і послати маркер у кільце.

       Кожна станція в момент посилки нового маркера включає таймер, що вимірює часовий інтервал до моменту повернення до неї маркера - TRT (Token Rotation Timer). Якщо маркер повернеться до станції раніш очікуваного часу обходу TTRT, то станція може продовжити час передачі своїх даних у кільце і після закінчення синхронної передачі. На цьому заснована асинхронна передача. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією буде дорівнює різниці між очікуваним і реальним часом обходу кільця маркером.

       З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна чи кілька станцій не мають достатнього обсягу даних, щоб цілком використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, те невикористана ними смуга пропущення відразу стає доступної для асинхронної передачі іншими станціями.

5. КАБЕЛЬНА СИСТЕМА

       Підстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) у якості базової  кабельної системи визначає багатомодовий  волоконно - оптичний кабель з діаметром  світловодів 62.5/125 мкм. Допускається застосування кабелів з іншим діаметром  волокон, наприклад: 50/125 мкм. Довжина хвилі - 1300 нм.

       Середня потужність оптичного сигналу на вході станції повинна бути не менш -31 dBm. При такій вхідній потужності імовірність помилки на біт при  ретрансляції даних станцією не повинна  перевищувати 2.5*10^-10 . При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 dBm, ця імовірність повинна знизитися до 10^-12.

       Максимально припустимий рівень утрат сигналу  в кабелі стандарт визначає рівним 11 dBm. Підстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні одномодового волоконно - оптичного кабелю. У цьому випадку як передавальний елемент звичайно використовується лазерний світлодіод, а дистанція між станціями може досягати 60 і навіть 100 км.

       FDDI модулі для одномодового кабелю випускає, наприклад, фірма Cisco Systems для своїх маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS+. Сегменти одномодового і багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть чергуватися. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco мається можливість вибору модулів із усіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий - багатомодовий, багатомодовий - одномодовий, одномодовий - багатомодовий, одномодовий - одномодовий.

       Фірма Cabletron Systems Inc. випускає повторювачі Dual Attached - FDR-4000, що дозволяють підключити одномодовий кабель до станції класу А с портами, призначеними для роботи на багатомодовому кабелі. Ці повторювачі дають можливість збільшити відстань між вузлами FDDI кільця до 40 км.

       Підстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних по мідних кабелях) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованої (IBM Type 1) і не екранованої (Category 5) кручених пар. Це значно спрощує процес інсталяції кабельної системи й знижує вартість, мережні адаптери й устаткування концентраторів. Відстані між станціями при використанні кручених пар не повинні перевищувати 100 км.

       Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає FDDI модулі для  своїх концентраторів, що дозволяють працювати в стандартному режимі, чи коли вторинне кільце використовується тільки з метою відказостійкості при обриві кабелю, чи в розширеному режимі, коли вторинне кільце теж використовується для передачі даних. В другому випадку смуга пропущення кабельної системи розширюється до 200 Мбіт/сек.

6. ПІДКЛЮЧЕННЯ УСТАТКУВАННЯ ДО МЕРЕЖІ FDDI

       Є два основних способи підключення  комп'ютерів до мережі FDDI: безпосередньо, а також і через чи мости  маршрутизатори до мереж інших протоколів. 

1. Безпосереднє  підключення

       Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлових, архіваційних і інших серверів, середніх і великих ЕОМ, тобто ключових мережних компонентів, що є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і потребуючих високих швидкостей вводу - виводу по мережі.

       Аналогічно  можна підключити і робочі станції. Однак, оскільки мережні адаптери для FDDI дуже дороги, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну по мережі є обов'язковою  умовою для нормальної роботи додатка. Приклади таких додатків: системи мультимедіа, передача відео і звукової інформації.

       Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовуються спеціалізовані мережні адаптери, що звичайним образом  вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect і ін. На ринку маються карти під усі розповсюджені шини - ISA, EISA і Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А чи В для усіх видів кабельної системи – волоконно - оптичної, екранованої і неекранованої кручених пар.

       Усі ведучі виробники UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems і інші) передбачають інтерфейси для безпосереднього підключення  до мереж FDDI. 
 
 

2. Підключення через мости і маршрутизатори

       Мости (bridges) і маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інших протоколів, наприклад, Token Ring і Ethernet. Це уможливлює економічне підключення до FDDI великого числа робочих станцій і іншого мережного устаткування як у нових, так і у вже існуючих ЛОМ.

       Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються в двох варіантах - у закінченому  виді, що не допускає подальшого апаратного нарощування чи реконфігурації (так  називані standalone-пристрої), і у виді модульних концентраторів.

       Прикладом standalone-пристроїв є: Router BR фірми Hewlett-Packard і EIFO Client/Server Switching Hub фірми Network Peripherals.

       Модульні  концентратори застосовуються в  складних великих мережах у якості центральних мережних пристроїв. Концентратор являє собою корпус із джерелом живлення і з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляються мережні комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛОМ, об'єднати кабельні системи різних типів і протоколів.  Вільні слоти можна використовувати для подальшого нарощування ЛОМ.

       Концентратори виробляються багатьма фірмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet і іншими.

       Концентратор  - це центральний вузол ЛОМ. Його відмовлення може привести до зупинки всієї мережі, чи принаймні, значної її частини. Тому більшість фірм, що роблять концентратори, уживають спеціальних заходів для підвищення їх відказостійкості. Такими мірами є резервування джерел живлення в режимі поділу чи навантаження гарячого резервування, а також можливість зміни чи доповнення модулів без відключення живлення (hot swap). Для того щоб знизити вартість концентратора, усі його модулі мають живлення від загального джерела. Силові елементи джерела живлення є найбільш ймовірною причиною його відмовлення. Тому резервування джерела живлення істотно продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожне із джерел живлення концентратора може бути підключено до окремого джерела безперебійного живлення (UPS) на випадок несправностей у системі електропостачання. Кожний з UPS бажано підключити до готельних силових електричних мереж від різних підстанцій.

       Можливість  зміни чи доповнення модулів без  відключення концентратора дозволяє провести ремонт чи розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережні сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.

7. ВИКОРИСТАННЯ FDDI

       Приведемо два найбільш типові приклади можливого  використання мереж FDDI.

       Додаток клієнт-сервер. FDDI застосовується для підключення устаткування, що вимагає широкої смуги пропущення від ЛОМ. Звичайно це файлові сервери NetWare UNIX машини і великі універсальні ЕОМ (mainframes). Крім того, як було відзначено вище, безпосередньо до мережі FDDI можуть бути підключені і деякі робітники станції, що вимагають високих швидкостей обміну даними.

       Робочі  станції користувачів підключаються  через багатопортові мости FDDI-Ethernet. Міст здійснює фільтрацію і передачу пакетів не тільки між FDDI і Ethernet, але і між різними Ethernet-мережами. Пакет даних буде переданий тільки в той порт, де знаходиться вузол призначення, зберігаючи смугу пропущення інших ЛОМ. З боку мереж Ethernet їхня взаємодія еквівалентна зв'язку через магістраль (backbone), тільки в цьому випадку вона фізично існує не у виді розподіленої кабельної системи, а цілком зосереджена в багатопортовому мосту (Collapsed Backbone чи Backbone-in-a-box).

       У залежності від кожного конкретного  випадку (відстані між серверами, умови  експлуатації, вимог до надійності, вартість і т.д.) сервери можуть підключатися до FDDI або як станції класу А, або як станції класу В.

       FDDI у якості backbone магістралі. FDDI застосовується для зв'язку ЛОМ протоколу Ethernet, розташованих у декількох будинках. Як правило, у кожнім з будинків досить розмістити по одному багатопортовому мосту. У залежності від концентрації робочих станцій, кожний з Ethernet портів може обслуговувати один чи кілька поверхів будинку. 
 
 

       Список використаної літератури: 

1. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер «Компьютерные сети» Спб, Питер 2001г.
2. Журналы: LAN, Сети и системы связи
3. Технологии электронных коммуникаций том 27 “Межсетевые протоколы и мультисети”, Москва, СП “Эко-Трендз” 1992