Основные  данные о работе

     Содержание

     Введение

     В данной курсовой работе будут рассмотрены  вопросы, связанные с технологией FDDI: его основные характеристики, особенности  метода доступа, отказоустойчивость и рекомендации его использования. В настоящее время данная технология является наиболее безопасной, но дорогостоящей.

     Технология FDDI – 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.

     Хотя  реализации FDDI сегодня не столь распространены, как Ethernet или Token Ring, FDDI приобрела значительное число своих последователей, которое  увеличивается по мере уменьшения стоимости  интерфейса FDDI. FDDI часто используется как основа технологий, а также как средство для соединения быстродействующих компьютеров, находящихся в локальной области.

     Актуальность  данной темы в том, что в настоящее  время высокоскоростные магистрали (100 Мбит/с) строят только на основе FDDI и  АТМ. Все другие широко известные сети (например, lOOBaseT) работают на слишком незначительных расстояниях, чтобы их можно было использовать в качестве корпоративной магистрали.

     Задачи  данной темы, разобраться с технологией FDDI: его основными характеристиками, особенностями метода доступа, отказоустойчивостью и рекомендацией его использования.

     Целью данной работы является то, что FDDI это  первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель.

     Далее будет рассмотрен физический уровень технологии FDDI. Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent).

     Затем будет  рассмотрен МАС-уровень. Узнаем, какие функции выполняет этот уровень и операции. С помощью операций МАС-уровня станции получают доступ к кольцу и передают свои кадры данных.

     Кроме спецификаций уровней PHY, PMD и МАС, в  курсовой работе будет рассмотрена  спецификация уровня управления станцией Station Management (SMT), определяемая стандартом FDDI.

     Основная  часть

     1Технологии FDDI

     1.1 Основные характеристики  технологии FDDI

     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.

     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 данные¹, первичное кольцо объединяется со вторичным (Приложение А), 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 направлении². 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 много внимания отводится  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.

     Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения  отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

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

     Отличия метода доступа заключаются в  том, что время удержания маркера  в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца – при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.

     Механизм  приоритетов кадров, аналогичный  принятому в технологии Token Ring, в  технологии FDDI отсутствует.

     FDDI поддерживает распределение полосы пропускания сети в масштабе реального времени, что является идеальным для ряда различных типов прикладных задач. FDDI обеспечивает эту поддержку путем обозначения двух типов трафика: синхронного и асинхронного.

     Синхронный  трафик может потреблять часть общей полосы пропускания сети FDDI, равную 100 Mb/сек; остальную часть может потреблять асинхронный трафик. Синхронная полоса пропускания выделяется тем станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Например, наличие такой возможности помогает при передаче голоса и видеоинформации. Другие станции используют остальную часть полосы пропускания асинхронно. Спецификация SMT для сети FDDI определяет схему распределенных заявок на выделение полосы пропускания FDDI.

     Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания. FDDI также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания.

     Механизм  приоритетов FDDI может фактически блокировать  станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания  и имеют слишком низкий приоритет  пользования асинхронной полосой  пропускания.

     Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

     Формат  кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются  в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

     На  рисунке (Приложение А) приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2.

     Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована  институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она  полностью вписывается в структуру  стандартов 802.

     FDDI определяется независимыми техническими условиями:

     1.Media Access Control (MAC) (Управление доступом  к носителю) 
определяет способ доступа к носителю, включая формат пакета, обработку маркера, адресацию, алгоритм CRC (проверка избыточности цикла) и механизмы устранения ошибок.

     2.Physical Layer Protocol (PHY) (Протокол физического уровня) - определяет процедуры кодирования/декодирования информации, требования к синхронизации, формированию кадров и другие функции.

     3.Station Management (SMT) (Управление станциями) - определяет конфигурацию станций FDDI, конфигурацию кольцевой сети и особенности управления кольцевой сетью, включая вставку и исключение станций, инициализацию, изоляцию и устранение неисправностей, составление графика и набор статистики.

     Именно  уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

     1.2 Особенности метода доступа FDDI

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

     Если  же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр³, 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 TRT сравнивается с другой величиной – максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_Орr.

     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_Орr во время инициализации кольца.

     Каждая  станция может предложить свое значение Т_Орr, в результате для кольца устанавливается  минимальное из предложенных станциями  времен. Это позволяет учитывать  потребности приложений, работающих на станциях.

     Обычно  синхронным приложениям (приложениям  реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше  получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

     Таким образом, при очередном поступлении  маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое  время оборота маркера TRT с максимально  возможным Т_Орr. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_Орr, то есть TRT < Т_Орг.

       В этом случае станции разрешается  захватить маркер и передать  свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ  равно разности Т_Орr - TRT, и в  течение этого времени станция  передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

     Если  же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_Орr. В  этом случае станция не имеет права  захватить маркер для асинхронного кадра.

     Если  все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

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

     1.3 Отказоустойчивость технологии FDDI

     FDDI характеризуется рядом особенностей  отказоустойчивости. Основной особенностью  отказоустойчивости является наличие двойной кольцевой сети. Если какая-нибудь станция, подключенная к двойной кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если поврежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически "свертывается" ("подгибается" внутрь) в одно кольцо.

     Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением – Dual Attachment, DA. Подключение только к  первичному кольцу называется одиночным  подключением – Single Attachment, SA.

     По  мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность увеличения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа кольцевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фактическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополнительную сегментацию кольца.  
Устройства, критичные к отказам, такие как роутеры или главные универсальные вычислительные машины, могут использовать другую технику повышения отказоустойчивости, называемую "двойным подключением" (dual homing), для того, чтобы обеспечить дополнительную избыточность и повысить гарантию работоспособности. При двойном подключении критичное к отказам устройство подсоединяется к двум концентраторам.

     Одна  пара каналов концентраторов считается активным каналом; другую пару называют пассивным каналом. Пассивный канал находится в режиме поддержки до тех пор, пока не будет установлено, что основной канал (или концентратор, к которому он подключен) отказал. Если это происходит, то пассивный канал автоматически активируется.

       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).

     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 (Приложение Б). Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI.

     Для сохранения работоспособности при  отключении питания в станциях с  двойным подключением, то есть станциях DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции.

     И, наконец, станции DAS или концентраторы DAC можно подключать к двум портам М одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру  с основными и резервными связями.

     По  умолчанию порт В поддерживает основную связь, а порт А – резервную. Такая конфигурация называется  подключением Dual Homing.

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

     Реконфигурация  внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется  специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч  и имеют достаточно сложную конструкцию.

     1.4 Рекомендации использования технологии FDDI

     Особенностью  технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей  свойств:

     - высокая степень отказоустойчивости;

     - способность покрывать значительные  территории, вплоть до территорий

     - крупных городов;

     - высокая скорость обмена данными; 

     - возможность поддержки синхронного  мультимедийного трафика; 

     - гибкий механизм распределения  пропускной способности кольца  между станциями; 

     - возможность работы при коэффициенте  загрузки кольца близком к  единице;

     - возможность легкой трансляции  трафика FDDI в трафики таких  популярных протоколов как Ethernet и Token Ring за счет совместимости  форматов адресов станций и  использования общего подуровня  LLC.

     Пока FDDI - это единственная технология, которой  удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мб/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети.

     Одной из наиболее важных характеристик FDDI является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля).

     FDDI устанавливает два типа используемoгo  оптического волокна: одномодовое  (иногда называемое мономодовым)  и многомодовое. Моды можно представить  в виде пучков лучей света,  входящего в оптическое волокно  под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распространяться через оптическое волокно только одному моду света, в то время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптическому волокну множеству мод света.

     Т.к. множество мод света, распространяющихся по оптическому кабелю, могут проходить различные расстояния (в зависимости от угла входа), и, следовательно, достигать пункт назначения в разное время (явление, называемое модальной дисперсией), одномодовый световод способен обеспечивать большую полосу пропускания и прогoн кабеля на большие расстояния, чем многомодовые световоды.

     Благодаря этим характеристикам одномодовые  световоды часто используются в  качестве основы университетских сетей, в то время как многомодовый световод часто используется для соединения рабочих групп. В многомодовом световоде в качестве генераторов света используются диоды, излучающие свет (LED), в то время как в одномодовом световоде обычно применяются лазеры.

     За  уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI является сегодня самой дорогой 100 Мб технологией. Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей.

     Многие  современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с  технологиями Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring в сетях этажей и отделов.

     Группа  центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую, с помощью сетевых  адаптеров FDDI.

     В связи с появлением более дешевых, чем FDDI 100 Мб технологий, таких как Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN, технология FDDI, очевидно, не найдет широкого применения при подключении рабочих станций и создании небольших локальных сетей, даже при увеличении быстродействия этих станций и наличии в сетях мультимедийной информации.

       2Уровни  технологии FDDI

     2.1 Описание физического уровня

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

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

     При первоначальном соединении кабелем  двух узлов их порты сначала выполняют процедуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последовательности служебных символов кода 4В/5В,  с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг  у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение⁴. Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня МАС соединенных устройств путем передачи нескольких кадров МАС. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управления  станцией SMT.