17 Технологія FDDI

Мережа FDDI (від англійського Fiber Distributed Data Interface) – cтандарт запропонований Американським національним інститутом стандартів (ANSI), споконвічно орієнтувався на високу швидкість передачі (100 Мбіт/с) і на застосування перспективного оптоволоконного кабелю (довжина хвилі світла – 850 нм). Тому в цьому випадку виробники не були стиснуті рамками стандартів, що орієнтувалися на низькі швидкості й електричний кабель.

Вибір оптоволокна як середовища передачі відразу ж визначив переваги нової мережі: високий захист від перешкод, таємність передачі інформації і прекрасну гальванічну розв’язку абонентів. Висока швидкість передачі, що при використанні оптоволоконного кабелю досягти набагато простіше, дозволяє вирішувати багато задач, недоступні менш швидкісним мережам, наприклад, передачу зображень у реальному масштабі часу. Крім того, оптоволоконний кабель легко вирішує проблему передачі даних на відстань декількох кілометрів без ретрансляції, що дозволяє будувати набагато більші по розмірах мережі, що охоплюють навіть цілі міста і мають при цьому всі переваги локальних мереж (зокрема, низький рівень помилок). І хоча до дійсного часу апаратура FDDІ не одержала ще широкого поширення, її перспективи дуже непогані.

За основу стандарту FDDI був узятий метод маркерного доступу, передбачений міжнародним стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Невеликі відмінності від цього стандарту визначаються необхідністю забезпечити високу швидкість передачі інформації на великі відстані.

Топологія мережі FDDІ – це кільце, причому застосовуються два різнонаправлені оптоволоконні кабелі, що дозволяє використовувати повнодуплексну передачу інформації з подвоєною ефективною швидкістю в 200 Мбіт/с (при цьому кожний із двох каналів працює на швидкості 100 Мбіт/с).

Основні технічні характеристики мережі FDDI наступні.

• Максимальна кількість абонентів мережі – 1000.
• Максимальна довжина кільця мережі – 20 км.
• Максимальна відстань між абонентами мережі – 2 км.
• Середовище передачі – оптоволоконний кабель (можливий застосування електричної крученої пари).
• Метод доступу – маркерний.
• Швидкість передачі інформації – 100 Мбіт/с (200 Мбіт/c для дуплексного режиму передачі).

Як бачимо, FDDI має великі переваги в порівнянні з усіма розглянутими раніше мережами. Навіть мережа Fast Ethernet, що має таку ж пропускну здатність 100 Мбіт/с, не може зрівнятися з FDDI але припустимим розмірам мережі і припустимій кількості абонентів. До того ж маркерний метод доступу FDDI забезпечує на відміну від CSMA/CD гарантований час доступу і відсутність конфліктів при будь-якому рівні навантаження.

Обмеження на загальну довжину мережі в 20 км зв’язано не з загасанням сигналів, а з необхідністю обмеження часу повного проходження сигналу по кільцю для забезпечення гранично припустимого часу доступу. А максимальна відстань між абонентами (2 км) визначається саме загасанням сигналів у кабелі.

Для передачі даних у FDDI застосовується вже згадуваний у першому розділі код 4В/5В, спеціально розроблений для цього стандарту й забезпечуючий швидкість 100 Мбіт/c при пропускній здатності кабелю 125 мільйонів сигналів у секунду (125 МБіт), а не 200 МБіт як при застосуванні коду Манчестер-ІІ. При цьому кожним чотирьом бітам переданої інформації (кожному напівбайту) ставиться у відповідність п’ять біт для відновлення синхронізації на прийомному кінці.

Стандарт FDDI для досягнення високої гнучкості мережі передбачає включення в кільце мережних адаптерів двох типів:

• Адаптери класу А підключаються до внутрішнього і зовнішнього кільця мережі. При цьому реалізується можливість обміну зі швидкістю до 200 Мбіт/с, можливість резервування кабелю мережі (при ушкодженні основного кабелю використовується резервний кабель). Апаратура цього класу використовується в самих критичних частинах мережі.
• Адаптери класу В підключаються тільки до зовнішнього кільця мережі. Вони можуть бути більш простими і дешевшими ніж адаптери клacу А, але не мають їхніх можливостей.

Крім власне абонетів (комп’ютерів терміналів і т.і.) у мережі можуть використовуватися зв’язні концентратори включення яких дозволяє зібрати в одне місце всі точки підключення з метою контролю за роботою мережі, діагностики неполадок спрощення реконфігурування. При застосуванні кабелів різних типів (наприклад оптоволоконного кабелю і крученої пари) концентратор виконує перетворення електричних сигналів в оптичні і навпаки.

Стандарт FDDI передбачає можливість реконфігурування мережі з метою збереження її працездатності у випадку ушкодження кабелю  Ушкоджена ділянка кабелю виключається з кільця, але цілісність мережі при цьому не порушується внаслідок переходу на одне кільце замість двох (тобто адаптери класу А починають працювати як адаптери класу В).

На відміну від методу доступу, пропонованого стандартом IEEE 802.5, у FDDI застосовується множинна передача маркера. Якщо при використанні Token-Ring новий (вільний) маркер передається абонентом тільки після повернення до його пакета, то в FDDI новий маркер передається абонентом відразу ж після закінчення передачі пакета. Послідовність дій тут наступна.

1. Абонент, що бажає передавати, чекає маркера, що йде за кожним пакетом.
2. Коли маркер прийшов, абонент видаляє його з мережі і передає свій пакет.
3. Відразу після передачі пакета абонент посилає новий маркер.

Одночасно кожен абонент веде свій відлік часу, порівнюючи реальний час звертання маркера (TRT) із заздалегідь установленим контрольним часом його прибуття (РТТ). Якщо маркер повертається раніш, ніж установлена РТТ мережа не завантажена , і отже, абонент може спокійно передавати свою інформацію. Якщо ж маркер повертається пізніше, чим установлене РТТ, то мережа завантажена , п абонент може передавати тільки саму необхідну інформацію. При цьому величини контрольного часу РТТ можуть встановлюватися різними для різних абонентів. Такий механізм дозволяє абонентам гнучко реагувати на завантаження мережі і підтримувати її на оптимальному рівні. Стандарт FDDI на відміну від стандарту IEEE 802.5 не передбачає можливості установки пріоритетів пакетів і резервування Замість цього всі абоненти розділяються на дві групи: асинхронні і синхронні. Для асинхронних абонентів час доступу до мережі не занадто критично. Для синхронних він повинен бути жорстко обмежене. У стандарті передбачений спеціальний алгоритм, що обслуговує ці два типи абонентів. Формати маркера і пакета мережі FDDI трохи відрізняються від використовуваних у мережі Token-Ring.

Характерна риса FDDI полягає в тому, що в мережі марнотрат використовуються як 16-розрядні, так і 48-розрядні мережеві адреси. Кількість розрядів адреси задається спеціальним бітом у полі керування. Розмір поля данних може бути перемінним, але сумарна довжина пакета в будь-якому випадку не може перевищувати 4500 байт. Поле преамбули служить для початкової синхронізації прийому. До пакету використовується 32-розрядна циклічна контрольна сума. Незважаючи на очевидні переваги, мережа FDDI не одержала поки широкого поширення, це зв’язано головним чином з високою вартістю її апаратури (порядку 3-5 тисяч доларів). Однак найближчим часом ситуація може змінитися.

Протокол FDDI

На малюнку приведена структура протоколів технології FDDI порівняно з семирівневою моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня і протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений в стандартах IEEE 802.2 і ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють в дейтаграмному режимі – без встановлення з’єднань і без відновлення втрачених або пошкоджених кадрів.

Фізичний рівень розділяється на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол управління станцією SMT (Station Management). Рівень PMD (Physical Media Dependent) забезпечує необхідні засоби для передачі даних від однієї станції до іншої по оптоволокну. У його специфікації визначаються:

-Вимоги до потужності оптичних сигналів і до багатомодового оптоволоконного кабелю 62.5/125 мкм;

-Вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) і оптичних приймачів;

-Параметри оптичних роз’ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркіровка;

-Довжина хвилі в 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі;

-Представлення сигналів в оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.

-Специфікація TP-PMD визначає можливість передачі даних між станціями по витій парі відповідно до методу MLT-3.

Рівень PHY (Physical Layer Protocol ) виконує кодування і декодування даних, циркулюючих між MAC-рівнем і рівнем PMD, а також забезпечує те, що тактує інформаційні сигнали.

У його специфікації визначаються:

-кодування інформації відповідно до схеми 4B/5B;

-правила тактування сигналів;

-вимоги до стабільності тактової частоти 125 Мгц;

-правила перетворення інформації з паралельної форми в послідовну.

Рівень MAC (Media Access Control ) відповідальний за управління доступом до мережі, а також за прийом і обробку кадрів даних. У ньому визначені наступні параметри:

-Протокол передачі токена;

-Правила захоплення і ретрансляції токена;

-Формування кадру;

-Правила генерації і розпізнавання адрес;

-Правила обчислення і перевірки 32-розрядної контрольної суми.

Рівень SMT (Station Management ) виконує всі функції по управлінню і моніторингу решти рівнів стека протоколів FDDI . В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI . Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT для управління мережею. У специфікації SMT визначене наступне:

-Алгоритми виявлення помилок і відновлення після збоїв;

-Правила моніторингу роботи кільця і станцій;

-Управління кільцем;

-Процедури ініціалізації кільця.

Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується за рахунок управління рівнем SMT іншими рівнями: за допомогою рівня PHY усуваються відмови мережі по фізичних причинах, наприклад, із-за обриву кабелю, а за допомогою рівня MAC – логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі токена і кадрів даних між портами концентратора.

FDDI встановлює застосування подвійних кільцевих мереж. Трафік по цих кільцях рухається в протилежних напрямах. У фізичному виразі кільце складається з двох або більш двоточкових з’єднань між суміжними станціями. Одне з двох кілець FDDI називається первинним кільцем, друге-вторинним кільцем. Первинне кільце використовується для передачі даних, тоді як вторинне кільце зазвичай є дублюючим.

“Станції Класу В” або “станції, що підключаються до одного кільця” (SAS) приєднані до однієї кільцевої мережі; “станції класу А” або “станції, що підключаються до двох кілець” (DAS) приєднані до обох кільцевих мереж. SAS підключені до первинного кільця через “концентратор”, який забезпечує зв’язки для безлічі SAS. Koнцентратор відповідає за те, щоб відмова або відключення живлення в будь-якій з SAS не переривали кільце. Це особливо необхідно, коли до кільця підключений РС або аналогічні пристрої, у яких живлення часто включається і вимикається.

Мал. Вузли FDDI  : DAS, SAS і концентратор

FDDI використовує логічну топологію – подвійне кільце. Станції подвійного підключення (dual-attached або DAS) під’єднуються до обох кілець. DAS мають два порти: А – для прийому сигналу з головного кільця і B – для передачі сигналу в головне кільце.

Концентратори дозволяють SAS і DAS вузлам підключатися до подвійного кільця FDDI. Концентратори мають М (master) порти для підключення SAS і DAS портів, а також можуть самі мати SAS і DAS порти. Дане каскадування називають кільцем дерев.

Мал. Концентратор

Типи портів станцій і концентраторів FDDI і правила їх з’єднання