Технология FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — первая технология локальных сетей, в которой средой передачи является волоконно–оптический кабель.
Эта технология основана на технологии Token Ring. При её разработке поставлены следующие цели:
- повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
- повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после различного рода отказов;
- максимально эффективно использовать пропускную способность.
Сеть FDDI строится на основе двух колец, которые образуют основной и резервный пути передачи. Наличие двух колец — это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и все узлы 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 данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, 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 направлении (против часовой стрелки), а по вторичному — в обратном (рис. 4.9). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать данные соседними станциями.
В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию.
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.
Рис. 4.9 Реконфигурация колец FDDI при отказе
Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring, а 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 в технологии FDDI отсутствует. Весть трафик делится на 2 класса – асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перезагрузках кольца.
В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.
Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. 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.
Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, (максимальное число станций с двойным подключением в кольце — 500.
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 кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), 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_0рг. 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_Орг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_Орг, 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_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_Орг, 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_Орг - 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_Орг. 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 в сети FDDI для асинхронном режиме в работе своей маркер хорошо регулирует временные перегрузки сети.
В технологии FDDI для передачи сигналов по оптическим волокнам реализовано 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 комбинаций, которые используются как служебные. В табл. 4.2 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.
Табл.4.2.
|
Характеристика |
FDDI |
Ethernet |
Token Ring |
|
Битовая скорость |
100 Мбит/с |
10 Мбит/с |
16 Мбит/с |
|
Топология |
Двойное кольцо деревьев |
Шина/звезда |
Звезда/кольцо |
|
Метод доступа
|
Доля от времени оборота маркера |
CSMA/CD
|
Приоритная система резервирования |
|
Среда передачи данных |
Оптоволокно, неэкранированная витая пара категории 5 |
Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара категории 3, оптоволокно |
Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно |
|
Максимальная длина сети (без мостов) |
200 км (100 км на кольцо) |
2500 |
4000 м |
|
Максимальное , расстояние между узлами |
2 км (не больше 11 дБ потерь между узлами) |
2500 м |
100 м |
|
Максимальное количество узлов |
500 (1000 соединений) |
1024 |
260 для экранированной витой пары, 72 для неэкранированнсй витой пары |
|
Тактирование и восстановление после отказов |
Распределенная реализация тактирования и восстановления после отказов |
Не определены |
Активный монитор |
Технология FDDI разрабатывалась для применения на магистральных соединениях между крупными сетями. Поэтому главным для разработчиков было обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой.