FDDI - самостоятельный стандарт института ANSI. Немного из
истории развития.
Технология Fiber
Distributed Data Interface - первая технология, которая использовала в
качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель. Сразу отмечу, что
технология FDDI - это не совсем технология локальных сетей, она скорее
относится к магистральным сетям, потому как имеет большое значение длины сети,
мы с вами сейчас рассмотрим все по порядку.
Попытки применения света
в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно - еще в 1880 году
Александр Белл изобрел устройство, которое передавало речь на расстояние до 200
метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и
модулировавшего отраженный свет. Работы по использованию света для передачи информации
активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог
обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать
широкополосный канал для передачи большого количества информации с высокой
скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые могли
передавать свет в кабельных системах, подобно тому, как медные провода передают
электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих
волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как
альтернатива медным проводам.
Недорогие оптические
волокна, обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую
полосу пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы.
В начале 1980-х годов
началось применение оптоволоконных каналов связи для территориальных
телекоммуникационных систем.
Немного позже начались
также работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования
оптоволокнных каналов и в локальных сетях.
Работы по обобщению опыта
и разработке первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей были
сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации - ANSI,
в рамках специально созданного для этой цели комитета X3T9.5.
Начальные версии
различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5
в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые
адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.
Стандарт FDDI взял за основу метода доступа к общей разделяемой среде
маркерный метод доступа, который был уже на то время популярен (он уже
использовался в технологии Token Ring). Начальные версии технологии FDDI
обеспечивали передачу кадров со скоростью 100 Мб/с по двойному
волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.
В настоящее время
большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве
одного из вариантов физического уровня, мы с вами в этом не раз убеждались при
изучении физических уровней и Ethernet и Token Ring. Стандарты FDDI
на данный момент времени прошли проверку временем и устоялись, так что
оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.
Итак, мы сейчас с вами познакомимся с основными особенностями технологии FDDI.
Поскольку стандарт FDDI во многом взял за основу от технологии Token
Ring, то остановим свое внимание на отличительные особенности.
Канальный уровень технологии FDDI. Особенности метода
доступа FDDI.
Итак, мы с вами уже
отметили, что технология FDDI во многое взяла за основу от технологии Token
Ring, развивая и совершенствуя ее идеи. Разработчики технологии FDDI
ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:
во-первых, - повысить
битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
во-вторых, - повысить
отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после
отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла,
концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;
- а также, максимально
эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для
асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.
Сеть FDDI строится
на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный
пути передачи данных между узлами сети.
Именно наличие двух колец
- стало основным способом повышения отказоустойчивости в сети FDDI.
Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности,
должны быть подключены к обоим кольцам. Сейчас мы рассмотрим эту особенность
построения сети.
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 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 технологии FDDI.
Для упрощения этой
процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на
диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному
- в обратном (изображается по часовой стрелке). 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.
Итак, давайте рассмотрим
в общих чертах работу станций в сети FDDI:
Кольца в сетях FDDI,
как и в сетях 802.5 рассматриваются как общая разделяемая среда передачи
данных, для нее определен метод доступа, очень близок к методу доступа сетей Token
Ring и также называется методом маркерного кольца - token ring.
Станция может начать
передачу своих собственных кадров данных только в том случае, если она получила
от предыдущей станции специальный кадр - маркер (его еще обычно называют токен)
доступа. После этого она может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в
течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time
(THT) .
После истечения времени THT
станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер
доступа следующей станции. Если же в момент принятия маркера у станции нет
кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует маркер следующей
станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед
(upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее
физическими связями и направлением передачи информации.
Каждая станция в сети
постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует
их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то
она транслирует кадр своему последующему соседу. Нужно отметить, что, если
станция захватила маркер и передает свои собственные кадры, то на протяжении
этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из
сети.
Если же адрес кадра
совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер,
проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его поле
данных для последующей обработки протоколу лежащего выше над FDDI уровня
(например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В
передаваемом в сеть кадре (также как и у кадра Token Ring) станция
назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и
отсутствия или наличия в нем ошибок.
После этого кадр
продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция,
являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из
сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. При этом
исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и
не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не
входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы
более высоких уровней.
Cтруктура протоколов
технологии FDDI в проекции на семиуровневую модель OSI определяет
протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC)
канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI
использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC),
определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2. FDDI
использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в
дейтаграммном режиме - без установления соединений и без восстановления
потерянных или поврежденных кадров.
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.
Отличия метода доступа FDDIзаключаются
в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является
постоянной величиной, как в сети Token Ring.
Здесь это время зависит
от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших
перегрузках может уменьшаться до нуля.
Изменения в методе
доступа касаются только асинхронного трафика, который не чувствителен к
небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания
маркера по-прежнему остается фиксированной величиной.
Механизм приоритетов
кадров, который присутствовал в технологии Token Ring, в технологии FDDI
отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8
уровней приоритетов избыточно и достаточно просто разделить трафик на два
класса - асинхронный и синхронный. Синхронный трафик обслуживается
всегда, даже при перегрузках кольца.
В остальном пересылка
кадров между станциями кольца на уровне MAC, как мы уже рассмотрели,
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
также 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.
Формат кадра
PA - Преамбула
(Preamble): 16 или более пустых символов.
SD - начальный
разделитель (Starting Delimiter): последовательность 'J' и 'K'.
FC - Frame Control: 2
символа, отвечающие за тип информации в поле INFO
DA - Адрес получателя
(Destination Address): 12 символов, показывающие кому адресован кадр.
SA - Адрес отправителя
(Source Address): 12 символов, показывающие адрес отправителя кадра.
INFO - Поле данных
(Information Field): 0 до 4478 байтов информации.
FCS - Контрольная сумма
(Frame Check Sequence): 8 символов CRC.
ED - Конечный разделитель
(Ending Delimiter)
Формат маркера
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.
Конечно, все-таки, есть и
отличительные особенности стандарта ANSI - технологии FDDI.
Одной такой особенностью
является то, что в технологии FDDI выделен еще один уровень управления
станцией - Station Management (SMT) .
Именно уровень SMT
выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека
протоколов FDDI. В спецификации SMT определено следующее:
Алгоритмы обнаружения
ошибок и восстановления после сбоев;
Правила мониторинга
работы кольца и станций;
Управление кольцом;
Процедуры инициализации
кольца.
В управлении кольцом
принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы
обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.
Отказоустойчивость сетей FDDI
обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня
устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а
с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного
внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.
Итак, мы с вами
рассмотрели самые общие характеристики технологии FDDI. Давайте
подробней остановимся именно на отличительных особенностях.
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 кадр (тип кадра определяется протоколами верхних
уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном
поступлении 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_0pr.
Если в технологии Token
Ring мы с вами говорили, что 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_0рr во время
инициализации кольца.
Каждая станция может
предложить свое значение Т_0рr, в результате для кольца устанавливается минимальное
из предложенных станциями времен.
Эта особенность позволяет
учитывать потребности тех приложений, которые работают на станциях кольца.
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_0рr.
Если кольцо не
перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рr, то есть
TRT меньше Т_0рr.
В случае TRT меньше
Т_0рr станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в
кольцо.
Время удержания
маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT
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_0рr. 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.
Отказоустойчивость
технологии FDDI
Для обеспечения
отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух
оптоволоконных колец - первичного и вторичного. В стандарте FDDI
допускаются два вида подсоединения станций к сети.
Одновременное подключение
к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual
Attachment, DA. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным
подключением - Single Attachment, SA.
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).
Обычно концентраторы
имеют двойное подключение, а станции - одинарное, хотя это и не обязательно.
Обычно подключаются к
кольцу через концентратор. Имеют один порт который работает на прием и на
передачу
Чтобы устройства легче
было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются.
Разъемы типа А и В
должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master)
имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный
разъем должен иметь тип S (Slave).
DAS обычно подключаются к кольцу
через 2 порта A и B, оба имеют возможность принимать и передавать, что
позволяет подключаться к двум кольцам.
Концентраторы позволяют SAS
и DAS узлам подключаться к двойному FDDI кольцу. Концентраторы
имеют М (master) порты для подключения SAS и DAS портов, а также
могут сами иметь SAS и DAS порты.
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. Двукратный обрыв кабеля приведет
к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего
к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо
продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе -
порт М, к которому была подключена данная станция, будет исключен из
общего пути.
Для сохранения
работоспособности сети 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.
Физический уровень технологии FDDI
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.
Самый важный служебный
символ - Idle - простой, который постоянно передается между портами в
течение пауз между передачей кадров данных.
За счет этого символа
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 производится
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 соединение (например, соединение S-S является некорректным
и т. п.). Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала
при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность
уровня MAC соединенных устройств путем передачи нескольких кадров MAC.
Если все тесты прошли
успешно, то физическое соединение считается установленным.
Работу по установлению
физического соединения контролирует протокол управления станцией SMT.
Технология FDDI в
настоящее время поддерживает волоконно-оптический кабель и неэкранированную
витую пару категории 5, которая начала использоваться совсем недавно.
Оптоволоконный интерфейс
спецификации FDDI определяет:
использование в качестве
основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля
62,5/125 мкм;
требования к мощности
оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети; для
стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному
расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние
увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля;
требования к оптическим
обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим
приемопередатчикам;
требования к параметрам
оптических разъемов MIC (Media Interface Connector) , их маркировку;
использование для
передачи света с длиной волны в 1300 нм;
представление сигналов в
оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.
Использование витой пары
категории 5 определяет возможность передачи данных между станциями по витой
паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3.
Для получения
равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием
проходят через скрэмблер.
Максимальное
расстояние между узлами в соответствии со в случае использования витой пары cat
5 равно 100 м.
Максимальная общая
длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с
двойным подключением в кольце - 500.
Теперь, я предлагаю в
виде некоторых таблиц сравнения представить более сгруппировано, основные
отличия технологии FDDI, которая не является стандартом комитета IEEE
(напоминаю FDDI - это стандарт ANSI), с его стандартными
технологиями группы 802: Ethernet 802.3 и Token Ring 802.5.
Сравнение FDDI с
технологиями Ethernet и Token Ring
|
Характеристика |
FDDI |
EthernetToken
Ring |
|
Битовая
скорость |
100
Мб/с |
10
Мб/с16 Мб/c |
|
Топология |
Двойное
кольцо |
Шина/звездаЗвезда/кольцо
|
|
Метод
доступа |
Доля от
времени |
CSMA/CDПриоритетная
система резервирования |
|
Среда
передачи |
Многомодовое |
Толстый
коаксиал, |
|
Максимальная
длина сети (без мостов) |
200 км |
2500
м1000 м |
|
Максимальное
расстояние между узлами |
2 км
(-11 dB потерь |
2500 м
100 м |
|
Максимальное |
500
(1000 соединений) |
1024260
для экранированной витой пары, 72 для |
|
Тактирование
и |
Распределенная |
Не
определеныАктивный монитор |
Как мы отмечали в самом
начале знакомства с технологией FDDI, она разрабатывалась для применения
в ответственных участках сетей - на магистральных соединениях между крупными
сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети
высокопроизводительных серверов. Поэтому главным для разработчиков было
обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне
протокола и большие расстояния между узлами сети.
Всех этих целей успешно
достигли. В результате технология FDDI получилась весьма качественной,
но и весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не
намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI.
Поэтому практика
показала, что основной областью применения технологии FDDI стали именно
магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба
крупного города, то есть класса MAN, а не просто локальные сети
персональных компьютеров и небольших серверов (все-таки очень дорогое
удовольствие).
А поскольку оборудование FDDI
выпускается уже около 10 лет, значительного снижения его стоимости ожидать не
приходится.
В результате сетевые
специалисты с начала 90-х годов стали искать пути создания сравнительно
недорогих и в то же время высокоскоростных технологий, которые бы так же
успешно работали на всех этажах корпоративной сети, как это делали в 80-е годы
технологии Ethernet и Token Ring.
Итак, давайте теперь
сделаем несколько обобщающих выводов из нашего знакомства с основными
особенностями технология FDDI:
1. FDDI первой
использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях, а также работу на
скорости 100 Мбит/с.
2. Существует
значительная "схожесть" между технологиями Token Ring и FDDI:
для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.
3. Технология FDDI
является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. При однократных
отказах кабельной системы или станции сеть, за счет "сворачивания"
двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.
4. Маркерный метод
доступа FDDI работает по-разному для синхронных и асинхронных кадров
(тип кадра определяет станция). Для передачи синхронного кадра станция всегда
может захватить пришедший маркер на фиксированное время. Для передачи
асинхронного кадра станция может захватить маркер только в том случае, когда
маркер выполнил оборот по кольцу достаточно быстро, что говорит об отсутствии
перегрузок кольца. Такой метод доступа, во-первых, отдает предпочтение
синхронным кадрам, а во-вторых, регулирует загрузку кольца, притормаживая передачу
несрочных асинхронных кадров.
5. В качестве физической
среды технология FDDI использует волоконно-оптические кабели и UTP
категории 5 (этот вариант физического уровня называется TP-PMD).
6. Максимальное
количество станций двойного подключения в кольце - 500, максимальный
диаметр двойного кольца - 100 км. Максимальные расстояния между
соседними узлами для многомодового кабеля равны 2 км, для витой пары UPT
категории 5-100 м, а для одномодового оптоволокна зависят от его качества.
Сети ArcNet.
Attached Resourse
Computing Network (ARCnet) - сетевая архитектура, разработанная компанией Datapoint в
середине 70-х годов (наверное, пора уточнять - XX века :-).
Сеть Arcnet
использует схему передачи маркера по шинной топологии, - некая комбинацию
технологий Token Ring и Ethernet. Такой метод доступа получил название Token
Bus.
Этот метод
предусматривает следующие правила:
все устройства,
подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на
передачу (маркер),
в любой момент времени
только одна станция в сети обладает таким правом,
кадр, передаваемый одной
станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.
Итак, адаптеры ARCNet
поддерживают метод доступа - маркерная шина и обеспечивают производительность 2,5
Мбит/с. Да после технологии FDDI такие цифры для нас уже слишком
малы, но это еще более демонстрирует тот факт почему сейчас технология ARCNet
практически не используется в локальных сетях. Но мы с ней все равно
познакомимся в общеобразовательных целях. Эту технологию скорее следует
воспринимать уже как историческое прошлое, чем перспективное будущее.
В качестве стандарта IEEE
ARCnet как таковой принят не был, но частично соответствует IEEE 802.4.
ARCnet комбинирует схемы с передачей
маркера со звездообразной, шинной или древовидной топологией (вместо кольцевой
топологии, как в IBM Token Ring).
В ARCnet
применяется широковещательная передача сигналов в топологии "звезда",
аналогичная широковещательной рассылке в шине Ethernet. Между тем есть
важное отличие:
сетевые платы ARCnet
не могут передавать сигнал, пока не получат маркер.
Комбинация передачи
маркера с одной из перечисленных топологий превращает ARCnet в
относительно гибкий и надежный стандарт топологии.
Основные
характеристики технологии ARCnet.
Как ни странно, но мы
начнем с недостатков технологии ARCnet.
ARCnet имеет два главных недостатка.
Прежде всего, она
обеспечивает низкую скорость передачи данных - всего 2.5 Мбит/с,
соответственно имеет кадры меньшего размера, чем Token Ring -512 бит
вместо 4098 бит.
В схеме передачи маркера ARCnet
применяется топология "логическое кольцо", основанная на адресах
узлов, а не на их физическом местоположении (помните, мы как то с вами
рассматривали случаи несовпадения физической и логической топологии сети..).
В ARCnet маркер
передается не следующей рабочей станции, "сидящей" на кабеле, а
сетевому узлу со следующим адресом (в возрастающем порядке). Такое
использование адресов узлов означает, что ARCnet будет передавать маркер
станции со следующим адресом, независимо от того, где она находится - в той же
комнате или совсем в другом здании. Кроме того, в ARCnet маркер
передается с фиксированной скоростью. Все это снижает быстродействие локальной
сети. В то же время правильная инсталляция позволит свести данную проблему к
минимуму.
Другой причиной падения
популярности ARCnet стала ее замкнутая стандартизация. ARCnet
была спроектирована для обеспечения взаимодействия устройств. С тех пор в
данной области появились существенные усовершенствования.
В то же время устройства ARCnet
достаточно стандартизированы, чтобы любое из них (от любого производителя)
можно было подключить к любой сети ARCnet.
ARCnet обладает и некоторыми реальными
преимуществами. Ее звездообразная топология и кабельная фильтрация повышают
надежность сети. В распределенной звездообразной архитектуре ARCnet
использует для управления и маршрутизации маркеров данных от одной станции к
другой пассивные и активные концентраторы. Поскольку маркер передается с
фиксированной скоростью, конфликтов не возникает, поэтому ARCnet
функционирует очень стабильно, а такой режим работы очень важен для
локальных сетей.
Поэтому для многих
организаций выбор технологии ARCnet остается вполне функциональным и
экономичным способом построения сети.
Теоретически сеть ARCnet
способна поддерживать до 255 узлов, но системы ARCnet такого
размера непрактичны.
В сетях ARCNet
используется асинхронный метод передачи данных (в сетях Ethernet и Token
Ring применяется синхронный метод). То есть передача каждого байта в ARCNet
выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи
информации), состоящей из трёх служебных старт/стоповых битов и восьми
битов данных.
В ARCNet
определены 5 типов кадров:
Кадр ITT (Invitations To Transmit) - приглашение к передаче. Станция, принявшая этот кадр,
получает право на передачу данных.
Кадр FBE (Free Buffer
Enquiries) - запрос о готовности к приёму данных. С помощью этого кадра
проверяется готовность узла к приёму данных.
Кадр DATA - с
помощью этого кадра передаётся пакет данных.
Кадр ACK
(ACKnowledgments) - подтверждение приёма. Подтверждение готовности к приёму
данных (ответ на FBE) или подтверждение приёма кадра DATA без шибок (ответ на
DATA).
Кадр NAK (Negative
ACKnowledgments) - Узел не готов к приёму данных (ответ на FBE) или принят
кадр с ошибкой (ответ на DATA).
Эти кадры содержат
следующие поля:
|
ITT |
FBE |
DATA
ACK NAK |
|
AB (1) |
AB (1) |
AB (1)
AB (1) AB (1) |
|
EOT (1) |
ENQ (1) |
SOH
(1)ACK (1) NAK (1) |
|
DID (2)
|
DID (2)
|
SID (1)
|
|
|
|
DID (2)
|
|
|
|
COUNT |
|
|
|
кадр
(1-508) |
|
|
|
|
|
|
|
CRC |
Эти поля имеют следующее
назначение (указанные цифры в таблице - это длина поля в байтах):
AB (Alert Burst) - начальный разделитель. Он
выполняет функции преамбулы кадра.
EOT (End Of Transmit) - символ конца передачи.
DID (Destination Identification) - адрес приёмника (ID приёмника). Если в поле заносится значение
00h, то кадр обрабатывается всеми станциями.
ENQ (ENQuiry) - символ запроса о готовности к
приёму данных.
SOH (Start Of Header) - символ начального заголовка.
SID (Source Identification) - адрес источника (ID источника).
COUNT = 512-N, где N - длина пакета в байтах.
CRC - контрольная сумма.
ACK (ACKnowledgments) - символ готовности к приёму
данных.
NAK (Negative
ACKnowledgments) -
символ не готовности к приёму данных.
Все станции в сети ARCNet
определяются 8-битовым ID (Identification - физический адрес сетевого
адаптера). Этот адрес устанавливается переключателями на плате.
В сети ARCNet
очерёдность передачи данных определяется физическими адресами станций (ID).
Первой является станция с наибольшим адресом, затем следует станция с
наименьшим адресом, далее - в порядке возрастания адресов. Каждая станция знает
адрес следующей за ней станции (NextID или NID). Этот адрес определяется
при выполнении процедуры реконфигурации системы.
Выполнив передачу данных,
станция передаёт право на передачу данных следующей станции при помощи кадра ITT,
при этом в поле DID устанавливается адрес NID. Следующая станция
передаёт данные, затем кадр ITT и так далее. Таким образом, каждой
станции предоставляется возможность передать свои данные.
Для передачи пакета
станция сначала должна получить маркер. Получив маркер, узел посылает кадр FBE
той станции, которой должны быть переданы данные.
Если станция-приёмник не
готова, она отвечает кадром NAK, в противном случае - ACK.
Получив ACK, узел,
владеющий маркером, начинает передавать кадр DATA.
После отправки кадра
передатчик ожидает ответа в течение 75,6 мкс. Если получен ответ ACK, то
передатчик передаёт маркер следующей станции. Если получен ответ NAK, то
передатчик повторно передаёт приёмнику кадр DATA.
Затем, вне зависимости от
ответа маркер передаётся следующей станции.
Каждая станция начинает
принимать кадр DATA, обнаружив передачу начального разделителя AB.
Затем сравнивает значение
адреса DID со своим адресом. Если адреса одинаковы или пришёл broadcast-кадр,
данные записываются в буфер станции, если нет, то кадр игнорируется.
Кадр считается нормально
принятым, если он принят полностью, и контрольная сумма совпадает со значением
в поле CRC.
Получив нормальный кадр DATA,
станция передаёт ответ ACK. Если при приёме обнаружена ошибка, то
передаётся ответ NAK.
В ответ на
широковещательный кадр DATA кадры ACK и NAK не передаются.
В заключение рассмотрим,
как выполняется реконфигурация сети ARCNet.
Реконфигурация сети
выполняется автоматически всякий раз при включении новой станции или при потере
маркера. Сетевой адаптер начинает реконфигурацию, если в течение 840 мс не
получен кадр ITT. Реконфигурация производится с помощью специального
кадра реконфигурации (Reconfiguration Burst) .
Такой кадр длиннее любого
другого кадра, поэтому существующий маркер будет разрушен (из-за коллизии), и
никакая станция в сети не будет владеть маркером (т. е. правом на передачу).
После приёма кадра
реконфигурации каждая станция переходит в состояние ожидания на время, равное 146*(256-ID)
мкс.
Если по окончании
тайм-аута передач по сети не было (а это справедливо только для станции с
наибольшим адресом ID), то узел передаёт кадр ITT с адресом DID,
равным собственному ID.
Если ни одна станция не
ответила, узел увеличивает DID на единицу и повторяет передачу кадра ITT
и т. д.
После положительного
ответа маркер передаётся ответившей станции, а её адрес ID запоминается
как адрес следующей станции (NID) .
Эта операция повторяется,
пока маркер не вернётся к первому узлу (станции с максимальным адресом).
При выполнении
реконфигурации каждая станция в сети узнаёт следующую за ней станцию. Таким
образом, формируется логическое кольцо, определяющее последовательность
передачи маркера.
В качестве физической
среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару
и оптоволоконный кабель.
Естественно, самые
популярными вариантами были сети ARCnet на коаксиале и витой паре.
Сети ArcNet
присуща некоторая интеграция. Если Acrnet-станции связаны с сервером или
машртутизатором, с помощью нее трафик может переключиться на Ethernet
или Token Ring.
В начале 90-х Datapoint,
пытаясь как-то поддержать свою технологию, разработала стандарт ARCNETPLUS,
со скоростью передачи до 20 Мбит/с.
Но время было упущено -
чересчур медленный ARCnet к тому времени мало где выжил, а новому ARCNETPLUS
уже предшествовал 100 Мегабитный стандарт Fast Ethernet.
Но есть еще места для
применения ARCnet и в современной сети. Допустимая длина коаксиального
кабеля при топологии "звезда" - 610 м. Чем не вариант для
соединения локальных сетей в двух рядом стоящих зданиях? Что называется -
"дешевле не бывает".
Проблемы остаются только
две - найти старинные сетевые адаптеры и установить старые драйвера на современной
операционной системе :)
Основные характеристики
технологии ARCnet:
|
максимальное
количество узлов |
255 |
|
Максимальное
расстояние между узлами |
6060.6
м |
|
метод
доступа |
Token
Bus |
|
пропускная
способность |
2,5
Мбит/с |
Все что мы узнали о сетях
ARCnet - это нам для общего знакомства, поскольку на практике, вряд ли
сейчас можно встретить сети исполльзующие эту технологию.
Несколько слов о новой сетевой технологии - 100VG-AnyLAN
Теперь от совсем старого
мы переходим к совсем новому.
В период усовершенствования
сетей Ethernet в качестве альтернативы технологии Fast Ethernet,
фирмы был выдвинут проект новой технологии со скоростью передачи данных 100
Мб/с - 100Base-VG.
В этом проекте было
предложено усовершенствовать метод доступа с учетом потребности мультимедийных
приложений, при этом сохранить совместимость формата пакета с форматом пакета
сетей 802.3.
В сентябре 1993
года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE 802.12,
который занялся стандартизацией новой технологии.
Проект был расширен за
счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и
формата Token Ring.
В результате новая
технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых
сетей (Any LAN - любые сети), имея в виду, что в локальных сетях технологии Ethernet
и Token Ring используются в подавляющем количестве узлов локальной сети.
Летом 1995 года
технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта IEEE 802.12.
Основные особенности
технологии 100VG-AnyLAN
В технологии 100VG-AnyLAN
определили новый метод доступа Demand Priority и новую схему квартетного
кодирования Quartet Coding, использующая избыточный код 5В/6В,
который обеспечивает спектр сигнала в диапазоне до 16 МГц (полоса пропускания
UTP категории 3) при скорости передачи данных 25 Мбит/с.
Метод доступа Demand
Priority предполагает передачу концентратору всех функций, которые решают
проблему доступа к разделяемой среде, и поддерживает приоритетный доступ для
синхронных приложений. Таким образом, этот метод обеспечивает более
справедливое распределение пропускной способности сети по сравнению с методом CSMA/CD.
Кадры передаются не всем станциям сети, а только станции назначения.
Данные передаются
одновременно по 4 парам кабеля UTP категории 3. По каждой паре данные
передаются со скоростью 25 Мбит/с, что в сумме дает 100 Мбит/с.
В отличие от Fast
Ethernet в сетях 100VG-AnyLAN нет коллизий, поэтому и удалось использовать для передачи все
четыре пары стандартного кабеля категории 3.
Сеть 100VG-AnyLAN
состоит из центрального концентратора, называемого также корневым, и
соединенных с ним конечных узлов и других концентраторов.
При соединении
концентраторов допускается три уровня каскадирования.
Каждый концентратор и
сетевой адаптер 100VG-AnyLAN должен быть настроен либо на работу с
кадрами Ethernet, либо с кадрами Token Ring, причем одновременно
циркуляция обоих типов кадров не допускается.
Работа происходит
следующим образом:
Концентратор циклически
выполняет опрос портов. Станция, желающая передать пакет, посылает специальный
низкочастотный сигнал концентратору, запрашивая передачу кадра и указывая его
приоритет.
В сети 100VG-AnyLAN
используются два уровня приоритетов - низкий и высокий.
Низкий уровень приоритета
соответствует обычным данным (файловая служба, служба печати и т. п.), а
высокий приоритет соответствует данным, чувствительным к временным задержкам
(например, мультимедиа).
Приоритеты запросов имеют
статическую и динамическую составляющие, то есть станция с низким уровнем
приоритета, долго не имеющая доступа к сети, получает высокий приоритет.
Если сеть свободна, то
концентратор разрешает передачу пакета. После анализа адреса получателя в
принятом пакете концентратор автоматически отправляет пакет станции назначения.
Если сеть занята,
концентратор ставит полученный запрос в очередь, которая обрабатывается в
соответствии с порядком поступления запросов и с учетом приоритетов. Если к
порту подключен другой концентратор, то опрос приостанавливается до завершения
опроса концентратором нижнего уровня.
Станции, подключенные к
концентраторам различного уровня иерархии, не имеют преимуществ по доступу к
разделяемой среде, так как решение о предоставлении доступа принимается после
проведения опроса всеми концентраторами опроса всех своих портов.
Остается неясным вопрос -
каким образом концентратор узнает, к какому порту подключена станция
назначения?
Во всех других
технологиях кадр просто передавался всем станциям сети, а станция назначения, распознав
свой адрес, копировала кадр в буфер. Для решения этой задачи концентратор
узнает адрес MAC станции в момент физического присоединения ее к сети
кабелем. Если в других технологиях процедура физического соединения выясняет
связность кабеля (link test в технологии 10Base-T), тип порта
(технология FDDI), скорость работы порта (процедура auto-negotiation
в Fast Ethernet), то в технологии 100VG-AnyLAN концентратор при
установлении физического соединения выясняет адрес MAC станции. И
запоминает его в таблице адресов MAC, аналогичной таблице
моста/коммутатора.
Отличие концентратора 100VG-AnyLAN
от моста/коммутатора в том, что у него нет внутреннего буфера для хранения
кадров. Поэтому он принимает от станций сети только один кадр, отправляет его
на порт назначения и, пока этот кадр не будет полностью принят станцией
назначения, новые кадры концентратор не принимает. Так что эффект разделяемой
среды сохраняется.
При этом улучшается
безопасность сети - кадры не попадают на чужие порты, и их труднее
перехватить.
Физическая среда
передачи технологии 100VG-AnyLAN
Технология 100VG-AnyLAN
поддерживает несколько спецификаций физического уровня.
Первоначальный вариант
был рассчитан на четыре неэкранированные витые пары категорий 3,4,5. Позже
появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкранированные
витые пары категории 5, две экранированные витые пары типа 1 или же два
оптических многомодовых оптоволокна.
Важная особенность
технологии 100VG-AnyLAN - сохранение форматов кадров Ethernet и Token
Ring.
Сторонники 100VG-AnyLAN
утверждают, что этот подход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и
маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами
сетевого управления, в частности с анализаторами протоколов.
Несмотря на много хороших
технических решений, технология 100VG-AnyLAN все-таки не нашла большого
количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast
Ethernet.
Итак, давайте, по нашей
традиции, соберем все, что нам стало известно об этой технологии:
Потребности в
высокоскоростной и в то же время недорогой технологии для подключения к сети
мощных рабочих станций привели в начале 90-х годов к созданию инициативной
группы, которая занялась поисками нового Ethernet - такой же простой и
эффективной технологии, но работающей на скорости 100 Мбит/с.
Специалисты разбились на два лагеря, что в конце концов привело к появлению
двух стандартов, принятых осенью 1995 года: комитет 802.3 утвердил
стандарт Fast Ethernet, почти полностью повторяющий технологию Ethernet
10 Мбит/с, а специально созданный комитет 802.12 утвердил стандарт
технологии 100VG-AnyLAN, которая сохраняла формат кадра Ethernet,
но существенно изменяла метод доступа.
В технологии 100VG-AnyLAN
арбитром, решающим вопрос о предоставлении станциям доступа к разделяемой
среде, является концентратор, поддерживающий метод Demand Priority -
приоритетные требования. Метод Demand Priority оперирует с двумя
уровнями приоритетов, выставляемыми станциями, причем приоритет станции, долго
не получающей обслуживания, повышается динамически.
Концентраторы VG
могут объединяться в иерархию, причем порядок доступа к среде не зависит от
того, к концентратору какого уровня подключена станция, а зависит только от
приоритета кадра и времени подачи заявки на обслуживание.
Технология 100VG-AnyLAN
поддерживает кабель UTP категории 3, причем для обеспечения скорости 100 Мбит/с
передает данные одновременно по 4-м парам. Имеется также физический стандарт
для кабеля UTP категории 5, кабеля STP Type 1 и волоконно-оптического кабеля
Технология
100VG-AnyLAN
получила меньшую популярность среди производителей коммуникационного
оборудования, чем конкурирующее предложение - технология Fast Ethernet.
Компании, которые не поддерживают технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это
тем, что для большинства сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей
технологии Fast Ethernet, которая не так заметно отличается от привычной
большинству пользователей технологии Ethernet.
Тем не менее, число
сторонников технологии 100VG-AnyLAN растет. Среди них находятся не
только копании Hewlett-Packard и IBM, но и такие лидеры как Cisco
Systems, Cabletron, D-Link и другие. Все эти компании поддерживают обе
конкурирующие технологии в своих продуктах, выпуская модули с портами как Fast
Ethernet, так и 100VG-AnyLAN.
В этом разделе мы
познакомились только с самыми основными отличительными особенностями технологии
100VG-AnyLAN, для общего развития.
