Fddi протоколу. Мережі fddi. Протоколи, історія, стан - Реферат. Синхронна та асинхронна передача

У Росії її триває процес інтенсивного впровадження нових модернізації існуючих локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Зростаючі розміри мереж, прикладні програмні системи, що вимагають все більших швидкостей обміну інформацією, підвищуються вимоги до надійності та стійкості до відмови змушують шукати альтернативу традиційним мережам Ethernet і Arcnet. Один з видів високошвидкісних мереж – FDDI (Fiber Distributed Data Interface – розподілений оптоволоконний інтерфейс даних). У статті розглядаються можливості використання FDDI під час побудови корпоративних комп'ютерних комплексів.

За прогнозами фірми Peripheral Strategies у всьому світі до 1997 року до локальних обчислювальних мереж буде підключено понад 90% всіх персональних комп'ютерів (нині - 30-40%). Мережеві комп'ютерні комплекси стають невід'ємними засобами виробництва будь-якої організації чи підприємства. Швидкий доступ до інформації та її достовірність підвищують можливість прийняття правильних рішень персоналом і, зрештою, можливість виграшу в конкурентній боротьбі. У своїх керуючих та інформаційних системах фірми бачать кошти стратегічної переваги над конкурентами та розглядають інвестиції в них як капітальні вкладення.

У зв'язку з тим, що обробка та персилка інформації за допомогою комп'ютерів стають все швидше та ефективнішими, відбувається справжній інформаційний вибух. ЛОМ починають зливатися в територіально-розподілені мережі, збільшується кількість підключених до ЛОМ серверів, робочих станцій і периферійного обладнання.

Сьогодні в Росії комп'ютерні мережі багатьох великих підприємств та організацій являють собою одну або декілька ЛОМ, побудованих на основі стандартів Arcnet або Ethernet. У якості мережного операційного середовища зазвичай застосовується NetWare v3.11 або v3.12 з одним або декількома файловими серверами. Ці ЛОМ або зовсім не мають зв'язку один з одним, або з'єднуються кабелем, що працює в одному з цих стандартів через внутрішні або зовнішні програмні маршрутизатори NetWare.

Сучасні операційні системи та прикладне програмне забезпечення вимагають для своєї роботи пересилання великих обсягів інформації. Одночасно з цим потрібно забезпечувати передачу інформації з дедалі більшими швидкостями та все більші відстані. Тому рано чи пізно продуктивність мереж Ethernet і програмних мостів і маршрутизаторів перестають задовольняти потребам користувачів, що зростають, і вони починають розглядати можливості застосування у своїх мережах більш швидкісних стандартів. Одним із них є FDDI.

Принцип дії мережі FDDI

Мережа FDDI є волоконно-оптичним маркерним кільцем зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек.

Стандарт FDDI розроблено комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються всіма провідними виробниками мережевого обладнання. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований на X3T12.

Використання як середовище поширення волоконної оптики дозволяє суттєво розширити смугу пропускання кабелю та збільшити відстані між мережевими пристроями.

Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при розрахованому на багато користувачів доступі. Допустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить у межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної спроможності (10 Мбіт/сек), в іншому випадку ймовірність виникнення колізій стає не надто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI допустима утилізація може сягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вища.

Детермінована природа протоколу FDDI (можливість передбачення максимальної затримки при передачі пакета по мережі та можливість забезпечити гарантовану смугу пропускання для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережевих АСУ ТП реального часу та у додатках, критичних на час передачі інформації (наприклад для передачі відео та звукової інформації).

Багато своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мереж Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія та маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, яка одержала маркер, може передавати свої дані.

Однак FDDI має і низку принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінено алгоритм модуляції даних фізично. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги сигналу, що передається щодо даних, що передаються. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять із чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма бітами, що передаються. При передачі 100 Мбіт інформації в секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек, замість 200 Мбіт/сек, що знадобилося б при використанні манчестерського кодування.

Оптимізовано та керування доступом до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засноване на побітовій основі, а в FDDI на паралельній обробці групи з чотирьох або восьми бітів, що передаються. Це знижує вимоги до швидкодії обладнання.

Фізично кільце FDDI утворене волоконно-оптичним кабелем з двома світлопровідними вікнами. Один з них утворює первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворює вторинне кільце (secondary ring), є резервним і нормальному режимі не використовується.

Станції, підключені до FDDI, поділяються на дві категорії.

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

2. Станції класу І мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - одноразово підключена станція) і підключається лише через спеціальні пристрої, які називаються концентраторами.

На рис. 1 показаний приклад підключення концентратора і станцій класів А і В замкнутий контур, по якому циркулює маркер. На рис. 2 показана складніша топологія мережі з розгалуженою структурою (Ring-of-Trees - кільце з дерев), що утворюється станціями класу Ст.

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

Стандарт X3T9.5 має низку 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 та приймально-передавального обладнання (може досягати 60 і більше км).

Відмовостійкість мереж FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5 регламентує 4 основні відмовостійкі властивості мереж FDDI:

1. Кільцева кабельна система зі станціями класу А відмовостійка до одноразового обриву кабелю в будь-якому місці кільця. На рис. 3 показаний приклад обриву як первинного, так і вторинного волокон у кільцевому кабелі. Станції, що знаходяться по обидва боки урвища, переконфігурують шлях циркуляції маркера і даних, підключаючи для цього вторинне волоконно-оптичне кільце.

2. Вимкнення живлення, відмова однієї зі станцій класу або обрив кабелю від концентратора до цієї станції буде виявлений концентратором, і відбудеться відключення станції від кільця.

3. Дві станції класу підключені відразу до двох концентраторів. Цей спеціальний вид підключення називається Dual Homing і може бути використаний для стійкого до відмови (до несправностей в концетраторі або в кабельній системі) підключення станцій класу В за рахунок дублювання підключення до основного кільця. У нормальному режимі обмін даними відбувається через один концентратор. Якщо з будь-якої причини зв'язок втрачається, обмін буде здійснюватися через другий концентратор.

4. Вимикання живлення або відмова однієї зі станцій класу А не призведе до відмови інших станцій, підключених до кільця, тому що світловий сигнал буде пасивно передаватися до наступної станції через оптичний перемикач (Optical Bypass Switch). Стандарт допускає мати до трьох послідовно розташованих вимкнених станцій.

Оптичні перемикачі виробляють фірми Molex та AMP.

Синхронна та асинхронна передача

Підключення до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - в синхронному та асинхронному.

Синхронний режим влаштований в такий спосіб. У процесі ініціалізації мережі визначається очікуваний час обходу кільця маркером – TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, відводиться гарантований час передачі даних в кільце. Після закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу та надіслати маркер у кільце.

Кожна станція на 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 раніше очікуваного часу обходу TTRT, станція може продовжити час передачі своїх даних у кільце і після закінчення синхронної передачі. На цьому ґрунтується асинхронна передача. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією дорівнюватиме рахності між очікуваним і реальним часом обходу кільця маркером.

З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна або кілька станцій не мають достатнього обсягу даних, щоб повністю використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, то невикористаними смуга пропускання відразу стає доступною для асинхронної передачі іншими станціями.

Кабельна система

Підстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) як базова кабельна система 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 менше ніж -31 dBm. За такої вхідної потужності ймовірність помилки на біт при ретрансляції даних станцією має перевищувати 2.5*10 -10 . При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 dBm ця ймовірність повинна знизитися до 10 -12 .

Максимально допустимий рівень втрат сигналу в кабелі стандарт визначає 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 в якості передавального елемента зазвичай 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 маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS+. Сегменти одномодового та багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть змінюватись. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco є можливість вибору модулів з усіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий-многомодовий, багатомодовий-одномодовий, одномодовий-многомодовий, одномодовий-одномодовий.

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

Підстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних з мідних кабелів) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованої (IBM Type 1) та не екранованої (Category 5) кручених пар. Це значно спрощує процес інсталяції кабельної системи та здешевлює її, мережеві адаптери та обладнання концентраторів. Відстань між станціями при використанні кручених пар не повинні перевищувати 100 км.

Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає FDDI модулі для своїх концентраторів, які дозволяють працювати або в стандартному режимі, коли вторинне кільце використовується тільки з метою відмовостійкості при обриві кабелю, або в розширеному режимі, коли вторинне кільце також використовується для передачі даних. У другий випадок смуга пропускання кабельної системи розширюється до 200 Мбіт/сек.

Підключення обладнання до мережі FDDI

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

Безпосереднє підключення

Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлів, архіваційних та інших серверів, середніх та великих ЕОМ, тобто ключових мережевих компонентів, які є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і вимагають високих швидкостей введення-виводу по мережі .

Аналогічно можна підключити робочі станції. Однак, оскільки мережні адаптери для FDDI дуже дорогі, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну мережею є обов'язковою умовою для нормальної роботи програми. Приклади таких програм: системи мультимедіа, передача відео та звукової інформації.

Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовують спеціалізовані мережеві адаптери, які звичайним чином вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect та ін. На ринку є карти під усі поширені шини - ISA, EISA та Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А або В для всіх видів кабельної системи – волоконно-оптичної, екранованої та неекранованої кручених пар.

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

Підключення через мости та маршрутизатори

Мости (bridges) та маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інших протоколів, наприклад, Token Ring та Ethernet. Це уможливлює економічне підключення до FDDI великої кількості робочих станцій та іншого мережевого обладнання як у нових, так і вже існуючих ЛОМ.

Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються у двох варіантах - у закінченому вигляді, що не допускає подальшого апаратного нарощування або переконфігурації (так звані standalone-пристрою), і у вигляді модульних концентраторів.

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

Модульні концентратори застосовуються у складних великих мережах як центральні мережні пристрої. Концентратор являє собою корпус із джерелом живлення та з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляють мережні комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛОМ, об'єднати кабельні системи різних типів та протоколів. Слоти, що залишилися вільними, можна використовувати для подальшого нарощування ЛОМ.

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

Концентратор – це центральний вузол ЛОМ. Його відмова може призвести до зупинки всієї мережі або принаймні значної її частини. Тому більшість фірм, що виробляють концентратори, вживають спеціальних заходів для підвищення їхньої відмовостійкості. Такими заходами є резервування джерел живлення в режимі поділу навантаження або гарячого резервування, а також можливість зміни або встановлення модулів без відключення живлення (hot swap).

Щоб знизити вартість концетратора, всі його модулі запитуються від загального джерела живлення. Силові елементи джерела живлення є найбільш імовірною причиною його відмови. Тому резервування джерела живлення суттєво продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожен із джерел живлення концетратора може бути підключений до окремого джерела безперебійного живлення (UPS) у разі несправностей у системі електропостачання. Кожен із UPS бажано підключити до готельних силових електричних мереж від різних підстанцій.

Можливість зміни або доустановки модулів (часто включаючи джерела живлення) без відключення концентратора дозволяє провести ремонт або розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережні сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.

Мости FDDI-Ethernet

Мости працюють на перших двох рівнях моделі взаємодії відкритих систем - на фізичному та канальному - і призначені для зв'язку кількох ЛОМ однотивних або різних протоколів фізичного рівня, наприклад, Ethernet, Token Ring та FDDI.

За своїм принципом дії мости поділяються на два типи (Sourece Routing – маршрутизація джерела) вимагають, щоб вузол-відправник пакету розміщував у ньому інформацію про шлях його маршрутизації. Іншими словами, кожна станція повинна мати вбудовані функції мартшрутизації пакетів. Другий тип мостів (Transparent Bridges – прозорі мости) забезпечують прозорий зв'язок станцій, розташованих у різних ЛОМ, і всі функції маршрутизації виконують тільки самі мости. Нижче ми говоритимемо лише про такі мости.

Усі мости можуть поповнювати таблицю адрес (Learn addresses), маршрутизувати та фільтрувати пакети. Інтелектуальні мости, крім того, з метою підвищення безпеки або продуктивності можуть фільтрувати пакети за критеріями, що задаються через систему керування мережею.

Коли на один з портів моста приходить пакет даних, міст повинен або переправити його на той порт, до якого підключений вузол призначення пакета, або просто відфільтрувати його, якщо вузол призначення знаходиться на тому самому порту, з якого прийшов пакет. Фільтрування дозволяє уникнути зайвого трафіку в інших сегментах ЛОМ.

Кожен міст будує внутрішню таблицю фізичних адрес підключених до мережі вузлів. Процес заповнення полягає в наступному. Кожен пакет має у своєму заголовку фізичні адреси вузлів відправлення та призначення. Отримавши один із своїх портів пакет даних, міст працює за наступним алгоритмом. На першому кроці міст перевіряє, чи занесено до його внутрішньої таблиці адресу вузла відправника пакета. Якщо ні, то міст заносить його до таблиці і пов'язує з ним номер порту, який надійшов пакет. На другому кроці перевіряється, чи занесено у внутрішню таблицю адресу вузла призначення. Якщо ні, то міст передає прийнятий пакет у всі мережі, підключені до решти його портів. Якщо адресу вузла призначення знайдено у внутрішній таблиці, міст перевіряє, чи підключена ЛОМ вузла призначення до того самого порту, з якого прийшов пакет, чи ні. Якщо ні, то міст фільтрує пакет, а якщо так, то передає його тільки на той порт, до якого підключений сегмент мережі з вузлом призначення.

Три головні параметри мосту:
- Розмір внутрішньої адресної таблиці;
- Швидкість фільтрації;
- Швидкість маршрутизації пакетів.

Розмір адресної таблиці характеризує максимальну кількість мережевих пристроїв, трафік яких може маршрутизувати міст. Типові значення розмірів адресної таблиці лежать у межах від 500 до 8000. Що станеться у разі, якщо кількість підключених вузлів перевищить розміри адресної таблиці? Оскільки більшість мостів зберігають у ній мережеві адреси вузлів, що останніми передавали свої пакети, міст поступово "забуватиме" адреси вузлів, різає інших передаючих пакети. Це може призвести до зниження ефективності процесу фільтрації, але не викличе важливих проблем у роботі мережі.

Швидкості фільтрації та маршрутизації пакетів характеризують продуктивність моста. Якщо вони нижче максимально можливої інтенсивності передачі пакетів ЛВС, то міст може бути причиною затримок і зниження продуктивності. Якщо вище - значить вартість мосту вища за мінімально необхідну. Розрахуємо, якою має бути продуктивність моста для підключення до FDDI кількох ЛОМ протоколу Ethernet.

Обчислимо максимально можливу інтенсивність пакетів мережі Ethernet. Структура пакетів Ethernet показана у таблиці 1. Мінімальна довжина пакета дорівнює 72 байт чи 576 біт. Час, необхідне передачі одного біта по ЛОМ протоколу Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт/сек дорівнює 0.1 мксек. Тоді час передачі мінімального за довжиною пакета становитиме 57.6*10 -6 сек. Стандарт Ethernet вимагає паузи між пакетами 9.6 мксек. Тоді кількість пакетів, переданих за 1 сек, дорівнюватиме 1/((57.6+9.6)*10 -6 )=14880 пакетів на секунду.

Якщо міст приєднує до мережі FDDI N мереж протоколу Ethernet, то, відповідно, його швидкості фільтрації та маршрутизації повинні дорівнювати N*14880 пакетів на секунду.

Таблиця 1.
Структура пакету мереж Ethernet.

З боку порту FDDI швидкість фільтрації пакетів має бути значно вищою. Для того, щоб міст не знижував продуктивність мережі, вона повинна складати близько 500 000 пакетів в секунду.

За принципом передачі пакетів мости поділяються на Encapsulating Bridges і Translational Bridges пакети фізичного рівня однієї ЛОМ повністю переносять пакети фізичного рівня інший ЛВС. Після проходження по другій ЛОМ інший аналогічний міст видаляє оболонку з проміжного протоколу, і пакет продовжує свій рух у вихідному вигляді.

Такі мости дозволяють зв'язати FDDI-магістраллю дві ЛОМ протоколу Ethernet. Однак у цьому випадку FDDI використовуватиметься лише як середовище передачі, і станції, підключені до мереж Ethernet, не "бачитимуть" станцій, безпосередньо підключених до мережі FDDI.

Мости другого типу виконують перетворення з одного протоколу фізичного рівня на інший. Вони видаляють заголовок і службову інформацію одного протоколу, що замикає, і переносять дані в інший протокол. Таке перетворення має суттєву перевагу: FDDI можна використовувати не лише як середовище передачі, але й для безпосереднього підключення мережного обладнання, яке прозоро видно станціями, підключеними до мереж Ethernet.

Таким чином, подібні мости забезпечують прозорість всіх мереж за протоколами мережного та верхніх рівнів (TCP/IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV та Phase V, AppleTalk Phase 1 та Phase 2, Banyan VINES, XNS та ін.).

Ще одна важлива характеристика мосту – наявність або відсутність підтримки алгоритму реєрвових шляхів (Spannig Tree Algorithm – STA) IEEE 802.1D. Іноді його називають стандартом прозорих мостів (Transparent Bridging Standard - TBS).

На рис. 1 показана ситуація, коли між ЛВС1 і ЛВС2 є два можливі шляхи - через міст 1 або через міст 2. Ситації, аналогічні цим, називаються активними петлями. Активні петлі можуть викликати серйозні мережеві проблеми: пакети, що дублюють, порушують логіку роботи мережевих протоколів і призводять до зниження пропускної спроможності кабельної системи. STA забезпечує блокування всіх можливих шляхів, крім одного. Втім, у разі проблем із основною лінією зв'язку, одні із резервних шляхів одразу буде призначено активним.

Інтелектуальні мости

До цього часу ми обговорювали властивості довільних мостів. Інтелектуальні мости мають ряд додаткових функцій.

Для великих комп'ютерних мереж однією з ключових проблем, що визначають їхню ефективність, є зниження вартості експлуатації, рання діагностика можливих проблем, скорочення часу пошуку та усунення несправностей.

Для цього застосовуються системи централізованого керування мережею. Як правило вони працюють за протоколом SNMP (Simple Network Management Protocol) і дозволяють адміністратору мережі з його робочого місця:
- конфігурувати порти концентраторів;
- проводити набір статистики та аналіз трафік. Наприклад, для кожної підключеної до мережі станції можна отримати інформацію про те, коли вона востаннє надсилала пакети в мережу, про кількість пакетів і байт, прийнятих кожною станцією з ЛОМ, відмінних від тієї, до якої вона підключена, кількість переданих широкомовних (broadcast) пакетів і т. д.;

Встановлювати додаткові фільтри на порти концентратора за номерами ЛОМ або за фізично адресами мережевих пристроїв з метою посилення захисту від несанкціонованого доступу до ресурсів мережі або підвищення ефективності функціонування окремих сегментів ЛОМ;
- оперативно отримувати повідомлення про всі проблеми в мережі і легко їх локалізувати;
- Проводити діагностику модулів концентраторів;
- переглядати у графічному вигляді зображення передніх панелей модулів, встановлених у віддалені концентратори, включаючи поточний стан інідкаторів (це можливо завдяки тому, що програмне забезпечення автоматично розпізнає, який саме з модулів встановлений у кожний конкретний слот концентратора, і отримує інформацію та поточний статус всіх портів модулів);
- переглядати системний журнал, в який автоматично записується інформація про всі проблеми з мережею, про час увімкнення та вимкнення робочих станцій та серверів та про всі інші важливі для адміністратора події.

Перелічені функції властиві все інтелектуальним мостам та маршрутизаторам. Частина з них (наприклад, Prism System фірми Gandalf), крім того, мають такі важливі розширені можливості:

1. Пріоритети протоколів.За окремими протоколами мережного рівня деякі концентратори працюють як маршрутизатори. У цьому випадку може підтримуватись встановлення пріоритетів одних протоколів над іншими. Наприклад, можна встановити пріоритет TCP/IP над усіма іншими протоколами. Це означає, що пакети TCP/IP будуть передаватися насамперед (це корисно у разі недостатньої смуги пропускання кабельної системи).

2. Захист від "штормів широкомовних пакетів"(Broadcast storm). Одна з характерних несправностей мережного обладнання та помилок у програмному забезпеченні - мимовільна генерація з високою інтенсивністю broadcast-пакетів, тобто пакетів, адресованих решті всіх підключених до мережі пристроїв. Мережева адреса вузла призначення такого пакета складається з одних одиниць. Отримавши такий пакет на один зі своїх портів, міст повинен адресувати його на інші порти, включаючи і FDDI порт. У нормальному режимі такі пакети використовуються операційними системами для службових цілей, наприклад, для розсилки повідомлень про появу мережі нового сервера. Однак за високої інтенсивності їх генерації, вони відразу займуть всю смугу пропускання. Міст забезпечує захист мережі від навантаження, включаючи фільтр на тому порту, з якого надходять такі пакети. Фільтр не пропускає broadcast-пакети та інші ЛОМ, оберігаючи тим самим решту мережі від навантаження та зберігаючи її працездатність.

3. Збір статистики у режимі "Що, якщо?"Ця функція дозволяє віртуально встановлювати фільтри на порти моста. У цьому режимі фізично фільтрація не проводиться, але ведеться збір статистики про пакети, які були б відфільтровані при реальному включенні фільтрів. Це дозволяє адміністратору попередньо оцінити наслідки включення фільтра, знижуючи цим ймовірність помилок при неправильно встановлених умовах фільтрації та не призводячи до збоїв у роботі підключеного обладнання.

Приклади використання FDDI

Наведемо два найбільш типові приклади можливого використання мереж FDDI.

Програми клієнт-сервер. FDDI застосовується для підключення обладнання, яке потребує широкої смуги пропускання від ЛОМ. Зазвичай це файлові сервери NetWareб UNIX машини та великі універсальні ЕОМ (mainframes). Крім того, як було зазначено вище, безпосередньо до мережі FDDI можуть бути підключені деякі робочі станції, що вимагають високих швидкостей обміну даними.

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

Мережа FDDI.Швидкість 10 Мбіт/с недостатня для багатьох сучасних мереж. Тому розробляються технології та конкретні реалізації високошвидкісних ЛОМ.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - ЛОМ кільцевої структури, що використовує ВОЛЗ і специфічний варіант маркерного методу доступу.

В основному варіанті мережі застосовано подвійне кільце на ВОЛЗ. Забезпечується інформаційна швидкість 100 Мбіт/с. Відстань між крайніми вузлами до 200 км, між сусідніми станціями – трохи більше 2 км. Максимальне число вузлів 500. У ВОЛЗ використовуються хвилі завдовжки 1300 нм.

Два кільця ВОЛЗ використовуються одночасно. Станції можна підключати до одного з кілець або обох відразу. Використання конкретним вузлом обох кілець дозволяє при цьому вузла мати сумарну пропускну здатність 200 Мбіт/с.Інше можливе використання другого кільця - обхід за допомогою пошкодженої ділянки (рис. 4.5).

Мал. 4.5. Кільця ВОЛЗ у мережі FDDI

У FDDI використовуються оригінальні код та метод доступу. Застосовується код типу NRZ (без повернення до нуля), в якому зміна полярності в черговому такті часу сприймається як 1 відсутність зміни полярності як 0. Щоб код був самосинхронізується, після кожних чотирьох біт передавач виробляє синхронізуючий перепад.

Таке спеціальне манчестерське кодування зветься 4b/5b. Запис 4b/5b означає код, в якому для самосинхронізації при передачі 4 біт двійкового коду використовується 5 біт так, що не може бути більше двох нулів поспіль, або після 4 біт додається ще один обов'язковий перепад, що використовується в FDDI.

При такому коді дещо ускладнюються блоки кодування та декодування, зате підвищується швидкість передачі лінією зв'язку, оскільки майже вдвічі зменшується максимальна частота перемикання проти манчестерським кодом.

Відповідно до методу FDDI по кільцю циркулює пакет, що складається з маркера та інформаційних кадрів. Будь-яка станція, готова до передачі, розпізнавши пакет, що проходить через неї, вписує свій кадр в кінець пакета. Вона ж ліквідує його після того, як кадр повернеться до неї після обороту по кільцю та за умови, що він був сприйнятий одержувачем. Якщо обмін відбувається без збоїв, то кадр, який повертається до станції-відправнику, опиняється в пакеті вже першим, оскільки всі попередні кадри мають бути ліквідовані раніше.

Мережа FDDI зазвичай використовується як багато окремих підмереж ЛОМ, що об'єднує в єдину мережу. Наприклад, при організації інформаційної системи великого підприємства доцільно мати ЛОМ типу Ethernet або Token Ring у приміщеннях окремих проектних підрозділів, а зв'язок між підрозділами здійснювати через мережу FDDI.

Fiber Distribution Data Interface або FDDI був створений у середині 80-х спеціально для об'єднання найважливіших ділянок мережі. Хоча для робочої станції швидкість передачі у 10 Мбіт/с була чудовою, то міжсерверних комунікацій вона була явно недостатня. Виходячи з цих потреб, FDDI був спроектований для зв'язку між серверами та іншими важливими ділянками мережі та передбачав можливість керування процесом передачі та його високу надійність. Це основна причина, через яку він досі займає таке помітне місце на ринку.

На відміну від Ethernet, FDDI використовує кільцеву структуру, де пристрої об'єднуються у велике кільце і передають дані послідовно один одному. Пакет може пройти більше, ніж через 100 вузлів, перш ніж дійде до адресата. Але не плутайте FDDI із Token Ring! У Token Ring використовується лише один маркер, який передається від однієї машини до іншої. FDDI використовує іншу ідею - так званий часовий маркер. Кожна машина надсилає дані наступного протягом певного періоду часу, про який вони домовляються заздалегідь коли підключаються до кільця. Станції можуть посилати пакети одночасно, якщо дозволяє час.

Оскільки інші машини не повинні чекати, поки звільниться середовище передачі, то розмір пакета може досягати 20000 байт, хоча більшість використовує пакети розміром 4500 байт, лише втричі більше за пакет Ethernet. Тим не менш, якщо пакет призначений для робочої станції, підключеної до кільця за допомогою Ethernet, його розмір не перевищуватиме 1516 байт.

Одна з найбільших переваг FDDI - це висока надійність. Зазвичай він складається з двох чи більше кілець. Кожна машина може отримувати та надсилати повідомлення своїм двом сусідам. Ця схема дозволяє функціонувати мережі, навіть якщо обірвали кабель. Коли кабель порвано, пристрої на обох кінцях розриву починають працювати як заглушка і система продовжує функціонувати як одне кільце, яке проходить через кожен пристрій двічі. Оскільки кожен конкретний шлях односпрямований та пристрої передають дані у зазначений час, то така схема повністю виключає колізії. Це дозволяє FDDI досягти практично повної теоретичної пропускної спроможності, яка фактично становить 99% теоретично можливої швидкості передачі даних. Висока надійність подвійного кільця за умови вище сказаного змушує споживачів продовжувати купувати обладнання FDDI.

Принцип дії мережі FDDI Мережа FDDI є волоконно-оптичним маркерним кільцем зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек. Стандарт FDDI розроблено комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються всіма провідними виробниками мережевого обладнання. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований на X3T12. Використання як середовище поширення волоконної оптики дозволяє суттєво розширити смугу пропускання кабелю та збільшити відстані між мережевими пристроями. Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при розрахованому на багато користувачів доступі. Допустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить у межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної спроможності (10 Мбіт/сек), в іншому випадку ймовірність виникнення колізій стає не надто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI допустима утилізація може сягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вища. Детермінована природа протоколу FDDI (можливість передбачення максимальної затримки при передачі пакета по мережі та можливість забезпечити гарантовану смугу пропускання для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережевих АСУ у реальному часі та у додатках, критичних на час передачі інформації (наприклад, для передачі відео та звукової інформації). Багато своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мереж Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія та маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, яка одержала маркер, може передавати свої дані. Однак FDDI має і низку принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінено алгоритм модуляції даних фізично. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги сигналу, що передається щодо даних, що передаються. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять із чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма бітами, що передаються. При передачі 100 Мбіт інформації в секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек замість 200 Мбіт/сек, що знадобилося б при використанні манчестерського кодування. Оптимізовано та керування доступом до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засноване на побітовій основі, а в FDDI на паралельній обробці групи з чотирьох або восьми бітів, що передаються. Це знижує вимоги до швидкодії обладнання. Фізично кільце FDDI утворене волоконно-оптичним кабелем із двома світлопровідними волокнами. Один з них утворює первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворює вторинне кільце (secondary ring), є резервним і нормальному режимі не використовується. Станції, підключені до FDDI, поділяються на дві категорії. Станції класу А мають фізичні підключення до первинного та вторинного кільця (Dual Attached Station - дворазово підключена станція); 2. Станції класу B мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - одноразово підключена станція) і підключається лише через спеціальні пристрої, які називаються концентраторами. Порти мережевих пристроїв, що підключаються до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, який приймає дані з первинного кільця і передає їх у кільце. Порт - це порт, який приймає дані з вторинного кільця і передає їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з однієї й тієї ж кільця. М-порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S-порт. Стандарт X3T9.5 має низку 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 та приймально-передавального обладнання (може досягати 60 і більше км). Топологія Застосовувані при побудові ЛОМ механізми контролю потоків є топологічно залежними, що унеможливлює одночасне використання Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 та інших в межах єдиного середовища поширення. Незважаючи на той факт, що Fibre Channel певною мірою може нагадувати такі звичні нам ЛОМ, його механізм контролю потоків ніяк не пов'язаний з топологією середовища розповсюдження та базується на зовсім інших принципах. Кожен N_порт при підключенні до ґрат Fibre Channel проходить через процедуру реєстрації (log-in) і отримує 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. Оскільки механізм контролю потоків у Fibre Channel є прерогативою самої решітки, то для вузла зовсім неважливо, яка топологія лежить в її основі. Точка-точка Найпростіша схема, заснована на послідовному повнодуплексному з'єднанні двох N_портів із взаємоприйнятними параметрами фізичного з'єднання та однаковими класами сервісу. Один із вузлів отримує адресу 0, а інший - 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 навести найбільш часто зустрічається з'єднання сервера із зовнішнім RAID масивом. Петля з арбітражним доступом Класична схема підключення до 126 портів, з якої все і починалося, якщо судити з абревіатури FC-AL. Будь-які два порти в кільці можуть обмінюватися даними за допомогою повнодуплексного з'єднання точно так, як і у випадку "точка-точка". При цьому решта виконує роль пасивних повторювачів сигналів рівня FC-1 з мінімальними затримками, в чому, мабуть, полягає одна з основних переваг технології FC-AL перед SSA. Справа в тому, що адресація в SSA побудована на знанні кількості проміжних портів між відправником та 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 уникнення цього небажаного ефекту розробники FC-AL надали перевагу використанню абсолютної адресації, що в результаті дозволило ретранслювати кадр у незмінному вигляді і з мінімальною латентністю. Слово ARB, що передається з метою арбітражу, 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 перерахунку на кількість підключених пристроїв, тому найчастіше вона використовується для об'єднання великої кількості жорстких дисків із дисковим контролером. На жаль, вихід їх ладу будь-якого NL_порту або сполучного кабелю розмикає петлю і робить її непрацездатною, через що в чистому вигляді така схема зараз уже не вважається пер...

Технологія FDDI багато в чому ґрунтується на технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її основні ідеї. Розробники технології FDDI ставили перед собою як найбільш пріоритетні такі мети:

Підвищити бітову швидкість передачі до 100 Мб/с.

Підвищити стійкість до відмови мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії і т.п.

Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як асинхронного, так синхронного трафиків.

Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний та резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець - це основний спосіб підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI, і вузли, які хочуть ним скористатися, повинні бути підключені до обох кільцях. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки первинного кабелю (Primary) кільця, тому цей режим названий режимом Thru - "наскрізним" або "транзитним". Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується.

У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним (рис. 31), утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто "згортання" або "згортання" кілець. Операція згортання здійснюється силами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані первинного кільця завжди передаються проти годинникової стрілки, а по вторинному - годинникової. Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.

У стандартах FDDI приділяється багато уваги різним процедурам, які дозволяють визначити наявність відмови у мережі, та був зробити необхідну реконфігурацію. Мережа FDDI може повністю відновлювати свою працездатність у разі поодиноких відмов її елементів. При множинні відмови мережа розпадається на кілька не пов'язаних мереж.

Мал. 31. Реконфігурація кілець FDDI у разі відмови

Кільця в мережах FDDI розглядаються як загальне середовище передачі даних, що розділяється, тому для неї визначено спеціальний метод доступу. Цей метод дуже близький до методу доступу мереж Token Ring і називається методом маркерного (або токенного) кільця - token ring (рис. 32, а).

Станція може розпочати передачу своїх власних кадрів даних тільки в тому випадку, якщо вона отримала від попередньої станції спеціальний кадр – токен доступу (рис. 32, б). Після цього вона може передавати свої кадри, якщо вони мають, протягом часу, званого часом утримання токена - Token Holding Time (THT). Після закінчення часу THT станція має завершити передачу свого чергового кадру і передати токен доступу наступної станції. Якщо ж у момент прийняття токена станції немає кадрів для передачі по мережі, то вона негайно транслює токен наступної станції. У мережі FDDI кожна станція має попередній сусід (upstream neighbor) і наступний сусід (downstream neighbor), що визначаються її фізичними зв'язками і напрямом передачі.

Кожна станція в мережі постійно приймає передані їй попереднім сусідом кадри та аналізує їх адресу призначення. Якщо адреса призначення не збігається з її власною, вона транслює кадр своєму наступному сусідові (рис. 32, в). Потрібно відзначити, що, якщо станція захопила токен і передає свої власні кадри, то протягом цього періоду вона не транслює кадри, що приходять, а видаляє їх з мережі.

Якщо ж адреса кадру збігається з адресою станції, то вона копіює кадр у свій внутрішній буфер, перевіряє його коректність (в основному, за контрольною сумою), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу, що лежить вище рівня FDDI (наприклад, IP), а потім передає вихідний кадр мережі наступної станції (рис. 32, г). У кадрі, що передається в мережу, станція призначення відзначає три ознаки: розпізнавання адреси, копіювання кадру і відсутності або наявності в ньому помилок.

Після цього кадр продовжує подорожувати мережею, транслюючись кожним вузлом. Станція, що є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі після того, як він, здійснивши повний оборот, знову дійде до неї (рис. 32, д). При цьому вихідна станція перевіряє ознаки кадру, чи дійшов до станції призначення і чи не був при цьому пошкоджений. Процес відновлення інформаційних кадрів не входить до обов'язків протоколу FDDI, цим мають займатися протоколи вищих рівнів.

Мал. 32. Обробка кадрів станціями кільця FDDI

На малюнку 33 наведено структуру протоколів технології FDDI у порівнянні з семирівневою моделлю OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня та 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 у стандартах IEEE 802.2 та ISO 8802.2. FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють у дейтаграмному режимі – без встановлення з'єднань та без відновлення втрачених чи пошкоджених кадрів.

Мал. 33. Структура протоколів технології FDDI

Фізичний рівень розділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical), і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent). Роботу всіх рівнів контролює протокол керування станцією SMT (Station Management).

Рівень PMD забезпечує необхідні засоби передачі даних від однієї станції в іншу по оптоволокну. У його специфікації визначаються:

Вимоги до потужності оптичних сигналів та багатомодового оптоволоконного кабелю 62.5/125 мкм.

Вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) та оптичних приймачів.

Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркування.

Довжина хвилі 1300 нанометрів, на якій працюють приймачі.

Подання сигналів оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.

Специфікація TP-PMD визначає можливість передачі даних між станціями по кручений парі відповідно до методу MLT-3. Специфікації рівнів PMD та TP-PMD вже були розглянуті у розділах, присвячених технології Fast Ethernet.

Рівень PHY виконує кодування та декодування даних, що циркулюють між MAC-рівнем та рівнем PMD, а також забезпечує тактування інформаційних сигналів. 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 на послідовну.

Рівень MAC відповідає за керування доступом до мережі, а також за прийом та обробку кадрів даних. У ньому визначено такі параметри:

Протокол передачі токена.

Правила захоплення та ретрансляції токена.

Формування кадру.

Правила генерації та розпізнавання адрес.

Правила обчислення та перевірки 32-розрядної контрольної суми.

Рівень SMT виконує всі функції управління та моніторингу всіх інших рівнів стека протоколів FDDI. В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT управління мережею. У специфікації SMT визначено таке:

Алгоритми виявлення помилок та відновлення після збоїв.

Правила моніторингу роботи кільця та станцій.

Управління кільцем.

Процедури ініціалізації кільця.

Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується за рахунок управління рівнем SMT іншими рівнями: за допомогою рівня PHY усуваються відмови мережі з фізичних причин, наприклад, через обрив кабелю, а за допомогою рівня MAC - логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі токена і кадрів даних між портами концентратора

У наступній таблиці наведено результати порівняння технології FDDI з технологіями Ethernet і Token Ring.

Характеристика		Ethernet	Token Ring
Бітова швидкість
Топологія	Подвійне кільце дерев	Шина/зірка	Зірка/кільце
Метод доступу	Частка обороту токена		Пріоритетна система резервування
Середовище передачі	Багатомодове оптоволокно, неекранована кручена пара	Товстий коаксіал, тонкий коаксіал, кручена пара, оптоволокно	Екранована та неекранована кручена пара, оптоволокно
Максимальна довжина мережі (без мостів)	200 км (100 км на кільце)
Максимальна відстань між вузлами	2 км (-11 dB втрат між вузлами)
Максимальна кількість вузлів	500 (1000 з'єднань)		260 для екранованої кручений пари, 72 для неекранованої кручений пари
Тактування та відновлення після відмов	Розподілена реалізація тактування та відновлення після відмов	Не визначено	Активний монітор

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — це стандарт, чи, вірніше, набір мережевих стандартів, орієнтованих, передусім, передачі даних по волоконно-оптичному білю зі швидкістю 100 Мбіт/с. Переважна частина специфікацій стандарту FDDI була розроблена проблемною групою ХЗТ9.5 (ANSI) у другій половині 80-х років. FDDI стала виття ЛОМ, що використовує як середовище передачі оптичне волокно.

В даний час більшість мережевих технологій підтримують волоконно-оптичний інтерфейс як один з варіантів фізичного рівня, але FDDI залишається найбільш відпрацьованою високошвидкісною технологією, стандарти на яку пройшли перевірку часом і устоялися, а обладнання різних виробників показує гарний ступінь сумісності.

При розробці технології FDDI ставилися як найбільш пріоритетні такі мети:
- Підвищення бітової швидкості передачі даних до 100 Мбіт/с;
- Підвищення відмовостійкості мережі за рахунок стандартних процедур відновлення після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи мережевого вузла, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;
— Максимально ефективне використання потенційної пропускної спроможності як для асинхронного, так і для синхронного графіків.

Технологія FDDI багато в чому ґрунтується на технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її основні ідеї. У протоколу FDDI є й суттєві відмінності від Token Ring. Ці відмінності пов'язані з вимогами, які необхідні для підтримки великої швидкості передачі інформації, великих відстаней та можливості поряд з асинхронною передачею даних вести синхронну передачу. Дві основні відмінності в протоколах управління маркером у FDDI та IEEE 802.5 Token Ring:
— у Token Ring станція, яка передає кадри, утримує маркер доти, доки не отримає всі надіслані пакети. У FDDI станція випускає маркер безпосередньо закінченням передачі кадру (кадрів);
— FDDI не використовує пріоритету та поля резервування, які Token Ring використовує для виділення системних ресурсів.

У табл. 6.1. вказано основні характеристики мережі FDDI.

Таблиця 6.1. Основні характеристики мережі FDDI

Швидкість передачі
Тип доступу до середовища	маркерний
Максимальний розмір кадру даних
Максимальна кількість станцій
Максимальна відстань між станціями	2 км (багатомодове волокно) 20 км* (одномодове волокно) 100 м (неекранована кручена пара UTP Cat.5) 100 м (екранована кручена пара IBM Туре 1)
Максимальна довжина шляху обходу маркера	200 км
Максимальна довжина мережі при кільцевій топології (периметр)	100 км** (подвійне кільце FDDI)
	Оптичне волокно (багатомодове, одномодове), кручена пара (UTP Cat.5, IBM Type 1)

* Деякі виробники випускають обладнання на відстань передачі до 50 км.
** При зазначеній довжині мережа продовжуватиме коректно працювати та зберігати цілісність при появі одиничного розриву кільця або при відключенні однієї зі станцій кільця (режим WRAP) – при цьому довжина шляху обходу маркера не перевищуватиме 200 км.

Принцип дії

Класичний варіант мережі FDDI будується на основі двох волоконно-оптичних кілець (подвійного кільця), світловий сигнал якими поширюється в протилежних напрямках, рис, 6.1 а. Кожен вузол підключаються на прийом та передачу до обох кільців. Саме така кільцева фізична топологія реалізує основний спосіб підвищення стійкості до відмови мережі. У нормальному режимі роботи дані йдуть від станції до станції лише по одному з кілець, яке називається первинним (primary). Для визначеності напрямок руху даних у первинному кільці задано проти годинникової стрілки. Маршрут передачі відображає логічну топологію мережі FDDI, яка завжди є кільце. Всі станції, крім передавальної та приймаючої, здійснюють ретрансляцію даних та є наскрізними. Вторинне кільце (secondary) є резервним і в нормальному режимі роботи мережі для передачі даних не використовується, хоча по ньому здійснюється безперервний контроль за цілісністю кільця.

Мал. 6.1. Подвійне кільце FDDI: а) нормальний режим роботи; б) режим згорнутого кільця (WRAP)

У разі виникнення будь-якої відмови в мережі, коли частина первинного кільця не в змозі передавати дані (наприклад, обрив кабелю, вихід з ладу або відключення одного з вузлів), для передачі даних активізується вторинне кільце, яке доповнює первинне, утворюючи знову єдине логічне кільце передачі, рис. 6.1 б. Цей режим роботи мережі називається WRAP, тобто «згортання» кільця, Операція згортання проводиться двома мережевими пристроями, що знаходяться по обидва боки джерела несправності (пошкодженого кабелю, або станції/концентратора, що вийшла з ладу). Саме через ці пристрої відбувається об'єднання первинного та вторинного кілець. Таким чином, мережа FDDI може повністю відновлювати свою працездатність та цілісність у разі поодиноких відмов її елементів. У разі усунення несправності мережа автоматично перетворюється на нормальний режим роботи з передачею даних лише з первинному кільцю.

У стандарті FDDI приділяється велика увага різним процедурам, які завдяки розподіленому механізму керування дозволяють визначити наявність несправності 5 мережі, а потім зробити необхідну реконфігурацію. При множинних відмови мережа розпадається на кілька не пов'язаних мереж - відбувається мікросегментація мережі.

Робота мережі FDDI ґрунтується на детермінованому маркерному доступі до логічного кільця. Спочатку відбувається ініціалізація кільця, в процесі якої кільце однієї зі станцій випускається спеціальний укорочений пакет службових даних - маркер (token). Після того, як маркер став циркулювати по кільцю, станції можуть обмінюватись інформацією.

Доки немає передачі даних від станції до станції, циркулює лише маркер, рис. 6.2 а, при отриманні якого станція має можливість передавати інформацію. У мережі FDDI кожна станція має попередній сусід (upstream neighbor) і наступний сусід (downstream neighbor), що визначаються її фізичними зв'язками і напрямом передачі. У класичному варіанті це визначається первинним кільцем. Передача інформації організується як пакетів даних довжиною до 4500 байт, званих кадрами. Якщо в момент отримання маркера станція не має даних для передачі, то отримавши маркер, вона негайно транслює його далі по кільцю. За бажання передавати станція, отримавши маркер, може утримувати його і вести відповідно передачу кадрів протягом часу, що називається часом утримання маркера ТНТ (token holding time) (рис. 6.2 б). Після закінчення часу ТНТ станція має завершити передачу свого чергового кадру і передати (відпустити) маркер наступної станції, рис. 6.2 ст. Будь-якої миті часу передавати інформацію може лише одна станція, а саме та, яка захопила маркер.

Мал. 6.2. Передача даних

Кожна станція мережі читає адресні поля отримуваних кадрів. У тому випадку, коли власна адреса станції — MAC адреса — від поля адреси одержувача, станція просто ретранслює кадр далі по кільцю, рис. 6.2 р. Якщо ж власна адреса станції збігається з полем адреси одержувача в кадрі, станція копіює у свій внутрішній буфер даний кадр, перевіряє його коректність (за контрольною сумою), передає його поле даних для подальшої обробки протоколу вищого рівня (наприклад, IP) , а потім передає вихідний кадр мережі наступної станції (рис. 6.2 д), попередньо проставивши три ознаки в спеціальних полях кадру: розпізнавання адреси, копіювання кадру і відсутності або наявності в ньому помилок.

Далі кадри, транслюючи від вузла до вузла, повертаються до вихідної станції, що була їх джерелом. Станція-джерело для кожного кадру перевіряє ознаки кадру, чи дійшов він до станції призначення і чи не був ушкоджений, і якщо все нормально, ліквідує це кадр (рис. 6.2 е), звільняючи ресурси мережі, або, в іншому випадку, намагається здійснити повторну передачу. У будь-якому випадку функція видалення кадру покладається на станцію, яка була його джерелом.

Маркерний доступ – це одне з найефективніших рішень. Завдяки цьому реальна продуктивність FDDI кільця при великій завантаженості досягає 95%. Наприклад, продуктивність мережі Ethernet (у межах колізійного домену) із зростанням завантаженості сягає 30% від пропускної спроможності.

Формати маркера та кадру FDDI, процедура ініціалізації кільця, а також питання розподілу ресурсів мережі у нормальному режимі передачі даних розглянуті у п. 6.7.

Складові рівні стандарту FDDI та основні функції, що виконуються цими рівнями, наведено на рис. 6.3.

Як і багато інших технологій локальних мереж, технологія FDDI використовує протокол 802.2 підрівня управління каналом даних (LLC), визначений у стандартах IEEE 802.2, та ISO 8802.2, FDDI використовує перший тип процедур LLC, при якому вузли працюють у дейта-грамному режимі – без встановлення з'єднань та без відновлення втрачених або пошкоджених кадрів.

Мал. 6.3. Складові стандарту FDDI

Спочатку (до 1988 року) стандартизовані були такі рівні (найменування відповідних документів ANSI/ISO для FDDI наведено у табл. 6.2):
- PMD (physical medium dependent) - нижній рівень фізичного рівня. Його специфікації визначають вимоги до середовища передачі (багатомодовий волоконно-оптичний кабель) до оптичних приймачів (допустима потужність та робоча довжина хвилі 1300 нм), максимальна допустима відстань між станціями (2 км), типи роз'ємів, функціонування оптичних обхідних перемикачів. , а також подання сигналів оптичних волокнах.
- PHY (physical) - верхній рівень фізичного рівня. Він визначає схему кодування та декодування даних між МАС-рівнем та рівнем PMD, схему синхронізації та спеціальні керуючі символи. У його специфікації входить: кодування інформації відповідно до схеми 4В/5В; правила тактування сигналів; вимоги до стабільності тактової частоти 125 МГц; правила перетворення інформації з паралельної форми на послідовну.
- MAC (media access control) - рівень управління доступом до середовища. Цей рівень визначає: процеси управління маркером (протокол передачі, правила захоплення та ретрансляції маркера); формування, прийом та обробку кадрів даних (їх адресацію, виявлення помилок та відновлення на основі перевірки 32-розрядної контрольної суми); механізми розподілу смуги пропускання між вузлами
- SMT (station management) - рівень управління станцією. Цей спеціальний всеосяжний рівень визначає: протоколи взаємодії цього рівня

1.1. Вступ

2. Fast Ethernet та 100VG - AnyLAN як розвиток технології Ethernet

2.1. Вступ

3. Особливості технології 100VG-AnyLAN

3.1 Вступ

5. Висновок

1. Технологія FDDI

1.1. Вступ

Технологія FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконний інтерфейс розподілених даних - це перша технологія локальних мереж, у якій середовищем передачі є волоконно-оптичний кабель. Роботи зі створення технологій та пристроїв для використання волоконно-оптичних каналів у локальних мережах розпочалися у 80-ті роки, незабаром після початку промислової експлуатації подібних каналів у територіальних мережах. Проблемна група ХЗТ9.5 інституту ANSI розробила у період із 1986 по 1988 гг. початкові версії стандарту FDDI, який забезпечує передачу кадрів зі швидкістю 100 Мбіт/с подвійного волоконно-оптичного кільця довжиною до 100 км.

1.2. Основні характеристики технології

· Підвищити бітову швидкість передачі даних до 100 Мбіт / с;

· Підвищити відмовостійкість мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;

· максимально ефективно використовувати потенційну пропускну здатність мережі як для асинхронного, так і для синхронного (чутливого до затримок) трафіку.

Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний та резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Наявність двох кілець - це основний спосіб підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI, і вузли, які хочуть скористатися цим підвищеним потенціалом надійності, повинні бути підключені до обох кільцях.

У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через усі вузли та всі ділянки кабелю лише первинного (Primary) кільця, цей режим названий режимом Thru- «наскрізним» чи «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується.

У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним (рис. 1.2), утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap,тобто "згортання" або "згортання" кілець. Операція згортання здійснюється засобами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються в одному напрямку (на діаграмах цей напрямок зображується проти годинникової стрілки), а по вторинному - у зворотному (зображається за годинниковою стрілкою). Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.

Мал. 1.2.Реконфігурація кілець FDDI у разі відмови

У стандартах FDDI багато уваги приділяється різним процедурам, які дозволяють визначити наявність відмови у мережі, та був зробити необхідну реконфігурацію. Мережа FDDI може повністю відновлювати свою працездатність у разі поодиноких відмов її елементів. При множинних відмови мережа розпадається на кілька не пов'язаних мереж. Технологія FDDI доповнює механізми виявлення відмов технології Token Ring механізмами реконфігурації шляху передачі в мережі, заснованими на наявності резервних зв'язків, що забезпечуються другим кільцем.

Відмінність методу доступу полягає в тому, що час утримання маркера у мережі FDDI не є постійною величиною, як у мережі Token Ring. Цей час залежить від завантаження кільця – при невеликому завантаженні воно збільшується, а при великих перевантаженнях може зменшуватись до нуля. Ці зміни в методі доступу стосуються лише асинхронного трафіку, який не є критичним до невеликих затримок передачі кадрів. Для синхронного трафіку час утримання маркера, як і раніше, залишається фіксованою величиною. Механізм пріоритетів кадрів, аналогічний прийнятому у технології Token Ring, у технології FDDI відсутня. Розробники технології вирішили, що розподіл трафіку на 8 рівнів пріоритетів надмірно і достатньо розділити трафік на два класи - асинхронний та синхронний, останній з яких обслуговується завжди, навіть при перевантаженні кільця.

В іншому пересилання кадрів між станціями кільця на рівні MAC повністю відповідає технології Token Ring. Станції FDDI застосовують алгоритм раннього звільнення маркера, як мережі Token Ring зі швидкістю 16 Мбіт/с.

Адреси рівня MAC мають стандартний для технологій IEEE 802 формат. Формат кадру FDDI близький до формату кадру Token Ring, основні відмінності полягають у відсутності полів пріоритетів. Ознаки розпізнавання адреси, копіювання кадру та помилки дозволяють зберегти наявні в мережах Token Ring процедури обробки кадрів станцією-відправником, проміжними станціями та станцією-одержувачем.

На рис. 1.2. наведено відповідність структури протоколів технології FDDI семирівневої моделі OSI. FDDI визначає протокол фізичного рівня та протокол підрівня доступу до середовища (MAC) канального рівня. Як і в багатьох інших технологіях локальних мереж, у технології FDDI використовується протокол рівня управління каналом даних LLC, визначений у стандарті IEEE 802.2. Таким чином, незважаючи на те, що технологія FDDI була розроблена і стандартизована інститутом ANSI, а не комітетом IEEE, вона повністю вписується в структуру стандартів 802.

Мал. 1.2.Структура протоколів технології FDDI

Відмінною особливістю технології FDDI є рівень керування станцією. Station Management (SMT).Саме рівень SMT виконує всі функції з управління та моніторингу решти всіх рівнів стека протоколів FDDI. В управлінні кільцем бере участь кожен вузол мережі FDDI. Тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT управління мережею.

Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується протоколами та інших рівнів: за допомогою фізичного рівня усуваються відмови мережі з фізичних причин, наприклад через обрив кабелю, а за допомогою рівня MAC - логічні відмови мережі, наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі маркера та кадрів даних між портами концентратора .

1.3. Особливості методу доступу FDDI

Для передачі синхронних кадрів станція завжди має право захопити маркер під час його надходження. У цьому час утримання маркера має заздалегідь задану фіксовану величину.

Якщо станції кільця FDDI потрібно передати асинхронний кадр (тип кадру визначається протоколами верхніх рівнів), то з'ясування можливості захоплення маркера при його черговомунадходження станція має виміряти інтервал часу, який минув з моменту попереднього приходу маркера. Цей інтервал називається часом обороту маркера (Token Rotation Time, TRT). Інтервал TRT порівнюється з іншою величиною - максимально допустимим часом обороту маркера по кільцю Т_0рг. Якщо технології Token Ring максимально допустимий час обороту маркера є фіксованою величиною (2,6 з розрахунку 260 станцій в кільці), то технології FDDI станції домовляються про величину Т_0рг під час ініціалізації кільця. Кожна станція може запропонувати своє значення Т_0рг, в результаті для кільця встановлюється мінімальна із запропонованих станціями часів. Це дозволяє враховувати потреби програм, що працюють на станціях. Зазвичай синхронним програмам (додаткам реального часу) потрібно частіше передавати дані в мережу невеликими порціями, а асинхронним програмам краще отримувати доступ до мережі рідше, але більшими порціями. Перевага надається станціям, що передають синхронний трафік.

Таким чином, при черговому надходженні маркера передачі асинхронного кадру порівнюється фактичний час обороту маркера TRT з максимально можливим Т_0рг. Якщо кільце не перевантажено, то маркер приходить раніше, ніж закінчується інтервал Т_0рг, тобто TRT< Т_0рг. В этом случае станции разрешается захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо. Время удержания маркера ТНТ равно разности T_0pr - TRT, и в течение этого времени станция передает в кольцо столько асинхронных кадров, сколько успеет.

Якщо ж кільце перевантажено і маркер запізнився, то інтервал TRT буде більшим за Т_0рг. І тут станція немає права захопити маркер для асинхронного кадру. Якщо всі станції в мережі хочуть передавати тільки асинхронні кадри, а маркер зробив оберт по кільцю занадто повільно, то всі станції пропускають маркер у режимі повторення, маркер швидко робить черговий оборот і на наступному циклі роботи станції вже мають право захопити маркер і передати свої кадри.

Метод доступу FDDI для асинхронного трафіку є адаптивним та добре регулює тимчасове навантаження мережі.

1.4. Відмовостійкість технології FDDI

Для забезпечення відмовостійкості у стандарті FDDI передбачено створення двох оптоволоконних кілець – первинного та вторинного. У стандарті FDDI допускаються два види підключення станцій до мережі. Одночасне підключення до первинного та вторинного кільця називається подвійним підключенням - Dual Attachment, DA. Підключення тільки до первинного кільця називається одиночним підключенням – Single Attachment, SA.

У стандарті FDDI передбачено наявність у мережі кінцевих вузлів – станцій (Station), а також концентраторів (Concentrator). Для станцій та концентраторів допустимо будь-який вид підключення до мережі - як одиночний, так і подвійний. Відповідно такі пристрої мають відповідні назви: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) та DAC (Dual Attachment Concentrator).

Зазвичай концентратори мають подвійне підключення, а станції одинарне, як це показано на рис. 1.4, хоча це не обов'язково. Щоб пристрої легше було правильно приєднувати до мережі, їх роз'єми маркуються. Роз'єми типу А і В повинні бути у пристроїв з подвійним підключенням, роз'єм М (Master) є у концентратора для одиночного підключення станції, у якій роз'єм у відповідь повинен мати тип S (Slave).

Мал. 1.4.Підключення вузлів до каблучок FDDI

У разі одноразового обриву кабелю між пристроями з подвійним підключенням, мережа FDDI зможе продовжити нормальну роботу за рахунок автоматичної реконфігурації внутрішніх шляхів передачі кадрів між портами концентратора (рис. 1.4.2). Дворазовий обрив кабелю призведе до утворення двох ізольованих мереж FDDI. При обриві кабелю, що йде до станції з одиночним підключенням, вона стає відрізаною від мережі, а кільце продовжує працювати за рахунок реконфігурації внутрішнього шляху в концентраторі - порт М, якого була підключена дана станція, буде виключений із загального шляху.

Мал. 1.4.2.Реконфігурація мережі FDDI під час обриву дроту

Для збереження працездатності мережі при відключенні живлення в станціях з подвійним підключенням, тобто станціях DAS, останні мають бути оснащені оптичними обхідними перемикачами (Optical Bypass Switch), які створюють обхідний шлях світлових потоків при зникненні живлення, яке вони отримують від станції.

І нарешті, станції DAS або концентратори DAC можна підключати до двох портів М одного або двох концентраторів, створюючи деревоподібну структуру з основними та резервними зв'язками. За замовчуванням порт підтримує основний зв'язок, а порт А - резервний. Така конфігурація називається підключенням Dual Homing

Відмовостійкість підтримується за рахунок постійного стеження рівня SMT концентраторів та станцій за часовими інтервалами циркуляції маркера та кадрів, а також за наявністю фізичного з'єднання між сусідніми портами у мережі. У мережі FDDI немає виділеного активного монітора - всі станції та концентратори рівноправні, і при виявленні відхилень від норми вони починають процес повторної ініціалізації мережі, а потім її реконфігурації.

Реконфігурація внутрішніх шляхів у концентраторах та мережевих адаптерах виконується спеціальними оптичними перемикачами, які перенаправляють світловий промінь та мають досить складну конструкцію.

1.5. Фізичний рівень технології FDDI

У технології FDDI передачі світлових сигналів по оптичним волокнам реалізовано логічне кодування 4В/5В у поєднанні з фізичним кодуванням NRZI. Ця схема призводить до передачі лінії зв'язку сигналів з тактовою частотою 125 МГц.

Так як з 32 комбінацій 5-бітних символів для кодування вихідних 4-бітних символів потрібно лише 16 комбінацій, то з 16, що залишилися, вибрано кілька кодів, які використовуються як службові. До найважливіших службових символів відноситься символ Idle - простий, який постійно передається між портами протягом пауз між передачею кадрів даних. За рахунок цього станції та концентратори мережі FDDI мають постійну інформацію про стан фізичних з'єднань своїх портів. У разі відсутності потоку символів Idle фіксується відмова фізичного зв'язку і здійснюється реконфігурація внутрішнього шляху концентратора або станції, якщо це можливо.

При початковому з'єднанні кабелем двох вузлів порти спочатку виконують процедуру встановлення фізичного з'єднання. У цій процедурі використовуються послідовності службових символів коду 4В/5В, за допомогою яких створюється деяка мова команд фізичного рівня. Ці команди дозволяють портам з'ясувати один в одного типи портів (А, В, М або S) і вирішити, чи це з'єднання коректно (наприклад, з'єднання S-S є некоректним і т. п.). Якщо з'єднання коректне, далі виконується тест якості каналу при передачі символів кодів 4В/5В, а потім перевіряється працездатність рівня MAC з'єднаних пристроїв шляхом передачі декількох кадрів MAC. Якщо всі тести пройшли успішно, то фізична сполука вважається встановленою. Роботу встановлення фізичного з'єднання контролює протокол управління станцією SMT.

Фізичний рівень розділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical) і підрівень PMD (Physical Media Dependent), що залежить від середовища (див. рис. 1.2).

Технологія FDDI в даний час підтримує два підрівні PMD: для волоконно-оптичного кабелю і для неекранованої кручений пари категорії 5. Останній стандарт з'явився пізніше оптичного і носить назву TP-PMD.

Оптоволоконний підрівень PMD забезпечує необхідні засоби передачі даних від однієї станції до іншої по оптичному волокну. Його специфікація визначає:

· Використання в якості основного фізичного середовища багатомодового волоконно-оптичного кабелю 62,5/125 мкм;

· вимоги до потужності оптичних сигналів та максимального загасання між вузлами мережі. Для стандартного багатомодового кабелю ці вимоги призводять до граничної відстані між вузлами 2 км, а для одномодового кабелю відстань збільшується до 10-40 км залежно від якості кабелю;

· вимоги до оптичних обхідних перемикачів (optical bypass switches) та оптичних приймачів;

· Параметри оптичних роз'ємів MIC (Media Interface Connector), їх маркування;

· Використання для передачі світла з довжиною хвилі в 1300 нм;

· Подання сигналів в оптичних волокнах відповідно до методу NRZI.

Підрівень TP-PMD визначає можливість передачі даних між станціями по кручений парі відповідно до методу фізичного кодування MLT-3, що використовує два рівні потенціалу: +V і - V для представлення даних у кабелі. Для отримання рівномірного потужності спектра сигналу дані перед фізичним кодуванням проходять через скремблер. Максимальна відстань між вузлами відповідно до стандарту TP-PMD дорівнює 100 м-коду.

Максимальна загальна довжина кільця FDDI становить 100 кілометрів, максимальна кількість станцій із подвійним підключенням у кільці – 500.

1.6. Порівняння FDDI з технологіями Ethernet та Token Ring

У табл. 1.6 представлені результати порівняння технології FDDI з технологіями Ethernet та Token Ring.

Таблиця 1.6.Характеристики технологій FDDI, Ethernet, Token Ring

Технологія FDDI розроблялася для застосування у відповідальних ділянках мереж - на магістральних з'єднаннях між великими мережами, наприклад, мережами будівель, а також для підключення до мережі високопродуктивних серверів. Тому головним для розробників було забезпечити високу швидкість передачі даних, стійкість до відмови на рівні протоколу і великі відстані між вузлами мережі. Всі ці мети були досягнуті. В результаті технологія FDDI вийшла якісною, але дуже дорогою. Навіть поява дешевшого варіанту для крученої пари не набагато знизила вартість підключення одного вузла до мережі FDDI. Тому практика показала, що основною сферою застосування технології FDDI стали магістралі мереж, що складаються з кількох будівель, а також мереж масштабу великого міста, тобто класу MAN. Для підключення клієнтських комп'ютерів і навіть невеликих серверів технологія виявилася надто дорогою. Оскільки обладнання FDDI випускається вже близько 10 років, значного зниження його вартості очікувати не доводиться.

В результаті мережеві фахівці з початку 90-х років почали шукати шляхи створення порівняно недорогих і в той же час високошвидкісних технологій, які б успішно працювали на всіх поверхах корпоративної мережі, як це робили в 80-і роки технології Ethernet і Token Ring.

2. Fast Ethernet та 100VG - AnyLAN як розвиток технології Ethernet

2.1. Вступ

Класичний 10-мегабітний Ethernet влаштовував більшість користувачів протягом близько 15 років. Проте на початку 90-х почала відчуватися його недостатня пропускна здатність. Для комп'ютерів на процесорах Intel 80286 або 80386 з шинами ISA (8 Мбайт/с) або EISA (32 Мбайт/с) пропускна спроможність сегмента Ethernet становила 1/8 або 1/32 каналу пам'ять-диск, і це добре узгоджувалося зі співвідношенням обсягів даних, оброблюваних локально, та даних, що передаються по мережі. Для потужніших клієнтських станцій із шиною PCI (133 Мбайт/с) ця частка впала до 1/133, що було явно недостатньо. Тому багато сегментів 10-мегабітного Ethernet стали перевантаженими, реакція серверів у них значно впала, а частота виникнення колізій суттєво зросла, ще більше знижуючи корисну пропускну здатність.

Назріла необхідність у розробці «нового» Ethernet, тобто технології, яка була б такою ж ефективною за співвідношенням ціна/якість за продуктивності 100 Мбіт/с. В результаті пошуків та досліджень фахівці розділилися на два табори, що врешті-решт призвело до появи двох нових технологій – Fast Ethernet та l00VG-AnyLAN. Вони відрізняються ступенем спадкоємності із класичним Ethernet.

У 1992 році група виробників мережного обладнання, включаючи таких лідерів технології Ethernet, як SynOptics, 3Com та ряд інших, утворили некомерційне об'єднання Fast Ethernet Alliance для розробки стандарту нової технології, яка мала максимально можливою мірою зберегти особливості технології Ethernet.

Другий табір очолили компанії Hewlett-Packard та AT&T, які запропонували скористатися зручною нагодою для усунення деяких відомих недоліків технології Ethernet. Через деякий час до цих компаній приєдналася компанія IBM, яка зробила свій внесок пропозицією забезпечити в новій технології деяку сумісність із мережами Token Ring.

У комітеті 802 інституту IEEE у цей час була сформована дослідницька група вивчення технічного потенціалу нових високошвидкісних технологій. За період з кінця 1992 року до кінця 1993 року група IEEE вивчила 100-мегабітні рішення, запропоновані різними виробниками. Поряд із пропозиціями Fast Ethernet Alliance група розглянула також високошвидкісну технологію, запропоновану компаніями Hewlett-Packard і AT&T.

У центрі дискусій була проблема збереження випадкового методу доступу CSMA/CD. Пропозиція Fast Ethernet Alliance зберігала цей метод і тим самим забезпечувала наступність та узгодженість мереж 10 Мбіт/с та 100 Мбіт/с. Коаліція HP та AT&T, яка мала підтримку значно меншої кількості виробників у мережевій індустрії, ніж Fast Ethernet Alliance, запропонувала зовсім новий метод доступу, названий Demand Priority- Пріоритетний доступ на вимогу. Він суттєво змінював картину поведінки вузлів у мережі, тому не зміг вписатися в технологію Ethernet та стандарт 802.3, і для його стандартизації було організовано новий комітет IEEE 802.12.

Восени 1995 року обидві технології стали стандартами IEEE. Комітет IEEE 802.3 прийняв специфікацію Fast Ethernet як стандарт 802.3і, який не є самостійним стандартом, а являє собою доповнення до існуючого стандарту 802.3 у вигляді розділів з 21 по 30. Комітет 802.12 прийняв технологію l00VG-AnyLAN, яка використовує та підтримує кадри двох форматів - Ethernet та Token Ring.

2.2. Фізичний рівень технології Fast Ethernet

Усі відмінності технології Fast Ethernet від Ethernet зосереджені фізично (рис. 2.2.1). Рівні MAC та LLC у Fast Ethernet залишилися абсолютно тими ж, і їх описують колишні розділи стандартів 802.3 та 802.2. Тому розглядаючи технологію Fast Ethernet, ми вивчатимемо лише кілька варіантів її фізичного рівня.

Більш складна структура фізичного рівня технології Fast Ethernet викликана тим, що використовуються три варіанти кабельних систем:

· волоконно-оптичний багатомодовий кабель, використовуються два волокна;

Коаксіальний кабель, що дав світові першу мережу Ethernet, до дозволених середовищ передачі даних нової технології Fast Ethernet не потрапив. Це загальна тенденція багатьох нових технологій, оскільки на невеликих відстанях кручена пара категорії 5 дозволяє передавати дані з тією ж швидкістю, що й коаксіальний кабель, але мережа виходить дешевшою та зручнішою в експлуатації. На великих відстанях оптичне волокно має набагато ширшу смугу пропускання, ніж коаксіал, а вартість мережі виходить не набагато вище, особливо якщо врахувати високі витрати на пошук та усунення несправностей у великій кабельній коаксіальній системі.

Мал. 2.2.1.Відмінності технології Fast Ethernet від технології Ethernet

Відмова від коаксіального кабелю призвела до того, що мережі Fast Ethernet завжди мають ієрархічну деревоподібну структуру, побудовану на концентраторах, як мережі l0Base-T/l0Base-F. Основною відмінністю конфігурацій мереж Fast Ethernet є скорочення діаметра мережі приблизно до 200 м, що пояснюється зменшенням часу передачі кадру мінімальної довжини в 10 разів за рахунок збільшення швидкості передачі в 10 разів у порівнянні з 10-мегабітним Ethernet.

Тим не менш, ця обставина не дуже перешкоджає побудові великих мереж на технології Fast Ethernet. Річ у тім, що середина 90-х відзначена як широким поширенням недорогих високошвидкісних технологій, а й бурхливим розвитком локальних мереж з урахуванням комутаторів. При використанні комутаторів протокол Fast Ethernet може працювати у повнодуплексному режимі, у якому немає обмежень на загальну довжину мережі, а залишаються лише обмеження на довжину фізичних сегментів, що з'єднують сусідні пристрої (адаптер – комутатор або комутатор – комутатор). Тому при створенні магістралей локальних мереж великої протяжності технологія Fast Ethernet також активно застосовується, але тільки в повнодуплексному варіанті, спільно з комутаторами.

У цьому розділі розглядається напівдуплексний варіант роботи технології Fast Ethernet, що повністю відповідає визначенню методу доступу, описаному у стандарті 802.3. Особливості повнодуплексного режиму Fast Ethernet описані у розділі 4.

У порівнянні з варіантами фізичної реалізації Ethernet (а їх налічується шість), у Fast Ethernet відмінності кожного варіанта від інших глибше - змінюється як кількість провідників, так і методи кодування. Оскільки фізичні варіанти Fast Ethernet створювалися одночасно, а чи не еволюційно, як мереж Ethernet, то була можливість детально визначити ті підрівні фізичного рівня, які змінюються від варіанту до варіанту, і ті підрівні, які специфічні кожному за варіанта фізичного середовища.

Офіційний стандарт 802.3 і встановив три різні специфікації для фізичного рівня Fast Ethernet і надав їм такі назви (рис. 2.2.2):

Мал. 2.2.2.Структура фізичного рівня Fast Ethernet

· 100Base-TX для двопарного кабелю на неекранованій кручений парі UTP категорії 5 або екранованої кручений парі STP Type 1;

· 100Base-T4 для чотирипарного кабелю на неекранованій кручений парі UTP категорії 3, 4 або 5;

· 100Base-FX для багатомодового оптоволоконного кабелю, використовуються два волокна.

Для всіх трьох стандартів справедливі такі твердження та характеристики.

· Формати кадрів технології Fast Ethernetee відрізняються від форматів кадрів технологій 10-мегабітного Ethernet.

· Міжкадровий інтервал (IPG) дорівнює 0,96 мкс, а бітовий інтервал дорівнює 10 нс. Усі часові параметри алгоритму доступу (інтервал відстрочення, час передачі кадру мінімальної довжини тощо), виміряні в бітових інтервалах, залишилися незмінними, тому зміни до розділів стандарту, що стосуються рівня MAC, не вносилися.

· Ознакою вільного стану середовища є передача символом Idle відповідного надлишкового коду (а не відсутність сигналів, як у стандартах Ethernet 10 Мбіт/с). Фізичний рівень включає три елементи:

o рівень узгодження (reconciliation sublayer);

o незалежний від середовища інтерфейс (Media Independent Interface, Mil);

o пристрій фізичного рівня (Physical layer device, PHY).

Рівень узгодження необхідний у тому, щоб рівень MAC, розрахований інтерфейс AUI, зміг працювати з фізичним рівнем через інтерфейс МП.

Пристрій фізичного рівня (PHY) складається, у свою чергу, з кількох підрівнів (див. рис. 2.2.1):

· Підрівня логічного кодування даних, що перетворює байти, що надходять від рівня MAC в символи коду 4В/5В або 8В/6Т (обидва коди використовуються в технології Fast Ethernet);

· підрівнів фізичного приєднання та підрівня залежності від фізичного середовища (PMD), які забезпечують формування сигналів відповідно до методу фізичного кодування, наприклад NRZI або MLT-3;

· Підрівня автопереговорів, який дозволяє двом взаємодіючим портам автоматично вибрати найбільш ефективний режим роботи, наприклад, напівдуплексний або повнодуплексний (цей підрівень є факультативним).

Інтерфейс МП підтримує незалежний від фізичного середовища спосіб обміну даними між підрівнем MAC та підрівнем PHY. Цей інтерфейс аналогічний за призначенням інтерфейсу AUI класичного Ethernet за винятком того, що інтерфейс AUI розташовувався між підрівнем фізичного кодування сигналу (для будь-яких варіантів кабелю використовувався однаковий метод фізичного кодування - манчестерський код) і підрівнем фізичного приєднання до середовища, а інтерфейс МП розташовується між та підрівнями кодування сигналу, яких у стандарті Fast Ethernet три - FX, ТХ та Т4.

Роз'єм МП, на відміну від роз'єму AUI, має 40 контактів, максимальна довжина кабелю МП становить один метр. Сигнали, що передаються за інтерфейсом МП, мають амплітуду 5 Ст.

Фізичний рівень 100Base-FX - багатомодове оптоволокно, два волокна

Ця специфікація визначає роботу протоколу Fast Ethernet по багатомодовому оптоволокну в напівдуплексному та повнодуплексному режимах на основі добре перевіреної схеми кодування FDDI. Як і стандарті FDDI, кожен вузол з'єднується з мережею двома оптичними волокнами, що йдуть від приймача (Rх) і від передавача (Тх).

Між специфікаціями l00Base-FX та l00Base-TX є багато спільного, тому загальні для двох специфікацій властивості будуть даватися під узагальненою назвою l00Base-FX/TX.

У той час як Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт/с використовує манчестерське кодування для представлення даних при передачі кабелем, у стандарті Fast Ethernet визначено інший метод кодування - 4В/5В. Цей метод вже показав свою ефективність у стандарті FDDI і без змін перенесено до специфікації l00Base-FX/TX. У цьому методі кожні 4 біта даних підрівня MAC (званих символами) представляються 5 бітами. Надлишковий біт дозволяє застосувати потенційні коди при поданні кожного з п'яти біт як електричних або оптичних імпульсів. Існування заборонених комбінацій символів дозволяє відбраковувати помилкові символи, що підвищує стабільність роботи мереж з l00Base-FX/TX.

Для відокремлення кадру Ethernet від символів Idle використовується комбінація символів Start Delimiter (пара символів J (11000) і К (10001) коду 4В/5В, а після завершення кадру перед першим символом Idle вставляється символ Т (рис. 2.2.3).

Мал. 2.2.3.Безперервний потік даних специфікацій 100Base-FX/ТХ

Після перетворення 4-бітових порцій кодів MAC на 5-бітові порції фізичного рівня їх необхідно подати у вигляді оптичних або електричних сигналів у кабелі, що з'єднує вузли мережі. Специфікації l00Base-FX і l00Base-TX використовують для цього різні методи фізичного кодування - NRZI та MLT-3 відповідно (як і в технології FDDI під час роботи через оптоволокно та кручені пари).

Фізичний рівень 100Base-TX - кручена пара DTP Cat 5 або STP Type 1, дві пари

Як середовище передачі даних специфікація l00Base-TX використовує кабель UTP категорії 5 або кабель STP Type 1. Максимальна довжина кабелю обох випадках - 100 м-коду.

Основні відмінності від специфікації l00Base-FX - використання методу MLT-3 для передачі сигналів 5-бітових порцій коду 4В/5В по кручений парі, а також наявність функції автопереговорів (Auto-negotiation) для вибору режиму роботи порту. Схема автопереговорів дозволяє двом з'єднаним фізично пристроям, які підтримують кілька стандартів фізичного рівня, що відрізняються бітовою швидкістю та кількістю кручених пар, вибрати найбільш вигідний режим роботи. Зазвичай процедура автопереговорів відбувається при підключенні мережного адаптера, який може працювати на швидкостях 10 і 100 Мбіт/с, до концентратора або комутатора.

Наведена нижче схема Auto-negotiation сьогодні є стандартом технології l00Base-T. До цього виробники застосовували різні власні схеми автоматичного визначення швидкості роботи взаємодіючих портів, які сумісні. Прийняту як стандарт схему Auto-negotiation запропонувала спочатку компанія National Semiconductor під назвою NWay.

Усього в даний час визначено 5 різних режимів роботи, які можуть підтримувати пристрої l00Base-TX або 100Base-T4 на кручених парах;

· l0Base-T full-duplex - 2 пари категорії 3;

· l00Base-TX - 2 пари категорії 5 (або Type 1ASTP);

· 100Base-T4 – 4 пари категорії 3;

· 100Base-TX full-duplex - 2 пари категорії 5 (або Type 1A STP).

Режим l0Base-T має найнижчий пріоритет при переговорному процесі, а повнодуплексний режим 100Base-T4 – найвищий. Переговорний процес відбувається при включенні живлення пристрою, а також може бути ініційований будь-якої миті модулем керування пристрою.

Пристрій, що почав процес auto-negotiation, посилає своєму партнеру пачку спеціальних імпульсів. Fast Link Pulse burst (FLP), В якому міститься 8-бітне слово, що кодує пропонований режим взаємодії, починаючи з пріоритетного, що підтримується даним вузлом.

Якщо вузол-партнер підтримує функцію auto-negotuiation і може підтримувати запропонований режим, він відповідає пачкою імпульсів FLP, у якій підтверджує даний режим, і переговори закінчуються. Якщо ж вузол-партнер може підтримувати менш пріоритетний режим, він вказує їх у відповіді, і цей режим вибирається як робочого. Таким чином, завжди вибирається найпріоритетніший загальний режим вузлів.

Вузол, який підтримує лише технологію l0Base-T, кожні 16 мс посилає манчестерські імпульси для перевірки цілісності лінії, що зв'язує його із сусіднім вузлом. Такий вузол не розуміє запит FLP, який робить йому вузол із функцією Auto-negotiation, і продовжує надсилати свої імпульси. Вузол, який у відповідь запит FLP лише імпульси перевірки цілісності лінії, розуміє, що його партнер може працювати лише за стандартом l0Base-T, і встановлює цей режим роботи і собі.

Фізичний рівень 100Base-T4 - кручена пара UTP Cat 3, чотири пари

Специфікація 100Base-T4 була розроблена для того, щоб можна було використовувати для високошвидкісного Ethernet наявну проводку на кручений парі категорії 3. Ця специфікація дозволяє підвищити загальну пропускну здатність за рахунок одночасної передачі потоків біт по всіх 4 парах кабелю.

Специфікація 100Base-T4 з'явилася пізніше за інші специфікації фізичного рівня Fast Ethernet. Розробники цієї технології насамперед хотіли створити фізичні специфікації, найбільш близькі до специфікацій l0Base-T та l0Base-F, які працювали на двох лініях передачі даних: двох парах або двох волокнах. Для реалізації роботи з двох витих пар довелося перейти на більш якісний кабель категорії 5.

У той самий час розробники конкуруючої технології l00VG-AnyLAN спочатку зробили ставку працювати з кручений парі категорії 3; найголовніша перевага полягала не так у вартості, а в тому, що вона була вже прокладена в переважній кількості будівель. Тому після випуску специфікацій l00Base-TX та l00Base-FX розробники технології Fast Ethernet реалізували свій варіант фізичного рівня для крученої пари категорії 3.

Замість кодування 4В/5В у цьому методі використовується кодування 8В/6Т, яке має більш вузький спектр сигналу і при швидкості 33 Мбіт/с укладається в смугу 16 МГц кручений пари категорії 3 (при кодуванні 4В/5В спектр сигналу в цю смугу не укладається) . Кожні 8 біт інформації рівня MAC кодуються 6-ма трійковими цифрами (ternary symbols), тобто цифрами, що мають три стани. Кожна трійка має тривалість 40 нс. Група з 6-ти трійкових цифр потім передається на одну з трьох передавальних кручених пар, незалежно і послідовно.

Четверта пара завжди використовується для прослуховування несучої частоти для виявлення колізії. Швидкість передачі даних з кожної з трьох передавальних пар дорівнює 33,3 Мбіт/с, тому загальна швидкість протоколу 100Base-T4 становить 100 Мбіт/с. У той же час через прийнятий спосіб кодування швидкість зміни сигналу на кожній парі дорівнює всього 25 Мбод, що і дозволяє використовувати кручений пару категорії 3.

На рис. 2.2.4 показано з'єднання порту MDI мережевого адаптера 100Base-T4 з портом MDI-X концентратора (приставка Х говорить про те, що цей роз'єм приєднання приймача і передавача змінюються парами кабелю в порівнянні з роз'ємом мережевого адаптера, що дозволяє простіше з'єднувати пари проводів в кабелі – без перехрещування). Пара 1-2 завжди потрібно для передачі даних від порту MDI до порту MDI-X, пара 3-6 - для прийому даних портом MDI від порту MDI-X, а пари 4-5 і 7-8 є двонаправленими і використовуються як прийому, так передачі, залежно від потреби.

Мал. 2.2.4.З'єднання вузлів специфікації 100Base-T4

2.3. Правила побудови сегментів Fast Ethernet під час використання повторювачів

Технологія Fast Ethernet, як і всі некоаксіальні варіанти Ethernet, розрахована використання концентраторів-повторювачів для освіти зв'язків у мережі. Правила коректної побудови сегментів мереж Fast Ethernet включають:

· Обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE з DTE;

· Обмеження на максимальні довжини сегментів, що з'єднують DTE з портом повторювача;

· Обмеження на максимальний діаметр мережі;

· обмеження на максимальну кількість повторювачів та максимальну довжину сегмента, що з'єднує повторювачі.

Обмеження довжин сегментів DTE-DTE

Як DTE (Data Terminal Equipment) може виступати будь-яке джерело кадрів даних для мережі: мережний адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управління мережею та інші подібні пристрої. Відмінною особливістю DTE є те, що він виробляє новий кадр для сегмента, що розділяється (міст або комутатор, хоча і передають через вихідний порт кадр, який виробив свого часу мережевий адаптер, але для сегмента мережі, до якого підключений вихідний порт, цей кадр є новим ). Порт повторювача не є DTE, так як він повторює вже з'явився в сегменті кадр.

У типовій конфігурації мережі Fast Ethernet кілька DTE підключається до портів повторювача, утворюючи зіркоподібну мережу топології. З'єднання DTE-DTE в сегментах, що розділяються, не зустрічаються (якщо виключити екзотичну конфігурацію, коли мережеві адаптери двох комп'ютерів з'єднані прямо один з одним кабелем), а ось для мостів/комутаторів і маршрутизаторів такі з'єднання є нормою - коли мережевий адаптер прямо з'єднаний з портом одного з цих пристроїв або ці пристрої з'єднуються один з одним.

Специфікація IEEE 802.3u визначає такі максимальні довжини сегментів DTE-DTE, наведені у табл. 2.3.1.

Таблиця2.3.1 . Максимальні довжини сегментів DTE-DTE

Обмеження мереж Fast Ethernet, побудованих на повторювачах

Повторювачі Fast Ethernet поділяються на два класи. Повторювачі класу I підтримують усі типи логічного кодування даних: як 4В/5В, і 8В/6Т. Повторювачі класу II підтримують лише один тип логічного кодування - або 4В/5В, або 8В/6Т. Тобто повторювачі класу I дозволяють виконувати трансляцію логічних кодів із бітовою швидкістю 100 Мбіт/с, а повторювачам класу ІІ ця операція недоступна.

Тому повторювачі класу I можуть мати порти всіх трьох типів фізичного рівня: l00Base-TX, l00Base-FX та 100Base-T4. Повторювачі класу II мають всі порти 100Base-T4, або порти l00Base-TX і l00Base-FX, оскільки останні використовують один логічний код 4В/5В.

В одному домені колізій допускається наявність лише одного повторювача класу I. Це пов'язано з тим, що такий повторювач вносить велику затримку при поширенні сигналів через необхідність трансляції різних систем сигналізації - 70 bt.

Повторювачі класу II вносять меншу затримку під час передачі сигналів: 46 bt для портів TX/FX і 33,5 bt для портів Т4. Тому максимальна кількість повторювачів класу II в домені колізій - 2, причому вони повинні бути з'єднані між собою кабелем не довше 5 метрів.

Невелика кількість повторювачів Fast Ethernet не є серйозною перешкодою при побудові великих мереж, оскільки застосування комутаторів та маршрутизаторів ділить мережу на кілька доменів колізій, кожен із яких будуватиметься на одному або двох повторювачах. Загальна довжина мережі не матиме обмежень.

У табл. 2.3.2 наведено правила побудови мережі з урахуванням повторювачів класу I.

Таблиця 2.3.2.Параметри мереж на основі повторювачів класу I

Ці обмеження проілюстровані типовими конфігураціями мереж, показаними на рис. 2.3.3.

Мал. 2.3.3.Приклади побудови мережі Fast Ethernet за допомогою повторювачів класу I

Таким чином, правило 4-х хабів перетворилося на технології Fast Ethernet в правило одного або двох хабів, залежно від класу хаба.

При визначенні коректності конфігурації мережі можна керуватися правилами одного чи двох хабів, а розраховувати час подвійного обороту мережі, як було показано вище для мережі Ethernet 10 Мбіт/с.

Як і технології Ethernet 10 Мбіт/с, комітет 802.3 дає вихідні дані до розрахунку часу подвійного обороту сигналу. Однак при цьому сама форма подання цих даних та методика розрахунку дещо змінилися. Комітет надає дані про подвійні затримки, що вносяться кожним елементом мережі, не поділяючи сегменти мережі на лівий, правий та проміжний. Крім того, затримки, що вносяться мережними адаптерами, враховують преамбули кадрів, тому час подвійного обороту потрібно порівнювати з величиною 512 бітових інтервалу (bt), тобто з часом передачі кадру мінімальної довжини без преамбули.

Для повторювачів класу I час подвійного обороту можна розрахувати в такий спосіб.

Затримки, що вносяться проходженням сигналів кабелем, розраховуються на підставі даних табл. 2.3.4, в якій враховується подвійне проходження сигналу кабелем.

Таблиця 2.3.4.Затримки, що вносяться кабелем

Затримки, які вносять два взаємодіючих через повторювач мережевих адаптерів (або порту комутатора), беруться з табл. 2.3.5.

Таблиця 2.3.5.Затримки, які вносяться мережними адаптерами

Враховуючи, що подвійна затримка, що вноситься повторювачем класу I, дорівнює 140 bt, можна розрахувати час подвійного обороту довільної конфігурації мережі, природно, враховуючи максимально можливі довжини безперервних сегментів кабелів, наведені в табл. 2.3.4. Якщо значення, що вийшло менше 512, значить, за критерієм розпізнавання колізій мережа є коректною. Комітет 802.3 рекомендує залишати запас 4 bt для стійко працюючої мережі, але дозволяє вибирати цю величину з діапазону від 0 до 5 bt.

Кожен сегмент вносить затримку по 136 bt, пара мережевих адаптерів FX має затримку в 100 bt, а сам повторювач вносить затримку в 140 bt. Сума затримки дорівнює 512 bt, що свідчить, що мережа коректна, але запас прийнятий рівним 0.

3. Технології 100VG-AnyLAN

3.1. Вступ

Як уже було сказано в 2.1 коаліція HP і AT&T, яка мала підтримку значно меншої кількості виробників у мережній індустрії, ніж Fast Ethernet Alliance, запропонувала абсолютно новий метод доступу, названий Demand Priority- Пріоритетний доступ на вимогу. Він суттєво змінював картину поведінки вузлів у мережі, тому не зміг вписатися в технологію Ethernet та стандарт 802.3, і для його стандартизації було організовано новий комітет IEEE 802.12. Восени 1995 року обидві технології стали стандартами IEEE. Комітет 802.12 прийняв технологію l00VG-AnyLAN, яка використовує новий метод доступу Demand Priority та підтримує кадри двох форматів – Ethernet та Token Ring.

3.2. Особливості технології 100VG-AnyLAN

Технологія 100VG-AnyLAN відрізняється від класичного Ethernet значно більшою мірою, ніж Fast Ethernet. Головні відмінності наведені нижче.

· Використовується інший метод доступу Demand Priority, який забезпечує більш справедливий розподіл пропускної спроможності мережі порівняно з методом CSMA/CD. Крім того, цей метод підтримує пріоритетний доступ для синхронних програм.

· Кадри передаються не всім станціям мережі, а лише станції призначення.

· У мережі є виділений арбітр доступу – концентратор, і це помітно відрізняє цю технологію від інших, у яких застосовується розподілений між станціями мережі алгоритм доступу.

· Підтримуються кадри двох технологій - Ethernet та Token Ring (саме ця обставина дала добавку AnyLAN у назві технології).

· Дані передаються одночасно по 4 парам кабелю UTP категорії 3. По кожній парі дані передаються зі швидкістю 25 Мбіт/с, що дає 100 Мбіт/с. На відміну від Fast Ethernet у мережах 100VG-AnyLAN немає колізій, тому вдалося використовувати для передачі всі чотири пари стандартного кабелю категорії 3. Для кодування даних застосовується код 5В/6В, який забезпечує спектр сигналу в діапазоні до 16 МГц (смуга пропускання UTP категорії 3 ) при швидкості передачі 25 Мбіт/с. Метод доступу Demand Priority заснований на передачі концентратору функцій арбітра, що вирішує проблему доступу до середовища. Мережа 100VG-AnyLAN складається з центрального концентратора, званого також кореневим, і з'єднаних із ним кінцевих вузлів та інших концентраторів (рис. 3.1).

Мал. 3.1.Мережа 100VG-AnyLAN

Допускаються три рівні каскадування. Кожен концентратор і мережний адаптер l00VG-AnyLAN повинен бути налаштований на роботу з кадрами Ethernet, або з кадрами Token Ring, причому одночасно циркуляція обох типів кадрів не допускається.

Концентратор циклічно виконує опитування портів. Станція, яка бажає передати пакет, надсилає спеціальний низькочастотний сигнал концентратору, запитуючи передачу кадру та вказуючи його пріоритет. У мережі l00VG-AnyLAN використовуються два рівні пріоритетів – низький та високий. Низький рівень пріоритету відповідає звичайним даними (файлова служба, служба друку тощо), а високий пріоритет відповідає даними, чутливим до тимчасових затримок (наприклад, мультимедіа). Пріоритети запитів мають статичну та динамічну складові, тобто станція з низьким рівнем пріоритету, яка довго не має доступу до мережі, отримує високий пріоритет.

Якщо мережа вільна, концентратор дозволяє передачу пакета. Після аналізу адреси одержувача у прийнятому пакеті концентратор автоматично відправляє пакет станції призначення. Якщо мережа зайнята, концентратор ставить отриманий запит у чергу, яка обробляється відповідно до порядку надходження запитів та з урахуванням пріоритетів. Якщо до порту підключений інший концентратор, опитування припиняється до завершення опитування концентратором нижнього рівня. Станції, підключені до концентраторів різного рівня ієрархії, немає переваг щодо доступу до середи, що розділяється, оскільки рішення про надання доступу приймається після проведення опитування всіма концентраторами опитування всіх своїх портів.

Залишається незрозумілим питання - яким чином концентратор дізнається, до якого порту підключено станцію призначення? У всіх інших технологіях кадр просто передавався всім станціям мережі, а станція призначення, розпізнавши свою адресу, копіювала кадр у буфер. Для вирішення цього завдання концентратор дізнається адресу MAC станції у момент фізичного приєднання її до мережі кабелем. Якщо в інших технологіях процедура фізичного з'єднання з'ясовує зв'язність кабелю (link test у технології l0Base-T), тип порту (технологія FDDI), швидкість роботи порту (процедура auto-negotiation у Fast Ethernet), то технології l00VG-AnyLAN концентратор при встановленні фізичного з'єднання з'ясовує адресу станції MAC. І запам'ятовує їх у таблиці адрес MAC, аналогічної таблиці моста/коммутатора. Відмінність концентратора l00VG-AnyLAN від моста/коммутатора в тому, що він не має внутрішнього буфера для зберігання кадрів. Тому він приймає від станцій мережі лише один кадр, відправляє його на порт призначення і, поки цей кадр не буде повністю прийнятий станцією призначення, нові кадри концентратор не приймає. Так що ефект середовища, що розділяється, зберігається. Покращується лише безпека мережі – кадри не потрапляють на чужі порти, та їх важче перехопити.

Технологія l00VG-AnyLAN підтримує декілька специфікацій фізичного рівня. Початковий варіант був розрахований на чотири неекрановані кручені пари категорій 3,4,5. Пізніше з'явилися варіанти фізичного рівня, розраховані на дві неекрановані кручені пари категорії 5, дві екрановані кручені пари типу 1 або два оптичних багатомодових оптоволокна.

Важлива особливість технології l00VG-AnyLAN – збереження форматів кадрів Ethernet та Token Ring. Прихильники l00VG-AnyLAN стверджують, що цей підхід полегшить міжмережеву взаємодію через мости та маршрутизатори, а також забезпечить сумісність із існуючими засобами мережевого управління, зокрема з аналізаторами протоколів.

Незважаючи на багато хороших технічних рішень, технологія l00VG-AnyLAN не знайшла великої кількості прихильників і значно поступається популярністю технології Fast Ethernet. Можливо, це сталося через те, що технічні можливості підтримки різних типів трафіку у технології АТМ значно ширші, ніж у l00VG-AnyLAN. Тому при необхідності тонкого забезпечення якості обслуговування застосовують (або мають намір застосовувати) технологію АТМ. А для мереж, в яких немає необхідності підтримувати якість обслуговування на рівні сегментів, що розділяються, більш звичною виявилася технологія Fast Ethernet. Тим більше що для підтримки дуже вимогливих до швидкості передачі даних є технологія Gigabit Ethernet, яка, зберігаючи наступність з Ethernet і Fast Ethernet, забезпечує швидкість передачі даних 1000 Мбіт/с.

4. Високошвидкісна технологія Gigabit Ethernet

4.1. Загальна характеристика стандарту

Досить швидко після появи на ринку продуктів Fast Ethernet мережеві інтегратори та адміністратори відчули певні обмеження при побудові корпоративних мереж. У багатьох випадках сервери, підключені 100-мегабітним каналом, перевантажували магістралі мереж, що працюють також на швидкості 100 Мбіт/с - магістралі FDDI і Fast Ethernet. Відчувалася потреба у такому рівні ієрархії швидкостей. У 1995 року більш високий рівень швидкості могли надати лише комутатори АТМ, а за відсутності у той час зручних засобів міграції цієї технології в локальні мережі (хоча специфікація LAN Emulation - LANE була прийнята на початку 1995 року, практична її реалізація була попереду) впроваджувати їх у локальну мережу майже ніхто не наважувався. Крім того, технологія АТМ вирізнялася дуже високим рівнем вартості.

Тому логічним виглядав наступний крок, зроблений IEEE, - через 5 місяців після остаточного ухвалення стандарту Fast Ethernet у червні 1995 року дослідницької групи з вивчення високошвидкісних технологій IEEE було наказано зайнятися розглядом можливості вироблення стандарту Ethernet із ще більш високою бітовою швидкістю.

Влітку 1996 року було оголошено створення групи 802.3z розробки протоколу, максимально подібного Ethernet, але з бітовою швидкістю 1000 Мбіт/с. Як і у випадку Fast Ethernet, повідомлення було сприйнято прихильниками Ethernet з великим ентузіазмом.

Основною причиною ентузіазму була перспектива такого ж плавного перекладу магістралей мереж. Gigabit Ethernet, подібно до того, як були переведені на Fast Ethernet перевантажені сегменти Ethernet, розташовані на нижніх рівнях ієрархії мережі. До того ж досвід передачі даних на гігабітних швидкостях вже був, як у територіальних мережах (технологія SDH), так і в локальних - технологія Fibre Channel, яка використовується в основному для підключення високошвидкісної периферії до великих комп'ютерів і передає дані по волоконно-оптичному кабелю швидкістю, близькою до гігабітної, за допомогою надлишкового коду 8В/10В.

До утвореної для узгодження зусиль у цій галузі Gigabit Ethernet Alliance з самого початку увійшли такі флагмани галузі, як Bay Networks, Cisco Systems та 3Com. За рік свого існування кількість учасників Gigabit Ethernet Alliance суттєво зросла і налічує зараз понад 100. Як перший варіант фізичного рівня було прийнято рівень технології Fiber Channel, з її кодом 8В/10В (як і у випадку Fast Ethernet, коли для прискорення робіт було прийнято відпрацьований фізичний рівень (FDDI).

Першу версію стандарту було розглянуто у січні 1997 року, а остаточно стандарт 802.3z було прийнято 29 червня 1998 року на засіданні комітету IEEE 802.3. Роботи з реалізації Gigabit Ethernet на кручений парі категорії 5 були передані спеціальному комітету 802.ЗаЬ, який вже розглянув кілька варіантів проекту цього стандарту, причому з липня 1998 року проект набув досить стабільного характеру. Остаточне ухвалення стандарту 802.3ab очікується у вересні 1999 року.

Не чекаючи на прийняття стандарту, деякі компанії випустили перше обладнання Gigabit Ethernet на оптоволоконному кабелі вже до літа 1997 року.

Основна ідея розробників стандарту Gigabit Ethernet полягає у максимальному збереженні ідей класичної технології Ethernet при досягненні бітової швидкості 1000 Мбіт/с.

Так як при розробці нової технології природно чекати деяких технічних новинок, що йдуть у загальному руслі розвитку мережевих технологій, то важливо відзначити, що Gigabit Ethernet, так само як і його менш швидкісні побратими, на рівні протоколу не будепідтримувати:

· якість обслуговування;

· Надлишкові зв'язки;

· Тестування працездатності вузлів та обладнання (в останньому випадку - за винятком тестування зв'язку порт - порт, як це робиться для Ethernet l0Base-T та l0Base-F і Fast Ethernet).

Всі три названі властивості вважаються дуже перспективними та корисними у сучасних мережах, а особливо у мережах найближчого майбутнього. Чому ж автори Gigabit Ethernet відмовляються від них?

З приводу якості обслуговування коротко можна відповісти так: «сила є – розуму не треба». Якщо магістраль мережі працюватиме зі швидкістю мережевої активності клієнтського комп'ютера, що враз перевищує середню швидкість і в 100 разів перевищує середню мережеву активність сервера з мережним адаптером 100 Мбіт/с, то про затримки пакетів на магістралі в багатьох випадках можна не піклуватися взагалі. При невеликому коефіцієнті завантаження магістралі 1000 Мбіт/с черги у комутаторах Gigabit Ethernet будуть невеликими, а час буферизації та комутації на такій швидкості становить одиниці і навіть частки мікросекунд.

Ну а якщо все ж таки магістраль завантажиться на достатню величину, то пріоритет чутливого до затримок або вимогливого до середньої швидкості трафіку можна надати за допомогою техніки пріоритетів у комутаторах - відповідні стандарти для комутаторів вже прийняті (вони будуть розглядатися в наступному розділі). Зате можна буде користуватися дуже простою (майже як Ethernet) технологією, принципи роботи якої відомі практично всім спеціалістам мережі.

Головна ідея розробників технології Gigabit Ethernet полягає в тому, що існує і буде існувати багато мереж, в яких висока швидкість магістралі та можливість призначення пакетам пріоритетів у комутаторах будуть цілком достатні для забезпечення якості транспортного обслуговування всіх клієнтів мережі. І тільки в тих поодиноких випадках, коли і магістраль досить завантажена, і вимоги до якості обслуговування дуже жорсткі, потрібно застосовувати технологію АТМ, яка дійсно за рахунок високої технічної складності дає гарантію якості обслуговування для всіх основних видів трафіку.

Надмірні зв'язки та тестування обладнання не підтримуватимуться технологією Gigabit Ethernet через те, що з цими завданнями добре справляються протоколи вищих рівнів, наприклад Spanning Tree, протоколи маршрутизації тощо. Тому розробники технології вирішили, що нижній рівень просто повинен швидко передавати дані, а складніші та більш рідко зустрічаються завдання (наприклад, пріоритезація трафіку) повинні передаватися верхнім рівням.

Що ж є спільного в технології Gigabit Ethernet в порівнянні з технологіями Ethernet і Fast Ethernet?

· Зберігаються всі формати кадрів Ethernet.

· Як і раніше будуть існувати напівдуплексна версія протоколу, що підтримуватиме метод доступу CSMA/CD, та повнодуплексна версія, що працює з комутаторами. З приводу збереження напівдуплексної версії протоколу сумніви були ще розробників Fast Ethernet, оскільки складно змусити працювати алгоритм CSMA/CD на високих швидкостях. Однак метод доступу залишився незмінним у технології Fast Ethernet і його вирішили залишити в новій технології Gigabit Ethernet. Збереження недорогого рішення для середовищ, що розділяються, дозволить застосувати Gigabit Ethernet в невеликих робочих групах, що мають швидкі сервери і робочі станції.

· Підтримуються всі основні види кабелів, що використовуються в Ethernet та Fast Ethernet: волоконно-оптичний, кручена пара категорії 5, коаксіал.

Тим не менш, розробникам технології Gigabit Ethernet для збереження наведених вище властивостей довелося внести зміни не тільки у фізичний рівень, як це було у випадку Fast Ethernet, але і в рівень MAC.

Перед розробниками стандарту Gigabit Ethernet стояло кілька проблем, які важко вирішити. Однією була завдання забезпечення прийнятного діаметра мережі для полудуплексного, режиму роботи. У зв'язку з обмеженнями, що накладаються методом CSMA/CD на довжину кабелю, версія Gigabit Ethernet для середовища, що розділяється, допускала б довжину сегмента всього в 25 метрів при збереженні розміру кадрів і всіх параметрів методу CSMA/CD незмінними. Так як існує велика кількість застосувань, коли потрібно підвищити діаметр мережі хоча б до 200 метрів, необхідно було якось вирішити це завдання за рахунок мінімальних змін у технології Fast Ethernet.

Іншим найскладнішим завданням було досягнення бітової швидкості 1000 Мбіт/с на основних типах кабелів. Навіть для оптоволокна досягнення такої швидкості представляє деякі проблеми, тому що технологія Fibre Channel, фізичний рівень якої був взятий за основу для оптоволоконної версії Gigabit Ethernet, забезпечує швидкість передачі даних всього 800 Мбіт/с (бітова швидкість на лінії дорівнює в цьому випадку приблизно 1000 Мбіт/с, але при методі кодування 8В/10В корисна бітова швидкість на 25% менше швидкості імпульсів лінії).

І нарешті, найскладніше завдання - підтримка кабелю на кручений парі. Таке завдання на перший погляд здається нерозв'язним - адже навіть для 100-мегабітних протоколів довелося використати досить складні методи кодування, щоб укласти спектр сигналу в смугу пропускання кабелю. Однак успіхи фахівців з кодування, що проявилися останнім часом у нових стандартах модемів, показали, що завдання має шанси на вирішення. Щоб не гальмувати прийняття основної версії стандарту Gigabit Ethernet, що використовує оптоволокно та коак-сіал, було створено окремий комітет 802.3ab, який займається розробкою стандарту Gigabit Ethernet на кручений парі категорії 5.

Усі ці завдання було успішно вирішено.

4.2. Засоби забезпечення діаметра мережі в 200 м на середовищі, що розділяється

Для розширення максимального діаметра мережі Gigabit Ethernet у напівдуплексному режимі до 200 м розробники технології вжили досить природних заходів, що ґрунтуються на відомому співвідношенні часу передачі кадру мінімальної довжини та часом подвійного обороту.

Мінімальний розмір кадру було збільшено (без урахування преамбули) з 64 до 512 байт або до 4096 bt. Відповідно, час подвійного обороту тепер можна було збільшити до 4095 bt, що робить допустимим діаметр мережі близько 200 м при використанні одного повторювача. При подвійній затримці сигналу в 10 bt/m оптоволоконні кабелі довжиною 100 м роблять внесок під час подвійного обороту по 1000 bt, і якщо повторювач і мережні адаптери будуть вносити такі ж затримки, як у технології Fast Ethernet (дані для яких наводилися в попередньому розділі) , то затримка повторювача 1000 bt і пари мережевих адаптерів 1000 bt дадуть у сумі час подвійного обороту 4000 bt, що задовольняє умову розпізнавання колізій. Для збільшення довжини кадру до необхідної нової технології величини мережевий адаптер повинен доповнити поле даних до довжини 448 байт так званий розширенням (extention), що є полем, заповненим забороненими символами коду 8В/10В, які неможливо прийняти за коди даних.

Для скорочення накладних витрат під час використання занадто довгих кадрів передачі коротких квитанцій розробники стандарту дозволили кінцевим вузлам передавати кілька кадрів поспіль, без передачі середовища іншим станціям. Такий режим отримав назву Burst Mode – монопольний пакетний режим. Станція може передати поспіль кілька кадрів із загальною довжиною не більше біт або 8192 байт. Якщо станції потрібно передати кілька невеликих кадрів, то вона може не доповнювати їх до розміру 512 байт, а передавати поспіль до вичерпання межі 8192 байт (у цю межу входять всі байти кадру, у тому числі преамбула, заголовок, дані та контрольна сума) . Межа 8192 байт називається BurstLength. Якщо станція почала передавати кадр і межу BurstLength було досягнуто в середині кадру, кадр дозволяється передати до кінця.

Збільшення «суміщеного» кадру до 8192 байт дещо затримує доступ до середовищ інших станцій, що розділяється, але при швидкості 1000 Мбіт/с ця затримка не настільки істотна.

4.3. Специфікації фізичного середовища стандарту 802.3z

У стандарті 802.3z визначено такі типи фізичного середовища:

· Одномодовий волоконно-оптичний кабель;

· Багатомодовий волоконно-оптичний кабель 62,5/125;

· багатомодовий волоконно-оптичний кабель 50/125;

· Подвійний коаксіал з хвильовим опором 75 Ом.

Багатомодовий кабель

Для передачі даних традиційному для комп'ютерних мереж многомодовому волоконно-оптичному кабелю стандарт визначає застосування випромінювачів, що працюють на двох довжинах хвиль: 1300 і 850 нм. Застосування світлодіодів з довжиною хвилі 850 нм пояснюється тим, що вони набагато дешевші, ніж світлодіоди, що працюють на хвилі 1300 нм, хоча при цьому максимальна довжина кабелю зменшується, так як згасання багатомодового оптоволокна на хвилі 850 м більш ніж удвічі вище, ніж на хвилі 1300 нм. Однак можливість здешевлення надзвичайно важлива для такої дорогої технології, як Gigabit Ethernet.

Для багатомодового оптоволокна стандарт 802.3z визначив специфікації l000Base-SX та l000Base-LX.

У першому випадку використовується довжина хвилі 850 нм (S означає Short Wavelength, коротка хвиля), а в другому – 1300 нм (L – від Long Wavelength, довга хвиля).

Для специфікації l000Base-SX гранична довжина оптоволоконного сегмента для кабелю 62,5/125 залишає 220 м, а кабелю 50/м. Очевидно, що ці максимальні значення можуть досягатися тільки для повнодуплексної передачі даних, так як час подвійного обороту сигналу на двох відрізках 220 м дорівнює 4400 bt, що перевищує межу 4095 bt навіть без урахування повторювача та мережевих адаптерів. Для напівдуплексної передачі максимальні значення сегментів оптоволоконного кабелю завжди повинні бути меншими за 100 м. Наведені відстані 220 і 500 м розраховані для гіршого за стандартом випадку смуги пропускання багатомодового кабелю, що знаходиться в межах від 160 до 500 МГц/км. Реальні кабелі зазвичай мають значно кращі характеристики, що знаходяться між 600 і 1000 МГц/км. У цьому випадку можна збільшити довжину кабелю приблизно до 800 м.

Одномодовий кабель

Для специфікації l000Base-LX як джерело випромінювання завжди застосовується напівпровідниковий лазер із довжиною хвилі 1300 нм.

Основна сфера застосування стандарту l000Base-LX - це одномодове оптоволокно. Максимальна довжина кабелю для одномодового волокна дорівнює 5000 м-коду.

Специфікація l000Base-LX може працювати на багатомодовому кабелі. У цьому випадку гранична відстань виходить невеликою - 550 м. Це пов'язано з особливостями поширення світла когерентного в широкому каналі багатомодового кабелю. Для приєднання лазерного трансівера до багатомодового кабелю необхідно використовувати спеціальний адаптер.

Твінаксіальний кабель

Як середовище передачі використовується високоякісний твинаксиальный кабель (Twinax) з хвильовим опором 150 Ом (2х75 Ом). Дані посилаються одночасно по парі провідників, кожен з яких оточений оплеткою, що екранує. При цьому виходить режим напівдуплексної передачі. Для забезпечення повнодуплексної передачі потрібні ще дві пари коаксіальних провідників. Почав випускатися спеціальний кабель, який містить чотири коаксіальні провідники - так званий Quad-кабель. Він зовні нагадує кабель категорії 5 і має близький щодо нього зовнішній діаметр і гнучкість. Максимальна довжина твинаксиального сегмента становить лише 25 метрів, тому це рішення підходить для обладнання, розташованого в одній кімнаті.

4.4. Gigabit Ethernet на кручений парі категорії 5

Як відомо, кожна пара кабелю категорії 5 має гарантовану смугу пропускання до 100 МГц. Для передачі таким кабелем даних зі швидкістю 1000 Мбіт/с було вирішено організувати паралельну передачу одночасно по всіх 4 парах кабелю (так само, як і в технології l00VG-AnyLAN).

Це відразу зменшило швидкість передачі по кожній парі до 250 Мбіт/с. Однак і для такої швидкості необхідно було вигадати метод кодування, який мав би спектр не вище 100 МГц. Крім того, одночасне використання чотирьох пар на перший погляд позбавляє мережу можливості розпізнавати колізії.

На обидва ці питання комітет 802.ЗаЬ знайшов відповіді.

Для кодування даних було застосовано код РАМ5, що використовує 5 рівнів потенціалу: -2, -1,0, +1, +2. Тому за один такт однієї пари передається 2,322 біт інформації. Отже, тактову частоту замість 250 МГц можна зменшити до 125 МГц. При цьому якщо використовувати не всі коди, а передавати 8 біт за такт (по 4 парам), то витримується необхідна швидкість передачі в 1000 Мбіт/с і залишається запас невикористовуваних кодів, так як код РАМ5 містить 54 = 625 комбінацій, а якщо передавати за один такт по всіх чотирьох парах 8 біт даних, то для цього потрібно лише 28 = 256 комбінацій. Комбінації, що залишилися, приймач може використовувати для контролю прийнятої інформації і виділення правильних комбінацій на тлі шуму. Код РАМ5 на тактовій частоті 125 МГц укладається смугу 100 МГц кабелю категорії 5.

Для розпізнавання колізій та організації повнодуплексного режиму розробники специфікації 802.3аЬ застосували техніку, що використовується при організації дуплексного режиму на одній парі проводів у сучасних модемах та апаратурі передачі даних абонентських закінчень ISDN. Замість передачі по різних парах проводів або рознесення сигналів двох одночасно працюючих назустріч передавачів по діапазону частот обидва передавачі працюють назустріч один одному по кожній з 4-х пар в тому самому діапазоні частот, так як використовують один і той же потенційний код РАМ5 (рис 3.4.1). Схема гібридної розв'язки Ндозволяє приймачеві і передавачу одного і того ж вузла використовувати одночасно кручену пару і для прийому і передачі (так само, як і в трансіверах коаксіального Ethernet).

Мал. 4.4.1.Двонаправлена передача по чотирьох парах DTP категорії 5

Для відділення прийнятого сигналу від свого приймача віднімає з результуючого сигналу відомий йому свій сигнал. Звичайно, це не проста операція і для її виконання використовуються спеціальні цифрові сигнальні процесори - DSP (Digital Signal Processor). Така техніка вже пройшла перевірку практикою, але в модемах та мережах ISDN вона застосовувалася зовсім на інших швидкостях.

При напівдуплексний режим роботи отримання зустрічного потоку даних вважається колізією, а для повнодуплексного режиму роботи - нормальною ситуацією.

Зважаючи на те, що роботи зі стандартизації специфікації Gigabit Ethernet на неекранованій кручений парі категорії 5 добігають кінця, багато виробників і споживачів сподіваються на позитивний результат цієї роботи, тому що в цьому випадку для підтримки технології Gigabit Ethernet не потрібно буде замінювати вже встановлену проводку категорії 5 на оптоволокно чи проведення категорії 7.
5. Висновок

· Технологія FDDI є найвідмовнішою технологією локальних мереж. При одноразових відмови кабельної системи чи станції мережа, з допомогою «згортання» подвійного кільця в одинарне, залишається цілком працездатною.

· Технологія Fast Ethernet зберегла у недоторканності метод доступу CSMA/CD, залишивши у ньому той самий алгоритм і самі тимчасові параметри в бітових інтервалах (сам бітовий інтервал зменшився удесятеро). Усі відмінності Fast Ethernet від Ethernet виявляються фізично.

· Стандарти l00Base-TX/FX можуть працювати у повнодуплексному режимі.

· Максимальний діаметр мережі Fast Ethernet дорівнює приблизно 200 м, а точніші значення залежать від специфікації фізичного середовища. У домені колізій Fast Ethernet допускається не більше одного повторювача класу I (що дозволяє транслювати коди 4В/5В коди 8В/6Т і назад) і не більше двох повторювачів класу II (що не дозволяють виконувати трансляцію кодів).

· У технології l00VG-AnyLAN арбітром, що вирішує питання про надання станціям доступу до середовища, що розділяється, є концентратор, що підтримує метод Demand Priority - пріоритетні вимоги. Метод Demand Priority оперує з двома рівнями пріоритетів, що виставляються станціями, причому пріоритет станції, яка довго не отримує обслуговування, підвищується динамічно.

Концентратори VG можуть об'єднуватися в ієрархію, причому порядок доступу до середовища не залежить від того, до якого рівня підключена станція, а залежить тільки від пріоритету кадру і часу подачі заявки на обслуговування.

· Технологія Gigabit Ethernet додає новий, 1000 Мбіт/с, ступінь у ієрархії швидкостей сімейства Ethernet. Цей ступінь дозволяє ефективно будувати великі локальні мережі, у яких потужні сервери та магістралі нижніх рівнів мережі працюють на швидкості 100 Мбіт/с, а магістраль Gigabit Ethernet об'єднує їх, забезпечуючи чималий запас пропускної спроможності.

· Розробники технології Gigabit Ethernet зберегли велику міру наступності з технологіями Ethernet та Fast Ethernet. Gigabit Ethernet використовує ті ж формати кадрів, що і попередні версії Ethernet, працює в повнодуплексному і напівдуплексному режимах, підтримуючи на середовищі той же метод доступу CSMA/CD з мінімальними змінами.

· Для забезпечення прийнятного максимального діаметра мережі 200 м у напівдуплексному режимі розробники технології Gigabit Ethernet пішли на збільшення мінімального розміру кадру з 64 до 512 байт. Дозволяється також передавати кілька кадрів поспіль, не звільняючи середовище на інтервалі 8096 байт, тоді кадри не обов'язково доповнювати до 512 байт. Інші параметри методу доступу та максимального розміру кадру залишилися незмінними.

Технологія FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконний інтерфейс розподілених даних - це перша технологія локальних мереж, у якій середовищем передачі є волоконно-оптичний кабель.

Роботи зі створення технологій та пристроїв для використання волоконно-оптичних каналів у локальних мережах розпочалися у 80-ті роки, незабаром після початку промислової експлуатації подібних каналів у територіальних мережах. Проблемна група ХЗТ9.5 інституту ANSI розробила у період із 1986 по 1988 гг. початкові версії стандарту FDDI, який забезпечує передачу кадрів зі швидкістю 100 Мбіт/с подвійного волоконно-оптичного кільця довжиною до 100 км.

Підвищити бітову швидкість передачі до 100 Мбіт/с;

Підвищити стійкість до відмов мережі за рахунок стандартних процедур відновлення її після відмов різного роду - пошкодження кабелю, некоректної роботи вузла, концентратора, виникнення високого рівня перешкод на лінії тощо;

Максимально ефективно використовувати потенційну пропускну

здатність мережі як асинхронного, так синхронного (чутливого до затримок) трафиків.

У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через усі вузли та всі ділянки кабелю тільки первинного (Primary) кільця, цей режим названий режимом Thru – «наскрізним» або «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується.

У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце поєднується з вторинним (див. малюнок), знову утворюючи єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто згортання або згортання кілець. Операція згортання здійснюється засобами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються в одному напрямку (на діаграмах цей напрямок зображується проти годинникової стрілки), а по вторинному - у зворотному (зображається за годинниковою стрілкою). Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.

Особливості мтеод доступу.

Для передачі синхронних кадрів станція завжди має право захопити маркер під час його надходження. У цьому час утримання маркера має заздалегідь задану фіксовану величину. Якщо станції кільця FDDI потрібно передати асинхронний кадр (тип кадру визначається протоколами верхніх рівнів), то для з'ясування можливості захоплення маркера при його черговій появі станція повинна виміряти інтервал часу, який пройшов з моменту попереднього приходу маркера. Цей інтервал називається часом обороту маркера (Token Rotation Time, TRT). Інтервал ТRT порівнюється з іншою величиною - максимально допустимим часом обороту маркера кільцем Т_Оpr. Якщо технології Token Ring максимально допустимий час обороту маркера є фіксованою величиною (2,6 з розрахунку 260 станцій в кільці), то технології FDDI станції домовляються про величину Т_Оpr під час ініціалізації кільця. Кожна станція може запропонувати своє значення Т_Оpr, в результаті для кільця встановлюється мінімальне із запропонованих станціями часів.

Відмовостійкість технології.

Для забезпечення відмовостійкості у стандарті FDDI передбачено створення двох оптоволоконних кілець – первинного та вторинного.

У стандарті FDDI допускаються два види приєднання станцій до мережі:

Одночасне підключення до первинного та вторинного кільця називається подвійним підключенням - Dual Attachment, DA.

Підключення тільки до первинного кільця називається одиночним підключенням – Single Attachment, SA.

Зазвичай концентратори мають подвійне підключення, а станції одинарне, як це показано на малюнку, хоча це і не обов'язково. Щоб пристрої легше було правильно приєднувати до мережі, їх роз'єми маркуються. Роз'єми типу А і В повинні бути у пристроїв з подвійним підключенням, роз'єм М (Master) є у концентратора для одиночного підключення станції, у якій роз'єм у відповідь повинен мати тип S (Slave).

Фізичний рівень поділений на два підрівні: незалежний від середовища підрівень PHY (Physical) і залежний від середовища підрівень PMD (Physical Media Dependent)

13. Структурована кабельна система /СКС/. Ієрархія у кабельній системі. Вибір типу кабелів різних підсистем.

Структурована кабельна система (СКС) – фізична основа інформаційної інфраструктури підприємства, що дозволяє звести в єдину систему безліч інформаційних сервісів різного призначення: локальні обчислювальні та телефонні мережі, системи безпеки, відеоспостереження тощо.

СКС є ієрархічною кабельною системою будівлі або групи будівель, поділену на структурні підсистеми. Вона складається з набору мідних та оптичних кабелів, крос-панелей, сполучних шнурів, кабельних роз'ємів, модульних гнізд, інформаційних розеток та допоміжного обладнання. Усі перелічені елементи інтегруються в єдину систему та експлуатуються згідно з певними правилами.

Кабельна система - це система, елементами якої є кабелі та компоненти, пов'язані з кабелем. До кабельних компонентів відноситься все пасивне комутаційне обладнання, що служить для з'єднання або фізичного закінчення (термінування) кабелю - телекомунікаційні розетки на робочих місцях, кросові та комутаційні панелі (жаргон: патч-панелі) в телекомунікаційних приміщеннях, муфти та сплайси;

Структурована. Структура - це будь-який набір чи комбінація пов'язаних та залежних складових частин. Термін «структурована» означає, з одного боку, здатність системи підтримувати різні телекомунікаційні додатки (передачу мови, даних та відеозображень), з іншого - можливість застосування різних компонентів і продукції різних виробників, і з третьої - здатність до реалізації так званого мультимедійного середовища, якої використовуються кілька типів передавальних середовищ - коаксіальний кабель, UTP, STP та оптичне волокно. Структуру кабельної системи визначає інфраструктура інформаційних технологій, IT (Information Technology), саме вона диктує зміст конкретного проекту кабельної системи відповідно до вимог кінцевого користувача незалежно від активного обладнання, яке може застосовуватися згодом.

14. Мережеві адаптери /СА/. Функції та характеристики СА. Класифікація СА. Принцип роботи.

Мережеві адаптеривиступають як фізичний інтерфейс між комп'ютером і мережним кабелем. Зазвичай вони вставляються у слоти розширення робочих станцій та серверів. Щоб забезпечити фізичне з'єднання між комп'ютером та мережею, до відповідного порту адаптера після його встановлення підключається кабель мережі.

Функції та характеристики мережних адаптерів.

Мережевий адаптер та його драйвер у комп'ютерній мережі виконують функцію фізичного рівня та MAC – рівня. Мережевий адаптер та драйвер здійснюють прийом та передачу кадру. Ця опреація відбувається у кілька етапів. Найчастіше взаємодія протоколів друг з одним усередині комп'ютера відбувається у вигляді буферів, розташованих усередині оперативної пам'яті.

Відомо, що мережеві адаптери реалізують протоколи, і від того, з яким саме протоколом ведеться робота, адаптери діляться на: Ethernet – адаптери, FDDI – адаптери, Token Ring – адаптери та багато інших. Більшість сучасних Ethernet-адаптерів підтримують дві швидкості роботи, а тому у своїй назві містять ще й приставку 10/100.

Перед тим, як встановити мережний адаптер на комп'ютер, потрібно провести конфігурацію. Якщо комп'ютер, операційна система та мережний адаптер підтримують стандарт Plug-and-Play, то адаптер та його драйвер проходять автоматичне конфігурування. Якщо ж цей стандарт не підтримується, то спочатку необхідно провести конфігурування мережного адаптера, а потім такі самі параметри застосувати і в конфігуруванні драйвера. У цьому процесі багато залежить і від виробника мережевого адаптера, а також від параметрів і можливостей шини, для якої призначається адаптер.

Класифікація мережевих адаптерів.

У розвитку мережевих адаптерів Ethernet було відзначено цілих чотири покоління. Для виготовлення першого покоління адаптерів застосовувалися дискретні, логічні мікросхеми, тому вони відрізнялися високою надійністю. Їхня буферна пам'ять була розрахована тільки на один кадр, а це вже говорить про те, що їхня продуктивність була дуже низькою. До того ж завдання конфігурації мережного адаптера такого типу відбувалося за допомогою перемичок, а отже – вручну.