Начало Локальные сети

Технологии FDDI и 100VG-Any LAN

Спецификация FDDI (Fiber Distributed DataInterface) была разработана американским национальным комитетом ANSI в середине 1980–х годов. Эта технология была предназначена для обеспечения объединения сегментов локальных сетей Ethernet/IEEE 802.3 и Token Ring/IEEE 802.5 с помощью надежных высокоскоростных каналов.

Принципы построения и компоненты сети FDDI

Спецификация FDDI определяет принципы построения интерфейса, который обеспечивает передачу данных со скоростью 100 Мбит/сек. Для обеспечения большей надежности каналы передачи данных в сети FDDI дублируются, таким образом, в этой сети могут быть использованы два информационных кольца – основное (primary ring) и дополнительное (secondary ring).

В зависимости от способаподключения, станции, которые подключены к сети FDDI, могут быть двух типов:

• Станции класса А (станции двойного подключения DAS)
• Станции класса B (станции одинарного подключения SAS)

На рисунке представлена структура сетиFDDI

Представление данных в сети FDDI

Для того, чтобы обеспечить возможность взаимной синхронизации тактовых генераторов передатчика и приемника при любой последовательности передаваемых данных используется избыточное кодирование по схеме 4В5В. Таким образом, для того, чтобы обеспечить скорость передачи данных 100 Мбит/секунду сигнал в линии должен меняться со скоростью 125МГц (при этом один бит передается за 8 наносекунд). 

Из 32 возможных кодировок только 16 используются для передачи данных. Разрешенные кодировки выбираются таким образом, чтобы в символе не встречалось более двух последовательных нулей. Следует напомнить, что при передаче нуля выходной сигнал не изменяется, что может вызвать нарушение взаимной синхронизации тактовых генераторов. Оставшиеся символы либо используются в качестве служебныхи управляющих (Q-S), либо совсем не используются в технологии FDDI(V).

Структура кадра FDDI

В таблице представлена структура информационного кадра FDDI.

Минимальная длина структуры информационного кадра в сети FDDI не определена, поскольку в сетях маркерного типа возникновение коллизий невозможно. Максимальная длина кадра превышает 4 Кб.

Поле PRE

Это поле имеет длину два или более байт и предназначено для обеспечения взаимной синхронизации генератора до начала приема информационной части кадра. В данном поле размещается служебные кодировки типа Idle.

Поле Start Delimiter

Кодировка, которая размешается в данном поле, должна обеспечить однозначное распознавание поступление на вход станции информационного или управляющего кадра TR. В этом поле помещаются управляющие символы J и K.

Поле Frame Control

Содержимое данного поля указывает на тип нагрузки, которая размещается в информационном поле кадра.

В таблице приведены значения поля FC для нескольких вариантов кадров. Кадр типа SMT Station Management используется для того, чтобы управлять взаимодействием отдельных станций в сети FDDI.

Поля DA и SA

Содержат адреса станции назначения и передающей станции соответственно. Адрес станции назначения также как в сети Ethernet может быть трех различных типов: Unicast, Multicast или Broadcast.

Поле Data

В этом поле размещаются блоки данных сетевого уровня. Длина Поля Data в кадре FDDI может быть от 0 до 4478 байтов.

ПолеFCS

Это поле содержит контрольную сумму кадра. Принимающая станция сравнивает вычисленное значение для принятого кадра с принятой контрольной суммой и на основании этого делает вывод о том, насколько правильно этот кадр был принят и передан.

Поле End Delimiter

Кодировка, которая размещается в данном поле, указывает на завершение передаваемого кадра. В этом поле  размещаются служебный символ Т в том случае, если кадр является полным. Отсутствие этого символа в данном поле указывает на то, что последовательность, которая размещена в поле Data данного файла, не представляет  собой завершенный кадр.

Поле Frame Status

В данном поле размещаются три индикатора, которые определяют статус передаваемого кадра. Нормальными значениями для данных индикаторов являются кодировки S (Set) или R (Reset). В момент первоначального формирования кадра передатчик формирует индикаторы значением R. В процессе передачи этого кадра по сети FDDI могут возникнуть проблемы, для того, чтобы указать последующим станциям на эти проблемып ервоначальное содержимое этих полей может быть изменено транслирующими станциями на символ S. Для обозначения проблем используются следующие символы:

Error (E) – этот индикатор устанавливается в S в том случае, если в процессе приема или ретрансляции кадра была обнаружена ошибка. Например, когда рассчитанное значение контрольной суммы не совпало с передаваемым значением FCS.

Если у принятого кадра в поле индикатора Е находится любой другой символ кроме R, такой кадр считается ошибочным и не принимается к рассмотрению.

Acknowledge (A) – подтверждение. Принимающая станция устанавливает этот индикатор значением S в том случае, когда она считает, что данный кадр был адресован ей. Это может быть кадр типа с адресом в поле назначения Unicast, Multicast или Broadcast. Фактически данный символ указывает на то, что адресат подтверждает получение переданного кадра.

Copy (C) -  копирование. Этот индикатор устанавливается приемной стороной в том случае, если она получила информацию, которая была размещена в поле данных переданного кадра. Может возникнуть ситуация, когда из-за  перегрузки принимающая станция не сможет скопировать принятый кадр в буфер. В этом случае признак А будет установлен, а признак С – нет.

Типы кадров FDDI

Наиболее часто используются три типа кадров FDDI:

• MAC-frame
• LLC - frame
• SMT –frame

Кадры MAC – типа

Кадры этого типа используются для управления процессом информационного обмена на уровне доступак среде передачи. В сети FDDI используются два типа кадров данного типа – кадры требования исигнальные кадры. Примером сигнального кадра FDDI является кадр JAM.

Кадр LLC

Структура информационного поля кадра данного типа полностью соответствует структуре поля Data кадра IEEE 802.3 (SAP). Единственное отличие заключается в том, что общая длина информационного поля у кадра FDDI составляет 4473 байт.

Кадр SMT

Функция Station Management (Управление станцией) является важным компонентом сети FDDI. Эта функция обеспечивает взаимодействие компонентов сети, обнаружение и устранение нарушений информационного взаимодействия, сбор cтатистики и т.д. Кадр SMT, который размещается в поле данных кадра FDDI, состоит из двух компонентов: заголовок (SMT Hdr.) и информационная часть (SMT Info), эти две части в совокупности образуют блок данных канального уровня кадра SMT.

Заголовок кадра SMT

Заголовок кадра SMT имеет длину 20 байт и в свою очередь разбит на 7 полей:

• Frame Class
• Frame Type
• Version ID
• Transaction ID
• Station ID
• Pad
• Info Field Length

Поле Frame Class

Содержимое данного поля занимает один байт и определяет класс и тип используемого кадра. В таблице приведены значения кодировок поля Frame Class и соответствующие им классы и типы кадров SMT. Протокол Neighbor Notification использует кадры NIF для того, чтобы станции, которые являются соседями по кольцу, могли получить информацию друг о друге. С помощью этого протокола также могут быть выявлены станции, которые используют дублированные МАС-адреса. Для определения связности сети используются кадры типа ECHO (ECF). Кадры данного типа могут иметь достаточно большой размер (вплоть до максимального) и могут использоваться также для определения операционного статуса различных компонентов узла сети FDDI (МАС, Port,SMT). Кадры RAF (Resource Allocation Frame) используются для обеспечения реализации процедуры изменения приоритета конкретного узла в сети, что, в конечном счете, приводит к возможности гибкого управления полосой пропускания. Этот механизм обеспечивает интегрирование  в пределах одной сети разнородных трафиков данных. Кадры Status Report Frame (SRF) используются компонентами сети FDDI для передачи отчетов овозникновении различных нестандартных ситуаций.  К таким ситуациям относятся:

• Frame Error – формируется в том случае, когда станция получает аномально большое количество ошибочных кадров
• Link Error – формируется в том случае, когда станция фиксирует большое количество ошибок в канале передачи данных
• Not Copied – этот отчет формируется тогда, когда станция из-за перегрузки не успевает копировать поля данных всех кадров, которые были ей адресованы.

Кадры типа PMF-Get и PMF-Set могут быть использованыдля того, чтобы анализировать или формировать различные параметры, которые определены в MIB данного объекта.  

Поле Frame Type

В этом поле размещается кодировка, которая определяет тип данного кадра FDDI. Поле Frame Type имеет длину 1 байт. Коды, размещаемые в данном поле, имеютследующие значения:

• 01 объявление
• 02 запрос
• 03 ответ

Поле Version ID

Поле Version ID занимает два байта в кадре и предназначено для указания номера версии протокола SMT, который явно определяет структуру информационного поля. Существуют как минимум два значения для данного поля: значение 0001 соответствует версиям, более ранним, чем 7.х, значение 0002 соответствует более поздним версиям.

Поле  Transaction ID

Это поле занимает 4 байта в кадре и предназначено для того, чтобы установить соответствие между кадром запроса и кадром ответа. Отвечая на запрос, станция копирует содержимое из данного поля кадра, который содержал данный запрос. Таким образом, проанализировав содержимое данного поля, запрашивающая станция может правильно идентифицировать полученный ответ.

Поле Station ID

В этом поле, которое имеет длину 8 байтов, размещается идентификатор, который используется для распознавания данной станции при выполнении процедур SMT.

Поле Pad

В этом поле размещаются незначащие кодировки. Поле используется для того, чтобы обеспечить фиксированную длину заголовка кадра SMT.

Поле Info Field Length

Поле Info Field Length занимает 2 байта в заголовке кадра SMT и содержит кодировку, которая определяет длину информационного поля кадра, выраженную в байтах.

Структура кадра Token

В таблице представлена структура кадра Token.

Кадры данного типа выполняют служебные функции в сети FDDI и обеспечивают поддержание установленной дисциплины информационного обмена. Кадр Token представляет собой обычный информационный кадр, который не содержит поле передаваемых данных.

Режимы информационного обмена в сетях FDDI

Технология FDDI предусматривает передачу двух типов трафика в сети:

• Синхронный трафик
• Асинхронный трафик

Синхронный трафик образуют приложения, для которых критичным является наличие временной задержки при передаче данных – передача голоса или видео информации. Остальные данные, которые передаются по сети, образуют асинхронный трафик. Для обеспечения гарантированных задержек при передаче данных, которые относятся к синхронному трафику, в сети FDDI используется механизм приоритетов.

Обеспечение устойчивости к отказам компонентов в сети FDDI

В сети FDDI используются несколько механизмов, которые используются для уменьшения чувствительности к возникновению отказов системы в целом.

Вспомогательное кольцо

Вспомогательное кольцо является одним из компонентов, которые обеспечивают устойчивость к отказам сети FDDI. На рисунке представлены варианты изменения первоначальной структуры сети при возникновении различных неисправностей в коммуникационных структурах.

Для обеспечения возможности автоматической реконфигурации системы применяются специальные алгоритмы  управления соединением на физическом уровне FDDI

Алгоритмы управления соединением на физическом уровне FDDI

Каждая станция в сети FDDI выполняет  процедуру, которая называется Physical Connection Management (PCM) –управление физическим соединением. Эта процедура определяется для каждого порта, который используется для подключения данного устройства к сети FDDI. Процедура РСМ представляет собой часть процедуры SMT, которая выполняется на физическом уровне.

Процедура LCT

Процедура LCT предназначена для определения качества физического контакта. Продолжительность выполнения LCT определяется перед началом его выполнения, и может составлять от 50 миллисекунд до 50 секунд. Входе выполнения теста станции обмениваются установленными кодировками и проверяют качество принятого сигнала. Только в том случае, если качество контакта отвечает предъявляемым требованиям, соединение считается установленным. После установления соединения соответствующие порты включаются в маршрут перемещения маркера по сети FDDI (token path) и эти порты начинают использоваться для передачи данных.

Технология CDDI

Относительно высокая стоимость компонентов FDDI является фактором, которыйс держивает её более широкое внедрение в локальные сети пользователей. В то же время практически повсеместно для передачи данных в этих локальных сетях используются экранированные и неэкранированные медные пары, которые также способны обеспечивать передачу данных со скоростью до 100 Мбит/сек.

Поэтому в 1990 году в ANSI был образован комитет, который в 1994 году подготовил спецификацию, обеспечившую функционирование протоколов канального уровня FDDI при  использовании в качестве среды передачи данных UTP категории 5 и STP типа 1.

Технология 100VG-Any LAN (IEEE 802.12)

Технология, которой впоследствии было присвоено наименование  100VG-Any LAN первоначально разрабатывалась группой компаний под общим руководством фирмы Hewlett Packard. Впоследствии принципы этой технологии были использованы в комитете IEEE 802 при разработке одного из вариантов Fast Ethernet. Однако, поскольку для промышленного внедрения концепции FastEthernet был выбран вариант 100 Base T, предложенная технология получила новое наименование  100VG-Any LAN, которое означало:

• Передача данных со скоростью 100 Мбит/сек
• По кабелям невысоких категорий (Voice Grade)
• Взаимодействие различных технологий LAN (Ethernet, Token Ring)

В настоящее время разработка и развитие спецификации 100VG-Any LAN выполняется специалистами комитета IEEE 802.12. 

Основные принципы технологии 100VG-AnyLAN

Спецификация, которая была предложена специалистами IEEE 802.12, предполагает использование нового протокола уровня доступа к среде передачи вместо CSMA/CD. Этот протокол называется DemandPriority (DP) – приоритет требования.

Метод доступа Demand Priority

Основным компонентом, который обеспечивает выполнения доступа поправилам DP в сетях 100VG-Any LAN, является репитер 802.12 Функции репитера в сети IEEE 802.12 существенно отличаются от функций репитера в сети 802.3.

Рабочая станция, которая хочет передать кадр данных, первоначально посылает репитеру кадр запроса. Поступившие запросы репитер обслуживает по принципу циклической очереди. После получения кадра репитер IEEE 802.12 направляет этот кадр в порт, к которому подключена станция назначения для данного кадра.

Следует отметить,что метод DP не может быть отнесен к классическим методам маркерного доступа, поскольку в данном случае разрешение на передачу (Token) передается только тем станциям, от которых поступили запросы.

Уровни приоритета протокола DP

Протокол DP обеспечивает возможность присвоения двух уровней приоритета передаваемым данным:

• Normal Priority (Нормальный приоритет)
• High Priority (высший приоритет)

Запросы нормального приоритета обслуживаются только при отсутствии запросов высшего приоритета. Запросы одного уровня обслуживаются по принципу циклической очереди. Для того чтобы обеспечить выделение гарантированной полосы пропускания для обслуживания запросов нормального уровня протокол DP предполагает использование специального алгоритма манипулирования приоритетами. В соответствии с этим алгоритмом, запросу нормального уровня приоритета, который не был обслужен в течение определенного интервала времени, присваивается высший уровень приоритета.

Протоколы физического уровня

Стандарт 802.12 предписывает использование линейного кодирования по алгоритму 5В/6В.

Для передачи данных в сетях 802.12 предусматривается использование витой пары категории 3 и выше или оптического кабеля. В таблице приведены обобщенные характеристики технологии 802.12:

Предыдущая лекция Спецификации Gigabit Ethernet, 10G, сети Token Ring/IEEE 802.5

Следующая лекция Принцип построения устройств типа мост (бридж)