Технологія FDDI

1.1.3 Технологія FDDI

Одній з найбільш популярних мереж, що використовують оптичне волокно, (не рахуючи fast ethernet) є FDDI. FDDI (fiber distributed data interface, ISO 9314–1, rfc-1512–1390, -1329, -1285) стандарт американського інституту стандартів (ansi), прийнятий без зміни ISO. Протокол розрахований на фізичну швидкість передачі інформації 100 Мбіт/с і призначений для мереж з сумарною довжиною до 100 км (40 км. для мультимодових волокон) при відстані між вузлами 2 км. або більш. Частота помилок в мережі не перевищує 10–9. У FDDI використовується схема подвійного кільцевого лічильника (Рис. 1.1.3.1; буквами а, b, c, d і e позначені станції-концентратори). Кільцева схема єдине можливе рішення для оптичного волокна (не рахуючи схеми крапка-крапка). Для доступу до мережі використовується спеціальний маркер (розвиток протоколу IEEE 802.5 – Token Ring). Мережі FDDI не мають собі рівних при побудові опорних магістралей (backbone) локальних мереж, дозволяючи реалізувати принципово нові можливості – видалену обробку зображень і інтерактивну графіку. Зазвичай пристрої (DAS – dual attached station) підключаються до обох кілець одночасно. Пакети по цих кільцях рухаються в протилежних напрямах. У нормі тільки одне кільце активне (первинне), але при виникненні збою (відмова в одному з вузлів) активізується і друге кільце, що помітно підвищує надійність системи, дозволяючи обійти несправну ділянку (схема з'єднань усередині станцій-концентраторів на Рис. 1.1 є сильно спрощеною). Передбачена можливість підключення станцій і лише до одного кільця (SAS – single attached station), що помітно дешевше. До одного кільця можна підключити до 500 das і 1000 sas. Сервер і клієнт мають різні типи інтерфейсів.

Топологія зв'язків в FDDI влаштована таким чином, що відмова в будь-якому з вузлів із-за виходу з ладу устаткування або відключення живлення не приведе до розриву кільця, потік кадрів автоматично піде в обхід пошкодженої ділянки.

Рис. 1.1. Схема зв'язків в подвійному кільці FDDI

FDDI дозволяє працювати з кадрами розміром 4500 октетів, за вирахуванням місця, займаного преамбулою, залишається 4470 октетів для передачі даних. RFC-1188 резервує 256 октетів для заголовків, залишаючи для даних 4096 октетів. Маршрутизатор, що підтримує протокол FDDI має бути здатний приймати такі довгі пакети. Посилатися ж повинні дейтограми не довше 576 октетів, якщо не ясно, чи зможе адресат приймати довгі кадри.

Послуги інформаційного каналу (data link service) реалізуються через протокол IEEE 802.2 logical link control (LLC). В результаті ми маємо наступний стек протоколів (Рис. 1.2):

Рис. 1.2. Схема протокольних підрівнів для FDDI

Рівень MAC (media access control) визначає доступ до мережевого середовища, включаючи формат кадрів, адресацію, алгоритм обчислення crc і механізм виправлення помилок. Рівень PHY (physical layer protocol) задає процедуру кодування / декодування, синхронізацію, формування кадрів і ін. Як базова використовується кодування 4b/5b (перетворення 4-бітової коди в 5-бітовий), а в каналі – NRZI. Рівень PMD (physical layer medium) визначає характеристики транспортного середовища, включаючи оптичні канали, рівні живлення, регламентує частоту помилок, задає вимоги до оптичних компонентів і роз'ємів. Блок схема інтерфейсу між рівнями MAC і PHY показана на Рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема фізичного інтерфейсу FDDI

IP-дейтограми, ARP-запроси і відгуки, що пересилаються по мережі FDDI, повинні інкапсулюватися в пакети 802.2 LLC і SNAP (subnetwork access protocol; див. Рис. 1.4 і 1.5), а на фізичному рівні в FDDI MAC. Протокол snap повинен використовуватися з організаційними кодами, вказуючими, що SNAP-заголовок містить код Ethertype. 24-бітовий організаційний код (organization code) в snap має дорівнювати нулю, а останні 16 біт повинні відповідати Ethertype (див. assigned numbers, RFC-1700; IP=2048, ARP=2054).

Всі кадри повинні пересилатися відповідно до стандарту 802.2 LLC тип 1 (формат ненумерованої інформації, з полями DSAP (destination service access point) і SSAP (source service access point) заголовка 802.2, рівними наказаним значенням SAP (service access point) для SNAP.

Рис. 1.4. Структура деяких полів заголовків пакетів

Повна довжина LLC- і SNAP-заголовков складає 8 октетів. Десяткове значення k1 рівне 170. k2 дорівнює 0. Управляючий код дорівнює 3 (ненумерована інформація).

Для перетворення 16 – або 48-розрядної FDDI-адреса в 32-розрядну IP-адрес використовується протокол ARP. Операційний код дорівнює 1 для запиту і 2 для відгуку. Специфікація FDDI MAC визначає максимальний розмір кадру рівним 4500 октетам, включаючи 16-октетну преамбулу. Преамбула складається з код 11111, стартовий роздільник має вигляд 1100010001, а крайовий роздільник – 0110101101 (у всіх випадках застосована 5-бітова нотація). Контрольна сума CRC обчислюється для полів, починаючи з поля управління по дані включно.

Рис. 1.5. Формат пакету протоколу FDDI

Віднімаючи 8 байт LLC/SNAP заголовка, набуваємо значень максимального розміру пакету (MTU) 4470 (4478) октетів. Для сумісності розмір пакетів для IP-дейтограмм і ARP-пакетов узгоджується з вимогами конкретної мережі. FDDI реалізує маркерний доступ, формат пакету-маркера має вигляд, показаний на Рис. 1.6. Залежно від розміру кільця в нім можуть циркулювати декілька маркерів.

Рис. 1.6. Формат кадру-маркера

802.2 клас I LLC вимагає підтримки команд ненумерована інформація (UI), команд і відгуків exchange identification (XID), а також test. Станції не зобов'язані уміти передавати команди XID і test, але мають бути здатні посилати відгуки.

Командні кадри ідентифікуються по нульовому молодшому біту SSAP-адреса. Кадри-відгуки мають молодший біт SSAP-адреса рівний 1. UI-команди містять в полі LLC, що управляє, код 3.

Команди/відгуки XID мають код поля LLC, рівний 175 (значення десяткове) при значенні бита poll/final=0 або 191 при poll/final=1. Код управління LLC для команд/відгуків test дорівнює 227, якщо poll/final=0, і 243 при poll/final=1.

Відгуки і команди UI при poll=1 ігноруються. Команди UI, відмінні, що мають, від snap sap в DSAP – або SSAP-полях, не вважаються за пакети IP або ARP.

При отриманні команд XID або test має бути посланий відповідний відгук. Відгук посилається, коли DSAP рівний SNAP SAP (170), null SAP (0), або при global SAP (255). При інших DSAP відгуки не посилаються.

При посилці відгуку на команди XID або test, значення біта final відгуку має дорівнювати значенню біта poll команди. Кадр відгуку XID повинен включати інформаційне поле 802.2 XID 129.1.0, вказуюче на клас послуг 1 (що не вимагають встановлення зв'язку).

Кадри відгуку test повинні відповідати інформаційному полю кадру команди test.

Для початку передачі станція повинна отримати в своє розпорядження маркер. Якщо станція знаходиться в пасивному стані, вона передає маркер наступної станції. Але із-за великої протяжності кілець FDDI час затримки тут помітно більше, ніж у разі Token Ring. У кільці FDDI може знаходитися декілька кадрів одночасні. Станція сама видаляє кадри з кільця, послані їй самій. Всі станції повинні мати таймер обертання маркера (TRT – token rotation time), який вимірює час з моменту, коли станція останній раз приймала цей пакет. Є змінна TTRT (target token rotation time). Значення TRT порівнюється з TTRT і лише пріоритетні кадри можуть бути передані при TRT> TTRT. Звичайна передача даних контролюється таймером THT (token hold timer). Коли станція отримує маркер, вона заносить TRT в таймер THT, який починає зворотний відлік. Станція може посилати кадри до тих пір, поки THT залишається більше TTRT. Насправді THT визначає максимальне число октетів (символів), яке може бути послане станцією в рамках одного кадру (THT задає граничний час, протягом якого станція може передавати дані).

IEEE специфікує числа як послідовності битий, де молодший біт передається першим. У протоколах Інтернет порядок битий іншою, що може викликати помилки. Нижче приведена коротка табл. 1.1 відповідності для деяких з чисел.

Таблиця 1.1

Оптоволокно особливе привабливо для мереж, де ЕОМ розміщені в далеко віддалених один від одного будівлях і при високому рівні електромагнітних наведень. Оптоволокно є незамінним середовищем для широкосмугових каналів зв'язків (пригадаємо теорему Шенона). Привабливе таке середовище і з погляду надійності (бульдозери, що рвуть кабель, не в рахунок) і безпеки (відсутність зовнішніх випромінювань). Відстань між станціями при використанні такого кабелю може досягати 8–9 км. (а не 2 км., як у разі багатомодового кабелю із смугою 500МГц/км). Зарубіжні одномодові кабелі групи 1 допускають максимальну відстань між вузлами в 10 км., а групи 2 – 40 км. при смузі пропускання 1 Гбіт/с. Підключення до мережі fddi проводиться зазвичай через фотооптичні трансивери (ФОТ), які перетворять оптичний сигнал в електричний. Джерелом світла є светоизлучающий діод з довжиною хвилі 1350 або 1500 нм. Товщина передавального оптоволокна дорівнює 50/125 або 62.5/125 мікрон (чисельник – діаметр волокна, що несе світло; знаменник – зовнішній діаметр клэдинга; числа відносяться до мультимодовому волокна). При виборі того або іншого кабелю слід мати на увазі, що ослаблення більш 11дБ не допустимо, при більшому ослабленні число помилок в процесі передачі стає дуже великим. Саме це обмеження ставить верхня межа на довжину при використанні багатомодового волокна (при довжині 2 км. ослаблення досягає 10,5 дБ). Вибираючи оптичні роз'єми, потрібно пам'ятати, що хороший роз'єм не повинен вносити ослаблення більше 2 дБ. Там де це можливо, переважно зварка волокон, яка при якісного виконання вносить ослаблення сигналу не більше 0,3 дБ. На випадок виходу з ладу устаткування або відключення живлення зручно використовувати оптичні перемикачі, що обводять (але вони вносять ослаблення близько 2.5–4 дБ). При їх використанні гранична відстань між вузлами має бути скорочене більш ніж удвічі. Якщо видно, що втрати досягають критичного рівня, слід вибирати кабель з волокном 62.5/125 мікрон. При прокладці оптичного кабелю не можна допускати дуже малих радіусів перегинів (можливий обрив волокна, збільшуються втрати світла). Кабелі, що відносяться до різних кілець fddi, слід рознести, в цьому випадку один бульдозер не зможе обірвати відразу обидва кабелі.

FDDI-кадри використовують заголовки, визначувані стандартом IEEE 802.2 (LLC – logical link control), який не має поля тип, присутній в Ethernet-заголовке. FDDI і ethernet мають різний порядок передачі бітів, тому мости і маршрутизатори між FDDI і Ethernet повинні уміти виконувати відповідні перетворення. Через особливості маршрутизаторів не всі протоколи можуть бути реалізовані на стику FDDI і Ethernet (наприклад, DEC LAT працювати не буде). Для вирішення проблеми створені гібридні прилади (brouter), які для одних протоколів працюють як маршрутизатори, будучи мостами для інших. Ці прилади для одних пакетів прозорі, інші ж пересилаються з використанням інкапсуляції. Враховуючи те, що FDDI може пересилати до 400000 пакетів в секунду, схеми розпізнавання адрес моста повинна мати відповідна швидкодія.

Нетрадиційним для інших мереж є концентратор, використовуваний в FDDI. Він дозволяє підключити декілька приладів SAS-типа до стандартного FDDI-кольцу, створюючи структури типу дерева. Але такі структури несуть в собі певні обмеження на довжини мережевих елементів, так при використанні повторителя видалення не повинно перевищувати 1,5 км., а у разі моста 2,5 км. (одномодовий варіант). Не дивлячись на ці обмеження і те, що базовою топологією мереж FDDI є кільце, зіркоподібні варіанти також мають право на життя, допустимі і комбінації цих топологий. В межах однієї будівлі підключення доцільно робити через концентратор, окремі ж будівлі об'єднуються по схемі кільце. До кільця FDDI можуть також легко підключатися і субмережі Token Ring (через міст або маршрутизатор).

Концентратори бувають двох типів: DAS і SAS. Такі прилади підвищують надійність мережі, оскільки не вимушують мережу при відключенні окремого приладу переходити в аварійний режим обходу. Застосування концентраторів знижує і вартість підключення до FDDI. Концентратори можуть допомогти при створенні невеликих групових субмереж, призначених для вирішення специфічних завдань (наприклад, CAD, CAM або обробка зображень).

Новим пристроєм, використовуваним в FDDI-узлах, є міжвузлові процесори (internetwork nodal processor – INP), які є розвитком ідей front end processor (FEP). INP, завдяки модульності, може допомогти користувачеві адаптуватися до змін, що постійно відбуваються в мережах, де він працює. INP може виконувати функції багатопротокольного моста або маршрутизатора. Управління FDDI-оборудованием проводиться за допомогою протоколу SNMP і бази даних MIB. Передбачені деякі додаткові діагностичні засоби, які виявляють не тільки апаратні збої, але і деякі програмні помилки. Застосування мостів для об'єднання FDDI-сетей дозволяє забезпечити високий ступінь мережевої безпеки і вирішити багато топологічних проблем, зняти обмеження з граничного числа DAS-подключений (<500). Вибір між мостом і маршрутизатором визначається тим, що важливіше, вартість, гнучкість системи мулу висока пропускна спроможність.

Рис. 1.8. Варіанти зв'язків у разі обривів волокон

При обривах оптоволокна можливе часткове (при двох обривах) або повне (при одному обриві) відновлення зв'язності мережі.