Локальные сети(ЛВС). Технологии FDDI и 100 VG - Any LAN.

Технологии FDDI и 100 VG - Any LAN

Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 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.

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 способа подключения, станции, которые подключены к сети FDDI, могут быть двух типов:

•  Станции класса А (станции двойного подключения DAS);

•  Станции класса B (станции одинарного подключения SAS).

Рис. 1.7.1. Структура 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).

Таблица 1.7.1.

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 служебных и управляющих (Q-S), либо совсем не используются в технологии FDDI(V).

Структура информационного кадра FDDI.

Таблица 1.7.2.

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 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 должно обеспечить однозначное распознавание поступления на вход станции информационного или управляющего кадра TR. В этом поле помещаются управляющие символы J и K.

Поле Frame Control указывает на тип нагрузки, которая размещается в информационном поле кадра.

Таблица 1.7.3.

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 содержит блоки данных сетевого уровня. Длина Поля Data в кадре FDDI может быть от 0 до 4478 байтов.

Поле FCS 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 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 содержит 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 проблемы первоначальное 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.

Наиболее часто используются три типа кадров FDDI:

•  MAC - frame;

•  LLC - frame;

•  SMT -frame.

Кадры MAC - типа используются для управления процессом информационного обмена на уровне доступа к среде передачи. В сети FDDI используются два типа кадров данного типа - кадры требования и сигнальные 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 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

Таблица 1.7.4.

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 о возникновении 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 использованы для того, чтобы анализировать или формировать различные параметры, которые определены в MIB данного объекта.

Поле Frame Type содержит кодировку, которая определяет тип данного кадра FDDI. Поле Frame Type имеет длину 1 байт. Коды, размещаемые в данном поле, имеют следующие значения:

•  01 объявление;

•  02 запрос;

•  03 ответ.

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 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 имеет длину 8 байтов, содержит идентификатор, который используется для распознавания данной станции при выполнении процедур SMT.

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

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

Таблица 1.7.5.

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.

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.

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

Вспомогательное кольцо является одним из компонентов, которые обеспечивают устойчивость к отказам сети FDDI.

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

Рис. 1.7.2. Варианты изменения первоначальной структуры сети при возникновении различных неисправностей в коммуникационных структурах.

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 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.

Относительно высокая стоимость компонентов FDDI является фактором, который сдерживает 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, 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.

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

Основным компонентом, который обеспечивает выполнения доступа по правилам 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.

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.

Стандарт 802.12 предписывает использование линейного кодирования по алгоритму 5В6В.

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:

Таблица 1.7.6.