Основные технические характеристики соответствующие сети fddi. Технология FDDI

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface) - это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI, предложенный Американским национальным институтом стандартов (ANSI), изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабеля (длина волны света - 850 нм). Поэтому в этом случае разработчики не были стеснены рамками стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи сразу же определил преимущества новой сети: высокую помехозащищенность, секретность передачи информации и прекрасную гальваническую развязку абонентов. Высокая скорость передачи, которую при использовании оптоволоконного кабеля достичь гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоящему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого распространения, ее перспективы очень неплохие.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDD1 - это кольцо, причем применяются два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет использовать полнодуплексную передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает па скорости 100 Мбит/с).

Основные технические характеристики сети FDDI следующие.

· Максимальное количество абонентов сети - 1000.

· Максимальная протяженность кольца сети - 20 км.

· Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.

· Среда передачи - оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).

· Метод доступа - маркерный.

· Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Следовательно, FDDI имеет большие преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов. К тому же маркерный метод доступа FDD1 обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А максимальное расстояние между абонентами (2 км) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле.

Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В, специально разработанный для этого стандарта и обеспечивающий скорость 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как при применении кода Манчестер-II. При этом каждым четырем битам передаваемой информации (каждому полубайту или нибблу) ставится в соответствие пять бит для восстановления синхронизации на приемном конце.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо сетевых адаптеров двух типов.

· Адаптеры класса А подключаются к внутреннему и внешнему кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или же возможность резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный кабель). Аппаратура этого класса используется в самых критичных частях сети.

· Адаптеры класса В подключаются только к внешнему кольцу сети. Они могут быть более простыми и дешевыми, чем адаптеры класса А, но не будут иметь их возможностей.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети могут использоваться связные концентраторы (wiring concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля за работой сети, диагностики неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет преобразование электрических сигналов в оптические и наоборот. Пример конфигурации сети FDDI представлен на рис. 2.11

Рис. 2.11. Пример конфигурации сети FDDI

Стандарт FDDI предусматривает возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля (рис.2.12). Поврежденный участок кабеля исключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (т. е. адаптеры класса А начинают работать как адаптеры класса В).

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется множественная передача маркера. Если при использовании Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после окончания передачи им пакета. Последовательность действий здесь следующая.

· Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.

· Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет.

· Сразу после передачи пакета абонент посылает новый маркер.

Одновременно каждый абонент ведет свой отсчет времени, сравнивая реальное время обращения маркера (TRT) с заранее установленным контрольным временем его прибытия (РТТ). Если маркер возвращается раньше, чем установлено РТТ, то сеть загружена мало, и следовательно, абонент может спокойно передавать всю свою информацию. Если же маркер возвращается позже, чем установлено РТТ, то сеть загружена сильно, и абонент может передавать только самую необходимую информацию. При этом величины контрольного времени РТТ могут устанавливаться различными для разных абонентов. Такой механизм позволяет абонентам гибко реагировать на загрузку сети и поддерживать ее на оптимальном уровне.

Рис.2.12. Реконфигурация сети FDDI при повреждении кабеля

Стандарт FDDI в отличие от стандарта IEEE 802.5 не предусматривает возможности установки приоритетов пакетов и резервирования. Вместо этого все абоненты разделяются на две группы: асинхронные и синхронные. Для асинхронных абонентов время доступа к сети не слишком критично. Для синхронных оно должно быть жестко ограничено. В стандарте предусмотрен специальный алгоритм, обслуживающий эти два типа абонентов.

Несмотря на очевидные преимущества, сеть FDDI не получила пока широкого распространения, это связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка 3-5 тысяч долларов). Однако в ближайшее время ситуация может измениться.

10.2. Технология FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Перед разработчиками стояла задача: разработки стандарта локальной сети, построенной на оптоволоконном кабеле, обеспечивающей скорость 100 Мбит/с и имеющей длину кольца до 100 км.
^

Основные характеристики технологии

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели :

повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;
максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 76), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Рис. 76. Реконфигурация колец FDDI при отказе

В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод доступа очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

^ На рис. 77 приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Рис. 77. Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.
^

Особенности метода доступа FDDI

Для передачи синхронных кадров станция всегда имеет право захватить маркер при его поступлении. При этом время удержания маркера имеет заранее заданную фиксированную величину .

Если же станции кольца FDDI нужно передать асинхронный кадр (тип кадра определяется протоколами верхних уровней), то для выяснения возможности захвата маркера при его очередном поступлении станция должна измерить интервал времени, который прошел с момента предыдущего прихода маркера. Этот интервал называется временем оборота маркера (Token Rotation Time, TRT) . Интервал TRT сравнивается с другой величиной - максимально допустимым временем оборота маркера по кольцу Т_0рг . Если в технологии Token Ring максимально допустимое время оборота маркера является фиксированной величиной (2,6 с из расчета 260 станций в кольце), то в технологии FDDI станции договариваются о величине Т_0рг во время инициализации кольца. Каждая станция может предложить свое значение Т_0рг, в результате для кольца устанавливается минимальное из предложенных станциями времен. Это позволяет учитывать потребности приложений, работающих на станциях. Обычно синхронным приложениям (приложениям реального времени) нужно чаще передавать данные в сеть небольшими порциями, а асинхронным приложениям лучше получать доступ к сети реже, но большими порциями. Предпочтение отдается станциям, передающим синхронный трафик.

Таким образом, при очередном поступлении маркера для передачи асинхронного кадра сравнивается фактическое время оборота маркера TRT с максимально возможным Т_0рг. Если кольцо не перегружено, то маркер приходит раньше, чем истекает интервал Т_0рг, то есть 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.

Если же кольцо перегружено и маркер опоздал, то интервал TRT будет больше Т_0рг. В этом случае станция не имеет права захватить маркер для асинхронного кадра. Если все станции в сети хотят передавать только асинхронные кадры, а маркер сделал оборот по кольцу слишком медленно, то все станции пропускают маркер в режиме повторения, маркер быстро делает очередной оборот и на следующем цикле работы станции уже имеют право захватить маркер и передать свои кадры.

Метод доступа FDDI для асинхронного трафика является адаптивным и хорошо регулирует временные перегрузки сети.
^

Отказоустойчивость технологии FDDI

Для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание двух оптоволоконных колец - первичного и вторичного. В стандарте FDDI допускаются два вида подсоединения станций к сети. Одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам называется двойным подключением - Dual Attachment, DA. Подключение только к первичному кольцу называется одиночным подключением - Single Attachment, SA.

^ В стандарте FDDI предусмотрено наличие в сети конечных узлов - станций (Station), а также концентраторов (Concentrator). Для станций и концентраторов допустим любой вид подключения к сети - как одиночный, так и двойной. Соответственно такие устройства имеют соответствующие названия: SAS (Single Attachment Station), DAS (Dual Attachment Station), SAC (Single Attachment Concentrator) и DAC (Dual Attachment Concentrator).

^ Обычно концентраторы имеют двойное подключение, а станции - одинарное, как это показано на рис. 78, хотя это и не обязательно. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением, разъем М (Master) имеется у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (Slave).

Рис. 78. Подключение узлов к кольцам FDDI

В случае однократного обрыва кабеля между устройствами с двойным подключением сеть FDDI сможет продолжить нормальную работу за счет автоматической реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами концентратора (рис. 79). Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию двух изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она становится отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфигурации внутреннего пути в концентраторе - порт М, к которому была подключена данная станция, будет исключен из общего пути.

Рис. 79. Реконфигурация сети FDDI при обрыве провода

Для сохранения работоспособности сети при отключении питания в станциях с двойным подключением, то есть станциях DAS, последние должны быть оснащены оптическими обходными переключателями (Optical Bypass Switch), которые создают обходной путь для световых потоков при исчезновении питания, которое они получают от станции .

И наконец, станции DAS или концентраторы DAC можно подключать к двум портам М одного или двух концентраторов, создавая древовидную структуру с основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основную связь, а порт А - резервную. Такая конфигурация называется подключением Dual Homing

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения уровня SMT концентраторов и станций за временными интервалами циркуляции маркера и кадров, а также за наличием физического соединения между соседними портами в сети. В сети FDDI нет выделенного активного монитора - все станции и концентраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начинают процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

Реконфигурация внутренних путей в концентраторах и сетевых адаптерах выполняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.
^

Физический уровень технологии FDDI

В технологии FDDI для передачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано логическое кодирование 4В/5В в сочетании с физическим кодированием NRZI. Эта схема приводит к передаче по линии связи сигналов с тактовой частотой 125 МГц .

Так как из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных символов нужно только 16 комбинаций, то из оставшихся 16 выбрано несколько кодов, которые используются как служебные. К наиболее важным служебным символам относится символ Idle - простой, который постоянно передается между портами в течение пауз между передачей кадров данных. За счет этого станции и концентраторы сети FDDI имеют постоянную информацию о состоянии физических соединений своих портов. В случае отсутствия потока символов Idle фиксируется отказ физической связи и производится реконфигурация внутреннего пути концентратора или станции, если это возможно.

^ При первоначальном соединении кабелем двух узлов их порты сначала выполняют процедуру установления физического соединения. В этой процедуре используются последовательности служебных символов кода 4В/5В, с помощью которых создается некоторый язык команд физического уровня. Эти команды позволяют портам выяснить друг у друга типы портов (А, В, М или S) и решить, корректно ли данное соединение (например, соединение S-S является некорректным и т. п.). Если соединение корректно, то далее выполняется тест качества канала при передаче символов кодов 4В/5В, а затем проверяется работоспособность уровня MAC соединенных устройств путем передачи нескольких кадров MAC. Если все тесты прошли успешно, то физическое соединение считается установленным. Работу по установлению физического соединения контролирует протокол управления станцией SMT.

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical) и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent) (см. рис. 77).

Технология FDDI в настоящее время поддерживает два подуровня PMD: для волоконно-оптического кабеля и для неэкранированной витой пары категории 5. Последний стандарт появился позже оптического и носит название TP-PMD.

Оптоволоконный подуровень PMD обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптическому волокну. Его спецификация определяет:

использование в качестве основной физической среды многомодового волоконно-оптического кабеля 62,5/125 мкм;
требования к мощности оптических сигналов и максимальному затуханию между узлами сети. Для стандартного многомодового кабеля эти требования приводят к предельному расстоянию между узлами в 2 км, а для одномодового кабеля расстояние увеличивается до 10-40 км в зависимости от качества кабеля;
требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировку;
использование для передачи света с длиной волны в 1300 нм;
представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

Подуровень TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом физического кодирования MLT-3, использующего два уровня потенциала: +V и -V для представления данных в кабеле. Для получения равномерного по мощности спектра сигнала данные перед физическим кодированием проходят через скрэмблер. Максимальное расстояние между узлами в соответствии со стандартом TP-PMD равно 100 м.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, максимальное число станций с двойным подключением в кольце - 500.
^

Сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring

В табл. 3.7 представлены результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

Таблица 3.7. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Технология FDDI разрабатывалась для применения в ответственных участках сетей - на магистральных соединениях между крупными сетями, например сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому главным для разработчиков было обеспечить высокую скорость передачи данных, отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все эти цели были достигнуты. В результате технология FDDI получилась качественной, но весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Поэтому практика показала, что основной областью применения технологии FDDI стали магистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупного города, то есть класса MAN. Для подключения клиентских компьютеров и даже небольших серверов технология оказалась слишком дорогой. А поскольку оборудование FDDI выпускается уже около 10 лет, значительного снижения его стоимости ожидать не приходится.

.
^ Технология сетей ARCNet
При подключении устройств в ARCNet применяют топологию «шина» или «звезда». Адаптеры ARCNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркерная шина) и обеспечивают производительность 2,5 Мбит/с. Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.

В сетях ARCNet используется асинхронный метод передачи данных (в Ethernet и Token Ring - синхронный метод), т. е. передача каждого байта в них выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных.

^ В ARCNet определены 5 типов кадров (рис. 80) цифры обозначают длины полей кадров в байтах.):

Кадр ITT (Invitations To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая такой кадр, получает право на передачу данных;

Кадр FBE (Free Buffer Enquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим кадром проверяется готовность узла к приему данных;

кадр DATA - с его помощью передается пакет данных;

Кадр АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных (ответ на РВЕ) или подтверждение приема кадра DATA без шибок (ответ на DATA);

Кадр NAK (Negative ACKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на РВЕ) или принят кадр с ошибкой (ответ на DATA).

Рис. 80. Типы кадров для сетей ARCNet
АВ (Alert Burst) - начальный разделитель (выполняет функции преамбулы кадра); EOT (End Of Transmit) - символ конца передачи; DID (Destination Identification) - адрес приемника (ID-приемника). Если в поле заносится значение 00h, то кадр обрабатывается всеми станциями; ENQ (ENQuiry) - символ запроса о готовности к приему данных; SOH (Start Of Header) - символ начального заголовка; SID (Source Identification) - адрес источника (ID- источника); COUNT = 512-N, где N-длина пакета, байт; CRC - контрольная сумма; АСК (ACKnowledgments) - символ готовности к приему данных; NAK (Negative ACKnowledgments) - символ неготовности к приему данных
Все станции в сети ARCNet определяются 8-битовым ID (Identification - физический адрес сетевого адаптера). Этот адрес устанавливается переключателями на плате. Очередность передачи данных определяется физическими адресами станций (ID). Первой является станция с наибольшим адресом, затем следует станция с наименьшим адресом, далее - в порядке возрастания адресов. Каждая станция знает адрес следующей за ней станции (NextID или NID). Этот адрес определяется при выполнении процедуры реконфигурации системы. Выполнив передачу данных, станция передает право на передачу данных следующей станции при помощи кадра ITТ, при этом в поле DID устанавливается адрес NID. Следующая станция передает данные, затем кадр ITT и т. д. Таким образом, каждой станции предоставляется возможность передать свои данные.

Для передачи пакета станция сначала должна получить маркер. Получив маркер, узел посылает кадр FВЕ той станции, которой должны быть переданы данные. Если станция-приемник не готова, она отвечает кадром NAK, в противном случае - АСК. Получив АСК, узел, владеющий маркером, начинает передавать кадр DATA. Время ожидания ответа о получении данных составляет 75,6 мкс. Если получен ответ АСК, то передатчик передает маркер следующей станции. Если получен ответ NAK, то передатчик повторно передает приемнику кадр DATA. Затем вне зависимости от ответа маркер передается следующей станции.

Каждая станция начинает принимать кадр DATA, обнаружив передачу начального разделителя АВ. Затем она сравнивает значение адреса DID со своим адресом. Если адреса одинаковы или пришел broadcast-кадр, данные записываются в буфер станции, если нет - кадр игнорируется. Кадр считается нормально принятым, если он принят полностью и контрольная сумма совпадает со значением в поле CRC. Получив нормальный кадр DATA, станция передает ответ АСК. Если при приеме обнаружена ошибка, то передается ответ NAK. В ответ на широковещательный кадр DATA кадры АСК и NAK не передаются.

Реконфигурация сети выполняется автоматически всякий раз при включении новой станции или при потере маркера. Сетевой адаптер начинает реконфигурацию, если в течение 840 мс не получен кадр ITT. Это осуществляется посылкой специального кадра реконфигурации (Reconfiguration Burst). Такой кадр длиннее любого кадра, поэтому маркер будет разрушен (из-за коллизии) и никакая станция в сети не будет владеть маркером (т. е. правом на передачу). После приема кадра реконфигурации каждая станция переходит в состояние ожидания на время, равное 146x(256-ID) мкс. Если по окончании тайм-аута передач по сети не было (а это справедливо только для станции с наибольшим адресом ID), то узел передает кадр ITT с адресом DID, равным собственному ID. Если ни одна станция не ответила, узел увеличивает DID на единицу и повторяет передачу кадра ПТ и т. д. После положительного ответа маркер передается ответившей станции, а ее адрес ID запоминается как адрес следующей станции (NID). Эта операция повторяется, пока маркер не вернется к первому узлу (станции с максимальным адресом). При выполнении реконфигурации каждая станция в сети узнает следующую за ней станцию. Таким образом формируется логическое кольцо, определяющее последовательность передачи маркера.
^ Технология виртуальных сетей
Технология виртуальных сетей (Virtual LAN) является одним из наиболее важных аспектов коммутируемых сетей, обеспечивая переход от сетей с разделяемой средой к полностью коммутируемым системам. Основное назначение виртуальных сетей - ограничить область распространения широковещательного трафика, т. е. организовать небольшие широковещательные домены. Виртуальные сети обеспечивают сегментацию за счет создания логических, динамических широковещательных доменов.

Подобно широковещательным доменам на базе маршрутизаторов в виртуальной ЛВС широковещательные пакеты и пакеты с неизвестными адресами получают все устройства, если такие пакеты происходят из того же домена (виртуальной сети). Здесь нет ничего нового, такие же методы используются в традиционных сетях на базе концентраторов и маршрутизаторов. Однако в традиционных сетях трафик является широковещательным внутри образующего сегмент концентратора и маршрутизируется между концентраторами. При использовании виртуальных сетей кадры становятся широковещательными внутри VLAN и маршрутизируются между ними. Таким образом, виртуальные сети представляют собой не что иное, как более гибкий вариант традиционных ЛВС с несколько большими возможностями.

^ Виртуальная ЛВС (и связанные с ней коммутаторы) должна поддерживать различные типы физических сред. В коммутируемых сетях возможна работа централизованных ресурсов (магистралей) с более высокими скоростями, нежели скорость рабочих станций. Например, рабочие станции Ethernet (10 Мбит/с) могут работать с серверами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet или ATM.

^ Каждый порт коммутатора должен обеспечивать поддержку более, чем одной виртуальной ЛВС. Это актуально даже в тех случаях, когда к портам коммутатора подключаются непосредственно рабочие станции (одной станции может потребоваться присутствие в нескольких виртуальных сетях). Некоторые коммутаторы ЛВС могут выполнять функции стандартной маршрутизации на сетевом уровне (IP и IPX), такая возможность позволяет организовать обмен данными между виртуальными ЛВС без использования внешних маршрутизаторов.

В эффективных реализациях виртуальных сетей серверы могут входить в несколько VLAN. Трафик в таком случае не передается через маршрутизатор или магистраль, что снижает нагрузку на сетевые магистрали и уменьшает задержку.

Во многих сетях устройства достаточно часто перемещаются с одного места на другое в пределах здания или территории предприятия. Администратор сети должен иметь возможность связать устройство или пользователя с виртуальными сетями независимо от местоположения. Использование коммутаторов обычно связано с необходимостью повышения производительности сети при одновременном снижении расходов на оборудование. Организация виртуальных ЛВС не должна снижать производительность сети. В виртуальных ЛВС широковещательный домен может объединять устройства, подключенные к одному или нескольким портам коммутатора или даже к портам разных коммутаторов. Так как VLAN организуются на базе логических групп пользователей, то расположение пользовательских станций не имеет значения в отличие от сетей на основе маршрутизаторов и концентраторов, где группы пользователей жестко определялись местоположением последних.

Широковещательный домен может содержать компьютеры, находящиеся в одном здании, городе или даже на значительном удалении друг от друга при поддержке виртуальных ЛВС с использованием WAN-каналов. Поскольку при обмене данными внутри группы маршрутизаторы не используются, обмен между станциями происходит гораздо быстрее.

Сегодня существует достаточно много вариантов реализации VLAN. Простые варианты VLAN представляют собой набор портов коммутатора, более сложные реализации позволяют создавать группы на основе других критериев. В общем случае возможности организации VLAN тесно связаны с возможностями коммутаторов.

^ Сети на базе портов.

Это простейший вариант организации виртуальной ЛВС. VLAN на базе портов обеспечивают высочайший уровень управляемости и безопасности. Устройства связываются в виртуальные сети на основе портов коммутатора, к которым эти устройства физически подключены. VLAN на базе портов являются статическими и для внесения изменений необходимо физическое переключение устройств.

Однако построенные на базе портов виртуальные сети имеют некоторые ограничения. Они очень просты в установке, но позволяют поддерживать для каждого порта только одну виртуальную ЛВС . Следовательно, такое решение мало приемлемо при использовании концентраторов или в сетях с мощными серверами, к которым обращается много пользователей (сервер не удастся включить в разные VLAN). Кроме того, виртуальные сети на основе портов не позволяют вносить в сеть изменения достаточно простым путем, поскольку при каждом изменении требуется физическое переключение устройств.

^ Сети на базе МАС-адресов.

Хотя этот тип виртуальных сетей относится к числу наиболее простых, VLAN на базе МАС-адресов настраивать сложнее, чем сети на основе физических портов. Виртуальная сеть на базе МАС-адресов группирует устройства, а программное обеспечение, например AutoTracker, делает группу широковещательным доменом (VLAN). Сети на базе МАС-адресов являются одним из наиболее безопасных и управляемых типов VLAN. Для получения доступа в виртуальную сеть устройство должно иметь МАС-адрес, известный программе AutoTracker.

Настройка виртуальной сети на основе МАС-адресов может отнять много времени. Кроме того, МАС-адреса «наглухо зашиты» в оборудование и может потребоваться много времени на выяснение адресов устройств в большой, территориально распределенной сети. Программа управления сетью OmniVision корпорации Xylan позволяет собрать адреса в масштабе всей сети автоматически, избавляя администратора от рутинной работы. С помощью этой программы можно настроить виртуальные сети, используя вместо МАС-адресов связанные с ними имена станций.

^ VLAN на сетевом уровне .

Виртуальные ЛВС сетевого уровня позволяют администратору связать трафик для того или иного протокола в соответствующей виртуальной сети. Точно таким же способом создаются широковещательные домены в сетях на основе маршрутизаторов. Протокол может быть задан в форме IP-подсети или сетевого номера IPX. Можно, к примеру, объединить в виртуальную ЛВС всех пользователей подсети, которая была организована до использования коммутаторов.

Спектр возможностей коммутатора, на базе которого строится VLAN, определяет гибкость виртуальных сетей данного типа. Многие виртуальные ЛВС сетевого уровня поддерживают системы на базе нескольких коммутаторов, тогда как другие могут работать только с одним устройством.

^ VLAN на базе протоколов.

Данный тип виртуальных сетей строится на базе заданного в каждом кадре типа протокола . Такой подход позволяет администратору задать критерии, по которым будет создаваться VLAN. Администратор может самостоятельно выбрать поля в заголовках кадров, по которым будет определяться принадлежность к виртуальной сети, и загрузить подготовленные правила во все коммутаторы сети. Например, можно поместить в одну виртуальную сеть всех пользователей, работающих с протоколом NetBios или IP . Для работы с данным типом виртуальных сетей администратор должен досконально разбираться в заголовках широковещательных кадров.

После того, как правила загружены в коммутаторы, устройства начинают работу с виртуальными сетями на основе заданных администратором правил.

^ Многоадресные (multicast) VLAN .

Многоадресный (multicast) трафик отличается от широковещательного (broadcast), который передается во всю сеть, и одноадресного (unicast), обеспечивающего связь «точка-точка». Многоадресный трафик представляет собой обмен «точка-многоточие» (один со многими) или многоточечный (многие со многими) и в последнее время становится все более популярным для различных сетевых приложений . Многоадресный режим можно использовать для видеоконференций, биржевых систем, новостей и подобных систем, где одна и та же информация передается многочисленным пользователям.

Виртуальные ЛВС с многоадресным трафиком создаются динамически путем прослушивания IGMP (Internet Group Management Protocol). Когда пользователь открывает приложение, использующее режим multicast, он динамически включается в виртуальную сеть, связанную с данным приложением. По окончании работы с программой пользователь удаляется из соответствующей виртуальной сети.

Многоадресный трафик в общем случае является стабильным потоком с достаточно широкой полосой. Следовательно, такой трафик лучше всего зафиксировать в одной виртуальной сети для предотвращения лавинной маршрутизации (flooding).

^ VLAN на базе правил .

Это наиболее мощная реализация VLAN, позволяющая администратору использовать любые комбинации критериев для создания виртуальных ЛВС. Включение устройств в виртуальные ЛВС можно осуществить всеми перечисленными выше способами при условии их поддержки установленными в сети коммутаторами . После того, как правила загружены во все коммутаторы, они обеспечивают организацию VLAN на основе заданных администратором критериев. Поскольку в таких сетях кадры постоянно просматриваются на предмет соответствия заданным критериям, принадлежность пользователей к виртуальным сетям может меняться в зависимости от текущей деятельности пользователей.

Виртуальные ЛВС на основе правил используют широкий набор критериев принадлежности к сети, включая все перечисленные выше варианты: МАС-адреса, адреса сетевого уровня, тип протокола и т.д. Можно также использовать любые комбинации критериев для создания правил, наиболее точно соответствующих вашим задачам.

^ VLAN для уполномоченных пользователей .

VLAN для уполномоченных пользователей обеспечивают высокий уровень безопасности в сети и предъявляют более строгие требования к пользователям для предоставления доступа к серверам или иным сетевым ресурсам. Например, сеть уполномоченных пользователей может быть создана для финансового отдела предприятия, и сотрудники других подразделений не смогут получить доступ в эту сеть, не имея соответствующих полномочий. Для поддержки таких сетей в коммутаторах обычно используются функции встроенных брандмауэров. Администратор может эффективно управлять доступом пользователей, задавая процедуру аутентификации. Хотя и другие варианты VLAN обеспечивают некоторые средства безопасности, но только в сетях уполномоченных пользователей это выполняется на достаточно высоком уровне.

Структурированная кабельная система

Структурированная кабельная система (СКС) является основополагающей базой на протяжении всего времени существования информационной сети. Это основа, от которой зависит функционирование всех приложений (рис. 81). Правильно спроектированная, смонтированная и администрируемая кабельная система снижает расходы любой организации на всех фазах своей жизни.

Рис. 81 . Сравнительные показатели среднего времени существования элементов распределенной системы обработки информации
По данным статистики несовершенные кабельные системы являются причиной до 70% всех простоев информационной сети. Несмотря на то, что кабельная система, как правило, существует дольше большинства других сетевых компонентов, ее стоимость составляет только 5% общих инвестиций в информационную сеть. Таким образом, использование структурированной кабельной систем является весьма убедительным способом инвестирования в производительность любой организации или компании.

Кабельная система является компонентом сети с самым продолжительным времем жизни, дольше которого существует только каркас здания. Кабельная система, созданная на основе стандартов, гарантирует долговременное функционирование сети и поддержку всех численных приложений, обеспечивая отдачу от инвестиций на всем протяжении ее существования.

Иерархия в кабельной системе

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Структурированная кабельная система представляет своего рода "конструктор", с помощью которого проектировщик сети строит нужную ему конфигурацию из стандартных кабелей, соединенных стандартными разъемами и коммутируемых на стандартных кроссовых панелях. При необходимости конфигурацию связей можно легко изменить - добавить компьютер, сегмент, коммутатор, изъять ненужное оборудование, а также поменять соединения между компьютерами и концентраторами.

При построении структурированной кабельной системы подразумевается, что каждое рабочее место на предприятии должно быть оснащено розетками для подключения телефона и компьютера, даже если в данный момент этого не требуется. То есть хорошая структурированная кабельная система строится избыточной . В будущем это может сэкономить средства, так как изменения в подключении новых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных кабелей.

^ Структурированная кабельная система планируется и строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее (рис. 82).

Рис. 82. Иерархия структурированной кабельной системы
Эта система может быть построена на базе уже существующих современных телефонных кабельных систем, в которых кабели, представляющие собой набор витых пар, прокладываются в каждом здании, разводятся между этажами, на каждом этаже используется специальный кроссовый шкаф, от которого провода в трубах и коробах подводятся к каждой комнате и разводятся по розеткам. К сожалению, в нашей стране даже далеко не во всех вновь стоящихся зданиях телефонные линии прокладываются витыми парами, поэтому они непригодны для создания компьютерных сетей, и кабельную систему в таком случае нужно строить заново.

Типичная иерархическая структура структурированной кабельной системы (рис. 83) включает:

горизонтальные подсистемы (в пределах этажа);
вертикальные подсистемы (внутри здания);
подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

Рис. 83. Структура кабельных подсистем
Горизонтальная подсистема соединяет кроссовый шкаф этажа с розетками пользователей. Подсистемы этого типа соответствуют этажам здания. Вертикальная подсистема соединяет кроссовые шкафы каждого этажа с центральной аппаратной здания. Следующим шагом иерархии является подсистема кампуса , которая соединяет несколько зданий с главной аппаратной всего кампуса. Эта часть кабельной системы обычно называется магистралью (backbone).

Использование структурированной кабельной системы вместо хаотически проложенных кабелей дает предприятию много преимуществ .

Универсальность . Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы контроля, мониторинга и управления хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения предприятия.
Увеличение срока службы . Срок морального старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 15 лет.
Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения . Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяется в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. При таком подходе все работы по добавлению или перемещению пользователя сводятся к подключению компьютера к уже имеющейся розетке.
Возможность легкого расширения сети . Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко расширять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети. Структурированная кабельная система является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.
Обеспечение более эффективного обслуживания . Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой. При шинной организации кабельной системы отказ одного из устройств или соединительных элементов приводит к трудно локализуемому отказу всей сети. В структурированных кабельных системах отказ одного сегмента не действует на другие, так как объединение сегментов осуществляется с помощью концентраторов. Концентраторы диагностируют и локализуют неисправный участок.
Надежность . Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость.

Первой структурированной кабельной системой, имеющей все современные черты такого типа систем, была система SYSTIMAX SCS компании Lucent Technologies (ранее - подразделение AT&T). И сегодня компании Lucent Technologies принадлежит основная доля мирового рынка. Многие другие компании также выпускают качественные структурированные кабельные системы, например AMP, BICC Brand-Rex, Siemens, Alcatel, MOD-TAP.
^

Выбор типа кабеля для горизонтальных подсистем

Большинство проектировщиков начинает разработку структурированной кабельной системы с горизонтальных подсистем, так как именно к ним подключаются конечные пользователи. При этом они могут выбирать между экранированной витой парой, неэкранированной витой парой, коаксиальным кабелем и волоконно-оптическим кабелем. Возможно использование и беспроводных линий связи.

Горизонтальная подсистема характеризуется очень большим количеством ответвлений кабеля (рис. 84), так как его нужно провести к каждой пользовательской розетке, причем и в тех комнатах, где пока компьютеры в сеть не объединяются. Поэтому к кабелю, используемому в горизонтальной проводке, предъявляются повышенные требования к удобству выполнения ответвлений, а также удобству его прокладки в помещениях. На этаже обычно устанавливается кроссовая панель, которая позволяет с помощью коротких отрезков кабеля, оснащенного разъемами, провести перекоммутацию соединений между пользовательским оборудованием и концентраторами/коммутаторами .

^ Медный провод, в частности неэкранированная витая пара, является предпочтительной средой для горизонтальной кабельной подсистемы, хотя, если пользователям нужна очень высокая пропускная способность или кабельная система прокладывается в агрессивной среде, для нее подойдет и волоконно-оптический кабель. Коаксиальный кабель - это устаревшая технология, которой следует избегать, если только она уже широко не используется на предприятии. Беспроводная связь является новой и многообещающей технологией, однако из-за сравнительной новизны и низкой помехоустойчивости лучше ограничить масштабы ее использования неответственными областями.

Рис. 84. Структура кабельной системы этажа и здания

При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии, а также какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

Экранированная витая пара, STP, позволяет передавать данные на большее расстояние и поддерживать больше узлов, чем неэкранированная. Наличие экрана делает ее более дорогой и не дает возможности передавать голос. Экранированная витая пара используется в основном в сетях, базирующихся на продуктах IBM и Token Ring, и редко подходит к остальному оборудованию локальных сетей.

Неэкранированная витая пара UTP по характеристикам полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям также подходит для создания горизонтальных подсистем. Но так как она может передавать данные и голос, она используется чаще.

Однако и коаксиальный кабель все еще остается одним из возможных вариантов кабеля для горизонтальных подсистем. Особенно в случаях, когда высокий уровень электромагнитных помех не позволяет использовать витую пару или же небольшие размеры сети не создают больших проблем с эксплуатацией кабельной системы .

Толстый Ethernet обладает по сравнению с тонким большей полосой пропускания, он более стоек к повреждениям и передает данные на большие расстояния, однако к нему сложнее подсоединиться и он менее гибок. С толстым Ethernet сложнее работать, и он мало подходит для горизонтальных подсистем. Однако его можно использовать в вертикальной подсистеме в качестве магистрали, если оптоволоконный кабель по каким-то причинам не подходит.

Тонкий Ethernet - это кабель, который должен был решить проблемы, связанные с применением толстого Ethernet. До появления стандарта 10Base-T тонкий Ethernet был основным кабелем для горизонтальных подсистем. Тонкий Ethernet проще монтировать, чем толстый. Сети на тонком Ethernet можно быстро собрать, так как компьютеры соединяются друг с другом непосредственно.

Главный недостаток тонкого Ethernet - сложность его обслуживания. Каждый конец кабеля должен завершаться терминатором 50 Ом. При отсутствии терминатора или утере им своих рабочих свойств (например, из-за отсутствия контакта) перестает работать весь сегмент сети, подключенный к этому кабелю. Аналогичные последствия имеет плохое соединение любой рабочей станции (осуществляемое через Т-коннектор). Неисправности в сетях на тонком Ethernet сложно локализовать. Часто приходится отсоединять Т-коннектор от сетевого адаптера, тестировать кабельный сегмент и затем последовательно повторять эту процедуру для всех присоединенных узлов. Поэтому стоимость эксплуатации сети на тонком Ethernet обычно значительно превосходит стоимость эксплуатации аналогичной сети на витой паре, хотя капитальные затраты на кабельную систему для тонкого Ethernet обычно ниже.

^ Основные области применения оптоволоконного кабеля - вертикальная подсистема и подсистемы кампусов. Однако, если нужна высокая степень защищенности данных, высокая пропускная способность или устойчивость к электромагнитным помехам, волоконно-оптический кабель может использоваться и в горизонтальных подсистемах.

Стоимость установки сетей на оптоволоконном кабеле для горизонтальной подсистемы оказывается весьма высокой. Эта стоимость складывается из стоимости сетевых адаптеров и стоимости монтажных работ, которая в случае оптоволокна гораздо выше, чем при работе с другими видами кабеля.

^ Преобладающим кабелем для горизонтальной подсистемы является неэкранированная витая пара категории 5 .

На рис. 85 показаны типовые коммутационные элементы структурированной кабельной системы, применяемые на этаже при прокладке неэкранированной витой пары. Для сокращения количества кабелей здесь установлен 25-парный кабель и разъем для такого типа кабеля Telco, имеющий 50 контактов.

Рис. 85. Коммутационные элементы горизонтальной кабельной подсистемы для UTP
^

Выбор типа кабеля для вертикальных подсистем

Кабель вертикальной (или магистральной) подсистемы, которая соединяет этажи здания, должен передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью по сравнению с кабелем горизонтальной подсистемы. В прошлом основным видом кабеля для вертикальных подсистем был коаксиал. Теперь для этой цели все чаще используется оптоволоконный кабель.

^ Для вертикальной подсистемы выбор кабеля в настоящее время ограничивается тремя вариантами.

Оптоволокно - отличные характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; устойчивость к электромагнитным помехам; может передавать голос, видеоизображение и данные. Но сравнительно дорого, сложно выполнять ответвления.
Толстый коаксиал - хорошие характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; может передавать данные. Но с ним сложно работать, хотя специалистов, имеющих подобный опыт работы, достаточно много.
Широкополосный кабель, используемый в кабельном телевидении, - хорошие показатели пропускной способности и расстояния; может передавать голос, видео и данные. Но очень сложно работать и требуются большие затраты во время эксплуатации.

Применение волоконно-оптического кабеля в вертикальной подсистеме имеет ряд преимуществ. Он передает данные на значительно большие расстояния без необходимости регенерации сигнала. Он имеет сердечник меньшего диаметра, поэтому может быть проложен в более узких местах. Так как передаваемые по нему сигналы являются световыми, а не электрическими, оптоволоконный кабель не чувствителен к электромагнитным и радиочастотным помехам , в отличие от медного коаксиального кабеля. Это делает оптоволоконный кабель идеальной средой передачи данных для промышленных сетей. Оптоволоконному кабелю не страшна молния , поэтому он хорош для внешней прокладки. Он обеспечивает более высокую степень защиты от несанкционированного доступа , так как ответвление гораздо легче обнаружить, чем в случае медного кабеля (при ответвлении резко уменьшается интенсивность света).

Оптоволоконный кабель имеет и недостатки. Он дороже, чем медный кабель, дороже обходится и его прокладка. Оптоволоконный кабель менее прочный, чем коаксиальный. Инструменты, применяемые при прокладке и тестировании оптоволоконного кабеля, имеют высокую стоимость и сложны в работе. Присоединение коннекторов к оптоволоконному кабелю требует большого искусства и времени, а, следовательно, и денег .

Для уменьшения стоимости построения межэтажной магистрали на оптоволокне некоторые компании, например AMP, предлагают кабельную систему с одним коммутационным центром. Обычно, коммутационный центр есть на каждом этаже, а в здании имеется общий коммутационный центр (см. рис. 84.), соединяющий между собой коммутационные центры этажей. При такой традиционной схеме и использовании волоконно-оптического кабеля между этажами требуется выполнять достаточное большое число оптоволоконных соединений в коммутационных центрах этажей. Если же коммутационный центр в здании один, то все оптические кабели расходятся из единого кроссового шкафа прямо к разъемам конечного оборудования - коммутаторов, концентраторов или сетевых адаптеров с оптоволоконными трансиверами.

Толстый коаксиальный кабель также допустим в качестве магистрали сети, однако для новых кабельных систем более рационально использовать оптоволоконный кабель, так как он имеет больший срок службы и сможет в будущем поддерживать высокоскоростные и мультимедийные приложения. Но для уже существующих систем толстый коаксиальный кабель служил магистралью системы многие годы, и с этим нужно считаться. Причинами его повсеместного применения были широкая полоса пропускания, хорошая защищенность от электромагнитных помех и низкое радиоизлучение.

Хотя толстый коаксиальный кабель и дешевле, чем оптоволокно, но с ним гораздо сложнее работать. Он особенно чувствителен к различным уровням напряжения заземления, что часто бывает при переходе от одного этажа к другому. Эту проблему сложно разрешить. Поэтому кабелем номер 1 для горизонтальной подсистемы сегодня является волоконно-оптический кабель.
^

Выбор типа кабеля для подсистемы кампуса

Как и для вертикальных подсистем, оптоволоконный кабель является наилучшим выбором для подсистем нескольких зданий, расположенных в радиусе нескольких километров. Для этих подсистем также подходит толстый коаксиальный кабель.

^ При выборе кабеля для кампуса нужно учитывать воздействие среды на кабель вне помещения. Для предотвращения поражения молнией лучше выбрать для внешней проводки неметаллический оптоволоконный кабель. По многим причинам внешний кабель производится в полиэтиленовой защитной оболочке высокой плотности. При подземной прокладке кабель должен иметь специальную влагозащитную оболочку (от дождя и подземной влаги), а также металлический защитный слой от грызунов и вандалов. Влагозащитный кабель имеет прослойку из инертного газа между диэлектриком, экраном и внешней оболочкой.

^ Кабель для внешней прокладки не подходит для прокладки внутри зданий, так как он выделяет при сгорании большое количество дыма.

Кабельная система является протокольно независимой средой. Устройство и функции коммуникационного оборудования остальных типов существенно зависят от того, какой конкретно протокол в них реализован. В связи с этим дальнейшие построение и структуризация сети во многом зависят от типа принятого протокола. Сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и коммутаторы представляют наиболее массовый тип сетевых устройств используемых при построении структурированных сетей.

Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) - это одна из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI был предложен Американским национальным институтом стандартов ANSI (спецификация ANSI X3T9.5). Затем был принят стандарт ISO 9314, соответствующий спецификациям ANSI. Уровень стандартизации сети достаточно высок.

В отличие от других стандартных локальных сетей, стандарт FDDI изначально ориентировался на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение наиболее перспективного оптоволоконного кабеля. Поэтому в данном случае разработчики не были стеснены рамками старых стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электрический кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в случае оптоволоконного кабеля достигается гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это определило популярность сети FDDI, хотя она распространена еще не так широко, как Ethernet и Token-Ring.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

Основные технические характеристики сети FDDI.

· Максимальное количество абонентов сети - 1000.
· Максимальная протяженность кольца сети - 20 километров.
· Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 километра.
· Среда передачи - многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
· Метод доступа - маркерный.
· Скорость передачи информации - 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet, имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 километров, а полная длина кольца - 200 километров.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо абонентов двух типов:

· Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS - Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
· Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS - Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети используются связные концентраторы (Wiring Concentrators), включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля работы сети, диагностики неисправностей и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов (например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор выполняет также функцию преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения (DAC - Dual-Attachment Concentrator) и одинарного подключения (SAC - Single-Attachment Concentrator).

Пример конфигурации сети FDDI

Стандарт FDDI предусматривает также возможность реконфигурации сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреждения кабеля.

В отличие от метода доступа, предлагаемого стандартом IEEE 802.5, в FDDI применяется так называемая множественная передача маркера. Если в случае сети Token-Ring новый (свободный) маркер передается абонентом только после возвращения к нему его пакета, то в FDDI новый маркер передается абонентом сразу же после окончания передачи им пакета (подобно тому, как это делается при методе ETR в сети Token-Ring). Последовательность действий здесь следующая:

1. Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.
2. Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Таким образом, в сети может быть одновременно несколько пакетов, но только один маркер.
3. Сразу после передачи своего пакета абонент посылает новый маркер.
4. Абонент-получатель, которому адресован пакет, копирует его из сети и, сделав пометку в поле статуса пакета, отправляет его дальше по кольцу.
5. Получив обратно по кольцу свой пакет, абонент уничтожает его. В поле статуса пакета он имеет информацию о том, были ли ошибки, и получил ли пакет приемник.

В сети FDDI не используется система приоритетов и резервирования, как в Token-Ring. Но предусмотрен механизм адаптивного планирования нагрузки.

В заключение следует отметить, что несмотря на очевидные преимущества FDDI данная сеть не получила широкого распространения, что связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры (порядка нескольких сот и даже тысяч долларов). Основная область применения FDDI сейчас - это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько сетей. Применяется FDDI также для соединения мощных рабочих станций или серверов, требующих высокоскоростного обмена. Предполагается, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущества оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекордный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне конкуренции. А в тех случаях, когда стоимость аппаратуры имеет решающее значение, можно на некритичных участках применять версию FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры FDDI может сильно уменьшится с ростом объема ее выпуска.

Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface , оптоволоконный интерфейс распределения данных) разработана и стандартизована институтом ANSI (в 1986-1988 гг. – группа X3T9.5, после 1995 года – группа X3T12). FDDI – это исторически первая технология локальных сетей, использующая в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары – первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет сохранить порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельных (но функционирующих) сетей.

Технология обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик. Остающаяся часть полосы пропускания кольца отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритетов для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а остальные данные – асинхронно.

FDDI использует маркерный метод доступа, близкий к методу доступа сетей Token Ring. Основное отличие – в плавающем значении времени удержания маркера для асинхронного трафика: при небольшой загрузке сети время удержания растет, а при перегрузках – уменьшается. Во время инициализации кольца узлы договариваются о максимально допустимом времени оборота маркера по кольцу T_Opr . Для синхронного трафика время удержания маркера не изменяется. Для передачи синхронного кадра узел всегда имеет право захватить проходящий маркер и удерживать его в течении заранее заданного фиксированного времени. Если узел хочет передать асинхронный кадр, он должен измерить время оборота маркера (Token Rotation Time , TRT) – интервал между двумя прохождениями маркера через него. Если кольцо не перегружено (TRT<T_Opr ), то узел может захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо, при этом допустимое время удержания маркера THT=T_Opr -TRT. Если кольцо перегружено (TRT>T_Opr ), то узел не имеет права захватывать маркер.

Как и сети Token Ring 16 Мбит/с, FDDI использует алгоритм раннего освобождения маркера, в результате чего в кольце одновременно может продвигаться несколько кадров (маркер всегда один). Формат кадра FDDI очень близок к формату кадра Token Ring, за исключением полей приоритета.

Стандарт FDDI определяет четыре компонента:

· MAC (Media Access Control ), определяющий форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (соответствует канальному уровню модели OSI);

· PHY (Physical ) выполняет физическое и логическое кодирование и декодирование, синхронизацию и кадрирование;

· PMD (Physical Medium Dependent ) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY соответствуют физическому уровню OSI);

· SMT (Station Management ) выполняет все функции по управлению и контролю работы остальных компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию отказавших элементов, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

В качестве среды передачи FDDI может использовать многомодовое оптоволокно (MMF-PMD, длина кабельного сегмента до 2 км), одномодовое оптоволокно (SMF-PMD) витую пару категории 5 или экранированную витую пару STP Type 1 (TP-PMD). Все оптоволоконные варианты FDDI используют длину волны 1300 нм. Разновидность FDDI на витой паре иногда называют CDDI (Copper Distributed Data Interface ) или TPDDI (Twisted Pair Distributed Data Interface ).

FDDI использует отдельные лини для передачи и приема сигналов. Логическое кодирование – 4B/5B. Физическое кодирование при использовании оптоволокна – NRZI, при использовании витой пары – MLT-3.

Технология FDDI достаточно легко интегрируется с Ethernet и Token Ring, в результате чего часто используется в качестве высокоскоростной магистрали, объединяющей эти сети, а также для высокоскоростного подключения серверов.

В последнее время, эту нишу у FDDI отвоевывают более дешевые высокоскоростные модификации Ethernet – Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, но они не могут гарантировать сравнимые с FDDI отказоустойчивость и расстояния между узлами.

ANSI . Уровень стандартизации сети достаточно высок.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи , которая в случае оптоволоконного кабеля достигается гораздо проще, позволяет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, например, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это определило популярность сети FDDI , хотя она распространена еще не так широко, как Ethernet и Token-Ring.

За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 (Token-Ring). Несущественные отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI – это кольцо, наиболее подходящая топология для оптоволоконного кабеля. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

Основные технические характеристики сети FDDI .

Максимальное количество абонентов сети – 1000.
Максимальная протяженность кольца сети – 20 километров.
Максимальное расстояние между абонентами сети – 2 километра.
Среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
Метод доступа – маркерный.
Скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи ).

Стандарт FDDI имеет значительные преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Например, сеть Fast Ethernet , имеющая такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.

Имеется также реализация FDDI на электрическом кабеле ( CDDI – Copper Distributed Data Interface или TPDDI – Twisted Pair Distributed Data Interface ). При этом используется кабель категории 5 с разъемами RJ-45 . Максимальное расстояние между абонентами в этом случае должно быть не более 100 метров. Стоимость оборудования сети на электрическом кабеле в несколько раз меньше. Но эта версия сети уже не имеет столь очевидных преимуществ перед конкурентами, как изначальная оптоволоконная FDDI . Электрические версии FDDI стандартизованы гораздо хуже оптоволоконных, поэтому совместимость оборудования разных производителей не гарантируется.

Таблица 8.1. Код 4В/5В

Информация	Код 4В/5В	Информация	Код 4В/5В
0000	11110	1000	10010
0001	01001	1001	10011
0010	10100	1010	10110
0011	10101	1011	10111
0100	01010	1100	11010
0101	01011	1101	11011
0110	01110	1110	11100
0111	01111	1111	11101

Для передачи данных в FDDI применяется уже упоминавшийся в третьей главе код 4В/5В (см. табл. 8.1), специально разработанный для этого стандарта. Главный принцип кода – избежать длинных последовательностей нулей и единиц. Код 4В/5В обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как в случае манчестерского кода . При этом каждым четырем битам передаваемой информации (каждому полубайту или нибблу) ставится в соответствие пять передаваемых по кабелю битов. Это позволяет приемнику восстанавливать синхронизацию приходящих данных один раз на четыре принятых бита. Таким образом, достигается компромисс между простейшим кодом NRZ и самосинхронизирующимся на каждом бите манчестерским кодом . Дополнительно сигналы кодируются кодом NRZI (в случае TPDDI) и MLT -3 (в случае FDDI ).

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусматривает включение в кольцо абонентов двух типов:

Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations ) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля сети (при повреждении основного кабеля используется резервный). Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки зрения быстродействия частях сети.
Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations ) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т.д.) в сети используются связные