Сети FDDI. Протоколы, история, состояние

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Санкт-Петербургский  государственный университет информационных технологий,

механики и оптики»

 

 

Институт международного бизнеса и права

 

Доклад

по дисциплине: «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций в таможенном деле »

на тему: «Сети FDDI. Протоколы, история, состояние».

 

 

                                    Выполнила: студентка 2-ого курса

очной формы  обучения

группа 2443

Харченко Е.Е.

 

                                                                                   Проверил:

                                                                                     Оценка:

                                                                                     Подпись:

                                  

       

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011 год

 

 

Сети FDDI. Протоколы, история, состояние

 

В России продолжается процесс интенсивного внедрения новых и модернизации существующих локальных вычислительных сетей (ЛВС). Возрастающие размеры сетей, прикладные программные системы, требующие все больших скоростей обмена информацией, повышающиеся требования к надежности и отказоустойчивости вынуждают искать альтернативу традиционным сетям Ethernet и Arcnet. Один из видов высокоскоростных сетей – FDDI (Fiber Distributed Data Interface – распределенный оптоволоконный интерфейс данных).

Сетевые компьютерные комплексы становятся неотъемлемыми средствами производства любой организации или предприятия. Быстрый доступ к информации, ее достоверность повышают вероятность принятия правильных решений персоналом и, в конечном итоге, вероятность выигрыша в конкурентной борьбе. В своих управляющих и информационных системах фирмы видят средства стратегического превосходства над конкурентами и рассматривают инвестиции в них как капитальные вложения.

История создания стандарта  FDDI

 

  Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.  

Попытки применения света  в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженный свет. Работы по использованию света для передачи информации активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать широкополосный канал для передачи большого количества информации с высокой скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна, которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому, как медные провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным жилам.  

Недорогие оптические волокна, обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую полосу пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы. В начале 1980-х годов началось промышленная установка и эксплуатация оптоволоконных каналов связи для территориальных телекоммуникационных систем.  

В 1980-е годы начались также  работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования  оптоволоконных каналов в локальных  сетях. Работы по обобщению опыта  и разработке первого оптоволоконного  стандарта для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5. Начальные версии различных составляющих частей стандарта  FDDI   были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.  

В настоящее время  большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в  качестве одного из вариантов физического уровня, и стандарты  FDDI прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.  

Основы  технологии

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – это стандарт, или, вернее, набор сетевых стандартов, ориентированных, прежде всего, на передачу данных по волоконно-оптическом белю со скоростью 100 Мбит/с.

В настоящее  время большинство сетевых технологий поддерживают волоконно-оптический интерфейс  в качестве одного из вариантов физического  уровня, но FDDI стала наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, а оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.

При разработке технологии FDDI ставились в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

-Повышение битовой  скорости передачи данных до 100 Мбит/с;

-Повышение отказоустойчивости  сети за счет стандартных процедур  восстановления после отказов  различного рода – повреждения  кабеля, некорректной работы сетевого узла, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

-Максимально  эффективное использование потенциальной  пропускной способности с как  для асинхронного, так и для  синхронного графиков.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. У протокола FDDI есть и существенные отличия от Token Ring. Эти отличия связаны с требованиями, которые необходимы для поддержки большой скорости передачи информации, больших расстояний и возможности наряду с асинхронной передачи данных вести синхронную передачу. Два основных отличия в протоколах управления маркером у FDDI и IEEE 802.5 Token Ring следующие: 
- в Token Ring станция, передающая кадры, удерживает маркер до тех пор, пока не получит все отправленные пакеты. В FDDI же станция выпускает маркер непосредственно окончанием передачи кадра (кадров);

- FDDI не использует приоритет  и поля резервирования, которые  Token Ring использует для выделения  системных ресурсов.

В табл.1 указаны  основные характеристики сети FDDI.

Основы  технологии

 

 

 

 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) был разработан как  протокол для надежных, высокоскоростных  сетей и магистралей с высоким  трафиком, а также для чувствительных  к временным задержкам приложений. Он способен передавать данные со скоростью до 100 мегабит в секунду. И поддерживает до 500 станций в сегменте. FDDI был разработан для работы на оптоволоконных каналах, передающих световые импульсы в двух направлениях между станциями, а также может быть использован на медных кабельных системах (на витой паре 5 категории - CDDI) при использовании электрических сигналов. FDDI поддерживает высокую надежность, так как сети FDDI состоят из двух противоположно направленных логических колец (см рис.1). Причем при отключении от питания одной из станций кольца не обрываются, а срабатывает механизм bypass - прямая передача по внутреннему оптическому каналу из порта в пор

Эти кольца обеспечивают резервирование передачи друг друга, то есть если на одном кольце возникнут  некоторые проблемы, то в передачу включится другое. FDDI сам распознает и устранит возникшие проблемы (см рис. 2).

Кольца в  сетях   FDDI   рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа.

Одной из наиболее важных характеристик   FDDI   является то, что она использует световод в качестве передающей среды. Световод обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционной медной проводкой, включая защиту данных (оптоволокно не излучает электрические сигналы, которые можно перехватывать), надежность (оптоволокно устойчиво к электрическим помехам) и скорость (потенциальная пропускная способность световода намного выше, чем у медного кабеля).  

FDDI   устанавливает два типа используемого оптического волокна: одномодовое (иногда называемое мономодовым) и многомодовое. Моды можно представить в виде пучков лучей света, входящего в оптическое волокно под определенным углом. Одномодовое волокно позволяет распространяться через оптическое волокно только одному моду света, в то время как многомодовое волокно позволяет распространяться по оптическому волокну множеству мод света. Т.к. множество мод света, распространяющихся по оптическому кабелю, могут проходить различные расстояния (в зависимости от угла входа), и, следовательно, достигать пункт назначения в разное время (явление, называемое модальной дисперсией), одномодовый световод способен обеспечивать большую полосу пропускания и прогон кабеля на большие расстояния, чем многомодовые световоды. Благодаря этим характеристикам одномодовые световоды часто используются в качестве основы университетских сетей, в то время как многомодовый световод часто используется для соединения рабочих групп. В многомодовом световоде в качестве генераторов света используются диоды, излучающие свет (LED), в то время как в одномодовом световоде обычно применяются лазеры.

Протокол FDDI

На рис.3 приведена  структура протоколов технологии   FDDI   в сравнении с семиуровневой моделью OSI.   FDDI   определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология   FDDI   использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2.   FDDI   использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме - без установления соединений и без восстановления.

Физический  уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD (Physical Media Dependent) обеспечивает необходимые  средства для передачи данных от одной  станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются: 

 

• Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм;
• Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
• Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка;
• Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики;
• Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.
• Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3.

Уровень PHY (Physical Layer Protocol ) выполняет кодирование  и декодирование данных, циркулирующих  между MAC-уровнем и уровнем PMD, а  также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

• кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;
• правила тактирования сигналов;
• требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;
• правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

Уровень MAC (Media Access Control ) ответственен за управление доступом к сети, а также за прием  и обработку кадров данных. В нем  определены следующие параметры:

• Протокол передачи токена;
• Правила захвата и ретрансляции токена;
• Формирование кадра;
• Правила генерации и распознавания адресов;

Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной  суммы.

Уровень SMT (Station Management ) 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. В спецификации SMT определено следующее:  
 

• Алгоритмы обнаружения ошибок и восстановления после сбоев;
• Правила мониторинга работы кольца и станций;
• Управление кольцом;
• Процедуры инициализации кольца.

Отказоустойчивость  сетей   FDDI   обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью уровня PHY 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 токена и кадров данных между портами концентратора. 

В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии FDDI c технологиями Ethernet и Token Ring.

Состояние.

Разработчики  технологии старались воплотить  в жизнь следующее:

• Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/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 трафиков.

Исходя из этого, преимуществом технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

1. высокая степень отказоустойчивости;

2. Способность покрывать  значительные территории, вплоть  до территорий крупных городов;

3. Высокая скорость обмена данными;

4. Детерминированный доступ, позволяющий передавать чувствительные  к задержкам приложения;

5. Гибкий механизм распределения  пропускной способности кольца  между станциями;

6. Возможность работы  при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице;

7. Возможность легкой  трансляции трафика FDDI в графики  таких популярных протоколов, как  Ethernet и Token Ring за счет совместимости  форматов адресов станций и  использования общего подуровня  LLC.