Сети FDDI

Сети FDDI - принцип действия, применяемое оборудование, варианты использования



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). В курсовой работе рассматриваются возможности использования FDDI при построении корпоративных компьютерных комплексов.



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.

В связи с тем, что обработка и пересылка информации с помощью компьютеров становятся все быстрее и эффективнее, происходит настоящий информационный взрыв. ЛВС начинают сливаться в территориально-распределенные сети, увеличивается количество подключенных к ЛВС серверов, рабочих станций и периферийного оборудования.

Сегодня в России компьютерные сети многих крупных предприятий и организаций представляют собой одну или несколько ЛВС, построенных на основе стандартов Arcnet или Ethernet. В качестве сетевой операционной среды обычно применяется NetWare v3.12 или Windows NT с одним или несколькими файловыми серверами. Эти ЛВС либо совсем не имеют связи друг с другом, либо соединяются кабелем, работающим в одном из этих стандартов, через внутренние или внешние программные маршрутизаторы NetWare.

Современные операционные системы и прикладное программное обеспечение требуют для своей работы пересылки больших объемов информации. Одновременно с этим требуется обеспечивать передачу информации со все большими скоростями и на все большие расстояния. Поэтому рано или поздно производительность сетей Ethernet и программных мостов и маршрутизаторов перестают удовлетворять растущим потребностям пользователей, и они начинают рассматривать возможности применения в своих сетях более скоростных стандартов. Одним из них является FDDI.

Принцип действия сети FDDI

Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек.

Стандарт FDDI был разработан комитетом X3T9.5 Американского национального института стандартизации (ANSI). Сети FDDI поддерживается всеми ведущими производителями сетевого оборудования. В настоящее время комитет ANSI X3T9.5 переименован в X3T12.

Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами.

Сравним пропускную способность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимый уровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) от максимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случае вероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускная способность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация может достигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDI приблизительно в 25 раз выше.

Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ в реальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации (например, для передачи видео и звуковой информации).

Многие из своих ключевых свойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Прежде всего - это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер - специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, может передавать свои данные.

Однако FDDI имеет и ряд принципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом. Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ring использует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосы передаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализован алгоритм кодирования "пять из четырех" - 4В/5В, обеспечивающий передачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче 100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек, вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерского кодирования.

Оптимизировано и управление доступа к среде (Medium Access Control - VAC). В Token Ring оно основано на побитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех или восьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействию оборудования.

Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется.

Станции, подключенные к сети FDDI, подразделяются на две категории.

Станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция); 

2. Станции класса B имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами.

Порты сетевых устройств, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт.

Стандарт X3T9.5 имеет ряд ограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км). 



Топология.

Применяемые при построении ЛВС механизмы контроля потоков являются топологически зависимыми, что делает невозможным одновременное использование Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря на тот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычные нам ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией среды распространения и базируется на совершенно иных принципах.

Каждый N_порт при подключении к решетке Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (log-in) и получает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальных узлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и на каких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel является прерогативой самой решетки, то для узла совершенно неважно, какая топология лежит в ее основе.



Точка-точка







Самая простая схема, основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N_портов с взаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классами сервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой — 1.

В сущности, такая схема может рассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости в разграничении доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такого подключения можем привести наиболее часто встречающееся соединение сервера с внешним RAID массивом.



Петля с арбитражным доступом



Классическая схема подключения до 126 портов, с которой все и начиналось, если судить по аббревиатуре FC-AL.

Любые два порта в кольце могут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно так же, как и в случае "точка-точка". При этом все остальные выполняют роль пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками, в чем, пожалуй, заключается одно из основных преимуществ технологии FC-AL перед SSA. Дело в том, что адресация в SSA построена на знании количества промежуточных портов между отправителем и получателем, поэтому адресный заголовок кадра SSA содержит счетчик переходов (hop count). Каждый встречающийся на пути кадра порт уменьшает содержимое этого счетчика на единицу и после этого заново генерирует CRC, тем самым существенно увеличивая задержку передачи между портами. Для избежания этого нежелательного эффекта разработчики FC-AL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслировать кадр в неизменном виде и с минимальной латентностью.
Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используется обычными N_портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узлов обозначаются, как NL_порт.





Основным преимуществом петли с арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количество подключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединения большого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выход их строя любого NL_порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает ее неработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считается перспективной. Кроме того, добавление или удаление NL_порта вызывает достаточно длительный процесс инициализации LIP (Loop Initialization Process), который может измеряться десятками секунд при большом количестве подключенных узлов.

В настоящее время наибольшее распространение получила схема организации петли с помощью активных концентраторов, которые умеют изолировать поврежденный NL_порт путем автоматического подключения внутреннего резервного пути.



Еще одним веским доводом в пользу использования концентратора являются расширенные возможности управления и более удобная схема межпортовых соединений.



Коммутируемая решетка



Наиболее перспективная топология, позволяющая преодолеть все ограничения петли с арбитражным доступом и представить каждому N_порту выделенный канал FC-AL. Как уже понятно из названия, в основу решетки положен Fibre Channel коммутатор с F_портами (Fabric ports).







Примерно так же, как и в ЛВС, к портам коммутатора могут подключаться другие коммутаторы или концентраторы, в таком случае это будет называться соединением через E_порт или FL_порт соответственно.





Отказоустойчивость сетей FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5 регламентирует 4 основных отказустойчивых свойства сетей FDDI:

1. Кольцевая кабельная система со станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо.

2. Выключение питания, отказ одной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станции будет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца.

3. Две станции класса В подключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (к неисправностям в концентраторе или в кабельной системе) подключения станций класса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор.

4. Выключение питания или отказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу, т. к. световой сигнал будет просто пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch). Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенных станций.

Оптические переключатели производят фирмы Molex и AMP.

Синхронная и асинхронная передача

Подключение к сети FDDI станции могут передавать свои данные в кольцо в двух режимах - в синхронном и в асинхронном.

Синхронный режим устроен следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Каждой станции, захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечении этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо.

Каждая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал до момента возвращения к ней маркера - TRT (Token Rotation Timer). Если маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхронной передачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временной интервал для передачи станцией будет равен разности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером.

Из описанного выше алгоритма видно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных, чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной для асинхронной передачи другими станциями.

Кабельная система

Подстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) в качестве базовой кабельной системы определяет многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов 62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с другим диаметром волокон, например: 50/125 мкм. Длина волны - 1300 нм.

Средняя мощность оптического сигнала на входе станции должна быть не менее -31 dBm. При такой входной мощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должна превышать 2.5*10-10 . При увеличении мощности входного сигнала на 2 dBm, эта вероятность должна снизиться до 10-12 .

Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным 11 dBm.

Подстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) определяет требования к физическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерный светодиод, а дистанция между станциями может достигать 60 и даже 100 км.

FDDI модули для одномодового кабеля выпускает, например, фирма Cisco Systems для своих маршрутизаторов Cisco 7000 и AGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Cisco имеется возможность выбора модулей со всеми четырьмя комбинациями портов: многомодовый-многомодовый, многомодовый-одномодовый, одномодовый-многомодовый, одномодовый-одномодовый.

Фирма Cabletron Systems Inc. выпускает повторители Dual Attached - FDR-4000, которые позволяют подключить одномодовый кабель к станции класса А с портами, предназначенными для работы на многомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояние между узлами FDDI кольца до 40 км.

Подстандарт физического уровня CDDI (Copper Distributed Data Interface - распределенный интерфейс данных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню при использовании экранированной (IBM Type 1) и не экранированной (Category 5) витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния между станциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км.

Фирма Lannet Data Communications Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которые позволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцо используется только в целях отказоустойчивости при обрыве кабеля, или в расширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачи данных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до 200 Мбит/сек.

Подключение оборудования к сети FDDI

Есть два основных способа подключения компьютеров к сети FDDI: непосредственно, а также и через мосты или маршрутизаторы к сетям других протоколов.

Непосредственное подключение

Этот способ подключения используется, как правило, для подключения к сети FDDI файлов, архивационных и других серверов, средних и больших ЭВМ, то есть ключевых сетевых компонентов, являющихся главными вычислительными центрами, предоставляющими сервис для многих пользователей и требующих высоких скоростей ввода-вывода по сети.

Аналогично можно подключить и рабочие станции. Однако, поскольку сетевые адаптеры для FDDI весьма дороги, этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена по сети является обязательным условием для нормальной работы приложения. Примеры таких приложений: системы мультимедиа, передача видео и звуковой информации.

Для подключения к сети FDDI персональных компьютеров применяются специализированные сетевые адаптеры, которые обычным образом вставляются в один из свободных слотов компьютера. Такие адаптеры производятся фирмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect и др. На рынке имеются карты под все распространенные шины - ISA, EISA и Micro Channel; есть адаптеры для подключения станций классов А или В для всех видов кабельной системы - волоконно-оптической, экранированной и неэкранированной витых пар.

Все ведущие производители UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems и другие) предусматривают интерфейсы для непосредственного подключения к сетям FDDI.

Подключение через мосты и маршрутизаторы

Мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers) позволяют подключить к FDDI сети других протоколов, например, Token Ring и Ethernet. Это делает возможным экономичное подключение к FDDI большого числа рабочих станций и другого сетевого оборудования как в новых, так и в уже существующих ЛВС.

Конструктивно мосты и маршрутизаторы изготавливаются в двух вариантах - в законченном виде, не допускающем дальнейшего аппаратного наращивания или переконфигурации (так называемые standalone-устройства), и в виде модульных концентраторов.

Примером standalone-устройств являются: Router BR фирмы Hewlett-Packard и EIFO Client/Server Switching Hub фирмы Network Peripherals.

Модульные концентраторы применяются в сложных больших сетях в качестве центральных сетевых устройств. Концентратор представляет собой корпус с источником питания и с коммуникационной платой. В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули. Модульная конструкция концентраторов позволяет легко собрать любую конфигурацию ЛВС, объединить кабельные системы различных типов и протоколов. Оставшиеся свободными слоты можно использовать для дальнейшего наращивания ЛВС.

Концентраторы производятся многими фирмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet и другими.

Концентратор - это центральный узел ЛВС. Его отказ может привести к остановке всей сети, или, по крайней мере, значительной ее части. Поэтому большинство фирм, производящих концентраторы, принимают специальные меры для повышения их отказоустойчивости. Такими мерами являются резервирование источников питания в режиме разделения нагрузки или горячего резервирования, а также возможность смены или доустановки модулей без отключения питания (hot swap).

Для того чтобы снизить стоимость концентратора, все его модули запитываются от общего источника питания. Силовые элементы источника питания являются наиболее вероятной причиной его отказа. Поэтому резервирование источника питания существенно продлевает срок безотказной работы. При инсталляции каждый из источников питания концентратора может быть подключен к отдельному источнику бесперебойного питания (UPS) на случай неисправностей в системе электроснабжения. Каждый из UPS желательно подключить к отельным силовым электрическим сетям от разных подстанций.

Возможность смены или доустановки модулей (часто включая и источники питания) без отключения концентратора позволяет провести ремонт или расширение сети без прекращения сервиса для тех пользователей, сетевые сегменты которых подключены к другим модулям концентратора.

Мосты FDDI-Ethernet

Мосты работают на первых двух уровнях модели взаимодействия открытых систем - на физическом и канальном - и предназначены для связи нескольких ЛВС однотипных или различных протоколов физического уровня, например, Ethernet, Token Ring и FDDI.

По своему принципу действия мосты подразделяются на два типа (Sourece Routing - маршрутизация источника) требуют, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о пути его маршрутизации. Другими словами, каждая станция должна иметь встроенные функции по маршрутизации пакетов. Второй тип мостов (Transparent Bridges - прозрачные мосты) обеспечивают прозрачную связь станций, расположенных в разных ЛВС, и все функции по маршрутизации выполняют только сами мосты. Ниже мы будем вести речь только о таких мостах.

Все мосты могут пополнять таблицу адресов (Learn addresses), маршрутизировать и фильтровать пакеты. Интеллектуальные мосты, кроме того, в целях повышения безопасности или производительности могут фильтровать пакеты по критериям, задаваемым через систему управления сетью.

Когда на один из портов моста приходит пакет данных, мост должен или переправить его на тот порт, к которому подключен узел назначения пакета, или просто отфильтровать его, если узел назначения находится на том же самом порту, с которого пришел пакет. Фильтрация позволяет избежать излишнего трафика в других сегментах ЛВС.

Каждый мост строит внутреннюю таблицу физических адресов подключенных к сети узлов. Процесс ее заполнения заключается в следующем. Каждый пакет имеет в своем заголовке физические адреса узлов отправления и назначения. Получив на один из своих портов пакет данных, мост работает по следующему алгоритму. На первом шаге мост проверяет, занесен ли в его внутреннюю таблицу адрес узла отправителя пакета. Если нет, то мост заносит его в таблицу и связывает с ним номер порта, на который поступил пакет. На втором шаге проверяется, занесен ли во внутреннюю таблицу адрес узла назначения. Если нет, то мост передает принятый пакет во все сети, подключенные ко всем остальным его портам. Если адрес узла назначения найден во внутренней таблице, мост проверяет, подключена ли ЛВС узла назначения к тому же самому порту, с которого пришел пакет, или нет. Если нет, то мост отфильтровывает пакет, а если да, то передает его только на тот порт, к которому подключен сегмент сети с узлом назначения.

Три главных параметра моста:

размер внутренней адресной таблицы; 

скорость фильтрации; 

скорость маршрутизации пакетов.



Размер адресной таблицы характеризует максимальное число сетевых устройств, трафик которых может маршрутизировать мост. Типичные значения размеров адресной таблицы лежат в пределах от 500 до 8000. Что же произойдет в случае, если количество подключенных узлов превысит размеры адресной таблицы? Поскольку большинство мостов хранят в ней сетевые адреса узлов, последними передававшими свои пакеты, мост постепенно будет "забывать" адреса узлов, резе других передающих пакеты. Это может привести к снижению эффективности процесса фильтрации, но не вызовет принципиальных проблем в работе сети.

Скорости фильтрации и маршрутизации пакетов характеризуют производительность моста. Если они ниже максимально возможной интенсивности передачи пакетов по ЛВС, то мост может являться причиной задержек и снижения производительности. Если выше - значит стоимость моста выше минимально необходимой. Рассчитаем, какой должна быть производительность моста для подключения к FDDI нескольких ЛВС протокола Ethernet.

Вычислим максимально возможную интенсивность пакетов сети Ethernet. Структура пакетов Ethernet показана в таблице 1. Минимальная длина пакета равна 72 байт или 576 бит. Время, необходимое для передачи одного бита по ЛВС протокола Ethernet со скоростью 10 Мбит/сек равно 0.1 мксек. Тогда время передачи минимального по длине пакета составит 57.6*10-6 сек. Стандарт Ethernet требует паузы между пакетами в 9.6 мксек. Тогда количество пакетов, переданных за 1 сек, будет равно 1/((57.6+9.6)*10-6)=14880 пакетов в секунду.

Если мост подсоединяет к сети FDDI N сетей протокола Ethernet, то, соответственно, его скорости фильтрации и маршрутизации должны быть равны N*14880 пакетов в секунду.



Длина в байтах 

8 

6 

6 

2 

от 46 до 1500 

4 

Поле 

Преамбула 

Адрес получателя 

Адрес отправителя 

Тип/длина 

Данные 

Контрольная сумма 

Таблица 1.



Структура пакета в сетях Ethernet.

Со стороны порта FDDI скорость фильтрации пакетов должна быть значительно выше. Для того, чтобы мост не снижал производительность сети, она должны составлять около 500000 пакетов в секунду.

По принципу передачи пакетов мосты подразделяются на Encapsulating Bridges и Translational Bridges пакеты физического уровня одной ЛВС целиком переносят в пакеты физического уровня другой ЛВС. После прохождения по второй ЛВС другой аналогичный мост удаляет оболочку из промежуточного протокола, и пакет продолжает свое движения в исходном виде.

Такие мосты позволяют связать FDDI-магистралью две ЛВС протокола Ethernet. Однако в этом случае FDDI будет использоваться только как среда передачи, и станции, подключенные к сетям Ethernet, не будут "видеть" станций, непосредственно подключенных к сети FDDI.

Мосты второго типа выполняют преобразование из одного протокола физического уровня в другой. Они удаляют заголовок и замыкающую служебную информацию одного протокола и переносят данные в другой протокол. Такое преобразование имеет существенное преимущество: FDDI можно использовать не только как среду передачи, но и для непосредственного подключения сетевого оборудования, прозрачно видимого станциями, подключенными к сетям Ethernet.

Таким образом, подобные мосты обеспечивают прозрачность всех сетей по протоколам сетевого и более верхних уровней (TCP/IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV и Phase V, AppleTalk Phase 1 и Phase 2, Banyan VINES, XNS и др.).

Еще одна важная характеристика моста - наличие или отсутствие поддержки алгоритма резервных путей (Spannig Tree Algorithm - STA) IEEE 802.1D. Иногда его называют также стандартом прозрачных мостов (Transparent Bridging Standard - TBS).

На рис. 1 показана ситуация, когда между ЛВС1 и ЛВС2 существуют два возможных пути - через мост 1 или через мост 2. Ситуации, аналогичные этим, называются активными петлями. Активные петли могут вызвать серьезные сетевые проблемы: дублирующие пакеты нарушают логику работы сетевых протоколов и приводят к снижению пропускной способности кабельной системы. STA обеспечивает блокировку всех возможных путей, кроме одного. Впрочем, в случае проблем с основной линией связи, одни из резервных путей сразу будет назначен активным.

Интеллектуальные мосты

До сих пор мы обсуждали свойства произвольных мостов. Интеллектуальные мосты имеют ряд дополнительных функций.

Для больших компьютерных сетей одной из ключевых проблем, определяющих их эффективность, является снижение стоимости эксплуатации, ранняя диагностика возможных проблем, сокращение времени поиска и устранения неисправностей.

Для этого применяются системы централизованного управления сетью. Как правило они работают по SNMP протоколу (Simple Network Management Protocol) и позволяют администратору сети с его рабочего места: 

конфигурировать порты концентраторов; 

производить набор статистики и анализ трафик. Например, для каждой подключенной к сети станции можно получить информацию о том, когда она последний раз посылала пакеты в сеть, о числе пакетов и байт, принятых каждой станцией с ЛВС, отличных от той, к которой она подключена, число переданных широковещательных (broadcast) пакетов и т. д.;

устанавливать дополнительные фильтры на порты концентратора по номерам ЛВС или по физически адресам сетевых устройств с целью усиления защиты от несанкционированного доступа к ресурсам сети или для повышения эффективности функционирования отдельных сегментов ЛВС; 

оперативно получать сообщения о всех возникающих проблемах в сети и легко их локализовать; 

проводить диагностику модулей концентраторов; 

просматривать в графическом виде изображение передних панелей модулей, установленных в удаленные концентраторы, включая и текущее состояние индикаторов (это возможно благодаря тому, что программное обеспечение автоматически распознает, какой именно из модулей установлен в каждый конкретный слот концентратора, и получает информацию и текущем статусе всех портов модулей); 

просматривать системных журнал, в который автоматически записывается информация обо всех проблемах с сетью, о времени включения и выключения рабочих станций и серверов и обо всех других важных для администратора событиях. 



Перечисленные функции свойственны все интеллектуальным мостам и маршрутизаторам. Часть из них (например, Prism System фирмы Gandalf), кроме того, обладают следующими важными расширенными возможностями:

1. Приоритеты протоколов. По отдельным протоколам сетевого уровня некоторые концентраторы работают в качестве маршрутизаторов. В этом случае может поддерживаться установка приоритетов одних протоколов над другими. Например, можно установить приоритет TCP/IP над всеми остальными протоколами. Это означает, что пакеты TCP/IP будут передаваться в первую очередь (это бывает полезно в случае недостаточной полосы пропускания кабельной системы).

2. Защита от "штормов широковещательных пакетов" (broadcast storm). Одна из характерных неисправностей сетевого оборудования и ошибок в программном обеспечении - самопроизвольная генерация с высокой интенсивностью broadcast-пакетов, т. е. пакетов, адресованных всем остальным подключенным к сети устройствам. Сетевой адрес узла назначения такого пакета состоит из одних единиц. Получив такой пакет на один из своих портов, мост должен адресовать его на все другие порты, включая и FDDI порт. В нормальном режиме такие пакеты используются операционными системами для служебных целей, например, для рассылки сообщений о появлении в сети нового сервера. Однако при высокой интенсивности их генерации, они сразу займут всю полосу пропускания. Мост обеспечивает защиту сети от перегрузки, включая фильтр на том порту, с которого поступают такие пакеты. Фильтр не пропускает broadcast-пакеты и другие ЛВС, предохраняя тем самым остальную сеть от перегрузки и сохраняя ее работоспособность.

3. Сбор статистики в режиме "Что, если?" Эта опция позволяет виртуально устанавливать фильтры на порты моста. В этом режиме физически фильтрация не проводится, но ведется сбор статистики о пакетах, которые были бы отфильтрованы при реальном включении фильтров. Это позволяет администратору предварительно оценить последствия включения фильтра, снижая тем самым вероятность ошибок при неправильно установленных условиях фильтрации и не приводя к сбоям в работе подключенного оборудования.



Примеры использования FDDI

Приведем два наиболее типовых примера возможного использования сетей FDDI.

Приложения клиент-сервер. FDDI применяется для подключения оборудования, требующего широкой полосы пропускания от ЛВС. Обычно это файловые серверы NetWare UNIX машины и большие универсальные ЭВМ (mainframes). Кроме того, как было отмечено выше, непосредственно к сети FDDI могут быть подключены и некоторые рабочие станции, требующие высоких скоростей обмена данными.

Рабочие станции пользователей подключаются через многопортовые мосты FDDI-Ethernet. Мост осуществляет фильтрацию и передачу пакетов не только между FDDI и Ethernet, но и между различными Ethernet-сетями. Пакет данных будет передан только в тот порт, где находится узел назначения, сохраняя полосу пропускания других ЛВС. Со стороны сетей Ethernet их взаимодействие эквивалентно связи через магистраль (backbone), только в этом случае она физически существует не в виде распределенной кабельной системы, а целиком сосредоточена в многопортовом мосту (Collapsed Backbone или Backbone-in-a-box).

В зависимости от каждого конкретного случая (расстояния между серверами, условия эксплуатации, требования к надежности, стоимость и т. д.) серверы могут подключаться к FDDI либо как станции класса А, либо как станции класса В.

FDDI в качестве backbone магистрали. FDDI применяется для связи ЛВС протокола Ethernet, расположенных в нескольких зданиях. Как правило, в каждом из зданий достаточно разместить по одному многопортовому мосту. В зависимости от концентрации рабочих станций, каждый из Ethernet портов может обслуживать один или несколько этажей здания. 

Самосинхронизирующиеся коды

При передаче цифровых сигналов по аналоговым линиям связи передающая и принимающая станции должны быть синхронизированы между собой по частоте передачи бит в канале. В противном случае неизбежны ошибки при приеме.

В случае, если приемник и передатчик расположены близко друг от друга, то для синхронизации можно использовать отдельный канал или линию. Если же станции разнесены на большие расстояния, то становится выгоднее встроить возможность частотной настройки в сам сигнал. Для этого применяются самосинхронизирующиеся коды. Идея состоит в том, чтобы передаваемый сигнал часто менял свое состояние (с 0 на 1 и наоборот) даже в случае, если передаются длинные последовательности данных, состоящие только из одних 0 или только из одних 1.

Манчестерское кодирование - один из способов построения самосинхронизирующегося кода. Этот код обеспечивает изменение состояния сигнала при представлении каждого бита. Манчестерское кодирование требует удвоенной скорости передачи сигнала в бодах относительно передаваемых данных.

Примененный в FDDI самосинхронизирующийся код 5В/4В является одной из возможных альтернатив для манчестерского кодирования. В таблице представлен способ кодирования четырех информационных бит пятью сигнальными битами кода 5В/4В. Коды преобразования подобраны таким образом, чтобы обеспечить возможно более частое изменение сигнала, независимо от вида передаваемых данных.



4 бита данных 

 5 бит данных 

 0000 

 11110 

 0001 

 01001 

 0010 

 10100 

 0011 

 10101 

 0100 

 01010 

 0101 

 01011 

 0110 

 01110 

 0111 

 01111 

 1000 

 10010 

 1001 

 10011 

 1010 

 10110 

 1011 

 10111 

 1100 

 11010 

 1101 

 11011 

 1110 

 11100 

 1111 

 11101