Реферат: Сети FDDI
— принцип действия, применяемоеоборудование, варианты использования
В России продолжается процессинтенсивного внедрения новых и модернизации существующих локальныхвычислительных сетей (ЛВС). Возрастающие размеры сетей, прикладные программныесистемы, требующие все больших скоростей обмена информацией, повышающиесятребования к надежности и отказоустойчивости вынуждают искать альтернативутрадиционным сетям Ethernet и Arcnet. Один из видов высокоскоростных сетей — FDDI (Fiber Distributed Data Interface — распределенный оптоволоконныйинтерфейс данных). В курсовой работе рассматриваются возможности использованияFDDI при построении корпоративных компьютерных комплексов.
Сетевые компьютерныекомплексы становятся неотъемлемыми средствами производства любой организацииили предприятия. Быстрый доступ к информации, ее достоверность повышаютвероятность принятия правильных решений персоналом и, в конечном итоге, вероятностьвыигрыша в конкурентной борьбе. В своих управляющих и информационных системахфирмы видят средства стратегического превосходства над конкурентами ирассматривают инвестиции в них как капитальные вложения.
В связи с тем, что обработкаи пересылка информации с помощью компьютеров становятся все быстрее иэффективнее, происходит настоящий информационный взрыв. ЛВС начинают сливатьсяв территориально-распределенные сети, увеличивается количество подключенных кЛВС серверов, рабочих станций и периферийного оборудования.
Сегодня в России компьютерныесети многих крупных предприятий и организаций представляют собой одну илинесколько ЛВС, построенных на основе стандартов Arcnet или Ethernet. В качествесетевой операционной среды обычно применяется NetWare v3.12 или Windows NT с одним или несколькими файловыми серверами. Эти ЛВС либо совсем неимеют связи друг с другом, либо соединяются кабелем, работающим в одном из этихстандартов, через внутренние или внешние программные маршрутизаторы NetWare.
Современные операционныесистемы и прикладное программное обеспечение требуют для своей работы пересылкибольших объемов информации. Одновременно с этим требуется обеспечивать передачуинформации со все большими скоростями и на все большие расстояния. Поэтому раноили поздно производительность сетей Ethernet и программных мостов имаршрутизаторов перестают удовлетворять растущим потребностям пользователей, иони начинают рассматривать возможности применения в своих сетях болеескоростных стандартов. Одним из них является FDDI.
Принцип действия сети FDDI
Сеть FDDI представляет собойволоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100Мбит/сек.
Стандарт FDDI был разработанкомитетом 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 качествесреды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосупропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами.
Сравним пропускнуюспособность сетей FDDI и Ethernet при многопользовательском доступе. Допустимыйуровень утилизации сети Ethernet лежит в пределах 35% (3.5 Мбит/сек) отмаксимальной пропускной способности (10 Мбит/сек), в противном случаевероятность возникновения коллизий становится не слишком высокой и пропускнаяспособность кабеля резко снизится. Для сетей FDDI допустимая утилизация можетдостигать 90-95% (90-95 Мбит/сек). Таким образом, пропускная способность FDDIприблизительно в 25 раз выше.
Детерминированная природапротокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передачепакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания длякаждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ вреальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации(например, для передачи видео и звуковой информации).
Многие из своих ключевыхсвойств FDDI унаследовала от сетей Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Преждевсего — это кольцевая топология и маркерный метод доступа к среде. Маркер — специальный сигнал, вращающийся по кольцу. Станция, получившая маркер, можетпередавать свои данные.
Однако FDDI имеет и рядпринципиальных отличий от Token Ring, делающий ее более скоростным протоколом.Например, изменен алгоритм модуляции данных на физическом уровне. Token Ringиспользует схему манчестерского кодирования, требующую удвоения полосыпередаваемого сигнала относительно передаваемых данных. В FDDI реализованалгоритм кодирования «пять из четырех» — 4В/5В, обеспечивающийпередачу четырех информационных бит пятью передаваемыми битами. При передаче100 Мбит информации в секунду физически в сеть транслируется 125 Мбит/сек,вместо 200 Мбит/сек, что потребовалось бы при использовании манчестерскогокодирования.
Оптимизировано и управлениедоступа к среде (Medium Access Control — VAC). В Token Ring оно основано напобитовой основе, а в FDDI на параллельной обработке группы из четырех иливосьми передаваемых битов. Это снижает требования к быстродействиюоборудования.
Физически кольцо FDDIобразовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами.Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным ииспользуется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичноекольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме неиспользуется.
Станции, подключенные к сетиFDDI, подразделяются на две категории.
Станции класса А имеютфизические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station- двукратно подключенная станция);
2. Станции класса Bимеют 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, Мпорты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичногокольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В — это порт, принимающийданные 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 портиспользуется на концентраторе для подключения Single Attached Station через Sпорт.
Стандарт X3T9.5 имеет рядограничений. Общая длина двойного волоконно-оптического кольца — до 100 км. Ккольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами прииспользовании многомодового волоконно-оптического кабеля — до 2 км, а прииспользовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна иприемо-передающего оборудования (может достигать 60 и более км).
Топология.
Применяемые при построенииЛВС механизмы контроля потоков являются топологически зависимыми, что делаетневозможным одновременное использование Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, TokenRing IEEE 802.6 и прочих в пределах единой среды распространения. Несмотря натот факт, что Fibre Channel в какой-то мере может напоминать столь привычныенам ЛВС, его механизм контроля потоков никак не связан с топологией средыраспространения и базируется на совершенно иных принципах.
Каждый N_порт при подключениик решетке Fibre Channel проходит через процедуру регистрации (log-in) иполучает информацию об адресном пространстве и возможностях всех остальныхузлов, на основании чего становится ясно, с кем из них он сможет работать и накаких условиях. А так как механизм контроля потоков в Fibre Channel являетсяпрерогативой самой решетки, то для узла совершенно неважно, какая топологиялежит в ее основе.
Точка-точка
/>
Самая простая схема,основанная на последовательном полнодуплексном соединении двух N_портов свзаимоприемлемыми параметрами физического соединения и одинаковыми классамисервиса. Один из узлов получает адрес 0, а другой — 1.
В сущности, такая схема можетрассматриваться как частный случай кольцевой топологии, где нет необходимости вразграничении доступа путем арбитража. В качестве типичного примера такогоподключения можем привести наиболее часто встречающееся соединение сервера свнешним RAID массивом.
Петля сарбитражным доступом
Классическая схемаподключения до 126 портов, с которой все и начиналось, если судить поаббревиатуре FC-AL.
Любые два порта в кольцемогут обмениваться данными посредством полнодуплексного соединения точно также, как и в случае «точка-точка». При этом все остальные выполняютроль пассивных повторителей сигналов уровня FC-1 с минимальными задержками, вчем, пожалуй, заключается одно из основных преимуществ технологии FC-AL передSSA. Дело в том, что адресация в SSA построена на знании количествапромежуточных портов между отправителем и получателем, поэтому адресныйзаголовок кадра SSA содержит счетчик переходов (hop count). Каждыйвстречающийся на пути кадра порт уменьшает содержимое этого счетчика на единицуи после этого заново генерирует CRC, тем самым существенно увеличивая задержкупередачи между портами. Для избежания этого нежелательного эффекта разработчикиFC-AL предпочли использовать абсолютную адресацию, что в итоге позволило ретранслироватькадр в неизменном виде и с минимальной латентностью.
Передаваемое с целью арбитража слово ARB не понимается и не используетсяобычными N_портами, поэтому при такой топологии дополнительные свойства узловобозначаются, как NL_порт.
/>
Основным преимуществом петлис арбитражным доступом является низкая себестоимость в пересчете на количествоподключенных устройств, поэтому наиболее часто она используется для объединениябольшого количества жестких дисков с дисковым контроллером. К сожалению, выходих строя любого NL_порта или соединительного кабеля размыкает петлю и делает еенеработоспособной, из-за чего в чистом виде такая схема сейчас уже не считаетсяперспективной. Кроме того, добавление или удаление NL_порта вызывает достаточнодлительный процесс инициализации LIP (Loop Initialization Process), которыйможет измеряться десятками секунд при большом количестве подключенных узлов.
В настоящее время наибольшеераспространение получила схема организации петли с помощью активныхконцентраторов, которые умеют изолировать поврежденный NL_порт путемавтоматического подключения внутреннего резервного пути.
/>
Еще одним веским доводом впользу использования концентратора являются расширенные возможности управленияи более удобная схема межпортовых соединений.
Коммутируемаярешетка
Наиболее перспективнаятопология, позволяющая преодолеть все ограничения петли с арбитражным доступоми представить каждому N_порту выделенный канал FC-AL. Как уже понятно изназвания, в основу решетки положен Fibre Channel коммутатор с F_портами (Fabricports).
/>
Примерно так же, как и в ЛВС,к портам коммутатора могут подключаться другие коммутаторы или концентраторы, втаком случае это будет называться соединением через E_порт или FL_портсоответственно.
Отказоустойчивость сетей FDDI
Стандарт ANSI X3T9.5регламентирует 4 основных отказустойчивых свойства сетей FDDI:
1. Кольцевая кабельная системасо станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любомместе кольца. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируютпуть циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичноеволоконно-оптическое кольцо.
2. Выключение питания, отказодной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станциибудет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца.
3. Две станции класса Вподключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключенияназывается Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (кнеисправностям в концентраторе или в кабельной системе) подключения станцийкласса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальномрежиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если покакой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второйконцентратор.
4. Выключение питания илиотказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций,подключенных к кольцу, т. к. световой сигнал будет просто пассивно передаватьсяк следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch).Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенныхстанций.
Оптические переключатели производятфирмы Molex и AMP.
Синхронная и асинхроннаяпередача
Подключение к сети FDDIстанции могут передавать свои данные в кольцо в двух режимах — в синхронном и васинхронном.
Синхронный режим устроенследующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое времяобхода кольца маркером — TTRT (Target Token Rotation Time). Каждой станции,захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных вкольцо. По истечении этого времени станция должна закончить передачу и послатьмаркер в кольцо.
Каждая станция в моментпосылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал домомента возвращения к ней маркера — TRT (Token Rotation Timer). Если маркервозвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция можетпродлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхроннойпередачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временнойинтервал для передачи станцией будет равен разности между ожидаемым и реальнымвременем обхода кольца маркером.
Из описанного выше алгоритмавидно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных,чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, тонеиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной дляасинхронной передачи другими станциями.
Кабельная система
Подстандарт FDDI PMD(Physical medium-dependent layer) в качестве базовой кабельной системыопределяет многомодовый волоконно-оптический кабель с диаметром световодов62.5/125 мкм. Допускается применение кабелей с другим диаметром волокон,например: 50/125 мкм. Длина волны — 1300 нм.
Средняя мощность оптическогосигнала на входе станции должна быть не менее -31 dBm. При такой входноймощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должнапревышать 2.5*10-10. При увеличении мощности входного сигнала на 2dBm, эта вероятность должна снизиться до 10-12 .
Максимально допустимыйуровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным 11 dBm.
Подстандарт FDDI SMF-PMD(Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) определяет требования кфизическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля.В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерныйсветодиод, а дистанция между станциями может достигать 60 и даже 100 км.
FDDI модули для одномодовогокабеля выпускает, например, фирма Cisco Systems для своих маршрутизаторов Cisco7000 и AGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могутчередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Cisco имеется возможностьвыбора 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 подключитьодномодовый кабель к станции класса А с портами, предназначенными для работы намногомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояниемежду узлами FDDI кольца до 40 км.
Подстандарт физическогоуровня CDDI (Copper Distributed Data Interface — распределенный интерфейсданных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню прииспользовании экранированной (IBM Type 1) и не экранированной (Category 5)витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы иудешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния междустанциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км.
Фирма Lannet DataCommunications Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которыепозволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцоиспользуется только в целях отказоустойчивости при обрыве кабеля, или врасширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачиданных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до200 Мбит/сек.
Подключение оборудования ксети FDDI
Есть два основных способаподключения компьютеров к сети FDDI: непосредственно, а также и через мосты илимаршрутизаторы к сетям других протоколов.
Непосредственное подключение
Этот способ подключенияиспользуется, как правило, для подключения к сети FDDI файлов, архивационных идругих серверов, средних и больших ЭВМ, то есть ключевых сетевых компонентов,являющихся главными вычислительными центрами, предоставляющими сервис длямногих пользователей и требующих высоких скоростей ввода-вывода по сети.
Аналогично можно подключить ирабочие станции. Однако, поскольку сетевые адаптеры для FDDI весьма дороги,этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена посети является обязательным условием для нормальной работы приложения. Примерытаких приложений: системы мультимедиа, передача видео и звуковой информации.
Для подключения к сети FDDIперсональных компьютеров применяются специализированные сетевые адаптеры,которые обычным образом вставляются в один из свободных слотов компьютера.Такие адаптеры производятся фирмами: 3Com, IBM, Microdyne, NetworkPeripherials, SysKonnect и др. На рынке имеются карты под все распространенныешины — ISA, EISA и Micro Channel; есть адаптеры для подключения станций классовА или В для всех видов кабельной системы — волоконно-оптической, экранированнойи неэкранированной витых пар.
Все ведущие производителиUNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems и другие)предусматривают интерфейсы для непосредственного подключения к сетям FDDI.
Подключение через мосты имаршрутизаторы
Мосты (bridges) имаршрутизаторы (routers) позволяют подключить к FDDI сети других протоколов,например, Token Ring и Ethernet. Это делает возможным экономичное подключение кFDDI большого числа рабочих станций и другого сетевого оборудования как вновых, так и в уже существующих ЛВС.
Конструктивно мосты имаршрутизаторы изготавливаются в двух вариантах — в законченном виде, недопускающем дальнейшего аппаратного наращивания или переконфигурации (такназываемые standalone-устройства), и в виде модульных концентраторов.
Примером standalone-устройствявляются: Router BR фирмы Hewlett-Packard и EIFO Client/Server Switching Hubфирмы Network Peripherals.
Модульные концентраторыприменяются в сложных больших сетях в качестве центральных сетевых устройств.Концентратор представляет собой корпус с источником питания и скоммуникационной платой. В слоты концентратора вставляются сетевыекоммуникационные модули. Модульная конструкция концентраторов позволяет легкособрать любую конфигурацию ЛВС, объединить кабельные системы различных типов ипротоколов. Оставшиеся свободными слоты можно использовать для дальнейшегонаращивания ЛВС.
Концентраторы производятсямногими фирмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon,SMC, SynOptics, Wellfleet и другими.
Концентратор — этоцентральный узел ЛВС. Его отказ может привести к остановке всей сети, или, покрайней мере, значительной ее части. Поэтому большинство фирм, производящихконцентраторы, принимают специальные меры для повышения их отказоустойчивости.Такими мерами являются резервирование источников питания в режиме разделениянагрузки или горячего резервирования, а также возможность смены или доустановкимодулей без отключения питания (hot swap).
Для того чтобы снизитьстоимость концентратора, все его модули запитываются от общего источникапитания. Силовые элементы источника питания являются наиболее вероятнойпричиной его отказа. Поэтому резервирование источника питания существеннопродлевает срок безотказной работы. При инсталляции каждый из источниковпитания концентратора может быть подключен к отдельному источникубесперебойного питания (UPS) на случай неисправностей в системеэлектроснабжения. Каждый из UPS желательно подключить к отельным силовымэлектрическим сетям от разных подстанций.
Возможность смены илидоустановки модулей (часто включая и источники питания) без отключения концентраторапозволяет провести ремонт или расширение сети без прекращения сервиса для техпользователей, сетевые сегменты которых подключены к другим модулямконцентратора.
Мосты FDDI-Ethernet
Мосты работают на первых двухуровнях модели взаимодействия открытых систем — на физическом и канальном — ипредназначены для связи нескольких ЛВС однотипных или различных протоколовфизического уровня, например, Ethernet, Token Ring и FDDI.
По своему принципу действиямосты подразделяются на два типа (Sourece Routing — маршрутизация источника)требуют, чтобы узел-отправитель пакета размещал в нем информацию о пути егомаршрутизации. Другими словами, каждая станция должна иметь встроенные функциипо маршрутизации пакетов. Второй тип мостов (Transparent Bridges — прозрачныемосты) обеспечивают прозрачную связь станций, расположенных в разных ЛВС, и всефункции по маршрутизации выполняют только сами мосты. Ниже мы будем вести речьтолько о таких мостах.
Все мосты могут пополнятьтаблицу адресов (Learn addresses), маршрутизировать и фильтровать пакеты.Интеллектуальные мосты, кроме того, в целях повышения безопасности илипроизводительности могут фильтровать пакеты по критериям, задаваемым черезсистему управления сетью.
Когда на один из портов мостаприходит пакет данных, мост должен или переправить его на тот порт, к которомуподключен узел назначения пакета, или просто отфильтровать его, если узелназначения находится на том же самом порту, с которого пришел пакет. Фильтрацияпозволяет избежать излишнего трафика в других сегментах ЛВС.
Каждый мост строит внутреннюютаблицу физических адресов подключенных к сети узлов. Процесс ее заполнениязаключается в следующем. Каждый пакет имеет в своем заголовке физические адресаузлов отправления и назначения. Получив на один из своих портов пакет данных,мост работает по следующему алгоритму. На первом шаге мост проверяет, занесенли в его внутреннюю таблицу адрес узла отправителя пакета. Если нет, то мостзаносит его в таблицу и связывает с ним номер порта, на который поступил пакет.На втором шаге проверяется, занесен ли во внутреннюю таблицу адрес узланазначения. Если нет, то мост передает принятый пакет во все сети, подключенныеко всем остальным его портам. Если адрес узла назначения найден во внутреннейтаблице, мост проверяет, подключена ли ЛВС узла назначения к тому же самомупорту, с которого пришел пакет, или нет. Если нет, то мост отфильтровываетпакет, а если да, то передает его только на тот порт, к которому подключенсегмент сети с узлом назначения.
Три главных параметра моста:
- размер внутренней адреснойтаблицы;
- скорость фильтрации;
- скорость маршрутизации пакетов.
Размер адресной таблицыхарактеризует максимальное число сетевых устройств, трафик которых можетмаршрутизировать мост. Типичные значения размеров адресной таблицы лежат впределах от 500 до 8000. Что же произойдет в случае, если количествоподключенных узлов превысит размеры адресной таблицы? Поскольку большинствомостов хранят в ней сетевые адреса узлов, последними передававшими свои пакеты,мост постепенно будет «забывать» адреса узлов, резе других передающихпакеты. Это может привести к снижению эффективности процесса фильтрации, но невызовет принципиальных проблем в работе сети.
Скорости фильтрации и маршрутизации пакетов характеризуютпроизводительность моста. Если они ниже максимально возможной интенсивностипередачи пакетов по ЛВС, то мост может являться причиной задержек и сниженияпроизводительности. Если выше — значит стоимость моста выше минимальнонеобходимой. Рассчитаем, какой должна быть производительность моста дляподключения к FDDI нескольких ЛВС протокола Ethernet.
Вычислим максимальновозможную интенсивность пакетов сети Ethernet. Структура пакетов Ethernetпоказана в таблице 1. Минимальная длина пакета равна 72 байт или 576 бит. Время,необходимое для передачи одного бита по ЛВС протокола Ethernet со скоростью 10Мбит/сек равно 0.1 мксек. Тогда время передачи минимального по длине пакетасоставит 57.6*10-6 сек. Стандарт Ethernet требует паузы междупакетами в 9.6 мксек. Тогда количество пакетов, переданных за 1 сек, будетравно 1/((57.6+9.6)*10-6)=14880 пакетов в секунду.
Если мост подсоединяет к сетиFDDI N сетей протокола Ethernet, то, соответственно, его скорости фильтрации имаршрутизации 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 суммаТаблица 1.
Структура пакета в сетяхEthernet.
Со стороны порта FDDIскорость фильтрации пакетов должна быть значительно выше. Для того, чтобы мостне снижал производительность сети, она должны составлять около 500000 пакетов всекунду.
По принципу передачи пакетовмосты подразделяются на Encapsulating Bridges и Translational Bridges пакетыфизического уровня одной ЛВС целиком переносят в пакеты физического уровнядругой ЛВС. После прохождения по второй ЛВС другой аналогичный мост удаляетоболочку из промежуточного протокола, и пакет продолжает свое движения висходном виде.
Такие мосты позволяют связатьFDDI-магистралью две ЛВС протокола Ethernet. Однако в этом случае FDDI будетиспользоваться только как среда передачи, и станции, подключенные к сетямEthernet, не будут «видеть» станций, непосредственно подключенных ксети FDDI.
Мосты второго типа выполняютпреобразование из одного протокола физического уровня в другой. Они удаляютзаголовок и замыкающую служебную информацию одного протокола и переносят данныев другой протокол. Такое преобразование имеет существенное преимущество: FDDIможно использовать не только как среду передачи, но и для непосредственногоподключения сетевого оборудования, прозрачно видимого станциями, подключеннымик сетям Ethernet.
Таким образом, подобные мостыобеспечивают прозрачность всех сетей по протоколам сетевого и более верхнихуровней (TCP/IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV и Phase V, AppleTalkPhase 1 и Phase 2, Banyan VINES, XNS и др.).
Еще одна важнаяхарактеристика моста — наличие или отсутствие поддержки алгоритма резервныхпутей (Spannig Tree Algorithm — STA) IEEE 802.1D. Иногда его называют такжестандартом прозрачных мостов (Transparent Bridging Standard — TBS).
На рис. 1 показана ситуация,когда между ЛВС1 и ЛВС2 существуют два возможных пути — через мост 1 или черезмост 2. Ситуации, аналогичные этим, называются активными петлями. Активныепетли могут вызвать серьезные сетевые проблемы: дублирующие пакеты нарушаютлогику работы сетевых протоколов и приводят к снижению пропускной способностикабельной системы. STA обеспечивает блокировку всех возможных путей, кромеодного. Впрочем, в случае проблем с основной линией связи, одни из резервныхпутей сразу будет назначен активным.
Интеллектуальные мосты
До сих пор мы обсуждалисвойства произвольных мостов. Интеллектуальные мосты имеют ряд дополнительныхфункций.
Для больших компьютерныхсетей одной из ключевых проблем, определяющих их эффективность, являетсяснижение стоимости эксплуатации, ранняя диагностика возможных проблем,сокращение времени поиска и устранения неисправностей.
Для этого применяются системыцентрализованного управления сетью. Как правило они работают по SNMP протоколу(Simple Network Management Protocol) и позволяют администратору сети с егорабочего места:
- конфигурировать портыконцентраторов;
- производить набор статистики ианализ трафик. Например, для каждой подключенной к сети станции можно получитьинформацию о том, когда она последний раз посылала пакеты в сеть, о числепакетов и байт, принятых каждой станцией с ЛВС, отличных от той, к которой онаподключена, число переданных широковещательных (broadcast) пакетов и т. д.;
- устанавливать дополнительныефильтры на порты концентратора по номерам ЛВС или по физически адресам сетевыхустройств с целью усиления защиты от несанкционированного доступа к ресурсамсети или для повышения эффективности функционирования отдельных сегментов ЛВС;
- оперативно получать сообщения овсех возникающих проблемах в сети и легко их локализовать;
- проводить диагностику модулейконцентраторов;
- просматривать в графическом видеизображение передних панелей модулей, установленных в удаленные концентраторы,включая и текущее состояние индикаторов (это возможно благодаря тому, чтопрограммное обеспечение автоматически распознает, какой именно из модулейустановлен в каждый конкретный слот концентратора, и получает информацию итекущем статусе всех портов модулей);
- просматривать системных журнал, вкоторый автоматически записывается информация обо всех проблемах с сетью, овремени включения и выключения рабочих станций и серверов и обо всех другихважных для администратора событиях.
Перечисленные функциисвойственны все интеллектуальным мостам и маршрутизаторам. Часть из них(например, Prism System фирмы Gandalf), кроме того, обладают следующими важнымирасширенными возможностями:
1. Приоритеты протоколов. Поотдельным протоколам сетевого уровня некоторые концентраторы работают вкачестве маршрутизаторов. В этом случае может поддерживаться установкаприоритетов одних протоколов над другими. Например, можно установить приоритетTCP/IP над всеми остальными протоколами. Это означает, что пакеты TCP/IP будутпередаваться в первую очередь (это бывает полезно в случае недостаточной полосыпропускания кабельной системы).
2. Защита от «штормовшироковещательных пакетов» (broadcast storm). Одна из характерныхнеисправностей сетевого оборудования и ошибок в программном обеспечении — самопроизвольная генерация с высокой интенсивностью broadcast-пакетов, т. е.пакетов, адресованных всем остальным подключенным к сети устройствам. Сетевойадрес узла назначения такого пакета состоит из одних единиц. Получив такойпакет на один из своих портов, мост должен адресовать его на все другие порты,включая и FDDI порт. В нормальном режиме такие пакеты используютсяоперационными системами для служебных целей, например, для рассылки сообщений опоявлении в сети нового сервера. Однако при высокой интенсивности их генерации,они сразу займут всю полосу пропускания. Мост обеспечивает защиту сети отперегрузки, включая фильтр на том порту, с которого поступают такие пакеты.Фильтр не пропускает broadcast-пакеты и другие ЛВС, предохраняя тем самымостальную сеть от перегрузки и сохраняя ее работоспособность.
3. Сбор статистики в режиме«Что, если?» Эта опция позволяет виртуально устанавливать фильтры напорты моста. В этом режиме физически фильтрация не проводится, но ведется сборстатистики о пакетах, которые были бы отфильтрованы при реальном включениифильтров. Это позволяет администратору предварительно оценить последствиявключения фильтра, снижая тем самым вероятность ошибок при неправильно установленныхусловиях фильтрации и не приводя к сбоям в работе подключенного оборудования.
Примеры использования FDDI
Приведем два наиболее типовыхпримера возможного использования сетей FDDI.
Приложения клиент-сервер.FDDI применяется для подключения оборудования, требующего широкой полосыпропускания от ЛВС. Обычно это файловые серверы NetWare UNIX машины и большиеуниверсальные 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 пользователейподключаются через многопортовые мосты FDDI-Ethernet. Мост осуществляетфильтрацию и передачу пакетов не только между FDDI и Ethernet, но и междуразличными Ethernet-сетями. Пакет данных будет передан только в тот порт, гденаходится узел назначения, сохраняя полосу пропускания других ЛВС. Со сторонысетей Ethernet их взаимодействие эквивалентно связи через магистраль(backbone), только в этом случае она физически существует не в видераспределенной кабельной системы, а целиком сосредоточена в многопортовом мосту(Collapsed Backbone или Backbone-in-a-box).
В зависимости от каждогоконкретного случая (расстояния между серверами, условия эксплуатации,требования к надежности, стоимость и т. д.) серверы могут подключаться к FDDIлибо как станции класса А, либо как станции класса В.
FDDI в качестве backboneмагистрали. FDDI применяется для связи ЛВС протокола Ethernet, расположенных внескольких зданиях. Как правило, в каждом из зданий достаточно разместить поодному многопортовому мосту. В зависимости от концентрации рабочих станций,каждый из Ethernet портов может обслуживать один или несколько этажей здания.
Самосинхронизирующиеся коды
При передаче цифровыхсигналов по аналоговым линиям связи передающая и принимающая станции должныбыть синхронизированы между собой по частоте передачи бит в канале. В противномслучае неизбежны ошибки при приеме.
В случае, если приемник ипередатчик расположены близко друг от друга, то для синхронизации можноиспользовать отдельный канал или линию. Если же станции разнесены на большиерасстояния, то становится выгоднее встроить возможность частотной настройки всам сигнал. Для этого применяются самосинхронизирующиеся коды. Идея состоит втом, чтобы передаваемый сигнал часто менял свое состояние (с 0 на 1 и наоборот)даже в случае, если передаются длинные последовательности данных, состоящиетолько из одних 0 или только из одних 1.
Манчестерское кодирование — один из способов построения самосинхронизирующегося кода. Этот код обеспечиваетизменение состояния сигнала при представлении каждого бита. Манчестерскоекодирование требует удвоенной скорости передачи сигнала в бодах относительнопередаваемых данных.
Примененный в FDDIсамосинхронизирующийся код 5В/4В является одной из возможных альтернатив дляманчестерского кодирования. В таблице представлен способ кодирования четырехинформационных бит пятью сигнальными битами кода 5В/4В. Коды преобразованияподобраны таким образом, чтобы обеспечить возможно более частое изменениесигнала, 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