У Росії триває процес інтенсивного впровадження нових і модернізації існуючих локальних обчислювальних мереж (ЛВС). Зростаючі розміри мереж, прикладні програмні системи, що вимагають все більших швидкостей обміну інформацією, що підвищуються вимоги до надійності та відмовостійкості змушують шукати альтернативу традиційним мереж Ethernet і Arcnet. Один з видів високошвидкісних мереж - FDDI (Fiber Distributed Data Interface - розподілений оптоволоконний інтерфейс даних). У курсовій роботі розглядаються можливості використання FDDI при побудові корпоративних комп'ютерних комплексів.
Мережеві комп'ютерні комплекси стають невід'ємними засобами виробництва будь-якої організації чи підприємства. Швидкий доступ до інформації, її достовірність підвищують ймовірність прийняття правильних рішень персоналом і, в кінцевому підсумку, ймовірність виграшу в конкурентній боротьбі. У своїх керуючих та інформаційних системах фірми бачать кошти стратегічної переваги над конкурентами і розглядають інвестиції в них як капітальні вкладення.
У зв'язку з тим, що обробка та пересилання інформації за допомогою комп'ютерів стають все швидше і ефективніше, відбувається справжній інформаційний вибух. ЛВС починають зливатися в територіально-розподілені мережі, збільшується кількість підключених до ЛВС серверів, робочих станцій і периферійного обладнання.
Сьогодні в Росії комп'ютерні мережі багатьох великих підприємств і організацій представляють собою одну або декілька ЛВС, побудованих на основі стандартів Arcnet або Ethernet. Як мережевий операційного середовища зазвичай застосовується NetWare v3.12 або Windows NT з одним або декількома файловими серверами. Ці ЛВС або зовсім не мають зв'язки один з одним, або з'єднуються кабелем, що працюють в одному з цих стандартів, через внутрішні чи зовнішні програмні маршрутизатори NetWare.
Сучасні операційні системи та прикладне програмне забезпечення вимагають для своєї роботи пересилання великих обсягів інформації. Одночасно з цим потрібно забезпечувати передачу інформації з дедалі більшими швидкостями і на всі великі відстані. Тому рано чи пізно продуктивність мереж Ethernet і програмних мостів і маршрутизаторів перестають задовольняти зростаючим потребам користувачів, і вони починають розглядати можливості застосування у своїх мережах більш швидкісних стандартів. Одним з них є FDDI.
Принцип дії мережі FDDI
Мережа FDDI являє собою волоконно-оптичне маркерне кільце зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт / сек.
Стандарт FDDI був розроблений комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримується усіма провідними виробниками мережного устаткування. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований в X3T12.
Використання як середовища поширення волоконної оптики дозволяє істотно розширити смугу пропущення кабелю і збільшити відстані між мережними пристроями.
Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при многопользовательском доступі. Допустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить в межах 35% (3.5 Мбіт / сек) від максимальної пропускної здатності (10 Мбіт / сек), у противному випадку ймовірність виникнення колізій стає не занадто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI припустима утилізація може досягати 90-95% (90-95 Мбіт / сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вище.
Детермінована природа протоколу FDDI (можливість передбачення максимальної затримки при передачі пакета по мережі і можливість забезпечити гарантовану смугу пропускання для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережних АСУ в реальному часі і в додатках, критичних до часу передачі інформації (наприклад, для передачі відео і звукової інформації).
Багато зі своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мереж Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Перш за все - це кільцева топологія і маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, що отримала маркер, може передавати свої дані.
Однак FDDI має і ряд принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінений алгоритм модуляції даних на фізичному рівні. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги переданого сигналу щодо переданих даних. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять з чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма переданими бітами. При передачі 100 Мбіт інформації в секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт / сек, замість 200 Мбіт / сек, що треба було б при використанні манчестерського кодування.
Оптимізовано і керування доступу до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засновано на побітової основі, а в FDDI на паралельній обробці групи з чотирьох або восьми переданих бітів. Це знижує вимоги до швидкодії устаткування.
Фізично кільце FDDI утворене волоконно-оптичним кабелем із двома светопроводящий волокнами. Одне з них утворює первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворить вторинне кільце (secondary ring), є резервним і в нормальному режимі не використовується.
Станції, підключені до мережі FDDI, підрозділяються на дві категорії.
Станції класу А мають фізичні підключення до первинного та вторинного кілець (Dual Attached Station - дворазово підключена станція);
2. Станції класу B мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - однократно підключена станція) і підключається тільки через спеціальні пристрої, які називаються концентраторами.
Порти мережних пристроїв, що підключаються до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, У порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, що приймає дані з первинного кільця і передавальний їх у вторинне кільце. Порт В - це порт, який приймає дані з вторинного кільця і передавальний їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з одного і того ж кільця. М порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S порт.
Стандарт X3T9.5 має ряд обмежень. Загальна довжина подвійного волоконно-оптичного кільця - до 100 км. До кільця можна підключити до 500 станцій класу А. Відстань між вузлами при використанні багатомодового волоконно-оптичного кабелю - до 2 км, а при використанні одномодового кабелю визначається в основному параметрами волокна і приймально-передавального обладнання (може досягати 60 і більше км).
Топологія.
Застосовувані при побудові ЛОМ механізми контролю потоків є топологічно залежними, що робить неможливим одночасне використання Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 і інших в межах єдиного середовища поширення. Незважаючи на той факт, що Fibre Channel якоюсь мірою може нагадувати настільки звичні нам ЛВС, його механізм контролю потоків ніяк не пов'язаний з топологією середовища поширення і базується на зовсім інших принципах.
Кожен N_порт при підключенні до грат Fibre Channel проходить через процедуру реєстрації (log-in) і отримує інформацію про адресне просторі і можливості всіх інших вузлів, на підставі чого стає ясно, з ким із них він зможе працювати і на яких умовах. А так як механізм контролю потоків у Fibre Channel є прерогативою самої решітки, то для вузла зовсім неважливо, яка топологія лежить у її основі.
Точка-точка
Найпростіша схема, заснована на послідовному повнодуплексному з'єднанні двох N_портов з взаємоприйнятними параметрами фізичного з'єднання й однаковими класами сервісу. Один з вузлів одержує адреса 0, а інший - 1.
По суті, така схема може розглядатися як окремий випадок кільцевої топології, де немає необхідності в розмежуванні доступу шляхом арбітражу. В якості типового прикладу такого підключення можемо привести найбільш часто зустрічається з'єднання сервера з зовнішнім RAID масивом.
Петля з арбітражним доступом
Класична схема підключення до 126 портів, з якої все й починалося, якщо судити по абревіатурі FC-AL.
Будь-які два порти в кільці можуть обмінюватися даними за допомогою повнодуплексного з'єднання точно так само, як і у випадку "точка-точка". При цьому всі інші виконують роль пасивних повторювачів сигналів рівня FC-1 з мінімальними затримками, у чому, мабуть, полягає одне з основних переваг технології FC-AL перед SSA. Справа в тому, що адресація в SSA побудована на знанні кількості проміжних портів між відправником та одержувачем, тому адресний заголовок кадру SSA містить лічильник переходів (hop count). Кожен зустрічається на шляху кадру порт зменшує вміст цього лічильника на одиницю і після цього заново генерує CRC, тим самим істотно збільшуючи затримку передачі між портами. Для уникнення цього небажаного ефекту розроблювачі FC-AL зволіли використовувати абсолютну адресацію, що в підсумку дозволило ретранслювати кадр у незмінному вигляді і з мінімальною латентністю.
Передане з метою арбітражу слово ARB не розуміється і не використовується звичайними N_портамі, тому при такій топології додаткові властивості вузлів позначаються, як NL_порт.
Основною перевагою петлі з арбітражним доступом є низька собівартість в перерахунку на кількість підключених пристроїв, тому найбільш часто вона використовується для об'єднання великої кількості жорстких дисків з дисковим контролером. На жаль, вихід з ладу будь-якого NL_порта або з'єднувального кабелю розмикає петлю і робить її непрацездатною, через що в чистому вигляді така схема зараз уже не вважається перспективною. Крім того, додавання або видалення NL_порта викликає досить тривалий процес ініціалізації LIP (Loop Initialization Process), який може вимірюватися десятками секунд при великій кількості підключених вузлів.
В даний час найбільшого поширення набула схема організації петлі за допомогою активних концентраторів, які вміють ізолювати ушкоджений NL_порт шляхом автоматичного підключення внутрішнього резервного шляху.
Ще одним вагомим доказом на користь використання концентратора є розширені можливості управління і більш зручна схема міжпортового сполук.
Комутоване решітка
Найбільш перспективна топологія, що дозволяє подолати всі обмеження петлі з арбітражним доступом і представити кожному N_порту виділений канал FC-AL. Як вже зрозуміло з назви, в основу решітки покладено Fibre Channel комутатор з F_портамі (Fabric ports).
Приблизно так само, як і в ЛВС, до портів комутатора можуть підключатися інші комутатори або концентратори, в такому випадку це буде називатися з'єднанням через E_порт або FL_порт відповідно.
Відмовостійкість мереж FDDI
Стандарт ANSI X3T9.5 регламентує 4 основних отказустойчівих властивості мереж FDDI:
1. Кільцева кабельна система зі станціями класу А відмовостійка до однократному обриву кабелю в будь-якому місці кільця. Станції, що знаходяться по обидві сторони обриву, переконфігуріруют шлях циркуляції маркера і даних, підключаючи для цього вторинне волоконно-оптичне кільце.
2. Вимкнення живлення, відмова однієї зі станцій класу В або обрив кабелю від концентратора до цієї станції буде виявлений концентратором, і відбудеться відключення станції від кільця.
3. Дві станції класу В підключені одразу до двох концентраторів. Цей спеціальний вид підключення називається Dual Homing і може бути використаний для відмовостійкого (до несправностей в концентраторі або в кабельній системі) підключення станцій класу В за рахунок дублювання підключення до основного кільцю. У нормальному режимі обмін даними відбувається тільки через один концентратор. Якщо з якої-небудь причини зв'язок втрачається, то обмін буде здійснюватися через другий концентратор.
4. Вимкнення живлення або відмова однієї зі станцій класу А не призведе до відмови інших станцій, підключених до кільця, тому що світловий сигнал буде просто пасивно передаватися до наступної станції через оптичний перемикач (Optical Bypass Switch). Стандарт допускає мати до трьох послідовно розташованих виключених станцій.
Оптичні перемикачі виготовляють фірми Molex і AMP.
Синхронна і асинхронна передача
Підключення до мережі FDDI станції можуть передавати свої дані в кільце в двох режимах - у синхронному і в асинхронному.
Синхронний режим влаштований таким чином. У процесі ініціалізації мережі визначається очікуваний час обходу кільця маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Кожній станції, що захопила маркер, приділяється гарантований час для передачі її даних у кільце. Після закінчення цього часу станція повинна закінчити передачу і послати маркер у кільце.
Кожна станція в момент посилки нового маркера включає таймер, що вимірює часовий інтервал до моменту повернення до неї маркера - TRT (Token Rotation Timer). Якщо маркер повернеться до станції раніше очікуваного часу обходу TTRT, то станція може продовжити час передачі своїх даних у кільце і після закінчення синхронної передачі. На цьому заснована асинхронна передача. Додатковий часовий інтервал для передачі станцією буде дорівнює різниці між очікуваним і реальним часом обходу кільця маркером.
З описаного вище алгоритму видно, що якщо одна чи кілька станцій не мають достатнього обсягу даних, щоб повністю використовувати часовий інтервал для синхронної передачі, то невикористана ними смуга пропускання відразу стає доступною для асинхронної передачі іншими станціями.
Кабельна система
Подстандарт FDDI PMD (Physical medium-dependent layer) в якості базової кабельної системи визначає багатомодовий волоконно-оптичний кабель з діаметром світловодів 62.5/125 мкм. Допускається застосування кабелів з іншим діаметром волокон, наприклад: 50/125 мкм. Довжина хвилі - 1300 нм.
Середня потужність оптичного сигналу на вході станції повинна бути не менше -31 dBm. При такій вхідній потужності імовірність помилки на біт при ретрансляції даних станцією не повинна перевищувати 2.5 * 10-10. При збільшенні потужності вхідного сигналу на 2 dBm, ця ймовірність повинна знизитися до 10-12.
Максимально допустимий рівень втрат сигналу в кабелі стандарт визначає рівним 11 dBm.
Подстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні одномодового волоконно-оптичного кабелю. У цьому випадку в якості передавального елемента звичайно використовується лазерний світлодіод, а дистанція між станціями може досягати 60 і навіть 100 км.
FDDI модулі для одномодового кабелю випускає, наприклад, фірма Cisco Systems для своїх маршрутизаторів Cisco 7000 і AGS +. Сегменти одномодового і багатомодового кабелю в кільці FDDI можуть чергуватися. Для названих маршрутизаторів фірми Cisco мається можливість вибору модулів із усіма чотирма комбінаціями портів: багатомодовий-багатомодовий, багатомодовий-одномодовий, одномодовий-багатомодовий, одномодовий-одномодовий.
Фірма Cabletron Systems Inc. випускає повторювачі Dual Attached - FDR-4000, які дозволяють підключити одномодовий кабель до станції класу А з портами, призначеними для роботи на многомодовом кабелі. Ці повторювачі дають можливість збільшити відстань між вузлами FDDI кільця до 40 км.
Подстандарт фізичного рівня CDDI (Copper Distributed Data Interface - розподілений інтерфейс даних по мідних кабелях) визначає вимоги до фізичного рівня при використанні екранованої (IBM Type 1) і не екранованої (Category 5) кручених пар. Ця значно спрощує процес інсталяції кабельної системи і здешевлює її, мережеві адаптери й устаткування концентраторів. Відстані між станціями при використанні кручених пар не повинні перевищувати 100 км.
Фірма Lannet Data Communications Inc. випускає FDDI модулі для своїх концентраторів, які дозволяють працювати або в стандартному режимі, коли вторинне кільце використовується тільки з метою відмовостійкості при обриві кабелю, або в розширеному режимі, коли вторинне кільце теж використовується для передачі даних. У другому випадку смуга пропускання кабельної системи розширюється до 200 Мбіт / сек.
Підключення обладнання до мережі FDDI
Є два основних способи підключення комп'ютерів до мережі FDDI: безпосередньо, а також і через мости чи маршрутизатори до мереж інших протоколів.
Безпосереднє підключення
Цей спосіб підключення використовується, як правило, для підключення до мережі FDDI файлів, архіваціонних та інших серверів, середніх і великих ЕОМ, тобто ключових мережних компонентів, що є головними обчислювальними центрами, що надають сервіс для багатьох користувачів і потребуючих високих швидкостей вводу-виводу по мережі .
Аналогічно можна підключити і робочі станції. Однак, оскільки мережеві адаптери для FDDI дуже дороги, цей спосіб застосовується тільки в тих випадках, коли висока швидкість обміну по мережі є обов'язковою умовою для нормальної роботи програми. Приклади таких додатків: системи мультимедіа, передача відео і звукової інформації.
Для підключення до мережі FDDI персональних комп'ютерів застосовуються спеціалізовані мережні адаптери, які звичайним чином вставляються в один з вільних слотів комп'ютера. Такі адаптери виробляються фірмами: 3Com, IBM, Microdyne, Network Peripherials, SysKonnect та ін На ринку є карти під усі розповсюджені шини - ISA, EISA і Micro Channel; є адаптери для підключення станцій класів А чи В для усіх видів кабельної системи - волоконно -оптичної, екранованого і неекранованої кручених пар.
Всі провідні виробники UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems і інші) передбачають інтерфейси для безпосереднього підключення до мереж FDDI.
Підключення через мости і маршрутизатори
Мости (bridges) і маршрутизатори (routers) дозволяють підключити до FDDI мережі інших протоколів, наприклад, Token Ring і Ethernet. Це робить можливим економічне підключення до FDDI великого числа робочих станцій і іншого мережного устаткування як в нових, так і у вже існуючих ЛОМ.
Конструктивно мости і маршрутизатори виготовляються в двох варіантах - у закінченому вигляді, що не допускає подальшого апаратного нарощування чи переконфігурації (так звані standalone-пристрої), і у вигляді модульних концентраторів.
Прикладом standalone-пристроїв є: Router BR фірми Hewlett-Packard і EIFO Client / Server Switching Hub фірми Network Peripherals.
Модульні концентратори застосовуються в складних великих мережах у якості центральних мережних пристроїв. Концентратор являє собою корпус із джерелом живлення і з комунікаційною платою. У слоти концентратора вставляються мережні комунікаційні модулі. Модульна конструкція концентраторів дозволяє легко зібрати будь-яку конфігурацію ЛОМ, об'єднати кабельні системи різних типів і протоколів. Залишилися вільними слоти можна використовувати для подальшого нарощування ЛОМ.
Концентратори виробляються багатьма фірмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco, Gandalf, Lannet, Proteon, SMC, SynOptics, Wellfleet та іншими.
Концентратор - це центральний вузол ЛВС. Його відмова може призвести до зупинки всієї мережі, або, принаймні, значної її частини. Тому більшість фірм, які виробляють концентратори, приймають спеціальні заходи для підвищення їх відмовостійкості. Такими заходами є резервування джерел живлення в режимі поділу навантаження або гарячого резервування, а також можливість зміни або доустановки модулів без відключення живлення (hot swap).
Для того щоб знизити вартість концентратора, усі його модулі живляться від загального джерела живлення. Силові елементи джерела живлення є найбільш ймовірною причиною його відмови. Тому резервування джерела живлення істотно продовжує термін безвідмовної роботи. При інсталяції кожен із джерел живлення концентратора може бути підключений до окремого джерела безперебійного живлення (UPS) на випадок несправностей у системі електропостачання. Кожен з UPS бажано підключити до готельним силовим електричним мережам від різних підстанцій.
Можливість зміни або доустановки модулів (часто включаючи і джерела живлення) без відключення концентратора дозволяє провести ремонт або розширення мережі без припинення сервісу для тих користувачів, мережні сегменти яких підключені до інших модулів концентратора.
Мости FDDI-Ethernet
Мости працюють на перших двох рівнях моделі взаємодії відкритих систем - на фізичному і канальному - і призначені для зв'язку декількох ЛВС однотипних чи різних протоколів фізичного рівня, наприклад, Ethernet, Token Ring і FDDI.
За своїм принципом дії мости підрозділяються на два типи (Sourece Routing - маршрутизація джерела) вимагають, щоб вузол-відправник пакета розміщав у ньому інформацію про шлях його маршрутизації. Іншими словами, кожна станція повинна мати убудовані функції по маршрутизації пакетів. Другий тип мостів (Transparent Bridges - прозорі мости) забезпечують прозору зв'язок станцій, розташованих у різних ЛВС, і усі функції по маршрутизації виконують тільки самі мости. Нижче ми будемо вести мову тільки про такі мости.
Всі мости можуть поповнювати таблицю адрес (Learn addresses), маршрутизувати і фільтрувати пакети. Інтелектуальні мости, крім того, з метою підвищення безпеки або продуктивності можуть фільтрувати пакети за критеріями, що задається через систему керування мережею.
Коли на один з портів моста приходить пакет даних, міст повинен або переправити його на той порт, до якого підключений вузол призначення пакета, або просто відфільтрувати його, якщо вузол призначення знаходиться на тому ж самому порту, з якого прийшов пакет. Фільтрація дозволяє уникнути зайвого трафіку в інших сегментах ЛВС.
Кожен міст будує внутрішню таблицю фізичних адрес підключених до мережі вузлів. Процес її заповнення полягає в наступному. Кожен пакет має в своєму заголовку фізичні адреси вузлів відправлення та призначення. Отримавши на один зі своїх портів пакет даних, міст працює за наступним алгоритмом. На першому кроці міст перевіряє, чи занесений у його внутрішню таблицю адреса вузла відправника пакета. Якщо ні, то міст заносить його в таблицю і зв'язує з ним номер порту, на який надійшов пакет. На другому кроці перевіряється, чи занесений у внутрішню таблицю адреса вузла призначення. Якщо ні, то міст передає прийнятий пакет в усі мережі, підключені до всіх інших його портів. Якщо адреса вузла призначення знайдений у внутрішній таблиці, міст перевіряє, чи підключена ЛВС вузла призначення до того ж самого порту, з якого прийшов пакет, чи ні. Якщо ні, то міст відфільтровує пакет, а якщо так, то передає його тільки на той порт, до якого підключений сегмент мережі з вузлом призначення.
Три головних параметри мосту:
розмір внутрішньої адресної таблиці;
швидкість фільтрації;
швидкість маршрутизації пакетів.
Розмір адресної таблиці характеризує максимальне число мережних пристроїв, трафік яких може маршрутизувати міст. Типові значення розмірів адресної таблиці лежать в межах від 500 до 8000. Що ж відбудеться у випадку, якщо кількість підключених вузлів перевищить розміри адресної таблиці? Оскільки більшість мостів зберігають у ній мережні адреси вузлів, останніми передаючи свої пакети, міст поступово буде "забувати" адреси вузлів, резе інших передавальних пакети. Це може призвести до зниження ефективності процесу фільтрації, але не викличе принципових проблем у роботі мережі.
Швидкості фільтрації і маршрутизації пакетів характеризують продуктивність моста. Якщо вони нижче максимально можливої інтенсивності передачі пакетів по ЛВС, то міст може бути причиною затримок і зниження продуктивності. Якщо вище - значить вартість моста вище мінімально необхідною. Розрахуємо, якою повинна бути продуктивність моста для підключення до FDDI декількох ЛОМ протоколу Ethernet.
Обчислимо максимально можливу інтенсивність пакетів мережі Ethernet. Структура пакетів Ethernet показана в таблиці 1. Мінімальна довжина пакета дорівнює 72 байт або 576 біт. Час, необхідний для передачі одного біта по ЛВС протоколу Ethernet зі швидкістю 10 Мбіт / сек одно 0.1 мксек. Тоді час передачі мінімального по довжині пакета складе 57.6 * 10-6 сек. Стандарт Ethernet вимагає паузи між пакетами в 9.6 мксек. Тоді кількість пакетів, переданих за 1 сек, буде дорівнює 1 / ((57.6 +9.6) * 10-6) = 14880 пакетів в секунду.
Якщо міст приєднує до мережі FDDI N мереж протоколу Ethernet, то, відповідно, його швидкості фільтрації і маршрутизації повинні бути рівні N * 14880 пакетів в секунду.
Довжина в байтах | 8 | 6 | 6 | 2 | від 46 до 1500 | 4 |
Поле | Преамбула | Адреса одержувача | Адреса відправника | Тип / довжина | Дані | Контрольна сума |
Таблиця 1.
Структура пакета в мережах Ethernet.
З боку порту FDDI швидкість фільтрації пакетів повинна бути значно вище. Для того, щоб міст не знижував продуктивність мережі, вона має становити близько 500000 пакетів в секунду.
За принципом передачі пакетів мости підрозділяються на Encapsulating Bridges і Translational Bridges пакети фізичного рівня однієї ЛВС цілком переносять у пакети фізичного рівня інший ЛВС. Після проходження по другій ЛВС інший аналогічний міст видаляє оболонку з проміжного протоколу, і пакет продовжує своє руху у вихідному вигляді.
Такі мости дозволяють зв'язати FDDI-магістраллю два ЛВС протоколу Ethernet. Однак у цьому випадку FDDI буде використовуватися тільки як середовище передачі, і станції, підключені до мереж Ethernet, не будуть "бачити" станцій, безпосередньо підключених до мережі FDDI.
Мости другого типу виконують перетворення з одного протоколу фізичного рівня в іншій. Вони видаляють заголовок і замикаючу службову інформацію одного протоколу і переносять дані в інший протокол. Таке перетворення має істотну перевагу: FDDI можна використовувати не тільки як середовище передачі, але і для безпосереднього підключення мережного обладнання, прозоро видимого станціями, підключеними до мережі Ethernet.
Таким чином, подібні мости забезпечують прозорість усіх мереж по протоколах мережного і більш верхніх рівнів (TCP / IP, Novell IPX, ISO CLNS, DECnet Phase IV і Phase V, AppleTalk Phase 1 і Phase 2, Banyan VINES, XNS та ін.)
Ще одна важлива характеристика мосту - наявність або відсутність підтримки алгоритму резервних шляхів (Spannig Tree Algorithm - STA) IEEE 802.1D. Іноді його називають також стандартом прозорих мостів (Transparent Bridging Standard - TBS).
На рис. 1 показана ситуація, коли між ЛВС1 і ЛВС2 існують два можливі шляхи - через міст 1 або через міст 2. Ситуації, аналогічні цим, називаються активними петлями. Активні петлі можуть викликати серйозні мережеві проблеми: дублюючі пакети порушують логіку роботи мережевих протоколів і призводять до зниження пропускної здатності кабельної системи. STA забезпечує блокування всіх можливих шляхів, крім одного. Втім, у випадку проблем з основною лінією зв'язку, одні з резервних шляхів одразу буде призначений активним.
Інтелектуальні мости
До цих пір ми обговорювали властивості довільних мостів. Інтелектуальні мости мають ряд додаткових функцій.
Для великих комп'ютерних мереж однією з ключових проблем, що визначають їх ефективність, є зниження вартості експлуатації, рання діагностика можливих проблем, скорочення часу пошуку та усунення несправностей.
Для цього застосовуються системи централізованого управління мережею. Як правило вони працюють по SNMP протоколу (Simple Network Management Protocol) і дозволяють адміністратору мережі з його робочого місця:
конфігурувати порти концентраторів;
проводити набір статистики та аналіз трафік. Наприклад, для кожної підключеної до мережі станції можна отримати інформацію про те, коли вона останній раз посилала пакети в мережу, про число пакетів і байт, прийнятих кожною станцією з ЛВС, відмінних від тієї, до якої вона підключена, число переданих широкомовних (broadcast) пакетів і т. д.;
встановлювати додаткові фільтри на порти концентратора за номерами ЛВС або за фізично адресами мережевих пристроїв з метою посилення захисту від несанкціонованого доступу до ресурсів мережі або для підвищення ефективності функціонування окремих сегментів ЛОМ;
оперативно отримувати повідомлення про всі проблеми, що виникають в мережі і легко їх локалізувати;
проводити діагностику модулів концентраторів;
переглядати в графічному вигляді зображення передніх панелей модулів, встановлених у віддалені концентратори, включаючи і поточний стан індикаторів (це можливо завдяки тому, що програмне забезпечення автоматично розпізнає, який саме з модулів встановлений в кожен конкретний слот концентратора, і отримує інформацію та поточний статус всіх портів модулів);
переглядати системних журнал, в який автоматично записується інформація про всі проблеми з мережею, про час включення і виключення робочих станцій і серверів і про всі інші важливих для адміністратора події.
Перераховані функції властиві всі інтелектуальним мостів і маршрутизаторів. Частина з них (наприклад, Prism System фірми Gandalf), крім того, мають такими важливими розширеними можливостями:
1. Пріоритети протоколів. За окремими протоколами мережного рівня деякі концентратори працюють у якості маршрутизаторів. У цьому випадку може підтримуватися установка пріоритетів одних протоколів над іншими. Наприклад, можна встановити пріоритет TCP / IP над усіма іншими протоколами. Це означає, що пакети TCP / IP будуть передаватися в першу чергу (це буває корисно в разі недостатньої смуги пропускання кабельної системи).
2. Захист від "штормів широкомовних пакетів" (broadcast storm). Одна з характерних несправностей мережевого обладнання та помилок у програмному забезпеченні - мимовільна генерація з високою інтенсивністю broadcast-пакетів, тобто пакетів, адресованих всім іншим підключеним до мережі пристроїв. Мережеву адресу вузла призначення такого пакета складається з одних одиниць. Отримавши такий пакет на один зі своїх портів, міст повинен адресувати його на всі інші порти, включаючи і FDDI порт. У нормальному режимі такі пакети використовуються операційними системами для службових цілей, наприклад, для розсилки повідомлень про появу в мережі нового сервера. Однак при високій інтенсивності їх генерації, вони відразу займуть всю смугу пропускання. Міст забезпечує захист мережі від перевантаження, включаючи фільтр на тому порту, з якого надходять такі пакети. Фільтр не пропускає broadcast-пакети та інші ЛВС, оберігаючи тим самим решту мережу від перевантаження і зберігаючи її працездатність.
3. Збір статистики в режимі "Що, якщо?" Ця опція дозволяє віртуально встановлювати фільтри на порти мосту. У цьому режимі фізично фільтрація не проводиться, але ведеться збір статистики про пакети, які були б відфільтровані при реальному включенні фільтрів. Це дозволяє адміністратору попередньо оцінити наслідки включення фільтра, знижуючи тим самим імовірність помилок при неправильно встановлених умовах фільтрації і не приводячи до збоїв у роботі підключеного обладнання.
Приклади використання FDDI
Наведемо два найбільш типових приклад можливого використання мереж FDDI.
Додатку клієнт-сервер. FDDI застосовується для підключення устаткування, що вимагає широкої смуги пропускання від ЛВС. Зазвичай це файлові сервери NetWare UNIX машини і великі універсальні ЕОМ (mainframes). Крім того, як було зазначено вище, безпосередньо до мережі FDDI можуть бути підключені і деякі робітники станції, що вимагають високих швидкостей обміну даними.
Робочі станції користувачів підключаються через багатопортовий мости FDDI-Ethernet. Міст здійснює фільтрацію і передачу пакетів не тільки між FDDI і Ethernet, але і між різними Ethernet-мережами. Пакет даних буде переданий тільки в той порт, де знаходиться вузол призначення, зберігаючи смугу пропускання інших ЛВС. З боку мереж Ethernet їх взаємодія еквівалентно зв'язку через магістраль (backbone), тільки в цьому випадку вона фізично існує не у вигляді розподіленої кабельної системи, а цілком зосереджена в багатопортовий мости (Collapsed Backbone чи Backbone-in-a-box).
У залежності від кожного конкретного випадку (відстані між серверами, умови експлуатації, вимоги до надійності, вартість і т. д.) сервери можуть підключатися до FDDI або як станції класу А, або як станції класу В.
FDDI як backbone магістралі. FDDI застосовується для зв'язку ЛВС протоколу Ethernet, розташованих у кількох будинках. Як правило, в кожному з будинків досить розмістити по одному многопортового мосту. Залежно від концентрації робочих станцій, кожний з Ethernet портів може обслуговувати один або кілька поверхів будівлі.
Самосинхронизирующийся коди
При передачі цифрових сигналів по аналогових лініях зв'язку передавальна і приймаюча станції повинні бути синхронізовані між собою по частоті передачі біт у каналі. В іншому випадку неминучі помилки при прийомі.
У випадку, якщо приймач і передавач розташовані близько один від одного, то для синхронізації можна використовувати окремий канал або лінію. Якщо ж станції рознесені на великі відстані, то стає вигідніше вбудувати можливість частотного налагоджування в сам сигнал. Для цього застосовуються самосинхронизирующийся коди. Ідея полягає в тому, щоб передаваний сигнал часто міняв свій стан (з 0 на 1 і навпаки) навіть у разі, якщо передаються довгі послідовності даних, що складаються тільки з одних 0 або тільки з одних 1.
Манчестерське кодування - один із способів побудови самосинхронизирующийся коду. Цей код забезпечує зміну стану сигналу при представленні кожного біта. Манчестерське кодування вимагає подвоєною швидкості передачі сигналу в бодах щодо переданих даних.
Застосований в FDDI самосинхронизирующийся код 5В/4В є однією з можливих альтернатив для манчестерського кодування. У таблиці представлений спосіб кодування чотирьох інформаційних біт п'ятьма сигнальними бітами коду 5В/4В. Коди перетворення підібрані таким чином, щоб забезпечити можливо більш часте зміна сигналу, незалежно від виду переданих даних.
4 біти даних | 5 біт даних |
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 |