Структурированные кабельные системы (СКС). Технолигия FDDI

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

·         Оптоволокно - отличные характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; устойчивость к электромагнитным помехам; может передавать голос, видеоизображение и данные. Но сравнительно дорого, сложно выполнять ответвления.

·         Толстый коаксиальный кабель - хорошие характеристики пропускной способности, расстояния и защиты данных; может передавать данные. Но с ним сложно работать, хотя специалистов, имеющих подобный опыт работы, достаточно много.

·         Широкополосный кабель, используемый в кабельном телевидении, - хорошие показатели пропускной способности и расстояния; может передавать голос, видео и данные. Но очень сложно работать и требуются большие затраты во время эксплуатации.

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

Выбор типа кабеля для подсистемы кампуса

     Как и для вертикальных подсистем, оптоволоконный кабель является наилучшим выбором  для подсистем нескольких зданий, расположенных в радиусе нескольких километров. Для этих подсистем также подходит толстый коаксиальный кабель. При выборе кабеля для кампуса нужно учитывать воздействие среды на кабель вне помещения. Для предотвращения поражения молнией лучше выбрать для внешней проводки неметаллический оптоволоконный кабель. По многим причинам внешний кабель производится в полиэтиленовой защитной оболочке высокой плотности. При подземной прокладке кабель должен иметь специальную влагозащитную оболочку (от дождя и подземной влаги), а также металлический защитный слой от грызунов. Влагозащитный кабель имеет прослойку из инертного газа между диэлектриком, экраном и внешней оболочкой.  
 
 
 

4.  Активное и пассивное сетевое оборудование

 

      По  своему действию к сигналу сетевое  оборудование бывает активное и пассивное. Активное оборудование (коммутатор, маршрутизатор и пр.) – это электронные и электронно-оптические устройства, обрабатывающие, формирующие, преобразующие и коммутирующие электрические и/или оптические сигналы, передавая и получая эти сигналы с использованием дополнительных источников энергии.

     Пассивное оборудование (кабели – кабель ftp, кабель utp, витая пара; концентраторы, розетки, короб, или кабельный канал, лоток, патч-панели и пр.) представляет собой  сетевое оборудование, не потребляющее электри-чества и не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Все это оборудование является частью структурированных кабельных систем.

     Активное  и пассивное сетевое оборудование позволяет логически разделить  сеть на сегменты и наладить взаимосвязь  между ними. Так, для объединения нескольких элементов сети в сегмент используют концентраторы или коммутаторы. Концентратор, или хаб (в англ. hub), пересылает получаемый сигнал на все активные элементы сети, создавая между ними и передающим сигнал оборудованием необоснованный трафик. Концентраторы являются пассивным сетевым оборудованием, так как сигнал никаким образом они не преобразуют.

     Чтобы повысить производительность и безопасность сети, вместо концентратора стали  активно использовать коммутатор, или  свитч (в англ. switch — переключатель), который работает на канальном уровне модели ВОС и передает данные непосредственно получателю. А для объединения элементов различных сегментов сети в единую сеть используют маршрутизатор, или роутер (в англ. router), который работает с пакетами на более высоком уровне – сетевом уровне модели ВОС.  

5. Логическая  структуризация сети

 

      При построении небольших сетей, состоящих  из 10-30 узлов, использование стандартных  технологий на разделяемых средах передачи данных приводит к экономичным и  эффективным решениям. Во всяком случае, это утверждение справедливо для очень большого числа сего-дняшних сетей, даже тех, в которых передаются большие объемы мультимедийной информации, - появление высокоскоростных технологий со скоростями обмена 100 и 1000 Мбит/с решает проблему качества транспортного обслуживания таких сетей.

      Эффективность разделяемой среды для небольшой  сети проявляется в первую очередь  в следующих свойствах:

• простой топологии сети, допускающей легкое наращивание числа узлов (в небольших пределах);
• отсутствии потерь кадров из-за переполнения буферов коммуникационных устройств, так как новый кадр не передается в сеть, пока не принят предыдущий - сама логика разделения среды регулирует поток кадров и приостанавливает станции, слишком часто генерирующие кадры, заставляя их ждать доступа;
• простоте протоколов, обеспечившей низкую стоимость сетевых адаптеров, повторителей и концентраторов.

      Однако  справедливым является и другое утверждение - крупные сети, насчитывающие сотни  и тысячи узлов, не могут быть построены на основе одной разделяемой среды даже такой скоростной технологии, как Gigabit Ethernet. И не только потому, что практически все технологии ограничивают количество узлов в разделяемой среде: все виды семейства Ethernet - 1024 узлами, Token Ring - 260 узлами, a FDDI - 500 узлами. Даже сеть средних размеров, состоящая из 50-100 компьютеров и укладывающаяся в разрешенный максимум количества узлов, чаще всего будет плохо работать на одной разделяемой среде Ограничения, возникающие из-за использования общей разделяемой среды, можно преодолеть, разделив сеть на несколько разделяемых сред и соединив отдельные сегменты сети такими устройствами, как мосты, коммутаторы или маршрутизаторы (рис. 1.4).

Рис. 1.4 – Логическая структуризация сети 

     Говорят, что при этом сеть делится на логические сегменты или сеть подвергается логической структуризации. Логический сегмент представляет собой единую разделяемую среду. Деление сети на логические сегменты приводит к тому, что нагрузка, приходящаяся на каждый из вновь образованных сегментов, почти всегда оказывается меньше, чем нагрузка, которую испытывала исходная сеть. Следовательно, уменьшаются вредные эффекты от разделения среды: снижается время ожидания доступа, а в сетях Ethernet - и интенсивность коллизий.

      Большинство крупных сетей разрабатывается  на основе структуры с общей магистралью, к которой через мосты и  маршрутизаторы присоединяются подсети. Эти подсети обслуживают различные  отделы. Подсети могут делиться и  далее на сегменты, предназначенные  для обслуживания рабочих групп. 

6. Выводы

 

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

• Универсальность. СКС при продуманной организации может стать единой средой для передачи данных различных типов и назначения. Это позволяет автоматизировать многие процессы контроля, мониторинга и управления хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения предприятия.
• Увеличение срока службы. Срок морального старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 10-15 лет.
• Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Известно, что стоимость кабельной системы значительна и определяется в основном не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно, с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля.
• Возможность легкого расширения сети. СКС является модульной, поэтому ее легко расширять. Например, к магистрали можно добавить новую подсеть, не оказывая никакого влияния на существующие подсети. Можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети. Структурированная кабельная система является основой для деления сети на легко управляемые логические сегменты, так как она сама уже разделена на физические сегменты.
• Обеспечение более эффективного обслуживания. СКС облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой. Отказ одного сегмента не действует на другие, так как объединение сегментов осуществляется с помощью концентраторов. Концентраторы диагностируют и локализуют неисправный участок.
• Надежность. СКС имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество ее отдельных компонентов, но и их совместимость.

 

2. ТЕХНОЛОГИЯ  FDDI 

2.1 Топология и принцип работы 

      Технология FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface – Волоконно-оптический интерфейс передачи данных) во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

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

      Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и  резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть  первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рисунок 2.1), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

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

Рисунок 2.1 – Реконфигурация колец FDDI при отказе  

     Кольца  в сетях FDDI рассматриваются как  общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен  специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа  сетей Token Ring и также называется методом  маркерного (или токенного) кольца - token ring (рисунок 2.2, а).

     Станция может начать передачу своих собственных  кадров данных только в том случае, если она получила от предыдущей станции  специальный кадр - токен доступа (рисунок 2.2, б). После этого она  может передавать свои кадры, если они у нее имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи информации.

     Каждая  станция в сети постоянно принимает  передаваемые ей предшествующим соседом  кадры и анализирует их адрес  назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Этот случай приведен на рисунке (рисунок 2.2, в). Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если  же адрес кадра совпадает с  адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет  его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его  поле данных для последующей обработки  протоколу лежащего выше над FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции (рисунок 2.1.2, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.  

Рисунок 2.2 – Обработка кадров станциями кольца FDDI

     После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для  сети, ответственна за то, чтобы удалить  кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее (рисунок 2.2, д). При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.