Структурированные кабельные системы (СКС). Технолигия FDDI

2.2 Уровни FDDI в сравнении с моделью OSI 

     На  рисунке 2.3 приведена структура протоколов технологии FDDI в сравнении с семиуровневой моделью OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и многие другие технологии локальных сетей, технология FDDI использует протокол 802.2 подуровня управления каналом данных (LLC), определенный в стандартах IEEE 802.2 и ISO 8802.2. FDDI использует первый тип процедур LLC, при котором узлы работают в дейтаграммном режиме - без установления соединений и без восстановления потерянных или поврежденных кадров.

Рис. 2.3 – Структура протоколов технологии FDDI

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

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

• Требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм;
• Требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;
• Параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка;
• Длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики;
• Представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI.

      Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой  паре в соответствии с методом MLT-3. Спецификации уровней PMD и TP-PMD уже были рассмотрены в разделах, посвященных  технологии Fast Ethernet.

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

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

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

• Протокол передачи токена;
• Правила захвата и ретрансляции токена;
• Формирование кадра;
• Правила генерации и распознавания адресов;
• Правила вычисления и проверки 32-разрядной контрольной суммы.

 

Блок  схема интерфейса между уровнями MAC и PHY показана на рис. 2.4

Рисунок 2.4 – Схема физического интерфейса FDDI

      Уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью. В спецификации SMT определено следующее:

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

      Отказоустойчивость  сетей FDDI обеспечивается за счет управления уровнем SMT другими уровнями: с помощью  уровня PHY устраняются отказы сети по физическим причинам, например, из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например, потеря нужного внутреннего пути передачи токена и кадров данных между портами концентратора.  

2.3 Типы узлов и правила их подсоединения в сеть 

      Все станции в сети FDDI делятся на несколько  типов по следующим признакам:

• конечные станции или концентраторы;
• по варианту присоединения к первичному и вторичному кольцам;
• по количеству MAC-узлов и, соответственно, MAC-адресов у одной станции.

      Если  станция присоединена только к первичному кольцу, то такой вариант называется одиночным присоединением - Single Attachment, SA (рис. 2.5, а). Если же станция присоединена к обоим кольцам, то такой вариант называется двойным присоединением - Dual Attachment, DA (рис. 2.5, б).

Рисунок 2.5 – Одиночное (SA) и двойное (DA) подключение станций

     Станция может использовать свойства отказоустойчивости, обеспе-чиваемые двумя кольцами FDDI, только при ее двойном подключении.

Рисунок 2.6 – Реконфигурация DA станций при обрыве кабеля

     Как видно из рисунка 2.6, реакция станций на обрыв кабеля заключа-ется в изменении внутренних путей передачи информации между отдель-ными компонентами станции.  

2.4 Кодирование в FDDI

Таблица 1 – Код 4B/5B

      Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В (см. табл. 1), специально разработанный для этого стандарта. Он обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как в случае кода Манчестер-П. При этом каждым четырем битам передаваемой информации (каждому полубайту, или нибблу) ставится в соответствие пять передаваемых по кабелю битов. Это позволяет приемнику восстанавливать синхронизацию приходящих данных один раз на четыре принятых бита, то есть достигается компромисс между простейшим кодом NRZ и самосинхронизирующимся на каждом бите коде Манчестер-2. 

5. Сравнение FDDI с Ethernet и Token Ring

 

Таблица 2 – сравнение FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.

6. Выводы

 

     Выбор оптоволокна в качестве среды  передачи определил такие преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Кроме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом все преимущества локальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). И хотя к настоящему времени аппаратура FDDI не получила еще широкого распространения, ее перспективы очень неплохие.

     За  основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа, предусмотренный международным стандартом IEEE 802.5 Token-Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечить высокую скорость передачи информации на большие расстояния. Топология сети FDDI - это кольцо, причем применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, что позволяет в принципе использовать полнодуплексную передачу информации с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо.

Основные  технические характеристики сети FDDI следующие.

• Максимальное количество абонентов сети — 1000.
• Максимальная протяженность кольца сети - 20 км.
• Максимальное расстояние между абонентами сети - 2 км.
• Среда передачи - многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары).
• Метод доступа - маркерный.
• Скорость передачи информации — 100 Мбит/с (200 Мбит/с для дуплексного режима передачи).

      Как видим, FDDI имеет большие преимущества по сравнению со всеми рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая  такую же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов. К тому же маркерный метод доступа FDDI обеспечивает в отличие от CSMA/CD гарантированное время доступа и отсутствие конфликтов при любом уровне нагрузки.  
 
 
 
 
 
 

ВЫВОДЫ 
 

1. СКС представляет собой набор коммуникационных элементов - кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов, которые удовлетворяют стандартам и позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей.
2. СКС состоит из трех подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), вертикальной (между этажами ) и подсистемы кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).
3. Для горизонтальной подсистемы характерно наличие большого количества ответвлений и перекрестных связей. Наиболее подходящий тип кабеля - неэкранированная витая пара категории 5.
4. Вертикальная подсистема состоит из более протяженных отрезков кабеля, количество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический.
5. Для подсистемы кампуса характерна нерегулярная структура связей с центральным зданием. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический в специальной изоляции.
6. Кабельная система здания строится избыточной, так как стоимость последующего расширения кабельной системы превосходит стоимость установки избыточных элементов.