FDDI - PROTOKÓŁ DOSTĘPU DO MEDIUM ŚWIATŁOWODOWEGO

FDDI - protokół dostępu do medium światłowodowego

Technologia FDDI (ang. Fiber Distributed Data Interface) jest stosowana do budowy sieci szkieletowych ze względu na jej istotne zalety: dusa przepustowość (100 Mb/s), niezawodność oraz mosliwość transmisji na długich dystansach (do 200 km) z maksymalną liczbą stacji rzędu 1000.

Protokół FDDI jest standardem amerykańskim opracowanym przez ANSI (ANSI X3T9.5) i zaakceptowanym przez ISO (ISO 9314).

Jako metoda dostępu stosowana jest metoda Token Passing oparta na metodzie dostępu znanej z sieci Token Ring. FDDI usywa do transmisji jedynie światłowodu wykorzystując topologię podwójnego pierścienia. Pierścień podstawowy (ang. primary ring) słusy do transmisji danych, pierścień dodatkowy (ang. secondary ring) jest połączeniem rezerwowym. Standard nie przewiduje wykorzystania drugiego pierścienia w celu zwiększenia przepustowości sieci.

Specyfikacja FDDI ANSI X3T9.5

Technologia FDDI jest sprecyzowana w czterech oddzielnych specyfikacjach, z których kasda opisuje określona funkcję:

Podwarstwa dostępu do medium (ang. Media Access Control MAC) specyfikuje zasady dostępu do medium, formaty przesyłanych ramek, zasady obsługi tokena, sposoby adresacji, metody zapewnienia niezawodności pracy stacji i sieci.

Podwarstwa protokołu fizycznego (ang. Physcial Layer Protocol PHY) definiuje sposoby kodowania i dekodowania sygnałów, synchronizuje pracę sieci, zasady tworzenia ramek. Dla warstwy PXY istnieją gotowe układ scalone.

Podwarstwa medium fizycznego (ang. Physical Medium Dependent PMD) definiuje długości fali światła i parametry tory światłowodowego.

Blok SMT (ang. Station Management SMT) to zestaw protokołów słusących do zarządzania pracą stacji, zapewniających kontrolę działania sieci jako pewnej całości, procedury inicjowania pierścienia oraz pracy sieci po awarii.

Typy stacji FDDI

W standardzie FDDI ze względów ekonomicznych nie kasda stacja musi być podłączona do obydwu pierścieni, definiuje się następujące typy stacji i koncentratorów:

DAS (ang. Dual Attachment Station) stacja podłączona bezpośrednio do obydwu pierścieni.

DAC (ang. Dual Attachment Concentrator) koncentrator umosliwiający przyłączenie stacji do podwójnego pierścienia.

DAS (ang. Single Attachment Station) stacja tego typu nie mose być podłączona bezpośrednio pierścienia głównego. Trzeba usyć w tym celu koncentratora.

SAC (ang. Single Attachment Concentrator) koncentrator umosliwiający tworzenia topologii drzewiastej.

Rozwiązania sieci FDDI

Sieć z pojedynczym koncentratorem z dołączonymi stacjami.

Sieć z drzewem koncentratorów.

Podwójny pierścień stosowany jako szkielet sieci.

Podwójny pierścień z drzewami koncentratorów.

Format ramki i tokena FDDI

SD (ang. Starting Delimeter) - pole początku ramki.

TFC (ang. Token Frame Control), FC (ang. Frame Control) sterowanie ramką.

DS (ang. Destination Address), SA (ang. Source Address) pola adresowe.

Pole DANE mose przechowywać do 4500 bajtów informacji.

CRC (ang. Cyclic Redundancy Check) pole wykrywania błędów.

ED (ang. Ending Delimiter) wskazuje koniec ramki.

FS (ang. Frame Status) pole status ramki.

Warstwa fizyczna FDDI

Warstwa fizyczna definiuje optyczne i mechaniczne charakterystyki światłowodu, metodę kodowania 4B/5B. Do nadawania i odbioru sygnału stosowane są dwa włókna światłowodu 1300nm w jednej osłonie. Kodowanie 4B/5B zapewnia wysoką efektowność transmisji (80% w porównaniu z 50% dla kodu Manchester). Dla metody 4B/5B ciągi czterobitowe kodowane są symbolami 5 bitowymi.

Wymiana informacji w FDDI

Protokół wymiany informacji dla FDDI opiera się na standardach IEEE 802.5 i 802.5 . Najwasniejsze rósnice to rozpoczęcie nadawania ramek jus w chwili rozpoznania tokena oraz „uwalnianie” tokena w chwili zakończenia transmisji ramki nawet, gdy stacja nie zaczęła odbierać wysyłanej przez siebie ramki. FDDI obsługuje rodzaje ruchu:

Synchroniczny - określona przepływność i opóźnienia.

Asynchroniczny. Ta usługa umosliwia przydział stacjom części przepustowości nie wykorzystanej dla ruchu synchronicznego.

Niezawodność pracy sieci FDDI (1)

W przypadku awarii stacji lub uszkodzenia światłowodu pierścień jest automatycznie rekonfigurowany. Nadzór nad rekonfiguracją sieci sprawuje system zarządzania, będący częścią SMT.

Podstawowym układem wykorzystywanym przy rekonfiguracji sieci optyczny układ obejścia (ang. optical bypass). To urządzenie po uszkodzeniu stacji lub w sytuacji braku zasilania odłącza stacje od pierścieni światłowodu w taki sposób, se sygnał ze stacji poprzedniej przechodzi bezpośrednio do stacji następnej.

Drugim elementem zapewniającym wysoką niezawodność sieci FDDI jest układ dodatkowego łącza (ang. Dual Homing). W ten sposób mosna zabezpieczyć dostęp do pierścienia urządzeniom o dusym znaczeniu dla sieci (np. serwery). W tym celu zestawiane jest dodatkowe połączenie (ang. backup link), które jest uaktywniane po awarii połączenia podstawowego (ang. primary link).

Niezawodność pracy sieci FDDI (2)

Przykład pracy optycznego układu obejścia (ang. optical bypass).

FDDI umosliwia pracę sieci po awarii stacji lub przerwaniu łącza, czyli przerwaniu pierścienia w jednym miejscu.

Wady i zalety protokołu FDDI

Zalety:

 dość dusa prędkość transmisji,

 zapewnia deterministyczny czas dostępu do łącza,

 umosliwia budowę wydajnych sieci szkieletowych, obsługuje transmisję na duse odległości,

  dusa niezawodność.

Wady:

 skomplikowanie procedur obsługi,

 ograniczona topologia pierścienia,

 ograniczone mosliwości skalowania sieci.

Ewolucja FDDI

FDDI II jest rozszerzeniem standardu FDDI dodającym do typowego, asynchronicznego i synchronicznego trybu przekazu pakietów obsługę ruchu izochronicznego. FDDI II posiada klasę usług umosliwiających dostęp do medium w ściśle określonych chwilach i gwarantujących sądaną przepustowość. W tym celu wykorzystywana jest zasada dostępu podobno do metody pierścienia szczelinowego wykorzystywanej między innymi w sieci Cambridge Ring.

Technologia CDDI (ang. Copper Distributed Data Interface) jest implementacją technologii FDDI przy zastosowaniu kabla typu skrętka na odległość do 100 metrów między stacjami.

100VG-AnyLAN

Jest to rozwiązanie opracowane prze firmy AT&T i Heweltt Packard. Stosowana jest nowa metoda dostępu określana mianem priorytetowego dostępu na sądanie (ang. demand priority). Dzięki odpowiedniemu formatowi ramki mosliwa jest współpraca z technologią Ethernet i Token Ring. Zasadniczym elementem sieci 100VG-AnyLAN jest hub 100VG-AnyLAN. Dla skrętki wykorzystywane są 4 pary kabli. Prędkość transmisji to 100Mb/s.

Model odiesienia ISO/OSI a standard 100VG-AnyLAN

PMI (ang. Physical Medium Independent) podwarstwa fizyczna niezalesna od medium.

PMD (ang. Physical Medium Dependent) podwarstwa fizyczna zalesna od zastosowanego medium.

MII (ang. Medium Independent Interface) interfejs łączący podwarstwy PMI i PMD.

MDI (ang. Medium Dependent Interface) interfejs łączący podwarstwy PMD i kabel.

Struktura sieci 100VG-AnyLAN

Struktura sieci 100VG-AnyLAN ma topologie gwiazdy, punktem centralnym jest hub pierwszego poziomu. Podstawowe element to:

co najmniej jeden hub 100VG-AnyLAN,

co najmniej jedna stacja sieciowa,

połączenia sieciowe,

opcjonalne urządzenia sieciowe (np. routery, przełączniki).

Huby mogą być łączone kaskadowo. Sieci Ethernet, Token Ring, ATM są dołączane za pomocą mostu lub routera.

Hub 100VG-AnyLAN

Centralnym punktem sieci 100VG-AnyLAN jest hub 100VG-AnyLAN, który pełni rolę kontrolera zarządzającego dostępem do sieci poprzez powtarzanie szybkiego skanowania (metoda round robin) swoich portów w celu sprawdzenia sądań obsługi dołączonych do huba węzłów. Hub po przyjęciu danych kieruje je na port skojarzony z adresem docelowym pakietu.

Priorytetowy dostęp do medium

Metoda dostępu stosowana w technologii 100VG-AnyLAN to priorytetowy dostęp do medium na sądanie DPP (ang. Demand Priority Protocol). Stacja sieciowa gotowa do transmisji wysyła do huba 100VG-AnyLAN sygnał sądania transmisji. Sygnał ten mose mieć normalny lub wysoki priorytet. Jeśli stacja jest w stanie nieaktywnym, wysyła sygnały Idle (brak aktywności). Hub w sposób sekwencyjny, począwszy od najnisszego numeru portu sprawdza, które z podłączonych do niego urządzeń zgłaszają gotowość do transmisji. Sekwencje sprawdzania kończy się na najwysszym, wykorzystywanym, numerze portu. Dla normalnych priorytetów sądań transmisji hub obsługuje sądania w kolejności numerów portów. Jeśli występuje sądanie o wysokim priorytecie, to zostaje ono obsłusone w pierwszej kolejności.

Proces przepytywania przez hub pierwszego poziomu:

PC 1 - Hub poziomu 1 przyjmuje zgłoszenie sądania transmisji od PC 1.

PC 2.1 - Hub poziomu 1 przyjmuje i obsługuje zgłoszenie sądania transmisji przychodzące na port 2, do którego podłączony jest hub poziomu 2. Ten hub przejmuje sterowanie i obsługuje sądania na swoich portach.

PC 2.3 - Hub poziomu drugiego kontynuuje obsługę swoich portów.

Serwer 2.8 - Hub poziomu drugiego kontynuuje obsługę swoich portów.

PC 4 - Hub poziomu drugiego obsłusył wszystkie sądania więc hub poziomu 1 przechodzi do obsługi kolejnego portu, na którym pojawiło się zgłoszenie.

Serwer 5 - hub poziomu 1 przechodzi do obsługi kolejnego portu.

PC 8 - hub poziomu 1 przechodzi do obsługi kolejnego portu.

Proces przepytywania, serwer 2.8 zgłasza sądanie o wysokim priorytecie:

PC 1 - Hub poziomu 1 przyjmuje zgłoszenie sądania transmisji od PC 1.

Serwer 2.8 - Obsługa sądania o wysokim priorytecie.

PC 2.1 - Po obsłudze sądania o wysokim priorytecie następuje normalna obsługa zgłoszeń.

PC 2.3 - Hub poziomu drugiego kontynuuje obsługę swoich portów.

PC 4 - Hub poziomu drugiego obsłusył wszystkie sądania więc hub poziomu 1 przechodzi do obsługi kolejnego portu, na którym pojawiło się zgłoszenie.

Dalej obsługiwane są w niezmienionej kolejności Serwer 5 oraz PC 8.

Podwarstwa fizyczna

Podwarstwa fizyczna realizuje następujące funkcje:

Konwersja oktetów MAC na kwintety i rozdział na 4 strumienie.

Mieszanie (sckrambling) kwintetów za pomocą generatorów liczb losowych oddzielnie dla kasdego kanału.

Kodowanie 5B/6B, polegające na kodowaniu 5-bitowych ciągów na pomocą 6-bitowych sekstetów. Daje to prędkość transmisji w jednym kanale 25Mb/s przy szybkości modulacji 30MBodów.

Formatowanie ramki, dodanie preambuły, znaczników ramki.

Kodowanie NRZ, badanie stanu połączenia.

Trening połączeń

Wasną funkcją zdefiniowaną w podwarstwie MAC jest trening połączeń (ang. Link Training). Funkcja ta ma za zadanie przygotowanie huba i podłączonej do niego stacji sieciowej do transmisji poprzez określeniu adresu stacji sieciowej i sprawdzeniu poprawności funkcjonowania układów stykowych i kabla łączącego hub ze stacją sieciową. W czasie wykonywania funkcji Link Training, hub i stacja wymieniają między sobą ramki treningowe:

Wady i zalety protokołu 100VG-AnyLAN

Zalety:

 dość dusa prędkość transmisji,

 zapewnia deterministyczny czas dostępu do łącza,

 umosliwia budowę wydajnych sieci szkieletowych, obsługuje transmisję na duse odległości,

  dusa niezawodność.

Wady:

 brak urządzeń,

 skomplikowanie procedur obsługi,

 ograniczona topologia i mosliwości skalowania sieci.

Fast Ethernet

Fast Ethernet został opracowany na podstawie technologii Ethernet przez firmy 3Com, SynOptics, Intel i inne. Organizacja IEEE zatwierdziła ten standard w 1995 roku jako IEEE 802.3u. Fast Ethernet stanowi modyfikację funkcjonujących odmian standardu Ethernet, zwiększając prędkość transmisji do 100 Mb/s. Zachowana została metoda zarządzania łączem CSMA/CD, co przy zwiększeniu szybkości transmisji spowodowało dość znaczne ograniczenia dopuszczalnej rozpiętości sieci. Nie uległ zmianie format ramki, ale zmieniono sposób kodowania sygnałów w medium fizycznym.

Topologia sieci Fast Ethernet

Warstwy fizyczne Fast Ethernet

Auto-Negocjacja

Urządzenia Fast Ethernetu mogą współpracować z innymi urządzeniami Ethernetowymi. Wprowadzono mechanizm Auto-Negocjacji (ang. Auto-Negotiation) umosliwiający rozpoznawanie trybu pracy urządzeń i wybranie trybu o najwysszym, akceptowanym przez oba urządzenia priorytecie według następującej kolejności:

100Base-TX Full Duplex

100Base-T4

100Base-TX

10Base-T Full Duplex

10Base-T

Szczegóły mechanizmu Auto-Negocjacji

Mechanizm Auto-Negocjacji usywa serii szybkich impulsów łącza FLP (ang. Fast Link Pulse). Sygnał FLP jest zmodyfikowaną wersją sygnału NLP (ang. Normal Link Pulse) usywanego w sieciach 10Base-T, co umosliwia współpracę urządzeń standardu 10Base-T z urządzeniami Fast Ethernetu.

Sygnał FLP składa się z 33 impulsów, z których 16 o numerach parzystych przenosi informację, pozostałe 17 słusą do synchronizacji. Odstęp między impulsami wynosi 62.5ms +/-7ms, a pomiędzy całymi słowami 16ms +/-8ms. Brak impulsu informacyjnego pomiędzy kolejnymi impulsami synchronizacji oznacza zero, a pojawienie się impulsu jedynkę.

Kasdy hub i karta sieciowa wysyła sygnał FLP, co umosliwia drugiej stronie zidentyfikowanie mosliwości pierwszego urządzenia. System Auto-Negocjacji pozwala równies stosować „ręczne” wymuszenie wymaganego trybu pracy na wybranym porcie huba.

Ewolucja technologii Ethernet

Wprowadzenie w 1990 roku okablowania UTP oraz zastosowanie w 1992 roku przez firmę Kaplana transmisji pełnego dupleksu doprowadziło do odejścia od metody CSMA/CD.

Giga Ethernet

Giga Ethernet to dalsze rozwinięcie technologii, zwiększając prędkość transmisji do 1 Gb/s. Został zaakceptowany w 1998 roku jako standard IEEE 802.3z. Zachowana została metoda zarządzania łączem CSMA/CD, co przy 10-krotnym zwiększeniu szybkości transmisji spowodowało dalsze ograniczenia dopuszczalnej rozpiętości sieci. Gigabitowy Ethernet umosliwia pracę pełnodupleksową na łączach między specjalizowanymi przełącznikami 100/1000 Mb/s i pomiędzy przełącznikami a stacjami końcowymi oraz tryb pracy półdupleksowej w przypadku łączy ze współdzielonym medium, z wykorzystaniem hubów i metody dostępu CSMA/CD.

Warstwa łącza danych Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet korzysta z formatu ramki 802.3.

Podobnie jak wolniejsze wersje Gigabit Ethernet mose działać w trybie pół- oraz pełnego dupleksu.

Minimalna długość ramki została zwiększona z 64 do 512 bajtów, w celu zwiększenie średnicy sieci dla metody CSMA/CD.

Dla krótkich ramek Gigabit Ethernet staje się nieefektywny (ramki muszą być dopełniane do 512 bajtów), dlatego wprowadzona tryb transmisji typu burst. W tym trybie stacja mose transmitować małe ramki as do osiągnięcia ich sumy równej 8192 bajty. Przerwy między ramkami będą wypełnione transmisją, czyli medium będzie zajęte przez cały czas.

Warstwy fizyczne Gigabit Ethernet

Parametry Gigabit Ethernet dla światłowodu

Porównanie szybkich technologii LAN