Сети Fiber Distributed Data Interface, FDDI

При наличии сигнала LOAD = 1 регистр Dl устанавливается в состояние 00111100 независимо от состояния сигнала CLК.

Частота сигнала CLK (96 МГц) в данном примере в восемь раз (по числу разрядов регистра Dl) превышает скорость передачи данных по линии (12 Мбит/с). Сдвиговый регистр Dl фактически выполняет функцию делителя частоты на восемь, так как в нем в идеальной ситуации непрерывно циркулирует код 00111100: в течение четырех тактов cдвига SYNC = 1, затем в течение следующих четырех тактов SYNC = 0 и т.д. При этом фаза сигнала SYNC привязана к сигналу LOAD, который, в свою очередь, формируется при любом изменении cостояния входного сигнала DIN.

Второй сдвиговый регистр выполнен на триггерах D2 - D4 с объединенными входами С синхронизации. Логический элемент Исключающее ИЛИ D5 формирует сигнал логической 1 при несовпадении сигналов на его входах. Рассмотрим процесс выделения синхросигналов и данных из сигнала DIN (рис. 30).

Рис. 30

В исходном состоянии, когда нет изменений сигнала DIN (или когда эти изменения были слишком давно), сигналы SYNC и DOUT не определены. Изменение сигнала DIN (в данном примере переход из нулевого в единичное состояние) регистрируется по ближайшему положительному фронту сигнала CLК. Это проявляется в том, что в триггере D2 фиксируется сигнал Fl = 1.

Отметим, что в результате неблагоприятного сочетания сигналов на входах этого триггера, а именно, когда в момент поступления положительного фронта сигнала СLК сигнал DIN нестабилен, триггер D2 может сформировать кратковременный ложный сигнал. Иными словами, этот триггер может начать процесс "защелкивания", но не завершить его. Однако кратковременный ложный сигнал не будет распространяться в последующие каскады сдвигового регистра благодаря общей цепи синхронизации. Полноценное защелкивание сигнала логической 1 в триггере D1 окажется возможным только в следующем такте.

Сигнал Fl = 1 в двух последующих тактах продвигается к выходу второго сдвигового регистра. При этом в период неравнозначности сигналов F2 и F3 формируется сигнал загрузки сдвигового регистра Dl LOAD = 1, синхросигнал SYNC принимает нулевое значение. Через два такта после окончания сигнала LOAD = 1 формируется положительный фронт сигнала SYNC, гарантирующий правильную регистрацию бита данных DOUT в триггере D6. Начиная с этого момента, достигаются нужные соотношения между выходными и входным сигналами. Чтобы убедиться в правильности этих соотношений, рассмотрим временную диаграмму выделения бита данных с учетом джиттера и некоторой неопределенности момента формирования положительного фронта сигнала SYNC, приведенную на рис. 31.

Рис. 31.

При скорости передачи данных 12 Мбит/с номинальная длительность битового интервала составляет 1/(12000000) с или 83,3 нс. Если принять максимальную амплитуду джиттера равной 25 нс, то битовый интервал в наихудших ситуациях может быть укорочен или удлинен на 25 нс и равен соответственно 83,3 - 25 = 58,3 нс или 83,3 + + 25 = 108,3 нс. Допуски длительности битового интервала отмечены на рисунке затененными областями.

Период сигнала CLK равен 1/(96000000) с или 10,417 нс. Из ранее рассмотренной временной диаграммы следует, что положительный фронт сигнала SYNC при наилучшем стечении обстоятельств может сформироваться через четыре периода сигнала CLК после изменения сигнала DIN. При наихудшем стечении обстоятельств (когда изменение сигнала DIN чуть опоздало к моменту регистрации) вместо четырех периодов потребуется пять.

Первой и второй ситуации соответствуют отмеченные на рис. 26 задержки, равные соответственно 10,4174 = 41,7 нс и 10,4175 = 52,1 нс. Таким образом, обеспечиваются надежная предустановка сигнала DIN на D-входе триггера D6 (минимум 41,7 нс) и достаточное время удержания этого сигнала (минимум 6,2 нс при норме "больше нуля") после формирования сигнала SYNC.

Если для загрузки сдвигового регистра Dl вместо кода 00111100 применить код 00011110, то моменты раннего и позднего формирования положительного фронта сигнала SYNC сместятся на временной диаграмме влево на один период сигнала CLК. При этом минимальная предустановка уменьшится до 31,2 нс, а время удержания увеличится до 16,6 нc.

Рассмотренный пример имеет скорее иллюстративное, чем практическое значение, так как для передачи данных по последовательному каналу связи вместо кода NRZ применяют иные коды. Однако идею построения устройства можно использовать и для работы с этими кодами.

Схема выделения синхросигнала и данных из линии, приведена на рис. 32, где передаваемые по линии данные представлены кодом HDB3 (на рис. 33 даны временные диаграммы формирования сигнала LOAD в случае передачи данных кодом HDB3). Построение этого кода было рассмотрено выше. Напомним, что в коде HDB3 цепочки нулей заменены определенными "заготовками" (выделены на рис. 28 серым фоном), что позволяет исключить продолжительные паузы входного сигнала.

Приемник формирует две последовательности сигналов: HDB3+ и HDB3-. Первая соответствует положительным импульсам в линии, вторая - отрицательным. Трехразрядные сдвиговые регистры формируют импульсы LOAD+ и LOAD-, которые отражают изменения состояний сигналов HDB3+ и HDB3 -.

Рис. 32

Рис. 33

Эти импульсы суммируются логическим элементом ИЛИ, поэтому сигнал LOAD отражает все изменения сигнала в линии. Импульсы LOAD+ и LOAD-, обведенные на рисунке овалами, теоретически формируются одновременно, но реально при определенном стечении обстоятельств могут иметь взаимный сдвиг в ту или иную сторону на один период сигнала CLK. При этом длительность суммарного импульса LOAD (выделен на рисунке прямоугольником) составит не два, а три периода сигнала CLK. Это, однако, учитывается допусками (см. рис. 31) и не нарушает работы устройства.

Выходные сигналы D+ и D- синхронизированы сигналом SYNC и соответствуют положительным и отрицательным импульсам на входе устройства. Дальнейшая обработка сигналов D+ и E- заключается в восстановлении исходной битовой последовательности (показанной в верхней части рис. 33) и может выполняться микропроцессором.

12. Одноконтурная и двухконтурные схемы выделения синхросигнала

В схеме, приведенной на рис. 34, выделение синхросигнала и данных из линии основано на использовании контура фазовой автоподстройки частоты.

В установившемся режиме генератор G, управляемый напряжением U, формирует непрерывную последовательность синхроимпульсов. Их фронты (например, отрицательные) с высокой точностью совпадают во времени с моментами изменения сигнала D на выходе приемника. Моменты изменений в общем случае нерегулярны и зависят от передаваемой последовательности битов. При правильном выборе способа кодирования линейного сигнала существует гарантия хотя бы одного изменения сигнала D в течение некоторого заданного промежутка времени. Например, при использовании кода B6ZS гарантируется наличие хотя бы одного импульса (двух изменений сигнала) в течение любых пяти последовательных битовых интервалов.

Рис 34

Фазовый компаратор оценивает степень совпадения фронтов сигналов на своих входах и в зависимости от результата формирует некоторое управляющее напряжение U. Например, при хорошем совпадении фронтов, когда коррекции не требуется, U = 2,5 В. При необходимости ускорить или замедлить темп выработки сиинхроимпульсов напряжение повышается или снижается. Диапазон изменения напряжения может составлять (0,5 - 4,5) В. Фазовый компаратор обладает достаточной инерционностью, чтобы не реагировать на возможные мешающие факторы: "дрожание" фазы входного сигнала, импульсные помехи в линии и т.п.

В идеальном случае положительные фронты выделенного из линии cинхросигнала соответствуют центрам битовых интервалов, поэтому для выделения данных используется D-триггер.

Контур фазовой автоподстройки частоты представляет собой достаточно "тонкий инструмент". Этот контур должен иметь очень узкую полосу захвата - порядка долей герца. Иными словами, для вхождения устройства в синхронизм с линейным сигналом нужно, чтобы исходная частота генератора G почти не отличалась от входной частоты. В противном случае на входах фазового компаратора будут наблюдаться случайные фазовые соотношения между сигналами, что не позволит выбрать нужное направление коррекции частоты. Из этого следует, что генератор G должен быть высокостабильным, но это противоречит требованию его хорошей управляемости со стороны фазового компаратора.

Чтобы устранить данное противоречие, применяют схемы с двумя контурами автоподстройки. Одна из таких схем [44) приведена на рис. 3

Рис. 35

Первый контур предназначен для предварительной настройки генератора G на номинальную частоту синхросигнала. После завершения такой настройки вместо первого контура включается второй, аналогичный рассмотренному ранее (см. рис. 34).

В данном примере частота генератора G регулируется кодом с выхода 12-разрядного двоичного счетчика СТ. При нормальной работе устройства код на выходе счетчика примерно соответствует середине диапазона счета и может изменяться в незначительных пределах. Содержимое счетчика увеличивается или уменьшается на единицу младшего разряда при поступлении импульса на вход +1 или -1. В отсутствие импульсов код в счетчике остается неизменным. Импульсы вырабатываются либо частотным, либо фазовым компаратором в зависимости от того, какой контур активизирован. При SEL = 0 включен первый контур, при SEL = 1 - второй.

Кварцевый генератор формирует на первом входе частотного компаратора сигнал частотой V/N, где V - скорость передачи данных по линии, N 2 - целое число. Сигнал той же частоты поступает на второй вход этого компаратора. Снижение сравниваемых частот позволяет упростить схему частотного компаратора и снизить потребляемую им мощность.

Предположим, что в исходном состоянии в линии присутствует полезный сигнал, но синхронизация не установлена; генератор G формирует сигнал, имеющий заметное отклонение (например, на 2 Гц) от нужной частоты. В этой ситуации оба компаратора обнаруживают неблагоприятные сочетания сигналов на входах, логический элемент И получает от обоих компараторов сигналы логического 0. Так как SEL = 0, мультиплексор MUX транслирует на входы счетчика СТ сигналы с выходов частотного компаратора.

Частотный компаратор определяет знак и величину частотной ошибки и формирует последовательность импульсов на одном из выходов. Код в счетчике СТ изменяется в направлении уменьшения ошибки. В конечном счете ошибка уменьшается до допустимых пределов, частотный компаратор формирует сигнал "Частоты одинаковы". Одновременно с этим или с небольшой задержкой фазовый компаратор формирует признак "Сигнал в полосе захвата", означающий, что фазовый компаратор выявил закономерность между моментами изменения сигналов на обоих входах и поэтому способен корректировать ее в нужном направлении.

В результате совпадения указанных условий формируется сигнал SEL = 1, мультиплексор переключается на трансляцию сигналов с фазового компаратора. Далее осуществляется точная подстройка генератора, при которой выходной сигнал привязывается к входному по фазе. Это позволяет выделять данные с помощью D-триггера, как было показано ранее (см. рис. 34).

При нормальной работе устройства включен второй контур управления генератором G. Но при потере входного сигнала в линии частота нестабилизированного генератора G, оставшегося без управления, начинает непрерывный дрейф в ту или иную сторону. Так как во втором контуре нет опорной частоты, фазовый компаратор не посылает корректирующие импульсы в счетчик СТ. Поэтому если, например, в результате "замирания" сигнала в линии потеряна группа из 70 битов, то дрейф приведет к выходу частоты генератора G из полосы захвата фазового компаратора. Тогда после возобновления правильной последовательности сигналов в линии вся описанная ранее процедура грубой и точной настройки генератора G будет повторена, что связано с неоправданно большими затратами времени.

Схема, приведенная на рис. 36 [44], обладает лучшей устойчивостью к "замираниям" сигнала в линии. Это связано с тем, что нестабилизированный генератор G2 контура фазовой автоподстройки частоты ни при каких обстоятельствах не остается без управления.

Рис. 36

Схема построена на основе двух нестабилизированных генераторов GI и G2. Эти генераторы размещены в одном кристалле интегральной схемы и имеют одинаковую топологию. Поэтому они обладают очень близкими электрическими параметрами, что существенно для данного решения. Генератор GI (G2) содержит аналоговые входы грубой и точной подстройки частоты. При нормальной работе устройства регулирующие напряжения U l и U2 находятся примерно в середине диапазона регулировки (например близки 2,5 В при диапазоне (0,5 - 4,5) В). Входы грубой и точной подстройки генератора GI объединены.

В первом, автономном контуре управления отслеживается частота кварцевого генератора, так что генератор GI формирует стабилизированную частоту V, близкую скорости передачи данных в линии. Поскольку генераторы GI и G2 имеют практически одинаковые электрические параметры, генератор G2 также настроен на эту частоту по входу грубой подстройки. В результате независимо от уровня напряжения U2 частота сигнала на выходе генератора G2 отличается от нужной всего лишь на доли герца и в любой ситуации не выходит за пределы полосы захвата фазового компаратора.

Таким образом, фазовый компаратор всегда готов к работе, даже после длительных "замираний" сигнала в линии. Исключен дрейф частоты в отсутствие сигнала в линии, уменьшено время вхождения в синхронизм после обнаружения этого сигнала.

Генераторы Gl и G2 выполнены на МДП-транзисторах по схеме симметричного мультивибратора (рис. 37).

Рис. 37

Четыре нижних транзистора используются в качестве двух сдвоенных переменных резисторов, с помощью которых можно регулировать частоту сигнала. Ширина канала транзисторов грубой регулировки частоты (нижняя пара) в 10 раз превышает ширину канала транзисторов точной регулировки. Поэтому сопротивления каналов и соответствующие диапазоны регулировки частоты отличаются примерно в 10 раз.



13. Уровень MAC

Второй уровень базовой OSI модели - канальный уровень, который подразделяется на подуровень управления доступом к среде MAC и на подуровень управления логическим каналом LLC. Стандартом MAC для FDDI определяются следующие процедуры:

- связь между станциями (передача маркеров и кадров);

- равноправное управление доступом к среде через выполнение временного протокола обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol);

- создания маркеров и кадров;

- передача, получение, повторение, удаление кадров и маркеров из кольца;

- обнаружения ошибок;

- инициализация кольца;

- изоляция неисправных станций и участков кольца и др.

Маркеры и кадры

Между объединенными в сеть FDDI станциями устанавливается логическое кольцо связи, по которому циркулируют маркер и кадры. Главной задачей кольца является повторение станциями кадров, идущих от вышестоящих соседей к нижестоящим, а основная функция станции - определить, какая станция в данный момент имеет контроль доступа к среде. MAC занимается планированием по предоставлению возможности станциям передавать данные.

а

б

Рис. 38

Формат кадра FDDI приведен на рис. 38 а и содержит следующие поля [12]:

- Преамбула РА. Любой кадр должен предваряться преамбулой, состоящей, как минимум, из 16 символов idle (I). Эта последовательность предназначена для вхождения в синхронизм генератора RCRCLK, обеспечивающего прием последующих символов кадра.

- Начальный ограничитель SD (starting delimiter). Состоит из пары символов JK, которые позволяют однозначно определить границы для остальных символов кадра.

- Поле управления FC (frame control). Идентифицирует тип кадра и детали работы с ним. Имеет 8-битовый формат и передается с помощью двух символов. Состоит из подполей, обозначаемых как CLFFZZZZ, которые имеют следующее назначение:

С - тип трафика кадра - синхронный (значение 1) или асинхронный (значение 0);

L - длина адреса кадра (2 или 6 байт);

FF - тип кадра, может иметь значение 01 для обозначения кадра LLC (пользовательские данные) или 00 для обозначения служебного кадра МАС-уровня. Служебными кадрами МАС-уровня являются кадры трех типов - кадры процедуры инициализации кольца Claim Frame, кадры процедуры сигнализации о логической неисправности Beacon Frame и кадры процедуры управления кольцом SMT Frame;

ZZZZ - детализирует тип кадра.

- Адрес назначения DA (destination address) - идентифицирует станцию (уникальный адрес) или группу станций (групповой адрес), которой(ым) предназначен кадр. Может состоять из 2-х или 6-ти байт.

- Адрес источника SA (source address) - идентифицирует станцию, сгенерировавшую данный кадр. Поле должно быть той же длины, что и поле адреса назначения.

- Информация INFO - относится к операции, указанной в поле управления. Поле может иметь длину от 0 до 4478 байт (от 0 до 8956 символов). Стандарт FDDI допускает размещение в этом поле маршрутной информации алгоритма Source Routing, определенной в стандарте 802. При этом в два старших поля адреса источника SA помещается комбинация 102 - групповой адрес, комбинация, не имеющая смысла для адреса источника, а обозначающая присутствие маршрутной информации в поле данных.

- Контрольная последовательность FCS (frame check sequence) - 32-битная последовательность, вычисленная по стандартному методу CRC-32, принятому и для других протоколов IEEE 802. Контрольная последовательность охватывает поля FC, DA, SA, INFO и FCS.

- Конечный ограничитель ED (ending delimiter) - символ Terminate (Т), обозначающий границу кадра. Однако за ним располагаются еще признаки статуса кадра.

- Статус кадра FS (frame status). Первые три признака в поле статуса должны быть индикаторами ошибки (error, E), распознавания адреса (address recognized, А) и копирования кадра (frame copied, С). Каждый из этих индикаторов кодируется одним символом, причем нулевое состояние индикатора обозначается символом reset (R), а единичное - set (S).

Стандарт позволяет производителям оборудования добавлять свои индикаторы после трех обязательных.

Маркер состоит, по существу, из одного значащего поля - поля управления FC, которое содержит в этом случае 1 в поле С и 0000 в поле ZZZZ, рис. 38 б.

Временной анализ процессов передачи маркера и кадров

Выше рассмотрены отличия протокола управления маркером FDDI от принятого в Token Ring, отметим теперь особенности передачи маркера и кадров в FDDI.

Поскольку стандарт FDDI ориентировался на построение протяженных магистралей, то следовало предусмотреть эффективную работу при больших латентных временах сети (в примере 1 показано, как возрастает латентное время сети с ростом ее протяженности).

Стандарт Token Ring разрабатывался для сетей с кольцевой топологией небольшой протяженности и, следовательно, с малыми латентными временами. В этой ситуации не играло особой роли то, что станция, передающая данные и удерживающая маркер, дожидалась, пока последний испущенный ею кадр не возвратится обратно к ней, проверяла поле статуса кадра FS и только после этого испускала маркер дальше по кольцу. Однако такой алгоритм особенно неэффективен, когда в кольцевой сети с большим латентным временем одновременно желают передавать много станций. Это главный недостаток стандарта Token Ring.

В стандарте FDDI с учетом допустимости больших латентных времен сети предусмотрен механизм раннего испускания маркера. Станция, удерживающая маркер, испускает его сразу же вслед последнему отправленному кадру (вслед за полем FS кадра), не дожидаясь, пока тот совершит оборот по кольцу. А это означает, что другая станция, получив маркер, может раньше начать передачу, что увеличивает производительность сети FDDI. Из-за механизма раннего испускания маркера в кольце могут одновременно двигаться более одного кадра, испущенные от одной или от разных станций.

Фрагменты кадров. Отметим еще одну особенность FDDI. Основная функция удаления кадра из кольца выполняется станцией - источником. Пусть станция отправила все необходимые кадры и теперь ей необходимо идентифицировать свои кадры, которые возвращаются к ней после оборота по кольцу, и ликвидировать их. Если к этому моменту станция уже освободила маркер, то она читает поле SA (адрес отправителя) и в случае совпадения с собственным адресом станции ретранслирует его. Помещение в буфер предыдущих полей (SD, FC, DA) до момента выяснения, чей кадр - привело бы к дополнительной задержке при ретрансляции чужого кадра. Поэтому, чтобы уменьшить латентное время пребывания кадра на станции, станция начинает ретранслировать начало кадра, не дожидаясь проверки поля SА. Если адрес SA совпадает с собственным адресом, то станция прекращает передачу. Тем самым в кольце появляется фрагмент кадра - урезанный ненужный кадр. Фрагменты могут удаляться любой станцией, которая удерживает маркер, поскольку такой станции предоставляются большие возможности по буферизации входных данных, пока она сама передает свои кадры. Появление фрагментов кадров характерно для протяженных сетей и сетей, в которых станции передают короткие кадры, когда кадр не успевает возвратиться обратно к станции-источнику после того, как эта станция выпускает маркер.

Пример 2. Оценить длину (км), которую занимает, распространяясь в волокне (а) маркер, (б) кадр FDDI длинной 100 байт, (в) кадр FDDI максимальной длины (4500 байта). Время распространения света в волокне положим соответствующий величине 5 мкс/км.

При скорости передачи 100 Мбит/с на передачу одного бита требуется время 0,01 мкс, на передачу одного байта время 0,08 мкс, и на передачу n байт время 0,08n мкс. Длина пути света, соответствующая этому времени, будет 0,08n/5 км = 0,016n км.

a - маркер с учетом преамбулы имеет длину 81 бит или 10,125 байт. Отсюда L = 0,162 км;

б - L = 0,016100 = 1,6 км;

в - L = 0,0164500 = 72 км.

Временной протокол обращения маркера TTRP (timed token rotation protocol). B FDDI каждая станция вычисляет время обращения маркера TRT (token rotation time), точнее, временной интервал между двумя последовательными приемами маркера, что включает в себя времена, требуемые на передачу всех кадров от всех станций, включая исходную станцию. Ясно, что при слабой загруженности кольца TRT мало, и наоборот. То есть TRT может служить мерой загруженности кольца. Также все станции имеют предустановленное одно и то же значение другого не изменяющегося во время работы сети временного параметра - требуемого времени обращения маркера TTRT (target token rotation time), которое должно находиться в пределах от 4 мс до 165 мс. Об этом едином для всех значении TTRT станции договариваются еще на этапе инициализации кольца. При этом в рабочем состоянии действует следующее основное правило: станция может удерживать маркер и передавать данные в течении времени удержания маркера ТНТ (token holding time), которое определяется как ТНТ - TTRT-TRT. Если ТНТ положительно, то по приходу маркера станция может передавать данные. Если же ТНТ отрицательно, станция, даже если она хочет передавать, должна пропустить полученный маркер и ожидать более приемлемых условий при следующем приходе маркера. Несмотря на это кажущееся неудобство, протокол TTRP очень эффективен и предоставляет равные права на передачу данных при условии, что администратором установлены одинаковые значения TTRT на станциях.

На рис. 39 показан пример работы протокола, когда в кольце с полным латентным временем T_L расположено три равноудаленных друг от друга станции с одинаковым установленным значением TTRT (черная точка - пришел маркер, и станция может передавать кадры - ранний маркер (early token), белая точка - пришел маркер, но станция не может передавать кадры - поздний маркер (late token), жирная линия - идет передача кадров). В дальнейших выкладках будем пренебрегать временем, требуемым на передачу маркера.

Рис. 39

Пусть сначала ни одна из станций не передавала данные и маркер свободно циркулировал от станции к станции. Но в момент времени t₀ все три станции желают начать продолжительную передачу.

Поскольку в этот момент маркер приходит на станцию 1, она становится претендентом номер 1 на передачу данных. Станция 1 вычисляет время обращения маркера TRT между двумя последующими приходами, которое равно Т_L. Затем она вычисляет допустимое время передачи ТНТ, которое равно (TTRT - T_L), выполняет передачу в течение этого времени и испускает маркер. Маркер приходит на станцию 2, которая также вычисляет время, допустимое на передачу. Оно оказывается равным 0, так как вычисленное время TRT равно TTRT. По той же причине станции 3 и 1 также не могут передавать. Только в момент t₁ = t₀ + TTRT + T_L/3 станция 2 получит возможность передавать. Станция 3 получит возможность передавать в момент: t₂ = t₀ + 2TTRT + 2T_L/3, а станция 1 вновь получит возможность передавать в момент t₃ = t₀ + 3TTRT + 3T_L/3 = t₀ + 3TTRT + Т_L, и т.д., причем каждая станция может передавать в течение времени (TTRT - T_L).

Производительность такой сети U можно рассчитать как отношение времени, в течение которого велась передача в промежутке от t₀ до t₃, к этому промежутку времени [11]:

U = 3(TTRT - T_L)/(3TTRT + T_L).

В общем случае для n станций производительность определяется по формуле [12]:

U = n(TTRT - T_L)/(nTTRT + T_L) (TTRT - T_L)/TTRT.

В правой части выражения мы пренебрегли малой величиной T_L по сравнению с nTTRT в знаменателе. Из формулы видно, что при фиксированном значении латентного времени производительность будет возрастать с ростом TTRT. Увеличение TTRT ведет к уменьшению процессов переключений кольца в единицу времени, когда маркер переходит от станции к станции.

Предыдущее упрощенное рассмотрение предполагало наличие одного вида трафика. Однако для стандарта FDDI предусмотрена передача кадров двух типов трафика - синхронного и асинхронного [13].

Синхронный трафик предназначен для приложений, которые требуют предоставления им гарантированной пропускной способности (для передачи голоса, видеоизображения, управления процессами, и других случаев работы в реальном времени). Для такого трафика каждой станции предоставляется фиксированная небольшая часть пропускной способности кольца FDDI, поэтому станция имеет право передавать кадры синхронного трафика в течение определенного времени T_синхр всегда, когда она получает маркер от предыдущей станции.

Асинхронный трафик - это обычный трафик локальных сетей, не предъявляющий высоких требований к задержкам обслуживания. Станция может передавать асинхронные кадры только в том случае, если при последнем обороте маркера по кольцу для этого осталась какая-либо часть неизрасходованной пропускной способности. С учетом возможности передачи двух видов трафика, временем удержания маркера ТНТ правильней называть интервал времени, в течение которого станция может передавать асинхронные кадры. Это время с учетов поправки на синхронный трафик определяется по формуле

ТНТ = TTRT - TRT T_синхр.

Изохронный трафик и стандарт FDDI-II. Синхронный трафик не удовлетворяет более жестким требованиям синхронной передачи, таким как: величина вариаций задержки или дрожание. Для этой цели было разработано расширение стандарта FDDI, которое получило название FDDI-II. Фактически станция, поддерживающая этот стандарт, может работать в двух режимах: в традиционном режиме (основная мода) и в режиме FDDUI-II (гибридная мода). В последнем случае взаимодействие станций больше напоминает асинхронную TDM магистраль. По сути дела, FDDI-II оказался совершенно другим стандартом, плохо совместимым со стандартом FDDI. По этой причине он не получил большого распространения и здесь не рассматривается.

Мониторинг и инициализация кольца

Все вместе станции сети ведут непрерывный распределенный мониторинг работы кольца. В случае обнаружения ошибок или попытки их коррекции, при включении новой станции в кольцо и при выходе станции из кольца, при обнаружении какой-либо станцией факта утери маркера (маркер считается утерянным, если станция не получает его в течение удвоенного времени TTRT), при обнаружении длительного отсутствия активности в кольце, когда станция в течение определенного времени не наблюдает проходящих через нее кадров данных, по команде от блока управления станцией SMT будут иметь место три следующих процесса:

- процесс заявлений по запуску маркера (claim token process);

- процесс запуска маркера и инициализации кольца (initialization process);

- процесс сигнализации, на основании которого происходит изоляция неисправного участка кабеля или исключение неисправной станции из кольца (beacon process).

Процесс заявлений по запуску маркера. Во время этого процесса вырабатывается единое для всех станций время TTRT, и определяется станция, которая будет запускать маркер. Обычно это право получает станция с меньшим значением выставляемого вначале времени TTRT. В течение этого процесса каждая станция непрерывно передает находящейся ниже по течению станции специальные заявительные кадры, содержащие адрес источника кадра и заявленное значение TTRT, и одновременно прослушивает полученные от вышестоящей станции аналогичные кадры. При этом она либо ретранслирует полученные кадры, обновляя собственное значение параметра TTRT, либо продолжает передавать свои. Преимущество имеют кадры с меньшим значением TTRT. При равном значении TTRT преимущество имеют кадры с большим значением МАС-адреса. Процесс заявлений прекращается, когда станция получает свой собственный заявленный кадр (заметим, что к этому моменту время TTRT устанавливается на всех станциях одно и тоже). Эта станция начинает процесс инициализации кольца.

Процесс запуска маркера и инициализация кольца. Станция, которая выиграла процесс заявлений, запускает маркер в кольцо. Все остальные станции, получая маркер, прекращают процесс заявлений и ретранслируют маркер. На первом обороте маркера ни одна из станций, получая маркер, не может передавать кадры данных, а только переходит из состояния инициализации в рабочее состояние и переустанавливает свой счетчик времени ТНТ. Со второго оборота маркера кольцо работоспособно.

Процесс сигнализации. В случае повреждений кольца, например разрыва кольца, процесс заявлений не может завершиться, поскольку нет логического кольца. После истечения таймаута (в качестве предельного значения выбирается максимально допустимое время оборота маркера 165 мс), станции прекращают процесс заявлений и начинают передавать специальные сигнальные кадры. Сигнальные кадры передаются как в первичное, так и во вторичное кольца. Станция, получающая такой сигнальный кадр, пытается его ретранслировать. Процесс сигнализации прекращается, когда одна из станций получает свой собственный сигнальный кадр, что означает установление логического кольца. Эта станция начинает процесс заявлений по запуску маркера.

Общая схема процесса инициализации логического кольца FDDI [12] приведена на рис. 40, где в скобках указаны выполняемые операции: 1 - передача сигнальных кадров (beacon frames); 2 - 5 воспроизведение полученных сигнальных кадров; 6 - получение собственного сигнального кадра; 7, 8 - передача заявленных кадров (claime frames); 9 - получение claime кадра более высокого приоритета; 10 - воспроизведение полученного кадра; 11 - получение собственного заявленного кадра (own claime frames); 12 - запуск маркера в логическое кольцо.

Рис. 40

14. Обзор уровня SMT

Спецификации уровней PHY, PMD и MAC (стандарта FDDI) определяют функции, выполняемые каждым из узлов сети FDDI, а SMT относится к уровню управления станцией (station management) и контролирует (управляет) всеми процессами канального и физического уровней, протекающими в отдельной станции. Кроме того, процесс SMT каждой станции взаимодействует с аналогичными процессами других станций для того, чтобы следить и координировать все операции в кольце FDDI. В этом случае SMT принимает участие в распределенном одноранговом управлении кольцом [6].

Спецификация SMT определяет три главных составляющие уровня (рис. 41)

- управление соединениями СМТ (connection management);

- управление кольцом RMT (ring management);

- правление, основанное на передаче кадров FBM (frame-based management).

Управление соединениями СМТ

Компонент СМТ ответственен за конфигурирование портов станций и подразделяется на:

- управление координацией объектов ЕСМ (entity coordination management) - следит за активностью компонентов внутри СМТ, а также осуществляет прямой контроль за оптическим обходным переключателем, если тот присутствует. На станции имеет место только один процесс ЕСМ;

- управление физическим соединением PCM (physical connection management) - контролирует активность соответствующих портов и каналов связи с удаленными портами соседних станций. Один процесс РСМ имеет место в расчете на один порт;

- управление конфигурацией CFM (configuration management) - контролирует состояние конфигурационных контрольных элементов ССЕ (configuration control element). На каждый MAC и каждый физический порт приходится по одному элементу ССЕ.

Рис. 41

Управление кольцом RMT

Для выполнения своих функций узел RMT взаимодействует с локальным узлом MAC, узлом управления соединениями СМТ, а также с другими узлами SMT станции. Узел RMT выполняет следующие функции.

Уведомление о статусе и наличии локального МАС-узла.

RMT несет ответственность уведомление других узлов SMT о:

- доступности МАС-узла для передачи и приема кадров и маркера;

- начале или завершении процесса Beacon в локальном узле;

- обнаружении факта дублирования МАС-адреса;

- старте функции Trace, позволяющей узлу выйти из состояния постоянной генерации кадров сигнализации о неисправности (состояние Stuck Beacon);

- неработоспособности кольца в течение длительного времени.

Процесс сигнализации и выход из него.

Процесс сигнализации используется для изоляции серьезных повреждений кольца. Узел MAC начинает процесс Beacon в следующих ситуациях:

- процесс инициализации кольца Claim Token не завершился за отведенное ему время;

- узел SMT передал узлу MAC команду на инициацию процесса Beacon.

Управление, основанное на передаче кадров FBM

Этот компонент SMT является наиболее высокоуровневым, так как для его работы требуется, чтобы кольцо находилось в работоспособном состоянии и могло передавать между, станциями кадры. Спецификация FBM определяет большое количество типов кадров, которыми обмениваются станции:

- Кадры информации о соседстве NIF позволяют станции выяснить адреса ее предшествующего и последующего соседей, выяснить наличие дублированных адресов, а также проверить работоспособность своего МАС-узла при отсутствии другого трафика. Информация об адресах соседей может быть собрана управляющей станцией для построения логической карты кольца.

- Кадры информации о статусе SIF используются станцией для передачи запроса о конфигурации и операционных параметрах другой станции. С помощью кадров SIF запрашиваются и передаются, например, данные о состоянии станции, значении счетчика кадров, приоритетах кадров, идентификаторе производителя.

-Кадры отчета о статусе SRF позволяют станции периодически посылать по кольцу информацию о своем состоянии, которая может быть интересна станции управления кольцом. Это может быть, например, информация об изменении состояния станции, о нежелательных соединениях, о слишком высокой интенсивности ошибочных кадров.

-Кадры управления параметрами PMF используются станцией для чтения или записи значений параметров базы данных управляющей информации SMT MIB.

-Эхо-кадры ECF позволяют станции проверить связь с любой станцией кольца.

15 Построение сетей FDDI

Преимуществом технологии FDDI является сочетание нескольких очень важных для локальных сетей свойств:

- высокая степень отказоустойчивости;

- способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий крупных городов;

- высокая скорость обмена данными;

- детерминированный доступ, позволяющий передавать чувствительные к задержкам приложения;

- гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между станциями;

- возможность работы при коэффициенте загрузки кольца, близком к единице;

- возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных протоколов, как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов станций и использования общего подуровня LLC.

Пока FDDI - это единственная технология, которой удалось объединить все перечисленные свойства. В других технологиях эти свойства также встречаются, но не в совокупности. Так, технология Fast Ethernet также обладает скоростью передачи данных 100 Мбит/с, но она не позволяет восстанавливать работу сети после однократного обрыва кабеля и не дает возможности работать при большом коэффициенте загрузки сети (если не принимать во внимание коммутацию Fast Ethernet).

К недостаткам следует отнести один - высокую стоимость оборудования. За уникальное сочетание свойств приходится платить - технология FDDI остается самой дорогой 100-мегабитной технологией. Поэтому ее основные области применения - это магистрали кампусов и зданий, а также подключение корпоративных серверов. В этих случаях затраты оказываются обоснованными - магистраль сети должна быть отказоустойчивой и быстрой, то же относится и к серверу, построенному на базе дорогой мультипроцессорной платформы и обслуживающему сотни пользователей. Из-за высокой стоимости оборудования решения на основе FDDI уступают решениям на основе Fast Ethernet при строительстве локальных сетей небольшой протяженности, когда стандарт Fast Ethernet предоставляет оптимальное решение.

При строительстве протяженных корпоративных сетей, выбор наилучшего стандарта зависит от ряда факторов. Главные факторы, которые могут говорить в пользу построения сети магистралью FDDI, следующие:

- выраженная кольцевая топология кабельной системы, или размещения сетевых узлов;

- большое количество самих сетевых узлов (до 10 и более);

- ограниченное число волокон в кабельной системе (2 или 4);

- большая общая протяженность планируемой сети (несколько десятков километров).

Примеры решений магистальных корпоративных сетей на основе различных технологий приведены на рис. 42.

Магистраль FDDI. На рис. 42 а показано решение с использованием магистрали FDDI. Это решение полностью удовлетворяет поставленным требованиям, и весьма эффектно. Отметим один недостаток: при отключении двух станций возможна микросегментация кольца FDDI. Обычно в сети магистральные узлы работают непрерывно без отключений. Более того, как сами коммутаторы, так и файл-серверы подключаются к источникам бесперебойного питания. Однако сама возможность отключения или выхода из строя имеется. Для повышения надежности можно отдельные станции подключать через двойное кольцо.

Общие характеристики сети:

- периметр = 20 км,

- число станций =10,

-число ОВ = 4 (2 резерв),

- тип ОВ - одномодовое волокно (sm).

Альтернативное решение на основе коммутации Fast Ethernet, рис. 42 б. При небольшом количестве волокон сеть с центральным коммутатором каналов Fast Ethernet и Ethernet не проходит, поскольку она требует значительно большего числа волокон (особенно по мере приближения к узлу коммутации) по сравнению с тем, когда узлы связываются по кругу с ближайшими соседями соединениями "точка-точка". Поскольку расстояния между узлами большие, то наряду с центральным (магистральным) коммутатором следует устанавливать удаленные коммутаторы (коммутаторы для рабочих групп), подключенные полнодуплексными каналами к магистральному коммутатору.

Для реализации такой сети требуется большее количество волокон, например для сегмента 1-10 нужно 10 волокон, для 1-9 - 8, и т.д. У такой сети есть еще одно слабое место - центральный коммутатор (узел 1) при его отключении или выходе из строя сеть становится неработоспособной.

аб

вг

д

Рис. 42

Альтернативное решение на основе коммутации Fast Ethernet с дублированием, рис. 42 в. Для повышения надежности на узле 6 установлен второй магистральный коммутатор Fast Ethernet. Каждый из коммутаторов для рабочих групп подключаются к двум магистральным коммутаторам. Петли в потоках данных ликвидируются посредством алгоритма Spanning Tree. Для большей эффективности все активные каналы приходят на один из магистральных коммутаторов. Если этот коммутатор выходит из строя, то протокол Spanning Tree переопределяет активные каналы, замыкая их на коммутатор узла 6. Такая сеть по производительности не выигрывает перед предыдущим решением, но более надежна. В этом решении еще больше возрастает количество активных сегментов пар волокон "точка-точка".

Альтернативное решение на основе ATM магистрали, рис. 42 г. В такой сети магистраль образована ATM/Fast Ethernet/Ethernet коммутаторами. По производительности и стоимости такое решение уступает всем предыдущим, если считать, что главной задачей магистрали является объединение существующих разрозненных сетей Ethernet и Fast Ethernet. Отметим, что магистраль ATM лучше строить на основе одно (двух) магистральных коммутаторов на узлах, например 1 и 6, аналогично рис. 42 б, в. Причем на всех остальных узлах следует ставить устройства, совмещающие функции коммутации Ethernet/Fast Ethernet и доступа ATM (ATM access).

Альтернативное решение на основе цепи коммутаторов Fast Ethernet, рис. 42 д. В такой сети коммутаторы Fast Ethernet соединены друг с другом последовательно по кольцу, алогично предыдущему примеру с ATM коммутаторами. Это решение неудачно, так как большое количество коммутаторов Fast Ethernet приводит к росту латентных времен сети. Это решение не рекомендуется использовать.

Многие современные корпоративные сети построены с использованием технологии FDDI на магистрали в сочетании с технологиями Ethernet и Fast Ethernet в сетях этажей и отделов. Группа центральных серверов также обычно подключается к магистральному кольцу FDDI напрямую с помощью сетевых адаптеров FDDI.

Поставляемое оборудование

Выбор оборудования. Сегодня выпускается большое количество устройств FDDI, начиная от сетевых адаптеров FDDI и кончая FDDI/Ethernet/ATM коммутаторами. Поскольку прошло много времени с момента появления стандарта (в 1991 г. - основные спецификации стандарта FDDI, в 1994 г. - опубликованы спецификации ANSI TP-PMD и SMF-PMD), достигнута высокая совместимость оборудования разных производителей. К крупным поставщикам оборудования FDDI относятся компании: 3Com, Adaptec, BayNetworks, Cabletron, Cisco, DEC, NBase-Fibronics, Madge, Network Peripherals, SysKonnect и др.

В табл. 9 приведены некоторые продукты FDDI, разбитые по основным категориям



Таблица 9

Название продукта	Описание	Производитель
Сетевые карты (подробный каталог приведен в [14])
FDILink 32-Bit PCI Fiber SAS/Fiber DAS/UTP SAS FDILink-F 32-Bit EISA/ FDILink-UTP 32-Bit EISA	3 сетевые карты PCI: SAS разъем Duplex SC mm DAS два разъема Duplex SC mm, гнездо питания OBS/SAS разъем RJ-4(CDDIJ ) 2 сетевые карты EISA: SAS разъем MIC мм SAS разъем RJ-45	3Com [15]
PC8735/LCF, PC8739, PC8736/LCF, PC8739/D PC8741, PC8742 PC8743, PC8744	4 сетевые карты EISA: SAS разъем Duplex SC mm/ SAS разъем RJ-45 (MLT-3, CDDI / DAS два разъема Duplex SC mm, питание OBS/ DAS два разъема RJ-45 (MLT-3, CDDI) 4 сетевые карты PCI: SAS разъем RJ-45 (MLT-3, CDDI) SAS разъем Duplex SC mm / DAS два разъема Duplex SC mm / DAS два разъема RJ-45 (MLT-3, CDDI)	NBase- Fibronics [16]
PT-SBS600	Семейство сетевых карт SBus: SAS разъем Duplex SC mm/ SAS разъем RJ-45 (MLT-3, CDDI / DAS два разъема Duplex SC mm, питание OBS/DAS два разъема RJ-45 (MLT-3, CDDI). Поддержка ОС Windows NT, Solaris x.86 и Solaris 2.x.	Performance Technologies [17]
SK-NET FDDI SBus (Model SK-56x1)	Семейство из двух карт Sbus, типа SAS: разъем Duplex SC mm или RJ-45 (MLT-3, CDDI). Поддержка ОС Solans x.86 и Solans 2.x.	SysKonnect [18]
Концентраторы и коммутаторы FDDI
SmartSwitch 9000 9F241-12 9F206-02 9F426-03	Семейство модульных магистральных коммутаторов/ концентраторов (шасси 6, 14 слотов). FDDI модули: FDDI MicroLAN module, 12 М-портов Duplex SC mm FDDI Enhanced Repeater module, 1 порт FDDI DAS - 2 MIC-mm High-Density FDDI SmartSwitch module, 3 FDDI DAS - 6 портов MIC mm, поддержка полного дуплекса по весем DAS портам, до - 42 коммутируемых колец FDDI (14 слотов)	Cabletron Systems [19]
GIGAswitch/FDDI FGL-2 FGL-4	Модульный коммутатор (шасси 14 слотов, включая 1 модуль управления). Возможна IP коммутация. FDDI модули: 2 порта MIC mm, в конфигурации 2 х SAS или 1 DAS 4 порта MIC mm, в конфигурации 4 х SAS	DEC [20]
GaigaHUB XH152 LC380 LC382 LC383	Модульный концентратор (шасси 14 слотов, включая 1 модуль управления). FDDI модули: FDDI DAS модуль 2 х Duplex SC (mm/sm) FDDI концентратор модуль 9 x RJ-45 (MLT-3, CDDI) FDDI концентратор модуль 9 x Duplex SC (mm/sm)	NBase- Fibronics [16]
Конвертеры с mm на sm волокно (MM/SM Converters)
N320FD- I/II-x*	Двухпортовый mm/sm FDDI медиа конвертер, х- ST/FC/SC (совместимый со стандартом ANSI X3T9.5), I - расстояние по sm ОВ до 20 к м, II - до 40 км	NBase [21]
OМ320, ОМЗЗ0*	Двухпортовый mm/sm FDDI медиа конвертер (разъемы SC), расстояние по sm ОВ ОМ320 - до 20 км, ОМЗЗ0 - до 30 км	Net Optics [22]
Конвертеры FDDI с витой пары на ОВ (FDDI UTP/FO Converters)**
FD-CD-01, FD-CD-01(SM)	FDDI конвертеры: FD-CD-01 - RJ-45/SC mm, FD-CD-OI(SM)- RJ-45/SC sm. Стандарты: FDDI ANSI X3T12, FDDI TP-PMD	Transition Networks [23]

*Указанные конвертеры являются средонезависимыми; в том смысле, что могут поддерживать разную частоту модуляции, вплоть до передачи потока STM-1 (155 Мбит/с, - 194 МГц).

** В целом конвертеры FDDI UTP/FO по архитектуре аналогичны конвертерам Fast Ethernet UTP/FO, поскольку технология Fast Ethernet заимствовала стандарты FDDI PMD на волокно и неэкранированную витую пару.



Литература

Курицын С.А.: Телекоммуникационные технологии и системы. - М.: Академия, 2008

Под ред. А.В. Рослякова : Сети следующего поколения NGN. - М.: Эко-Трендз, 2008

Сапаров В.Е.: Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектронике. - М.: Радио и связь, 1985

Гуревич П.С. Роль радиовещания в культурной революции в СССР. Автореферат диссертации….М.- 196-17с.

Домбровский И. А. Эволюция антенных систем // Очерки истории радиотехник

ИИЕТ. - М.: АН СССР, 1960.- с. 207-300.

Запевалов, Виктор Андреевич. Кто изобрел радио? / В. А. Запевалов. - Воронеж : Центр духовного возрождения Черноземного края, 2014. - 94, [1] с. Г96 - 787

Золотинкина Л. И., Шошков Е. Н. Становление радиотехники в России// 50-я Юбил. науч.-техн. ко СПб, 201

Копылов А.М. Первые опыты по использованию радиоволн для передачи информации.( К 100-летию со дня рождения К 100-летию со дня рождения Н.И. Чистякова.). // Электросвязь.- 2014.- №7.- с.45-46.

Кузнецов Н.А., Нейман В.И. Роль радио в создании современной информационной структуры. // Электросвязь. - 200- №1. - с.10-15 .

Лисин А.В., Несвит Н.Н. Спутниковая радиосвязь // Электросвязь. - 201- №1.- с.20-24.

Размещено на Allbest.ru

...