Технология FDDI | Сеть FDDI

Спецификация FDDI (Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный интерфейс распределения данных) разработана и стандартизирована институтом ANSI (в 1986-1988 г. – группа X3T9.5, после 1995 года – группа X3T12).

FDDI технология – это исторически первая технология локальных сетей, которая использует в качестве среда передачи оптоволоконный кабель. Начальные версии FDDI обеспечивают скорость передачи 100 Мбит/с по двойному оптоволоконному кольцу длиной до 100 км. В нормальном режиме данные передаются только по одному кольцу из пары – первичному (primary). Вторичное (secondary) кольцо используется в случае отказа части первичного кольца. По первичному и вторичному кольцам данные передаются в противоположных направлениях, что позволяет соблюсти порядок узлов сети при подключении вторичного кольца к первичному. В случае нескольких отказов, сеть FDDI распадается на несколько отдельные (но функционирующих) сетей.

Сети FDDI не имеют себе ровные при построении опорные магистрали (backbone) локальных сетей, позволяя реализовать принципиально новые возможности – изъятую обработку изображений и интерактивную графику. Обычно устройства (DAS - Dual Attached Station) подключаются до обоих колец одновременно. Пакеты по этим кольцам двигаются в противоположных направлениях. В норме только одно кольцо активно (первичное), но при возникновении сбоя (отказ в одном из узлов) активизируется и второе кольцо, которое заметно повышает надежность системы, позволяя обойти неисправный участок (схема соединений внутри станций-концентраторов на рис. 1 является сильно упрощенной). Предусмотрена возможность подключения станций и только к одному кольцу (SAS - Single Attached Station), что заметно более дешево. К одному кольцу можно подключить до 500 DAS и 1000 SAS. Сервер и клиент имеют разные типы интерфейсов.

Рис. 1 Схема связей в двойном кольце FDDI

Технология FDDI обеспечивает передачу синхронного и асинхронного трафика: синхронный трафик передается всегда, независимо от загруженности кольца, асинхронный трафик может произвольно задерживаться. Каждой станции выделяется часть полосы пропускания, в пределах которой станция может передавать синхронный трафик.  Часть полосы пропускания кольца, которое остается, отводится под асинхронный трафик. Сети FDDI не определяют приоритеты для кадров, любой приоритетный трафик должен передаваться, как синхронный, а другие данные – асинхронный.

FDDI использует маркерный метод доступа, близкий к методу доступа сетей Token Ring. Основное отличие – в плавающем значении времени удерживания маркера для асинхронного трафика: при небольшой загрузке сети время содержания растет, а при перегрузках – уменьшается. Во время инициализации кольца узлы договариваются о максимально допустимом времени оборота маркера по кольцу T_Opr.  Для синхронного трафика время содержания маркера не изменяется. Для передачи синхронного кадра узел всегда имеет право захватить проходящий маркер и удерживать его в продли предварительно заданного фиксированного времени. Если узел хочет передать асинхронный кадр, он должен измерять время оборота маркера (Token Rotation Time, TRT) – интервал между двумя прохождениями маркера через него. Если кольцо не перегружено (TRT<T_Opr), то узел может захватить маркер и передать свой кадр (или кадры) в кольцо, при этом допустимое время содержания маркера THT=T_Opr-TRT. Если кольцо перегружено (TRT>T_Opr), то узел не имеет право захватывать маркер.

Как и сети Token Ring 16 Мбит/с, FDDI использует алгоритм раннего освобождения маркера, в результате чего в кильке одновременно может продвигаться несколько кадров (маркер всегда один). Формат кадра FDDI очень близок к формату кадра Token Ring, за исключением полей приоритета.

Стандарт FDDI определяет четыре компонента:

1. MAC (Media Access Control), что определяет форматы кадров, манипуляции с маркером, адресацию, обработку ошибок при логических отказах (отвечает канальному уровню модели OSI);
2. PHY (Physical) выполняет физическую и логическую кодировку и декодирование, синхронизацию и кадрирование;
3. PMD (Physical Medium Dependent) определяет свойства оптических или электрических компонентов, параметры линий связи (PMD и PHY отвечают физическому уровню OSI);
4. SMT (Station Management) выполняет все функции по управлению и контролю работы других компонентов, определяет конфигурацию узлов и колец, процедуры подключения/отключения, изоляцию элементов, которые отказали, обеспечивает целостность кольца (подключая вторичное кольцо при отказе первичного).

Как среда передачи FDDI может использовать многомодовое оптоволокно (MMF-PMD, длина кабельного сегмента до 2 км), одномодовое оптоволокно (SMF-PMD), крученную пару категории 5 или экранированную крученную пару STP Type 1 (TP-PMD). Все оптоволоконные варианты FDDI используют длину волны 1300 нм. Разновидность FDDI на крученный пари иногда называют CDDI (Copper Distributed Data Interface) или TPDDI  (Twisted Pair Distributed Data Interface).

FDDI использует отдельные лини для передачи и приема сигналов. Логическая кодировка – 4B/5B. Физическая кодировка при использовании оптоволокна – NRZI, при использовании крученной пары – MLT-3.

FDDI-кадры используют заглавия, обусловленные стандартом IEEE 802.2, что не имеет поле тип, который является присутствует в Ethernet-заголовку. FDDI и Ethernet имеют разный порядок передачи битов, потому мосты и маршрутизаторы между FDDI и Ethernet должны уметь выполнять соответствующие превращения. В силу особенностей маршрутизаторов не все протоколы могут быть реализованы на стеке FDDI и Ethernet. Для решения проблемы созданы гибридные приборы (brouter), которые для одних протоколов работают как маршрутизаторы, будучи мостами для других. Эти приборы для одних пакетов прозрачны, другие же пересылаются с использованием инкапсуляции. Ввиду того, что FDDI может пересылать до 400000 пакетов в секунду, схемы распознавания адресов моста должна иметь соответствующую быстродействие.

Нетрадиционным для других сетей является концентратор, что используется в FDDI. Он позволяет подключить несколько приборов SAS-типу к стандартному FDDI-кольца, создавая структуры типа дерева. Но такие структуры несут в себе определенные ограничения на длины сетевых элементов, так при использовании повторителя отдаления не должно превышать 1,5 км, а в случае моста 2,5 км (одномодовый вариант). Невзирая на эти ограничения и то, что базовой топологией сетей FDDI является кольцо, звездообразные варианты также имеют право на жизни, допустимые и комбинации этой топологии. В пределах одного дома подключения целесообразно делать через концентратор, отдельные же дома совмещаются за схемой кольца. К кольцу FDDI могут также легко подключаться и субсети Token Ring (через мост или маршрутизатор).

Концентраторы бывают два типов: DAS и SAS. Такие приборы повышают надежность сети, потому что не вынуждают сеть при отключении отдельного прибора переходить в аварийный режим обхода. Применение концентраторов снижает и стоимость подключения к FDDI. Концентраторы могут помочь при создании небольших групповых субсетей, предназначенных для решения специфических задач.

Новым устройством, используемым в FDDI-узлах, являются межузловые процессоры (Internetwork Nodal Processor - INP), которые являются развитием идей Front End Processor (FEP). INP, благодаря модульности, могут помочь пользователю адаптироваться к изменениям, которые постоянно отбывают в сетях, где он работает. INP может выполнять функции многопротокольного моста или маршрутизатора. Управление FDDI-оборудованием производится с помощью протокола SNMP и базы данные MIB. Предусмотрены некоторые дополнительные диагностические средства, которые обнаруживают не только аппаратные сбои, но и некоторые программные ошибки.

Применение мостов для объединения FDDI-мереж позволяет обеспечить высокую степень сетевой безопасности и решить много топологических проблем, снять ограничение из предельного числа DAS-подключений (<500). Выбор между мостом и маршрутизатором определяется тем, что более важное, стоимость, гибкость системы или же высокая пропускная способность.

При обрывах оптоволокна возможно частичное (при двух обрывах) или полное (при одном обрыве) возобновление связности сети.

Рис. 2 Варианты связей в случае обрывов волокон

Технология FDDI достаточно легко интегрируется из Ethernet и Token Ring, в результате чего часто используется в качестве высокоскоростная магистраль, которая совмещает эти сети, а также для высокоскоростного подключения серверов.
В последнее время, эту нишу в FDDI отвоевывают больше дешевые высокоскоростные модификации Ethernet – Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, но они не могут гарантировать сравнении из FDDI отказостойкость и расстояния между узлами.