Інтерфейс передачі даних оптоволоконними каналами, Детальна інформація

1.5.1 ПРИНЦИП ДІЇ МЕРЕЖІ FDDI.

Мережа FDDI являє собою волоконно - оптичне маркерне кільце зі швидкістю передачі даних 100 Мбіт/сек. Стандарт FDDI був розроблений комітетом X3T9.5 Американського національного інституту стандартизації (ANSI). Мережі FDDI підтримуються усіма ведучими виробниками мережного устаткування. В даний час комітет ANSI X3T9.5 перейменований у X3T12.

Використання як середовища поширення волоконної оптики дозволяє істотно розширити смугу пропущення кабелю і збільшити відстані між мережними пристроями.

Порівняємо пропускну здатність мереж FDDI і Ethernet при багато користувальницькому доступі. Припустимий рівень утилізації мережі Ethernet лежить у межах 35% (3.5 Мбіт/сек) від максимальної пропускної здатності (10 Мбіт/сек), у противному випадку імовірність виникнення колізій стає не занадто високою і пропускна здатність кабелю різко знизиться. Для мереж FDDI припустима утилізація може досягати 90-95% (90-95 Мбіт/сек). Таким чином, пропускна здатність FDDI приблизно в 25 разів вище.

Детермінірована природа протоколу FDDI (можливість прогнозування максимальної затримки при передачі пакета по мережі і можливість забезпечити гарантовану смугу пропущення для кожної зі станцій) робить його ідеальним для використання в мережних АСУ в реальному часі й у додатках, критичних вчасно передачі інформації (наприклад, для передачі відео і звукової інформації).

Багато що зі своїх ключових властивостей FDDI успадкувала від мережі Token Ring (стандарт IEEE 802.5). Насамперед - це кільцева топологія і маркерний метод доступу до середовища. Маркер - спеціальний сигнал, що обертається по кільцю. Станція, що одержала маркер, може передавати свої дані. Однак FDDI має і ряд принципових відмінностей від Token Ring, що робить її більш швидкісним протоколом. Наприклад, змінений алгоритм модуляції даних на фізичному рівні. Token Ring використовує схему манчестерського кодування, що вимагає подвоєння смуги переданого сигналу щодо переданих даних. У FDDI реалізований алгоритм кодування "п'ять з чотирьох" - 4В/5В, що забезпечує передачу чотирьох інформаційних біт п'ятьма переданими бітами. При передачі 100 Мбіт інформації в

секунду фізично в мережу транслюється 125 Мбіт/сек, замість 200 Мбіт/сек, що треба було б при використанні манчестерського кодування.

Оптимізовано і керування доступу до середовища (Medium Access Control - VAC). У Token Ring воно засновано на побітовій основі, а в FDDI на рівнобіжній обробці групи з чотирьох чи восьми переданих бітів. Це знижує вимоги до швидкодії устаткування.

Фізично кільце FDDI утворене волоконно - оптичним кабелем із двома світлопроводящими волокнами. Одне з них утворить первинне кільце (primary ring), є основним і використовується для циркуляції маркерів даних. Друге волокно утворить вторинне кільце (secondary ring), є резервним і в нормальному режимі не використовується.

Станції, підключені до мережі FDDI, підрозділяються до двох категорій.

Станції класу А мають фізичні підключення до первинного і вторинного кілець (Dual Attached Station - дворазово підключена станція);

Станції класу B мають підключення тільки до первинного кільця (Single Attached Station - однократно підключена станція) і підключається тільки через спеціальні пристрої, називані концентраторами.

Порти мережних пристроїв, що підключаються до мережі FDDI, класифікуються на 4 категорії: А порти, S порти, М порти і S порти. Портом А називається порт, що приймає дані з первинного кільця і передавальний їх у вторинне кільце. Порт S - це порт, що приймає дані з вторинного кільця і передавальний їх у первинне кільце. М (Master) і S (Slave) порт передають і приймають дані з того самого кільця. М порт використовується на концентраторі для підключення Single Attached Station через S порт.

Стандарт X3T9.5 має ряд обмежень. Загальна довжина подвійного волоконно - оптичного кільця - до 100 км. До кільця можна підключити до 500 станцій класу А. Відстань між вузлами при використанні багатомодового волоконно - оптичного кабелю - до 2 км, а при використанні одномодового кабелю визначається в основному параметрами волокна і приймально-передавальним устаткуванням (може досягати 60 і більш км).

1.5.2 ТОПОЛОГІЯ.

Застосовувані при побудові ЛОМ механізмів контролю потоків є топологіческі залежним, що унеможливлює одночасне використання Ethernet IEEE 802.x, FDDI ANSI, Token Ring IEEE 802.6 і інших у межах єдиного середовища поширення. Незважаючи на той факт, що Fibre Channel якоюсь мірою може нагадувати настільки звичні нам ЛОМ, його механізм контролю потоків ніяк не зв'язаний з топологією середовища поширення і базується на зовсім інших принципах.

Кожен N_порт при підключенні до ґрат Fibre Channel проходить через процедуру реєстрації (log-in) і одержує інформацію про адресний простір і можливості всіх інших вузлів, на підставі чого стає ясно, з ким з них він зможе працювати і на яких умовах. А тому що механізм контролю потоків у Fibre Channel є прерогативою самих ґрат, то для вузла зовсім неважливо, яка топологія лежить у її основі.

Точка-точка

Найпростіша схема, заснована на послідовному дуплексному з'єднанні двох N_портів із взаємоприйнятими параметрами фізичного з'єднання й однакових класів сервісу. Один з вузлів одержує адреса 0, а іншої — 1.

По суті, така схема може розглядатися як окремий випадок кільцевої топології, де немає необхідності в розмежуванні доступу шляхом арбітражу. Як типовий приклад такого підключення можемо привести найбільше що часто зустрічається з'єднання сервера з зовнішнім RAID масивом.

Петля з арбітражним доступом

Класична схема підключення до 126 портів, з якою все й починалося, якщо судити по абревіатурі FC-AL. Будь-які два порти в кільці можуть обмінюватися даними за допомогою дуплексного з'єднання точно так само, як і у випадку "точка-точка". При цьому всі інші виконують роль пасивних повторювачів сигналів рівня FC-1 з мінімальними затримками, у чому, мабуть, полягає одне з основних переваг технології FC-AL перед SSA. Справа в тім, що адресація в SSA побудована на знанні кількості проміжних портів між відправником і одержувачем, тому адресний заголовок кадру SSA містить лічильник переходів (hop count). Кожен порт, що зустрічається на шляху кадру, зменшує вміст цього лічильника на одиницю і після цього заново генерує CRC, тим самим істотно збільшуючи затримку передачі між портами. Для запобігання цього небажаного ефекту розроблювачі FC-AL зволіли використовувати абсолютну адресацію, що в підсумку дозволило ретранслювати кадр у незмінному виді і з мінімальної латентністю.

Передане з метою арбітражу слово ARB не розуміється і не використовується звичайними N_портами, тому при такій топології додаткові властивості вузлів позначаються, як NL_порт.

Основною перевагою петлі з арбітражним доступом є низька собівартість у перерахуванні на кількість підключених пристроїв, тому найбільше часто вона використовується для об'єднання великої кількості твердих дисків з дисковим контролером. На жаль, вихід їх будуючи будь-якого NL_ чи порту сполучного кабелю розмикає петлю і робить її непрацездатної, через що в чистому виді така схема зараз уже не вважається перспективною. Крім того, додавання чи видалення NL_порту викликає досить тривалий процес ініціалізації LIP (Loop Initialization Process), що може вимірятися десятками секунд при великій кількості підключених вузлів.

В даний час найбільше поширення одержала схема організації петлі за допомогою активних концентраторів, що вміють ізолювати ушкоджений NL_порт шляхом автоматичного підключення внутрішнього резервного шляху.

Ще одним вагомим доводом на користь використання концентратора є розширені можливості керування і більш зручна схема міжпортових з'єднань.

Комутуємі грати

Найбільш перспективна топологія, що дозволяє перебороти всі обмеження петлі з арбітражним доступом і представити кожному N_порту виділений канал FC-AL. Як уже зрозуміло з назви, в основу ґрат покладений Fibre Channel комутатор з F_портами (Fabric ports).

Приблизно так само, як і в ЛОМ, до портів комутатора можуть підключатися інші комутатори чи концентратори, у такому випадку це буде називатися з'єднанням через E_ порт чи FL_порт відповідно.

1.5.3 СИНХРОННА Й АСИНХРОННА ПЕРЕДАЧА.