Управление в сетями FDDI с помощью спецификации SMT

Общая характеристика функций управления сетью по спецификации SMT

Эта спецификация определяет функции, которые должен выполнять каждый узел в сети FDDI. SMT контролирует и 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.

SMT включает три группы функций (рисунок 26):

• Управление соединениями - Connection Management (CMT);
• Управление кольцом - Ring Management (RMT);
• Управление, основанное на кадрах - Frame-Based Management (FBM).

Функции управления соединениями CMT уже были рассмотрены в разделах 2.5.2 и 2.5.3 в связи с тем, что их основным назначением является контроль и управление физическими соединениями, организуемыми физическим уровнем.

Функции управления кольцом RMT заключаются в управлении локальными узлами МАС и кольцами, к которым они присоединены. Функции RMT ответственны за обнаружение дублированных адресов, а также за запуск процедуры инициации кольца Claim Token и процедур обработки аварийных ситуаций Beacon и Trace.

Функции управления, основанного на кадрах FBM позволяют узлу получать от других узлов сети информацию о их состоянии и статистике о прошедшем через них трафике. Эта информация хранится в базе данных управляющей информации MIB (Management Information Base).

Функции управления кольцом RMT

Уведомление о статусе и наличии локального МАС-узла. RMT несет ответственность за уведомление других узлов SMT о:

• доступности МАС узла для передачи и приема кадров и токена;
• 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 Beacon и выход из него. Процесс Beacon (процесс сигнализации) используется для изоляции серьезных повреждений кольца. Узел МАС 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.

Если же узел получает кадр Beacon от другой станции, то она прекращает передавать свои кадры Beacon и переходит в режим повторения кадров.

Через некоторое время после возникновения аварийной ситуации в кольце все станции прекращает генерировать кадры Beacon, кроме одной, той, которая находится в кольце непосредственно за станцией или участком кабеля, являющимися причиной аварийной ситуации в кольце. Станция, продолжающая генерировать кадры Beacon, попадает в состояние Stuck Beacon - "постоянной сигнализации" (рисунок 27).

Процесс RMT каждой станции при входе станции в процесс Beacon запускает таймер TRM (Ring Management), который измеряет период времени, в течение которого данная станция генерирует кадры Beacon. При превышении им границы T_Stuck процесс RMT считает, что станция попала в состояние постоянной сигнализации Stuck Beacon и что узел управления конфигурацией не смог справиться с возникшей в кольце проблемой.

В этой ситуации узел RMT посылает по кольцу так называемый направленный сигнальный кадр - Directed Beacon - станции управления кольца (подразумевается, что на одной из станций кольца выполняется специальное программное обеспечение управления сетью, например, Sun NetManager, не входящее в компетенцию стандарта FDDI). В качестве адреса назначения в кадре Directed Beacon указывается специальный групповой адрес, который станция управления должна распознать. Поле информации должно содержать адрес предшествующей станции - потенциального виновника проблемы.

После передачи нескольких кадров Directed Beacon (для надежности) процесс RMT инициирует процесс Trace.

Процесс Trace используется для обнаружения домена неисправности - то есть группы станций, которые работают некорректно.

Станция, которая инициирует процесс Trace, посылает об этом сигнал станции, непосредственно предшествующей ей в кольце - то есть предыдущему соседу. Сигнал Trace передается в форме последовательности символов Halt и Quiet.

Станция, которая получила сигнал Trace, и станция, которая передала сигнал Trace, на некоторое время отключаются от кольца и выполняют тест проверки внутреннего пути, так называемый Path Test. Детали теста Path Test не определены спецификацией SMT. Ее общее назначение состоит в том, что станция должна автономно проверить передачу символов и кадров между всеми своими внутренними узлами, чтобы убедиться в том, что не она является причиной отказа кольца.

Если тест внутреннего пути Path Test выполнен успешно, то процесс SMT посылает блокам управления конфигурацией сигнал PC_Start, по которому они начинают восстановление физических соединений портов. Если же Path Test не выполняется, то станция остается отсоединенной от кольца.

Функции управления, основанные на передаче кадров

• Кадры информации о соседстве (Neighborhood Information Frames, 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 (Station Information Frames, 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 (Station Report Frames, 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 (Parameter Management Frames, PMF) используются станцией для чтения или записи значений параметров базы данных управляющей информации SMT MIB.
• Эхо-кадры (Echo Frames, ECF) позволяют станции проверить связь с любой станцией кольца.

Спецификация SMT определяет состав объектов SMT MIB и их структуризацию. База SMT MIB состоит из 6 поддеревьев (рисунок 28). Поддерево 5 зарезервировано на будущее.

Сообщество Internet разработало стандарт на базу управляющей информации MIB для сетей FDDI. Стандарт RFC 1285 определяет объекты, которые нужны для управления станциями FDDI по протоколу SNMP. База Internet FDDI MIB является поддеревом ветви Transmission базы MIB-II.

Объекты, определенные в RFC 1285, идентичны объектам SMT MIB. Однако, имена объектов и их синтаксис отличаются от спецификации SMT MIB. Эти отличия должны учитываться производителями оборудования и программного обеспечения управления. Обычно совместимость этих двух спецификаций достигается за счет встроенных в оборудование агентов-посредников FDDI/SNMP, а также за счет функций трансляции спецификаций в системах управления сетями.
 

Синхронная и асинхронная передача

Синхронный режим устроен следующим образом. В процессе инициализации сети определяется ожидаемое время обхода кольца маркером - TTRT (Target Token Rotation Time). Каждой станции, захватившей маркер, отводится гарантированное время для передачи ее данных в кольцо. По истечение этого времени станция должна закончить передачу и послать маркер в кольцо.

Каждая станция в момент посылки нового маркера включает таймер, измеряющий временной интервал до момента возвращения к ней маркера - TRT (Token Rotation Timer). Если маркер возвратится к станции раньше ожидаемого времени обхода TTRT, то станция может продлить время передачи своих данных в кольцо и после окончания синхронной передачи. На этом основана асинхронная передача. Дополнительный временной интервал для передачи станцией будет равен разности между ожидаемым и реальным временем обхода кольца маркером.

Из описанного выше алгоритма видно, что если одна или несколько станций не имеют достаточного объема данных, чтобы полностью использовать временной интервал для синхронной передачи, то неиспользованная ими полоса пропускания сразу становится доступной для асинхронной передачи другими станциями.

Распределение асинхронной полосы пропускания производится с использованием восьмиуровневой схемы приоритетов. Каждой станции присваивается определенный уровень приоритета пользования асинхронной полосой пропускания.   FDDI   также разрешает длительные диалоги, когда станции могут временно использовать всю асинхронную полосу пропускания. Механизм приоритетов   FDDI   может фактически блокировать станции, которые не могут пользоваться синхронной полосой пропускания и имеют слишком низкий приоритет пользования асинхронной полосой пропускания.
 

Кабельная система

Средняя мощность оптического сигнала на входе станции должна быть не менее -31 дБм. При такой входной мощности вероятность ошибки на бит при ретрансляции данных станцией не должна превышать 2.5*10-10 . При увеличении мощности входного сигнала на 2 дБм, эта вероятность должна снизиться до 10-12 .

Максимально допустимый уровень потерь сигнала в кабеле стандарт определяет равным 11 дБм.

Подстандарт FDDI SMF-PMD (Single-mode fiber Physical medium-dependent layer) определяет требования к физическому уровню при использовании одномодового волоконно-оптического кабеля. В этом случае в качестве передающего элемента обычно используется лазерный светодиод, а дистанция между станциями может достигать 60 и даже 100 км.

FDDI модули для одномодового кабеля выпускает, например, фирма Cisco Systems для своих маршрутизаторов Cisco 7000 и AGS+. Сегменты одномодового и многомодового кабеля в кольце FDDI могут чередоваться. Для названных маршрутизаторов фирмы Cisco имеется возможность выбора модулей со всеми четырьмя комбинациями портов: многомодовый-многомодовый, многомодовый-одномодовый, одномодовый-многомодовый, одномодовый-одномодовый.

Фирма Cabletron Systems Inc. выпускает повторители Dual Attached - FDR-4000, которые позволяют подключить одномодовый кабель к станции класса А с портами, предназначенными для работы на многомодовом кабеле. Эти повторители дают возможность увеличить расстояние между узлами FDDI кольца до 40 км.

Подстандарт физического уровня CDDI (Copper Distributed Data Interface - распределенный интерфейс данных по медным кабелям) определяет требования к физическому уровню при использовании экранированной (IBM Type 1) и не экранированной (Category 5) витых пар. Эта значительно упрощает процесс инсталляции кабельной системы и удешевляет ее, сетевые адаптеры и оборудование концентраторов. Расстояния между станциями при использовании витых пар не должны превышать 100 км.

Фирма Lannet Data Communications Inc. выпускает FDDI модули для своих концентраторов, которые позволяют работать или в стандартном режиме, когда вторичное кольцо используется только в целях отказоустойчивости при обрыве кабеля, или в расширенном режиме, когда вторичное кольцо тоже используется для передачи данных. Во втором случае полоса пропускания кабельной системы расширяется до 200 Мбит/сек.
 
 

Кодирование символов.

Подключение оборудования к сети FDDI

Непосредственное подключение

Аналогично можно подключить и рабочие станции. Однако, поскольку сетевые адаптеры для FDDI весьма дороги, этот способ применяется только в тех случаях, когда высокая скорость обмена по сети является обязательным условием для нормальной работы приложения. Примеры таких приложений: системы мультимедиа, передача видео и звуковой информации.

Для подключения к сети FDDI персональных компьютеров применяются специализированные сетевые адаптеры, которые обычным образом вставляются в один из свободных слотов компьютера. Такие адаптеры производятся фирмами: 3Com, IBM и др. На рынке имеются карты под все распространенные шины - ISA, EISA и Micro Channel; есть адаптеры для подключения станций классов А или В для всех видов кабельной системы - волоконно-оптической, экранированной и неэкранированной витых пар.

Все ведущие производители UNIX машин (DEC, Hewlett-Packard, IBM,  и другие) предусматривают интерфейсы для непосредственного подключения к сетям FDDI.
 

Подключение через мосты и маршрутизаторы

Конструктивно мосты и маршрутизаторы изготавливаются в двух вариантах - в законченном виде, не допускающем дальнейшего аппаратного наращивания или переконфигурации (так называемые standalone-устройства), и в виде модульных концентраторов.

Примером standalone-устройств являются: Router BR фирмы Hewlett-Packard и EIFO Client/Server Switching Hub фирмы Network Peripherals.

Модульные концентраторы применяются в сложных больших сетях в качестве центральных сетевых устройств. Концентратор представляет собой корпус с источником питания и с коммуникационной платой. В слоты концентратора вставляются сетевые коммуникационные модули. Модульная конструкция концентраторов позволяет легко собрать любую конфигурацию ЛВС, объединить кабельные системы различных типов и протоколов. Оставшиеся свободными слоты можно использовать для дальнейшего наращивания ЛВС.

Концентраторы производятся многими фирмами: 3Com, Cabletron, Chipcom, Cisco  и другими.

Концентратор - это центральный узел ЛВС. Его отказ может привести к остановке всей сети, или, по крайней мере, значительной ее части. Поэтому большинство фирм, производящих концентраторы, принимают специальные меры для повышения их отказоустойчивости. Такими мерами являются резервирование источников питания в режиме разделения нагрузки или горячего резервирования, а также возможность смены или доустановки модулей без отключения питания (hot swap).

Для того чтобы снизить стоимость концентратора, все его модули запитываются от общего источника питания. Силовые элементы источника питания являются наиболее вероятной причиной его отказа. Поэтому резервирование источника питания существенно продлевает срок безотказной работы. При инсталляции каждый из источников питания концентратора может быть подключен к отдельному источнику бесперебойного питания (UPS) на случай неисправностей в системе электроснабжения. Каждый из UPS желательно подключить к отельным силовым электрическим сетям от разных подстанций.

Возможность смены или доустановки модулей (часто включая и источники питания) без отключения концентратора позволяет провести ремонт или расширение сети без прекращения сервиса для тех пользователей, сетевые сегменты которых подключены к другим модулям концентратора.
 
 

 FDDI спецификации.

 

Основные параметры.

• Поддержка до 500 узлов с максимальным расстоянием между соседними 2 км. Максимальная длина кольца - 200 км.
• Переменный размер кадра (до 4500 байт)
• Длина волны - 1300 нанометров
 

Скорость передачи.

• Максимальная скорость передачи 100 Мбод/12.5 Мбит/с
• Реальная скорость работы 80 Мбод/10 Мбит/с
• Рабочая частота 125 МГц
 

Применение.

• Высокопроизводительные сети многоцелевого назначения с большим числом узлов.
• Надежная высокоскоростная магистраль
 

Топология.

• Физическая топология
1. Двойное кольцо без деревьев
2. Двойное кольцо с деревьями
3. Дерево
• Логическая топология.

Разделяемое кольцо
 

Среда.

• Многомодовое оптоволокно
1. Диаметр 62.5 микрон.
2. Расстояние между узлами: 2 км.
3. Более высокая дисперсия по сравнению с одномодовым.
• Одномодовое оптоволокно
1. Диаметр 5- 10 микрон.
2. Расстояние между узлами: 20 км.
3. Наиболее дорогой вариант.
• Неэкранированная витая пара
1. FDDI может работать на витой паре 5 категории, используя трехуровневое кодирование.
2. Расстояние от концентратора до узла - 100 м.
3. Наименее дорогой вариант
• Экранированная витая пара
1. Расстояние от концентратора до узла - 100 м.
2. Редко используется из-за того, что интерфейсы доступа не обеспечивают определенного уровня интерференции.

Достоинства и недостатки.

Достоинства.

Надежность.

• Двойная кольцевая конфигурация обеспечивает избыточность.
• Система способна справляться с единичными и множественными обрывами, сегментируя участки.
 

Отказоустойчивость.

• Двойное подключение (Dual Homing): учитывает избыточное соединение с FDDI сетью в топологии дерева. DAS станция может иметь двойное подключение, для этого А и B порты подключают к различным концентраторам. Если возникают сбои главного порта, активизируется резервная связь.
• Оптический обход: эта возможность гарантирует, прохождение светового сигнала при сбоях в питании DAS станции. Данные просто обходят неактивную станцию, проходя через оптический обход.
• Глобальное хранение: если оба логических кольца рабочие и в системе обнаружевается неисправность в одном из логических колец, то текущие данные без потери направляются по резервному кольцу.
 

Встроенное управление.

• Каждый узел имеет объект управления, предоставляя большое число служб.
• Благодаря наличию обширной MIB имеется возможность SNMP управления.

Недостатки.+

Цена.