Лабораторна робота № 13. Побудова локальних обчислювальних мереж з використанням технологій token ring і fddi

Мета роботи: одержати навички вибору устаткування, кабельної системи для побудови інфраструктури локальної мережі на основі технологій Token Ring і FDDI.

 

Теоретичні відомості

Стандарти Token Ring і IEEE 802.5

Мережа Token Ring була розроблена компанією IBM в 1970 р. Вона по є основною технологією IBM для локальних мереж, уступаючи по популярності тільки Ethernet/IEEE 802.3.

Token Ring і IEEE 802.5 є найбільш яскравими прикладами мереж, що використовують маркерний метод доступу до середовища передачі. У цьому випадку по мережі передається невеликий блок даних - маркер. Володіння маркером гарантує право передачі даних. Якщо станції, що одержала маркер, не потрібно виконувати передачу даних, маркер переправляється наступній станції в кільці даних - маркер. Володіння маркером гарантує право передачі даних. Якщо станції, що одержала маркер, не потрібно виконувати передачу даних, маркер переправляється наступній станції в кільці.

Кожна станція може втримувати маркер протягом певного максимального часу.

Якщо у станції, що одержала вільний маркер, є дані для передачі, вона захоплює маркер, змінює в нього один біт (у результаті чого маркер перетворюється в послідовність "початок блоку даних"), доповнює інформацією, що вона хоче передати й відсилає цю інформацію наступній в кільці станції. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер у мережі відсутній (якщо тільки кільце не забезпечує "раннього звільнення маркера" - early token release), тому інші станції, що бажають передати інформацію, змушені очікувати. Отже, у мережах Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє звільнення маркера, то новий маркер може бути випущений після завершення передачі блоку даних.

Рис.3.1 Мережа Token Ring

Інформаційний блок передається по кільцю, поки не досягне станції призначення, що копіює інформацію для подальшої обробки. Після цього блок передається далі по кільцю, поки не досягне відправника, що повинен видалити цей блок. Відправник може перевірити блок, що повернувся, щоб переконатися, що він був доставлений станції призначення.

На відміну від мереж, що використовують метод доступу CSMA/CD (наприклад, Ethernet), мережі з передачею маркера є детермінованими мережами. Це означає, що можна обчислити максимальний час, що пройде, перш ніж будь-яка кінцева станція зможе передавати дані. Ця характеристика, а також деякі характеристики надійності, роблять мережу Token Ring ідеальною для застосувань, коли, по-перше, затримка передачі повинна бути передбачувана та, по-друге, важлива стійкість функціонування мережі. Прикладами таких застосувань є середовище автоматизованих станцій на промислових підприємствах.

Тільки станції із пріоритетом, що дорівнює або має вище значення пріоритету, що утримується в маркері, можуть заволодіти їм. Після того, як маркер захоплений і змінений (у результаті чого він перетворився в інформаційний блок), тільки станції, пріоритет яких вище пріоритету передавальної станції, можуть зарезервувати маркер для наступного проходу по мережі. При генерації наступного маркера в нього включається більш високий пріоритет даної станції, що резервує. Станції, які підвищують рівень пріоритету маркера, повинні відновити попередній рівень пріоритету після завершення передачі.

Мережі Token Ring використовують кілька механізмів виявлення й усунення несправностей у мережі. Так, у мережі вибирається "активний монітор" (active monitor), у ролі якого може виступати будь-яка станція. Ця станція діє як централізоване джерело синхронізуючої інформації для інших станцій кільця й виконує різноманітні функції для підтримки кільця. Однієї з таких функцій є видалення з кільця постійно циркулюючих блоків даних. Якщо пристрій, що відправив блок даних, відмовив, то цей блок може постійно циркулювати по кільцю. Це може перешкоджати іншим станціям передавати власні блоки даних. Активний монітор може виявляти й видаляти такі блоки та генерувати новий маркер.

Зіркоподібна топологія мережі IBM Token Ring також сприяє підвищенню загальної надійності мережі. Уся інформація мережі Token Ring проглядається активними моніторами, ці пристрої можна запрограмувати так, щоб вони перевіряли наявність проблем і при необхідності вибірково видаляли станції з кільця.

Якщо яка-небудь станція виявить серйозну проблему в мережі (наприклад, обрив кабелю), вона висилає сигнальний блок даних. Сигнальний блок даних вказує на домен несправності, в який входять станція, що повідомляє про несправність, її найближчий активний сусід, що перебуває вище за течією потоку інформації (nearest active upstream neighbor, NAUN), і все, що перебуває між ними. Сигналізація ініціює процес автореконфігурації (autoreconfiguration), у ході якого вузли, які розташовані в межах домена, що відмовив, автоматично виконують діагностику, намагаючись реконфігурувати мережу навколо зони, що відмовила.

У табл. 3.1 представлені узагальнені характеристики мереж Token Ring і IЕЕЕ 802.5.

Таблиця 3.1. характеристики мереж Token Ring і IЕЕЕ 802.5.

Стандарт FDDI

Стандарт FDDI (Fiber Distributed Data Interface) було випущено комітетом ANSI X3Т9.5 у середині 80-х років. У цей період вимоги з боку швидкодіючих робочих станцій, почали перевищувати можливості існуючих локальних мереж (Ethernet і Token Ring).

Згодом виникла необхідність у новому стандарті для локальних мереж, що задовольнив би вимоги нових робочих станцій і розподілених обчислювальних систем.

Стандарт FDDI визначає мережу зі швидкістю передачі даних 100 Mб/с, з подвійним кільцем і передачею маркера (рис. 3.2).

Трафік по подвійному кільцю рухається в протилежних напрямках. Кільце складається із двох або більше двоконтактних з'єднань між суміжними станціями. Одне із двох кілець FDDI називається первинним кільцем, інше - вторинним кільцем.

Первинне кільце використовується для передачі даних, у той час як вторинне кільце звичайно є дублюючим.

Як середовище передачі використовується оптоволоконний кабель. Стандарт FDDI визначає два типи використовуваного оптичного волокна: одномодове (іноді називане мономодовим) і багатомодове. Моди - це світлова хвиля, що входить в оптичне волокно під певним кутом. Одномодове волокно дозволяє поширюватися через оптичне волокно тільки одній моді, у той час як багатомодове одночасно декільком. Тому що безліч мод світла, що поширюються по оптичному кабелі, можуть проходити різні відстані (залежно від кута входу), і, отже, досягати пункту призначення в різний час (явище, назване модальною дисперсією), одномодовий світловод здатний забезпечувати більшу смугу пропущення й передачу сигналу на більші відстані, чим багатомодові світловоди. Завдяки цим характеристикам одномодові світловоди частіше використовують як основу великомасштабних мереж, у той час як багатомодовий світловод використовується в мережах рівня робочих груп.

Рис.3.2 Мережа FDDI

Слід зазначити, що існує також стандарт, названий CDDI (Copper Distributed Data Interface) або TPDDI (Twisted-Pair Distributed Data Interface), аналогічний FDDI, але визначає як середовище передачі виту пару.

Основні характеристики мережі FDDI наведені в табл. 3.2.

Особливості фізичного рівня стандарту FDDI

Відмінною рисою мереж FDDI є використання пристроїв з різним типом підключення до фізичного середовища передачі:

– станції з одиночним підключенням (Single-attachment station, SAS);

– станції з подвійним підключенням (Dual-attachment station, DAS);

– концентратори.

Таблиця 3.2. Характеристики мережі FDDI

Станції з одиночним підключенням приєднуються тільки до одного (первинного) кільця за допомогою концентратора. Перевагою такого способу підключення станції до мережі є те, що стан станції не впливає на роботу всього кільця, навіть при фізичному відключенні від середовища або вимиканні живлення.

Станції з подвійним підключенням містять два порти, іменовані A і B, які забезпечують з'єднання з первинним і вторинним кільцем. Як далі буде показано, станції з подвійним підключенням визначають структуру подвійного кільця й впливають на працездатність всієї мережі.

Концентратори мережі FDDI (концентратори з подвійним підключенням (Dual-attached concentrator, DAC) є базовими елементами мережі. Вони підключаються безпосередньо до первинного та вторинного кільця і забезпечують контроль відмов або відключення живлення станцій з одиночним підключенням, тим самим запобігаючи розрив кільця.

Наявність подвійної кільцевої мережі підвищує надійність функціонування. Якщо яка-небудь станція, підключена до подвійної кільцевої мережі, відмовляє, в неї відключається живлення, або ушкоджений мережевий кабель, то подвійна кільцева мережа автоматично "згортається" в одне кільце, як показано на рис. 3.3.

При збільшення розмірів мережі FDDI зростає ймовірність збільшення числа відмов кільцевої мережі. Якщо мають місце дві відмови кільцевої мережі, то кільце буде згорнуто в обох випадках, що приводить до фактичного сегментування кільця на два окремих кільця. Наступні відмови викличуть додаткову сегментацію кільця. Для запобігання сегментації кільця можуть бути використані оптичні шунтувальні перемикачі, які виключають станції, що відмовили, з кільця.

Пристрої, критичні до відмов, такі як маршрутизатори або шлюзи, а також серверні системи, можуть використовувати іншу техніку підвищення відмовостійкості, названу двоадаптерним підключенням (dual homing), для того, щоб підвищити ступінь працездатності. При двоадаптерному підключенні критичні до відмов пристрої приєднуються до двох концентраторів одночасно.

Одна пара каналів концентраторів вважається активною, інша пара - пасивною. Пасивний канал перебуває в режимі підтримки доти, поки не буде встановлено, що основний канал (або концентратор, до якого він підключений) відмовив. Якщо це відбувається, то пасивний канал автоматично активується.

Таким чином, мережі, що використовують технологію FDDI, відрізняються наступними важливими властивостями:

– високий ступінь відмовостійкості;

– більша довжина;

– висока швидкість передачі даних;

– гнучкий механізм розподілу пропускної здатності мережі та призначення пріоритетів станціям;

– можливість максимального використання пропускної здатності мержі.

Рис.3.3. Ізоляція однієї станції

Але при цьому FDDI залишається однією з найбільш дорогих технологій, що й звужує коло її застосування. Тому найчастіше FDDI використовується для побудови високошвидкісних магістральних мереж підприємств а також для забезпечення доступу до високопродуктивних корпоративних серверів. Багато сучасних корпоративних мереж будуються з використанням технології FDDI у сполученні з більш дешевими технологіями Token Ring, Ethernet і Fast Ethernet. У зв'язку із широким поширенням більше дешевих технологій, застосування FDDI для створення невеликих локальних мереж представляється недоцільним.

 

Завдання

1. Використовуючи пакет NetCracker, вивчити склад і функціональні характеристики типового устаткування мереж на основі технологій Token Ring і FDDI.

2. Відповідно до варіанта завдання (табл. 3.1 – 3.2) побудувати мережу підприємства з використанням технологій Token Ring і FDDI.

3. Для отриманої моделі мережі задати необхідні типи потоків даних між робочими станціями й серверами та зробити імітаційне моделювання роботи мережі.

4. Проаналізувати середнє завантаження мережевого устаткування та середовища передачі даних і час відповіді для потоку даних.

Таблиця 3.1. Варіанти завдань

Таблиця 3.2. Тип інфраструктури.

 

Таблиця 3.3 Тип трафіку

 

Контрольні питання

1. Характеристика технологій Token Ring та FDDI.

2. Типи устаткування мереж Token Ring та FDDI.

3. Наведіть засоби забезпечення відмовостійкості в мережах Token Ring і FDDI.

4. Організація пріоритетного доступу до передавального середовища мережі стандарту Token Ring.

5. Визначте особливості фізичного рівня стандарту FDDI.

6. Організація пріоритетного доступу до передавального середовища мережі FDDI.

7. Яка станція видаляє блок даних у звичайному режимі та у режимі раннього звільнення маркера в мережі Token Ring?

8. Наведіть основні відмінності в організації пріоритетного доступу в мережах Token Ring і FDDI.

9. Поясніть призначення моніторної станції в мережі Token Ring.

10. Як впливає час обертання маркера на передачу інформації?

11. Визначте кількість рівнів пріоритету в мережі Token Ring.

12. Визначте кількість рівнів пріоритету в мережі FDDI.