Отказоустойчивость сетей FDDI

Стандарт ANSI X3T9.5 регламентирует 4 основных отказустойчивых свойства сетей FDDI:

1. Кольцевая кабельная система со станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо.

2. Выключение питания, отказ одной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станции будет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца.

3. Две станции класса В подключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (к неисправностям в концентраторе или в кабельной системе) подключения станций класса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор.

4. Выключение питания или отказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу, т. к. световой сигнал будет просто пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch). Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенных станций.

Основной особенностью отказоустойчивости является наличие двойной кольцевой сети. Если какая-нибудь станция, подключенная к двойной кольцевой сети, отказывает, или у нее отключается питание, или если поврежден кабель, то двойная кольцевая сеть автоматически "свертывается" ("подгибается" внутрь) в одно кольцо, как показано на Рис. 6.6 "Конфигурация восстановления кольца при отказе станции". При отказе Станции 3, изображенной на рисунке, двойное кольцо автоматически свертывается в Станциях 2 и 4, образуя одинарное кольцо. Хотя Станция 3 больше не подключена к кольцу, сеть продолжает работать для оставшихся станций.

Рис. 6.6

На Рис. 6.7 "Конфигурация восстановления сети при отказе кабеля" показано, как FDDI компенсирует отказ в проводке. Станции 3 и 4 свертывают кольцо внутрь себя при отказе проводки между этими станциями.

Рис. 6.7

По мере увеличения размеров сетей FDDI растет вероятность увеличения числа отказов кольцевой сети. Если имеют место два отказа кольцевой сети, то кольцо будет свернуто в обоих случаях, что приводит к фактическому сегментированию кольца на два отдельных кольца, которые не могут сообщаться друг с другом. Последующие отказы вызовут дополнительную сегментацию кольца

Для предотвращения сегментации кольца могут быть использованы оптические шунтирующие переключатели, которые исключают отказавшие станции из кольца. На Рис. 6.8 показано "Использование оптического шунтирующего переключателя".

Рис. 6.8

Устройства, критичные к отказам, такие как роутеры или главные универсальные вычислительные машины, могут использовать другую технику повышения отказоустойчивости, называемую "двойным подключением" (dual homing), для того, чтобы обеспечить дополнительную избыточность и повысить гарантию работоспособности. При двойном подключении критичное к отказам устройство подсоединяется к двум концентраторам. Одна пара каналов концентраторов считается активным каналом; другую пару называют пассивным каналом. Пассивный канал находится в режиме поддержки до тех пор, пока не будет установлено, что основной канал (или концентратор, к которому он подключен) отказал. Если это происходит,то пассивный канал автоматически активируется.

В стандартах FDDI уделяется много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Для изоляции сбоев здесь используется метод, называемый «испусканием маяка». Суть его в том, что ПК, обнаруживший сбой, начинает посылать в сеть сигнал – маяк, до тех пор, пока не примет маяк от предшествующего в кольце ПК. Это продолжается, пока не останется одного, находящегося непосредственно за неисправным участком ПК, который не посылает маяк.

Рассмотрим рисунок. ПК 1 отказал. ПК 3 определяет сбой, начинает посылать маяк и делает это до тех пор, пока не примет маяк от ПК 2. ПК 2 будет посылать маяк, пока не примет его от ПК 1. Т. к. ПК 1 неисправен, ПК 2 продолжает посылать маяк. Этот сигнал указывает на то, что сбой произошел на ПК 1. Когда посылающий маяк ПК примет наконец свой собственный маяк, он поймет, что неисправность была устранена, восстановит маркер, и сеть восстановится.

Защиту от разрыва в кольце обеспечивают также концентраторы. Они функционируют аналогично концентраторам Token Ring, но являются более интеллектуальными устройствами. Они могут взаимодействовать со станциями для проверки соединения «станция-концентратор», а также способны мгновенно изменять маршрут пакетов.

«Заворачивание маркера» – способ обеспечения отказоустойчивости системы, начинающий действовать в случае разрыва в одном из двух колец. Если в кольце происходит разрыв, то вначале идентифицируется отказавший домен (область, которая не может больше передавать данные). Отказавший домен включает в себя машину, ближайшую к разрыву кабеля, и ближайший узел в направлении движения маркера. «Заворачивание маркера» изменяет маршрут пакетов в двух рабочих станциях, ограничивающих отказавший домен.

Резюме:

FDDI – это спецификация, которая описывает высокоскоростную (100 Мбит/с) сеть с передачей маркера топологии «кольцо» на основе оптоволокна. Эта спецификация предназначалась для высокопроизводительных ПК, которым не хватало полосы пропускания существующих архитектур.

1. FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов. Длина кольца не может превышать 100 км, так что FDDI скорее сеть масштаба города;

2. FDDI используют для соединения больших компьютеров и мини-компьютеров в компьютерных залах. Такие сети обслуживают интенсивную передачу файлов. При связи с мэйнфреймом ПК часто надо использовать носителя в реальном времени;

3. FDDI выступает также в качестве магистральной сети, к которой можно подключить другие ЛВС малой производительности. Локальные сети, которым требуется высокая скорость передачи и значительная полоса пропускания, часто используют каналы связи FDDI. Это сети, состоящие из ПК с интенсивно использующими сеть приложениями (видеообработка, системы управления производством, САПР);

4. FDDI использует стандартную передачу маркера, однако, в отличие от Token Ring, здесь ПК может захватить маркер на ограниченное время и за этот промежуток передать столько кадров, сколько успеет. Завершив передачу, ПК освобождает маркер. За счет этого FDDI имеет более высокую производительность. Размер кадра – от 17 до 4500 байт;

5. При топологии «двойное кольцо», которая поддерживает 500 ПК при длине кольца 100 км, FDDI функционирует со скоростью 100 Мбит/с;

6. FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что одновременно могут передавать данные несколько ПК. Это может стать причиной перегрузки сети;

7. FDDI использует систему передачи маркера в двойном кольце. Трафик в сети FDDI состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположных направлениях. Одно кольцо называется основным, а другое – дополнительным. Обычно данные передаются только по основному кольцу. Если в нем происходит сбой, сеть автоматически перестраивается, и данные начинают передаваться по дополнительному кольцу в противоположном направлении. Одно из достоинств топологии двойного кольца – избыточность. Второе кольцо является резервным, на случай сбоя;

8. Существуют ограничения. Общая длина кабеля обоих колец не может превышать 200 км, а число подключенных ПК – не более 1000. Эти показатели делятся на два, по числу колец. Кроме того, через каждые 2 км должен быть установлен репитер;

9. ПК могут подключаться к одному или обоим кольцам FDDI, ПК, подключенные к обоим кольцам, называются станциями Класса A, а ПК, подключенные только к одному кольцу, – станциями Класса В. В случае сбоя станции Класса А участвуют в переконфигурации, а Класса B – нет;

10. В сети FDDI ПК могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором, т. е. сеть FDDI имеет топологию «звезда-кольцо»;

11. Основная среда передачи для FDDI – оптоволоконный кабель. Вариант FDDI, работающий на медных проводах, называется CDDI, но это ограничивает дальность передачи.

Преимущества и недостатки FDDI:

1. Высокая пропускная способность. Огромная полоса пропускания – 250 Гбит/с. Скорость 100 Мбит/с;

2. Хорошая защита;

3. Физическая долговечность. Разрывы в оптоволоконном кабеле происходят гораздо реже, чем в кабелях других видов;

4. Устойчивость к электромагнитным помехам;

5. Расстояние – до 2 км. В условиях эксперимента – на сотни километров;

6. Вес намного меньше, чем у медного кабеля с аналогичной полосой пропускания;

7. Использование нескольких маркеров увеличивает быстродействие;

8. Возможность назначать приоритеты рабочим станциям. Это позволяет при необходимости обходить низкоприоритетные станции, обеспечивая быстрое обслуживание высокоприоритетных;

9. Отказоустойчивость.

FDDI имеет целый ряд преимуществ. Между тем, как и все топологии и системы, FDDI обладает некоторыми недостатками. FDDI – сложная технология. Ее инсталляция и обслуживание требуют значительного опыта. В то же время это новая технология, и следует ожидать, что со временем она будет усовершенствована.

Другим недостатком FDDI является ее высокая стоимость. Сам волоконно-оптический кабель стоит недешево, однако другое оборудование, такое как адаптеры и концентраторы, обходится еще дороже. Учитывая высокую стоимость основного оборудования (типичный концентратор FDDI стоит более тысячи долларов в расчете на узел), цена даже небольшой сети FDDI для многих будет неприемлема.

Дата добавления: 2015-07-14