Tehnologii de comunicatie pe fibre optice

TEHNOLOGII DE COMUNICATIE PE FIBRE OPTICE

Modul de transfer folosit aproape exclusiv in retelele optice este cel orientat pe conexiune, specific comutarii de circuite. Comutarea de pachete necesita luarea deciziilor de rutare in fiecare nod si la fiecare pachet care soseste. Acest lucru necesita memorarea pachetelor, citirea si prelucrarea antetelor, ceea ce nu se poate face deocamdata in domeniul optic. Prin urmare, comutatia de pachete necesita conversia din optic in electric, prelucrarea in electric si reconversia in optic. O astfel de retea nu mai este transparenta optic si prezinta dezavantajele cunoscute de la retelele electrice: congestie, viteza mica de transfer, flexibilitate redusa etc.

Toate retelele implica acelasi principiu de baza: informatia poate fi trimisa la…, partajata cu…, trecuta prin…, suntata (bypassed) in limitele unui numar de statii computerizate (noduri) si a unui computer master (serverul). In plus fata de diferitele topologii pentru retele, o serie de standarde si protocoale au fost dezvoltate, fiecare cu propriile avantaje, topologii si cerinte de mediu. Acest subcapitol discuta pe scurt aceste standarde si protocoale, incluzand aici: ATM, Ethernet, FDDI, Fibre Channel, ISDN si SONET.

1. modul de transfer asincron - Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Modul de transfer asincron este larg dezvoltat ca o tehnologie pentru trunchiurile retelei. Aceasta tehnologie se integreaza usor cu alte tehnologii si ofera un management al retelei sofisticat ce permite purtatoarelor de semnal sa garanteze calitatea serviciului (QOS - quality of service). ATM este de asemenea referita ca un schimb de celule deoarece reteaua foloseste pachete sau celule scurte si de lungime fixa pentru transportul datelor. Informatia este impartita in celule diferite, transmisa si reasamblata la capatul de receptie. Fiecare celula contine 48 octeti de date utile si un header de 5 octeti. Aceasta dimensiune fixa asigura ca datele video sau voce, critice in timp, sa nu fie afectate de cadre sau pachete lungi de date, reducand astfel intarzierile.

ATM organizeaza diferite tipuri de date in celule separate, permitand utilizatorilor retelei si retelei insesi sa determine cata latime de banda este alocata. Aceasta modalitate se aplica cu succes in special in retelele cu transmisii de date in rafale. Fluxurile de date sunt apoi multiplexate si transmise intre utilizator si serverul retelei si intre comutatoarele retelei. Aceste fluxuri pot fi transmise la mai multe destinatii diferite, reducand cerintele pentru interfete de retea si facilitati de retea si la urma, costul total al retelei.

In cadrul retelelor ATM intalnim conexiuni de cale virtuala (VPC - virtual path connections) care contin mai multe conexiuni de circuite virtuale (VCC - virtual circuit connections). Circuitele virtuale nu sunt altceva decat conexiuni cap-la-cap, cu definirea punctelor de extrem si a rutelor dar fara a defini alocarea pentru latimea de banda. Banda este alocata in functie de necesarul cerut de retea. VCC poarta un singur flux de celule de date continue de la utilizator la utilizator. Pot fi configurate ca statice, conexiuni virtuale permanente (PVC - permanent virtual connections) sau circuite virtuale comutate controlate dinamic (SVC). Cand conexiunile de circuite virtuale sunt combinate in cadrul cailor virtuale, toate celulele dintr-o cale virtuala sunt rutate pe acelasi drum, permitand refacerea retelei in eventualitatea unei defectiuni majore.

2. IEEE 802.3  CSMA/CD

Standardul IEEE 802.3 defineste protocolul de acces al mediului MAC (media access control) prin tehnica CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection) pentru topologii de tip BUS, precum si diverse medii de transmisie si rate de comunicatie in cadrul nivelului fizic.

2.1   Scopul standardului IEEE 802.3

Standardul IEEE 802.3 acopera atat subnivelul MAC cat si nivelul fizic. In figura 5.1 se prezinta mai in detaliu arhitectura standardului IEEE 802.3.

Dupa cum se observa in figura, acest standard se refera la patru elemente:

serviciile subnivelului MAC

protocolul MAC

subnivelul fizic independent de mediu

subnivelul fizic dependent de mediu

Specificatiile referitoare la serviciile subnivelului MAC definesc serviciile puse la dispozitie de catre IEEE 802.3 pentru subnivelul LLC (logical link control) sau pentru alte nivele superioare. Aceste specificatii includ facilitatile pentru emiterea si receptionarea blocurilor de date numite si PDU (protocol data units) precum si generarea informatiilor de stare necesare protocoalelor de control al erorilor din nivelele superioare. S-a presupus ca nivelul superior este LLC, dar acest lucru nu este neaparat necesar. Oricum, folosirea diverselor medii de transmisie trebuie sa fie transparenta pentru utilizator.

Protocolul MAC reprezinta nucleul standardului IEEE 802.3 care deseori este numit standardul CSMA/CD. Specificatiile definesc structura blocurilor precum si interactiunile dintre diversele entitati ale subnivelului MAC.

Nivelul fizic este divizat in doua parti. Subnivelul independent de mediu contine interfata intre MAC si nivelul fizic. Aceasta interfata include facilitati pentru transferul a doua fluxuri seriale de biti intre cele doua nivele si functii de timing necesare algoritmului de la nivelul MAC. In plus, standardul anticipeaza faptul ca in multe cazuri statiile de lucru vor fi localizate fizic la o mica distanta de mediul fizic de comunicatie al retelei locale. In aceasta configuratie se foloseste o unitate de cuplare la mediu MAU (medium attachment unit) ce reprezinta un element separat de statia de lucru. Majoritatea hardware-ului si tot software-ul sunt plasate pe statia de lucru. Legatura intre MAU si statie se realizeaza prin intermediul AUI (attachment unit interface). Aceasta interfata include mediul de transmisie intre statie si MAU si semnalele folosite la nivelul interfetei. Aceasta nu reprezinta o cerinta a standardului, dar in multe cazuri este folositoare.

Subnivelul dependent de mediu specifica interfata cu mediul fizic de comunicatie al LAN si semnalele schimbate cu acest mediu. Aceasta parte a standardului ofera diverse optiuni in functie de mediul de comunicatie folosit, tipul semnalului (analog sau digital), rata de transmisie.

Standardul IEEE 802.3 se bazeaza pe specificatiile ETHERNET si este destinat aplicarii in mediul comercial si in mediul industrial usor.

2.2   Protocolul MAC CSMA/CD

Tehnica MAC cea mai folosita in cazul topologiilor de tip BUS este CSMA/CD. Versiunea originala a acestei tehnici a fost dezvoltata de XEROX ca o parte a retelei sale locale Ethernet.

2.2.1   Precursori

Toate tehnicile ce vor fi prezentate in acest capitol pot fi numite cu acces aleator. Ele trebuie sa raspunda la intrebarea: 'Cine este urmatorul?' astfel incat sa asigure partajarea mediului de transmisie. Tehnicile sunt cu acces aleator in sensul ca nu exista o planificare a alocarii mediului pentru fiecare statie. Momentele de transmisie ale statiilor sunt generate aleator.

Primele astfel de tehnici sunt cunoscute sub numele de ALOHA sau pure ALOHA. Atunci cand o statie are un bloc pregatit, acesta este emis pe linie. Apoi statia asculta pentru un interval de timp egal cu timpul maxim de propagare in retea (de doua ori mai mare decat timpul de propagare intre cele mai indepartate statii). In acest interval de timp statia trebuie sa primeasca un ACK, in caz contrar retransmitand blocul. O statie receptoare determina corectitudinea blocului primit cu ajutorul sumei de control. Daca blocul este valid statia intoarce imediat ACK. Blocul poate fi insa invalid datorita zgomotului liniei sau pentru ca o alta statie a incercat sa emita in acelasi timp. In acest din urma caz cele doua blocuri vor interfera, astfel incat nici unul dintre ele nu se poate transmite corect. Aceasta se numeste coliziune, iar statiile receptoare vor ignora blocul. ALOHA este o tehnica foarte simpla, dar mai putin eficienta. In cazul cresterii incarcarii liniei se mareste numarul coliziunilor, iar eficienta maxima de utilizare a canalului este de 18%.

Pentru a marii eficienta tehnica ALOHA a fost imbunatatita prin divizarea timpului de utilizare a liniei in intervale (slot) egale cu durata de transmisie a unui cadru (bloc). Pentru sincronizarea tuturor statiilor se foloseste un ceas central sau  o alta metoda, iar transmisia este permisa numai la inceputul unui interval (slot). Astfel suprapunerile de blocuri vor fi totale. Aceasta metoda cunoscuta sub numele de slotted ALOHA creste eficienta la aprox 37%.

Atat pure ALOHA cat si slotted ALOHA permit o utilizare scazuta a capacitatii de transmisie a liniei. Nici una din metode nu exploateaza faptul ca durata de propagare pe linie intre doua statii este mult mai mica decat durata de transmisie a unui bloc. Daca se presupune real acest lucru atunci in cazul in care o statie incepe sa emita un bloc toate celelalte statii vor afla acest lucru aproape imediat. Astfel, chiar daca au un bloc pregatit, ele nu vor incepe emisia, lucru ce duce la scaderea numarului de coliziuni. Altfel spus, timpii mici de propagare asigura obtinerea rapida de informatii despre starea sistemului ceea ce duce la cresterea eficientei.

Urmatorul pas in dezvoltarea acestei tehnici il reprezinta CSMA (carrier sense multiple access) sau 'asculta inainte de a vorbi' (LBT - Listen Before Talk). In cazul acestei metode, o statie ce doreste sa emita un bloc trebuie inainte sa asculte linia pentru a determina daca nu cumva in acel moment se transmite un bloc de catre o alta statie. Atunci cand linia este ocupata statia va renunta pentru un scurt interval de timp dupa care va incerca din nou. In cazul in care linia este libera statia poate incepe emisia blocului. Acum se poate intampla ca doua sau mai multe statii sa incerce sa emita aproape simultan. Daca acest lucru se intampla va avea loc o coliziune. Statia emitatoare va astepta sosirea unui ACK un interval de timp suficient de mare (avand in vedere timpii de propagare si faptul ca statia ce va intoarce ACK trebuie sa astepte un moment de linie libera). Daca nu este receptionat blocul ACK se presupune ca a avut loc o coliziune si se incearca retransmisia.

Se poate observa ca aceasta strategie este eficienta in cazul in care timpul de transmisie a unui bloc este mult mai mare decat timpii de propagare pe linie. Coliziunile pot sa apara numai daca mai multe statii incep emisia intr-un interval de timp foarte mic (mai mic decat timpul de propagare pe linie). Daca o statie incepe sa emita si nu are loc o coliziune in intervalul de timp necesar ca inceputul blocului sa ajunga la cea mai indepartata statie atunci cu siguranta pe timpul transmisiei restului blocului nu va mai avea loc nici o coliziune. Tehnica CSMA asigura o eficienta mult mai mare decat cele doua variante de ALOHA prezentate.

PROIECT: Notiunile fundamentale ale programarii: algoritm, limbaje de descriere a algoritmilor, program, limbaje de programare PROIECT: Formatul fisierelor .zip

In cazul CSMA daca linia este ocupata se respecta un algoritm ce arata ce trebuie sa faca o statie. In acest algoritm o statie ce doreste sa emita un bloc asculta linia si respecta urmatoarele regului:

1.     Daca linia este libera, incepe emisia; altfel se trece la pasul 2

2.     Daca linia este ocupata, continua sa asculte pana cand se detecteaza linie libera; apoi transmite imediat

3.     Daca este o coliziune (determinata prin lipsa ACK) se asteapta un interval de timp aleator dupa care se trece la pasul 1

2.2.2   Descrierea CSMA/CD

CSMA chiar daca este mai eficienta decat ALOHA sau slotted ALOHA are un punct slab: cand are loc o coliziune intre doua blocuri linia ramane inutilizabila pana cand sunt emise complet blocurile corupte. In cazul unor blocuri lungi eficienta scade considerabil. Aceasta pierdere poate fi redusa daca o statie care emite continua sa asculte linia pe timpul emisiei. Algoritmul in acest caz ar fi urmatorul:

1.     Daca linia este libera, se emite (dupa un scurt interval de timp interblocuri); altfel se trece la pasul 2

2.     Daca linia este ocupata, continua sa asculte pana cand este detectata linie libera; apoi emite imediat

3.     Daca este detectata o coliziune in timpul emisiei, se transmite un anumit bloc (jam) pentru ca toate statiile sa stie ca a avut loc o coliziune

4.     Dupa transmiterea blocului jam se asteapta un interval de timp aleator dupa care se trece la pasul 1

Tehnica descrisa ridica cateva probleme de timing toate depinzand de un singur parametru numit slot time. Acest parametru descrie patru aspecte importante ale tratarii coliziunii:

Exista o limita superioara a intervalului de timp necesar pentru detectarea coliziunii

Exista o limita superioara a timpului de achizitie de la linie (timpul dupa care transmisia nu va mai suferii o coliziune)

Exista o limita superioara a lungimii unui fragment de bloc generat de o coliziune

Exista o regula de incercare a retransmisiei

Pentru a satisface aceste cerinte slot time este definit ca fiind mai mare decat suma dintre timpul total de propagare (de doua ori timpul de propagare intre cele mai indepartate statii) si durata blocului jam la nivelul MAC. Acest timp depinde de nivelul fizic.

Pentru a intelege notiunea de slot time sa analizam prima cerinta, adica timpul necesar pentru detectarea unei coliziuni.

In continuare se vor analiza cazurile corespunzand modurilor de comunicatie baseband si broadband, presupunand ca statiile se afla la o distanta cat mai mare una de cealalta.

In primul caz (baseband) intervalul de timp necesar detectarii coliziunii este de doua ori mai mare decat timpul de propagare.

In a doua situatie cazul cel mai defavorabil este cand statiile se afla foarte apropiate, timpul necesar detectarii coliziunii fiind de aceasta data de patru ori mai mare decat timpul de propagare.

In ambele cazuri s-a presupus ca lungimea blocurilor este suficient de mare astfel incat sa permita detectarea coliziunii inainte de terminarea transmisiei. Acest lucru se impune in majoritatea sistemelor ce folosesc CSMA/CD inclusiv in standardul IEEE 802.3. In caz contrar, performantele sistemului scad la nivelul protocolului CSMA in care coliziunile nu sunt detectate.De aceea slot time este folosit pentru determinarea lungimii minime a blocurilor MAC.

In cazul detectarii unei coliziuni se pune problema modului in care se va face retransmisia. Presupunand ca a aparut o coliziune, daca cele doua statii implicate incearca retransmisia dupa un interval de timp prestabilit se va produce o noua coliziune. Pentru a preveni o astfel de situatie, statiile isi vor inceta activitatea un interval de timp de lungime aleatoare. Asa cum se poate observa, aparitia coliziunilor genereaza trafic aditional. In cazul in care linia devine incarcata este foarte important sa nu supraincarcam linia cu retransmisii ce ar conduce la noi coliziuni, ce ar conduce la noi retransmisii s.a.m.d. Astfel, atunci cand o statie genereaza mai multe coliziuni, ea se dezactiveaza pentru o perioada de timp mai mare compensand supraincarcarea retelei.

Regula, cunoscuta sub numele de TBEB (Truncated Binary Exponential Backoff), este urmatoarea: timpul de dezactivare este egal cu un numar intreg de slot time; timpul de dezactivare ce precede a n-a incercare de retransmisie este ales ca un intreg aleator r in intervalul 0 < r < 2^k unde k=min(n,10). Dupa un numar de incercari predefinite subnivelul MAC presupune ca exista unele probleme, renunta si raporteaza esecul catre subnivelul LLC.

Aceasta metoda se poate reprezenta formal astfel:

while incercari < backOffLimit

k:= Min(incercari,10)

r:= Random(0,2^k)

delay:= r*slotTime

Algoritmul TBEB aproximeaza algoritmul ideal in care probabilitatea de transmisie a unui pachet este 1/Q, unde Q reprezinta numarul de statii ce incearca sa transmita.

Dezavantajul algoritmului backoff il reprezinta efectul de last-in first-out pe care il genereaza. Cu alte cuvinte, o statie care nu are coliziuni sau are coliziuni putine are sanse mai mari de transmisie decat o statie cu timpi mai mari de dezactivare.

Ethernet

Ethernetul a inceput ca un experiment de laborator la Corporatia Xerox in anii 1970. Proiectantii au intentionat ca Ethernetul sa devina o parte a “biroului viitorului” care includeau statii de lucru cu calculatoare personale. Larg raspandit in LAN-urile de azi, Ethernetul transmite la 10 Mbps folosind perechi torsadate (twisted-pair), cablu coaxial si/sau fibra optica. Fast Ethernet (Ethernetul rapid) lucreaza la 100 Mbps si ultimul standard dezvoltat, gigabit Ethernet, transmite la 1 Gbps. Figura I.25 ilustreaza schema de baza a unei retele Ethernet.

Fig. I:25. Schema de baza a unei retele Ethernet

Standardul Ethernet cunoscut ca IEEE 802.3 foloseste un protocol numit acces multiplu prin sesizarea purtatoarei cu detectia coliziunilor (CSMA/CD). Acest protocol descrie functiile celor trei parti de baza ale unui sistem Ethernet: mediul fizic - transporta semnalul, controlul accesului la mediu – controleaza semnalul si cadrul Ethernet – un set de biti standardizat folosit pentru a transporta semnalul. Ethernet, fast Ethernet si gigabit Ethernet, toate folosesc aceeasi platforma si structura de cadru.

Utilizatorii Ethernetului au trei variante pentru mediul fizic. La 1-10 Mbps reteaua poate transmite pe cablu coaxial gros, perechi torsadate sau fibra optica. Fast Ethernet la 100 Mbps nu va transmite pe coaxial, dar pot fi folosite perechile torsadate si fibra optica. Gigabit Ethernet, cu debite de date mari si distante de transmisie mai mari, foloseste legaturi pe fibra optica, dar poate utiliza si perechile torsadate pentru conexiuni scurte.

CSMA/CD reprezinta cel de-al doilea element, regulile de control al accesului. In cadrul acestui protocol, toate statiile trebuie sa ramana tacute un timp pentru a verifica daca nicio statie din retea nu transmite, inainte de a incepe o transmisie proprie. Daca o alta statie incepe transmisia, celelalte statii vor sesiza prezenta purtatoarei de semnal si vor ramane tacute. Toate statiile partajeaza acest protocol multiacces. Totusi, deoarece nu toate statiile vor receptiona o transmisie simultan, este posibil ca o statie sa inceapa sa emita in acelasi moment cu o alta statie. Acest lucru determina o coliziune de semnale, ce va fi detectata in retea si va face ca statiile sa ramana din nou tacute pana cand accesul va fi castigat, moment la care cadrul de date va fi retrimis in retea.

Elementul final, cadrul Ethernet, livreaza datele intre statiile de lucru in baza unei surse pe 48 de biti si unui camp de adresa destinatie. Cadrul Ethernet include de asemenea un camp de date ce variaza in dimensiune in functie de transmisie si un camp de corectare a erorilor care verifica integritatea datelor receptionate. Odata un cadru trimis, fiecare interfata de statie Ethernet va citi campul adresa si o va compara cu adresa proprie. Daca adresele se potrivesc, statia citeste tot cadrul, dar daca nu, interfata opreste citirea cadrului.

Ethernet-ul la toate debitele binare a devenit reteaua cu cea mai larga raspandire pentru aplicatii LAN, MAN si WAN. Proprietatea sa de a interfata cu SONET si ATM va continua sa sustina aceasta populara retea. In LAN-uri, legaturile Ethernet ofera un trunchi scalabil. Ca trunchi metropolitan in MAN-uri, gigabit Ethernet interfateaza cu sistemele DWDM, rezultand retele de comunicatii pe distante mari, de viteze mari si de banda larga. In sfarsit, Ethernet-ul suporta toate tipurile de trafic de date, incluzand aici date, voce si video IP. Figura I.26 ilustreaza un scenariu Ethernet tipic.

Fig. I.26. Retea gigabit Ethernet comutata si rutata

Gigabit Ethernet a aparut ca o alternativa din punct de vedere al costului la structurile de retea ATM. Complexitatea sistemului este mai redusa in Ethernet-ul gigabit si pentru ca el lucreaza cu formatele Ethernet deja existente, sistemul nu necesita software de emulare pentru a actiona ca un gateway intre un LAN Ethernet si o retea ATM. Tabelul I.4 schiteaza in ce masura Ethernet si gigabit Ethernet ofera aceleasi beneficii ca ATM .

Tabelul I.4. Beneficii oferite de ATM si Ethernet.

3. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) – Interfata de date distribuita

FDDI isi gaseste locul de obicei ca un trunchi de mare viteza pentru situatii critice sau trafic mare din LAN, MAN, WAN. Operand la 100 Mbps, FDDI a fost proiectat initial pentru transmisii pe fibra optica. O retea FDDI neintrerupta se poate intinde pana la 100 km cu noduri pana la 2 km distanta la fibrele multimod si 10 km la fibrele monomod. Oricum exista si un standard pe cupru, desi este restrictionat la distante de doar 100 m.

Punctul tare al FDDI este inalta sa fiabilitate, rezultat al topologiei in inel cu dublu sens ilustrata in figura I.27. O statie dublu atasata conecteaza cele doua cai, astfel: prin portul A - calea primara, iar prin portul B – calea secundara. Portul A poate de asemenea sa aiba un numar de M porturi prin care se ataseaza la statii singulare cum ar fi un computer.

Informatia circula in jurul inelului FDDI cu ajutorul unui jeton generat de statia principala. Jetonul se misca in cadrul inelului pana cand se cere acces la retea. Cand o statie vrea sa transmita informatii, ea preia controlul jetonului, transmite cadrele FDDI, dupa care elibereaza jetonul si semnalizeaza ca si-a terminat transmisia. Fiecare cadru FDDI contine adresa statiei sau statiilor care trebuie sa receptioneze acest cadru. Daca adresa nodului si adresa cadrului FDDI se potrivesc, statia extrage datele din cadru si apoi il retransmite la urmatorul nod din inel. Cand cadrul se intoarce la statia de origine, aceasta il dezintegreaza si reteaua ramane tacuta pana cand un alt nod captureaza jetonul.

Fig. I.27. Topologie inel dublu

A doua generatie, FDDI-2, inca nepusa la punct sub toate aspectele, suporta transmisia de voce si informatie video la fel ca si datele. Ea foloseste o configuratie de circuit comutat in care o cale fizica este obtinuta si dedicata unei singure conexiuni intre doua extremitati din retea, pe durata conexiunii. In plus, o alta varianta de FDDI, numita „FDDI full duplex technology” (FFDT) foloseste aceeasi infrastructura de retea dar poate dubla debitul de date. Daca al doilea inel nu este necesar pentru backup, el poate de asemenea sa transporte date, extinzand capacitatea retelei la 200 Mbps. Se lucreaza pentru a conecta retelele FDDI la retelele in plina dezvoltare SONET/SDH.

4. Fibre Channel (canal de fibra)

Canalul de fibra este un protocol de comunicatie intre sisteme de calcul, destinat sa indeplineasca cerintele unui transfer de informatie de inalta performanta. Scopurile canalului de fibra includ:

- dezvoltarea unor mijloace practice, ieftine, dar expandabile de transfer rapid de date intre statii de lucru, mainframe-uri, supercomputere, dispozitive de stocare, sisteme de afisaj si alte periferice;

mai multor protocoale de retea ruleaza pe aceeasi interfata fizica;

latime mare de banda (peste 100 Mbps);

topologii flexibile;

conectivitate pe cativa kilometri;

suport pentru mai multe debite binare, tipuri de mediu si conectori.

Exista doua tipuri de baza de comunicatii de date intre procesoare si intre procesoare si periferice: canale si retele.

Un canal este un mecanism inchis, direct, structurat si predictibil pentru transmiterea datelor intre relativ putine entitati. El ofera o conexiune punct-la-punct directa sau comutata intre dispozitivele care comunica. Odata ce un canal a fost stabilit, este nevoie doar de mici decizii de luat, astfel determinand un mediu intensiv hardware ce va putea transporta datele cu viteze mari. Canalele sunt folosite de obicei pentru a conecta dispozitive periferice, cum ar fi discurile pentru stocare (de orice natura), imprimante, dispozitive de stocare cu banda magnetica, etc la o statie de lucru. Protocoalele pentru canal cele mai cunoscute sunt SCSI (Small Computer System Interface) si HIPPI (High Performance Parallel Interface).

Prin contrast, retelele sunt insumari de noduri distribuite (statii de lucru, servere de fisiere sau periferice) cu un protocol propriu ce suporta interactiunea dintre aceste noduri. Ele sunt nestructurate si nepredictibile. Retelele sunt capabile sa se ajusteze automat la modificarile mediului de transmisie si pot suporta un mare numar de noduri conectate. Acesti factori solicita un mare numar de decizii ce se iau in scopul dirijarii cu succes a datelor de la un punct la altul. Retelele sunt software-intensive si deci luarea deciziilor le face mai incete decat canalele. Exemple de retele obisnuite ar fi: Ethernet, Token Ring, Fiber Distributed Data Interface.

Desi este numita Canal de fibra (Fibre Channel), arhitectura sa nu reprezinta niciun canal, nicio topologie de retea. Permite o schema activa de interconexiune inteligenta, numita Fabric (Tesatura) pentru a lega dispozitive. Tot ceea ce trebuie sa faca un port de Canal de fibra este sa dirijeze o conexiune simpla punt-la-punct intre el si Tesatura. In general, Canalul de fibra incearca sa combine ce este mai bun din cele doua metode de comunicatie intr-o noua interfata I/O care intruneste cerintele utilizatorilor variantei cu canal si ale celei cu retele.

Canalul de fibra este cea mai usoara si mai fiabila solutie pentru stocarea informatiei si recuperarea datelor.

S-a ajuns la viteze suportate de 4 Gbps si se pastreaza compatibilitatea cu sistemele mai vechi, la 2 sau 1 Gbps. Din punct de vedere al limitarilor, datele sunt livrate pe cat de repede poate sa le receptioneze buffer-ul destinatie.

Comparat cu SCSI traditional, beneficiile introducerii setului de comenzi SCSI in Canalul de fibra sunt legate de:

- viteze mai mari;

- mai multe dispozitive pot fi conectate impreuna;

- distante mai mari sunt permise intre dispozitive.

La momentul actual, SCSI si IP sunt intr-o foarte mare masura singurele folosite pe Canalul de fibra, facandu-l atractiv pentru aplicatii ca multimedia, imagini pentru medicina si vizualizare stiintifica.

Topologii ale Canalului de fibra

Canalul de fibra defineste 3 topologii, numite Punct-la-Punct, Bucla arbitrata si Tesatura. Fiecare dintre acestea sunt descrise mai jos.

Punct-la-Punct

Topologia punct-la-punct este cea mai simpla din cele trei. Ea consta din doua si numai doua dispozitive ale Canalului de fibra conectate impreuna in mod direct (figura I.28). Emisia unui dispozitiv merge la receptia celuilalt dispozitiv si viceversa. Nu exista nicio partajare de mediu ceea ce permite dispozitivelor sa beneficieze de toata latimea de banda a legaturii. Este necesara o simpla initializare a legaturii din partea celor doua dispozitive inaintea inceperii comunicatiei.

Fig. I.28. Canal de fibra – punct la punct

Bucla arbitrata

Bucla arbitrata a devenit topologia cea mai dominanta de Canal de fibra, dar este de asemenea cea mai complexa. Este un mod eficient de a conecta pana la 127 de porturi intr-o singura retea fara a fi nevoie de un comutator. Spre deosebire de celelalte doua topologii, mediul fizic este partajat intre dispozitive, limitand accesul fiecarui dispozitiv (figura I.29).

Fig. I.29. Canal de fibra – bucla arbitrara

Bucla arbitrata nu este o schema cu jeton calator. Cand un dispozitiv este gata sa transmita date, el trebuie mai intai sa arbitreze si sa castige controlul Buclei. El face acest lucru transmitand un semnal, numit Arbitrate Primitive Signal (ARBx – semnal primitiv de arbitraj), unde „x” este adresa fizica a buclei arbitrate (Arbitrated Loop Physical Address - ALPA), proprie dispozitivului. Odata ce un dispozitiv receptioneaza propriul ARBx, inseamna ca el a obtinut controlul Buclei si acum poate comunica cu alte dispozitive prin transmiterea unui semnal Open Primitive Signal (OPN – Semnal primitiv de deschidere). Dupa transmiterea si acestui semnal, va exista o comunicare punct-la-punct intre cele doua dispozitive. Toate celelalte dispozitive intermediare doar repeta datele.

Daca mai mult de un dispozitiv din Bucla arbitreaza in acelasi timp, se compara valorile „x” ale semnalelor ARB. Cand un dispozitiv de arbitraj receptioneaza ARBx-ul altui dispozitiv, ARBx-ul cu ALPA mai mic este trecut mai departe, in timp ce ARBx-ul cu ALPA mai mare este blocat. Astfel, dispozitivul cu ARBx cu valoare mai mica va castiga controlul Buclei. Dupa ce acest dispozitiv elibereaza controlul Buclei, celalalt dispozitiv va incerca din nou.

Spre deosebire de schemele cu jeton calator, nu exista nicio limita pentru cat de mult poate retine un dispozitiv controlul Buclei. Acest lucru demonstreaza aspectul de „canal” al Canalului de fibra. Exista totusi un algoritm de acces corect, care nu permite unui dispozitiv sa arbitreze din nou pana cand toate celelalte dispozitive au avut sansa sa arbitreze. Dar acest algoritm de acces corect este optional.

Fabric (Tesatura)

Topologia Fabric este folosita pentru a conecta multe dispozitive (2²⁴) intr-o configuratie comutata. Beneficiul acestei topologii este ca mai multe dispozitive pot sa comunice in acelasi timp; mediul nu este partajat. Bineinteles este necesar un comutator (figura I.30).

Fig. I.30. Canal de fibra – Fabric (Tesatura)

Alte functii ale topologiei Fabric sunt server multicast (la mai multe dispozitive), server broadcast (la toate dispozitivele), server pentru nume (alias server), facilitare pentru calitatea serviciului (quality of service) si server de directoare. Unele topologii Fabric au porturi speciale ce permit buclelor arbitrate sa fie conectate la Fabric.

In ciuda numelui, Canalul de fibra poate rula pe suport de cupru sau fibra. Viteze pana la 100 Mbps se pot sustine atat pe cupru cat si pe fibra; 200 Mbps si 400 Mbps necesita mediul de fibra. Pentru cupru cel mai folosit este cablul STP (shielded twisted pair).

5. RETEA DIGITALA CU INTEGRAREA SERVICIILOR

(Integrated Services Digital Network - ISDN)

ISDN a fost gandit sa inlocuiasca sistemul telefonic standard si sa ofere un numar mare de servicii clientilor, cum ar fi: audio digital, servicii de informatii interactive, fax, e-mail, video digital. ISDN foloseste modul de transfer asincron care poate manipula transmisia de date in scheme orientate pe conexiune. Ca si in liniile telefonice obisnuite, utilizatorul trebuie sa plateasca o taxa pentru folosirea liniei. Accesul de baza ISDN sau BRI ofera doua canale de date de 64 kbps fiecare si un canal de 16 kbps pentru semnalizari si control. Debitul de date combinat de 128 kbps ofera posibilitati pentru videoconferinte. Mai multe conexiuni ISDN-B cresc mai mult debitul de date si calitatea transmisiei. Debitul primar ISDN (PRI) ofera 30 de canale cu 64 kbps fiecare, rezultand un total de 1920 kbps. Ca si la BRI, fiecare canal poate fi conectat la o destinatie diferita sau pot fi combinate pentru a rezulta o latime de banda mai mare. Aceste canale cunoscute ca „purtatoare” („Bearer”) sau canale B, dau ISDN-ului o foarte buna flexibilitate.

Versiunea originala de ISDN foloseste transmisia in banda de baza. O alta versiune numita B-ISDN foloseste transmisie de banda larga, foloseste modul de transfer asincron (ATM) si poate suporta debite de transmisie de 1,5 Mbps, necesitand cabluri de fibra optica.

6. REtEAUA OPTICa SINCRONa (Synchronous Optical Network - SONET)

SONET este un standard al ANSI (American National Standards Institute) pentru transmisii de date sincrone pe medii optice. Echivalentul european al SONET-ului este ierarhia digitala sincrona (synchronous digital hierarchy - SDH). SONET ofera standarde pentru debite de linie de pana la 39,808 Gbps. SONET este considerat a fi fundatia pentru nivelul fizic al B-ISDN. Modul de transfer asincron functioneaza ca un nivel deasupra SONET-ului, ca si deasupra altor tehnologii.

Reteaua defineste nivele de purtatoare optice si echivalentele lor electrice, numite semnale de transport sincron (STS) pentru transmisia pe fibra optica. Primul pas consta in generarea nivelului cel mai de jos sau semnalul de baza, numit STS-1, iar acestea se multiplexeaza pentru a forma urmatorul nivel. Purtatoarea optica pentru STS-1 este numita OC-1 si se transmite la 51,480 Mbps. Alte nivele opereaza de la 155 Mbps la 40 Gbps. Elementele de baza ale unei astfel de retele sunt:

multiplexor terminal (PTE);

regenerator (necesar transmisiilor pe distante lungi);

multiplexor add-drop (ADM) – se foloseste in configuratii punct-la-multipunct;

comutator digital de traversare de banda larga;

Aceste elemente pot fi folosite in configuratii punct-la-punct, punct-la-multipunct (hub), retea inel. Figura I.31 ilustreaza o configuratie de retea de tip hub.

SONET-ul ofera o serie de avantaje fata de sistemele asincrone. Tehnica sa de multiplexare permite o tactare sincrona simplificata. Configuratia de tip hub adauga o buna flexibilitate sistemului, permitand convergenta unor protocoale de retea, ATM, IP.

Fig. I:31. Retea SONET de tip hub