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1、F D Dl 网络的抗毁性研究李宏涛摘要美国海军正利用商用光圩分布式数据接口( F D I ) I ) 局域网( L A N ) 标准作为抗毁睦自适应光纤嵌入式网络( S A F E N E T ) 联网标准的使用基础原来支持的一种结构仅使用具有数据通路跳跃( h o p ) 能力的一种相对传送干线环在最新的S A F E N E T 标准草案中，不需要特殊配置基于集中器的F D D I 树形网络对不同的抗毁性能力开辟了新配置的可能性本文对干线环、双归位( d u a lh o m i n g ) 和迂回通路配置方面的抗毁性问题进行了讨论，此外，还介绍了使用具有动态网络层协议的多独立网络( 例
2、如F D D I网络) 的方法一、引言美国海军目前正最后选择协议标准的一种标准文档( p r o f i l e ) 供战术系统中的L A N 使用。抗毁性自适应光纤嵌入式网络( S A F E N E T ) 文档( p r o f i l e ) 规定了用于0 S I 模型物理层与数据链路层的F D D I 标准。规定了无连接网络、端系统到中间系统和中间系统到中问系统的协议用于网络层。规定了这些协议可提供便于战术系统设计的必需工具与能力。对S A F E N E T 的主要要求是在战术平台遭受战斗损害以后能保证数据通路的高可用性和高顽存性。在S A F E N E T 的1 9 9 1 年
3、1 月草案中对所有系统都要求单个拓扑结构能实现战术平台所需的抗毁性目标并可保证互连站的互用性。所规定的拓扑结构仅允许一种干线环结构井要求在该网络的所有工作站上都使用保持法( h o l dp o l i c y ) 。使用该保持法要求对物理层以上的协议栈进行许多修改，因该协议栈会阻碍在任何S A F E N E T 网络中使用商用现成设备。S A F E N E T 的较早版本可先于绕接方法( 一起绕接主环和次环来隔离故障) 来提供跳变方法( 从主环转移到次环) 。该跳变方法忧于绕接方法，但万一网络不能跳变时，该网络也可以将绕接方法用于恢复。1 9 9 1 年1 月S A F E N E T
4、委员会启动了一项重要计划来评估和改进其S A F E N E T 文档。这项计划的结果是出现了一种S A F E N E T 新版本，该新版S A F E N E T 在使用F D D I 方面有重大的变化。清除了对保持法使用的要求( 但不阻止其使用) 除去了对物理层以上协议的修改。并具体地论述了集中器和多子网且所提供的极小限制也可增大系统互用性的可能性。s A F E N E T 方法的改变已为商用产品满足战术平台需要提供了方便对S A F E N E T 的所有要求都被引入到其标准中。交给系统设计者的任务是确定可给其特殊系统提供必需抗毁性能力的网络类型。二、F D D I 的使用F D D
5、 I 主要提供满足战术系统抗毁性所必需的重新配置能力。F D D I 的这一讨论可提供有关满足其抗毁性需要的互连方法。1 环互连在美国国家标准学会( V N S I ) 站管理( s M T ) 规范的6 2 版本之前，用于站互连的唯一方法是通过对干线环进行直接双重互连来实现。通过使用两个相对传送环和先进的重新配置方法来将环连接在一起，F D D I 与其它标准( 例如I E E E8 0 2 5 ) 比较起来更能改进可用性。另外。为了提高整个阿络的可用性，作为一个特点还增加了一种保持法( h o l dp o l i c y ) ，以使其双环在问题出现之前能够独立工作。当使用一种F D D
6、I 干线环( 带或不带其保持法) 时，其整个抗毁性随环上工作站数量的增加而显著降低。因为令牌必须在工作站之闻传送，所以环中多处断路会导致工作站的隔离。两站之间任意两链接对上的故障都会导致分割或隔离参考文献 1 中提供了有关干线环重新配置方面的整个详细情况在战术平台上，互连站的隔离会造成严重问题。2 集中器当S A F E N E T 委员会开始分析研究用于海军的S A F E N E T 文档( p r o f i l e ) 时集中器并不是F D D I 规范的一部分。然而，随着F D D I 站管理规范的6 2 版本和其后的7 0 版本的发布，集中器的工作和功能可提供新的互连方法，这种新方
7、法可增大冗余潜力而无需对遵循F D D I 标准的产品进行改进。集中器便于单连接设备接到网络的令牌通路上，而仍保持F D D I 重新配置所必需的基本“链接对”概念。集中器不需起简单的非现用中枢作用，相反地它们可能具有内装的完备管理能力而相当于网络上的现用设备。( 1 ) 与集中器的互连为了克服甚至在F D D I 双环结构情况下令牌环中所固有的隔离问题，工作站必须从其干线环中除去，以防止正常的用户交互作用直接影响网格重新配置。在正常的用户交互作用期间，工作站可能是循环驱动的或可能产生不可恢复的错误使环重新配置。当用户中断干线环上的一条链路或使干线环上的一台设备停止运行时，该中断两边的工作站能
8、主动地实现重新配置来旁路其故障。当用户中断到集中器的一条链路或使一台设备停止运行时，则其令牌通路被中断，直到集中器可以重新配置时为止这种重新配置涉及电子学方法上停用工作站被接到其上的端口并为其环再生令牌。除了令牌通路被中断时数据可能会损失以外，该网络上的其它工作站都不会受到该重新配置的直接影响。另外，如果干线环上不止一个工作站被断路或一条链路被损害那么该环将形成若干分段。因为集中器用电子学方法可旁路其工作站，所以对接到其集中器上的用户工作站来说可排除这一问题。( 2 ) 简单树形网络采用其展简单形式的集中器可将单连接站( S A S ) 接到其令牌通路上。集中器也可接到其它集中器上，以在一个树
9、形网络中形成更多的分支。将树形网络连接到其干线环上的集中器必须是双连接的。( 3 ) 集中器的双归位( D u alH o m in 曲接到干线环上的集中器必须有两个端口。每个端口接到部分干线环上。当一集中器或工作站接入其树形网络中时，它也可以使用接到树形网络中的其它集中器上的两个端口来连接。这被称之为“双归位”。当一个设各被双归位时它仅将一种连接( 通常是B 端口) 用于数据传送而抑制另一种连接。只有当第一种连接不可用时才使用第二种连接。F D D I 站管理( S M T ) 规范能给使A 端口可吐用作备用链路而使B 端口可以是合适连接的工作一5 9 0提供若干规则。S A F E N E
10、 T 可将集中器看做是需要加以双连接的工作站。另外，为了保证其网络是可管理的，S A F E N E T 系统所用的所有集中器，还都必须至少包含一个媒体访问控制( M A C )实体。( 4 ) 迂回通路在研制抗毁性系统的过程中通用电气公司的工程师们提出了一种富有革新精神的方法，该方法使用若干集中器来建立一种能满足战术系统需要的可靠系统。其拓扑结构使用和双归位一样的机能，以使一集中器的A 和B 端口接到单集中器的M 端口。这类配置的主要优点是可以满足关键系统的抗毁性需要。而不需对任何协议标准进行修改这种方法利用F D D I 的若干规则，使双归位有可能在各集中器之间提供迂回通路万一接到B 端口
11、上的一条现用链路对遭受损害，则在改正到B 端口的该连接之前站管理协议会自动地将其数据通路转换到其A 端口当使用这一种拓扑结构时，连接同样两个集中器的一对链路对上的两个故障将会引起网络分割3 旁路开关的使用S A F E N E T 对于接到其干线环上的所有工作站都要求光旁路。另外，光旁路也可以用于树形结构。该光旁路使用反射镜或使用加电源时可移动的可动光纤。它们通常被配置成当不加电源时光信号可通过其开关并旁路其工作站。当加电源时，该开关的机械部分运动能使光被传送到其工作站当使用光旁路时，干线环工作站可以被断路，而其余工作站仍可班构成一个实际环。对抗毁性工作来说网络要求对所有的集中器进行加电。在每
12、个集中器附加光旁路的情况下，当一个集中器遭受损害时可增强这种方法来提供容错能力。这要求两个2 2 旁路开关被设置在其集中器的每一边，且其集中器必须提供电源来控制其开关。( 1 ) 光功率电平光旁路不采用任何方式来放大光信号，因此它会带来显著的损失而阻止对许多串联设备的旁路。对于战术系统来说，要旁路的工作站数量必须足以大到可以酌情处理被局限于小范围的系统损害。为此S A F E N E T 计算出，F D D I 网络的功率电平必须足以可以旁路至少四个工作站。为了通过四个相继旁路工作站，这要求在发射机增大光功率电平，在接收机增大灵敏度。这些要求都是S A F E N E T 同F D D I 标
13、准的昂主要差别( 2 ) 中继器显然在F D D I 中光放大器被禁止使用。研制F D D I 的目的之一是加入一种机能来查出任何问题，并便于操作人员精确定位出问题的确切工作站或准确位置。使用模拟光放大器会除去这一能力。对于战术环境来说，当旁路多个工作站时，使用可以增强光信号的设备必须有助于克服光旁路中的功率损失。S A F E N E T 规定了一种称为中继器的设备，它必需包含F D D I 工作站的重要部分而无需M A C 或M A C 以上层的任务协议。这一设备包含有一个本机振荡器并满足F D D I 物理层协议( P I P ) 规范的要求该中继器不必利用其中继滤波器( r e p e
14、 a tf i l t e r ) 的功能性这种设各可免除与用户有关的问题并包含有修复信号所需的最少硬件而不违反F D D I 的使用。这一设备会增加令牌通路的总延迟，但从网络可靠性增加来看，这一延迟的增加被认为是可接受的。此外，S A F E N E T 也规定中继器必须通过旁路接到其网络上，以便万一该中继器功率损失一5 9 】一也不会中断其令牌通路。在S A F E N E T 委员会内也正在讨论如何使这些网络部件的技术规范更完善的问题。4 用户站的互莲S A F E N E T 中所允许的网络拓扑结构多少有点局限于前几节中所述的网络拓扑结构。用户到耐络的连接可以用一套简单的方法来描述当与
15、F D D I 的拓扑结构相结合时，该用户连接可提供一种能满足商用系统与战术系统需要的可靠弼络。( 1 ) 单连接站单连接站( S A S ) 仅连接到其网络的树形结构上将这种设备接到网络上所用的端口通常称之为从属( s ) 端口。一个从属( s ) 端口仅可以接到一个集中器的主m ) 端口上。单连接站能以最低的成本给用户提供网络连接，但其抗毁性也最低。( 2 ) 双连接站双连接站( D A S ) 可以接到其干线环上或若干集中器上。该站由称之为A 和B 的两个端口所组成。当双连接到其干线环上时，这种设备必须主动参八其主干线环的重新配置仅由于该站受到损害或电源使其站周期性工作时这一站上的用户在
16、正常工作期间才可能中断其环。( 3 ) 双归位正如在拓扑结构中所描述的，双归位能使一种设备接到集中器式树形网络中的M 端口上。比起单连接站的可用性来说，采用双归位的工作站可进一步提高可用性，也可从干线环的有效重新配置中除去其用户。这种双归位工作站可给用户与网络提供蹑大的可用性并提高顽存性。( 4 ) 集中器工作站一种可能性是应用将一个集中器引入一个终端站的集中器工作站。另一方面通过将其应用和S A F E N E T 协议栈置于该集中器中也可以将其集中器用作个工作站。这迂回通路拓扑结构中特别有用，因为它可减少网络的空问要求，也可减少系统中的部件总数。( 5 ) 组合技术S A F E N E T 网络提供的抗毁性高低由系统设计者来确定S A F E N E T 可提供足以满足组台的拓扑结构和用户连接需要的灵活性，以形成各种各样的系统。将一个工作站和或集中器组合成为一个设各可能会提高网络部件的费用。在网络可用性降低的情况下，这可以通过将商用集中器中的附加M 端口用于站连接，而使其迂回通路拓扑
