Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp sợi quang ppsx

Nó được thiết kế để cung cấp kết nối đa mục tiêu, băng thông cao giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi, bao gồm cả liên kết các mạng LAN Hình 1 và các mạng khác trong phạm vi một to

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp sợi quang

12:00, 02/10/2003

Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp sợi quang

(FDDI) là một mạng tốc độ cao, sử dụng công

nghệ token-ring (vòng thẻ bài) ngược chiều để

khắc phục các hỏng hóc Ban đầu khái niệm này được áp dụng trên cáp sợi quang đa môt, tiêu chuẩn này đã được phát triển để bao trùm

cả cáp quang đơn mốt, cáp đồng đôi dây xoắn bọc kim và thậm chí cả dây đồng không bọc kim Nó được thiết kế để cung cấp kết nối đa mục tiêu, băng thông cao giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi, bao gồm cả liên kết các mạng LAN (Hình 1) và các mạng khác trong phạm vi một toà cao ốc hoặc trong môi trường học viện

Hình 1 FDDI có thể mang các khung Ethernet vàToken-Ring làm các khung dữ liệu, cung cấp một mạng xương sống đa giao thức

Hoạt động của FDDI

Một giao thức chuyển thẻ bài (token-passing) định thời được sử dụng

để chuyển các khung có kích thước lên tới 4500 byte, hỗ trợ tối đa tới

1000 kết nối trên một đường cáp sợi quang đa mốt dài nhất là 200 km (124 dặm)

Mỗi trạm trên dọc đường truyền đều đóng vai trò một phương tiện

để bám sát và nhận dạng các thiết bị trên mạng, tái tạo và lặp lại các khung được chuyển tới nó Không giống như các loại mạng LAN khác, FDDI cho phép cả các thiết bị không đồng bộ (không nhạy cảm với thời gian) và các thiết bị đồng bộ (nhạy cảm với thời gian) cùng dùng chung mạng Các dịch vụ đồng bộ (chẳng hạn như thoại và video ) không chấp nhận các độ trễ và phải được bảo đảm một băng thông cố định và một khe thời gian quy định Lưu lượng đồng bộ do vậy được ưu tiên hơn so với lưu lượng không đồng bộ, là loại lưu lượng có thể bị trễ mà vẫn không bị suy giảm chất lượng FDDI chú trọng đến độ tin cậy và kiến trúc của nó bao gồm những khả năng quản lý, kể cả việc phát hiện sự cố tự động và tái cấu hình mạng

Mọi sự thay đổi trạng thái mạng, chẳng hạn tăng công suất hoặc bổ sung thêm các trạm mới, đều dẫn đến một quá trình ‘yêu cầu’, trong

đó tất cả các trạm trên mạng đều đòi hỏi quyền khởi tạo mạng Mỗi trạm đều chỉ thị khoảng bao nhiêu lâu phải xem xét thẻ bài có hỗ trợ dịch vụ đồng bộ của nó không Yêu cầu thấp nhất tiêu biểu cho trạm

là phải xem xét thẻ bài thường xuyên Yêu cầu đó được lưu trữ như Thời gian Quay Thẻ bài Mục tiêu (TTRT - Target Token Rotation Time) Mỗi trạm đều được đảm bảo để xem xét thẻ bài trong khoảng

2 x TTRT giây của sự xuất hiện cuối cùng của nó

Quá trình này đươc hoàn tất khi một trạm thu được thẻ bài yêu cầu riêng của nó Trạm chiến thắng sẽ công bố thẻ bài không bị chặn đầu tiên, đồng thời khởi tạo mạng theo vòng quay đầu tiên Theo vòng quay thứ hai, các thiết bị đồng bộ có thể bắt đầu truyền dẫn Trên vòng quay thứ ba và các vòng quay tiếp sau, các thiết bị không đồng

bộ có thể truyền dẫn nếu có đủ băng thông Các sai lỗi được sửa tự động qua một quá trình báo hiệu - và - khôi phục

(beacon-and-recovery process) trong đó từng trạm riêng lẻ sẽ tìm cách hiệu chỉnh tình thế

Kiến trúc của FDDI

Các quá trình trên dược xác định trong một bộ các tiêu chuẩn do Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) phê chuẩn Các tiêu chuẩn này định ra bốn vùng chức năng của kiến trúc FDDI (Hình 2)

Phụ thuộc môi trường vật lý (PMD)

Các dữ liệu được truyền giữa các trạm sau khi biến đổi các bít dữ liệu thành một dãy các xung quang Sau đó các xung này được truyền qua dây cáp nối giữa các trạm khác nhau Lớp con PMD này mô tả các máy thu phát quang, đặc biệt là các mức công suất và độ nhạy quang tối thiểu trên tuyến kết nối dữ liệu quang Lớp này cũng xác định các đầu nối và các đặc trưng môi trường cho truyền thông điểm

- nối - điểm giữa các trạm trên mạng FDDI Lớp con PMD là một tập con của Lớp Vật lý thuộc Mô hình tham chiếu OSI, xác định tất cả các dịch vụ cần có để phát đi luồng bít từ trạm này tới trạm khác Nó cũng quy định các yêu cầu đi dây cho hệ thống cáp phù hợp với FDDI, kể cả jitter và những biến đổi trong suy hao của hệ thống cáp

Hình 2 Các lớp FDDI và mối quan hệ với Mô hình tham chiếu OSI 7

Lớp Vật lý

Giao thức Lớp Vật lý (PHY) xác định rõ những phần không phụ thuộc môi trường của Lớp Vật lý, mô tả sự mã hoá/giải mã dữ liệu, thiết lập xung nhịp đồng bộ, xác định chuỗi thiết lập chuỗi quan hệ (handshaking) được sử dụng giữa các trạm kế cận nhau để kiểm tra tính nguyên vẹn của tuyến Nó cũng cung cấp sự đồng bộ của các xung nhịp bit mã đến và đi cũng như vạch ra các biên giới octet cần thiết cho việc truyền dẫn thông tin từ và tới các lớp cao hơn Các quá trình này cho phép trạm thu đồng bộ xung nhịp của mình với trạm phát

Lớp Điều khiển Truy nhập Môi trường

Lớp Kết nối Dữ liệu của FDDI được phân chia thành hai lớp con Lớp con Điều khiển Truy nhập Môi trường (MAC - Media Acess Control) chi phối việc truy nhập môi trường Nó mô tả định dạng khung, thông dịch nội dung khung , tạo ra và lặp lại các khung, phát và thu các thẻ bài điều khiển các bộ định thời, giám sát vòng thẻ bài và phối ghép với quản lý trạm

Lớp con Điều khiển Kết nối Logic (LLC - Logical Link Control) không nằm trong tiêu chuẩn FDDI nhưng nó rất cần cho hoạt động vòng được chính xác và là một phần của tiêu chuẩn IEEE 802.2 Theo mô hình IEEE thì MAC của FDDI hoàn toàn tương thích với tiêu chuẩn LLC của IEEE 802-2 Những ứng dụng mà hiện nay đang ghép nối được với LLC và đang hoạt động trên các mạng LAN hiện hành, như IEEE 802.3 CSMA/CD hoặc 802-5 Token-Ring, đều có thể hoạt động trên các mạng FDDI

Giống như MAC Token-Ring định nghĩa theo 802.5, MAC FDDI cũng

có hai loại đơn vị dữ liệu giao thức là khung và thẻ bài Các khung được sử dụng để vận chuyển dữ liệu (chẳng hạn như các khung LLC), trong khi các thẻ bài được sử dụng để điều khiển trạm truy nhập vào mạng Tại lớp MAC, dữ liệu được truyền theo các khối 4 bit gọi là các ký hiệu 4B/5B Sự mã hoá ký tự theo kiểu 4 bít dữ liệu được biến đổi sang một mô hình 5 bít; như vậy tốc độ FDDI 100 Mbit/s cung cấp 125 triệu tín hiệu một giây Kiểu báo hiệu này được dùng

để duy trì đồng bộ tín hiệu trên cáp sợi quang Hai ký tự mang một octet dữ liệu duy nhất

Quản lý trạm

Tiện ích Quản lý trạm (STM) cung cấp các dịch vụ quản lý hệ thống cho bộ giao thức FDDI, chi tiết hoá các yêu cầu điều khiển cho hoạt động và khả năng tương tác chính xác của các trạm trên vòng FDDI

Nó phối hợp hoạt động với các lớp PMD, PHY và MAC Tiện ích SMT được sử dụng để quản lý các kết nối, các cấu hình và các giao diện Nó xác định rõ những dịch vụ như khởi tạo vòng va trạm, cô lập và phục hồi sự cố, sửa sai STM cũng được sử dụng để thu thập các số liệu thống kê, quản lý địa chỉ và phân đoạn cho vòng FDDI

Cấu hình tô pô của FDDI

FDDI là một mạng vòng chuyển thẻ bài Giống như mọi vòng khác,

nó bao gồm một tập hợp các trạm được kết nối với nhau theo các tuyến điểm-nối-điểm để hình thành một vòng khép kín Mỗi trạm thu các tín hiệu trên phía đầu vào của nó và tái tạo chúng để truyền trên phía đầu ra

Về mặt lý thuyết, có thể gán vào mạng bao nhiêu trạm cũng được, tuy nhiên các giá trị mặc định trong tiêu chuẩn FDDI giả thiết không nhiều hơn 1000 trạm được gán và một đường truyền là 200km

FDDI sử dụng hai vòng ngược chiều nhau, một vòng sơ cấp và một vòng thứ cấp Lưu lượng số liệu thường đi theo vòng sơ cấp Vòng thứ cấp hoạt động theo hướng ngược và có khả năng khắc phục sự

cố Nếu được cấu hình hợp lý, các trạm có thể phát đồng thời trên cả hai vòng, do vậy băng thông của mạng tăng gấp đôi

Hình 3 Cấu trúc topo vòng kép của FDDI với ba kiểu thiết bị liên kết

Có ba cấp trang thiết bị được sử dụng trong môi trường FDDI: các trạm gán đơn (SASSingle attached stations), các trạm gán kép (DAS -Dual attached stations) và các bộ tập trung (CON- Concentrator)

DAS kết nối vật lý với cả hai vòng, trong khi SAS chỉ kết nối với vòng

sơ cấp qua một bộ tập trung Trong trường hợp hỏng một tuyến nối,

kỹ thuật mạch bên trong của DAS có thể khôi phục hoạt động mạng bằng cách kết hợp sử dụng cả hai vòng sơ cấp và thứ cấp Nếu một

sự cố xảy ra giữa một bộ kết nối và một SAS thì SAS này bắt đầu bị

cô lập khỏi mạng

Ba kiểu trang thiết bị này có thể được bố trí theo một trong ba cấu trúc topo: vòng kép, hình cây và vòng kép của các cây (Hình 3) Theo cấu trúc topo vòng kép, các DAS tạo nên một vòng vật lý; trong

trường hợp này tất cả các trạm đều được gắn kép Theo cấu trúc tôpô hình cây, các SAS đầu xa được kết nối tới một bộ tập trung, bộ tập

trung này lại được nối tới một bộ tập trung khác trên vòng chính.

Bất kỳ DAS nào kết nối tới một bộ tập trung đều đóng vai trò một SAS Các bộ tập trung có thể được sử dụng để tạo ra một hệ phân cấp mạng gọi là một vòng kép của các cây Cấu trúc topo này cung cấp một thiết kế hệ thống linh hoạt, có phân cấp, rất hiệu quả kinh tế Các thiết bị đòi hỏi các mức truyền thông có độ tin cậy cao đều được gắn vào vòng chính Như vậy, các thiết bị SAS có thể truyền thông với vòng chính mà không cần tăng thêm chi phí trang bị thêm cho chúng một giao diện vòng kép hoặc một khả năng chạy suốt cả vòng kín, trong đó đòi hỏi phải bảo đảm độ tin cậy của vòng trong trường hợp

hư hỏng trạm

Khắc phục hư hỏng

FDDI cung cấp một chuyển mạch rẽ nhánh tuỳ chọn tại mỗi nút để khắc phục hư hỏng ở bất cứ chỗ nào trên nút Trong trường hợp hỏng một nút thì sẽ bỏ qua nút này về mặt quang và tách nó ra khỏi mạng

Có thể bỏ qua tối đa ba nút liên tiếp; công suất quang vẫn đủ để hỗ trợ các phần hoạt động khác của mạng

Hình 4 Khả năng tự sửa của cấu trúc topo vòng kép

Trường hợp bị đứt cáp, cấu trúc topo vòng kép ngược chiều nhau

này của FDDI cho phép sử dụng cáp dự phòng để xử lý lưu lượng 100Mbit/s tiêu chuẩn Nếu cả hai đường cáp sơ cấp và thứ cấp đều hỏng thì các trạm lân cận của chỗ bị hỏng sẽ tự động vòng trở lại và chuyển dữ liệu giữa hai vòng nói trên, do vậy tạo nên một vòng hình chữ C mới trong các phần còn đang hoạt động của hai vòng ban đầu (Hình 4) Khi sự cố đã được khắc phục, mạng sẽ tự tái cấu hình trở lại như cũ

Các bộ tập trung của FDDI thường cung cấp hai bus tương ứng với hai vòng đường trục của FDDI Khả năng tự khắc phục hư hỏng cũng được cung cấp cho các trạm kết nối tới vòng qua một bộ tập trung, bởi vì bộ tập trung cung cấp chức năng đấu vòng cho các trạm được gắn

Tóm tắt

Một phương án mở rộng của FDDI, gọi là FDDI-2, sử dụng từng phần băng thông 100Mbit/s để vận chuyển thoại và video, giống hệt như công nghệ chuyển mạch tế bào của Phương thức truyền dẫn không đồng bộ (ATM) Tuy nhiên, trong khi FDDI bị giới hạn về mặt

cự ly thì ATM là một công nghệ nối mạng mà băng thông có khả năng mở rộng cao nên nó bao trùm cả hai môi trường LAN và WAN Điều này chứng tỏ rằng, cuối cùng ATM sẽ chi phối toàn bộ các mạng doanh nghiệp, đặc biệt là để vận hành các ứng dụng đa phương tiện