Giao diện Dữ liệu Phân bố theo Cáp sợi quang ppsx

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 jiwer 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 (SAS-Single awached stations), các trạm gán kép (DAS -
Dual awached 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.