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.