光纖分散式數據介面

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光纖分散式數據介面(Fiber Distributed Data Interface,FDDI)

目錄

什麼是光纖分散式數據介面[1]

  光纖分散式數據介面是由由美國國家標準化組織(ANSI)制定的在光纜上發送數字信號的一組協議。它規定了傳輸速率為100Mbit/s、採用令牌傳遞方式和使用光纖作為傳輸介質的雙環LAN。FDDI規範說明中定義了物理層和數據鏈路層的介質訪問部分,按照OSI參考模型的分層要求,它與IEEE802.3和IEEE802.5非常相似。

FDDI技術特點

  FDDI是光纖數據在200公裡內區域網內傳輸的標準。FDDI協議基於令牌環協議。它不但可以支持長距離傳輸,而且還支持多用戶。FDDI用於環型網,以光纜作為傳輸介質,數據傳輸速率可達到100Mbit/s。FDDI的技術規格有FDDI-I和FDDI-II。通常FDDI指的就是前者。採用五類雙絞線作為傳輸介質的FDDI,稱為CDDI。FDDI使用雙環令牌傳遞網路拓撲結構,兩環方向相反(以兩機來說,兩條為一組。一條接收用,一條發送用。),可以在100公裡以上的距離支持500台電腦。因為線路材質不同,因此需依照傳輸距離選用不同材質的光纖。且時間一久光纖會變質,傳輸距離便會減短。FDDI通常用作骨幹網,用得最多的是用作 LAN 或校園環境大樓之間的主幹網(連接橋接器)。這種環境的特點是站點分佈在多個建築物中。連接具有許多區域網段和大圖形傳輸、語音和視頻會議以及其他帶寬要求大的應用產生的繁重流量的大型網路。

FDDI技術優點[2]

  光纖分佈數據介面(FDDI)是目前成熟的LAN技術中傳輸速率最高的一種。這種傳輸速率高達100Mb/s的網路技術所依據的標準是ANSIX3T9.5。該網路具有定時令牌協議的特性,支持多種拓撲結構,傳輸媒體為光纖。使用光纖作為傳輸媒體具有多種優點:

  1、較長的傳輸距離,相鄰站間的最大長度可達2KM,最大站間距離為200KM。

  2、具有較大的帶寬,FDDI的設計帶寬為100Mb/s。

  3、具有對電磁和射頻干擾抑制能力,在傳輸過程中不受電磁和射頻雜訊的影響,也不影響其設備。

  4、光纖可防止傳輸過程中被分接偷聽,也杜絕了輻射波的竊聽,因而是最安全的傳輸媒體。

  由光纖構成的FDDI,其基本結構為逆向雙環。一個環為主環,另一個環為備用環。一個順時針傳送信息,另一個逆時針。當主環上的設備失效或光纜發生故障時,通過從主環向備用環的切換可繼續維持FDDI的正常工作。這種故障容錯能力是其它網路所沒有的。

  FDDI使用了比令牌環更複雜的方法訪問網路。和令牌環一樣,也需在環內傳遞一個令牌,而且允許令牌的持有者發送FDDI幀。和令牌環不同,FDDI網路可在環內傳送幾個幀。這可能是由於令牌持有者同時發出了多個幀,而非在等到第一個幀完成環內的一圈迴圈後再發出第二個幀。

  令牌接受了傳送數據幀的任務以後,FDDI令牌持有者可以立即釋放令牌,把它傳給環內的下一個站點,無需等待數據幀完成在環內的全部迴圈。這意味著,第一個站點發出的數據幀仍在環內迴圈的時候,下一個站點可以立即開始發送自己的數據。

  FDDI用得最多的是用作校園環境的主幹網。這種環境的特點是站點分佈在多個建築物中。FDDI也常常被劃分在城域網MAN的範圍。

FDDI技術缺點

  FDDI硬體價格昂貴,聯網費用大。因此目前多採用千兆快速乙太網技術實現高速網路互連成本與實際應用都較 FDDI 更加成熟和具有優勢。

FDDI組成

  實質上FDDI由四個子部分組成,每部分具有各自特定的功能。各部分合起來使得FDDI能夠在上層協議(如TCP/IP、IPX)和介質(如光纜)間提供高速連接。FDDI四個子規範為介質訪問控制(MAC)、物理層協議層(PHY)、物理介質相關層(PMD)以及站管理(SMT)。MAC規定了怎樣訪問介質,包括協議所需要的幀格式、定址、令牌處理、迴圈冗餘校驗演算法(CRC)以及差錯恢復機制;PHY規定了傳輸編碼和解碼程式、時鐘要求及其他功能;PMD規定了傳輸介質應具備的特性,包括光纖鏈路(Fiber-opticLink)、功率電平(Power Level)、誤碼率(Bit-errorRate)、光纖器件(OpticalComponent)以及連接器(Connector);SMT規定了FDDI站配置、環配置以及環控制等特征,包括站的插入和刪除、啟動、故障分離和恢復、模式安排及統計集合。

FDDI工作原理[3]

  FDDI的工作原理主要體現在FDDI的三個主要過程中,這三個主要過程是站點物理連接建立、環初始化和數據傳輸。

  (1)站點物理連接建立

  FDDI網路在正常運行時,站管理SMT一直監視著環的運行狀況並管理著所有站點的活動。站管理SMT中的連接管理模塊負責在站點的每對PHY/PMD之間的雙向光纜上建立起端到端的物理連接。

  站點通過發送與接收某些特定的線路狀態序列與相鄰站點交換埠類型和連接規則等信息,對物理連接的質量進行測試。在測試過程中,一旦檢測到故障,就用跟蹤診斷的方法來確定故障原因,對故障進行隔離,並對網路進行重新配置。

  (2)環初始化

  在完成站點的物理連接後,然後對環進行初始化。在進行環的初始化工作之前,首先要確定系統的目標令牌迴圈時間TTRT。各個站點都可藉助聲明幀,提出各自的TTRT值。系統按照既定的競爭規則來確定TTRT值,通過被選中TTRT值的那個站點來完成環的初始化工作。確定TTRT值的過程通常叫做聲明過程,聲明過程是用來確定TTRT值的。

  當某個站點或多個站點的MAC實體發出聲明請求時,環進入聲明過程。在聲明過程中,每個站點連續不斷地發送聲明幀。聲明幀包含站點源地址和目標令牌迴圈時間TTRT。環上其他站點接收到某個聲明幀後,將聲明幀中的TTRT值與本站的TTRT值進行比較。如果前者大於後者,站點就轉發聲明幀,同時停止發送自己的聲明幀;如果前者小於後者,該站點就刪除此聲明幀,併發送自己的聲明幀。聲明幀中包含本站建議的TTRT值。當某個站點接收到自己發出的聲明幀,該站就贏得了對環進行初始化的權力。如果兩個或多個站點使用的TTRT值相同,那麼地址值最大的站點將優先贏得對環進行初始化的權力。贏得初始化環權力的站點通過發送一個令牌來初始化環,這個令牌將不會被環上的其他站點捕獲。環上的其他站點在接收到該令牌後,將重新設置自己的工作參數,使本站點從初始化狀態轉為正常工作狀態。當該令牌回到源站點時,環初始化工作宣告結束,環路進入穩定工作狀態,各站點便可以進行正常的數據傳送

  (3)數據傳輸

  FDDI數據傳輸包括數據發送、接收和刪除三個過程。

  在FDDI環網中,想要發送數據的站點必須等待令牌到達該站點並將令牌捕獲後,才能發送一個或多個數據幀,直到所有數據發送完成或直到THT超時為止。最後,站點釋放一個新令牌。

  FDDI環上的每一個站點隨時都在監聽經過本站點的幀,站點把幀中的目的地址與本站地址比較,以決定是否接收該幀,如果該幀的目的地址與站點地址匹配,站點接收該幀,同時將此幀的FS欄位的“A”標誌位置“1”,表示目的站點存在;在接收該幀的同時,站點還對該幀進行差錯校驗。如果沒有發現錯誤,則站點將幀中的數據欄位複製下來,併在該幀FS欄位的“C”標誌位置“1”,表示該幀已被目的站點接收;如果發現CRC錯,則把該幀FS欄位的“E”標誌位置“l”。

  在FDDI環網中,站點在接收幀的同時,還要把該幀轉發到下一站點。發送站點在發送完數據後將繼續監聽經過站點的幀。當發送站點檢測到某數據幀的源地址與本站點的地址相同時,立即停止轉發該幀並將其置為無效幀,使已轉發到環上的部分幀信息在到達下一站點時被當做幀碎片而被丟棄,以免這些幀碎片在環上繼續傳送,然後,發送站點負責將幀剩餘部分從環上刪除,並同時檢測幀中的FS欄位。如果FS欄位中的“A”和“C”標誌位都為“1”,則說明該幀已被目的站點成功接收;如果只有“A”標誌位為“1”則說明目的站點存在但沒有接收該幀,這說明幀在傳輸過程中發生了錯誤;如果“A”和“C”標誌位都為“0”,則說明幀中的目的地址有錯。

  正常情況下,只有主環工作,而備用環作為備份。一旦網路發生故障,無論是線路故障還是站點故障,FDDI網路都會通過卷繞自動將雙環重構為一個單環,從而保證網路不會中斷,這是FDDI區別於其他區域網的一個重要特點。

  FDDI網路定義了兩種站點:一種是單連接站點(SAS)或稱B類站點;另一種是雙連接站點(DAS)或稱A類站點。單連接站點通過集中器連接在FDDI雙環的主環上,集中器能夠同時連接多台SAS站點,且保證任何sAs站點的出錯或斷電均不會影響FDDI網路。雙連接站點可以同時與兩個環路連接。

  FDDI主要用來作為網路主幹,即通過FDDI可以把幾棟大樓中的一些單獨的工作小組或部門I。AN連接起來,構成一個大的網路。

參考文獻

  1. 袁津生,齊建東,曹佳.普通高等教育“十一五”國家級規劃教材 21世紀高等學校電腦規劃教材 電腦網路安全基礎 (第三版).人民郵電出版社,2008年03月第3版.
  2. FDDI.山東大學電腦科學與技術學院基礎技術教學部
  3. 王先國.網路綜合佈線與施工實踐教程.武漢理工大學出版社,2010.11.
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