FDDI网简介

退隐网络 · 发表于 2006-2-17 21:09:56

<table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" align="center" border="0" style="TABLE-LAYOUT: fixed; WORD-BREAK: break-all;"><tbody><tr><td width="100%" bgcolor="#fafafa">光纤分布数据接口（FDDI）是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点： １、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。 ２、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。 ３、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响,也不影响其设备。 ４、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听,因而是最安全的传输媒体。 　　由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环，如图1所示。一个环为主环，另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故障时,通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。本期将就FDDI的基本构件,拓扑结构以及操作原理等进行介绍。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-1.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>一、FDDI的构件 从图1可初步看到，构成FDDI的构件至少应具有下述部分： 　　１、光纤电缆。 　　２、FDDI适配器。 　　３、FDDI适配器与光纤相连的连接器。 　　然而，为了使该网络具有很强的适应性，并能将作为骨干网的FDDI与部门较低速的20Mb/s Ethernet相连，还需多种互连设备。属于这种类型的构件有下述几种： 　　１、FDDI-Ethernet网桥。 　　２、FDDI集中器。 　　３、光旁路器。 　　１、光纤电缆 　　我们知道，按照光在光纤中的传播方式划分，光纤可分为多模光纤和单模光纤；单模光纤比多模光纤具有更高的传输速率和更长的传输距离。单模光纤的纤芯直径为8到10μｍ，包层直径为125μｍ；多模光纤纤芯直径为62.5μｍ，包层直径为125μｍ，并通常写为 62.5/125μｍ。包层对光具有不同的折射率（R1），其值通常小于纤芯的1%。如果光线以 小于临界角的入射角射到纤芯和包层界面，光线将会通过包层进入外套而被吸收。 　　使用光纤作为传输媒体必须具备光电变换设备，即光发送器和光接收器。光发送器将要发送的编码数据转换为一串光信号，用来携带数据。FDDI标准X3T9.5规定，光发送器使用光二极管（LED）或激光二极管（LD）。LED用于多模光纤，LD用于单模光纤。接收器通常为光检测器，用于将外来的光信号转换为电信号。光检测器的一个重要性质是接收灵敏度，它是外入光信号使接收器工作必须具有的最小功率。应该指出，接收器灵敏度是针对一定范围的光波长而言的。 　　光波长是指在光纤上用来携带数据的光射线的近似波长.光源以一定的一组波长发射光线。波长度量单位为nm。在FDDI技术中，光发送器发出的光，其波长约为1300nm,如图2所示。     光发送器发射的光功率散射在一定范围内，其中心波长则为标称光波长。从图2可看出,光散射的范围在LD作光源时较窄，而在LED作光源时较宽。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-2.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>　　光在沿光纤传输时与电在导体中传输一样，其强度会逐渐减弱，这就是衰减。光纤链路的衰减由单位衰减量和链路长度决定。单位衰减量是经过规定的单位长度时的衰减，单位为dB。根据FDDI标准，在波长为1300nm时，1km的最大衰减量为1.5dB。 　　衡量光纤衰减的另一种参数是功率预算，其功率预算值由最小发送功率和接收器灵敏度决定。FDDI标准规定功率预算为11dB。 　　应该强调指出，光功率的衰减除在沿光纤传输时有损耗外，光经过连接器和接头同样也会产生损耗。在连接器和和接头处引入的损耗称为功率恶化(power penalty）。在上述各环节引入的最大损耗量下仍能维持系统工作的总损耗称为链路损耗预算，它是最小发送器功率与接收器灵敏度减去任何功率恶化之差。 　　２、光纤媒体连接器 　　 FDDI网络节点与光纤相连需要连接器，连接器有两种： 　　１、MIC媒体接口连接器。 　　２、ST型连接器。 　　 MIC连接器如图3（a）所示。 MIC的结构可确保光纤与节点中的发送／接收光学器件对准。该连接器由带锁的插头和带销的插座组成。锁的作用是保证插头安装不会出错，因为安装不正确将使FDDI构成的环失效。 　　 ST型连接器也可用于连接光纤和FDDI节点，但这种连接器的插座未提供带锁机构，如不小心，有可能反接。显而易见，这种连接器具有较低的费用。ST型连接器如图3（b）所示。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-3.GIF" style="WIDTH: 524px; CURSOR: pointer;" alt=""/> ３、FDDI端口类型 　　 FDDI标准对如何与光纤的连接规定了一些规则,旨在防止构成错误的拓扑结构。在FDDI标准中，规定了四种端口类型： 　　１、端口类型A。 　　２、端口类型B。 　　３、端口类型M。 　　４、端口类型S。 　　同时具备这四种端口类型的FDDI设备是集中器，如图4所示。端口用于连接FDDI的主环入和备环出；端口B用于连接FDDI双环中和环出和备环入；端口Ｍ用于连接单连接站（SAS),双连接站（DAS）或另外的集中器；端口S用于连接到集中器上。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-4.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>      FDDI标准规定了两类站，即上述的单连接站（SAS）和双连接站（DAS）。所谓DAS是具有两个FDDI端口，因而能直接与双环相连的工作站；单连接站（SAS）只有一个FDDI端口,要与FDDI环相连必须经过集中器。两类站在FDDI双环结构中的连接如图5所示。图中数据站1、数据站2和集中器都具有双环连接的能力，所以是双环连接站（DAS），通过集中器只与主环相连的数据站A、B和C都属于单连接站（SAS）。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-5.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/> <h2 align="left">二、FDDI适配器</h2>    FDDI适配器虽然按所用机器总线不同各有差异，但与光纤接口部分原理是相同的。为了解这种适配器的结构，先要了解FDDI技术所遵循的标准。 １、FDDI网络体系结构 　　 FDDI是在OSI参考模型出现后发展起来的一种高速网络技术。它所遵循的标准完全处于OSI框架下，如图6所示。由图可以看出， FDDI将OSI模型的物理层和数据链路层分别分成了两个子层。物理层分割成的两个子层是： <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-6.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>１、物理层协议层（PHY）。 ２、物理媒体相关层（PMD）。 　　 PHY子层规定了传输编码和译码、时钟要求及符号集合；PMD规定了光纤媒体应具备的条件以及连接器等。 　　数据链路层分割成的两个子层为媒体访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）。这两个子层的功能与ISO 8802.3（Ethernet）,IEEE 802.5（Token Ring）相似。MAC子层规定了FDDI定时令牌协议所需要的帧格式、寻址和令牌处理。LLC子层为LLC用户提供了交换数据的手段。 　　 FDDI的站管理（SMT）标准定义如何对物理媒体相关层、物理层协议层和媒体访问控制部分进行控制和管理。 　　按照FDDI网络体系结构层次构成的连接模型,如图7所示.由图7可以更清楚地看到,每个子层所处的地位和应承担的功能。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-7.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>为便于读者查阅标准，现将每个子层的ANSI和ISO标准号码列于附表中。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-8.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>２、单连接站和双连接站 　　单连接站（SAS）是连接到环上的最简形式，但只能连接到主环上，要连到双环则必须经过集中器。 　　 SAS的结构如图8（a）所示，由MAC，PHY和PMD实体组成。MAC（媒体访问控制）主要功能是构造帧，用于携带用户数据或管理信息；PHY的主要功能是执行与媒体无关的数据编码／译码和同步等功能；PMD的主要功能前面已介绍，是与媒体相关的功能。从图8（a）可以看到,与光纤相连的只有两条，一条用于发送，另一条用于接收。这表明SAS只能连接到主环上。显而易见,史连接到主环的让不管是光纤或站如果失效，都无法切换到备用环。解决这一问题的方法是将SAS连接到集中器上，由集中器来实现这种功能。 　　 DAS与SAS相反，它可连接到主环和备用环上，因为DAS内包括2个PHY,2个PMD和2个MAC和一个可选择的光旁路中继器，如图8（b）所示。DAS可以在设备失效时，从主环切换到备用环。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-9.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>     SAS和DAS都含有一个处于重要位置的站管理实体。这一实体的作用,顾名思义是对FDDI网络、诊断故障站之类的连接管理功能，以及环管理和监视，都是该实体的功能。 　　３、FDDI适配器 　　 FDDI适配器根据所用的计算机总线有同而有差异，但这些差异只反映在与主机的接口上，其它部分基本上相同。FDDI适配器通常由下述功能块组成： 　　１、FDDI功能块。 　　２、帧缓冲寄存器。 　　３、节点核心块。 　　４、系统总线接口单元块。 　　前三个功能块是FDDI的核心，可用于任何系统总线的FDDI适配器。图9示出的是VMEbus FDDI适配器框图。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-10.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>     FDDI功能块具有双连接站的功能，带有一个MAC。光纤发送器用于连接外部光纤。该模块对系统的接口使用Abus（32位）与帧缓冲器相接。与节点处理器接口则通过Cbus（8位)实现。该功能块全部由FDDI基本媒体访问控制器、节点处理器和VMEbus.3端口帧缓冲器具有双端口的VRAM（映像RAM）。该功能块还含有其它多种接口。 　　节点核心包括节点处理器、EPROM、本地存储器、DUART、本地总线和系统总线接口.这是FDDI适配器的控制中心。 　　系统总线接口单元经过各自的Mbus接口单元，Vbus接口单元和VMEbus接口单元将这三个总线集成在一起。 三、FDDI集中器      FDDI集中器在FDDI网络中起着重要作用。其一是提供了布线的灵活性；其二是增加了网络的可*性和连通性。 　　像单连接站一样，集中器也有单连接和双连接之分。同样地，也将前者称为SAC，后者称为DAC。FDDI集中器的作用是连接多个SAC，DAS或其它集中器到FDDI双环上。通过级连集中器，可构成双环树结构。当以单独一台形式使用时,可形成类似Ethernet Hub式的工作组结构。 　　集中器的结构与连接站类似，所有同的是有多个端口，如图10所示。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-11.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>　　从网络体系结构看，不管是M、S还是A、B端口，都是PMD和PHY实体的组合。PMD实体的功能是实现从电气信号到光信号的转换或反转换。PHY实体实现4B／5B编码／译码，监视链路差错等。媒体访问控制（MAC）是可选的，它在集中器中主要提供附加的管理服务,使其本身作为可管理的元素。 MAC实体能使集中器参与基于SMT帧的协议操作,从而可方便地隔离故障，易于从故障状态下恢复。 　　图10中示出的配置开关在集中器的站插入和站旁路两项功能中起着重要的作用。配置开关的功能是通过对FDDI连接管理协议的控制，或从网管站发布命令来实现对端口入环和出环操作。 　　站旁路的功能是在所连接的站失效情况下，使集中器能将故障站在逻辑上与环断开。 <h2 align="left">四、FDDI MAC帧 </h2>　　在FDDI逆向双环或其它结构下，光纤上传输的数据单元称为媒体访问控制（MAC）帧，如图11所示。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-12.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>

A:帧首序列　　　　　　　I:信息         SD:帧首定界符　　　　　　 FCS:帧检验序列        FC:帧控制（２个符号）　　ED:帧尾定界符     DA:终点地址　　　　　　　FS:帧状态                                SA:源点地址 　　　　　　 (a)帧格式 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-13.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>(b)令牌格式　　　图11      帧由9个字段组成，每个字段各有其自身的功能。现将这些功能简述如下： 　　１、前导码（PA） 　　用来使帧与每一站的时钟进行同步。帧起始站发出的前导码由64比特的16个空闲符号组成。随后的站可改变字段长度，以适应时钟的要求。 　　２、帧首定界符（SD） 　　指示帧的开始，长总是以民于数据的信号码型组成。其编码为JK，其中J和K均为非数据符号。 ３、帧控制（FC） 　　其比特格式为CLFFZZZZ。C表明帧类型，L表明16比特或48地址,FF表明该帧是LLC帧还是MAC控制帧。 　　４、终点地址（DA） 　　表明帧欲发往的站。该地址可为单站地址，组播地址或广播地址。 　　５、源点地址（SA） 　　发出该帧的站地址。 　　６、包括LLC数据和与操作有关的信息。 　　７、帧检验序列 　　长度为32位，用于对FC，DA，SA和信息字段进行保护。 　　８、帧尾定界符（ED） 　　由一些非数据符号组成。对于令牌，ED的长度为8比特，对其它帧则为4比特。 　　９、帧状态（FS） 　　由差错位，地址识别、帧被拷贝等指示位组成。每一指示由一个符号表示。FS还可包括附加控制位，其使用由实现者来确定。 五、FDDI的操作原理     FDDI建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空闲时，小令牌帧沿环运行。当某一站有数据要发送这时，必须等待有令牌通过时才可能。一旦识别出有用的令牌，该站便将其吸收，随后便可发送一帧或多帧。这时环上没有令牌环上后，便在环上插入一新的令牌，不必像802.5令牌环那样，只有收到自己发送的帧后才能释放令牌。因此,任一时刻环上可能会有来自多个站的帧运行。图１２示出了FDDI的令牌工作。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-14.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>     FDDI双环可以同步和异步两种方式操作。在同步操作中，工作站可确保具有一定百分比的可用总带宽。这种情况下的带宽分配是按照目标令牌旋转时间（TTRT）来进行的。TTRT是针对网络上期望的通信量所期望的令牌旋转时间。该时间值是在环初始化期间协商确定的.具有同步带宽分配的工作站，发关这数据的时间长度不能超过分配给它的TTRT的百分比。所有站完成同步传输后剩下的时间分配给剩余的节点,并以异步方式操作。异步方式又可进一步分为限制式和非限制式两种方式，就不进一步讨论了。 六、FDDI的网络拓扑结构      按照FDDI的标准，可使用多种拓扑结构，其中下述四种极为重要： 　　１、独立集中器型。 　　２、逆向双环。 　　３、集中器树。 　　４、树型双环。 　　独立集中器型由一个集中器和连接站组成，如图１３所示，连接站可以是SAS也可以是DAS，看上去像Ethernet中Hub所构成的结构。独立集中器型通常用来连接高性能的设备，或用来连接多个LAN。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-15.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>    逆向双环结构如图１３（b）所示。DAS可直接连到双环上。这种结构适用于地理范围分布广的企业或其它场合。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-16.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>    集中器树如图１３（c）所示。当很多用户设备需要连接在一起时，可使用这种结构。集中器按分层星形方式相连，其中一个集中器用作树的根，也就是起Hub作用。这种结构的特点是，增加或去掉FDDI集中器、SAS或DAS，或改变其地理位置，都不破坏FDDI的工作。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-17.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/>    树型双环结构中，集中器级连在一起，双环则处于企业或校园最重要的骨干位置，这种结构具有高度的容错特性，而且是最为灵活的拓扑形式。支干增加只需通过增加集中器便可实现，并可保证提供备份数据通路。然而，这种结构造价是最高的一种。 <img src="http://51zk.csai.cn/hlwl/images/zhzs4-18.GIF" style="CURSOR: pointer;" alt=""/></td><td width="16" background="images/8esky/center_r.gif"></td></tr><tr><td width="14" background="images/8esky/center_l.gif"></td></tr></tbody></table>

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