retele de date stelare

45
INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRA OPTICĂ - FDDI - Alin Dan Potorac Adrian Graur Editura MEDIAMIRA Cluj-Napoca, 2001

Upload: marcu1

Post on 28-Jun-2015

54 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRA OPTICĂ

- FDDI -

Alin Dan Potorac Adrian Graur

Editura MEDIAMIRA Cluj-Napoca, 2001

Page 2: retele de date stelare

Coperta

Acest material a fost elaborat în cadrul proiectului TEMPUS PHARE New Course in Information and Communication Technologies – INCOT JEP 12132-97 în cadrul Facultăţii de Inginerie Electrică din Universitatea „Ştefan cel Mare” Suceava

Page 3: retele de date stelare

Cuprins

1. INTRODUCERE p. 01

2. NIVELUL FIZIC 2.1. Standardul pentru mediul fizic, PMD 2.2. Protocolul nivelului fizic – PHY

p. 04 p. 04 p. 08

3. NIVELUL LEGĂTURII DE DATE 3.1. Controlul legăturii logice (LLC)

3.2. Control Access Mediu – MAC 3.3. Pornirea unei reţele FDDI

3.4. Întreţinerea inelului

p. 12 p. 12 p. 12 p. 19 p. 24

4. STANDARDUL DE GESTIUNE A STAŢIEI (SMT) 4.1. Gestiunea conexiunii - CMT 4.2. Gestiunea inelului - RMT 4.3. Servicii cadre SMT

p. 26 p. 26 p. 26 p. 27

5. CONECTAREA STAŢIILOR LA REŢEAUA FDDI 5.1. Concentratoare

5.2. Staţiile şi nodurile reţelei

p. 28 p. 28 p. 29

6. FDDI – II: SERVICII INTEGRATE LAN p. 31

7. EXEMPLE DE REŢELE FDDI 7.1. Configuraţia de bază 7.2. Exemplu de reţea complexă 7.3. Domeniile de aplicaţie pentru FDDI

p. 33 p. 33 p. 33 p. 34

Indexul abrevierilor p. 37

Bibliografie p. 39

Page 4: retele de date stelare
Page 5: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

1

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRA OPTICĂ

FDDI 1. INTRODUCERE O interfaţă de date distribuite pe fibră optică reprezintă o tehnologie evoluată utilizată pentru reţele locale şi care funcţionează la viteze de operare de 100Mbps utilizând cablu de fibră optică, acoperind distanţe de până la 200km, cu cel mult 1000 de staţii conectate. Fibra optică are bandă largă, este subţire şi uşoară, nu este afectată de interferenţe electromagnetice provenind de la echipamentele electrice, de variaţiile de tensiune datorate diverselor cauze, de fulgere şi prezintă un înalt grad de securitate, fiind aproape imposibilă interceptarea acestora. FDDI (Fiber Distributed Data Interface) a fost elaborat de ANSI (American National Standard Institute) şi propus de comitetul de lucru ASC X3T9.5. Acest standard specifică regulile pentru controlul accesului la mediu MAC (Medium Access Control) şi nivelele fizice pentru o reţea locală de 100Mbps LAN (Local Area Network), folosind fibre optice ca mediu de transmisie. Topologia implicită a acesteia este de tip inel (ring), care controlează legătura din punct de vedere logic este LLC (Logical Link Control). Pentru că are bandă de transfer mult mai mare, o altă utilizare obişnuită este cea de magistrală principală (coloană vertebrală, backbone) pentru conectarea LAN-urilor realizate cu conductoare de cupru. Protocolul pentru controlul accesului la informaţie se bazează pe tehnica transferului jetonului (în engleză, token), multiplexat în timp TTP (Timed Token Passing), care diferă prin câteva elemente de protocolul tip token - ring (IEEE 802.5). FDDI se bazează pe utilizarea a două inele pentru transmisia datelor în cadrul reţelei. Un inel constituie inelul primar, iar cel de al doilea reprezintă inelul secundar. Ultimul constituie o unitate redundantă, proiectată să preia funcţiile sistemului în cazul în care inelul principal este scos din funcţiune. Atunci când

Page 6: retele de date stelare

FDDI

2

apare o avarie a unei reţele inel într-un LAN tip FDDI, fluxul datelor iniţiat în

cadrul inelului secundar are sens contrar celui din inelul primar. FDDI se caracterizează printr-un management distribuit. Arhitectura FDDI este ilustrată în figura 1. Se constată că aceasta diferă de modelul clasic de referinţă OSI (Open Systems Interconnection), prin aceea că nivelul fizic şi nivelul de legătură date sunt divizate în două subnivele. Subnivelul superior al nivelului legătură date, LLC sau controlul legăturii logice, este definit de standardul IEEE 802.2. Atît subnivelul legăturii de date cât şi subnivelurile legăturilor fizice sunt definite de FDDI: • PMD (Physical Medium Dependent) sau standardul nivelului fizic, dependent

de mediu, dă definiţia mediului şi a conecticii utilizate; • PHY (Physical Layer) sau standardul protocolului de nivel fizic descrie modul

de codificare a datelor necesare pentru o transmisie corectă şi fiabilă, generarea semnalelor de ceas, definirea bufferelor de memorie etc.

• MAC (Media Accesss Control) sau standardul de control a accesului la mediu dă definiţia protocoalelor utilizate pentru accesul la reţea, manipularea cadrelor de date şi controlul erorii;

ISO Nivelul legăturii

de date

ISO Nivelul fizic

Controlul legăturii logice

IEEE 802.2 LLC

Controlul accesului la mediu M.A.C

Protocol de nivel fizic

PHY

Nivel fizic dependent de mediu

PMD

Managementul staţiei

SMT

Figura 1

Page 7: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

3

• SMT (Station Management Standard) sau standardul managementului staţiei descrie protocoalele pentru managementul funcţiilor PMD, PHY şi MAC.

Topologia FDDI este una duală, conectată astfel ca eşecul unei staţii ori legături să conducă la reconfigurarea reţelei astfel încât să se menţină conectivitatea logică. Staţiile pot fi conectate în câteva moduri diferite: • Conectate la un singur inel (inel primar); astfel de staţii sunt numite staţii

ataşate singular sau SAS (Single Attachment Station). • Conectate la două inele; în acest caz vorbim de staţii ataşate dual sau DAS

(Dual Attachment Station). • Staţiile pot fi de asemenea conectate cu ajutorul unui concentrator; acesta

poate fi fie un concentrator de ataşare duală sau DAC (Dual Attachment Concentrator), fie un concentrator de ataşare singulară sau SAC (Single Attachment Concentrator).

Conexiunea staţiilor la inelul FDDI poate fi privită ca un inel dublu de topologii arborescente (figura 2). Reţeaua FDDI se bazează pe transferul unui jeton pentru a acorda staţiilor permisiunea de a transmite date. Staţiile sunt utilizatori conectaţi la inelul FDDI. Concentratoarele asigură conectarea unui lot de staţii sau altor concentratoare. FDDI este în primul rând folosit ca LAN de viteză ridicată, pentru interconectarea diferitelor LAN-uri, fiind o conexiune de tip back-end, sau o reţea de tip coloană vertebrală (backbone), ori un MAN (Metropolitan Area Network).

Arbore

Inel dublu

Concentrator

DAS

SAS SAS SAS

Figura 2

Page 8: retele de date stelare

FDDI

4

2. NIVELUL FIZIC 2.1. Standardul pentru mediul fizic, PMD 2.1.1. Componente optice Standardul PMD original descrie componentele optice folosite în FDDI: • Mediul de transmisiune este o fibră multimod cu indice de refracţie gradual,

cu diametrul miezului tipic de 62,5 µm şi îmbrăcămintea de 125 µm (sau fibră de 85/125 µm);

• Pulsurile luminoase sunt produse de un LED, cu lungimea de undă de 1300 nm;

• Atenuarea permisă a fibrei este de 1,5 dB/km la 1300 nm; • Standardul PMD specifică o rezervă de putere de 11,0 dB şi o atenuare pe

cablu maximă de 1,5 dB/km la o lungime de undă de 1300 nm; • Distanţa maximă între repetoare sau staţii adiacente este 2 km; • Lungimea totală admisă a fibrei este limitată la 200 km cu până la 1000 de

conexiuni fizice. Practic aceasta înseamnă: 100 km de cablu cu fibră dublă şi 500 staţii ataşate ambelor fibre.

În afara standardului PMD descris, alte câteva standarde au fost propuse de la introducerea standardului FDDI: • SMF-PMD: utilizează fibră monomod SMF (Single Mod Fiber) cu diode laser.

Cu asemenea fibre, distanţa între 2 staţii adiacente poate depăşi 2 km. Sistemele de fibre monomod sunt operaţionale la 1300 nm sau 1550 nm. Standardul SMF-PMD pentru FDDI specifică un domeniu al rezervelor de putere permisă, fiind dependent de tipul de transmiţători şi receptori folosiţi. Rezerva de putere variază de la un minim de 10 dB la un maxim de 32 dB. Deschiderea unei asemenea reţele SMF-PMD depinde foarte mult de rezerva de putere.

• LCF-PMD: fibră PMD de cost redus (LCF - Low Cost Fiber). Acest mod este în curs de dezvoltare la ANSI. LED-urile şi fibrele multimod pot fi folosite cu acest mediu de transmisiune, renunţându-se la diodele laser, ceea ce conduce la un cost mai mic, dar şi la securitate mărită pentru utilizatori, deoarece FDDI poate fi utilizat uneori pentru a conecta direct staţiile de lucru şi ca urmare retina utilizatorului este protejată la scoaterea ocazională a conectorului de fibră optică. El permite până la 500 m distanţă între staţii.

• TP-PMD: pereche torsadată (TP - Twisted Pair) PMD; este actualmente de asemenea în dezvoltare. Pentru transmisia de date pot fi folosite perechi torsadate ecranate STP (Shielded Twisted Pairs) sau unele tipuri de perechi torsadate neecranate UTP (Unshielded Twisted Pairs). Distanţa între staţii probabil va fi limitată la 100 m. Acest sistem de transmisie este numit şi CDDI

Page 9: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

5

(Copper Distributed Data Interface) sau interfaţa de date distribuite prin conductoare de cupru. Transmiţătoarele şi receptoarele pentru mediu cupru sunt receptoare şi drivere convenţionale de linie. Ca urmare, TP-PMD va avea un cost foarte coborât, comparativ cu standardul PMD.

2.1.2. Porturi şi conectori Alt rol îndeplinit de FDDI a fost cel de port de mare viteză pentru nod de comutare, în scopul de a asigura o conexiune de 100 Mbps de la nodul de reţea la un server de fişiere. Porturile şi conectorii sunt de asemenea specificaţi de standardul PMD. Conectorul de interfaţă la mediu sau MIC (Medium Interface Connector) este folosit pentru conectarea fibrei optice cu LED-ul transmiţător sau fotodioda receptoare.

Pentru evitarea topologiilor incorecte sunt definite 4 tipuri de porturi: • Portul A este pentru conectarea la inelul primar de intrare şi la inelul secundar

de ieşire. Acest tip de port este esenţial pentru conectarea DAS şi DAC.

PORT S PORT S PORT S

PORT M PORT M PORT M

PORT B PORT A (1) (1)

(1): inel primar

(2)

(2): inel secundar

(2)

Figura 3

concentrator

Page 10: retele de date stelare

FDDI

6

• Portul B este utilizat pentru conectarea la inelul primar de ieşire şi la inelul secundar de intrare. Un astfel de port este de asemenea esenţial pentru conectări DAS şi DAC. Mai mult, un port tip B este folosit si pentru a conecta un DAS la un DAC.

• Portul M conectează un concentrator la un SAS, un DAS sau orice alt concentrator. Un astfel de port este singurul pe care-l întâlnim într-un concentrator.

• Portul S realizează conectarea unui SAS sau SAC la un DAC sau SAC. Modul cum se folosesc aceste 4 tipuri de porturi este ilustrat în figura 3. Pentru îmbunătăţirea fiabilităţii transmisiei în inel, fiecare staţie ar trebui să fie prevăzută cu o cale de şuntare optică (în engleză, bypass), astfel ca o staţie căzută să poată fi îndepărtată. Soluţia de şuntare optică este ilustrată în figura 4.

Chiar dacă este foarte utilă, adoptarea unei astfel de soluţii trebuie să ia în calcul întotdeauna şi câteva dezavantaje: • utilizarea bypass-ului optic conduce la pierderi de putere suplimentare; • când bypass-ul este comutat în starea “on”, în staţia şuntată nu există

semnal regenerat; • şuntarea unei staţii are ca rezultat o distanţă de transmisie mai mare între 2

staţii, vecine celei şuntate; acea distanţă de transmisie nu poate depăşi niciodată valoarea permisă;

• De asemenea bypass-ul însuşi poate cădea, astfel reducându-se fiabilitatea reţelei.

Pentru a asigura capacitatea de interconectare la calculatoarele mainframe, IBM produce mai multe dispozitive care pot fi echipate cu adaptoare token-ring şi care funcţionează ca porturi.

A B

D A S

Bypass

optic

Inel secundar

Inel primar

Figura 4

Page 11: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

7

2.1.3. Izolarea defectelor O staţie căzută poate fi eliminată prin activarea şuntului optic. Întreruperea unei fibre poate fi neutralizată prin deplasarea transmisiei de date de pe inelul primar pe cel secundar, pe care transmisia este în direcţia opusă (un FDDI constă din două inele datele rotindu-se în sensuri opuse). Întreruperea ambelor inele poate fi izolată conectând inelul primar la inelul secundar (figura 5).

Când se produce un defect, staţiile de pe fiecare parte a punctului de întrerupere se reconfigurează. Aceasta reface continuitatea inelului, permiţând continuarea funcţionării normale. Topologia de tip inel dublu este schimbată într-o topologie de tip inel simplu. Când defectul este remediat, topologia revine înapoi la topologia inel dublu.

Dacă au loc defecte multiple, inelul se segmentează în mai multe inele independente, aşa cum este ilustrat în figura 6.

Izolarea defectelor Structura de principiu

Inel primar

Inel secundar

Figura 5

A

D D

A

B

C

C

B

Figura 6

Page 12: retele de date stelare

FDDI

8

Diverse alte tehnici de interconectare a inelelor (wrap-are) pot fi utilizate pentru eliminarea unei staţii căzute aşa cum se poate vedea în figura 7.

2.2. Protocolul nivelului fizic - PHY 2.2.1. Sincronizarea Standardul FDDI PHY specifică modul de folosire a unui ceas de sincronizare distribuit în reţea. Fiecare staţie este prevăzută cu un ceas cu frecvenţa de 125 MHz . Coordonarea în timp a recepţiei este sincronizată cu şirul de date de intrare. Regenerarea sau transmisia este controlată de ceasul staţiei. 2.2.2. Buffer-ul de elasticitate Fiecare staţie foloseşte o bază de timp generată local pentru a transmite date. Frecvenţele ceasului nu sunt niciodată identice. Aceasta poate cauza ca o staţie repetoare să piardă biţi deoarece ea este nevoită sa retransmită unele pachete. Prin urmare, fiecare staţie este prevăzută cu un buffer de elasticitate. Datele sunt scrise în bufferul de elasticitate la viteza ceasului de intrare, apoi ele sunt citite din bufferul de elasticitate la viteza ceasului staţiei. Bufferul de elasticitate poate reţine destui biţi astfel încât staţia repetoare are totdeauna biţi de transmis, chiar când generatorul de tact de emisie are o frecvenţă mai înaltă decât a fluxului de date de intrare. 2.2.3. Funcţia de netezire Entitatea MAC care dă naştere datelor, va transmite totdeauna 16 simboluri inactive înainte de transmiterea datelor. Aceste simboluri sunt inserate pentru a asigura sincronizarea recepţiei. Numărul simbolurilor inactive se poate schimba atunci când generatorul de tact al receptorului şi emiţătorului diferă foarte mult. Dacă aceasta se întâmplă, staţiile receptoare pot pierde cadre. Pentru a preveni aceasta, un filtru de netezire este construit în cadrul fiecărui PHY. Filtrul de

Figura 7

Page 13: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

9

netezire inserează sau şterge simboluri inactive în preambul înaintea repetării secvenţei, pentru a asigura numărul necesar de biţi de sincronizare iniţială pentru staţia din aval care recepţionează secvenţa. Golul dintre pachete trebuie să conţină totdeauna cel puţin 6 simboluri inactive. Ca urmare vor fi adăugate simboluri inactive dacă spaţiul dintre pachete conţine mai puţin de 7 simboluri inactive. 2.2.4. Filtru repetor Filtrul repetor previne propagarea violărilor de cod şi stărilor de linie nevalidă. El permite propagarea cadrelor valide, propagarea cadrelor pierdute sau deteriorate, ceea ce înseamnă că ele pot fi numărate de entitatea MAC următoare de pe inel. Acest filtru permite de asemenea staţiei A să repete datele de la vecinii săi din amonte spre vecinii săi din aval. Filtrul repetor de asemenea include mecanisme pentru minimizarea efectelor fragmentelor de cadre, care sunt cadre parţiale, pierdute pe inel prin anumite operaţiuni MAC. 2.2.5. Codarea datelor Unda luminoasă (purtătorul optic) este modulată digital în amplitudine, modulaţie cunoscută uzual drept modulaţie tip ASK (Amplitude Shift Keying). Detectorul reacţionează la prezenţa sau absenţa puterii optice. Cu o codare ordinară de tip NRZ (Non Return to Zero), sincronizarea poate fi pierdută atunci când o serie de „0” sau de „1” este transmisă. Prin urmare câteva măsuri de precauţie sunt necesare: • pentru fiecare set de patru biţi, se adaugă un bit redundant. Acest bit este

ales astfel încât sincronizarea receptorului să fie întotdeauna posibilă; • patru biţi de date, conform celor anterior evidenţiate, sunt codaţi cu ajutorul a

cinci biţi de cod; această schemă de codare este referită drept o codare 4B/5B;

• codul pe cinci biţi furnizează 32 de simboluri, dintre care 16 sunt folosite pentru codarea datelor, iar ceilalte 16 simboluri pot fi definite drept simboluri de control;

• pentru transmiterea semnalelor de informaţie este folosit codul NRZI (Non Return to Zero Inverted); un “1” logic are drept consecinţă o tranziţie a semnalului la începutul intervalului de bit, un “0” logic semnifică lipsa tranziţiei, în afară de cazul când “0” este urmat de un “1”, situaţie în care există o tranziţie la sfârşitul intervalului, vezi figura 8.

Folosirea codării 4B/5B conduce la o viteză a transmisiei de 125 Mbaud dar rata datelor rămâne î00 Mbps. 2.2.6. Simboluri

Page 14: retele de date stelare

FDDI

10

Un grup de 4 biţi, transmişi ca o secvenţă de 5 biţi, este numit simbol. Bitul adăugat suplimentar asigură sincronizarea receptorului. De asemenea, el furnizează 16 simboluri suplimentare, folosite pentru controlul transmisiei. Codul 4B/5B furnizează 3 grupe de simboluri: • 16 simboluri de date, care reprezintă date de transmis. • Simbolurile pentru starea liniei, folosite pentru transmiterea semnalizării PHY

(de exemplu schimbarea informaţiei de stare între staţiile adiacente). Ele sunt de asemenea folosite de către SMT pentru verificarea şi întreţinerea inelului în stare operaţională.

- Q(Quiet): Simbol de linişte (00000): nici o transmisie de semnal pe inel; - H(Halt): Simbol de oprire (00100): indică o pauză logică forţată a

activităţilor pe inel; - I(Idle): Simbol de inactivitate (11111): situaţia normală a inelului între

transmisii succesive. Simbolurile inactive sunt utilizate pentru a conserva sincronizarea ceasului.

• Simbolurile de control folosite pentru a ilustra starea unui cadru. Câteva

exemple de simboluri de control sunt: - Erori detectate: setat de către o staţie care detectează eroare de

transmisie într-un cadru; - Adresă recunoscută: setat de către o staţie care a recunoscut adresa sa

într-un cadru; - Cadru copiat: setat de către staţia care a citit informaţia într-un cadru,

purtând adresa ei; - Alte indicaţii care nu sunt asigurate cu un singur bit, dar folosesc un

simbol complet (5 biţi): - R sau Reset (00111), înseamnă “0” logic sau “fals”; - S sau Set (11001), indică un ”1” logic sau “adevărat”.

Cod NRZI

Figura 8

t

0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0

Page 15: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

11

Page 16: retele de date stelare

FDDI

12

Tabel 1 Codul 4B/5B Simbol Cod Asignare Tip simbol Q 00000 Quiet Simbol de stare a liniei I 11111 Idle Simbol de stare a liniei H 00100 Halt Simbol de stare a liniei J 11000 J Symbol non-data (delimitator de inceput) K 10001 K Symbol non-data (delimitator de inceput) 0 11110 Zero Simbol de date 1 01001 One Simbol de date 2 10100 Two Simbol de date 3 10101 Three Simbol de date 4 01010 Four Simbol de date 5 01011 Five Simbol de date 6 01110 Six Simbol de date 7 01111 Seven Simbol de date 8 10010 Eight Simbol de date 9 10011 Nine Simbol de date A 10110 A Simbol de date B 10111 B Simbol de date C 11010 C Simbol de date D 11011 D Simbol de date E 11100 E Simbol de date F 11101 F Simbol de date T 01101 T Delimitator de sfarsit R 00111 R Indicator de control – “0” (reset) S 11001 S Indicator de control – “1” (reset) V/H 00001 V/H Asignare de cod invalida V/H 00010 V/H Asignare de cod invalida V/H 01000 V/H Asignare de cod invalida V/H 10000 V/H Asignare de cod invalida V 00011 V Asignare de cod invalida V 00101 V Asignare de cod invalida V 00110 V Asignare de cod invalida V 01100 V Asignare de cod invalida

Page 17: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

13

3. NIVELUL LEGĂTURII DE DATE 3.1. Controlul legăturii logice (LLC) LLC defineşte procedurile pentru schimbul de date între doi utilizatori LLC, printr-o legătură controlată MAC. LLC este descris în standardul IEEE802.2. 3.2. Control Access Mediu – MAC 3.2.1. Servicii MAC Controlul accesului la mediu este cea mai importantă parte a standardului FDDI. El este responsabil pentru furnizarea următoarelor servicii: • Generarea de date şi cadre tip token (jeton). • Transmiterea, recepţia, regenerarea şi eliminarea de cadre şi token-uri. • Trimiterea informaţiei spre utilizatorii LLC printr-o interfaţă adecvată. • Asigurarea unui acces nediscriminatoriu pentru toate staţiile, prin utilizarea

unui protocol token sincronizat. • Controlarea comunicaţiei între staţiile ataşate, folosind cadre şi token-uri

adecvate. • MAC este de asemenea responsabil pentru iniţializarea inelului prin folosirea

unui proces de revendicare. • MAC trebuie de asemenea să detecteze şi erorile accidentale izolate sau

căderea inelului, folosind metode de balizaj. 3.2.2. Protocolul MAC, o reţea token-ring Cu toate că există unele diferenţe, FDDI (interfaţă de date distribuite pe fibră optică) şi reţeaua token-ring IEEE802.5 (inel cu jeton) sunt procese MAC comparabile. Dacă nici o staţie nu doreşte să transmită date, un mic cadru token circulă continuu in lungul inelului. O staţie care doreşte să transmită date trebuie să aştepte până când primeşte token-ul (jetonul). Aceasta capturează token-ul prin întreruperea retransmisiei lui. După reţinerea token-ului staţia poate transmite una sau mai multe cadre. Pe durata acestei perioade, nu există nici un token pe inel, astfel că celelalte staţii trebuie să aştepte înainte de a transmite. Cadrele transmise sunt dirijate în lungul inelului şi vor fi eliminate de însăşi staţia de origine. Imediat după transmiterea cadrelor ei, staţia generează un nou token.

Page 18: retele de date stelare

FDDI

14

C

D

B

A

T

(a)

C

D

B

A

(b)

F1

C

D

B

A

(c)

T F1

C

D

B

A

(d)

T F1

C

D

B

A

(e)

F2

F1

C

D

B

A

(f)

T

F2 F1

C

D

B

A

(g)

F2 T

C

D

B

A

(h)

T

Figura 9

T - Token

F1,F2 - Cadre Informaţionale

Page 19: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

15

Protocolul MAC este ilustrat în figura 9. Aceasta evidenţiază următorii paşi:

(a) staţia A aşteaptă un token; (b) A capturează token-ul şi începe transmiterea primului cadru al ei, F1; (c) după transmiterea lui F1, staţia A transmite imediat un nou token; (d) staţia C îşi recunoaşte adresa în cadrul F1 şi copie acel cadru fără să

elimine cadrul din inel, astfel că acel F1 rămâne pe inel; (e) C citeşte încă informaţii din F1, în timp ce staţia B capturează token-ul şi

începe transmiterea cadrului ei F2; (f) B a încheiat transmisia lui F2 şi imediat generează un nou token. D îşi

recunoaşte adresa în F2 şi începe citirea de date din acel cadru. A elimină cadrul F1 de pe inel;

(g) staţia A a absorbit cadrul F1, dar regenerează cadrul F2 , care va fi absorbit de B;

(h) nici o staţie nu a capturat token-ul, generat de staţia B; şi această staţie de asemenea permite token-ului să treacă.

Aşa cum deja s-a menţionat, există câteva diferenţe între IEEE802.5 şi FDDI: • O staţie FDDI nu capturează token-ul prin inversarea unui bit, cum se

întâmplă în cazul reţelei token-ring IEEE 802.5; aceasta ar fi aproape imposibil datorită vitezei ridicate a transmisiei.

• Staţia FDDI generează un token de îndată ce ea şi-a terminat transmisia cadrelor proprii. Aceasta are loc tot datorită ratei înalte de transmisie.

• Fiecare staţie trebuie să elimine cadrele pe care le-a transmis. Această eliminare poate începe numai după ce staţia şi-a recunoscut propria adresă, altfel spus după ce unii biţi au fost deja regeneraţi. Aceşti biţi, care nu au fost eliminaţi, sunt referiţi ca fragmente de cadru. Un asemenea fragment de cadru trebuie să fie şi el eliminat; această eliminare este făcută automat de prima staţie care emite în momentul în care fragmentul de cadru ajunge acolo (deoarece o staţie transmiţătoare nu trebuie niciodată să regenereze cadrele de intrare).

• FDDI este un protocol token sincronizat (TTP – Timed Token Protocol): numai o staţie are permisiunea să transmită un cadru, când ea capturează token-ul, înainte să treacă un anumit interval de timp; o rotaţie completă a token-ului în lungul inelului poate să nu ia mai mult timp decât durata procedurii de startare (procesul de revendicare).

• O dată ce o staţie este în emisie, regulile de menţinere a token-ului determină cât timp poate să dureze transmisia. Ca urmare transmisia se opreşte fie când nu mai sunt date de transmis, fie când timpul de transmisie a expirat.

• Protocolul TTP garantează că fiecare staţie va primi token-ul într-un interval de timp un maxim egal cu de două ori timpul de rotaţie al token-ului destinaţie (TTRT).

Page 20: retele de date stelare

FDDI

16

3.2.3. Cadrul FDDI Cadrele sunt folosite pentru a transfera unele informaţii între nivelele MAC dintr-o reţea FDDI. Standardul defineşte tipurile de cadre, aşa cum sunt cadrele MAC pentru transportul datelor de control MAC, cadrele SMT care transportă informaţii de gestiune specifice FDDI între staţii şi cadrele LLC care asigură transmisia de tip LLC sau informaţii despre utilizator. Pentru transmisie este folosită codarea 4B/5B: un grup de 4 biţi, care va fi codat şi transmis ca 5 biţi, este desemnat ca simbol. Cadrul MAC conţine diferite câmpuri, aşa cum este ilustrat în figura 10. Zona de preambul, PA, este folosită ca sincronizare pentru receptor. Ea conţine cel puţin 16 simboluri inactive. Lungimea sa poate fi modificată de staţia regeneratoare în cadrul funcţiei de sincronizare a inelului. Delimitatorul de

startare (SD – Starting Delimiter) indică începutul unui cadru; el conţine simbolurile non-data J şi K. PA şi SD împreună formează startul secvenţei cadru (SFS – Start of Frame Sequence).

Controlul cadrului (FC) are formatul CLFFZZZZ: • C este bitul de clasificare:

- C=1 indică transmisie sincronizată - C=0 indică un cadru asincron.

• L este bitul lungime de adresă; el face distincţia între adresele de 16 biţi (L=0) şi cele de 48 de biţi (L=1).

• FF sunt biţii de format; ei definesc cadrele ca fiind LLC sau MAC: - FF = 00: cadru MAC.

- FF = 01: cadru LLC. - FF = 10: rezervat pentru implementarea aplicaţiilor specifice. - FF = 11: rezervat pentru aplicaţii viitoare.

• Dacă cadrul prezent este unul de tip MAC (FF = 00), atunci biţii de control ZZZZ vor defini tipul cadrului MAC.

P.A. S.D. F.C. D.A. S.A. INFO F.C.S. E.D. F.S.

(a) Formatul cadrului

P.A. S.D. F.C. E.D.

(b) Formatul jetonului

Figura 10

Page 21: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

17

Adresa destinaţie DA (Destination Address) indică staţia sau staţiile căreia/cărora îi/le sunt adresate datele. Aceasta poate fi o adresă de staţie singulară, o adresă de grup tip multicast sau o adresă de difuzare broadcast. Adresele de 16 şi 48 de biţi pot fi folosite pe acelaşi inel. Adresa sursei SA (Sourse Address) este adresa staţiei emiţătoare. Secvenţa de verificare a cadrului FCS (Frame Check Sequence) este un CRC pe 32 de biţi, acoperind FC, DA, SA şi câmpul de informaţii. Delimitatorul de sfârşit ED (Ending Delimiter) conţine simboluri non-data (T); el indică sfârşitul unui token, deci el este urmat numai de FS. Starea cadrului FS (Frame Status) conţine 3 indicatori: eroare detectată (E), adresă recunoscută (A) şi cadru copiat (C). Aceşti indicatori sunt setaţi adevărat (simbol Set) sau fals (simbol Reset). La instalare, se poate decide adăugarea mai multor indicatori. ED şi FS împreună formează sfîrşitul unei secvenţe cadru EFS (End of Frame Sequence). Un cadru conţine maxim 4500 bytes, sau altfel spus 45 000 biţi (după codarea 4B/5B). Viteza luminii într-o fibră optică este în jur de 20 cm/ns. Biţii codaţi sunt transmişi la o rată de 125 Mbps. Prin urmare se pot trage câteva concluzii: • Un bit are “lungimea” de aproximativ 160 cm în cablul de fibra optică. • Un token, conţinând 16 simboluri inactive (preambulul) plus 6 simboluri token

(SD, FC şi ED) va ocupa 176 m pe inelul respectiv. • Un cadru minimal (nici o informaţie, adrese a 12 simboluri) ocupă 448 m. • Un cadru maximal (4500 bytes) ocupă 72 km pe inel. Dacă inelul este mai

scurt de 72 km, atunci staţia care transmite un asemenea pachet, va elimina propria ei transmisie de reîntoarcere din inel în timp ce aceasta este încă emisă.

3.2.4. Transmisia sincronă şi asincronă În cazul primelor reţele FDDI implementate, a fost folosită doar transmisia de date asincronă. Transmisia asincronă este bazată pe regulile de menţinere a token-ului. Când transmisia sincronă este utilizată, o parte din lărgimea de bandă a inelului sau din capacitatea de transmisie va fi rezervată penstru asigurarea sincronismului. Transmisia sincronă este necesară pentru a transmite informaţii

Page 22: retele de date stelare

FDDI

18

vocale sau informaţii video. Staţiile vor negocia timpul maxim de transmisie sincronă (via SMT). Timpul maxim disponibil pentru transmisia asincronă este variabil şi depinde de TRT şi mărimea lărgimii de bandă sincronă nefolosită. Staţiile care au permisiunea de a transmite informaţii în mod sincron pot întotdeauna captura token-ul şi transmite informaţiile sincrone în intervalul de timp permis. Transmisia sincronă ar trebui să fie declarată în prealabil. Transmisia asincronă pe inel este utilizată în mod obişnuit pentru traficul inelului sau alte servicii care nu sunt foarte sensibile la întârzieri. Nu trebuie confundată transmisia asincronă FDDI cu transmisia asincronă utilizată pe liniile de comunicaţie de viteză scăzută (transmisii start-stop). 3.2.5. Clasificarea token-urilor Alocarea de drepturi pentru transmisia asincronă este controlată de 2 tipuri de token-uri: • Token-ul nerestricţionat este o metodă comună pentru a furniza capacitate de

transmisie asincronă către toţi utilizatorii conectaţi la reţeaua FDDI. El se bazează pe utilizarea de timeri diferiţi şi TTRT.

• Când este utilizat un token restricţionat, drepturile de transmisie asincronă pot fi alocate unei singure staţii, fiind posibil dialogul extins dintre două staţii, care au rezervat token-ul restricţionat.

De obicei, inelul este iniţializat într-un mod nerestricţionat, care este modul normal de funcţionare. Modul nerestricţionat garantează un acces cât mai corect pentru toate staţiile. Modul restricţionat va fi folosit numai când o staţie doreşte să iniţieze un dialog extins cu o altă staţie, aceasta presupunând folosirea unei mari părţi din capacitatea inelului. Staţia iniţiatoare, atunci când capturează un token nerestricţionat, transmite primul ei cadru şi generează după aceea un token restricţionat, care este adresat către una sau mai multe staţii. Ca urmare staţia destinaţie va intra în modul restricţionat, transmite cadre şi generează la rândul ei token-uri restricţionate. Staţiile părăsesc modul restricţionat prin generarea unui token nerestricţionat. Pe durata dialogului restricţionat, toate celelalte transmisii asincrone sunt împiedicate. Transmisia sincronă rămâne neschimbată.

Page 23: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

19

3.2.6. Tipuri de cadre FDDI Tabelul 2 Controlul Cadrelor (FC)

Campul bitilor CLFF ZZZZ

Tipul Cadrului

Description

0x00 0000 Void Cadru vid 1000 0000 Token Jeton nerestrictionat 1100 0000 Token Jeton restrictionat 1L00 0001

până la 1L00 1111

MAC Cadru MAC

1L00 0010 MAC Cadru MAC de balizare 1L00 0011 MAC Cadru MAC de revendicare 0L00 0001

până la 0L00 1111

SMT Cadru SMT

0L00 1111 SMT Cadru de adresare a urmatoarei statii

CL01 r000 până la

CL01 r111

LLC Cadru LLC

0L01 rPPP LLC Transmisie prioritara asincrona (prioritate data de

PPP) 1L01 rrrr LLC Transmisie sincrona

CL10 r000 până la

CL10 r111

Implementator Cadru de implementare

CL11 rrrr Rezervat Rezervat pentru dezvoltări ulterioare a standardului

C:Clasa L:Lungime P:Prioritate

r : rezervat X: indiferent

Page 24: retele de date stelare

FDDI

20

3.2.7. Priorităţi Înainte de a merge mai departe trebuie să facem observaţia că priorităţile pot fi controlate prin transmisie sincronă sau prin utilizarea unui token restricţionat. În modul asincron, priorităţile se pot baza pe utilizarea biţilor de tip P: • Traficul asincron poate fi subdivizat în 8 nivele de prioritate. • Fiecare staţie are un set de 8 valori de prag: T_Pr (1), … ,T_Pr (8). • T_Pr (i) este timpul maxim de care un token are nevoie pentru a circula,

permiţând însă şi transmiterea cadrelor de prioritate i. • După transmiterea cadrelor sincrone (sau dacă nu au fost cadre sincrone de

transmis), THT-ul este validat şi începe să funcţioneze de la valoarea prescrisă. Staţia poate acum să transmită date asincrone de prioritate i numai atât timp cât THT < T_ Pr ( i ).

• Valoarea maximă a oricăruia din T_Pr (i) nu trebuie să fie mai mare decât TTRT (Target Token Rotation Time).

3.3. Pornirea unei reţele FDDI În timpul procedurii de iniţializare sau restartare, staţiile fac oferta pentru dreptul de a iniţializa inelul FDDI prin fixarea valorii pentru TTRT. Negocierea asupra valorii lui TTRT se numeşte proces de revendicare. Pentru o funcţionare corectă au fost definite trei tipurri de semnale de sincronizare: TRT, THT şi TVX. 3.3.1. Semnale de sincronizare În scopul de a asigura un acces echitabil la mediul FDDI, sunt prevăzute câteva semnale de sincronizare (ceasuri) importante. În cele ce urmeză sunt prezentate pe scurt semnalele TRT (Token Rotation Timer), THT (Token Holding Timer) şi TVX (Valid Transmission Timer). TRT- ul, sau ceasul pentru rotaţie token, măsoară timpul care se scurge între recepţia de token-uri (jetoane) de către o staţie. Este reiniţializat la fiecare trecere a jetonului. Este foarte importantă asigurarea unei alocări echitabile de capacitate şi o funcţionare corectă a reţelei. Până la recepţia token-ului, TRT-ul este încărcat cu valoarea lui TTRT şi începe decrementarea. În regim staţionar, timpul TRT expiră când TTRT-ul a fost depăşit. Dacă acest contor de timp expiră, înseamnă că jetonul nu a fost „văzut” un interval de timp prea îndelungat. Staţiile negociază valoare pentru TTRT printr-un proces de revendicare. THT-ul, sau ceasul de menţinere token, măsoară cât timp poate continua să transmită o staţie după ce a dobândit jetonul, cu alte cuvinte, controlează durata

Page 25: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

21

perioadei în care o staţie poate iniţia cadre asincrone. Acest contor de timp elimină situaţia în care staţia ar ocupa inelul timp nelimitat. O staţie reţinând token-ul poate porni transmisia asincronă dacă THT- ul nu a expirat. THT-ul este iniţializat cu valoarea corespunzătoare diferenţei dintre timpul de sosire a token-ului (jetonului) şi TTRT. TVX-ul, sau ceasul pentru transmisie validă, măsoară perioada dintre transmisiile valide pe inel (cadre de date sau token-uri nerestricţionate). Este folosit la detectarea şi recuperarea unor erori temporare în inel. Când o staţie primeşte un cadru valid sau un token, TVX-ul este resetat. TVX poate fi folosit pentru a detecta căderea inelului. Dacă TVX-ul expiră, staţia va porni o secvenţă de iniţializare a inelului. Numărătorul de întârziere LC (Late Counter) va fi setat atunci când un jeton soseşte mai târziu decât este permis pentru acea staţie. În acest caz staţia nu va mai avea posibilitatea să transmită date asincrone. 3.3.2. Folosirea ceasurilor pentru transmisia de date Fiecare staţie utilizează un ceas TRT şi un ceas THT, împreună cu un LC. TRT măsoară timpul scurs din momentul în care ultimul token a fost detectat de staţie. Când token-ul soseşte, TRT va fi reiniţializat cu TTRT şi începe numărătoarea inversă: • Dacă TRT atinge valoarea 0 înainte ca următorul token să sosească atunci:

− TRT este reiniţializat cu TTRT. − LC este setat.

• Dacă token-ul soseşte la timp, atunci LC rămîne la valoarea 0. Dacă presupunem că token-ul soseşte la timp, atunci pot avea loc următoarele acţiuni:

− Staţia transferă valoarea lui TRT în THT. − TRT este reiniţializat, şi începe numărătoarea inversă. − THT conţine timpul disponibil pentru transmisia de date. − THT începe numărătoarea inversă. − Sunt transmise la început datele sincrone (dacă sunt disponibile). − Sunt transmise apoi datele asincrone dar numai dacă aceea staţie

poate transmite (dacă este permis de THT). − Când THT atinge valoarea 0, transmisia trebuie să se încheie. Dacă

mai există încă date de transmis, acea transmisie va trebui întârziată până la următoarea captură a token-ului.

Page 26: retele de date stelare

FDDI

22

Dacă semnalul soseşte prea târziu (LC=1), atunci transmisia datelor asincrone este întârziată până la următorul prilej favorabil.

Page 27: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

23

Da Transm. Încheiată

?

Da

Da

Nu THT<T_Pr(i)? Trimite

Token

Clasa i de trimis?

Da THT<TTRT şi

i ≥0?

N

Da

Nu

Da

Da

Nu

N

Da

Trimite Token

Nu

DA= MA?

Nu

Token reatrcţionat

Transmisieasincronă?

Alocare sincronă

finalizată?

Mărime Token

Transmisiesincronă?

THT TRT TRT 0

Enable TRT

Transmite cadru

Da

Transmite Cadru

Validare THT i←7

Nu

Nu

i←i-1

Transmite Cadru Figura 11

Page 28: retele de date stelare

FDDI

24

Sunt valabile observaţiile: − Datele sincrone vor fi transmise întotdeauna. − THT nu este utilizat pentru astfel de transmisii sincrone. − TRT nu este reiniţializat cu TTRT. − TRT continuă numărătoarea inversă.

Transmisia sincronă ocupă deci o parte importantă din lărgimea de bandă a timpului de rotaţie a token-ului următor. După această transmisie sincronă, un nou token trebuie să fie generat imediat. Organigrama prezentată în figura 11 oglindeşte secvenţa descrisă mai sus. În figura 12 este ilustrată alocarea de capacitate între transmisia sincronă şi asincronă, cu un token restricţionat sau unul nerestricţionat.

3.3.3. Iniţializarea inelului Înainte ca procesul de revendicare să poată fi iniţializat, staţiile trebuie să stabilească conexiuni cu staţiile din vecinătate. Pe această cale se constituie inelul din punct de vedere logic. Acest proces de conectare fizică este controlat de segmentul de gestionare a conexiunii din managementul staţiei. La pornire sau după o oprire, staţiile trebuie să-şi

si

sau

100 %

SINCRON ASINCRON

RESTRICŢIONAT NERESTRICŢIONAT

8 7 6 5 4 3 2 1

Figura 12

Page 29: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

25

recunoască vecinii. Aceasta se realizează prin utilizarea secvenţelor de stare a liniei, specifice transmisiei şi implicit recunoaşterea acelora. Staţiile din vecinătate schimbă informaţii referitoare la tipurile proprii de porturi şi regulile de conectare la acestea şi verifică calitatea legăturii dintre staţii. După aceasta, ele schimbă rezultatele testelor şi, dacă totul este găsit a fi în regulă, ele pot accepta tipul de conectare şi completa conexiunea fizică prin transmiterea secvenţei de stare a liniei corespunzătoare. Acest proces este repetat pentru fiecare legătură a inelului dublu FDDI şi toate staţiile pot astfel să se conecteze la inel. După ce staţiile au stabilit conexiunea, ele trebuie să oferteze pentru dreptul de a iniţializa inelul prin generarea unui token. Această negociere este numită proces de revendicare. 3.3.4. Procesul de revendicare Procesul de revendicare determină care staţie va iniţializa inelul. Staţia cu oferta de timp cea mai avantajoasă pentru TTRT câştigă procesul de revendicare. Valoarea lui TTRT poate fi setată pe baza numărului de staţii ataşate, lungimea inelului şi timpul cerut de către fiecare staţie pentru a transmite date în lungul inelului. Procesul de revendicare începe atunci când entitatea MAC, în una sau mai multe staţii, introduce starea de revendicare. În această stare, MAC-ul în fiecare staţie transmite continuu cadre de revendicare. Un cadru de revendicare conţine adresa staţiei şi o ofertă pentru TTRT. Staţiile din inel vor compara cadrele de revendicare sosite cu propria lor ofertă pentru TTRT şi au loc următoarele acţiuni: • Dacă cadrul are o ofertă de timp mai mică, staţia repetă cadrul de

revendicare şi opreşte trimiterea propriei sale revendicări. • Dacă cadrul are o ofertă de timp mai mare, staţia mută cadrul de revendicare

şi continuă trimiterea cadrelor cu oferta sa proprie pentru TTRT. • Când o staţie primeşte propriul ei cadru de revendicare, acea staţie câştigă

dreptul de a iniţializa inelul. Dacă două sau mai multe staţii fac oferte identice, staţia cu cea mai lungă şi mai prioritară adresă câştigă. Staţia câştigătoare apoi iniţializează inelul prin emiterea unui token. Acest token trece în lungul inelului fără a fi capturat de vreo staţie. Cum fiecare staţie primeşte acest token, ea setează propriul TTRT la o valoare egală cu TTRT-ului staţiei câştigătoare. La cea de a treia rotaţie a token-ului, inelul ar trebui să fie în regim de funcţionare staţionar şi nodurile pot începe să transmită date asincrone.

Page 30: retele de date stelare

FDDI

26

3.4. Întreţinerea inelului Pentru întreţinerea inelului pot fi transmise cadre de control special, eventual sub controlul SMT-ului. Toate staţiile au o responsabilitate egală în întreţinerea inelului. Iniţiativa pentru pornirea funcţiilor de întreţinere este în majoritatea cazurilor bazată pe situaţiile care produc o reiniţializare a inelului, cum ar fi o inactivitate care ia mai mult timp decât timpul TVX, o cădere fizică sau logică a inelului sau prezenţa unor cadre nevalide pe inel. 3.4.1. Timpul de transmisie validă Staţiile folosesc setarea timpului în TVX pentru a detecta o pauză în activitatea inelului. Dacă timpul dintre transmisii valide depăşeşte valoarea setată în numărător atunci se concluzionează că există o condiţie de eroare. După aceasta staţiile iniţiază un proces de revendicare. Dacă procesul de revendicare eşuează, staţiile iniţiază procesul de balizare. 3.4.2. Procesul de balizare O baliză (beacon în engleză) este un cadru specializat folosit de către MAC pentru a anunţa celorlalte staţii că inelul este întrerupt. Un cadru de balizaj este similar unui salut: „Salut, eşti acolo?” fiind aşteptat apoi răspunsul sub forma propriului cadru returnat. O staţie FDDI poate începe procesul de balizare atunci când revendicarea eşuează ori dacă procesul de management al staţiei îi cere aceasta (figura 13). În una dintre aceste condiţii, staţia începe transmisia continuă a cadrelor de balizare. MAC-ul foloseşte cadre de balizaj pentru a anunţa că inelul este întrerupt şi pentru a localiza şi izola defectul, dacă este posibil.

Inel primar

Cadru balizare

D

C

A

B

Simboluri de asteptare

Inel secundar

Figura 13

Page 31: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

27

Dacă o staţie primeşte o baliză de la vecinul din amonte, ea repetă acea baliză şi opreşte transmisia propriei sale balize. Dacă o staţie primeşte propria sa baliză, ea consideră inelul logic ca fiind restaurat, opreşte balizarea şi începe procesul de revendicare. Dacă o staţie nu primeşte baliza, ea transmite un şir continuu de balize. Această blocare a balizării indică faptul că una din staţii nu îndeplineşte condiţiile necesare pentru trimiterea continuă a cadrelor de balizare. 3.4.3. Condiţia de blocare a balizării Un contor pentru blocarea balizării, funcţionând sub controlul procesului de management al inelului, măsoară durata de transmisie a unei balize. Dacă transmisia unei balize depăşeşte limita ceasului (aproximativ 10 sec.), procesul de gestiune a inelului începe procedurile de refacere a balizării, încercând astfel să refacă funcţionarea normală a staţiei. Procedura de refacere începe prin transmisia unei balize direcţionate. Această semnalizare direcţionată indică existenţa unei condiţii de blocare la nivelul inelului. Dacă inelul nu se reface până la sfârşitul acestei transmisii, atunci, prin procedura de management a inelului se iniţiază o funcţie de marcare. 3.4.4. Funcţia de marcare Funcţia de marcare foloseşte semnalizarea PHY pentru restabilire a inelului după o condiţie de blocare a balizării. Defectul poate fi localizat prin balizarea MAC-ului şi a staţiei vecine ei din amonte. Acest mecanism este schematizat în figura 13. Să presupunem că staţia defectă (A) transmite continuu simboluri inactive. Staţiei din aval ei (B) îi expiră timpii TVX şi aceasta eşuează în procesul de revendicare (A nu a repetat cadrele de revendicare) şi generează un proces de blocare a balizării. Staţia B trimite mesaje pentru a „marca” staţia A, folosind semnalizarea PHY. Primirea mesajului de marcare determină A şi B să părăsească inelul şi să iniţieze procedurile de autotest. Dacă defectul este la staţia A, atunci ea rămâne deconectată, iar B se reconectează la inel. 3.4.5. Eliminarea cadrelor parazite Inelul se reconfigurează când dispozitivele se conectează sau părăsesc inelul. Datorită acestui proces pot fi introduse în noua topologie cadre parazite. Aceste cadre parazite pot fi generate de un dispozitiv care nu mai este parte componentă a topologiei. Ele nu pot fi identificate ca aparţinând nici unui dispozitiv particular ataşat şi deci nu pot fi eliminate de către acel dispozitiv. Pentru a elimina aceste cadre parazite, o staţie trimite o serie de simboluri inactive către inel. În acelaşi timp, MAC epurează inelul de cadre şi jetoane parazite. După această „filtrare”

Page 32: retele de date stelare

FDDI

28

staţiile active reiau procesul de revendicare. După epurare, este garantat faptul că toate cadrele din inel au fost generate după realizarea reconfigurării. Se împiedică astfel circulaţia continuă pe inel a cadrelor „invechite”. 4. STANDARDUL DE GESTIUNE A STAŢIEI (SMT) SMT (Station ManagemenT standard) furnizează servicii la nivelul staţiei în scopul monitorizării şi controlului unui nod FDDI. Gestiunea staţiei permite acestora să lucreze cooperativ în interiorul inelului şi asigură operarea corectă a staţiei. SMT conţine 3 componente majore: • Gestiunea conexiunii (CMT) • Gestiunea inelului (RMT) • Servicii cadre SMT. 4.1. Gestiunea conexiunii - CMT

CMT (Connection ManagemenT) este porţiunea din SMT care asigură înglobarea nivelului fizic şi eliminarea staţiilor. Aceasta foloseşte diagnosticarea marcării pentru a identifica şi izola o componentă defectă. CMT prezintă la rândul lui trei componente importante: • Gestiunea conexiunii la nivel fizic, PCM (Physical Connection Management) -

controlează legătura fizică dintre elementele adiacente PHY-ului (teste de calitate, confidenţialitatea inelului, aplicarea regulilor de conectare forţată).

• Gestiunea configurării CFM (Configuration Management) - furnizează reguli pentru configurare entităţi PHY şi MAC în interiorul unui nod.

• Gestiunea coordonării entităţilor ECM (Entity Coordination Management) - asigură pentru controlul releelor bypass şi semnalizarea către PCM atunci când mediul de transmisie este disponibil; coordonează funcţiile de marcare.

4.2. Gestiunea inelului - RMT Procesul de gestiune a inelului, RMT (Ring ManagemenT) primeşte informaţii de stare de care are nevoie pentru funcţionarea corectă, de la MAC şi CMT. RMT raportează apoi această informaţie de stare spre SMT şi proceselor de nivel mai înalt. El furnizează următoarele servicii: • Detectează blocarea balizării; • Rezolvă problemele legate de procesul de marcare;

Page 33: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

29

• Acordă MAC-ului posibilitatea de a transmite; • Detectează adresele duplicat, care împiedică funcţionarea corectă a inelului,

chiar dacă el devine operaţional. 4.3. Servicii cadre SMT Serviciile cadre SMT furnizează mijloacele de control şi observare a unei reţele FDDI. Ele sunt implementate de diferite clase şi tipuri de cadre SMT. Clasa cadre identifică funcţionalitatea cadrelor, cum ar fi: cadrul de informaţii privind vecinătăţile NIF (Neighbourhood Information Frame) şi cadrul de informaţii privind staţia SIF (Station Information Frame). Acestea sunt folosite pentru a informa vecinii staţiei, periodic (cam la fiecare 30 sec.), asupra adresei ei, asupra configuraţiei şi caracteristicilor ei. Tipul cadrului desemnează dacă cadrul este un anunţ, o cerere sau un răspuns la o cerere.

DAC DAC

SAC

CPU

DAC

Figura 14

Page 34: retele de date stelare

FDDI

30

5. CONECTAREA STAŢIILOR LA REŢEAUA FDDI Aşa cum s-a menţionat deja, FDDI este un inel cu circulaţie duală. Staţiile pot fi conectate direct (SAS şi DAS) sau via un concentrator (SAC sau DAC). Cu ajutorul acestor concentratoare, inelul poate fi extins astfel încât să formeze un inel dublu alcătuit din topologii arborescente. 5.1. Concentratoare Un concentrator oferă flexibilitatea necesară pentru a expanda o reţea. Prin intermediul unui concentrator diferite tipuri de echipamente pot fi conectate la un inel. El trebuie să permită conectarea directă de staţii (SAS şi DAS), dar şi conectarea altor concentratori la inelul dublu. Într-o configuraţie de sine stătătoare, concentratorul acţionează asemenea unui hub pentru staţiile din reţea. Un exemplu de astfel de configuraţie este prezentat în figura 14. Concentratorul decodifică de asemenea şi regenerează datele de intrare. În acest mod el acţionează ca un regenerator pentru fluxul de date care parcurge concentratorul. Un concentrator poate acţiona ca un concentrator simplu ataşat (SAC, Single Attachment Concentrator) sau ca un concentrator dublu ataşat (DAC, Dual Attachment Concentartor). Un concentrator simplu ataşat conţine de obicei mai mult de o entitate PHY şi una PMD şi opţional o entitate MAC (figura 15).

S M T

MAC (opţional)

Switch configurare

PHY PHY PHY

PMD PMD PMD

• • •

• • •

port

Figura 15

Page 35: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

31

Prezenţa unei entităţi MAC depinde de cerinţele reţelei şi de aplicaţia implementată. MAC furnizează către concentrator serviciile care sunt necesare staţiilor aflate la distanţă pentru controlul concentratorului. În aplicaţiile simple, de sine stătătoare, MAC nu va fi implementat în mod obişnuit din cauza preţului său ridicat. Comutatoarele de configurare internă ale concentratorului au în sarcină şuntarea de staţii (bypass) sau inserarea acestora. Software-ul de gestionare a reţelei permite configurarea concentratorului în funcţie de necesităţile reţelei. Cu ajutorul aceluiaşi software, managerul de reţea poate insera sau îndepărta staţiile din configuraţia concentratorului. 5.2. Staţiile şi nodurile reţelei Controlerele FDDI conectează staţiile sau sistemele utilizator la inelul FDDI. Aceste controlere permit dispozitivelor ataşate să acţioneze ca staţii de conectare simple sau duble. Fiecare controler are o interfaţă către o staţie de lucru specifică sau către o magistrală de sistem. Astfel de controlere constau din entităţi de tipul PMD, PHY, MAC şi SMT. Controlerele inteligente au logică controlată de microprocesor, care le permite să transfere informaţii între utilizatorul final şi magistrala FDDI, de cele mai multe ori fără intervenţia staţiei însăşi.

Staţiile reţelei pot fi de asemenea conectate în două moduri: staţie simplu ataşată (SAS, Single Attachment Station) sau staţie dublu ataşată (DAS, Dual Attachment Station). Un SAS, aşa cum este ilustrat în figura 16, este modalitatea cea mai simplă de conectare la un inel FDDI. Un SAS este conectat numai la inelul primar. Conectarea la inelul secundar trebuie să se facă printr-un concentrator. Una din raţiunile principale pentru

S M T

MAC

PHY

PMD concentrator recepţie

transmisie

Figura 16

Page 36: retele de date stelare

FDDI

32

conectarea SAS-ului la un concentrator este de a preveni o deteriorare a inelului cauzată de un eventual SAS defect. Caracteristicile de proiectare înglobate într-un concentrator, îi permit acestuia să detecteze problemele de conectare cauzate de căderea unui SAS şi de a-l izola pe acesta de inel. Un SAS este de asemenea numit şi staţie de clasă B. Într-un inel dublu de topologii arborescentă un SAS este întotdeauna o soluţie interesantă, fiabilă şi ieftină pentru conectarea unei staţii la reţea. Un DAS se conectează la ambele inele, aşa cum este arătat în figura 17.

Un DAS are două elemente PHY, două elemente de tip PMD, unul (sau opţional două) MAC-uri, un SMT şi un şunt optic opţional. El poate fi ataşat inelului fără intervenţia unui concentrator. În caz de cădere un DAS poate avea grijă de conexiunea inelului, ea fiind adesea referită ca o staţie de clasă A. O reţea FDDI alcătuită numai din staţii DAS are o serie de limite. De exemplu atunci când două sau mai multe staţii DAS cad sau sunt deconectate, reţeaua locală FDDI poate fi segmentată în reţele disparate, izolând astfel utilizatorii de la unele resurse ale reţelei LAN. 6. FDDI – II: SERVICII INTEGRATE LAN FDDI -II este o extensie a interfeţei de date distribuite pe fibră, aşa cum a fost ea descrisă până acum. Pe lângă transmisia de date orientată pe pachete, devine posibilă de asemenea transmisia de date pe circuite comutate (cum ar fi transmisia de voce şi imagine). Prin urmare trebuie să fie furnizate servicii de transfer izocrone.

MAC

Figura 17

PHY

MAC

PMD

PHY

PMD

S M T

Releu bypass

Port A Port B

Page 37: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

33

În acest scop sunt adăugate servicii de timp real (până la 16 canale de 6,14 Mbps pentru transmisia în timp real). Scopul este de a armoniza aceste servicii cu standardul IEEE 802.9 (reţele integrate de date şi voce). Prin urmare s-a prevăzut un canal cu banda de 64 kbps, permanent, pentru comunicaţii de tip voce. Acest canal vocal trebuie să fie conform cu recomandările CCITT. Modul izocron al FDDI-II nu foloseşte capabilităţile de adresare ale cadrelor FDDI, ci din contra, are la bază o conexiune stabilită potrivit unor acorduri anterioare. Prin urmare FDDI-II combină accesul orientat pe conexiune şi cel de tip nonconectiv într-o singură soluţie. Stabilirea conexiunii poate fi negociată folosind cadre sau printr-o preasignare (de tip semipermanent) între staţii. Referinţa de timp de bază folosită este perioada cadrelor PCM de 125 µs, folosită în cele mai multe din reţelele de comunicaţii. Fiecare ciclu de 125 µs este compus dintr-un preambul (care este folosit pentru sincronizarea cadrelor la un ceas de eşantionare de 8 kHz), un bloc de început de ciclu (antet, header) şi 16 canale de bandă largă (WBC, WideBand Channels) de 6,144 Mbps fiecare, aşa după cum se poate vedea şi în figura 18. Acest mod de organizare lasă ceva timp pentru traficul de pachete suplimentare de 768 kbps, alcătuit din 12 bytes la fiecare 125 µs. Acest canal de pachete este numit PDG (Packet Data Group) şi este intercalat cu cele 16 canale de bandă largă WBC (Wide Band Channel). Fiecare WBC poate funcţiona fie în mod izocron (sau circuit comutat), fie în mod pachet. Un WBC va fi alocat unei anumite staţii specifice pentru un timp determinat; aceasta se poate reliza într-un mod semipermanent sau într-un mod comutat. În cadrul fiecărui WBC, lărgimea benzii poate fi alocată de către staţie în termenii unor multipli de 8 kbps (incluzând subcanale de 64, 384, 1536, 2048 kbps). Hederul conţine informaţii despre fiecare WBC, indicând tipul de trafic în care este folosit acel WBC. FDDI – II oferă 4 tipuri de calitate a serviciilor, depinzând de nivelele de prioritate. Se poate face distincţie între aceste 4 nivele de prioritate după modul de lucru izocron şi pachet şi prin folosirea fie a unui token restricţionat fie a unuia nerestricţionat. Cel mai înalt nivel de prioritate a fost rezervat pentru transmisia în mod circuit izocron. Nici un token nu este utilizat în acest caz, iar lărgimea benzii este alocată într-un mod semipermanent sau numai pentru durata conectării. Al doilea nivel de prioritate este utilizat pentru traficul de pachete sincrone, care garantează că întârzierea transmisiei nu va fi mai mare decât dublul TTRT-ului. Asemenea date pot fi transmise de fiecare dată când un token (restricţionat sau nerestricţionat) poate fi capturat.

Page 38: retele de date stelare

FDDI

34

A treia prioritate se referă la trafic în mod pachet fără restricţii la întârzierea transmisiei. Asemenea informaţii pot fi transmise oricând un token (restricţionat sau nerestricţionat) este capturat, dar staţiile pot folosi doar un token restricţionat după negocieri, în scopul de a fi siguri că lărgimea de bandă disponibilă nu va fi niciodată depăşită. Prioritatea cea mai de jos este dată de traficul de tip pachet şi are loc doar atunci când un token nerestricţionat a fost capturat. Asemenea transmisii vor umple toată lărgimea de bandă rămasă disponibilă pentru transmisia datelor. FDDI - II poate acţiona ca o reţea magistrală pentru interconectarea diferitelor clădiri pe un domeniu întins, privat. Bineînţeles, ea poate fi sincronizată pe o reţea de telefonie publică. Un master de ciclu generează un ciclu la fiecare 125 µs, iar acesta va fi repetat de celelalte staţii. În cadrul fiecărui ciclu o anumită capacitatea este rezervată pentru comunicarea vocală.

W B C 15

W W W B B B C C C 0 1 2

95 PDG

12

2

t

t

1

12 bytes 5 simboluri 1 byte

Hederul ciclului Preambul

0

8

88

Figura 18

Page 39: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

35

7. EXEMPLE DE REŢELE FDDI 7.1. Configuraţia de bază Configurarea primară conţine staţii SAS şi DAS precum şi concentratoare. Cele mai importante staţii sunt implementate ca staţii DAS, conectate la ambele inele. Câteva staţii, mai puţin importante, vor fi conectate la inelul primar, acelea fiind staţiile SAS. O asemenea configuraţie de bază este prezentată în figura 19. 7.2. Exemplu de reţea complexă În figura 20 este prezentat un exemplu de reţea complexă FDDI. Inelul FDDI acţionează ca o reţea magistrală (backbone). Inelul conectează: • Staţii de lucru, printr-un concentrator cablat. • Staţii administrative interconectate prin Ethernet, şi conectate la inelul FDDI

printr-un bridge (punte) MAC. • Servere pentru fişiere. • Modem-uri (accesibile prin PABX). • Staţiile din reţeaua token-ring, conectate la FDDI printr-un router. • Un computer gazdă având acces la un echipament de stocare a informaţiei

prin legături de capacitate mare Gbps. 7.3. Domeniile de aplicaţie pentru FDDI Cele mai importante domenii de aplicaţie de tip FDDI în acest moment sunt LAN-urile back-end, LAN-urile de viteză ridicată (HSLAN), reţelele de birou de viteză ridicată, precum şi LAN-urile tip coloană vertebrală sau backbone. 7.3.1. Reţele locale back-end Reţelele locale back-end sunt utilizate în centrele de comunicaţii de date pentru conectarea calculatoarelor principale la dispozitive de stocare a informaţiei de capacităţi foarte mari. Scopul unor astfel de sisteme de transmisie back-end este legat de posibilitatea de vehicularea unor cantităţi uriaşe de date între un număr mic de staţii, situate într-o arie mică. Fiabilitatea înaltă, calitate majoră a FDDI-ului, este de extremă importanţă pentru asemenea conexiuni. De asemenea sunt necesare viteze mari de transmisie (minim 50 Mbps), aceste cerinţe neridicând însă nici o problemă pentru FDDI. Pentru asigurarea fiabilităţii, este preferat un MAC distribuit. Din aceste motive

Page 40: retele de date stelare

FDDI

36

FDDI-ul este o alegere bună ca reţea de tip back-end. Cele mai multe dintre staţii sunt de tip DAS. Protocolul MAC trebuie să asigure un dialog tip multicadru între două staţii astfel ca o mare cantitate de date să poată fi vehiculată. 7.3.2. Reţele de birou de înaltă viteză Într-un birou se găsesc un număr relativ mare de terminale de joasă viteză. Pornind de la standardele IEEE 802, pot fi construite reţele la preţuri scăzute. Tipurile noi de dotări (fax, procesoare de documente sau imagini, aplicaţii grafice etc.) cer pentru transmisia de date o viteză ridicată. În asemenea cazuri, FDDI poate fi folosit ca backbone. În scopul de a economisi resursele financiare, se poate utiliza o reţea FDDI de tip inel primar, conectându-se doar staţii SAS. 7.3.3. Reţele locale backbone Creşterea explozivă a pieţei PC-urilor şi distribuţia aplicaţiilor de proces determină necesitatea utilizării de strategii pentru o reţea cât mai flexibilă. Toate resursele şi echipamentele trebuie să fie interconectate.

(B)

(B)

(A) (B)

Figura 19

(A)

(A)

(1) : inel primar (2) : inel secundar (A) : staţie clasa A (B) : staţie clasa B

(2)

(2) (2)

(1)

(1)

(1)

(1)

Page 41: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

37

Utilizarea unei singure reţele are câteva dezavantaje: • Fiabilitate: o cădere într-o reţea primară poate cauza enorme pagube,

deoarece se opreşte întreaga transmisie. • Capacitatea de transmisie: o singură reţea este foarte rapid saturată atunci

când numărul de utilizatori creşte în timp. • Costul: o reţea niciodată nu poate fi optimizată pentru toate serviciile pe care

le poate furniza. De exemplu, conectarea de microcomputere ieftine la reţea cere interfeţe ieftine; LAN-urile cu astfel de interfeţe ieftine niciodată nu vor fi capabile să conecteze un număr mare de staţii.

FDDI Backbone Network

Ethernet

bandă

Computer Gazdă

disk

Token Ring

Router

PABX

File server

Concentrator

Punte MAC

Staţii de lucru Reţele FDDI

Figura 20

Legături modem

Page 42: retele de date stelare

FDDI

38

Prin urmare pot fi instalate LAN-uri mici şi ieftine, iar acestea pot fi interconectate într-o reţea backbone de înaltă viteză. Este evident că pentru acest scop FDDI este cea mai potrivită soluţie.

Page 43: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

39

INDEXUL ABREVIERILOR

ANSI American National Standard Institute ASK Amplitude Shift Keying CDDI Copper Distributed Data Interface CFM Configuration Management CMT Connection Management DA Destination Address DAC Dual Attachment Concentrator DAS Dual Attachment Station ECM Entity Coordination Management ED Ending Delimiter EFS End of Frame Sequence FDDI Fiber Distributed Data Interface FS Frame Status H Halt I Idle ISDN Integrated Services Digital Network LAN Local Area Network LC Late Counter LCF Low Cost Fiber LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control MAN Metropolitan Area Network MIC Medium Interface Connector NIF Neighbourhood Information Frame NRZ Non Return to Zero NRZI Non Return to Zero Inverted

Page 44: retele de date stelare

FDDI

40

OSI Open Szstems Interconnection PA Preambul PCM Physical Connection Management PDG Pachet Data Group PHY Physical Layer PMD Physical Medium Dependent PSTN Public Swiched Pelephone Network Q Quiet R Reset RMT Ring Management S Set SAC Single Attachment Concentrator SAS Single Attachment Station SD Starting Delimiter SFS Start of Frame Sequence SIF Station Information Frame SMF Single Mod Fiber SMT Station Management Standard STP Shielded Twisted Pair THT Token Holding Timer TP Twisted Pair TRT Token Rotation Timer TTP Timed Token Passing TTP Time Token Protocol TTRT Target Token Rotation Time TVX Valid Transmission Timer UTP Unshielded Twisted Pair WBC Wide Band Channel

Page 45: retele de date stelare

INTERFAŢA DE DATE DISTRIBUITE PRIN FIBRĂ OPTICĂ

41

Bibliografie

[1] De Backer, Luc Fiber Distributed Data Interface, Department of Electricity, K.I.H.O., Ghent, Belgium, 1994

[2] De Prycker, M. Asynchronous Transfer Mode – solution for broadband ISDN, Ed. Ellis Horwood, England

[3] Stallings, William Handbook of Computer Communication Standards, volume 2 – Local Network Standards, Ed. Howard W. Sams & Co, Macmillan Inc., 1996

[4] *** A Primer on FDDI: Fiber Distributed Data Interface, Ed. Digital Equipement Corporation, version 2.0, USA