4.6光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI
光纖由于其眾多的優(yōu)越特性,在數(shù)據(jù)通信中得到了日益廣泛的應(yīng)用。用光纖作為媒體的局域網(wǎng)技術(shù)主要是光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI (Fiber Distributed Data Interface)。FDDI以光纖作為傳媒體,它的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán),更確切地說是邏輯計(jì)數(shù)循環(huán)環(huán)(Logiced Counter Rotating Ring),它的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、帶樹形的環(huán)或帶星形的環(huán)。FDDI的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mbps,覆蓋的范圍可達(dá)幾公里。FDDI可在主機(jī)與外設(shè)之間、主機(jī)與主機(jī)之間、主干網(wǎng)與IEEE802低速網(wǎng)之間提供高帶寬和通用目的的互連。 FDDI采用了IEEE802的體系結(jié)構(gòu),其數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層可以在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC操作。
4.6.1FDDI工作原理
1.FDDI的性能
FDDI數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)100Mbps,采用4B/5B編碼,要求信道媒體的信號(hào)傳輸速率達(dá)到125Mbaud。FDDI網(wǎng)環(huán)路長(zhǎng)度為200km,最多可有1000個(gè)物理連接。若采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí),站點(diǎn)間距離在2Km以內(nèi),且每個(gè)站點(diǎn)與兩個(gè)環(huán)路都有連接,則最多可連接500個(gè)站點(diǎn),于其中每個(gè)單環(huán)長(zhǎng)度限制在100km內(nèi)。
FDDI是由許多通過光傳送媒體連接成一個(gè)或多個(gè)邏輯環(huán)的站點(diǎn)組成的,因此與令i牌環(huán)類似,也是把信息送至環(huán)上,從一個(gè)站到下一個(gè)站依次傳遞,當(dāng)信息經(jīng)過指定的目的i站時(shí)就被接收、復(fù)制,最后,發(fā)送信息的站點(diǎn)再將信息從環(huán)上撤消。因此FDDI標(biāo)準(zhǔn)和令牌環(huán)媒體訪問控制標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.5十分接近。FBDI和802.5的主要特性比較見表4.4.
2.數(shù)據(jù)編碼
FDDI規(guī)定了一種很特殊的定時(shí)和同步方法。在網(wǎng)絡(luò)中使用的代碼是那種信號(hào)狀態(tài)變化頻繁的代碼,這些狀態(tài)變化使得接收器能夠持續(xù)地與輸入信號(hào)相適應(yīng),這樣就保證了發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的同步。在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中使用的曼徹斯特碼只有50%的效率,因?yàn)槊恳槐忍囟家缶€路上有2次狀態(tài)變化(即2Baud)。如果采用曼徹斯特編碼,那么100Mbps傳輸速率就要求200MBaud的調(diào)制速率,也即200MHz的帶寬。換言之,曼徹斯特編碼需要發(fā)送數(shù)據(jù)的2倍帶寬。
考慮到生產(chǎn)200MHz的接口和時(shí)鐘設(shè)備會(huì)大大增加成本,ANSI設(shè)計(jì)了一種稱為4B/5B的代碼。在這種編碼技術(shù)中,每次對(duì)4位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,每4位數(shù)據(jù)編碼成5位符號(hào),用光的存在和不存在表示5位符號(hào)中每一位是1還是0。這樣,對(duì)于100Mbps的光纖網(wǎng)只需125MHz的元件就可實(shí)現(xiàn),使效率提高到80%。
為了得到信號(hào)同步,可以采用二級(jí)編碼的方法。即先按4B/5B編碼,然后再利用一種稱為倒相的不歸零制NRZI編碼。該編碼確保無論4比特符號(hào)為何種組合(包括全"0",其對(duì)應(yīng)的5比特編碼中至少有2位"1",從而保證在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)至少發(fā)生兩次跳變,以利于接收端的時(shí)鐘提取。這個(gè)原理類似于第2章中介紹過的差分編碼。
5比特編碼的32種組合中,實(shí)際只使用了24種,其中的16種用做數(shù)據(jù)符號(hào),其余8種用做控制符號(hào)(如幀的起始和結(jié)束符號(hào)等)。表4.5
列出4BAB編碼的數(shù)據(jù)符號(hào)部分,所有16個(gè)4位數(shù)據(jù)符號(hào),經(jīng)編碼后的5位碼中"1"碼至少為2位,按NRZI編碼原理,信號(hào)中就至少有兩次跳變,因此接收端可得到足夠的同步信息。
3.時(shí)鐘偏移問題
在一般的環(huán)形網(wǎng)中,采用只有一個(gè)主時(shí)鐘的集中式時(shí)鐘方案,在繞環(huán)運(yùn)行時(shí),時(shí)鐘信號(hào)會(huì)偏移。每個(gè)站點(diǎn)產(chǎn)生的偏移,積累起來還是很可觀的。為了消除這種時(shí)鐘偏移現(xiàn)象,采用一種彈性緩沖器來消除這種偏移。但即使采用了這種措施,由于偏移積累的緣故,也限制了環(huán)網(wǎng)的規(guī)模。
這種集中式時(shí)鐘方案,對(duì)100Mbps高速率的光纖網(wǎng)來說是不適用的。100Mbps光纖網(wǎng)中每一位的時(shí)間為1Ons(而在4Mbps環(huán)網(wǎng)中,1位的時(shí)間為250ns)。因此,時(shí)鐘偏移的影響更嚴(yán)重,如采用集中式時(shí)鐘方案,就需在每一個(gè)站點(diǎn)配置鎖相電腦,成本會(huì)很高。
因此FDDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用分布式時(shí)鐘方案,即在每個(gè)站點(diǎn)都配有獨(dú)立的時(shí)鐘和彈性緩沖
器。進(jìn)入站點(diǎn)緩沖器的數(shù)據(jù)時(shí)鐘是按照輸入信號(hào)的時(shí)鐘確定的,而從緩沖器輸出的信號(hào)時(shí)鐘則根據(jù)站點(diǎn)的時(shí)鐘確定,這種方案使環(huán)路中中繼器的數(shù)目不受時(shí)鐘偏移因素的限制。
光纖由于其眾多的優(yōu)越特性,在數(shù)據(jù)通信中得到了日益廣泛的應(yīng)用。用光纖作為媒體的局域網(wǎng)技術(shù)主要是光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI (Fiber Distributed Data Interface)。FDDI以光纖作為傳媒體,它的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán),更確切地說是邏輯計(jì)數(shù)循環(huán)環(huán)(Logiced Counter Rotating Ring),它的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、帶樹形的環(huán)或帶星形的環(huán)。FDDI的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100Mbps,覆蓋的范圍可達(dá)幾公里。FDDI可在主機(jī)與外設(shè)之間、主機(jī)與主機(jī)之間、主干網(wǎng)與IEEE802低速網(wǎng)之間提供高帶寬和通用目的的互連。 FDDI采用了IEEE802的體系結(jié)構(gòu),其數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層可以在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)定義的LLC操作。
4.6.1FDDI工作原理
1.FDDI的性能
FDDI數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)100Mbps,采用4B/5B編碼,要求信道媒體的信號(hào)傳輸速率達(dá)到125Mbaud。FDDI網(wǎng)環(huán)路長(zhǎng)度為200km,最多可有1000個(gè)物理連接。若采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí),站點(diǎn)間距離在2Km以內(nèi),且每個(gè)站點(diǎn)與兩個(gè)環(huán)路都有連接,則最多可連接500個(gè)站點(diǎn),于其中每個(gè)單環(huán)長(zhǎng)度限制在100km內(nèi)。
FDDI是由許多通過光傳送媒體連接成一個(gè)或多個(gè)邏輯環(huán)的站點(diǎn)組成的,因此與令i牌環(huán)類似,也是把信息送至環(huán)上,從一個(gè)站到下一個(gè)站依次傳遞,當(dāng)信息經(jīng)過指定的目的i站時(shí)就被接收、復(fù)制,最后,發(fā)送信息的站點(diǎn)再將信息從環(huán)上撤消。因此FDDI標(biāo)準(zhǔn)和令牌環(huán)媒體訪問控制標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.5十分接近。FBDI和802.5的主要特性比較見表4.4.
2.數(shù)據(jù)編碼
FDDI規(guī)定了一種很特殊的定時(shí)和同步方法。在網(wǎng)絡(luò)中使用的代碼是那種信號(hào)狀態(tài)變化頻繁的代碼,這些狀態(tài)變化使得接收器能夠持續(xù)地與輸入信號(hào)相適應(yīng),這樣就保證了發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的同步。在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中使用的曼徹斯特碼只有50%的效率,因?yàn)槊恳槐忍囟家缶€路上有2次狀態(tài)變化(即2Baud)。如果采用曼徹斯特編碼,那么100Mbps傳輸速率就要求200MBaud的調(diào)制速率,也即200MHz的帶寬。換言之,曼徹斯特編碼需要發(fā)送數(shù)據(jù)的2倍帶寬。
考慮到生產(chǎn)200MHz的接口和時(shí)鐘設(shè)備會(huì)大大增加成本,ANSI設(shè)計(jì)了一種稱為4B/5B的代碼。在這種編碼技術(shù)中,每次對(duì)4位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,每4位數(shù)據(jù)編碼成5位符號(hào),用光的存在和不存在表示5位符號(hào)中每一位是1還是0。這樣,對(duì)于100Mbps的光纖網(wǎng)只需125MHz的元件就可實(shí)現(xiàn),使效率提高到80%。
為了得到信號(hào)同步,可以采用二級(jí)編碼的方法。即先按4B/5B編碼,然后再利用一種稱為倒相的不歸零制NRZI編碼。該編碼確保無論4比特符號(hào)為何種組合(包括全"0",其對(duì)應(yīng)的5比特編碼中至少有2位"1",從而保證在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)至少發(fā)生兩次跳變,以利于接收端的時(shí)鐘提取。這個(gè)原理類似于第2章中介紹過的差分編碼。
5比特編碼的32種組合中,實(shí)際只使用了24種,其中的16種用做數(shù)據(jù)符號(hào),其余8種用做控制符號(hào)(如幀的起始和結(jié)束符號(hào)等)。表4.5
列出4BAB編碼的數(shù)據(jù)符號(hào)部分,所有16個(gè)4位數(shù)據(jù)符號(hào),經(jīng)編碼后的5位碼中"1"碼至少為2位,按NRZI編碼原理,信號(hào)中就至少有兩次跳變,因此接收端可得到足夠的同步信息。
3.時(shí)鐘偏移問題
在一般的環(huán)形網(wǎng)中,采用只有一個(gè)主時(shí)鐘的集中式時(shí)鐘方案,在繞環(huán)運(yùn)行時(shí),時(shí)鐘信號(hào)會(huì)偏移。每個(gè)站點(diǎn)產(chǎn)生的偏移,積累起來還是很可觀的。為了消除這種時(shí)鐘偏移現(xiàn)象,采用一種彈性緩沖器來消除這種偏移。但即使采用了這種措施,由于偏移積累的緣故,也限制了環(huán)網(wǎng)的規(guī)模。
這種集中式時(shí)鐘方案,對(duì)100Mbps高速率的光纖網(wǎng)來說是不適用的。100Mbps光纖網(wǎng)中每一位的時(shí)間為1Ons(而在4Mbps環(huán)網(wǎng)中,1位的時(shí)間為250ns)。因此,時(shí)鐘偏移的影響更嚴(yán)重,如采用集中式時(shí)鐘方案,就需在每一個(gè)站點(diǎn)配置鎖相電腦,成本會(huì)很高。
因此FDDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用分布式時(shí)鐘方案,即在每個(gè)站點(diǎn)都配有獨(dú)立的時(shí)鐘和彈性緩沖
器。進(jìn)入站點(diǎn)緩沖器的數(shù)據(jù)時(shí)鐘是按照輸入信號(hào)的時(shí)鐘確定的,而從緩沖器輸出的信號(hào)時(shí)鐘則根據(jù)站點(diǎn)的時(shí)鐘確定,這種方案使環(huán)路中中繼器的數(shù)目不受時(shí)鐘偏移因素的限制。