光纖分散式數據介面 (FDDI)

1. 光纖分散式數據介面 (FDDI) Fiber Distributed Data Interface/Cooper Distributed Data Interface

2. FDDI • 1980 年代末期美國國家標準局 (ANSI)X3T9.5 委員會所發展的標準中定義光纖分散式數據介面 (FDDI) • 該委員會於 1995 年改制為 X3T12 • 國際標準組織 (ISO) 1982制定FDDI 標準。

3. ANSI (America National Standard Institute) X3T9.5 標準 • 基本特性如下： • 網路架構：雙環、主環 (Primary Ring) 次環 (Secondary Ring) • 傳輸速率為 100 Mbps • FDDI 訊框 • 網路範圍可達 100 公里 • 傳輸媒介：雙絞線 (CDDI) 、光纖 (FDDI) • 傳輸服務： 同步傳輸 (Synchronous) 、非同步傳(Asynchronous) • 傳輸模式：Token Passing • 高負載時傳輸效率高 • 容錯性高。

4. FDDI 拓樸 • FDDI 是記號傳遞協定，採用雙環狀 (Double Ring) 或星狀拓樸 • 雙環狀也稱為主幹環路(Trunk Ring)，是由兩個分開的主環(Primary) 和次環(Secondary) 所構成 • 其內部流量的移動方向相反藉以提供容錯能力 • 雙環的圓周長度最高可達 100 公里，工作站的距離可達 2 公里之遠。

5. 和兩個環路相連的工作站稱為雙附著工作站 (DAS)。如果纜線斷裂或某一工作站故障，流量則改道至次環路並改為反方向，以便利用次要路徑來存取網路上的其他系統 • 有故障FDDI 網路又稱為纏繞式環路 (Wrapped Ring)。纏繞式環路的效率比不上正常運作的雙環狀網路，因為流量的移動距離加長了，而且故障若未及時修復，整個網路就會暫時中斷。

6. FDDI 也可以採用星狀拓樸，將工作站連接到雙附著集線器 (DAC)。此集線器可為獨立式或連接到雙環狀網路而構成所謂的樹狀雙環 (Dual Ring of Trees) • 和集線器連接的工作站稱為單附著工作站 (SAS)；這種工作站只連接主環路，因此無法利用次環路的故障復原能力 • FDDI 規格共定義了四種用來連接工作站和網路的連接埠 主環路 次環路

7. FDDI 協定依功能區分為四層

8. FDDI 子系統 • FDDI 協定依功能區分為四層： • 實際媒體相依 (PMD) ：負責網路媒介來傳遞資料 • 實體 (PHY)執行封包資料的編碼與解碼成為適合網路媒介傳輸的格式，並負責維護環內的時序同步 • 媒體存取控制 (MAC)藉由附加訊框來建立 FDDI 封包，包括資料的定址、排程和繞送，以及協調網路媒介的存取。 • 工作站管理 (SMT)提供 FDDI 環路的管理功能，包括新增和移除環內工作站、錯誤偵測與設定、識別鄰接點、以及監視統計資料。 • 這四層各有自己的 FDDI 標準文件，某些層的選項甚至含有個別的規格。

9. 實際媒體相依層-光纖 • FDDI 標準所定義的兩種實體層選項如下： • 光纖 光纖的 PMD 標準定義了單模態和多模態光纖的用法，以及參與產生訊號的其他元件的作業特性， • 標準中定義的纜線是 62.5/125 微米等級的多模態光纖，也可以使用50/125、80/125直徑的纜線 • 單模態光纖的訊號衰減程度大幅低於多模態光纖，可延伸的距離較長工作站之間的距離可達 40 到 60 公里；缺點是其價格較高且彈性較差安裝不易

10. 實際媒體相依層-光纖 • 多模態光纖FDDI 工作站之間最大距離 2 公里， • LCF-PMD是價格較低的多模態光纖纜線，其工作站之間的距離為 500 公尺 • 光纖纜線所使用的波長都是1300 奈米可混合使用在相同的網路上，但是必須符合纜線當中較嚴格要求的佈線規定

11. 實際媒體相依層-CDDI • 雙絞線1995 年出版的 TP-PMD 標準稱為銅線分散式數據介面 (CDDI)，要求使用標準的第 5 級無遮蔽式雙絞線 (UTP) 或 Type 1 遮蔽式雙絞線 (STP) • 兩者的纜線最大長度都是 100 公尺。雙絞線通常用來連接 SAS 和集線器，骨幹則使用光纖纜線。如此一來連到工作站的水平佈線即可採用價格較低的銅質纜線，因此 FDDI 和乙太網路之間不需使用橋接器來繞送，並同時保留了骨幹內的光纖佈線 • CDDI 目前未廣泛使用，大部份是因為高速乙太網路隨後即出現所致

12. 實體層 • PHY 層提供介面用來存取MAC 層 • PHY 層負責在 MAC 層所建構的封包以及纜線上傳輸的訊號之間執行編碼與解碼的工作 • FDDI 所使用的傳訊法稱為不再回到零準位的相反(NRZI 4B/5B)，此法的效率優於乙太網路和記號環所使用的 Manchester 和差異式 Manchester 法。 • TP-PMD(銅線分散式數據介面)標準則使用多層次轉換(MLT-3)傳訊法，此法使用三種訊號值來代替 NRZI 4B/5B 所使用的兩種 • 兩種傳訊法皆提供傳輸端和接收端工作站用來同步時序所需的訊號

13. 媒體存取控制層 • MAC 層接收來自網路層協定的協定資料單元 (PDU)，並將資料封裝於 FDDI 訊框內而構成的封包 • 此層也負責經由要求和產生記號來協調對於網路媒介的存取。

14. FDDI資料訊框 • FDDI 工作站傳輸的封包大多都是資料訊框 • 資料訊框攜帶網路層協定的資料、或要求Token和求救程序所使用的 MAC 資料、或是工作站管理資料。 • FDDI 訊框中包含已編碼為符號的資訊。符號是 NRZI 4B/5B編碼用來表示一個4 位元值的 二進位字串，因此兩個符號相當於一個位元組 • 編碼處理後可提供16 個十六進位的資料符號、8 個控制符號 (其中一部份定義於隨後的訊框格式)，以及 FDDI保留 未使用的 8 個違反 (Violation) 符號。

15. 4B/5B編碼 • 原來四個位元編碼的符號，利用五個位元來表示該符號 • 額外的位元用來增加訊號變化減低同時出現 0 或 1 的機率及作同位查核 • 最多可能出現8個連續1及3個連續0 • 一般利用NRZI作二次編碼解決個連續1的問題

16. Nonreturn-To-Zero-Inverted

17. 4B/5B編碼

18. 4B/5B編碼 • 例 • 資料21H(0010，0001) 4B/5B編碼為(10100，01001)連續3個0 • 資料70H(0111，0000) 4B/5B編碼為(01111，11110)連續8個1

19. FDDI資料訊框 • FDDI 資料訊框的格式顯示於圖。訊框欄位的作用如下： • 前置符號(PA，8 位元組) 包含至少 16 個閒置符號，為互相交替的 0 與 1，供網路上的其他系統用來同步時序。 • 起始符號(SD，1 位元組) 包含符號 J 與 K，用來指出訊框的開頭 • 訊框控制 (FC，1 位元組) 包含用來指出 INFO 欄位內所含資料類型的兩個符號

20. FDDI資料訊框 • 訊框控制 其中的一些數值意義如下： • 40 – Void 訊框 • 41、4F – 工作站管理 (SMT) 訊框 表示 INFO 欄位內包含一個由 SMT 表頭和 SMT 資訊所構成的 SMT 協定資料單元。當記號傳遞程序發生異常時，可利用這些訊框來執行復原作業，例如接收記號失敗或是完全無法還原任何資料 • 50、51 – LLC 訊框 表示 INFO 欄位內包含標準的 IEEE 802.2 LLC 訊框。FDDI 封包使用邏輯鏈路控制 (LLC) 訊框來攜帶應用程式的資料 • 60 – 實作訊框 • 70 – 保留訊框

21. FDDI資料訊框 • 目的地位址 (DA，6 位元組) 表示下一個接收訊框之系統的 MAC 位址，或是一組位址或廣播位址 • 來源位址 (SA，6 位元組) 指定傳送封包之系統的 MAC 位址 • 資料 (INFO，不固定) 依據訊框控制( FC) 欄位所指定的訊框作用而定，可能包含網路層協定的資料、SMT 表頭和資料、或是 MAC 資料。 • 訊框檢查字元 (FCS，4 位元組) 包含傳送端系統所產生的CRC，由目的地系統重新計算並和此值比較以確認封包時否在傳送時受損

22. FDDI資料訊框 • 結束符號(ED，4 位元) 包含一個 T 符號，用來指出訊框是完整的 • 訊框狀態(FS，12 位元) 包含值 R (重設) 或 S (設定) 的三個指示子 • 第一次傳輸訊框時三者的值都是 R，透過中介系統傳輸封包後則可能遭到修改 • 三個指示子的作用如下：E (錯誤) 表示系統偵測到 FCS 或訊框格式錯誤。如果收到此指示子的值為 S 的訊框，系統便會立刻丟棄。A (確認) 表示系統得知訊框的目的地位址代表自己，原因在於 DA 欄位中包含該系統的 MAC 位址或是廣播位址。C (複製) 表示系統已經成功地將訊框的內容複製到緩衝區。正常情況下會一併設定 A 和 C 指示子；已設定 A 卻未設定 C 的訊框無法複製到系統緩衝區。發生這種現象大多由於系統來不及處理傳入的流量所致。

23. 記號傳遞 FDDI 和記號環協定都是採用記號傳遞作為媒體存取控制 (MAC) 機制 • 記號是在網路上循環的一種特殊的封包，且持有記號的系統才能傳輸資料 • FDDI 網路的標準使用早期記號釋放，其系統於送出最後一個封包後將立刻傳送一個新的記號 • FDDI 系統也能夠在釋放記號給下一個系統之前傳送多個封包。當封包在整個環內移動後回到建立該封包的系統時，系統便將記號從環內移除以防止記號無限循環。

24. FDDI記號訊框 • 記號訊框的格式顯示於圖。各欄位的作用如下： • 前置符號(PA，8 位元組) 包含至少 16 個閒置符號，亦即互相交替的 0 與 1，供網路上的其他系統用來同步時序之後丟棄。 • 起始符號(SD，1 位元組) 包含符號 J 與 K，用來指出訊框的開頭 • 訊框控制 (FC，1 位元組) 包含用來指出訊框作用的兩個符號，採用下列十六進位值： • 80 不受限制的記號 • C0 受限制的記號 • 結束符號(ED，4 位元) 包含兩個 T 符號，用來指出訊框是完整的

25. FDDI 屬於可預測的(Deterministic) 網路協定其可計算出系統接收記號需要花費的最長時間，只要將網路上的系統數量乘以系統傳遞一個封包所需的時間即可，稱為目標記號循環時間(Target Token Rotation Time) • FDDI 網路通常是非同步環路模式(Asynchronous Ring Mode)，亦即任何系統皆可在接收記號時一併傳遞資料。某些 FDDI 產品也能夠執行於同步環路模式(Synchronous Ring Mode)，因此管理員可將網路總頻寬的一部份配置給特定系統或一群系統；此時網路上的其他所有系統則是非同步執行，並正常分配剩餘的頻寬。

26. 工作站管理層SMT • FDDI 具備整合網路的管理與監視能力，並依據這些能力來設計。SMT 層負責網路環的維護和診斷作業，例如： • 工作站起始作業 • 工作站的新增與移除 • 連線管理 • 組態管理 • 錯誤隔離與復原 • 收集統計資料 • 一部電腦可以安裝多張 FDDI 配接卡且每張配接卡都有自己的 PMD、PHY 和 MAC 層實作，但整個系統只有一項 SMT 實作 • SMT 訊息隨著 FC 欄位值為 41 或 4F 的標準 FDDI 資料訊框一併傳遞。在工作站管理訊框中，FDDI 資料訊框的 INFO 欄位內包含一個 SMT PDU，此 PDU 是由一個 SMT 表頭和一個 SMT Info 欄位所構成。

27. SMT PDU 格式 • 各欄位的作用如下： • 訊框類別 (Frame Class，1 位元組) 指定訊息的作用，採用下列值： • 01 – 鄰接點資訊訊框 (NIF) FDDI 工作站定期傳送自己的 MAC 位址宣告讓網路上的系統用來判斷上游鄰接點位址(UNA) 和下游鄰接點位址(DNA)，稱為鄰接點通知協定(Neighbor Notification Protocol)。網路監視設備也可以利用這些訊息來建立 FDDI 環路的圖示。 • 02 – 狀態資訊訊框-組態 (SIF-CFG)請求和提供系統的組態資訊以便用來隔離錯誤、對應環路和監視統計資料。

28. SMT PDU 格式 • 03 – 狀態資訊訊框-作業 (SIF-OPR)請求和提供系統的作業資訊以便用來隔離錯誤、對應環路和監視統計資料。 • 04 – 回應訊框 用於 FDDI 系統之間的 SMT 對 SMT 迴路測試。 • 05 – 資源配置訊框 (RAF)用來實作網路原則，例如同步頻寬的配置。 • 06 – 請求拒絕訊框 (RDF)用來拒絕另一系統所提出之版本 ID 值不支援或長度錯誤的請求。

29. SMT PDU 格式 • 07 – 狀態報告訊框 (SRF) 發生特定狀況時用來向網路管理員報告工作站的狀態，特定狀況包括： • 訊框錯誤狀況 表示發生訊框錯誤過多的異常狀況。 • LER 狀況 表示連接埠所發生的鏈結錯誤超出指定的限制。 • 位址重複狀況 表示系統或是其上游鄰接點使用了重複的位址。 • 對等式纏繞狀況 表示 DAS 運作於纏繞模式，亦即由於發生纜線斷裂或其他錯誤而使資料從主環路移轉到次環路。 • 握持狀況 表示系統處於握持主環路或握持次環路的狀態。 • 未複製狀況 表示因系統緩衝區太滿而使封包尚未複製到緩衝區即已中繼。 • EB 錯誤狀況 表示連接埠上出現伸縮緩衝區錯誤。 • MAC 路徑變更 表示系統 MAC 位址的現有路徑已經改變。 • 連接埠路徑變更 表示系統連接埠的現有路徑已經改變。 • MAC 鄰接點變更 表示上游鄰接點或下游鄰接點的位址已經改變。 • 非預期的連線 表示建立了非系統所預期的連線。

30. SMT PDU 格式 • 08 – 參數管理訊框-Get (PMF-Get) 提供用來查詢遠端系統的管理訊息庫 (MIB) 屬性的方法。 • 09 – 參數管理訊框-Set (PMF-Set) 提供用來設定遠端系統的某些 MIB 屬性值的方法。 • FF – 延伸服務訊框 (ESF) 供定義新的 SMT 服務時使用。 • 訊框類型 (Frame Type，1 位元組) 指定訊框中所包含的訊息類型，採用下列值： • 01 宣告 • 02 請求 • 03 回應 • 版本 ID (Version ID，2 位元組) 指定 SMT Info 欄位的結構，採用下列值： • 0001 表示使用低於 7.x 的版本 • 0002 表示使用 7.x 版本

31. SMT PDU 格式 • 交易 ID (Transaction ID，4 位元組) 包含用來關聯請求訊息與回應訊息的數值 • 工作站 ID (Station ID，8 位元組) 包含工作站的唯一識別碼，由使用者定義的兩個位元組和網路介面配接卡的 6 位元組 MAC 位址所構成 • 填補位元 (Pad，2 位元組) 包含值為 00 的兩個位元組，將表頭的整體大小墊補到 32 個位元組 • 資訊欄位長度 (Info Field Length，2 位元組) 指定 SMT Info 欄位的長度

32. SMT PDU 格式 • SMT 資訊 (SMT Info，不固定) 包含一或多個參數，每個參數包含下列子欄位：參數類型，2 位元組 指定參數的作用。第一個位元組表示參數的類別，採用下列值：00 一般參數10 SMT 參數20 MAC 參數32 PATH 參數40 PORT 參數參數長度，2 位元組 指定資源索引和參數值欄位的總長度。資源索引，4 位元組 指出參數所描述的 MAC、PATH 或 PORT 物件。參數值，不固定 包含實際的參數資訊。

33. FDDI 系統於開機時利用 SMT 訊息使自己加入環路，加入程序包括數個步驟 • 首先是由系統將環路初始化並測試網路的鏈結，然後利用要求記號 (Claim Token) 來判斷網路上是否有記號藉以啟動連線 • 如果已有記號訊框，要求記號則將剛啟動的系統包含在記號的路徑中 • 如果偵測不到記號，網路上的系統全部都會產生要求訊框 (Claim Frame) 而使系統得以判斷記號循環時間並得知應該由哪個系統產生記號 • 受到 SMT 表頭的大小以及訊息作用的數量所影響，FDDI 網路的控制負擔相對於其他協定來說相當重

34. 項目 FDDI Token-Ring 傳輸媒介 光纖或無遮蔽式雙絞線 遮蔽式雙絞線 傳送速率 100 Mbps 1 or 4 Mbps 編碼技術 4B/5B with NRZI 插動式曼徹斯特 容錯能力 強 弱 時序 分散式 集中式 優先權技術 定時記號環繞法 優先權位元及預約位元 記號釋放 訊框傳送結束時 訊框收回時 記號接收 侵占記號 更改記號位元 位址長度 可 16 bits and 48 bits 16 bits or 48 bits 訊框長度 最長 4500 Bytes 依記號使用時間而定 網路監控 分散式由所有工作站負責 集中式由記號監督工作站負責 FDDI 與 IEEE 802.5 的比較

35. FDDI-II • FDDI-II 是比較新的標準，其設計目的在於提供比原始 FDDI 標準的同步環路模式更好的頻寬配置型式 • FDDI-II 的對象是需要專用頻寬的即時應用，例如串流音訊和視訊。FDDI-II 基本上屬於電路交換技術，可將現有的頻寬分割成具備不同能力的 16 條通道。然後應用程式即可在伺服器和用戶端之間指定一條專屬電路，藉以提供一致而連續的頻寬 • FDDI-II 並未受到市場的注意，主要原因是此技術要求網路上的所有系統必須採用 FDDI-II 的設備。如果環內含有標準 FDDI 的工作站，其他系統就必須執行於標準 FDDI 模式

36. END