FDDI als Verbindungsstruktur für niederratige lokale Netze: 6 Fiber Distributed Data Interface Standard: ISO 9314 Brücke Token Ring 4/16 Mb/s 6.1 Einführung 6.2 Rahmenstruktur 6.3 Timed Token Rotation Protocol 6.4 FDDI II FDDI Ring Übertragungsrate = 100 Mb/s Brücke Rechner Ethernet 10 Mb/s Bemerkung: Synchrone und asynchrone Datenübertragung werden angeboten.
Verkehrsarten: Charakteristika von FDDI: Verkehrsarten A A A Asynchroner Verkehr Synchroner Verkehr B Restricted Non-Restricted B A Priorität 0 Priorität 1 Priorität 2 Priorität 3 Priorität 4 Priorität 5 Priorität 6 Priorität 7 Zwei gegenläufige Ringe, ein Primärring und ein Sekundärring. Zwei Arten von Stationen, A Stationen haben Verbindungen zu beiden Ringen, B Stationen haben nur Verbindung zu einem Ring. Maximale Ringlänge: 100 km. Maximale Stationenzahl: 500 pro Ring. Ursprüngliches Übertragungsmedium: 62,5/125 µm Glasfaser
Gegenläufiger Doppelring der FDDI-Architektur: Primärring Beispiel eines FDDI-Netzes: Sekundärring K R K K R R R Selbstheilung bei Kabelbruch, Bypass erforderlich: Legende: R R R K = Konzentrator R = Rechner Zwei Arten von Stationen: Dual Attachment Station, Single Attachment Station.
Ursprüngliche Charakteristika von FDDI: ISO-Normen für FDDI: Einsatzgebiet: Campus Backbone Netz, eventuell Stadtnetz. Größenangaben: Datenrate: 100 Mbit/sec Maximale MAC-Zahl: 1000 Maximaler Abstand zwischen Stationen: 2 km Maximale Ausdehnung: 100 km Konzepte: Zwei gegenläufige Glasfaserringe, Token basierte Datenübertragung, zeitgesteuertes Token Protokoll, nur lokale Uhren, einfacher Schutz gegen Leitungsausfall. Standardisierung durch ANSI X3T12 (vorher: X3T9.5), Dokumente: ISO 9314 (siehe nächste Seite), die Standardisierung betrifft nur die Bitübertragungsschicht und die Sicherungsschicht. FDDI Komponenten: MAC: PHY: PMD: SMT: Media Access Control, Physical Layer, Physical Media Dependent, Station Management. ISO 9314-1:1989 Information processing systems -- Part 1: Token Ring Physical Layer Protocol (PHY) ISO 9314-2:1989 Information processing systems -- Part 2: Token Ring Media Access Control (MAC) ISO/IEC 9314-3:1990 Information processing systems -- Part 3: Physical Layer Medium Dependent (PMD) ISO/IEC 9314-4:1999 Information technology -- Part 4: Single Mode Fibre Physical Layer Medium Dependent (SMF-PMD) ISO/IEC 9314-5:1995 Information technology -- Part 5: Hybrid Ring Control (HRC) ISO/IEC 9314-6:1998 Information technology -- Part 6: Station Management (SMT) ISO/IEC 9314-7:1998 Information technology -- Part 7: Physical layer Protocol (PHY-2)
ISO/IEC 9314-8:1998 Information technology -- Part 8: Media Access Control-2 (MAC-2) ISO/IEC 9314-9:2000 Information technology -- Part 9: Low-cost fibre physical layer medium dependent (LCF-PMD) ISO/IEC 9314-13:1998 Information technology -- Part 13: Conformance Test Protocol Implementation Conformance Statement (CT-PICS) Proforma ISO/IEC 9314-20:2001 Information technology -- Part 20: Abstract test suite for FDDI physical medium dependent conformance testing (FDDI PMD ATS) ISO/IEC 9314-21:2000 Information technology -- Part 21: Abstract test suite for FDDI physical layer protocol conformance testing (FDDI PHY ATS) ISO/IEC 9314-25:1998 Information technology -- Part 25: Abstract test suite for FDDI -- Station Management Conformance Testing (SMT-ATS) ISO/IEC 9314-26:2001 Information technology -- Part 26: Media Access Control Conformance Testing (MAC-ATS) Transportmedien: Optische Faser: Fasertyp: Gradientenindexfaser 62,5/125 µm, auch 50/125 µm, 100/140 µm Wellenlänge: 1300 nm Codierung: 4B/5B, NRZI Maximaler Regeneratorabstand: 2 km Maximale Zahl der Regeneratoren: 100 Fasertyp: Einmodenfaser 8 10 µm Wellenlänge: 1300 nm Codierung: 4B/5B, NRZI Maximaler Regeneratorabstand: 60 km Verdrillte Kupferkabel: Kabeltyp: UTP Cat-5, STP Codierung: MLT-3 Maximaler Regeneratorabstand: 100 m Maximale Zahl der Regeneratoren: 100 Bemerkungen: (i) Wegen der Verwendung von Kupferleitern spricht man auch von CDDI (=Copper Distributed Data Interface). (ii) Die einzelnen Glasfaserarten sind problemlos nebeneinander nutzbar. (iii) MLT steht für die Vornamen der Erfinder Mario Mazzola, Luca Cafiero, Tazio de Nicolo.
Bild einer FDDI-Station: SMT Netzwerkschicht LLC (IEEE 802.2) MAC PHY PMD Übertragungsmedium FDDI Abkürzungen: SMT = Station Management, PMD = Physical Medium Dependent, PHY = Physical Layer Protocol, MAC = Media Access Control, LLC = Logical Link Control. 4B/5B Code: 16 Datensymbole: Umcodierungen: 0 (= 0000) 11110 1 (= 0001) 01001 2 (= 0011) 10100 3 (= 0101) 10101 4 (= 0100) 01010 5 (= 0101) 01011 6 (= 0110) 01110 7 (= 0111) 01111 8 (= 1000) 10010 9 (= 1001) 10011 A (= 1010) 10110 B (= 1011) 10111 C (= 1100) 11010 D (= 1101) 11011 E (= 1110) 11100 F (= 1111) 11101 9 Kontrollsymbole: Q 00000 (Quiet) H 00100 (Halt) I 11111 (Idle) J 11000 K 10001 L 00101 T 01101 (Terminate) R 00111 (Reset, Logisch 0) S 11001 (Set, Logisch 1) 4-BIT-Symbole 5-BIT-Symbole Einzelbit Einzelbit, optisch LLC MAC PHY PMD Bemerkung: Man beachte die eindeutige Erkennbarkeit des JK-Paares in einem Bitstrom.
Anbindung an Medium: FDDI-Rahmenformat: PA SD FC DA SA Info. FCS ED FS 4B/5B Codierer NRZI Codierer 125 MHz Uhr Uhr Synchronisation 4B/5B Decodierer Puffer PA: Preamble ( 4 Symbole ) SD: Starting Delimiter ( 2 Symbole ) FC: Frame Control ( 2 Symbole ) DA: Destination Address ( 4/12 Symbole ) SA: Source Address ( 4/12 Symbole ) Info.: Information Field ( 8856 Symbole ) FCS: Frame Checking Sequence ( 8 Symbole ) ED: Ending Delimiter ( 1 T-Symbol ) FS: Frame Status ( 3 Symbole ) Optischer Sender Optischer Empfänger Bemerkung: Durch FCS wird der Rahmenabschnitt von FC bis FCS geschützt. Es wird erwartet, daß der Rahmengenerator 16 Idle-Symbole erzeugt. Die Rahmengröße, einschließlich von 4 Präambelsymbolen, sollte 9000 nicht übersteigen. Glasfaser Glasfaser Token: PA SD FC ED PA >= 4 Idle-Symbole SD = Symbolpaar JK FC = 2 Symbole ED = 2 T-Symbole
FC-Feld: Umlaufzeit eines Token: C L F F W X Y Z C = Klassenbit, synchroner oder asynchroner Verkehr, L = Adreßlängenbit, 16-Bit-Adresse oder 48-Bit-Adresse FF = Formatanzeige, ob es sich um einen MAC-Rahmen, LLC-Rahmen oder um einen reservierten Rahmen handelt, WXYZ = Kontrollangaben. Signalgeschwindigkeit 200.000 km/s Wartezeit pro Station 1 µs (i) Ring der Länge 2 km, 20 Stationen: Umlaufzeit = 2 * 5 + 20 * 1 µs = 30 µs (ii) Ring der Länge 20 km, 200 Stationen: Umlaufzeit = 20 * 5 + 200 µs = 300 µs Einige Beispiele: MAC-Rahmen: 1100 0010 1100 0011 LLC-Rahmen: 0101 0000 1101 0000 "Nonrestricted" Token: 1000 0000 "Restricted Token": 1100 0000 (iii) Ring der Länge 100 km, 500 Stationen: Umlaufzeit = 100 * 5 + 500 µs = 1000 µs Bemerkung: Der Standard nimmt eine maximale Verzögerung von 600 ns pro Station an, dadurch werden obige Werte etwas günstiger.
Leistung: Synchroner Datenverkehr: Maximaler Durchsatz: D = (TTRT UZ)/ (TTRT + UZ/n + TS), wobei TTRT = Target Token Rotation Time, UZ = Umlaufzeit des Token, TS = Token-Sendezeit, n = Zahl der Stationen TTRT SA i UZ FM TT = Target Token Rotation Time = Zuweisung an Station i für synchronen Verkehr = Umlaufzeit für Ring = Sendezeit für maximalen Rahmen = (4500 Oktette) = Sendezeit für Token Vereinfachung: D = n * (TTRT UZ) / (n * TTRT + UZ) Formel: UZ + FM + TT + Σ i SA i TTRT Beispiele: TTRT = 4 ms (i) Ring der Länge 2 km, 20 Stationen: D = 20 * (4 0,03) / (20*4 + 0,03) = 0,99 (ii) Ring der Länge 20 km, 200 Stationen: D = 200*(4 0,3) / (200*4 + 0,3) = 0,92 Jede Station verwaltet mehrere Variable: TRT THT LC = Token Rotation Timer = Token Holding Timer = Late Counter LC wird mit 0 und TRT wird mit TTRT initialisiert. Beide Timer mögen abwärts zählen. Falls TRT auf Null fällt, wird LC um 1 erhöht und TRT wieder auf TTRT gesetzt; ein Wert von LC gleich 2 löst eine Neubestimmung des Ringmonitors aus. (iii) Ring der Länge 100 km, 500 Stationen: D = 500*(4 1) / (500*4 + 1) = 0,75
Rechtzeitiges Eintreffen eines Token: THT = TRT, TRT = TTRT, TRT beginnt zu zählen. Synchrone Daten im Umfang der Reservierung für synchronen Verkehr werden evtl. übermittelt. THT beginnt zu zählen, solange THT > 0 ist, dürfen asynchrone Daten übermittelt werden. Verspätetes Eintreffen eines Token: LC = 0, keine Änderung von TRT, nur synchrone Daten dürfen übermittelt werden. Beispiel zum "Timed Token Rotation Protocol", TTRT = 7, nur asynchrone Daten: Station 1 Station 2 Station 3 Station 4 Zeit A V W N A V W N A V W N A V W N 0 0 0 0 7 1 1 0 8 2 2 0 9 3 3 0 10 3,5 5 5 5 5 4 4 7 2 11 8 8 5 15 9 9 5 16 10 10 5 17 11 11 11 2 18 12 15 2 19 16 16 5 23 17 17 5 24 18 18 18 2 25 19 19 2 26 20 23 2 27 24 24 5 31 25 25 25 2 32 26 26 2 33 27 27 2 34 28 31 2 35 32 32 32 2 39 33 33 2 40 34 34 2 41 35 35 2 42 36 36 38 0 43 39 40 1 46 41 41 2 48 42 42 2 49 43 43 43 0 50 44 45 0 51 46 48 0 53 49 49 2 56 50 50 50 0 57 51 51 0 58 52 52 0 59 53 55 0 60 Abkürzungen: A = Ankunftszeit des Token, V = Abgangszeit des Token, W = Wartende Nachrichten, N = Späteste Abgangszeit
Beispiel zum "Timed Token Rotation Protocol", je Station 20 Einheiten synchrone Daten: Station 1 Station 2 Station 3 Station 4 Zeit A T S P A T S P A T S P A T S P 0 0 100 0 0 1 100 0 0 2 100 0 0 3 100 0 0 4 4 96 20 96 121 80 20 0 142 60 20 0 163 40 20 0 184 184 20 20 0 205 96 20 0 226 76 20 0 247 56 20 0 268 268 36 20 0 289 12 20 12 322 80 20 0 343 60 20 0 364 364 40 20 0 385 4 20 4 410 92 20 0 431 72 20 0 452 452 52 20 0 473 12 20 16 506 96 20 0 527 76 20 0 548 548 56 20 0 569 4 20 4 594 8 20 8 623 80 20 0 644 644 60 20 0 665 4 20 4 690 4 20 4 715 88 20 0 736 736 68 20 0 757 8 20 8 786 4 20 4 811 82 20 0 832 832 72 20 0 853 4 20 4 878 8 20 8 907 96 20 0 928 928 76 20 0 949 4 20 4 974 4 20 4 999 4 20 4 1024 1024 80 20 0 1045 4 20 4 1070 4 20 4 1095 4 20 4 Abkürzungen: A = Ankunftszeit des Token, T = Token Rotation Time, S = Synchroner Verkehr, P = Asynchroner Verkehr FDDI II: FDDI II ist eine Erweiterung von FDDI zur Nutzung isochroner Daten. Alle 125 Mikrosekunden wird ein Zyklusrahmen erzeugt; bei einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s enthält ein Zyklusrahmen 12.500 Bit, dies sind 3.125 Symbole. Zyklusrahmen werden von einer ausgezeichneten Station, dem Zyklenmeister, erzeugt und verwaltet. Aufbau eines Zyklusrahmen: Präambel Kopf Daten Größe: Präambel: 5 Symbole, Kopf: 24 Symbole, Daten: 3.096 Symbole. Aufbau des Kopfes: SD C1 C2 CS P0 P1... P15 IMC SD = Starting Delimiter, 2 Symbole (JK) C1 = Synchronization Control, 1 Symbol C2 = Sequence Control, 1 Symbol, CS = Cycle Sequence, 2 Symbole, P0,..., P15: Verwaltung der 16 Breitbandkanäle, je ein Symbol, IMC = Isochronous Maintenance Channel, 2 Symbole.
Aufbau der Daten: Gruppe 0 Gruppe 1... Gruppe 11 Jede Gruppe enthält 129 Oktette, ein Oktett einer sogenannten Dedicated Packet Group, die restlichen 128 Oktette werden gleichmäßig auf 16 Breitbandkanäle aufgeteilt, denn 16 * 8 = 128. Übertragungsraten: 8000 Zyklusrahmen werden pro Sekunde übertragen. Ein Breitbandkanal enthält 8*12 = 96 Oktette pro Zyklusrahmen, dies entspricht einer Datenrate von 6,144 Mb/s. Es existieren 12 Oktette in jedem Rahmen für die Dedicated Packet Group, dies entspricht einer Datenrate von 768 kb/s. Nutzdatenrate = 0,768 + (16*6,144) Mb/s = 99,072 Mb/s Jeder Breitbandkanal läßt sich in 96 Kanäle a 64 kb/s unterteilen.