FDDI Fiber Distributed Data Interface -...

Luglio 1996

FDDI - 1 Copyright: si veda nota a pag. 2

FDDIFiber Distributed Data Interface

Pietro [email protected]

Silvano [email protected]

http://www.polito.it/~silvano

Luglio 1996


Nota di CopyrightQuesto insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggisul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed icopyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine,fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degliautori indicati a pag. 1.Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti diricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzionee al Ministero dell’Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopiistituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcunaautorizzazione.Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, leriproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o inparte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da partedegli autori.L’informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla datadella pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non peressere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa èsoggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcunaresponsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma nonlimitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamentodell’informazione).In ogni caso non può essere dichiarata conformità all’informazione contenuta inqueste slides.In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deveessere riportata anche in utilizzi parziali.

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GeneralitàStandard ANSI per LAN in fibra ottica a 100Mb/s

soluzione ideale per la realizzazione di dorsalielevato livello di fault-tolerancenasce come standard ANSI (American NationalStandard Institute) e viene successivamenteratificato come ISO

alcuni sottostandard del livello fisico sono soloANSI

Si inserisce ai livelli 1 e 2 del modello OSI edel modello IEEE 802

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Relazione tra i livelli

LLCIEE 802.2

ISO 8802.2

MACIEEE 802.3ISO 8802.3

ISO 9314-3 ANSIX3.184

LIVELLO 3

LIVELLO 2 - LLC

LIVELLO 2 - MACLIVELLO 1

MACIEEE 802.5ISO 8802.5

DECNET TCP/IP OSI

ANSIX3.237

ANSITP-PMD

MACFDDI

ISO 9314

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Specifiche FDDIVelocità di trasmissione

125 Mb/s a livello fisico100 Mb/s a livello Data Link

Numero massimo di stazioni: 500Lunghezza massima della rete: 100 km realiDistanza massima tra due stazioni

100 m su rame2.0 km su fibra ottica multimodale50 km su fibra ottica monomodale

MAC: Timed-Token PassingPossibilità di fault-tolerance sull’anello esulle connessioni dual-homing

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TopologiaTopologia logica: anello monodirezionaleTopologie fisiche: varie

NODOA

NODOB

NODOC

NODOF

NODOE

NODOD

Anello primario(attivo)

Anello secondario(IDLE)

Esempio topologia fisica:

Doppio Anello Controrotante

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Elementi ComponentiSono 4:

PMD - Physical Medium Dependent LayerPHY - Physical Protocol LayerMAC - Media Access ControlSMT - Station Management

MAC

PHY

PMD

SMT

(X3.139)

(X3.148)

(ISO 9314-3; X3.184X3.237; TP-PMD)

(ISO 9314-6)

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Media Access ControlStrato più basso del livello Data LinkDefinisce i formati di:

tokentrama

Fornisce i servizi di:accesso all'anello attraverso un meccanismo ditipo timed-token

la modalità è molto simile a quella di 802.5 conEarly Token Release

coopera con lo SMT per:inizializzazione dell'anelloisolamento dei guasti

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Token e Trama

16 o più 2 2 2

Token

16 o più 2 2 12 12 da 0 a 8956 8 1 3 o più

PR SD

da 34 a 8990 simboli

FC DSAPSSAP

SFS

INFO FCS ED FS

EFS

PR = PreambleSFS = Start of Frame SequenceEFS = End of Frame Sequence FCS = Frame Check Sequence SD, ED = Starting/Ending DelimiterFC = Frame ControlFS = Frame Status

Trama

SD FC EDPR

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Accesso all'Anello

3 - Dopo i dati A ritrasmetteil token

4 - B cattura il token e iniziaa trasmettere

B

D

CA

B

D

CA

B

D

CA

2 - A inizia a trasmettere

F2

B

D

CA

1 - A deve trasmettere e quindicattura il token

T

T

F1

F1

F1

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Accesso all'Anello

B

D

CA

B

D

CA

B

D

CA

B

D

CA

5 - B emette il token 6 - A toglie F1

7 - sull'anello restano la trama F2 e il token

8 - B toglie F2

F2

T

TF2

F2

F1

T

T

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TimerEsistono 4 timer principali che definisconoil comportamento del MAC:

Target Token Rotation Time (TTRT): tempo dirotazione del token che la stazione proponedurante il ClaimingToken Rotation Timer (TRT): tempo trascorsodall'ultimo passaggio del tokenTime Holding Timer (THT): tempo limite dipossesso del tokenValid Transmission Timer (TVX) serve adindividuare i guasti nell'anello

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Physical Protocol LayerStrato più alto del livello fisicoSi occupa della sincronizzazioneEsegue il processo di codifica e decodifica4B/5B e NRZ/NRZI oppure 4B/5B NRZ/MLT-3nel caso TP- PMD

Combina/separa il clock e i datiCompensa le differenze di clock tra stazioniadiacenti

4/5Encoder

NRZ/NRZIEncoder

1111 11101SYMBOLSFROM MAC

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4B/5B11110 000001001 0001.......... .......11100 111011101 111100000 Quiet11111 Idle00100 Halt01101 End Delimiter11000 Starting Delimiter

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Metodi di codificaNRZI (frequenza digitale 62.5 MHz) utilizzatonegli standard su fibra otticaMLT-3 (frequenza digitale 31.25 MHz)utilizzato dal TP-PMD per i cavi rame

riduce sui cavi UTP i problemi dovuti alla diafoniae, in generale, all'EMI

0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0

+

_

+

_

NRZI

MLT-3

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SincronizzazioneIn assenza di dati il ring è occupato daltoken e da simboli di Idle

i simboli di Idle servono per la sincronizzazionedel clock tra le stazioni

Il token ed i pacchetti sono semprepreceduti da un preambolo che contienealmeno 16 simboli di IDLE

la funzione Smoothing compensa le differenze dilunghezze dei preamboli ricevuti ed aggiunge deisimboli in quelli che ne contengono meno di 12prima di ripeterli

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PMD LayerStrato più basso del livello fisico:

descrive le specifiche hardware per laconnessione di nodi FDDIoffre i servizi necessari a trasmettere un flusso dibit con codifica NRZI o MLT-3

PMD specifica:specifica dei cavispecifica dei connettori (Media InterfaceConnector)conversione di segnali ottici in elettrici eviceversaforma d'onda di trasmissione e ricezione

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PMDSono attualmente standard:

fibra ottica multimodale ANSI X3.166 e ISO/IEC9314-3, distanza massima 2 Kmfibra ottica multimodale LCF-PMD (Low CostFiber) ANSI X3.237, distanza massima 500 mfibra ottica monomodale SMF-PMD (Single ModeFiber) ANSI X3.184, distanza massima 50 Km conricevitore ed emettitore laser di Cat. 2UTP/STP: Unshielded Twisted Pair (100 ΩΩ - Cavidi categoria 5) e STP (150 ΩΩ), distanza massima100 m, standard TP-PMD ANSI X3.263

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TP-PMD Cavi e Connettori

CAVO STP 150 Ω Ω

TIA/EIA 568A / ISO/IEC 11801

Presa DB9

Lato Concentr. M - PORT

Lato Stazione S - PORT

5 TX+ 9 TX-

1 RX+ 6 RX-

S-port 1 2 3 4 5 6 7 8

TX+ TX- RX+ RX-

S-port

Presa RJ45 Cat. 5

Lato Concentr. M - PORT

Lato Stazione S - PORT

CAVO UTP 100 Ω Ω Cat. 5

TIA/EIA 568A / ISO/IEC 11801

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Tipi di stazioniDAS

Dual Attachment Station

SASSingle Attachment Station

DACDual Attachment Concentrator

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DAS: Dual Attachment StationSi connette direttamente al doppio anelloFDDIHa costi maggiori di un SASRelè opzionale per bypassare la stazione

MAC PHY PMDTO BACKBONE

MAC PHY PMD

SMT

BYPASSRELAY

(optional)

To Primary Ring

To Secondary Ring

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SAS: Single Attachment StationAccede all'anello tramite un DAC (DualAttachment Concentrator)

fornisce una sola connessione al DACdelega il controllo dei guasti al DACha bassi costiè la soluzione preferita nel caso di cavi in rame

SMT

MAC PHY PMDRECEIVE

TRANSMIT

TO DUALATTACHMENTCONCENTRATOR

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PMD PMD PMD PMD PMD

PHY PHY PHY PHY PHY

Configuration Switches

MAC (optional)

SMT

PRIMARYRING

SECONDARYRING

ATTACHED DEVICES

DAC: Dual Attachment Concentrator

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DACPermette di connettere più stazioni SASall'anello FDDIPuò essere usato come radice di un alberodi stazioniElemento attivo che controlla la topologiadella rete inserendo o rimuovendo nodiconnessi ad esso, attraverso l'uso diswitches elettroniciOgni livello fisico presente è gestitoseparatamente dallo SMT

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Possibili TopologieConcentratore singolo

stand- alone concentrator

Doppio anello contro-rotanteCRR: Counter Rotating Ring

Doppio anello di alberiDual-ring of tree

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Concentratore singoloConsiste di un singolo DAC a cui sonoconnesse a stella le stazioniSi utilizzano stazioni SASStruttura a stella conveniente per sitiprecablatiUtilizzato per gruppi indipendenti

DACSAS

SAS SAS

SAS

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Doppio anello controrotante (CRR)

NODOA

NODOB

NODOC

NODOF

NODOD


Anello secondario(attivo)

guastoNODO

E

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Problemi topologia CRRGuasti multipli causano la segmentazionedell'anelloAnello principale direttamente accessibileagli utenti: il comportamento di un utente ècritico per l'integrità dell'anelloL'introduzione di una nuova stazionesull'anello principale comporta unamanipolazione dello stessoDAS implicano il doppio dei connettori e deicavi

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Problemi topologia CRR

NODOA

NODOF

NODOF


Anello secondario(attivo)

guastoNODO

E

NODOB

NODOD

NODOSpento

Guasti contemporanei possono comportarela creazione di anelli separati

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Doppio anello di alberiElimina alcuni problemi del CRRAnello principale di concentratori

alberi di concentratori collegati all'anelloprincipale per connettere le stazionisi può rimuovere qualunque stazione senza avereinterruzioni di servizioDAC bypassano le stazioni inattive o guaste

L'anello principale di soli DAC impedisceche gli utenti vi accedano direttamenteRete facilmente espandibile e manutenibile

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Doppio anello di alberi

DAS DAS

DAS DAS

DAS SAS

SAS

DAC

DAS

DAC

SASSAS

SAS

SAS

DAC

SAS

SAS

SAS

DAC

SAS

DAC

SAS

SAS SAS

SAS

DAC

Doppio anellodi dorsale

Alberi

DAS

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Fault-tolerance con Dual-HomingAnello primario

(attivo)

Anello secondario(IDLE)

DACn. 1

DACn. 2

DAS1

DAS2

DASn

Settembre 1996


Progettazione rete FDDICirconferenza dell'anello 100 Km max.Numero di stazioni 500 max.Fibra ottica multimodale 62.5/125:

attenuazione a 1300 nm 1.5 dB/Km max.banda passante a 1300 nm 500 MHz . Km min.massima distanza tra 2 stazioni 2 Kmattenuazione del Link tra due stazioni 11 dB max.

vanno considerate le attenuazioni della fibraottica, i connettori, le bretelle ottiche edeventuali Bypass-Switch ottici (attenuazione 2.5dB max. in pass-through e Bypass)

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Progettazione rete FDDIFibra ottica monomodale 8-10/125 distanzamassima:

15 Km con laser di Cat. 150 Km con laser di Cat. 2

UTP/STP distanza max tra stazione e DAC100 m, atten. Link 14 dB max. (a 31.25 MHz),ACR 23 dB min (a 31.25 MHz)

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Station Management (SMT)Fornisce i servizi di connectionmanagement cioè di monitoraggio econtrollo di una stazione FDDISi suddivide in tre parti:

SMT Frame ServiceRMT (Ring Management)CMT (Connection Management)

SMT Frame Service riceve e trasmette ipacchetti SMT

permette al RMT di ricevere e trasmettere delleinformazioni necessarie per la gestionedell’anello

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Principali funzioni di RMT e CMTRMT (Ring management) si occupa dellagestione dell’anelloCMT (Connection Management) effettua:

inizializzazione delle connessioni fisichecontrollo dell’optical bypass switch opzionalecontrollo della qualità della connessione fisicasupporto delle funzioni di Traceisolamento e ripristino dei guastiinvocazione del Path Testindicazione della disponibilità di connessione

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Accensione delle stazioniOgni stazione entra in self-test e verifica lapropria funzionalitàInizia un processo di riconoscimento dellestazioni vicine:

le stazioni si scambiano le informazioni circa leconnessioni sulle porte

Le stazioni iniziano il processo Claiming

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ClaimingProcesso di claiming:

le stazioni generano continuamente pacchetti diclaim

essi contengono il valore TTRT proposto dallastazionevalori di TTRT bassi migliorano le caratteristichedi real time dell’anello

le stazioni confrontano il valore di TTRT ricevutocon il proprio:

se una stazione riceve un valore TTRT inferioreal proprio, interrompe la generazione deipacchetti di claim e ripete quelli ricevutise il valore di TTRT ricevuto è uguale al proprio,la stazione confronta gli indirizzi MAC:

se quello ricevuto è inferiore al proprio, interrompe lagenerazione dei pacchetti di claim e ripete quelli ricevuti

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ClaimingLa stazione che ha proposto il TTRT piùbreve o che ha l’indirizzo MAC di valoreinferiore, vince il claiming e immette il tokennell'anelloDal terzo giro del token la rete diventacompletamente operativa

Stazione 2TTRT 15 ms

Stazione 4TTRT 10 ms

Stazione 3TTRT 8 ms

Stazione 1TTRT 8 ms

Stazione vincente

08-00-2B-00-50-40 08-00-2B-00-10-05

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Guasti possibili su una rete FDDIInterruzione della connessione tra duestazioni che può essere provocata da:

rottura del mezzo trasmissivoguasto del transceiver di una stazionespegnimento di una stazione che provocal’interruzione della connessione tra le stazioniadiacenti ad essa

Stazione difettosa

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Interruzione della connessioneL’interruzione della connessione tra duestazioni viene localizzata e risolta dal CMT(Connection Management)

se il segnale sul mezzo trasmissivo scende sottola soglia limite per un tempo superiore al timerANS_Max (default 350 µµs), la stazione:

opera lo shut-down della portaesegue la funzione di richiusura sull’anellosecondario

L’operazione di isolamento e ripristino delguasto ha una durata di circa 100 ms

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Isolamento dei guasti (Beaconing)La stazione che entro il tempo TVX (default2.5 ms) non riceve il token o i dati inizia unprocesso di claiming (inizializzazione)Se il processo di claiming non termina consuccesso, la stazione che ha rilevato ilproblema inizia un processo di beaconing,trasmettendo in continuazione dei pacchettidi beacon contenenti il NAUN (NearestActive Upstream Neighbour)Se una stazione riceve un pacchetto dibeacon interrompe il processo di beaconinge ripete il pacchetto ricevuto a quellasuccessiva

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Isolamento dei guasti (Beaconing)Se una stazione riceve il proprio pacchettodi beacon assume che l’anello è statoripristinato ed inizia il processo di claimingSe l’anomalia è persistente e si supera iltimer T_Stuck (default 8 s):

la stazione che l’ha rilevata invia dei DirectedBeacon frame, per un periodo pari al timerT_Direct (default 370 ms), che servono perinformare tutti i nodi della condizione di stuckbeacon

Se allo scadere di T_Direct l’anomaliapersiste, la stazione inizia una funzione ditrace:

trasmette dei simboli di MLS (Master Line State)

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Isolamento dei guasti (Beaconing)La funzione di trace induce i nodi sospettiad abbandonare il ring ed eseguire il pathtestSe una stazione fallisce il path test significache è difettosa e si auto-esclude dall’anelloAlla fine del processo di isolamento di unastazione difettosa inizia un processo diclaiming, al termine del quale l’anello ritornaoperativoIl processo di isolamento di una stazionedifettosa ed il ripristino dell’anellorichiedono circa 10 s

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Isolamento dei guasti (Beaconing)

Stazione A(difettosa)

Stazione D

Stazione B

Stazione C

00100 00000 00100 00000 00

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Master line state (MLS)

1L00 0010

pacchetto di beacon

Anello primario

Anello secondario

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Isolamento guasti

Stazionedifettosao spenta

WRAPPEDCONFIGURATION

STAZIONE1

STAZIONE2

STAZIONE4

Caso di stazione difettosa o spenta

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Isolamento guasti

WRAPPEDCONFIGURATION

guasto

STAZIONE1

STAZIONE2

STAZIONE3

STAZIONE4

Caso di rottura del mezzo trasmissivo

TitoloNota di CopyRightGeneralita'Relazione tra i livelliSpecifiche FDDITopologiaElementi ComponentiMedia Access ControlToken e TramaAccesso all'AnelloTimerPhysical Protocol Layer4B/5BMetodi di codificaSincronizzazionePMD LayerTP-PMD Cavi e ConnettoriTipi di stazioniDAS: Dual Attachment StationSAS: Single Attachment StationDAC: Dual Attachment ConcentratorPossibili TopologieConcentratore singoloDoppio anello controrotante (CRR)Doppio anello di alberiFault-tolerance con Dual-HomingProgettazione Rete FDDIStation Management (SMT)Principali funzioni di RMT e CMTAccensione delle stazioniClaimingGuasti possibili su una rete FDDIInterruzione della connessioneIsolamento dei Guasti (Beaconing)

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