Tài liệu Tìm hiểu mạng fddi

z TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG _____  _____ BÁO CÁO MẠNG MÁY TÍNH Đề tài: Tìm hiểu mạng FDDI Hà Nội, tháng 11 năm 2012 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ................................................................... 2 I. Lịch sử phát triển của mạng FDDI ………………….. 3 1. Mạng máy tính là gì? ………………………………… 3 2. Sơ lược về lịch sử phát triển của mạng máy tính …… 3 3. Lịch sử phát triển của mạng FDDI …………………… 5 II. Mục đích, phạm vi ứng dụng của mạng FDDI …….. 15 1. Mục đích của mạng FDDI ……………………………. 15 2. Phạm vi ứng dụng của mạng FDDI …………………... 18 III. Hoạt động của mạng FDDI ………………………… 19 KẾT LUẬN ………………………………………………. 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………. 26 Page 1 LỜI MỞ ĐẦU Đến cuối những năm 80, chúng ta được chứng kiến sự bùng nổ trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong tin học. Những điều này đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến công nghệ viễn thông. Các mạng viễn thông ngày nay đang phát triển nhanh chóng. Ngày nay, máy tính điện tử đã được sử dụng phổ biến, việc kết nối máy tính với các mạng là xu hướng tất yếu, không chỉ trong lĩnh vực nghiên cứu thuần túy mà cả trong hầu hết mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Trong lịch sử phát triển loại người, thế kỉ 20 được đánh dấu bởi cuộc cách mạng về thông tin bao gồm các vấn đề thu thập, xử lý và phân phối thông tin. Điều đặc biệt là khi khả năng thu thập, xử lý và phân phối thông tin của con người tăng lên thì nhu cầu của chính con người về truyền thông đã tăng nhanh. Đúng như với định luật nổi tiếng của Parkinson: “Công việc sẽ phình ra chiếm hết cả thời gian còn có để hoàn thành nó”. Trong truyền thông điều này có nghĩa là dữ liệu dường như được mở rộng để chiếm hết phần băng thông còn lại để truyền, ví dụ như sự xuất hiện của các dịch vụ như xem phim, nghe nhạc trực tuyến đòi hỏi cần có băng thông lớn, tốc độ truyền dữ liệu cao. Vì thế nhu cầu nâng cao tốc độ truyền thông là một nhu cầu tất yếu để đáp ứng những đòi hỏi không giới hạn của con người. Để đáp ứng nhu cầu thực tế đó, các chuẩn mạng tốc độ cao đã được ra đời, tiêu biểu như là FDDI. Theo xu hướng hiện nay thì chuẩn này sẽ là một trong các công nghệ chính của tương lai, vì thế việc nghiên cứu để hiểu và áp dụng chúng vào thực tế là điều cần thiết. Vì vậy, nhóm chúng em đã chọn đề tài “Tìm hiểu mạng FDDI”. Trong phạm vi bài báo cáo này, chúng em xin đề cập về chuẩn FDDI, một chuẩn cáp quang có cấu trúc mạng vòng. Chuẩn này không chỉ áp dụng cho các mạng LAN, MAN mà đặc biệt hơn nó còn là một mô hình lý tưởng cho mạng xương sống nhờ vào các đặc điểm về phạm vi hỗ trợ, số trạm tối đa trên vòng, tốc độ truyền thông và quan trọng nhất là hiệu suất cao của nó. Trong báo cáo, chúng em sẽ lần lượt đề cập đến lịch sử phát triển, mục đích, phạm vi ứng dụng và hoạt động của chuẩn mạng FDDI. Chúng em xin chân thành cảm ơn cô NGÔ QUỲNH THU đã tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Do kiến thức còn hạn chế nên trong bài này còn rất nhiều thiếu xót, chúng em mong nhận được nhiều ý kiến đánh giá và nhận xét của thầy cô. Page 2 I. Lịch sử phát triển của mạng FDDI 1. Mạng máy tính là gì? Mạng máy tính hay còn gọi là hệ thống mạng được thiết lập khi có từ 2 máy vi tính trở lên kết nối với nhau để chia sẻ tài nguyên: máy in, máy fax, tệp tin, dữ liệu… Các thành phần của mạng có thể bao gồm: * Các hệ thống đầu cuối (end system) kết nối với nhau tạo thành mạng, có thể là các máy tính hoặc các thiết bị khác. Nói chung hiện nay ngày càng nhiều các loại thiết bị có khả năng kết nối vào mạng máy tính như điện thoại di động, PDA, tivi,… * Môi trường truyền (media) mà các thao tác truyền thông được thực hiện qua đó. Môi trường truyền có thể là các loại dây dẫn (dây cáp), sóng điện từ (đối với các mạng không dây). * Giao thức truyền thông (protocol) là các quy tắc quy định cách trao đổi dữ liệu giữa các thực thể. 2. Sơ lược về lịch sử phát triển của mạng máy tính Vào giữa những năm 50 khi những thế hệ máy tính đầu tiên được đưa vào hoạt động thực tế với những bóng đèn điện tử thì chúng có kích thước rất cồng kềnh và tốn nhiều năng lượng. Hồi đó việc nhập dữ liệu vào các máy tính được thông qua các tấm bìa mà người viết chương trình đã đục lỗ sẵn. Cùng với sự phát triển của những ứng dụng trên máy tính các phương pháp nâng cao khả năng giao tiếp với máy tính trung tâm cũng đã được đầu tư nghiên cứu rất nhiều. Vào giữa những năm 60 một số nhà chế tạo máy tính đã nghiên cứu thành công những thiết bị truy cập từ xa tới máy tính của họ. Hình 1.1: Mô hình truyền dữ liệu từ xa đầu tiên Page 3 Những dạng đầu tiên của thiết bị đầu cuối bao gồm máy đọc bìa, máy in, thiết bị xử lý tín hiệu, các thiết bị cảm nhận. Việc liên kết từ xa đó có thể thực hiên thông qua những vùng khác nhau và đó là những dạng đầu tiên của hệ thống mạng. Trong lúc đưa ra giới thiệu những thiết bị đầu cuối từ xa, các nhà khoa học đã triển khai một loạt những thiết bị điều khiển, những thiết bị đầu cuối đặc biệt cho phép người sử dụng nâng cao được khả năng tương tác với máy tính. Một trong những sản phẩm quan trọng đó là hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM. Hệ thống đó bao gồm các màn hình, các hệ thống điều khiển, các thiết bị truyền thông được liên kết với các trung tâm tính toán. Hệ thống 3270 được giới thiệu vào năm 1971 và được sử dụng dùng để mở rộng khả năng tính toán của trung tâm máy tính tới các vùng xa. Để làm giảm nhiệm vụ truyền thông của máy tính trung tâm và số lượng các liên kết giữa máy tính trung tâm với các thiết bị đầu cuối, IBM và các công ty máy tính khác đã sản xuất một số các thiết bị sau: thiết bị kiểm soát truyền thông, thiết bị kiểm soát nhiều đầu cuối. Hình 1.2: Mô hình trao đổi mạng của hệ thống 3270 Vào giữa những năm 1970, các thiết bị đầu cuối sử dụng những phương pháp liên kết qua đường cáp nằm trong một khu vực đã được ra đời. Với những ưu điểm từ nâng cao tốc độ truyền dữ liệu và qua đó kết hợp được khả năng tính toán của các máy tính lại với nhau. Để thực hiện việc nâng cao khả năng tính toán với nhiều máy tính các nhà sản xuất bắt đầu xây dựng các mạng phức tạp. Vào những năm 1980 các hệ thống đường truyền tốc độ cao đã được thiết lập ở Bắc Mỹ và Châu Âu và từ đó cũng xuất hiện các nhà cung cấp các dịnh vụ truyền thông với những đường truyền có tốc độ cao hơn nhiều lần so với đường dây điện thoại. Với những chi phí thuê bao Page 4 chấp nhận được, người ta có thể sử dụng được các đường truyền này để liên kết máy tính lại với nhau và bắt đầu hình thành các mạng một cách rộng khắp. Vào năm 1974 công ty IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng và thương mại, thông qua các dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có thể truy cập cùng một lúc vào một máy tính dùng chung. Vào năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã bắt đầu bán hệ điều hành mạng của mình là "Attached Resource Computer Network” (hay gọi tắt là Arcnet) ra thị trường. Mạng Arcnet cho phép liên kết các máy tính và các trạm đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, qua đó đã trở thành là hệ điều hành mạng cục bộ đầu tiên. Ngày nay với một lượng lớn về thông tin, nhu cầu xử lý thông tin ngày càng cao. Mạng máy tính hiện nay trở nên quá quen thuộc đối với chúng ta, trong mọi lĩnh vực như khoa học, quân sự, quốc phòng, thương mại, dịch vụ, giáo dục... Hiện nay ở nhiều nơi mạng đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được. Người ta thấy được việc kết nối các máy tính thành mạng cho chúng ta những khả năng mới to lớn như: sử dụng chung tài nguyên, tăng độ tin cậy của hệ thống, nâng cao chất lượng và hiệu quả khai thác thông tin. 3. Lịch sử phát triển của mạng FDDI Kéo theo sự phát triển ngày càng nhanh của mạng máy tính, nhu cầu thu thập, xử lý và phân phối thông tin của con người ngày càng tăng, các chuẩn mạng tốc độ cao đã ra đời, mà tiêu biểu chính là mạng FDDI. FDDI là công nghệ mạng cao tốc do Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Mỹ (ANSI) X3T9.5 phát triển vào những năm giữa của thập kỉ 80. Vào thời điểm đó, các máy trạm kỹ thuật tốc độ cao đã bắt đầu đánh thuế băng thông mạng cục bộ (LAN) hiện thời dựa trên Ethernet và Token Ring. Một mạng LAN truyền thông mới là cần thiết mà có thể dễ dàng hỗ trợ các máy trạm và các ứng dụng mới phân phối của họ. Đồng thời, độ tin cậy mạng đã trở thành một vấn đề ngày càng quan trọng như quản lý hệ thống di chuyển ứng dụng quan trọng từ máy tính lớn vào mạng. FDDI đã được phát triển để lấp đầy những nhu cầu này. Sau khi hoàn thành các đặc điểm kỹ thuật FDDI, ANSI gửi FDDI tới Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO), tạo ra một phiên bản quốc tế của FDDI hoàn toàn tương thích với phiên bản tiêu chuẩn ANSI. Sau đó được ISO chấp nhận và trở thành chuẩn quốc tế ISO 9314 cho các mạng LAN, WAN. Page 5 * Tiêu chuẩn ANSI: + Media Access Control - ANSI X3.139-1987, Media Access Control (MAC). + PHY - ANSI X3.148-1988, Media Access Control (PHY). + PMD - ANSI X3.166-1989, Media Access Control (PMD). + SMF-PMD - ANSI X3.184-1993, Media Access Control (SMFPMD). + SMT - ANSI X3.229-1994, Media Access Control (SMT). * Tiêu chuẩn ISO: + PHY - ISO 9314-1. + MAC - ISO 9314-2. + PMD - ISO 9314-3. + SMF-PMD - ISO 9314-4. + SMT - ISO 9314-6. Ban đầu, FDDI là một tập các giao thức ANSI truyền dữ liệu qua cáp quang nhưng ngày nay nó cũng hỗ trợ cáp đồng nhưng với khoảng cách ngắn hơn. FDDI bao gồm một tập hợp các trạm được kết nối với nhau theo các tuyến điểm-nốiđiểm để hình thành một vòng khép kín. Mỗi trạm thu các tín hiệu trên phía đầu vào của nó và tái tạo chúng để truyền trên phía đầu ra. Các mạng FDDI sử dụng phương thức truy cập Token Passing, tốc độ có thể đạt đến 100 Mbps. FDDI cũng cung cấp khả năng sử dụng cả hai vòng để truyền dữ liệu cùng một lúc. Tính năng này làm tăng tốc độ mạng lên 200 Mbps. Trong trường hợp lỗi, vòng thứ cấp sẽ trở lại chức năng trước đây của nó, và tốc độ mạng tổng thể sẽ giảm xuống 100 Mbps. FDDI được sử dụng làm Backbone cho các mạng diện rộng MAN, WAN. Cấu hình Ring cáp quang, có thể kết nối trực tiếp các trạm đầu cuối và các máy chủ trong một nhóm làm việc hay liên kết các mạng trong phạm vi một tòa nhà, trong một khu vực hay trong một thành phố. Khi đóng vai trò là một mạng xương sống (Backbone), FDDI liên kết các thiết bị mạng khác nhau như Router, Switch, Brigde, các bộ tập trung… để tạo thành một mạng lớn hơn từ các mạng con. Về mặt lý thuyết, có thể gán vào mạng bao nhiêu trạm cũng được, tuy nhiên các giá trị mặc định trong tiêu chuẩn FDDI giả thiết không nhiều hơn 1000 trạm được gán và một đường truyền là 200km. Mặc dù bị thay thế bởi các công nghệ LAN khác, FDDI vẫn có những ưu điểm nhất định. FDDI có thể được cấu hình như là hai mạng Ring ngược nhau độc lập. Điều này làm tăng tính ổn định hệ thống cao hơn. Nếu cấu hình (Topo) của mạng được thiết kế hai đường quang của cả hai mạng khác nhau về mặt vật lý thì sẽ đảm bảo Page 6 cho hai mạng không bị phá hủy trong cùng một thời gian khi xảy ra các sự số liên quan đến hệ thống cáp. Hình 1.3: Cấu trúc vòng Ring kép của FDDI FDDI có đặc tính tự hồi phục bằng kỹ thuật Autowraping. Lỗi phát sinh ở Ring sơ cấp (Ring đang hoạt động) sẽ được khắc phục bằng cách nối vòng với Ring thứ cấp (Ring dự phòng), tạo thành một Ring đơn cho phép mạng FDDI hoạt động ở tốc độ cao nhất. Phần cứng mạng có khả năng phát hiện ra sự số của cáp giữa các điểm kết nối, do có hai đường cáp nên trạm phát hiện lỗi sẽ tự động nối hai vòng Ring với nhau thành một Ring đơn. FDDI mã hóa dữ liệu khác biệt với các công nghệ khác để tăng hiệu quả truyền dẫn. FDDI sử dụng sợi quang học như các phương tiện truyền dẫn chính, nhưng nó cũng có thể chạy trên cáp đồng. FDDI trên cáp đồng được gọi là CopperDistributed Data Interface (CDDI). Sợi quang có nhiều lợi thế hơn các phương tiện truyền thông đồng. Đặc biệt, an ninh, độ tin cậy, và hiệu suất được tăng cường với các phương tiện truyền thông sợi quang học bởi vì sợi quang không phát ra tín hiệu điện. Ngoài ra, sợi cáp quang là miễn dịch với nhiễu điện từ nhiễu tần số vô tuyến điện (RFI) và nhiễu điện từ (EMI). Sợi cáp quang trong lịch sử đã hỗ trợ băng thông cao hơn nhiều (thông qua tiềm năng) so với đồng, mặc dù công nghệ tiến bộ gần đây đã thực hiện đồng có khả năng truyền 100 Mbps. Cuối cùng, FDDI cho phép 2 km giữa các trạm bằng cách sử dụng sợi đa, và khoảng cách thậm chí còn xa hơn bằng cách sử dụng chế độ sợi đơn. Page 7 Có bốn loại cáp mà có thể được sử dụng với FDDI. Đó là: * Đa cáp quang Cáp quang, thường với một kích thước lõi là 62,5 micron. Nó cho phép khoảng cách xa lên đến 2000 mét. * Đơn cáp quang Cáp sợi quang với một kích thước lõi từ 7 đến 11 micron. Nó cho phép khoảng cách xa lên đến 10.000 mét. * Loại 5 UTP Một cáp đồng không được che chở, thường là với 8 dây. Các dây được xoắn lại với nhau theo cặp, và cáp được đánh giá cao nhất ở tần số lên đến 100 MHz. Nó cho phép khoảng cách xa lên đến 100 mét. * IBM Type 1 STP Nặng che chắn cáp đồng. Nó bao gồm bốn dây xoắn vào hai cặp. Mỗi cặp được bao phủ với một lá chắn cá nhân, và một lá chắn tổng thể bao gồm toàn bộ cáp. Nó cho phép khoảng cách xa lên đến 100 mét. Sự đa dạng của các loại cáp cho phép thiết kế một mạng lưới FDDI mà lợi dụng những thế mạnh của từng loại trong các phần khác nhau của mạng. Ví dụ, trong khu vực cần có một khoảng cách dài, sợi cáp quang được sử dụng phổ biến. Đối với các khu vực nơi mà khoảng cách khá ngắn, ít tốn kém cáp đồng có thể được sử dụng. Điều này cho phép nhiều tính linh hoạt trong việc thiết kế một mạng lưới FDDI. FDDI định nghĩa hai loại sợi quang: đơn mốt (single-mode) và đa mốt (multimode) , cho tia sáng đi vào sợi ở một góc độ cụ thể. Sợi đa mốt sử dụng đèn LED như là thiết bị tạo ra ánh sáng, trong khi sợi đơn mốt thường sử dụng tia laser. + Cáp quang đa mốt cho phép các chế độ ánh sáng truyền qua sợi. Bởi vì các chế độ của ánh sáng vào sợi ở các góc độ khác nhau, chúng sẽ đi đến cuối của sợi tại các thời điểm khác nhau. Đặc tính này được gọi là sự tán sắc phương thức. Phương thức phân tán giới hạn băng thông và khoảng cách có thể được thực hiện bằng cách sử dụng sợi đa mốt. Vì lý do này, sợi đa mốt thường được sử dụng cho kết nối trong một tòa nhà hoặc một môi trường địa lý tương đối. + Cáp quang đơn mốt chỉ cho phép có một chế độ ánh sáng truyền qua sợi. Bởi vì chỉ có một chế độ duy nhất của ánh sáng được sử dụng, phương thức phân tán không phù hợp với sợi đơn mốt. Do đó, cáp quang đơn mốt là chế độ duy nhất có khả năng cung cấp kết nối hiệu suất cao hơn đáng kể so về khoảng cách Page 8 lớn hơn nhiều, đó là lý do tại sao nó thường được sử dụng để kết nối giữa các tòa nhà và trong môi trường địa lý phân tán. Hình 1.4: Các nguồn sáng khác nhau cho chế độ sợi đơn mốt và đa mốt FDDI quy định cụ thể các thành phần vật lý và các phương tiện truyền thông truy cập của mô hình tham chiếu OSI. Kết hợp, những vùng chức năng có khả năng cung cấp kết nối tốc độ cao giữa các giao thức lớp trên như TCP / IP và IPX, và phương tiện truyền thông bằng hệ thống cáp sợi quang. Bốn vùng chức năng của kiến trúc FDDI là Media Access Control (MAC), Physical Layer Protocol (PHY), Physical-Medium Dependent (PMD), và Station Management (SMT). Các vùng chức năng MAC định nghĩa môi trường như thế nào được truy cập, bao gồm cả định dạng khung hình, xử lý mã thông báo, giải quyết các thuật toán để tính toán kiểm tra giá trị dư thừa theo chu kỳ (CRC) và các cơ chế phục hồi lỗi. Các vùng chức năng PHY xác định mã hóa / giải mã dữ liệu thủ tục, chấm yêu cầu, khung và các chức năng khác. Các vùng chức năng PMD xác định các đặc tính của môi trường truyền dẫn, bao gồm cả các liên kết sợi quang, mức điện, tỷ lệ lỗi bit, thành phần quang học và kết nối. Các vùng chức năng SMT định nghĩa trạm cấu hình FDDI, cấu hình vòng và tính năng điều khiển vòng, bao gồm chèn và loại bỏ trạm, việc khởi tạo, cô lập lỗi và phục hồi, lập kế hoạch và thu thập số liệu thống kê. FDDI tương tự như IEEE 802.3 Ethernet và IEEE 802,5 TokenRing trong mối quan hệ của nó với mô hình OSI. FDDI-2 là công nghệ mở rộng của FDDI, hỗ trợ truyền dẫn các tín hiệu tiếng nói, hình ảnh và dữ liệu. Một biến thể khác của FDDI là FFDT (FDDI Full Duplex Technology) sử dụng hạ tầng mạng như FDDI nhưng có thể tốc độ truyền số liệu lên đến 200 Mbps. FDDI sử dụng cấu trúc vòng kép với lưu lượng truyền trên mỗi vòng Ring theo hướng ngược nhau. Vòng Ring kép bao gồm một Ring thứ cấp và một Ring sơ cấp. Lưu lượng số liệu thường đi theo vòng sơ cấp. Vòng thứ cấp hoạt động theo Page 9 hướng ngược và có khả năng khắc phục sự cố. Nếu được cấu hình hợp lý, các trạm có thể phát đồng thời trên cả hai vòng, do vậy băng thông của mạng tăng gấp đôi. Một trong những đặc điểm đặc trưng của FDDI là việc hỗ trợ nhiều cách kết nối khác nhau giữa các thiết bị trên mạng FDDI. FDDI đưa ra bốn kiểu kết nối sau: + Trạm kết nối đơn SAS (Single Attachment Station) - được kết nối vào duy nhất một Ring qua một bộ tập trung. + Trạm kết nối kép DAS (Dual Attachment Station). Mỗi DAS (hình 1.5) có hai cổng và được kết nối vào cả hai Ring. + Bộ tập trung kết nối đơn SAC (Single Attachment Concentrator). + Bộ tập trung kết nối kép DAC (hình 1.6) (Dual Attachment Concentrator). Hình 1.5: Mô hình trạm kết nối kép DAS Hình 1.6: Mô hình bộ tập trung kết nối kép DAC Page 10 FDDI là một công nghệ mạng có đặc tính chịu lỗi cao vì mạng có cấu trúc Ring kép, sử dụng các chuyển mạch vòng quang, hỗ trợ kỹ thuật Dual Homing. Ring kép: Ring kép có khả năng chịu lỗi cao. Nếu một trạm trên Ring bị lỗi hoặc một đường cáp bị đứt thì các thiết bị ở phần còn lại sẽ tự động khép lại thành một Ring đơn. Các hoạt động của mạng vẫn tiếp tục được duy trì trên các trạm còn lại của Ring. Tuy nhiên nếu FDDI có hai hay nhiều lỗi xảy ra, Ring FDDI sẽ bị phân mảnh thành hai hoặc nhiều Ring con độc lập và các thiết bị trên mỗi Ring vẫn có khả năng trao đổi thông tin với nhau. Chuyển mạch vòng quang (Optical Bypass Switch): Chuyển mạch vòng quang đảm bảo sự hoạt động của Ring kép một cách liên tục nếu một thiết bị nào đó trên Ring bị lỗi. Nó được sử dụng để ngăn chặn việc phân mảnh Ring cũng như loại bỏ các trạm có lỗi ra khỏi Ring. Chuyển mạch vòng quang bằng cách sử dụng các gương quang học để truyền trực tiếp các tia sáng từ Ring tới các thiết bị truy nhập kép DAS. Nếu một lỗi nào đó xảy ra trên thiết bị DAS, thì chuyển mạch quang này sẽ chuyển tia sáng qua chính nó bằng các gương nội tại, vì vậy vẫn duy trì được hoạt động của Ring. Nhiều mạng FDDI được sử dụng với sự kết hợp cả SAS với DAS. Ví dụ, một nhà thiết kế mạng có thể sử dụng SAS để kết nối máy trạm cá nhân với bộ tập trung FDDI, SAS là ít tốn kém để thực hiện, và sự mất mát của một máy trạm thông thường sẽ không là một vấn đề quan trọng cho mạng tổng thể. Tuy nhiên, các máy chủ tập tin và liên kết liên bộ tập trung là vô cùng quan trọng. Sự mất mát của một trong những nhóm trên có thể dẫn đến một nhóm lớn của người sử dụng bị phân lập với các dữ liệu quan trọng mà họ cần để làm công việc của họ. Vì vậy, những liên kết yêu cầu độ tin cậy tối đa các nhà thiết kế có thể cung cấp bất kể chi phí, do đó, dual-homing DAS sẽ được sử dụng ở đây. Các thiết bị quan trọng (Router, Mainframe) có thể sử dụng công nghệ Dual Homing để các kết nối dự phòng, nhằm đảm bảo cho thiết bị hoạt động một cách liên tục. Theo mô hình Dual Homing (hình 1.7), các thiết bị quan trọng được gắn vào Ring qua hai bộ tập trung. Hình 1.7: Mô hình Dual Homing Page 11 Định dạng khung FDDI tương tự như định dạng của một khung Token Ring. Đây là một trong những lĩnh vực mà FDDI vay mượn rất nhiều từ các công nghệ mạng LAN trước đó, chẳng hạn như Token Ring. Khung hình FDDI có thể lớn đến 4.500 byte. Hình 1.8: Định dạng khung dữ liệu FDDI Những mô tả sau tóm tắt khung dữ liệu FDDI và các lĩnh vực thẻ minh họa trong hình trên. Preamble: Cung cấp cho một chuỗi duy nhất chuẩn bị cho mỗi trạm cho một khung sắp tới. Start delimiter: Chỉ ra sự khởi đầu của một khung bằng cách sử dụng một mô hình tín hiệu chỉ ra sự khác biệt giữa nó với phần còn lại của khung. Frame control: Cho biết kích thước của các trường địa chỉ và cho dù khung chứa dữ liệu không đồng bộ hoặc đồng bộ giữa các thông tin điều khiển khác. Page 12 Destination address: Chứa unicast (số ít), multicast (nhóm), hoặc broadcast (mỗi trạm). Như với địa chỉ Ethernet và Token Ring, địa chỉ đích FDDI dài 6 byte. Source address: Xác định các trạm gửi khung. Như với địa chỉ Ethernet và Token Ring, địa chỉ nguồn FDDI dài 6 byte. Data: Chứa những thông tin đến cho một giao thức hoặc kiểm soát thông tin trên lớp. Frame check sequence (FCS): Được nộp bởi các trạm nguồn với một chu kỳ kiểm tra giá trị tính toán dự phòng phụ thuộc vào nội dung của khung (như với Token Ring và Ethernet). Địa chỉ đích tính toán lại giá trị để xác định xem khung bị hư hại trong quá vận chuyển. Nếu phải, khung bị loại bỏ. End delimiter: Chứa các biểu tượng độc đáo, không thể là biểu tượng dữ liệu báo hiệu kết thúc của khung. Frame status: Cho phép các trạm nguồn xác định một lỗi xảy ra, xác định khung đã được công nhận và sao chép bởi một trạm tiếp nhận. FDDI là một công nghệ mạng LAN/MAN sử dụng cáp quang, tốc độ 100 Mbps được thiết kế theo dạng Ring, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng mạng cần tốc độ truyền dẫn lớn hơn so với các mạng Ethernet/802.3 và token Ring hiện thời. Công nghệ này được thực hiện trước khi có sự phát triển của Fast Ethernet và Gigabit Ethernet. Hiện nay, mạng FDDI không được dùng phổ biến vì chi phí thực hiện lớn, phức tạp (thiết bị quang đắt…) và bị cạnh tranh bởi các mạng Ethernet/802.3 có giá thành rẻ, dễ thực hiện. Tuy nhiên, vẫn còn có những nghiên cứu với mục đích cải tiến để tận dụng khả năng cung cấp băng thông rất lớn cùng khả năng chống lỗi của nó. Cũng giống như bất kỳ công nghệ nào, FDDI cũng có những điểm mạnh và điểm yếu. Những ưu, nhược điểm lớn được liệt kê dưới đây: Ưu điểm * Tốc độ cao và Công nghệ xác định FDDI chạy ở tốc độ 100 hoặc 200 Mbps. Điều này dẫn đến hiệu suất rất tốt cho các ứng dụng đòi hỏi cần phải chuyển một lượng lớn dữ liệu trong một khoảng thời gian ngắn. Nó cũng là tuyệt vời để phục vụ nhu cầu của một số lượng lớn người sử dụng để đảm bảo tất cả mọi người có đủ băng Page 13 thông. Mạng qua thẻ FDDI kết quả va chạm trong một mạng lưới cho hiệu suất tuyệt vời ngay cả dưới tải nặng (80% + sử dụng). * Khoảng cách xa Với chiều dài vòng tổng thể lên đến 200 km (66.000 feet), FDDI là một sự lựa chọn tuyệt vời để xây dựng một mạng lưới kết nối các tòa nhà xây dựng hoặc khuôn viên rộng. * Khả năng chịu lỗi Kiến trúc vòng kép FDDI và khả năng để thiết lập một mạng với các Dual-Homing cung cấp khả năng thiết kế mạng có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi chạy cáp bị cắt hoặc một bộ tập trung bị lỗi. Kể từ khi FDDI đã được sử dụng trong nhiều năm, thiết bị đã được triệt để sửa lỗi và đặc biệt ổn định. * Quản lý FDDI làm việc với tất cả các nền tảng quản lý mạng phổ biến, và hầu hết các thiết bị FDDI có tính năng quản lý xây dựng trong các từ nhà máy. * Tính linh hoạt FDDI có thể được sử dụng với bất kỳ của bốn loại cáp, cho phép các nhà thiết kế sử dụng ít tốn kém hơn cáp UTP hoặc STP chạy ngắn và sợi cáp quang khoảng cách dài hơn và/hoặc tiếng ồn điện cũng là một mối quan tâm. Nhược điểm * Chi phí Các thiết bị FDDI có chi phí cao hơn so với các mạng công nghệ 100 Mbps khác. Điều này là do sự phức tạp của giao thức qua thẻ và tiền bản quyền nhất định phải được thanh toán cho tất cả các phần của thiết bị sản xuất. Page 14 II. Mục đích, phạm vi ứng dụng của mạng FDDI 1. Mục đích của mạng FDDI Một trong những bất lợi chính của các mạng vòng truy xuất thẻ bài là sự nhạy cảm của chúng với bất trắc. Vì mỗi máy trên vòng phải chuyển thẻ bài cho máy kế tiếp nên một hỏng hóc trên máy sẽ làm cho toàn mạng ngưng hoạt động. Phần cứng mạng vòng truy xuất thẻ bài thường được thiết kế để tránh những hỏng hóc như thế nhưng hầu hết các mạng vòng truy xuất thẻ bài đều không thể vượt qua khi sự kết nối bị cắt đi như khi đường cáp nối giữa hai máy bỗng nhiên bị đứt. Một số công nghệ mạng vòng đã được thiết kế để khắc phục được hỏng hóc nghiêm trọng. Ví dụ như chuẩn mạng tốc độ cao FDDI. FDDI được phát triển vào giữa những năm 1980 để điền vào các nhu cầu của phát triển tốc độ cao công suất máy trạm kỹ thuật và độ tin cậy mạng. Ngày nay, nó thường được sử dụng như là một công nghệ xương sống tốc độ cao bởi vì nó hỗ trợ cho băng thông cao và khoảng cách xa hơn so với cáp đồng. FDDI sử dụng kiến trúc vòng kép. Giao thông trên mỗi vòng chảy theo hướng ngược nhau. Điều này làm tăng tính ổn định hệ thống cao hơn. Mục đích chính của các vòng kép là để cung cấp độ tin cậy cao và mạnh mẽ. FDDI là một công nghệ mạng có đặc tính chịu lỗi cao, sử dụng chuyển mạch vòng quang, hỗ trợ kĩ thuật Dual Homing. Lợi ích mang lại từ khả năng này là Ring sẽ không phải chuyển sang trạng thái Ring đơn khi thiết bị có lỗi. FDDI được thiết kế để cung cấp kết nối đa mục tiêu, băng thông cao giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi, bao gồm cả liên kết các mạng LAN (Hình 2.1) và các mạng khác trong phạm vi một toà cao ốc hoặc trong môi trường học viện. Hình 2.1: FDDI có thể mang các khung Ethernet vàToken-Ring làm các khung dữ liệu, cung cấp một mạng xương sống đa giao thức Page 15 Theo tiêu chuẩn do Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) phê chuẩn. Các tiêu chuẩn này định ra bốn vùng chức năng của kiến trúc FDDI (Hình 2.2). * Phụ thuộc môi trường vật lý (PMD) Giao thức lớp PMD mô tả các máy thu phát quang, đặc biệt là các mức công suất và độ nhạy quang tối thiểu trên tuyến kết nối dữ liệu quang. Lớp này cũng xác định các đầu nối và các đặc trưng môi trường cho truyền thông điểm - nối - điểm giữa các trạm trên mạng FDDI. Lớp con PMD là một tập con của Lớp Vật lý thuộc Mô hình tham chiếu OSI, xác định tất cả các dịch vụ cần có để phát đi luồng bít từ trạm này tới trạm khác. Nó cũng quy định các yêu cầu đi dây cho hệ thống cáp phù hợp với FDDI, kể cả jitter và những biến đổi trong suy hao của hệ thống cáp. * Lớp Vật lý (PHY) Giao thức Lớp Vật lý (PHY) xác định rõ những phần không phụ thuộc môi trường của Lớp Vật lý, mô tả sự mã hoá/giải mã dữ liệu, thiết lập xung nhịp đồng bộ, xác định chuỗi thiết lập chuỗi quan hệ (handshaking) được sử dụng giữa các trạm kế cận nhau để kiểm tra tính nguyên vẹn của tuyến. Nó cũng cung cấp sự đồng bộ của các xung nhịp bit mã đến và đi cũng như vạch ra các biên giới octet cần thiết cho việc truyền dẫn thông tin từ và tới các lớp cao hơn. Các quá trình này cho phép trạm thu đồng bộ xung nhịp của mình với trạm phát. * Lớp Điều khiển Truy nhập Môi trường (MAC) Lớp con Điều khiển Truy nhập Môi trường (MAC - Media Acess Control) chi phối việc truy nhập môi trường. Nó mô tả định dạng khung, thông dịch nội dung khung , tạo ra và lặp lại các khung, phát và thu các thẻ bài điều khiển các bộ định thời, giám sát vòng thẻ bài và phối ghép với quản lý trạm. Giống như MAC Token-Ring định nghĩa theo 802.5, MAC FDDI cũng có hai loại đơn vị dữ liệu giao thức là khung và thẻ bài. Các khung được sử dụng để vận chuyển dữ liệu (chẳng hạn như các khung LLC), trong khi các thẻ bài được sử dụng để điều khiển trạm truy nhập vào mạng. Tại lớp MAC, dữ liệu được truyền theo các khối 4 bit gọi là các ký hiệu 4B/5B. Sự mã hoá ký tự theo kiểu 4 bít dữ liệu được biến đổi sang một mô hình 5 bít; như vậy tốc độ FDDI 100 Mbit/s cung cấp 125 triệu tín hiệu một giây. Kiểu báo hiệu Page 16 này được dùng để duy trì đồng bộ tín hiệu trên cáp sợi quang. Hai ký tự mang một octet dữ liệu duy nhất. * Quản lý trạm (STM) Tiện ích Quản lý trạm (STM) cung cấp các dịch vụ quản lý hệ thống cho bộ giao thức FDDI, chi tiết hoá các yêu cầu điều khiển cho hoạt động và khả năng tương tác chính xác của các trạm trên vòng FDDI. Nó phối hợp hoạt động với các lớp PMD, PHY và MAC. Tiện ích SMT được sử dụng để quản lý các kết nối, các cấu hình và các giao diện. Nó xác định rõ những dịch vụ như khởi tạo vòng va trạm, cô lập và phục hồi sự cố, sửa sai... STM cũng được sử dụng để thu thập các số liệu thống kê, quản lý địa chỉ và phân đoạn cho vòng FDDI. Hình 2.2: Các lớp FDDI và mối quan hệ với Mô hình tham chiếu OSI 7 FDDI cung cấp một chuyển mạch rẽ nhánh tuỳ chọn tại mỗi nút để khắc phục hư hỏng ở bất cứ chỗ nào trên nút. Trong trường hợp hỏng một nút thì sẽ bỏ qua nút này về mặt quang và tách nó ra khỏi mạng. Có thể bỏ qua tối đa ba nút liên tiếp; công suất quang vẫn đủ để hỗ trợ các phần hoạt động khác của mạng. Page 17 Các bộ tập trung của FDDI thường cung cấp hai bus tương ứng với hai vòng đường trục của FDDI. Khả năng tự khắc phục hư hỏng cũng được cung cấp cho các trạm kết nối tới vòng qua một bộ tập trung, bởi vì bộ tập trung cung cấp chức năng đấu vòng cho các trạm được gắn. 2. Phạm vi ứng dụng của mạng FDDI Ban đầu khái niệm FDDI được áp dụng trên cáp sợi quang đa mốt. Sau đó, tiêu chuẩn này đã được phát triển để bao trùm cả cáp quang đơn mốt, cáp đồng đôi dây xoắn bọc kim và thậm chí cả dây đồng không bọc kim. FDDI thường được sử dụng với mạng trục trên đó những mạng LAN công suất thấp có thể nối vào. Các mạng LAN đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao và dải thông lớn cũng có thể sử dụng FDDI. Ngoài việc lớn về mặt địa lý, một mạng lưới FDDI cục bộ có thể hỗ trợ hàng ngàn người sử dụng. FDDI có thể được dùng làm mạng xương sống cho các mạng LAN sử dụng cáp đồng nhờ băng thông rộng. FDDI được sử dụng chủ yếu trong các mạng với nhiệm vụ giao thông quan trọng và cao, nơi một lượng lớn lưu lượng dữ liệu cần phải chảy một cách nhanh chóng và hiệu quả. FDDI được sử dụng bất cứ nơi nào mà sử dụng một mạng lưới rộng lớn cần băng thông cao. Các doanh nghiệp, Chính phủ, bệnh viện và các lĩnh vực y tế khác, thị trường chứng khoán và thị trường tiền tệ, ngành công nghiệp ô tô, và các phương tiện truyền thông, chỉ cần đến tên một vài. Nó đã trở thành trụ cột cho phương pháp truy cập mạng tốc độ cao trong LAN và MAN ở nhiều nơi. FDDI cung cấp các máy trạm và máy chủ mạnh hơn, các ứng dụng mạng chuyên sâu, phát triển phân phối các ứng dụng client/server, nhịp lớn hơn của các mạng lưới phân phối, gia tăng số lượng người sử dụng mạng, và các ứng dụng phần mềm lớn hơn và mạnh mẽ hơn. Ngoài ra, FDDI cung cấp dung lượng cao hơn và hiệu suất với giao dịch hơn đồng thời, sẵn sàng cao hơn do các topo vòng kép, và vòng khoảng cách xa hơn, lên đến 100km. Nó cũng tương thích với các giao thức khác theo mô hình OSI, do đó, tích hợp với công nghệ hiện có và mới nhất là liền mạch. Một phiên bản mới hơn của FDDI, được gọi là FDDI-2, hỗ trợ việc truyền tải thông tin âm thanh và hình ảnh cũng như dữ liệu. Một phiên bản khác, FDDI-Full Duplex Công nghệ hoặc FFDT, sử dụng các thiết lập mạng tương tự như FDDI, nhưng có thể hỗ trợ gấp đôi tỷ lệ dữ liệu, hoặc 200 Mbps. Page 18 III. Hoạt động của mạng FDDI Mạng FDDI có cấu trúc Ring kép bao gồm hai vòng độc lập truyền dữ liệu theo hai chiều ngược nhau. Vòng thứ cấp không được sử dụng trong khi hệ thống hoạt động bình thường, nó chỉ vào cuộc khi vòng sơ cấp bị sự cố (hình 3.1). Nghĩa là vòng sơ cấp sẽ quành lại vòng thứ cấp để tạo ra một vòng hoàn chỉnh, và chính điều này giúp cho FDDI có khả năng chịu lỗi khi một vòng cáp bị đứt hay một trạm trong vòng bị hỏng. Hình 3.1: FDDI khi vòng sơ cấp bị hỏng Do phải chịu phí tổn khi cấu hình theo kiểu Ring kép, nên FDDI còn cho phép một trạm chọn nối vào chỉ một Ring đơn thôi. Những trạm như vậy gọi là những “trạm kết nối đơn” (Single Attachment Station – SAS). Những trạm nối cả vào hai Ring dĩ nhiên sẽ được gọi là những “trạm kết nối đôi” (Dual Attachment Station – DAS). Một bộ tập trung (Concentrator) sẽ được sử dụng để nối các SAS vào Ring kép. Nếu một SAS bị hỏng hóc, bộ tập trung sẽ phát hiện ra tình trạng này và sử dụng cơ chế chuyển mạch vòng quang (Obtical Bypass Switch) để cô lập SAS bị hỏng, vì thế giữ cho vòng được thông suốt. FDDI sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B. FDDI sử dụng một công nghệ mã thông báo đi qua thời gian tương tự như của các mạng Token Ring như được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802,5. Trạm FDDI tạo ra một mã thông báo điều khiển trình tự, trong đó các trạm khác sẽ đạt được quyền truy cập vào dây. Các mã thông báo đi quanh vòng, di chuyển từ nút này sang nút khác. Khi một trạm muốn truyền tải thông tin, nắm bắt các mã thông báo, chuyển càng nhiều khung hình thông tin như nó muốn (trong khoảng thời gian truy cập quy định), và sau đó phát hành mã thông báo. Tính năng này của truyền dữ liệu nhiều hình ảnh trên chụp mã thông báo được biết đến như một chương trình Page 19