Khóa luận Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao Fast Ethernet, 100Base-AnyLAN và FDDI

u quả băng tần. Đặc điểm này được minh hoạ trong hình 2.5, so sánh mật độ quang phổ của các lược đồ mã hóa. Trong hình này, tần số được chuẩn hoá với tốc độ dữ liệu. Như chúng ta thấy, phần lớn năng lượng trong tín hiệu NRZ và NRZI tập trung ở giữa dc và một nửa tô ́c độ bit (bit rate). Ví dụ, nếu một mã NRZ được sử dụng để tạo ra một tín hiệu với tốc độ dữ liệu là 9600 bps, hầu hết năng lượng của tín hiệu được tập trung giữa dc và 4800 Hz. Hạn chế chính của các tín hiệu NRZ là sự có mặt của thành phần dc và thiếu mất khả năng đồng bộ hoá. Để hình dung ra vấn đề về khả năng đồng bộ hoá, giả sử như dữ liệu là với một xâu bit chỉ 1 hoặc chỉ 0 đối với NRZ-L, hoặc một xâu dài các bit 0 đối với NRZI, thì đầu ra sẽ là điện áp không đổi trong một khoảng thời gian dài. Trong những tình huống này, bất kỳ độ chênh lệch giữa thời gian bên truyền và bên nhận sẽ mất sự đồng bộ giữa hai bên. Chính vì đáp ứng các đặc điểm là tần số thấp vừa phải và tính đơn giản mà các mã NRZ được sử dụng phổ biến trong ghi kỹ thuật số từ tính. Tuy nhiên những hạn chế của chúng khiến các mã này không thích hợp các ứng dụng truyền tín hiệu. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 16Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 2.5: Tỷ trọng quang phổ của các lược đồ mã hóa. 2.3 Nhị phân nhiều mức (Multilevel Binary) Một trong các các kỹ thuật mã hóa được biết đến là mã hoá nhị phân nhiều mức đã khắc phục được những thiếu sót của mã NRZ. Loại mã này sử dụng nhiều hơn hai mức tín hiệu. Hai ví dụ của lược đồ này được minh họa trong hình 2.6: bipolar-AMI (alternate mark inversion) và pseudoternary. Trong trường hợp của lược đồ bipolar-AMI, bit nhị phân 0 được biểu diễn bằng xung 0 (không có xung), và xung dương hoặc âm biểu diễn cho bit nhị phân 1. Các xung nhị phân 1 phải phân cực (chuyển tiếp) luân phiên và xen kẽ nhau giữa xung dương và xung âm. Có một số ưu điểm trong lược đồ này. Thứ nhất, hệ thống sẽ không mất tính đồng bộ nếu một xâu dài các bit 1 được truyền, vì mỗi bit 1 ứng với một sự chuyển tiếp, và bên nhận có thể đồng bộ hoá lại vào lúc chuyển tiếp này. Tuy nhiên, một xâu dài chỉ gồm các bit 0 vẫn còn là vấn đề chưa giải quyết được. Thứ hai, vì các tín hiệu 1 xen kẽ nhau từ dương sang âm về mặt điện áp, nên không có các thành phần dc. Vì thế băng thông của tín hiệu kết quả nhỏ hơn đáng kể so với băng thông của NRZ (hình 2.5). Cuối cùng, thuộc tính xen kẽ xung sẽ đưa cách thức đơn giản cho việc phát Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 17Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN hiện lỗi. Bất kỳ một lỗi tách biệt nào, cho dù là lỗi thêm vào hay xoá đi một xung, thì đều vi phạm thuộc tính xen kẽ xung đó. Hình 2.6: Các loại mã hoá nhị phân nhiều mức Trong trường hợp pseudoternary, bit 1 biểu diễn cho một tín hiệu xung 0 (không có xung), và bit 0 biểu diễn cho các xung dương hoặc âm xen kẽ nhau. Không có một ưu điểm cụ thể khi so sánh kỹ thuật này với kỹ thuật trên (bipolar-AMI), và mỗi một kỹ thuật là nền tảng cho một số ứng dụng. Mặt dù các mã trên đã cung cấp sự đồng bộ ở một mức nào đó, nhưng một xâu dài các bit 0 trong trường hợp AMI hoặc các bit 1 trong trường hợp pseudoternary vẫn còn là vấn đề chưa giải quyết được. Rất nhiều các kỹ thuật đã từng được sử dụng để khắc phục hạn chế này. Một phương pháp là chèn các bit thêm vào để đánh dấu giữa các tín hiệu. Kỹ thuật này được sử dụng trong ISDN đối với truyền thông tốc độ dữ liệu tương đối thấp. Dĩ nhiên là với tốc độ dữ liệu cao thì lược đồ này là tốn kém, vì nó cần nâng cao tốc độ truyền thông tín hiệu vốn đã cao sẵn. Để đối phó với vấn đề về tốc độ dữ liệu này, một kỹ thuật liên quan đến xáo trộn (crambling) dữ liệu được sử dụng; chúng ta sẽ xem hai ví dụ về kỹ thuật này trong phần sau. Thêm nữa, với sự thay đổi phù hợp, lược đồ nhị phân nhiều mức đã khắc phục được các hạn chế của các mã NRZ. Với mã hoá nhị phân nhiều mức, tín hiệu dòng có thể là 1 trong 3 mức (+V, 0, -V). Tuy nhiên trong mã hoá nhị phân nhiều mức, mỗi một tín hiệu nguyên tố cần log 2 3 = 1.58 bit thông tin để biểu diễn, trong khi đó với các mã NRZ thì 1 bit biểu diễn 1 tín hiệu nguyên tố, vì thế mà mã hoá nhị phân nhiều mức không hiệu quả bằng mã hoá NRZ. Nói dễ hiểu hơn là bên nhận tín hiệu nhị phân nhiều mức phải phân biệt 3 mức (+A, -A, 0) thay cho hai mức trong các định dạng tín hiệu Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 18Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN NRZ được đề cập trước đó. Vì lý do đo ́, đối với cùng một xác suất lỗi bit, thì tín hiệu nhị phân nhiều mức đòi hỏi lượng tín hiệu nhiều hơn 3 dB so với tín hiệu 2 mức. Nói cách khác, tốc độ lỗi bit với tỷ lệ giữa tín hiệu và nhiễu cho trước, đối với NRZ thì ít hơn đáng kể so với nhị phân nhiều mức. 2.4 Biphase Một tập hợp các kỹ thuật mã hoá khác, nhóm lại với thuật ngữ biphase đã khắc phục được những giới hạn của loại mã hoá NRZ. Hai kỹ thuật trong biphase thường được sử dụng là Manchester và Differential Manchester. Trong mã hoá Manchester (hình 2.7), có sự chuyển tiếp tại giữa mỗi nhịp bit. Sự chuyển tiếp đó vừa cung cấp cơ chế định thời gian (clocking mechanism) vừa chứa dữ liệu: chuyển tiếp điện áp thấp – cao biểu hiện cho bit 1 và chuyển tiếp điện áp cao – thấp biểu hiện cho bit 0. Đối với Differential Manchester (hình 2.7), sự chuyển tiếp ở giữa mỗi nhịp bit chỉ cung cấp cơ chế định thời gian. Việc mã hoá bit 0 được thể hiện bởi việc xuất hiện sự chuyển tiếp tại bắt đầu mỗi nhịp bit và mã hoá bit 1 được thể hiện bởi việc không xuất hiện sự chuyển tiếp tại bắt đầu mỗi nhịp bit. Differential Manchester đã thêm vào ưu điểm của mã hoá chênh lệch. Hình 2.7: Mã hoá Manchester và mã hóa Differential Manchester Tất cả kỹ thuật biphase yêu cầu ít nhất có một lần chuyển tiếp trong mỗi nhịp bit và nhiều nhất là hai lần. Do vậy, tốc độ điều biến lớn nhất bằng hai lần so với NRZ; điều này có nghĩa là băng thông cần trở lên lớn hơn. Mặt khác, giản đồ biphase có một vài ưu điểm sau: Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 19Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN ƒ Đồng bộ hoá. Do có một sự chuyển tiếp trong mỗi nhịp bit nên bên nhận có thể xác định sự đồng bộ từ sự chuyển tiếp đó. Vì lý do đó, mã biphase được biết như là mã tự đánh giờ (self-clocking). ƒ Không có thành phần dc. ƒ Phát hiện lỗi. Sự thiếu của một sự chuyển tiếp được mong đợi có thể được sử dụng để phát hiện lỗi. Nhiễu trên đường truyền có thể làm đảo tín hiệu cả trước và sau sự chuyển tiếp đó có thể khiến cho không xác định được lỗi. Như hình 2.7, lượng năng lượng của mã biphase ở giữa 0.5 và 1 của tốc độ bit. Vì vậy, băng thông hẹp vừa phải và không chứa thành phần dc. Tuy nhiên, nó rộng hơn băng thông của mã phân nhiều mức. Mã biphase là công nghệ được ưa chuộng trong truyền thông dữ liệu. Mã Manchester được sử dụng thông dụng hơn và được chỉ định trong chuẩn IEEE 802.3 mạng bus CSMA/CD cho cáp đồng trục dải tần cơ sở và cáp đôi cáp xoắn. Mã Differential Manchester được chỉ định cho chuẩn IEEE 802.5 mạng token ring sử dụng cáp đôi xoắn có bảo vệ. 2.5 Các kỹ thuật xáo trộn (Scrambling Techniques) Mặc dù kỹ thuật biphase đã dành được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng mạng cục bộ (LAN) với tốc độ dữ liệu tương đối cao (lên tới 10 Mbps), nhưng nó không được sử dụng nhiều trong các ứng dụng khoảng cách lớn. Nguyên nhân chủ yếu là kỹ thuật biphase yêu cầu tốc độ truyền cao tương ứng với tốc độ dữ liệu. Sự không hiệu quả này phần nào làm tăng giá thành đối với các ứng dụng khoảng cách lớn. Một phương pháp khác là sử dụng một phần ích lợi của giản đồ xáo trộn. Ý tưởng đằng sau phương pháp này rất đơn giản: Các chuỗi các mức điện áp cố định được thay thế bằng một chuỗi khác mà có sự chuyển tiếp đủ để bên nhận có thể duy trì được sự đồng bộ hoá. Chuỗi thay thế phải được nhận biết ở bên nhận và được thay thế bằng chuỗi dữ liệu gốc. Chuỗi thay thế có cùng độ dài với chuỗi gốc, nên không cần phải tăng tốc độ dữ liệu. Những mu ̣c đích thiết kế của phương pháp này được tổng kết như sau: ƒ Không có thành phần dc ƒ Không có chuỗi dài chỉ toần tín hiệu mức 0 Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 20Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN ƒ Không giảm tốc độ dữ liệu ƒ Có khả năng phát hiện lỗi Hai kỹ thuật thường được sử dụng dịch vụ truyền thông với khoảng cách dài được minh hoạ trong hình 2.8 Hình 2.8: Mã hoá B8ZX và HDB3 Một giản đồ mã hoá thường được sử dụng ở Bắc Mỹ là B8ZS (bipolar with 8- zeros substitution). Giản đồ mã hoá này dựa trên bipolar-AMI. Chúng ta đã xem sét mặt hạn chế của mã AMI đó là khi truyền một xâu dài các bit 0 có thể bị mất sự đồng bộ. Để giải quyết vấn đề này, kỹ thuật B8ZS đã thêm vào các qui tắc sau: Nếu 8 tín hiệu 0 liên tiếp xuất hiện và xung điện áp cuối cùng phía trước bộ 8 tín hiệu này là dương thì 8 tín hiệu 0 liên tiếp này sẽ được mã hoá thành 000+-0-+ Nếu 8 tín hiệu 0 liên tiếp xuất hiện và xung điện áp cuối cùng phía trước bộ 8 tín hiệu này là âm thì 8 tín hiệu 0 liên tiếp này sẽ được mã hoá thành 000-+0+- Kỹ thuật này tạo ra hai mã vi phạm quy tắc của mã AMI (mẫu tín hiệu này không được chấp nhận đối với mã AMI), trường hợp này không giống như bị nhiễu hay Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 21Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN do bị các hư hại khác trong truyền thông. Bên nhận sẽ nhận biết được mẫu này hiểu 8 tín hiệu này như là 8 tín hiệu 0 liên tiếp. Một giản đồ mã hoá khác hay được sử dụng Châu Âu và Nhật Bản, đó là mã HDB3 (high-density bipolar-3 zeros). Như B8ZS, nó dựa trên mã hoá AMI. Trong trường hợp mã HDB3, giản đồ thay thế một xâu bốn tín hiệu 0 bằng một chuỗi chứa một hoặc hai xung. Trong từng trường hợp, bốn tín hiệu 0 này được thay thế bằng một mã sai (vi phạm qui tắc của mã AMI). Thêm vào đó, nó cần 1 qui tắc để chắc chắn rằng sự vi phạm này là một chuỗi phân cực liên tiếp nên không tốn tại các thành phần dc. Do vậy, nếu sự vi phạm cuối cùng là dương thì sự vi phạm tiếp theo phải là âm và ngược lại. Như bảng 2.3, điều kiện này được phân tích để biết rằng liệu số lượng xung kể từ sự vi phạm cuối cùng là chẵn hay lẻ và sự phân cực của xung cuối cùng trước đó. Bảng 2.3: Quy tắc thay thế của HDB3 Số lượng các xung bipolar kể từ sự thay thế cuối cùng Chiều của xung trước đó Chẵn Lẻ - 000- +00+ + 000+ -00- Hình 2.5 chỉ ra thuộc tính quang phổ của 2 mã này, chúng đều ko có các thành phần dc. Phần lớn năng lượng tập trung ở vùng quang phổ tương đối cao xung quanh vùng tần số bằng 1 nửa tốc độ dữ liệu. Do vậy, các loại mã này phù hợp tốt với truyền thông tốc độ cao. 2.6 Tốc độ điều biến Khi mà các kỹ thuật mã hoá tín hiệu được sử dụng, thì xuất hiện nhu cầu so sánh giữa tốc độ dữ liệu (bit/giây) và tốc độ điều biến (baud). Tốc độ dữ liệu hay còn được gọi là tốc độ bit được tính bằng 1/t B trong đó t B là nhịp bit. Tốc độ điều biến là tốc độ phát ra các tín hiệu nguyên tố. Ví dụ, khi xem xét mã Manchester, tín hiệu nguyên tố có độ dài nhỏ nhất là một xung kéo dài nửa nhịp bit. Đối với một xung chỉ toàn 0 hoặc toàn 1 thì mã Manchester phát ra một chuỗi toàn những xung như vậy. Vì thế, tốc độ điều biến lớn nhất của mã Manchester là 2/t B . Trạng thái này được thể hiện trong hình 2.8. Hình 2.8 đưa ra trạng thái truyền của 1 chuỗi bit 1 với tốc độ dữ liệu là 1 Mbps khi sử dụng mã hoá NRZI và Manchester. Tổng quát, ta có công thức sau: D = R/b = R/log 2 L Trong đó Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 22Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN D = Tốc độ điều biến (baud) R = Tốc độ dữ liệu (bps) L = Số lượng các tín hiệu nguyên tố khác nhau b = số lượng bit cho mỗi tín hiệu nguyên tố Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 23Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Chương 3: FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Chuẩn mạng LAN FDDI được phát triển bởi viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ (ANSI – American National Standards Institute). Hiện nay, nó là 1 chuẩn quốc tế và được định nghĩa trong ISO 9314. Nó dựa trên cơ sở kiến trúc mạng vòng và hoạt động ở tốc độ truyền dữ liệu là 100 Mbps. Giống như mạng token-ring, nó sử dụng vòng khép kín đôi để tăng cường sự tin cậy. Sợi cáp quang đa lõi nối các trạm với nhau và tổng độ dài của vòng có thể lên đến 100 km. Có thể có tới 500 trạm (DTEs) có thể kết nối vào vòng và vì thế nó la ̀ mẫu lý tưởng cho mạng xương sống (backbone). 3.1 Các thành phần của FDDI FDDI xác định phần vật lý và phần điều khiển truy cập môi trường truyền trong mô hình tham chiếu OSI. Thực tế, FDDI không phải là một thành phần đơn lẻ mà nó là tập hợp của bốn phần riêng biệt, mà từng phần có chức năng riêng. Kết hợp các thành phần trên mang đến khả năng cung cấp kết nối tốc độ cao giữa các giao thức tầng cao như TCP/IP, IPX với môi trường truyền như là cáp quang. Bốn thành phần của FDDI là điều khiển truy cập đường truyền (MAC - Media Access Control), giao thức tầng vật lý (PHY - Physical Layer Protocol), giao thức phu ̣ thuộc môi trường truyền vật lý (PMD - Physical-Medium Dependent) và thành phần ̣ quản lý trạm (SMT - Station Management). Thành phần MAC định nghĩa phương pháp điều khiển truy cập môi trường truyền, nó bao gồm cả định dạng gói tin, điều khiển thẻ bài, cách đánh địa chỉ, thuật toán để tính giá trị kiểm tra CRC (cyclic redundancy check) và các cơ chế khắc phục lỗi. Thành phần PHY định nghĩa hàm mã hoá, giải mã dữ liệu, các yêu cầu thời gian, và các chức năng khác. Thành phần PMD định nghĩa các đặc điểm của môi trường truyền, bao gồm các liên kết sợi quang, các mức của nguồn, tốc độ lỗi bit, các thành phần quang học và các bộ kết nối. Thành phần SMT định nghĩa cấu hình trạm FDDI, cấu hình vòng và các đặc trưng điều khiển vòng bao gồm thêm vào và loại bỏ một trạm, khởi tạo vòng, cô lập lỗi và phục hồi vòng, lập lịch và các số liệu thống kê. FDDI tương tự như chuẩn IEEE 802.3 Ethernet và IEEE 802.5 Token Ring trong mối quan hệ với mô hình OSI. Mục đích chính của nó là cung cấp kết nối giữa các tầng cao hơn trong mô hình OSI với môi trường truyền. Hình 3.1 chỉ ra bốn thành phần và quan hệ giữa chúng với nhau và với với tầng LLC (Logical Link Control) được định nghĩa trong chuẩn IEEE. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 24Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.1 Quan hệ giữa các đặc tả của FDDI với mô hình tham chiếu OSI 3.2 Môi trường truyền FDDI sử dụng cáp quang học như là môi trường truyền thông chính, nhưng có thể thực thi trên cáp đồng. FDDI sử dụng cáp đồng được đề cập đến như là CDDI (Copper-Distributed Data Interface). Cáp quang có một vài ưu điểm so với cáp đồng, cụ thể là hiệu suất, tính tin cậy và tính bảo mật. Ưu điểm nổi bật nhất của cáp quang là nó không phát ra tín hiệu điện tử. Với môi trường truyền vật lý có phát tín hiệu điện tử thì có thể bị mắc trộm và vì thế có thể bị truy cập trái phép vào dữ liệu trên đường truyền. Hơn nữa, cáp quang sẽ không bị nhiễu điện từ gây ra bởi giao thoa tần số radio và giao thoa điện từ. Về mặt khả năng thì cáp quang hỗ trợ băng thông truyền cao hơn so với cáp đồng mặc dù những tiến bộ về công nghệ gần đây đã nâng khả năng của cáp đồng lên tốc độ truyền thông 100 Mbps. Cuối cùng, FDDI cho phép khoảng cách giữa hai trạm khi sử dụng cáp quang đa mốt (multimode) là 2 km, thậm chí với khoảng cách lớn hơn khi sử dụng cáp đơn mốt (single-mode). Hình 3.2 Nguồn phát khác nhau cho cáp single-mode và cáp multimode Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 25Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN FDDI định nghĩa hai loại cáp quang học: cáp single-mode và multimode. Mode ở đây là một tia ánh sáng được cho vào sợi cáp với một góc chiếu riêng. Cáp multimode sử dụng LED như là thiết bị phát sinh ánh sáng trong khi cáp single mode sử dụng tia laze (hình 3.2). Cáp multimode cho phép nhiều tia ánh sáng lan truyền trong sợi cáp. Tại vì các tia ánh sáng này vào cáp với các góc khác nhau nên chúng sẽ ra đầu kia của cáp tại các thời điểm khác nhau. Đặc điểm này được gọi là modal dispersion. Đặc điểm modal dispersion hạn chế băng thông và khoảng cách. Và với lý do đấy, cáp multimode thường được sử dụng kết nối trong một toà nhà hoặc trong môi trường tập trung về mặt địa lý. Cáp single-mode cho phép chỉ có một tia sáng được lan truyền trong cáp. Do vậy, modal dispersion không hiện diện trong cáp single-mode. Vì vậy, cáp single-mode có khả năng đạt được hiệu suất cao hơn và có thể kết nối trong khoảng cách lớn hơn. Đấy là lý do cáp single-mode được sử dụng để kết nối giữa các toà nhà và trong môi trường phân tán về mặt địa lý. 3.3 Cấu tru ́c mạng . Hình 3.3 Cấu hình mạng FDDI điển hình Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 26Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN FDDI sử dụng hai vòng khép kín để tăng độ tin cậy; vòng chính và vòng thứ hai. Vòng thứ nhất dùng để truyền chính, còn vòng thứ hai được sử dụng như là phần truyền thêm vào hoặc chỉ dùng để dự phòng trong tình huống vòng chính bị lỗi. Cấu hình mạng điển hình được chỉ trong hình 3.3. Như chúng ta thấy, có hai loại trạm (DTEs): trạm kết nối kép (DAS - Dual Attach Station) và trạm kết nối đơn (SAS – Single Attach Station). SAS chỉ kết nối với vòng chính thông qua bộ tập trung (concentrator). Một trong những ưu điểm chính của thiết bị SAS là khi thiết bị ngắt kết nối hoặc bị mất nguồn thì nó không gây ảnh hưởng đến vòng. Mỗi thiết bị DAS có hai cổng: A và B. Hai cổng này sẽ kết nối DAS với vòng FDDI kép. Vì thế, mỗi cổng sẽ cung cấp một kết nối tới cả vòng chính và vòng thứ hai. Các thiết bị DAS sẽ gây ảnh hưởng tới vòng nếu như nó bị mất điện hoặc ngắt kết nối. Hình 3.4 chỉ ra hai cổng A và B của DAS kêt nối tới hai vòng. Hình 3.4 Các cổng của DAS kết nối tới vòng chính và vòng thứ hai của FDDI Bộ kết nối của FDDI (co ̀n được gọi là DAC - dual-attachment concentrator) góp phần xây dựng lên mạng FDDI. Nó kết nối trực tiếp vào hai vòng của mạng và đảm bảo rằng bất cứ SAS nào bị hỏng hóc hay mất điện không gây ảnh hưởng đến vòng. Nó thực sự hữu dụng để kêt nối máy tính (PCs) với vòng vì máy tính thường xuyên tắt bật. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 27Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.5 Cấu trúc hub/tree của FDDI Hình 3.6 Trung tâm máy tính của FDDI Mặc dù cấu trúc logic là mạng vòng, nhưng thông thường cấu trúc vật lý của FDDI thì giống như dạng cấu trúc hub/tree. Hình 3.5 đưa ra ví dụ trong trường hợp này. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 28Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Để chắc chắn rằng những thay đổi của đường dây sẽ được thực thi, chúng ta sử dụng kết hợp bảng đấu cáp (patch panel) với các bộ tập kết. Điển hình là những thiết bị trên được đặt trong buồng lắp đặt hệ thống cáp, mà phòng này có liên kết với các phòng khác (với mạng FDDI cục bộ) hoặc là một toà nhà (với mạng xương sống). Trong trường hợp hình 3.6, các patch panel được nối với nhau để tạo lên một cấu trúc cây với gốc ở bên trong được gọi là trung tâm máy tính. Mỗi một patch panel có một số lượng các điểm có thể nối được. Nếu điểm đó không có trạm, cầu nối tới thì vòng được duy trì bằng cách sử dụng các đoạn cáp ngắn để nối các điểm đó với nhau. Muốn thêm vào một trạm mới thì chỉ cần bỏ đoạn cáp ngắn đó ra và thay thế bằng đoạn cáp tương ứng để nối trạm đó vào. Cách tiếp cận này được hiểu như là hệ thống cấu trúc. 3.4 Khả năng khắc phục hỏng hóc của mạng FDDI FDDI cung cấp một vài chức năng khắc phục khi mạng xuất hiện lỗi. Trong thực tế, mô hình vòng kép của FDDI, việc sử dụng các bộ chuyển mạch quang ho ̣c (optical bypass switch) và sự hỗ trợ của kỹ thuật dual-homing đã khiến FDDI trở thành công nghệ truyền thông đảm bảo (mau chóng khắc phục lỗi). 3.4.1 Mô hình vòng kép Chức năng chịu đựng hỏng hóc chính của FDDI là mô hình vòng kép. Nếu một trạm DAS trong vòng bị hỏng hoặc bị mất điện, hoặc cáp bị hỏng thì vòng kép sẽ tự động nhập vào trở thành vòng đơn, cấu trúc vòng đôi sẽ trở thành cấu trúc vòng đơn. Dữ liệu vẫn tiếp tục truyền trong quá trình hai vòng nhập vào nhau. Hình 3.7 và 3.8 sẽ đưa ra ví dụ trong trường hợp có một trạm bị hỏng và trong trường hợp cáp bị hỏng. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 29Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.7 Vòng được phục hồi sau khi một trạm bị hỏng Hình 3.8 Vòng được phục hồi sau khi một đoạn cáp bị hỏng. Chú ý một điều là vòng FDDI thực sự chỉ phục hồi nếu chỉ có một hỏng hóc. Nếu có hai hoặc nhiều lỗi xuất hiện, vòng FDDI sẽ bị phân chia thành hai hoặc nhiều vòng độc lập nhau, khiến cho các trạm ở hai vòng khác nhau không thể truyền thông cho nhau. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 30Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN 3.4.2 Công tắc chuyển quang học Hình 3.9 Công tắc chuyển quang học đảm bảo tính toàn vẹn của mạng Công tắc chuyển quang học cung cấp sự hoạt động tiếp tục của vòng kép trong trường hợp có một thiết bị trong vòng kép bị hỏng. Nó được sử dụng để ngăn ngừa việc phân đoạn mạng và cô lập trạm lỗi ra khỏi vòng. Công tắc chuyển quang học thực hiện chức năng trên bằng cách sử dụng gương quang học để chuyển ánh sáng trực tiếp từ vòng đêń thiết bị DAS. Nếu thiết bị DAS bị hỏng, nó sẽ chuyển ánh sáng qua chính nó bằng cách sử dụng gương bên trong và bằng cách đấy giữ cho tính toàn vẹn của mạng. Ích lợi của phương pháp này là tránh trường hợp hai vòng của mạng nhập vào nhau khi có một thiết bị DAS bị hỏng. Hình 3.9 mô tả chức năng này của công tắc chuyển quang học trong mạng FDDI. 3.4.3 Dual home Các thiết bị then chốt của mạng, như là các router hoặc các máy tính cung cấp host có thể sử dụng kỹ thuật khắc phục lỗi được gọi là dual home. Với kỹ thuật dual home, các thiết bị then chốt được nối với hai bộ kết nối. Hình 3.10 mô tả cấu hình dual home cho file servers và routers. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 31Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.10 cấu hình dual home cho file servers và routers Một trong hai liên kết tới hai bộ kết nối là liên kết chính, còn liên kết còn lại là liên kết phụ. Liên kết phụ được sử dụng dự phòng trong trường hợp liên kết chính (hoặc bộ kết nối của liên kết chính) bị lỗi. Trong trường hợp đó, liên kết phụ sẽ tự động được khởi động. 3.5 Giao diện vật lý Giao diện vật lý của FDDI có sử dụng cáp quang được chỉ ra trong hình 3.11. Trong mạng token ring cơ bản luôn có một bộ điều khiển vòng động nhằm cung cấp nhịp đồng hồ chính cho vòng. Mỗi luồng bit lưu thông được mã hoá bởi bộ điều khiển vòng động này trở thành mã hoá Differential Manchester. Tất cả các trạm trong vòng sau đó sẽ thường xuyên đồng bộ hoá đồng hồ của mình theo luồng bit này. Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp với tốc độ dữ liệu 100 Mbps của vòng FDDI vì nó yêu cầu tốc độ điều biến là 200Mbaud. Thay vào đó, mỗi giao diện vòng có một đồng hồ của riêng nó. Dữ liệu được truyền đi thì sử dụng đồng hồ này trong khi đó bên nhận nhận dữ liệu đến sẽ thường xuyên đô ̀ng bộ hoá lại đồng hồ bằng các chuyển tiếp trong luồng dữ liệu đến. Như chúng ta sẽ thấy, tất cả dữ liệu được mã hoá trước khi được truyền để đảm bảo có ít nhất một sự chuyển tiếp trong luồng bit đối với từng 3 nhịp bit một, nhằm chắc chắn rằng các bit nhận được được lấy mẫu gần trung tâm của nhịp bit. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 32Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.11 Giao diện vật lý của FDDI Tất cả dữ liệu được truyền trước hết được mã hoá bằng cách sử dụng nhóm mã 4 trong 5 (4 of 5 group code). Điều này có nghĩa là mỗi nhóm 4 bit của dữ liệu được mã hoá thành một từ mã 5 bit, hệ mã hoá này được gọi là 4B5B (hay còn được gọi là 4B/5B). Các từ mã 5 bit tương ứng với 16 nhóm dữ liệu 4 bit được chỉ ra trong hình 3.12. Như chúng ta thấy, có tối đa 2 bit 0 liên tiếp nhau trong mỗi từ mã. Từ mã này sau đó sẽ được chuyển giao cho bộ mã hoá NRZI, bộ mã hoá này sẽ mã hóa bằng cách tạo ra một chuyển tiếp khi truyền bit 1 và không chuyển tiếp khi truyền bit 0. Với cách này thì sẽ đảm bảo có ít nhất một chuyển tiếp tín hiệu đối với từng 3 bit một. Nghiên cứu một số mạng LAN tốc độ cao 33Nguyễn Tiến Lâm Khóa luận tốt nghiệp - 2005 – ĐHCN Hình 3.12 Bảng mã hoá 4B5B và các kí tự điều khiển Dùng từ mã 5 bit để thể hiện 16 từ mã 4 bit có nghĩa rằng có 16 từ mã 5 bit sẽ không được sử dụng. Một vài trong số này được sử dụng cho các chức năng điều khiển khác, như là xác định điểm bắt đầu hay kết thúc của gói tin hay của thẻ bài. Danh sách các kí tự điều khiển được chỉ ra trong hình 3.12. Đồng hồ cục bộ được sử dụng trong giao diện vật lí là 125MHz, nguyên nhân là do nó sử dụng mã hoá 4B5b và với tốc độ dữ liệu là 100MHz. Do sử dụng mã hóa 4B5B, nên các từ mã 4 bit của dữ liệu truyền được mã hoá thành các từ mã 5 b