什么是光纤分布式数据接口(FDDI)？

FDDI 代表光纤分布式数据接口。它是一种基于光传输的高速、高带宽网络。它最常用作网络主干，用于连接高端计算机（大型机、小型计算机和外围设备），以及用于连接高性能工程、图形和其他需要快速传输大量数据的工作站的 LAN。它可以以每秒 100 兆位的速率传输数据，并且可以在单个网络上支持多达 500 个站点。FDDI 被设计为通过光纤电缆运行，传输光脉冲以在站点之间传递信息，但它也可以使用电信号在铜线上运行。实施起来相对昂贵，尽管光纤与铜缆的混合可以降低成本。

FDDI 非常可靠，因为 FDDI 网络由两个反向旋转的环组成。如果主环发生故障，次环可提供备用数据路径。FDDI 站将此辅助环合并到数据路径中以绕过故障路由流量。FDDI 基于带令牌传递的环形拓扑。它是一种先进的技术，采用光纤上的令牌环形式。FDDI 的开发有两个主要原因：支持和帮助扩展旧 LAN（例如以太网和令牌环）的功能，以及为企业提供可靠的基础设施，甚至将关键任务应用程序转移到网络。

FDDI的历史

FDDI是ANSI（American National Standards Institute）网络标准，ANSI于1982年开始制定FDDI-Standard，1986年发布FDDI规范，ANSI选择环作为FDDI的网络拓扑结构。FDDI 最关键的元素是在 1989 年定义的（作为 ANSI X3T9.5），部分内容也已被 ISO（国际标准组织）采用。FDDI 也被认为是 IEEE 802.5 标准（令牌环）的继承者。FDDI 比令牌环具有更高的容量。FDOI 在 ISO 的开放系统互连 (OSI) 模型中包括两个底层，即第 1 层（物理层）和第 2 层（数据链路层）。物理层有PMD、PHY。

当前版本的 FDDI 标准定义在 ANSI X3T12. 为确保互操作性，供应商在 ANTC（高级网络测试中心）和 EANTC（欧洲 ANTC）测试了他们的产品。它确保许多供应商的产品支持 FODI。来自不同供应商的产品可以很容易地混合在一个 FDDI 网络中。这是FDDI最显着的优势。

尽管 FDDI 并不是真正的 WAN 技术（其环的最大长度限制为 100 公里或 62 英里），但它可以覆盖的地面确实使其适合用作骨干网，连接许多较小的 LAN，并且它可以提供与城域网 (MAN) 一样广泛的网络的核心。从这个意义上说，FDDI 比 LAN 多但比 WAN 少。此外，由于 FDDI 传输信息速度极快（l00 Mbps），常用于连接大型机、小型机和外围设备等高端设备，或连接局域网内的高性能设备。例如，工程或视频或图形工作站受益于 FODI，因为它们需要大量带宽，才能以令人满意的高速度传输大量数据。FDDI 可以很容易地并入现有网络，因为它甚至可以与其他网络拓扑一起工作（由于以太网和令牌环也使用LLC协议）。

功能

FDDI 是一种高效的网络拓扑结构，具有容错和集成网络管理功能。凭借其确定性访问方法，FDDI 保证了高聚合吞吐率，即使在大型和高流量网络中也是如此。FDDI 可以很容易地添加到现有的网络拓扑结构（例如以太网和令牌环）中，作为强大的骨干网来消除现有 LAN 中严重的网络瓶颈。

FDDI 提供以下功能：

• 高传输率 (100 Mbps) 和带宽
• 实际吞吐率（预计 20 个站）约为。95 Mbps
• 扩展范围大（最长 100 公里）
• 节点到节点的距离远（使用多模光纤 2 公里，使用单模光纤 40 公里）
• 适用于光纤和铜介质
• 更易于维护
• 与基于标准的标准兼容组件和各种操作系统。

布线要求

光纤是 FDDI 网络的传输介质，但铜介质也可用于提供相同传输速率的标准办公室连接。与铜介质相比，光纤提供了针对物理网络窃听的最佳保护，并提供了对电磁干扰的免疫力。顾名思义，FDDI 是围绕使用光纤电缆的理念而开发的。事实上，它就是所使用的电缆类型，尤其是当需要在相对较长的距离（2000 至 10,000 米，或大约 1 至 6 英里）内进行高速传输时。然而，在更短的距离（大约 100 米或 330 英尺）上，FDDI 也可以在更便宜的铜缆上实现。

总之，FDDI 支持四种不同类型的电缆：

• 多模光纤电缆：这种电缆最长可使用超过2000 米，并使用LED 作为光源。
• 单模光纤电缆：最长可使用10,000 米或更远，并使用激光作为光源。单模电缆的芯线比多模电缆更细，但由于光脉冲通过电缆的传播方式，它提供了更高的带宽。
• 非屏蔽双绞线铜线：这种电缆包含八根线，作为下一个类别，可以在长达 30 米的距离内使用。
• 屏蔽双绞线铜线：这是一种屏蔽电缆，包含两对双绞线，每对也屏蔽。

光纤 PMD（物理介质相关）

PMD 定义了网络标准物理层的规范，即所使用的媒体和接口连接器。由于 FDDI 支持光纤和铜介质，因此定义了两个单独的规范。它们是Fiber PMD（用于光纤介质）和TP-PMD（用于铜介质，专门用于双绞线）。其他两个重要的 PMD 是 SMF-PMD（单模光纤 PMD），定义了对允许 40 到 60 公里距离的单模光纤的要求（与允许最大 2 公里距离的多模光纤形成对比）。

LCF-PMD（低成本光纤 PMD）的开发是为了获得一种低价、基于光纤的替代方案，同时限制节点之间的最大距离。LCF-PMD推出的双工SC连接器主要被全功率预算版Fiber PMD采用。

Fiber PMD-ANSI X3T9.5/48-48 描述了使用光纤和光学组件的物理层。它定义了允许用于 FDDI 的光纤电缆的以下特性和参数。

• 光的波长（标称波长为 1,300 nm）
• 衰减和带宽
• 最大误码率
• 光学介质的色散
• 数值孔径（全内反射孔径角的正弦值，标称孔径为 0.275）
• 强度光
• 脉冲的抖动
• 两个站之间允许的功率

定义为传输介质的 62.5/125 和 85/125 微米渐变折射率光纤。也接受 50/125 和 100/140 微米渐变折射率光纤。

PHY（物理层协议）

PHY 文档描述了介质上的物理过程（示例数据编码）。它定义：

• 数据编码/解码。
• 时钟同步（因为FDDI 环可以变得相当大，所以没有中心时钟频率）。
• TVX（有效传输时间）。
• 线路状态（Quiet——线路上没有信号，Idle——正常的线路状态，Halt 和Master 在传输配置数据时使用）。
• 控制符号（开始定界符在数据传输开始时发送，结束定界符告诉 FDDI 帧何时应该终止。
• 数据符号（十六进制符号 0 到 F）。
• 违规符号（例如符号 v 表示非法信号在线）。

每个 FDDI 环的最大 Phys 数量为 1000。双连接站 (OAS) 有两个直接连接到双环的 PHY，而 SAS（单连接站）在集中器中有一个额外的 PHY。由于每个站需要两个 PHY，网络最多可容纳 500 个站。

MAC（媒体访问控制）层

在数据链路层内指定的 FDDI 的 MAC（媒体访问控制）层。它使用令牌传递方法作为介质访问方法，并允许每个站点以精确定义的时间间隔访问环。LLC（Logical Link Control）层应用的IEEE 802.2标准。由于LLC协议，FDDI顺利集成了以太网（IEEE 802.3）和令牌环（IEEE 802.5）等网络拓扑结构。

MAC 层包括地址识别生成和检查 FCS（帧校验序列）校验和。此外，它指定传输、重复和删除 MAC 帧，就像为 LLC 层提供 MAC 服务一样。此外，MAC 层指定如何处理同步和异步数据流量。IEEE 802.5 协议和 FDDI 之间的关键区别如下。

• 站点正在等待令牌中止 FDDI 中的令牌传输。然而，在 IEEE 802.5（令牌环）协议中，它自然会补充令牌中的选定位。这是由于 FDDI 的高数据速率。
• FDDI 站在最后一帧被释放后立即释放令牌（IEEE802.5 中的早期释放），因为在高速环境中等待传输的帧（标准 IEEE 802.5）返回效率低下。

SMT（站管理）

站管理提供节点级必要的控制，以管理各种 FDDI 层的功能。单独的网络控制和安全机制，用于控制和管理环上的活动以及每个站点的连接。此外，它允许在出现故障或线路中断的情况下重新配置环。SMT 功能永久监控 FDDI 环。它在网络启动期间协调配置并生成有关环和站状态的状态帐户。SMT 管理每个站点的 Phys、MAC 和 PMD。此外，SMT负责计数器、参数和统计。

SMT的功能可以分为CMT（Connection management）和RMT（ring management）。CMT 再次分为：

• ECM（实体协调管理）：协调所有 PHY 的活动并控制可选的光学旁路功能。
• PCM（Physical Connection Management）：插入和移除站，初始化和协调本地和相邻端口之间的物理连接。
• CFM（Configuration Management）：负责配置一个FDDI站点的MAC和PHY。

此外，FDDI站的每个端口都有一个CEM（配置元素管理）。

RMT 管理 MAC 组件，例如将 MAC 地址更改为唯一地址以及从环中删除具有重复地址的 MAC。此外，RMT 监视 FDDI 环并在环中断的情况下管理适当的程序。

FDDI拓扑结构

FDDI 网络拓扑可以在两个不同的级别上查看。

• 物理层
• 逻辑层

物理拓扑描述了具有物理连接的节点的排列和互连。逻辑拓扑描述了 MAC 实体之间通过网络的路径。FDDI 网络形成以下两种物理拓扑之一：

• 双环树。
• 双环树的子集。

FDDI 使用双环拓扑。双环拓扑使用两个反向旋转的环，称为主环和副环。主环类似于令牌环术语中的主环路径。次环类似于令牌环的备份环路径。每个环由一条光纤路径组成，相当于一对铜导体。FDDI 拓扑允许许多连接单元（站、集中器和桥接器）以各种方式连接。从布线的角度来看，FDDI 类似于光纤令牌环网络；但是，令牌环和 FDDI 技术之间存在差异。设备可以直接连接到环上，而无需集中器，例如令牌环上的多站访问单元 (MAU)。设备可以连接到主环和副环中的一个或两个。

车站类型

为了区分连接到一个环或两个环的设备，FDDI 定义了两类设备。A 类设备直接连接到两个环。它可能是一个站，称为 A 类站或双附件站 (OAS)。它也可以是一个集中器，在这种情况下，它被称为双附件集中器 (OAC)。

B 类设备是仅直接或通过集中器连接到其中一个环的站点。集中器是充当布线集线器的有源设备。称为单附件站 (SAS) 的 B 类站。它也可以是一个集中器，它被称为单附件集中器（SAC）。在常规环操作期间，主环处于活动状态，而辅助环处于空闲状态。在主环发生故障后，当 A 类站或双附件集中器将主环包裹到辅助环时，辅助环变为活动状态，从而建立一个单环。此功能是维护 LAN 可靠性所必需的。图(a) 说明了双环拓扑。

FDDI 双环配置由双附件站 (OAS) 组成。环上的双连接站至少有两个端口，一个是 A 端口，主环从这里进来，从环从那里出去，另一个是 B 端口，从那里进来，主环出去。每个站都有连接到环的两个端口（A 和 B）。站点之间的布线必须全部是光纤或屏蔽双绞线 (STP)。

双归属

为了获得更好的容错能力，使用了一种称为双归属的特定拓扑。不属于主环的集中器可以通过一个或两个其他集中器进行双重连接，以提供更高的可用性。当以这种方式连接时，集中器被描述为双归属集中器 (DHC)。同样，双附件站可以使用 A 和 B 端口连接到一个或两个集中器，以提供高可用性。以这种方式连接的站点被认为是双归属站点 (DHS)。在这两种情况下，只有端口 B 处于活动状态，与端口 A 的连接保持备用模式。如果与端口 B 的连接失败，端口 A 变为活动状态，对双宿主站或集中器的用户没有任何影响。图 (b) 说明了双归属技术。

FDDI的运作

FDDI 拓扑结构和操作类似于令牌环。站点访问媒体的顺序是预先确定的。站点生成称为令牌的特定位序列，用于控制传输权限。令牌在网络中不断地从一个节点传递到下一个节点。当令牌通过时，每个站都有机会传输数据。站点可以使用允许带宽分配的算法来决定它传输多少帧。FDDI 还允许站点在不释放令牌的情况下传输许多帧。当一个站有一些数据要发送时，它会捕获令牌，以格式良好的 FDDI 帧的形式发送信息，然后释放令牌。这些帧的标题包括复制该帧的站的地址。当帧绕过环时，所有节点都会读取帧以确定它们是否是帧的接收者。如果是，它们将提取数据并将帧重新传输到环上的下一个站点。当帧返回到始发站时，始发站删除该帧。因此，令牌访问控制方案允许所有站以有序且有效的方式共享网络带宽。

通常，在FDDI网络中，一个环（称为主环）承载令牌和数据帧，副环保持空闲并用作容错或保险的备份。因为在需要时可以使用辅助环，所以每当一个非功能节点导致主环中断时，流量“Q”“环绕”导致问题的节点并继续传输数据，仅在相反方向和辅助环上. 这样，即使一个节点出现故障，网络也能继续运行。当然，也有可能是两个节点都失效了。当发生这种情况时，两个位置的包裹有效地将一个环分成两个独立的、不连通的环。为了避免这个潜在的危险问题，FDDI 网络可以依赖集中器。这些集中器类似于集线器或MAU 中有多个节点插入其中。他们还能够隔离任何故障节点，同时保持网络流量畅通。有时，两个环都用于数据传输。在这种情况下，数据在一个环上沿一个方向（顺时针）传输，在另一个环上沿另一个方向（逆时针）传输。使用两个环来承载数据使得帧数是标准速率的两倍。因此，网络速度可以翻倍，从 100 Mbps 到 200 Mbps。

帧格式

FDDI 帧与传统令牌环定义的帧非常相似，但只有八个字段。FDDI 的令牌和帧格式分别如图（a）和（b）所示。控制令牌结构与令牌环的情况非常相似。

八个字段组成了 FDDI 帧。他们是：

可以看到，FDDI中的data token和我们之前看到的token ring data token非常相似。缺少访问控制字节或八位字节。

• 开始定界符：令牌的开始定界符是令牌开始的指示符。它由符号“J”和“K”组成，这些符号只能在帧或令牌的开头才能在其他任何地方看到。
• 框架控制：框架控制提供有关令牌类型的信息。frame control字段中的值为16进制的80表示Non-restricted Token，而16进制的frame control CO为restricted token。
• 目标地址：它是一个 12 符号代码，指示帧要发送到的站的标识。每个站都有一个唯一的 12 符号地址来标识它。当一个站接收到一个帧时，它将那个帧的 OA 与它的地址进行比较，如果两者匹配，则该站将帧的内容复制到它的缓冲区中。

目的地址可以是一个单独的地址，也可以是一个组地址，这取决于它的第一个。如果第一位设置为 (1)，则该地址是组地址。如果它设置为（0），地址是一个单独的地址。组地址可用于将帧寻址到多个目标站。广播地址是一种特殊类型的组地址，适用于网络上的所有站点。

• Source Address：该字段表示创建帧的站的地址。在 FDDI 中，当一个站创建一个帧时，该帧从一个站传递到下一个站，直到它返回到始发站。始发站从物理介质中删除帧。
• 数据：该字段携带要传达的实际信息。每个框架主要围绕该字段构建，并且仅仅是一种将信息从一个站点获取到另一个站点的机制。数据字段中包含的信息类型由帧字段的帧控制决定。
• 循环冗余校验 (CRC)：CRC 用于验证传入帧是否包含任何位错误。FCS 由发送帧的站点使用 FC、OA、SA、DATA 和 CRC 字段的位生成。生成的 CRC 使得如果这些字段中的任何位发生更改，则接收站会注意到存在问题并丢弃该帧。
• 结束分隔符：该字段由两个“T”符号组成。这些“T”符号表示令牌已完成。任何不以这些“T”符号结尾的数据序列都不被视为令牌。
• 帧状态：帧状态由三个指示器组成，它们可以设置和重置两个值之一。这三个指示器是错误 (JE')、地址识别（或确认）('N) 和复制 ('C)。

FDDI 令牌传递

在 FDDI 网络上传递令牌的工作方式与在令牌环网络上的方式非常相似，即节点在环上传递令牌，并且只有拥有令牌的节点才被允许传输帧。这有一个转折点。但是，这与 FDDI 容错有关。当环上的节点检测到问题时，它不会空闲。反而; 它生成一个称为信标的控制帧并将其发送到网络。当相邻节点检测到信标时，它们也开始传输信标，因此信标绕过环。当启动该过程的节点通常在网络切换到辅助环后最终收到其信标时，它会假设问题已被隔离或解决，生成一个新令牌，并再次开始滚动。

FDDI 网络的结构

如前所述，FDDI 网络不能包含相距超过 100 公里的环。FDDI 网络的另一个限制是它不能支持超过 SOD（每个环的节点数）。虽然整个网络拓扑必须符合逻辑环，但网络不必看起来像一个圆圈。它可以包括连接到集线器的星形或集中器，它甚至可以包括以层次结构连接的集线器的树集合。只要星和树连接成一个逻辑环，FDDI 网络就不会面临任何问题。

以太网和令牌环网络等现有网络可以通过工作组交换机或路由器集成到 FDDI 骨干网中。文件服务器应直接连接到 FDDI 骨干网以减少数据负载并为用户提供合理的访问时间。双绞线的 FDDI 适配器的可用性允许将现有布线顺利迁移到 FOOL 高端 PC 工作站，其应用程序如 CAD、CIM、CAM、DTP 或图像处理可以通过 FDDI 网络接口卡直接连接到 FDDI 环，并且集中器。