제 14 장 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

14.1 구성

* 고 성능 컴퓨터의 연결과 LAN들을 상호 연결하는 백본(backbone)네트워크의 기능을 수행하는 고성능 네트워크 이다.

* Primary 링과 Secondary 링 으로 구성되는 이중 링(dual ring)의 구조를 갖는 다. 정상상재에서는 Primary 링을 통해 트래픽이 전달되지만 호스트 혹은 Primary링에 장애가 발생하면 Secondary 링으로 절체된다.[그림14.1]

* 광섬유 케이블을 전송매체로 사용하며 100 Mbps의 전송속도를 갖고 직경 100 Km 내에서 최대 500 개의 호스트를 지원한다.

14.2 프로토콜 구조

* 미국 ANS(American National Standards Institute)의 X3T14.5위원회에서 표 준화 작업 수행

* [그림 14.2]는 FDDI의 프로토콜 구조이다. SMT(Station Management)는 링의 재구성(reconfiguration) 및 오류 감지 기능과 같은 관리 기능을 수행한다.

14.2.1 PMD 부계층(sublayer)

* 전송매체로 광화이버 사용

* 호스트간 거리는 최대 2 Km(멀티모드 광화이버), 40 Km(단일모드 광화이버)* * 최대 500 호스트 접속

* 광 송신 모듈은 파장인 1.3 um 인 LED, 광 수신 모듈은 PIN 다이오드 사용

* 선로에서의 비트 오류율은 0.04x10-14 이하

* 광화이버는 62.5/125 um 다중모드(multimode) 혹은 단일 모드(single mode)를 사용하지만 Unshielded Twisted Pair(UTP)를 사용하는 제품도 있다.

* 다중모드 광화이버는 코어의 직경이 빛의 파장에 비해 충분히 커서 빛이 여러 각 도로 반사도어 입 이 통과하는 경로가 여러 개 존재한다. 여러 경로를 통 해 전달됨으로서 광 펄스는 시간적으로 넓게 퍼지게 도어 ISI(Inter Symbol Interference)가 심하게 나타난다.

* 단일모드에서는 광화이버의 코어 직경이 빛의 파장 정도로 좁아져서 단지 하나 의 경로만 존재하게 된다. 따라서, 다중모드에 비해 ISI 가 덜 나타나게 되어 장거리 전송이 가능하다.[그림 14.3]

* 호스트간 power budget 노트는 11dB이다.

14.2.2 물리 부계층

* 비트 신호의 코딩 방식, 전송 방식, 변조 방식 등을 담당한다.

* 코딩 방식으로 1B/5B(전송하고자 하는 4비트 대신에 5비트를 전송)가 사용된 다.

* 4 비트로 구성되는 심볼은 24개만 존재하지만 5 비트로는 25개가 존재하므로 이 중에서 전송 부호의 특성이 좋은 심볼(천이가 많고 직류 성분이 없는 심볼) 을 선택할 수 있다.[그림 14.4]

* 4B/5B 코딩 방식에 의해 변환된 5비트는 NRZI 방식으로 전송된다.

* 4B/5B 변환표를 보면 5 비트의 심볼에서 연속되는 0의 수는 최대 2임을 알 수 는 반드시 최대 4비트 내에서는 천이가 발생된 다 (0으로 끝나는 5비트와 0으 로 시작되는 5비트가 연속해서 송신된는 경우는 4개의 0이 연속족으로 발생되기 때문)

* 4 비트의 데이터를 5비트로 변환하여 송신하므로 전송매체를 통해 송신되는 비 트율은 100 Mbps x 5/4= 125 Mbps 가 된다. 반면에 100 Mbps 의 데이터를 맨체스터(Manchester)방식으로 코딩하면 전송 비트율은 200 Mbps 나 된다.(비 트 1 이 연속적으로 발생되면 매 비트마다 천이가 발생되므로)

* 4B/5B와 NRZI를 함께 사용함으로서 낮은 전송 비트율을 갖고도 수신측에서 비트 동기에 필요한 천이를 제공한다.[그림 14.5]

14.2.3 매체 접근 제어(MAC:Medium Access Control)

* MAC프로토콜로는 IEEE 802.5 토큰 링 방식을 기초로 하여 동기 및 비동기트 랙픽을 동시에 수용할 수 있는 타임드 토큰 회전(Timed Token rotation)방식 을 사용한다.

* [그림 14.6]은 MAC 계층의 데이터 프레임 및 토큰을 나타낸다.

* PA 필드는 16개 혹은 그 이상의 IDLE 심볼로 구성되며 IDLE 심볼은 5개의 1 로 구성되므로 수신부가 비트 동기를 확립하는데 필요로 되는 충분한 천이가 발생된다.

* SD 필드는 두 개의 제어 문자 J, K로 구성도며 수신부는 SD필드를 통해 프레 임의 경계를 인식한다.

* FC 필드는 프레임의 특성과 타입(MAC, LLC, SMT 등)을 구별한다. C 비트의 기능에서 알수 있듯이 FDDI는 동기 및 비동기 트래픽을 지원한다.

* DA 및 SA 필드는 각각 착산지 및 발신지 주소를 나타낸다.

* Information 필드는 사용자 데이터를 포함하는 부분이며 길이는 최대 4500옥텟 이다.

* FCS 필드는 FC 필드 부터 information 필드 까지의 오류 제어 기능을 수행한 다.

* ED 필드는 프레임의 끝을 나타내며 하나 혹은 두 개의 제어 문자 T 로 구성 된다.

* FS 필드의 A 플래그는 자신에게 온 메시지를 착신 호스트가 인식하였음을 발 신 호스트에 알리기 위한 용도이고 E 플래그는 수신된 메시지에서 오류가 검 출되었음을 알리기 위한 용도이다.

* MAC 계층은 링 상에 메시지 프레임을 송신하고 수신하는 기능을 담당한다.

* 메시지 프레임의 송신은 토큰을 수신한 경우에만 허락된다.

* MAC 계층은 상위 계층인 LLC 계층으로 부터 SDU(Service Data Unit) 를 수 신 하여 헤더와 트레일러를 부가하여 메시지 프레임을 구성하고 하위 계층인 물리 계층으로 전달한다.

* 링 대역폭의 효과적인 이용을 위해 발신 호스트는 메시지 프레임의 송신을 마친 후 즉시 다음 호스트로 토큰을 전달한다. 즉, 발신 호스트는 송신하 메시 지 프레임이 자신으로 되돌아 올 때 까지 토큰을 소유하고 있지 않다. 이를, early token release방식 이라고 한다. 따라서, 링에는 다수의 메시지 프레임이 존재하게 된다.

* 발신 호스트는 링을 순회하여 도착된 자신의 메시지 프레임의 발신 주소를 기 반으로 인식하고 인식된 즉시 영구적인 순회를 방지하기 위해 링에서 재거한 다.

* 자신에게 온 메시지를 인식한 호스트는 메시지를 링으로 흘려 보냄과 동시에 복사를 하여 수신한다. 정상적으로 수신하였음을 발신 호스트에 알리기 위해 FS 필드의 C 플래그를 세트한다.

* 동기 트래픽을 처리하기 위해서는 충분한 대역폭이 할당되어야 한다. 이를 위 해, SMT 는 트래픽이 요구하는 고정된 대역폭을 할당하여 동기 트래픽을 지 원한다.

* 비동기 트래픽은 고정된 대역폭이 할당되는 것이 아니라 링상의 남아 있는 애 역폭에 대해 다수의 호스트가 경합 과정을 통해 대역폭을 얻어 쓰는 방식을 사 용한다. 따라서, 동기 트래픽에 비해 지연 변이가 크게 발생한다.

14.3 비트 동기 및 프레임 동기

* 호스트는 비트 동기를 위해 이전 호스트로 부터 수신되는 Idle 심볼로 부터 PLL을 통해 비트 클럭을 복원한다.

* 비트 동기를 확립한 후 프레임 동기는 프레임의 시작을 알리는 J, K 심볼의 수 신을 통해 프레임 동기를 확립한다.[그림 14.7]

* 수신부의 기능 블록이 [그림 1.8]에 나타나 있다.

* 인접 호스트로 부터 수신되는 비트를 수신하기 위해서는 FIFO 형태의 버퍼가 사용되며 버퍼의 쓰기 클럭으로는 입력되는 비트 열로 부터 복원된 클럭을 사 용하고 읽기 클럭으로는 호스트의로 컬클럭을 사용한다.

14.4 초기화 과정

* 링의 초기화 과정에서 각 호스트는 자신들이 지원해야 하는 서비스에 필요한 토큰 회전 시간(TRT : Token Rotation Time)을 설정하고 이를 Claim 프레임 에 실어 링을 통해 송신한다.

* 토큰 회전 시간이란 임의의 호스트가 토큰을 전달한 ?후 다시 되돌아오는데 까지 소요되는 시간으로 토큰의 획득은 데이터의 송신 권한을 의미하므로 음성 이나 영상 데이터와 같이 지연에 민감한 데이터를 수용하기 위해서는 적합한 토큰 회전 시간의 설정이 필요하다.

* 이 시간은 호스트의 SMT에 의해 설정되고 각 호스트마다 상이한 값을 갖는 다.

* Claim 프레임을 수신한 호스트는 자신이 설정한 TRT 와 수신한 TRT를 비쿄 하고 적은 값을 자신의 TTRT(Target Token Rotation Time)로 설정한다.

* 초기화 과정에서 TTRT 를 각 호스트의 TRT 중 제일 적은 값으로 설정하는 이유는 시간적 제약이 가장 엄격한 실시간 트래픽을 지원하기 위함이다.

* TTRT 값은 관계식 STi + D_Max + F_Max + Token_Time<TTRT 을 만족 하도록 설정된다.

# STi는 호스트 i번째의 동기패킷을 전송하기 위해 할당된 시간

# D_Max는 링을 한 번 회전하는데 걸리는 지연 시간으로 호스트 지연 시간 과 매체 전파 지연 시간의 합

# F_Max는 최대 길이(4500 바이트)의 패킷을 전송하는데 필요한 시간

# Token _Time 은 하나의 토큰을 전송하는데 걸리는 시간

* 이러한 과정을 통해 자신이 설정한 TRT 값을 갖는 Claim 프레임을 수신한 호 스트에게 토큰 생성 권한이 주어진다.

14.5 동기 트래픽과 비동기 트래픽 전송

* 토큰이 각 호스트에 도착하면 TRT 는 TTRT로 초기화되며 0으로 감소하기 시작한다.

* LC(Late Counter)값은 0으로 초기화 되며 토큰이 예정 시간 보다 늦게 도착하 여 TRT 값이 0으로 될 때 그 값을 1씩 증가한다.

* 0으로 초기화된 THT(Token Holding Time)는 토큰이 예정 시간 보다 얼마나 일찍 도착하였는가를 나타낸다.

* 즉, 토큰이 도착하였을 때 LC 가 0 이면 그때의 TRT 값을 THT값으로 대치 하게 된다.

* 호스트에 토큰이 도착했을 때 LC 값이 0이면 현재 남은 TRT 값은 THT값으 대치되어 비동기 서비스 시간이 되며 TRT 값은 다시 TTRT 로 세트 되어 각 호스트의 동기패킷을 위해 할당된 시간 내에서 동기 전송을 한다.

* 또한, 전송할 비동기 데이터가 있을 경우 비동기 서비스를 한다.

* 각 호스트에서의 동기 전송 ?서비스는 할당된 시간을 초과할 수 없으나 비동 기 전송 서비스는 서비스 중 허용시간(THT)이 지나더라도 전송 중인 패킷의 전송이 완료될 때 까지 계속 전송하여 결과적으로 비동기 전송에 할당된 대역 폭을 초과 할 수 있다.

* 토큰이 도착했을 때 LC값이 1이면 LC값은 0으로 되며 TRT는 TTRT로 세트 되지 않고 계속 감소한다.

* 이 경우에는 동기 전송만이 가능하고 비동기 서비스는 할 수 없다.

* 링이 정상적으로 동작할 경우 토큰의 회전 시간은 TTRT 의 두 배를 넘지 않 는다.

* 토큰이 TTRT 의 두 배가 넘도록 돌아오지 않으면 호슨트는 링에 오류가 발 생된 것으로 인지하여 복구 과정을 실행한다.

* 이상과 같이, FDDI MAC프로토콜의 핵심은 각 호스트가 토큰을 송신한 후 주 어진 시간이애에 반드시 토큰을 획득할 수 있게 해 줌으로써 동기 서비스를 제 공할 수 있고 링의 트래픽 양에 따라 비동기 데이터를 조절하여 보낼 수 있다 는 것이다.

14.6 Self-Healing

* 호스트나 선로에 장애가 발생한 경우 서비스의 연속성을 보장하기 위한 자체적 인 장애 복구 기능을 말한다.

* 호스트나 선로에 장애가 발생하면 장애가 발생한 선로 혹은 호스트에 토큰의 전달 방향으로 접속된 호스트는 TTRT이내에 토큰을 수신하지 못하게 된다.

* 이러한 상황이 발생되면 호스트는 링을 초기화하기 위해 claim 토큰 과정을 시 작하고 이 과정이 실패하면 beacon pocess를 시작한다.

* Beacon 은 특수한 프레임으로서 링상의 모든 프레임에 심각한 장애가 발생했 음을 알리는 용도로 사용된다.

* Beacon 프레임을 수신한 호스트는 자신의 Beacon 프레임의 전달을 중지하고 수신한 beacon 프레임을 링을 통해 전달한다.

* 그래서, 최종적으로 남는 Beacon 프레임은 장애가 발생한 선로나 호스트에 대 하여 프레임의 전송 방향으로 가장 인접된 호스트가 송신한 프레임이 된다.

*SMT 는 수신한 beacon 의 발신 주소를 근거로 Primary 선로를 Secondary 선 로로 접속하여 루프백을 형성하게 할 두 호스트를 지정하고 루프백 명령을 전달 하여 장애를 고립화 시켜 서비스의 연속성을 유지한다.[그림 14.9]

1. Power budget

* 송신부의 송출 전력과 수신부의 민감도(sensitivity)의 차이

* 예를 들어, 최대 송출 파워가-10 dBm 이고 수신부의 민감도가 -30 dBm이라면 power budget은 20dB가 되며 이것은 송수신간의 통신이 적절히 이루 어지기 위해서는 선로에서의 손실이 20 dB를 초과해서는 안된다는 의미이 다.

* 선로에서의 총 손실이 20 dB 를 초과하지 않는다면 나머지 파워는 여유 (margin)파워가 된다. 예를 들어, 총 손실이 14 dB 라면 여유 파워는 6 dB 가 된다.

* 광 모듈의 송출 파워가 -10 dBm(100 uW), 광 선로에서의 손실이 3 dB/Km, 광 선로길이 2Km, 커넥터에서의 손실 1dB, 수신부의민감가 -30 dBm(1uW) 인 경우 선로에서의 손실은 6 dB이고 커넥터에서의 손실이 1dB이므로 총 손실은 7 dB가 되어 13 dB의 여유 파워가 된다.

2. 광화이버용 커넥터(connector)

2-1 FC 타입

2-2 ST 타입

2-3 SC 타입

2-4 FDDI MIC 타입

2-5 ESCON 타입

2-6 SMA 타입