* Символы VIOLATION (нарушение) при правильной работе сети не передаются, следовательно, прием такого символа может означать либо низкое качество линии (большой уровень ошибок, помех), либо неисправность соседней передающей станции.
Особенности кодирования при передаче по витой паре
Схему кодирования 4B/5B+NRZI нельзя применять к медной кабельной системе на основе неэкранированной витой пары DTP кат.5 из-за жестких требований по электромагнитному излучению и длине сегментов- В то же время, эта схема допустима при использования экранированной витой пары IBM тип 1 или 2 - SDDI. Поэтому спецификации уровня FDDI ТР-PMD, главным образом, ориентированы на создание помехоустойчивого кода в линии на основе UTP кат.5. Рассмотрение работы уровня TP-PMD интересно вдвойне, поскольку эти спецификации также были использованы позже в стандарте Fast Ethernet (IOOBase-ТХ) - весьма популярном современном сетевом стандарте.
Для передачи сигнала по UTP кат.5 с целью уменьшения высокочастотной составляющей электромагнитного излучения и достижения максимального расстояния передачи (100 м), наряду со схемой NRZ/NRZI, дополнительно используется схема MLT-3. Также особенностью передачи по неэкранированной
витой паре является наличие скремблера на передающей стороне (дескремблера на приемной), и подстраиваемого эквалайзера, который устанавливается на приемной стороне и предшествует дескремблеру. Скремблер устанавливается после кодера MLT-3, и предназначен для уменьшения величины пиков сигналов в энергетическом спектре. Эквалайзер устанавливается на приемной стороне. Он, подстраиваясь под разную длину кабеля, принимает и преобразовывает сигнал к виду, приемлемому для дескремблера, рис. 6.17.
Рис. 6.17. Схема основных узлов уровня TP-PMD
Схема кодирования MLT-3. Эта схема описана в спецификациях TP-PMD FDDI и реализует трехуровневый выходной сигнала (+1, 0, -1). Схема аналогична NRZI в том, что перепады уровня в выходном сигнале происходят только тогда, когда на вход поступает 1. Причем, направление перехода из нулевого состояния в положительное или отрицательное определяется предысторией: если последний переход в нулевое состояние был из положительного состояния, то по приходу 1 переход будет в отрицательное состояние, и наоборот, если последний переход в нулевое состояние был из отрицательного, то по приходу 1 переход будет произведен в положительное состояние.
Максимальное число перепадов на выходе кодера имеет место тогда, когда на вход подается последовательность из единиц. Но и в этом случае период волнового фронта будет 4 бита, что эффективно ведет к уменьшению частоты сигнала в линии в 4 раза, то есть 31,25 МГц (вместо 125 МГц), что позволяет приблизиться к требованиям передачи данных по неэкранированной витой паре.
Рис. 6.18. Пример кодирования MLT-3
Скремблер. Применение кодера MLT-3 само по себе еще не достаточно хорошее решение, чтобы удовлетворить требования радиочастотного
электромагнитного излучения. Неэкранированная витая пара излучает значительно сильней экранированной витой пары, и, тем более, оптического волокна, особенно если передавать по ней сигнал с полосой 100 Мбит/с. Главное назначение скремблера - уменьшение значений энергетических пиков в спектре излучения витой пары.
Скремблер устанавливается между кодерами NRZI и MLT-3. Он модифицирует последовательность битов после кодера 4В/5В, подмешивая псевдослучайный компонент (используется полиномиальная функция х11 +х9), рис. 6.19. Этот компонент затем удаляется на приемной стороне при помощи дескремблера. Для того, чтобы можно было восстановить битовый поток на приемной стороне необходимо, чтобы скремблер и дескремблер были синхронизированы между собой. В стандарте FDDI синхронизация происходит при помощи последовательностей символов состояний линии (ILS, MLS, QLS, HLS), что создает определенный рисунок сигнала на приеме. По этому рисунку "запускается" дескремблер, Скремблер и дескремблер имеют совершенно одинаковый принцип действия и используют одно и тоже "затравочное" 11битовое число. Таким образом, двойное применение скремблирования к биту потока восстанавливает прежнее значение.
Рис. 6.19, Работа скремблера с функцией
Эластичный буфер
Из-за помех, влажности, перепадов температуры, скачков напряжения, временной нестабильности кварцевого генератора, частота часов не может быть постоянной величиной. Поэтому существует разброс по частотам часов разных станций. Полное кольцо, включая сетевые станции и кабельные коммуникации, должно сохранять битовую длину с тем, что бы ни один бит не мог быть создан или уничтожен в логическом кольце. Иначе не сохранится или исказится информация. Для этой цели используются специальные средства стабилизации, Уровень PHY предусматривает два средства: эластичный буфер и функцию сглаживания (рис. 6.14).
Приемник имеет часы с подстраиваемой частотой, для чего использует такую стандартную технику, как фазовая подстройка колебаний генератора. Передатчик, напротив, использует часы с фиксированной частотой. Эластичный буфер, установленный на каждой станции, призван компенсировать разную скорость приема и передачи битов по сети, возникающую вследствие различия частот приемных и передающих часов. Установка буфера в среднее положение (заполняется только половина ячеек буфера - буфер работает на прием) наступает
перед приходом кадра по преамбуле, которая предшествует кадру данных. Далее буфер начинает работать на прием и на передачу битов, поддерживая очередь FIFO (first in, first out ~ первым пришел, первым обслужен).
Часы передатчика стандартизованы со стабильностью ±0,005%. Эластичный буфер работает с битами символов до процедуры декодирования 4В/5В. Поэтому для передачи кадра максимальной длины 9000 символов (4500 байт х 2, так как каждый байт данных представлен двумя 5-битовыми символами в потоке по физической линии связи) или 45000 бит без переполнения буфера достаточно выбрать буфер длиной 10 бит (45000 х 0,00005 х 2 х 2 = 9, плюс 1 бит для четной полной длины), где один множитель 2 учитывает максимальный разброс частот двух часов 0,01%, а другой множитель 2 учитывает возможность дрейфа уровня заполнения буфера как в сторону заполнения, так и в сторону освобождения.
Буфер длиной в 10 бит вносит задержку при ретрансляции маркера и кадров, которая при скорости передачи 125 Мбод эквивалента 0,08 мкс. Однако, принимая во внимание дополнительные задержки, в частности, при передаче битов между регистрами, это число - так называемое латентное время станции - увеличивается, и обычно оценивается в 1 мкс [13].
Латентное время сети - это время, которое требуется маркеру, испущенному станцией, возвратиться обратно к этой станции, при условии, что ни одна из станций не захватывает маркер. Это время складывается из латентных времен на станциях и задержках на сегментах из-за конечной скорости распространения света.
Если станция передает (ретранслирует) несколько кадров, следующих друг за другом, она может не успевать переводить буфер в среднее положение до обработки следующего кадра. В этом случае процедура установки буфера в среднее положение сопровождается процессом увеличения или уменьшения длины преамбулы (которая первоначально, в момент испускания кадра станциейотправителем, составляет 16 или более символов). В частности, если настроенная частота приемных часов меньше частоты передающих часов, то возможно увеличение длины преамбулы у последовательно принимаемых кадров, так чтобы выравнивалось среднее время приема и передачи. Таким образом, по мере продвижения кадра (маркера) по сети длина предшествующей преамбулы может варьироваться от своего начального значения как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (начальное значение преамбулы маркера задается на этапе его инициализации, см. п.6.7. "Уровень MAC").
Функция сглаживания
Кадры с длинной преамбулой снижают производительность сети, не внося других проблем. Но уменьшение длины преамбулы до нуля означало бы потерю информации в критической ситуации. Проблему решает специально встроенный в PHY элемент, выполняющий функцию сглаживания. Этот элемент проверяет длину преамбулы у всех приходящих кадров и, в зависимости от обстановки, вставляет или удаляет символы преамбулы с целью уменьшения разброса в длинах преамбул от их номинального значения в 16 символов. Расчеты, представленные техническим комитетом ANSI X3T9.5 на этапе разработки FDDI,