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 на- чинает 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 4B/5B. Поэтому для передачи кадра максимальной длины 9000 символов (4500 байт x 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 x 0,00005 x 2 x 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 станцией-отправителем, 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 критиче- ской 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, показали, что выбранный алгоритм функции сглаживания в самом худшем случае обеспечивает вероятность потери кадра меньше, чем 10–12, что в дальнейшем подтвердилось на практике при больших конфигурациях кольца.