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18-5 FDDI 通訊結構
FDDI 實體層的通訊結構依圖 18-7 所示，可區分為三種：單模光纖、多模光纖和雙絞線。前兩者為 FDDI 的基本傳輸媒介；後者稱之為『銅導線分散數據介面』（CDDI）。FDDI 和 CDDI 都屬於 ANSI ASCX3T9.5 規範，兩者都使用 4B/5B 編碼方式，以下分別述之。 18-5-1 4B/5B 編碼 FDDI/CDDI 編碼技巧不再採用曼徹斯特（802 系列編碼），因為曼徹斯特編碼的訊號變化率是傳輸速率的兩倍（每個位元中間都有變化），其最主要原因是考慮到接收和傳送端之間時序的同步問題。但在高速網路上，訊號變化率直接影響其傳輸距離，訊號變化率愈高傳輸距離就愈短。 FDDI/CDDI 採用 4B/5B 編碼（4B/5B Coding）技巧，雖然可減少訊號變化率，但也必須克服同步問題。因此，除了 4B/5B 的編碼中儘量避開連續性的 1 和 0 外，FDDI/CDDI 還採用其它編碼技巧（NRZI 或 MLT-3）來達到傳送和接收端之間時序的同步。 4B/5B編碼技巧（表 18-2）的主要方法是：將一連串的二進位資料以每四個位元為單位編碼成五個位元的『符號』（Symbol），形成以五個位元為單位的符號串列。在 5 個位元的二進位符號中有 32 種變化（25），用來表示 4 個位元中的 16 種變化（24），在這其中我們可以選用較『適合』 的符號表示。我們選用符號的規則是，這些符號無論如何排列，都不會出現超過連續 3 個 "0" 或連續 8 個 "1" 的現象。 除了表示四位元的資料字元（0 ~ F）外，4B/5B 亦將一些控制符號作特殊編碼，如 "Q" 表示傳輸媒介上沒有訊號傳送；J” 表示訊框起始第一個符號；"K" 表示訊框起始的第二個符號；"T" 表示訊框結束符號等等。利用特殊編碼來代表某一控制符號，較不會和原有之資料符號混淆。 表 18-2 4B/5B 編碼對照表
18-5-2 FDDI 實體層 圖 18-9 為 FDDI 之編碼技巧，其中傳送資料經過編碼後，轉換成 NRZ（Non Return Zero）訊號。又傳送速率為 100 Mbps 轉換成 4B/5B 之後，其訊號變化率必須要有 125 MBaud（100 * 5/4）。在 4B/5B 編碼系統之中，最多可能出現 8 個連續的 1 和 3 個連續的 0，例如兩個連續資料為（0010,0001），轉換成 4B/5B 碼為（10100,01001），此現象就會出現 3 個連續的 0；又傳送資料為（0111,0000），編碼成（01111,11110），此時已出現 8 個連續的 1。 如果將這兩筆訊號發送至光纖纜線上，將會出現 3 個連續 "暗" 和 8 個連續"亮"，在接收端將非常困難偵測到底有幾個 "亮" 或 "暗" 的訊號，而且也非常困難達到時序的同步。因此，我們必須利用第二次的編碼系統，來解決這個問題。FDDI 是利用 NRZI（Non-Return Zero Inverted）編碼將 4B/5B 編碼後的 NRI 訊號再編碼一次。NRZI 編碼技巧如下（如圖 18-10 所示）： ● "1"：在位元的起始時間一定有電位變化，亦即（高電位 → 低電位）或（低電位 → 高電位）。 ● "0"：在位元期間沒有變化。 圖 18-9 FDDI 之編碼技巧
圖 18-10 NRZI 編碼範例 由於 NRZI 編碼中資料為 "1" 時一定有電位變化（亮暗變化），剛好可解決連續 8 個 "1" 的問題。因此資料經過 4B/5B 編碼後再經過 NRZI 第二次編碼，所產生的連續訊號之中最多只會發生連續 3 個『暗』的光。不但可以解決連續資料（0 或 1）的問題，對於時序同步的問題也改進許多。因為接收端是利用訊號變化的時脈來調整本身的時序，使其同步於傳送端。而整個網路的平均訊號變化也只有 62.5 Mbaud（= 125 ÷ 2）。 FDDI 網路所使用光源波長為 1300 μm，但光源發射器有兩種：雷射光發射器（Laser）及發光二極體發射器（LED），如圖 18-11 所示。雷射光源能量較強、訊號較集中不易發散，可傳輸較遠的距離，但相對應的發射器和接收器價格比較昂貴，一般使用在傳輸骨幹上的單模光纖（Single-Mode Fiber, SMF）上使用。對於使用者端之間的 FDDI 連線，我們會選用價格較便宜的多模光纖（Multi-Mode Fiber, MMF）或低價位光纖（Lost Cost Fiber, LCF），這類光纖也會選用較便宜的 LED 發射器和接收器。因此，在同一個FDDI 網路可以依照環境的需求佈放下列光纖：
● 多模光纖：62.5/125 多模光纖，每段 500 公尺，可延伸至 2000 公尺。 ● 低價位光纖：62.5/125 多模光纖，每段 500 公尺，可延伸至 2000 公尺。
圖 18-11 單模和多模光纖 18-5-3 CDDI 實體層 在許多應用環境裡佈放光纖網路不但成本費用過高，施工方面也比較困難，因而限制了 FDDI 網路的使用範圍。我們希望 FDDI 能夠相容於目前的網路環境，亦即以現有的佈線系統就可以連接 FDDI 網路。目前使用者的網路環境（並非骨幹網路）大部分都使用 Cat-5 UTP雙絞線，而其每段傳輸距離可達 100 公尺，此規範便稱為 CDDI。它同樣遵循 EIA 568A 佈線規格，傳輸媒介可使用 Cat-5 UTP 及 STP（150 歐姆），單段連線距離可達 100 公尺。CDDI 在 ANSI ASCX3T9.5 裡稱之為『雙絞線 PMD』（Twisted-pair PMD, TP-PMD）規範。 如果 CDDI 依照 FDDI 光纖網路上的編碼技巧，傳輸速率為 100Mbps，資料經過 4B/5B 後變成 125 Mbps，再經過 NRZI 編碼後所產生的訊號變化率為 62.5 Mbaud。如果將速率為 62.5 Mbaud 的脈衝訊號加到雙絞線上，不但會發生大量的干擾電磁波，也會受到外來電磁波的干擾而影響傳輸的距離。於是，CDDI 採用另一種稱為『MLT-3』（Multilevel Transmission 3）的編碼技巧，將訊號變化率再減少一半，進一步降低為 31.25 Mbaud，如圖 18-12 所示。 基本上，MLT-3 是將 NRZI 的技術擴展到三種電位水平，也稱之為 NRZI-3。這三種電位水平分別用『+V』、『0』和『-V』來代表。如同 NRZI 的編碼技巧： 圖 18-12 CDDI 的編碼技巧 ● "1"：在位元的起始時間一定有電位變化，但有三種電位、四種變化的可能。 ● "0"：在位元的期間沒有電位變化。 不同的是，MLT-3 有三種電位（+V、0、-V），因此在電位變化的過程中有四種狀態：+1、0+、0-、-1。"+1" 表示由 0 轉換到 +V 電位，"-1" 表示由 0 到 –V 電位的變化；而 "0+" 是 –V 到 0 電位，"0-" 是 +V 到 0 的電位轉換。如圖 18-13 所示，每一種狀態代表系統的訊號水平，而輸入的位元則標示於代表狀態變化的有向連線上。因此，如果訊號水平在 +V 而有一個 "0" 位元要傳送，則在下一個位元期間，訊號電位水平將維持在 +V。換言之，如果有一個 "1" 要傳送，則訊號的電位水平將轉換到 0（狀態 0-）。 圖 18-13 MLT-3 狀態變化圖 為了更瞭解 MLT-3 編碼技術對訊號變化率的影響，我們用下列的例子來說明。如圖 18-14 所示，假設資料經由 4B/5B 編碼後出現一連串的 1（最多 8 個），其資料傳輸率為 125 Mbps（= 100 Mbps × 5/4）。經過 MLT-3 編碼後，訊號變化率為 31.25 Mbaud（= 125 ÷ 4）（四個 NRZ 訊號產生一個 MLT-3 訊號週期）。 圖 18-14 MLT-3 編碼範例
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