Fiber Distributed Data Interface

Grundprinzip und Bedeutung

Das Fiber Distributed Data Interface (FDDI), umgangssprachlich auch Lichtwellenleiter-Metro-Ring, ist eine Ende der 1980er Jahre entwickelte standardisierte Netzstruktur für lokale Netze. Es arbeitet im Netzzugang des TCP/IP-Protokollstapels und ist als ANSI-Standard X3T9.5 für 100 Mbit/s beschrieben.

FDDI verwendet meist Glasfaserkabel mit 1300 nm im Basisband. Die grundlegende Topologie ist ein doppelter, gegenläufiger Ring: ein Datenring und ein Reservering. Die Stationen teilen den Zugriff mit einem Token, also einer besonderen Zugriffsberechtigung. Ein Token durchläuft alle Stationen und muss jeweils weitergegeben werden. Möchte eine Station senden, wartet sie auf das Token, überträgt ihre ausstehenden Daten und hängt anschließend wieder ein Token an.

1994 wurde FDDI als CDDI (Copper Distributed Data Interface) auch für geschirmte verdrillte Kupferleitungen (STP) und ungeschirmte verdrillte Kupferleitungen des Typs UTP Typ 5 erweitert. In der Eigenschaftsliste werden Datenraten von 100 Mbit/s, 155 Mbit/s und 1000 Mbit/s genannt. FDDI wurde später durch kostengünstigere, schnellere und leichter einsetzbare Techniken wie Gigabit-Ethernet und ATM verdrängt und gilt als veraltet. Wegen Reichweite und Ausfallsicherheit wurde es jedoch häufig als LAN-Backbone eingesetzt, um mehrere Ethernet- oder Token-Ring-Netze zu verbinden.

FDDI 2 ist eine eingeschränkt echtzeitfähige Variante für Multimedia-Anwendungen. Zusätzlich zur allen Stationen verfügbaren Shared-Media-Bandbreite, also gemeinsam nutzbarer Bandbreite, reserviert sie 64-kbit/s-Datenkanäle für isochrone Anwendungen wie Video oder Audio. Die Übertragungszeit in diesen Kanälen beträgt 125 µs.

Standards und Fehlertoleranz

Die FDDI-Spezifikationen teilen die Aufgaben des Netzes auf:

• ANSI X3T9.5 PMD (Physical Media Dependent) beschreibt den Zugang zum Übertragungsmedium, also Lichtwellenleiter oder Kupfer.
• ANSI X3T9.5 PHY (Physical) beschreibt die Codierung der Daten einschließlich Taktinformation.
• ANSI X3.139 MAC (Media Access Control) beschreibt Token-Passing, Frame-Format und Ringaufbau.
• ANSI X39.5 SMT (Station Management) beschreibt Verbindungs- und Ringaufbau, Fehlererkennung, Fehlerbeseitigung und Stationsmanagement.

Normalerweise nutzt FDDI nur einen der beiden Ringe. Fällt eine Station im Ring aus, wird der zweite Ring in Gegenrichtung eingesetzt: Vor und hinter der fehlerhaften Station werden Daten zurückgesendet, sodass aus dem Doppelring ein Einfachring entsteht. In der Eigenschaftsliste ist die Fehlertoleranz mit maximal einer Station angegeben; zusätzlich ist ein optischer Bypass vorgesehen. Ein zweiter Stationsausfall kann das Netz jedoch separieren. Der optische Bypass funktioniert in der Praxis nicht immer zuverlässig.

Geräteklassen und Konzentratoren

FDDI-Geräte gehören zu zwei Klassen. Class-A-Geräte haben mindestens zwei Anschlüsse und können direkt in den Ring eingebunden werden. Dazu können Router, Konzentratoren oder Arbeitsstationen mit zwei Anschlüssen gehören. Class-B-Geräte besitzen nur ein FDDI-Interface und können nicht direkt in den Ring eingebunden werden.

Konzentratoren stellen zusätzliche Anschlüsse für Class-B-Geräte bereit. Dadurch lassen sich Baum- und Ringstrukturen aufbauen und verbinden. FDDI-Ringe sind normalerweise als „Doppelring mit Bäumen“ aufgebaut: Wenige Router und Konzentratoren sind an beide Ringe angeschlossen, während normale Rechner über einfache Lichtwellenleiter an Router oder Konzentratoren angeschlossen werden.

Konzentratoren bilden das Rückgrat eines FDDI-Systems und binden Single Attached Stations in den Ring ein. Fällt ein Konzentrator aus oder wird er abgeschaltet, wird der Ring unterbrochen und neu konfiguriert. Der Ausfall einer daran angeschlossenen SAS beeinflusst dagegen den primären Doppelring nicht: Der Konzentrator trennt die Station ab und überbrückt sie intern. Class-A-Konzentratoren heißen Dual Attached Concentrators (DAC), Class-B-Konzentratoren Single Attached Concentrators (SAC).

Anbindungsarten und Reichweite

Single Attached Stations (SAS) haben nur einen Netzanschluss, gehören zur Class B und können nicht in den Doppelring eingebracht werden. Typische SAS sind Server oder einfache Konzentratoren. Ihr Ausfall führt nicht zur Rekonfiguration des Doppelrings, weil das übergeordnete Gerät ihn per Bypass abfängt. Reine SAS-Strukturen erlauben die größte Ausdehnung und die meisten Stationen, haben aber auch das größte Ausfallrisiko.

Dual Attached Stations (DAS) gehören zur Class A und können direkt in den FDDI-Doppelring eingebunden werden, müssen es aber nicht. Typische Beispiele sind Router, Konzentratoren oder wichtige Server mit nur kurzen Wartungsintervallen. Bei ihrem Ausfall oder Abschalten wird der Ring unter Nutzung des Sekundärrings neu konfiguriert. Ein weiterer Ausfall trennt den Ring in zwei getrennte Ringe. Weil der Ausfall eines Anschlusses einer DAS nicht zum Verbindungsabbruch führt, eignen sich DAS für erhöhte Verfügbarkeit.

Beim Dual Homing wird eine DAS an zwei Konzentratoren statt an einen angeschlossen. Diese Anbindung bietet die höchste Sicherheitsstufe im FDDI-System und kann Ausfälle von Konzentratoren oder Netzinterfaces abfangen. Sie wird für wichtige Server mit maximaler Verfügbarkeit verwendet.

Zur maximalen Ausdehnung nennt die Literatur unterschiedliche Angaben: 500 bis 1000 Stationen und 100 bis 200 km Reichweite. Die Unterschiede ergeben sich aus SAS und DAS sowie aus der Token Rotation Time, die im Mittel zwischen 4 und 165 ms liegen soll. Außerdem begrenzt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtwellensignals im Leitungsmedium die Ringlänge. Ein Ring nur aus DAS erreicht höchstens 500 Stationen und bis zu 100 km Gesamtringlänge. Ein SAS-Ring kann 1000 Stationen und 200 km erreichen. Beim Fehlerfall nutzt ein DAS-Ring den Sekundärring als Rückkanal, wodurch sich seine Gesamtlänge fast verdoppelt; bei einer SAS wird die gestörte Station entfernt und der Ring verkürzt sich.