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Signalkodierung

Der PHY Layer erhält die zur Übertragung anstehenden Daten vom MAC Layer in Form von hexadezimalen Zeichen (4 Bit im Bereich von 0 bis F), die für die Übertragung an den PMD Layer auf 5 Bit erweitert werden (4B/5B Kodierung). Diese Art der Kodierung erfüllt drei wesentliche Aufgaben im FDDI-Protokoll: Zum einem ist FDDI ein Basisbandprotokoll, bei dem für einen gesicherten Datenaustausch zwischen einem Sender und einem Empfänger eine Synchronisation stattfinden muss. Diese Synchronisationsinformation ist bei einem Basisbandprotokoll mit bzw. in der Information derart zu übertragen, dass beim Empfänger der Daten eine sichere Taktrückgewinnung möglich ist; d.h. es muss eine ausreichende Zahl von Signalübergängen (Transitionen) vorhanden sein. Die 4B/5B Kodierung garantiert dies, in dem sie nur Symbole verwendet, die über mindestens zwei Transitionen verfügen. Alle Symbole, die nicht über diese Minimalwert von zwei Transitionen verfügen, werden als Violation-Symbole bezeichnet und im FDDI-Protokoll nicht verwendet.

Zum anderen ist für eine effiziente Übertragung von Daten in einem Hochgeschwindigkeitsnetz eine Kodierung erforderlich, die möglichst wenig redundante Information enthält. Im Vergleich zur Manchester Kodierung – diese benötigt zwei Code-Bits für ein Datenbit – fügt das FDDI-Protokoll für die Übertragung eines hexadezimalen Zeichens nur ein zusätzliches Bit ein, womit der reine Nutzdatenanteil dieser Kodierung 80% beträgt. Um die im FDDI-Standard definierte Übertragungsrate von 100 MBit/s zu gewährleisten, muss das Übertragungsmedium also über eine Bruttoübertragungsleistung von 125 MBit/s verfügen.

Ein weiterer Grund entsteht durch die Notwendigkeit, neben Datensymbolen auch Kontrollsymbole zu übertragen. Dies ist ebenfalls mit der 4B/5B Kodierung möglich, die insgesamt 32 Zeichen (25 Kodierungsmöglichkeiten) bereitstellt von denen nur 16 für den eigentlichen Datenaustausch benötigt werden. Damit stehen weitere 16 Symbole zur Verfügung, von denen 8 als Kontrollsymbole genutzt werden (die restlichen 8 Symbole werden im FDDI-Protokoll nicht benutzt).

Die Line State Symbols (Q, H, I, QH) signalisieren das Quiet, Halt, Idle und Master Symbol. Sie werden vom Station-Management (SMT) verwendet, um anderen Stationen mitzuteilen, dass ein Verbindungsaufbau zur Konfiguration oder zur Rekonfiguration des Rings stattfinden soll, der z.B. durch das Anschalten bzw. Abschalten einer oder mehrerer Stationen hervorgerufen wurde. Darüber hinaus wird im PHY-Layer permanent der Zustand des Rings überwacht und mit Hilfe der Line State Symbols dem SMT mitgeteilt. Das Auftreten von Line State Symbols innerhalb eines Übertragungsrahmen führt zum sofortigen Abbruch der Verbindung.

Neben den Line State Symbolen, die einen bestimmten – in der Regel länger anhaltenden – Zustand des Übertragungsmediums anzeigen, werden die beiden Starting Delimiter J und K als Kontrollzeichen für die Einleitung eines Übertragungsrahmens verwendet. Darüber hinaus veranlasst die JK-Folge die Empfangslogik, die jeweils folgenden fünf Bits als Kodegruppe und damit als Symbol zu akzeptieren. Tritt während der Übertragung des Frames erneut eine JK-Folge auf, wird diese sofort als Anfang eines neuen Übertragungsrahmens akzeptiert und ggf. eine Resynchronisation auf die neue Kodegruppe vorgenommen. Angestoßen wird die Übertragung der JK-Folge vom Data Link Layer, der auch für die Sequenz der Kodegruppen verantwortlich ist.

Dezimal

Codegruppe

Symbol

Bedeutung

Line State Symbols      

00

00000

Q

Quiet

31

11111

I

Idle

04

00100

H

Halt

Startfolge

     

24

11000

J

1. Teil der Startfolge

17

10001

K

2. Teil der Startfolge

Datensymbole

   

Hex

Binär

30

11110

0

0

0000

09

01001

1

1

0001

20

10100

2

2

0010

21

10101

3

3

0011

10

01010

4

4

0100

11

01011

5

5

0101

14

01110

6

6

0110

15

01111

7

7

0111

18

10010

8

8

1000

19

10011

9

9

1001

22

10110

A

A

1010

23

10111

B

B

1011

26

11010

C

C

1100

27

11011

D

D

1101

28

11100

E

E

1110

29

11101

F

F

1111

Endezeichen

     

13

01101

T

Endezeichen

Kontrolzeichen

     

07

00111

R

logisch Null (Reset)

25

11001

S

logisch Eins (Set)

nicht genutzte Zeichen

     

01

00001

V or H

Diese Zeichen werden nicht benutzt, da sie über keine ausreichende Zahl von Signaltransitionen verfügen. Die Zeichen 01, 02, 08 und 16 werden als Halt-Symbol interpretiert.

 

 

 

 

 

02

00010

V or H

03

00011

V

05

00101

V

06

00110

V

08

01000

V or H

12

01100

V

16

10000

V or H

Die Data Symbols dienen der eigentlichen Übertragung von Information innerhalb eines Frames. Diese werden von der PMD Schicht empfangen und mit Hilfe des PM_UNITDATA.indication an die PHY Schicht übergeben. Im PHY-Layer erfolgt keine Interpretation der Daten, die an den Data Link Layer weitergereicht werden. Die erfolgreiche Dekodierung der Daten ist abhängig von der exakten Interpretation der anfänglich gesendeten JK-Folge. Beendet wird die Übertragung von Nutzdaten durch den Ending Delimiter T, der jedoch nicht notwendigerweise das letzte Zeichen der Übertragungsfolge ist, sondern von einer Sequenz weiterer Kontrollzeichen gefolgt werden kann, die zusammen mit dem T Symbol(en) immer eine gerade Anzahl von Symbolen bilden. Werden keine Kontrollzeichen übertragen, besteht die Abschlusssequenz aus zwei T Symbolen. Diese Zeichen signalisieren logische Informationen (Adresse erkannt, Fehler entdeckt, Rahmen kopiert), die unabhängig voneinander beim Durchlaufen von verschiedenen Stationen angehängt bzw. verändert werden können, um z.B. einen Fehler zu kennzeichnen.

Die letzten acht Symbole in der Tabelle werden im FDDI-Protokoll nicht benutzt, da bei einer Übertragung dieser Symbole bzw. durch Kombinationen dieser Symbole keine eindeutige Taktrückgewinnung durch den Empfänger des Datensignals möglich ist.