home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Unix System Administration Handbook 1997 October / usah_oct97.iso / rfc / 700s / rfc745.txt < prev    next >
Text File  |  1992-10-14  |  21KB  |  590 lines

  1.  
  2. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  3. JANUS Interface Specifications
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                     Michael Beeler
  8. Request for Comments 745                                             BBN
  9. NIC 43649                                                  30 March 1978
  10. PRTN 245
  11.  
  12.                      JANUS Interface Specifications
  13.  
  14.                    (Symmetrical, 1822-like Interface)
  15.  
  16. 1.  INTRODUCTION
  17. 1.1.  Motivation
  18.  
  19. A need arose in the Packet Radio project for specification of an
  20. interface between Packet Radio units and other equipment.  This paper is
  21. to meet BBN's responsibility to supply that specification.  It is our
  22. hope that it will find application in other areas as well.
  23.  
  24. 1.2.  Historical Relationship to 1822
  25.  
  26. The ARPANET employs a network of switching nodes, called IMPs, to
  27. provide interconnection among user equipment, called hosts.  A uniform
  28. means of connecting a host to an IMP is specified in BBN Report Number
  29. 1822.  Consequently, this interface has become known as an 1822
  30. interface.
  31.  
  32. As the need to interconnect new types of devices has grown, it has
  33. become attractive to implement an 1822-like interface on each end of
  34. pairs of devices which are to communicate.  The devices are then
  35. connected electrically, and communication can take place in spite of
  36. differences in processing speed, word length, signal levels and so forth
  37. in the two devices.  A part of Report 1822 reads as follows.
  38.  
  39.    "The technique of transferring information between the Host and the
  40.    IMP is identical in each direction; we will, therefore, refer to the
  41.    sender and the receiver without specifying the Host or IMP
  42.    explicitly."
  43.    [BBN Report Number 1822, 12/75 revision, page 4-2.]
  44.  
  45. Unfortunately, Report 1822 does not specify a completely symmetrical
  46. interface.  Although there is a high degree of symmetry, some aspects
  47. are peculiar to the IMP side and some to the host side.  Therefore, two
  48. interfaces constructed to connect to IMPs may not function connected to
  49. each other.  In what follows, the unsymmetrical aspects are respecified
  50. in a way which will accomplish full interchangeability.
  51.  
  52. The interface specified here is called the JANUS interface, to
  53. distinguish it from the Report 1822 interface.
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.                                  - 1 -
  60.  
  61. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  62. JANUS Interface Specifications
  63.  
  64.  
  65.  
  66. 1.3.  Terminology
  67.  
  68. The terms, "IMP" and "host," are not relevant in the present context.
  69. Sections of Report 1822 such as Appendix B are conveniently
  70. re-interpreted by substituting "foreign interface" and "home interface,"
  71. respectively.
  72.  
  73. 2.  SPECIFICATIONS
  74.  
  75. Report 1822 addresses two aspects of the connection of a host to the
  76. ARPANET, the hardware requirements and the software protocols.  Since
  77. the JANUS interface will typically be used in applications other than
  78. connection to the ARPANET, the higher level software protocols are
  79. beyond the scope of this paper. They are properly addressed by
  80. documentation specific to each application.  Concern here is only for
  81. electrical specification of the JANUS interface.  The various areas
  82. which differ from Report 1822 are as follows.
  83.  
  84. 2.1.  Low-level Protocol
  85.  
  86. Certain aspects of the JANUS interface and its operation may be
  87. implemented in hardware, software of a mixture of the two.  We refer to
  88. these aspects as "low-level protocol."  They are to be distinguished
  89. from such "high-level protocol" aspects as header definitions and data
  90. formats.
  91.  
  92. 2.1.1.  Padding
  93.  
  94. Requirement:
  95. Received messages are padded out to a full word (of the home device's
  96. size), if necessary, with zeros only.
  97.  
  98. Discussion:
  99. A one-bit to mark the end of received data, as IMPs employ, is NOT used.
  100. The mark bit has not proved very useful, although the ARPANET IMPs do
  101. use it to generate the message length field in the new format header.
  102. Rather, counts at one or another level of protocol are generally used,
  103. so the complication of a mark bit can be eliminated.  It is the author's
  104. impression that the ARPANET will not implement this aspect of
  105. symmetrical interfaces, so hosts communicating through the ARPANET will
  106. continue to see the marker one-bit appended by the source IMP regardless
  107. of whether the hosts have 1822 or JANUS interfaces.
  108.  
  109. 2.1.2.  Message Length
  110.  
  111. Requirement:
  112. A JANUS interface must accept messages up to and including 8160 bits
  113. long.
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.                                  - 2 -
  119.  
  120. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  121. JANUS Interface Specifications
  122.  
  123.  
  124.  
  125. Exception:
  126. If the interface is absolutely never intended for use in
  127. ARPANET-compatible applications, this requirement may be relaxed in any
  128. of three ways.  A smaller maximum length may be implemented;  a larger
  129. maximum lengthbe implemented; or the maximum length may be so large as
  130. to be in practice infinite.
  131.  
  132. Discussion:
  133. A JANUS interface may discard messages longer than 8160 bits when used
  134. with the ARPANET.  This constraint can be enforced in software rather
  135. than in hardware, if desired.
  136.  
  137. 2.1.3.  Four-way Handshake
  138.  
  139. Requirement:
  140. The interface must use the four-way handshake.  That is, the receiver
  141. must wait until the incoming There's-Your-Bit drops before turning on
  142. Ready-For-Next-Bit.
  143.  
  144. Discussion:
  145. The two-way handshake, presented as an option in Report 1822, must not
  146. be used.  Experience has shown that it is vulnerable to various
  147. failures.  First, if the off period in RFNB is not seen by the sender
  148. (due to noise or its being too short), a deadlock occurs and no more
  149. data is transferred.  Second, a two-way receiver cannot talk with a
  150. strictly four-way sender, since the sender's next assertion of TYB may
  151. depend on seeing the RFNB transition to on.  And third, the two-way
  152. handshake is overly sensitive to transitions, and may be activated by
  153. noise pulses. Transitions in the two-way handshake may be missed
  154. altogether in a sender implementation which samples the RFNB line only
  155. at certain intervals.  The superiority of the more positive four-way
  156. handshake is important in applications where neither of the
  157. communicating interfaces is necessarily constructed to particular
  158. standards.
  159.  
  160. 2.1.4.  Contact Bounce
  161.  
  162. Requirement:
  163. Each interface, considered together with the software driving it, must
  164. prevent data from flowing across the interface in either direction while
  165. its Ready relay contacts may be bouncing.  Thus, for 1/10 second after
  166. raising Ready, the outgoing signals There's-Your-Bit and
  167. Ready-For-Next-Bit must not be asserted.
  168.  
  169. Discussion:
  170. This may be accomplished either in hardware or software, as discussed in
  171. Report 1822 section B.3.  The delay of 1/10 second is specified here to
  172. resolve an ambiguity in Report 1822, concerning whether a shorter delay
  173. was acceptable if the relay was known to solidly finish closing sooner.
  174.  
  175.  
  176.  
  177.                                  - 3 -
  178.  
  179. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  180. JANUS Interface Specifications
  181.  
  182.  
  183.  
  184. Report 1822 specified a 1/2 second delay, but modern reed relays
  185. reliably finish closing in 1/10 second.
  186.  
  187. 2.1.5.  RFNB, TYB Minimum Off Time
  188.  
  189. Requirement:
  190. Ready-For-Next-Bit must be off for at least 50 nanoseconds for local
  191. host connections, and at least 1 microsecond for distant host
  192. connections, as seen by the receiver of the signal (who is the sender of
  193. data).  Note that this means that RFNB at the cable driver may have to
  194. be off for somewhat longer than this minimum if deterioration of the
  195. signal waveform along the cable is anticipated.  There's-Your-Bit must
  196. similarly be off for at least 50 nanoseconds for local host connections,
  197. and at least 1 microsecond for distant host connections, as seen by the
  198. receiver of the signal.
  199.  
  200. Discussion:
  201. This extends the Report 1822 requirements for signals received by the
  202. IMP, to both interfaces in a JANUS interface pair.
  203.  
  204. 2.1.6.  Deskewing
  205.  
  206. Requirement:
  207. The outgoing data bit must be on the line and the Last-Bit level correct
  208. at least 500 nanoseconds before the sender turns on the There's-Your-Bit
  209. signal.  The sender must turn off TYB before changing either the data or
  210. the LB.
  211.  
  212. Discussion:
  213. The responsibility for deskewing signals rests with the sender in each
  214. interface.  This applies the Report 1822 IMP sender behavior to each
  215. JANUS interface as a requirement.  Note that the receiver may count on
  216. the Last-Bit signal being valid during, and only during, the assertion
  217. of There's-Your-Bit.  Specifically, Last-Bit must be asserted during
  218. transmission of the last data bit.  Report 1822 was slightly ambiguous
  219. in this regard.
  220.  
  221. 2.1.7.  Transmission Order
  222.  
  223. Requirement:
  224. "The high-order bit of each word is transmitted first."  (Report 1822,
  225. section 4.1.)
  226.  
  227. Discussion:
  228. If a computer has addressing modes other than word addressing, such
  229. units or bytes are not used as units of transmission by the interface.
  230. For example, the first bit transmitted from or received into a PDP-11 is
  231. bit 15, the leftmost bit of a 16-bit word.  This is repeated here to
  232. bring it especially to the attention of designers.
  233.  
  234.  
  235.  
  236.                                  - 4 -
  237.  
  238. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  239. JANUS Interface Specifications
  240.  
  241.  
  242.  
  243. 2.2.  Distant Host Electrical Requirements
  244.  
  245. Discussion:
  246. The paragraphs below specify a Distant Host option of the JANUS
  247. interface which differs substantially from the 1822 Distant Host
  248. interface.  Several considerations prompted this change.  Report 1822
  249. specifies transformer coupling at the receiver, so requirements on
  250. signal rise time and hold times were made.  To relax these, and to
  251. achieve greater tolerance to differences in ground potential, optical
  252. isolators are now often used, even in 1822 interfaces.  Neither the
  253. Report 1822 Distant Host driver, nor the driver adopted for JANUS,
  254. generate more than 1.0 volt. Commonly available optical isolators
  255. require at least 1.1 volts to overcome their forward drop before they
  256. will operate.  Thus an optical isolator driver is needed in both the
  257. 1822 and the JANUS receivers.  The ground potential difference between
  258. the communicating interface may exceed the maximum ratings of the input
  259. amplifier, so the input circuit must be powered from a floating power
  260. supply.  Appropriate DC-DC converters for this purpose are available at
  261. reasonable cost.
  262.  
  263. 2.2.1.  DH Signal Timing
  264.  
  265. Requirement:
  266. Receiver circuits in distant host interfaces shall be implemented with
  267. optical isolators or other means which are not sensitive to rise and
  268. hold times, as transformer coupling is.  Therefore, the requirements for
  269. rise and hold times on distant host signals appearing in Report 1822 are
  270. suspended.
  271.  
  272. 2.2.2.  DH Signal Levels and Waveforms
  273.  
  274. Requirement:
  275. Signal levels and waveforms at the driver and the receiver shall follow
  276. the specifications in EIA standard RS-422.  In particular, the driver
  277. must supply a differential of at least 2 and not more than 6 volts;  and
  278. the receiver must operate correctly on as small a differential as 0.2
  279. volts.
  280.  
  281. 2.2.3.  DH Electrical Isolation
  282.  
  283. Requirement:
  284. The receiver circuit must operate correctly over a common mode voltage
  285. range of -100 to +100 volts, and must not be permanently damaged by a
  286. common mode voltage of from -300 to +300 volts.
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294.  
  295.                                  - 5 -
  296.  
  297. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  298. JANUS Interface Specifications
  299.  
  300.  
  301.  
  302. Exception:
  303. If the interface is absolutely never intended for use in an environment
  304. where common mode voltage exceeds 7 volts in magnitude, or where the
  305. voltage from either signal wire to the signal ground exceeds 10 volts in
  306. magnitude, then the electrical isolation required in this paragraph may
  307. be suspended, and the corresponding requirements of EIA specification
  308. RS-422 applied in its place.  Such an implementation is explicitly an
  309. exceptional JANUS interface, and is not the standard JANUS interface.
  310.  
  311. Discussion:
  312. A suggested way to achieve this isolation is an RS-422 receiver chip,
  313. such as the Motorola MC3487 or the Advanced Micro Devices Am26LS32,
  314. followed by an LED driver as needed, followed by an optical isolator
  315. such as the Hewlett-Packard 5082-4360.  The receivers and LED drivers
  316. for all input lines may be powered from one source, but this power must
  317. be floated with respect to ground of the home interface.
  318.  
  319. 2.2.4.  DH Cable Shield Grounding
  320.  
  321. Requirement:
  322. At each end the cable shield in a distant host connection shall be
  323. connected through a circuit described below to signal ground. The
  324. circuit consists of two components connected in parallel. (1) A 100K,
  325. 1/8 watt resistor provides a path to leak off slow accumulations of
  326. static charge.
  327. (2) A .01 mfd, 600 V ceramic capacitor bypasses sharp noise spikes.
  328.  
  329. Exception:
  330. In cases of severe noise, one end of the shield or the other (but not
  331. both!) may have to be tied directly to ground, sacrificing the symmetry.
  332.  
  333. Discussion:
  334. Grounding the cable shield only at the host end, as in Report 1822, is
  335. undefined when the interface is symmetrical.  Instead, the circuit above
  336. will be used.
  337.  
  338. 2.2.5.  DH Cable
  339.  
  340. Requirement:
  341. Cable requirements in EIA specification RS-422 must be followed with
  342. respect to quality and electrical characteristics, and those in Report
  343. 1822 with respect to number of conductors.  In particular, at least 10
  344. twisted pairs with impedance of approximately 100 ohms must be supplied.
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.                                  - 6 -
  355.  
  356. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  357. JANUS Interface Specifications
  358.  
  359.  
  360.  
  361. Discussion:
  362. A suitable cable is PE-39, described in REA Bulletin 345-67. This cable
  363. is similar to that mass produced for telephone cable, which is of good,
  364. uniform quality, and readily available at reasonable cost.  The cable
  365. specified in Report 1822 is not as desirable.  Note the change in
  366. specified characteristic impedance:  Report 1822 specified 120 ohms,
  367. while the JANUS interfaces follow RS-422 with 100 ohms.
  368.  
  369. 2.2.6.  DH Cable Termination
  370.  
  371. Requirement:
  372. Termination shall be as specified in RS-422, in particular at the
  373. receiver.  Termination as in Report 1822, at the driver, shall NOT be
  374. used.
  375.  
  376. Discussion:
  377. The source-end termination specified in Report 1822 was to eliminate the
  378. voltage drop caused by the cable's series resistance.  RS-422 explicitly
  379. allows for this sort of signal attenuation as a part of the
  380. specification.
  381.  
  382. 3.  STRONG RECOMMENDATIONS
  383. 3.1.  Local Host Signal Levels
  384.  
  385. Suggested voltage levels for local host drivers and receivers are given
  386. below.  The levels below are a combination of Report 1822 levels for
  387. 316/516 and Pluribus machines.  The intent here is to be compatible with
  388. readily available TTL components.  Suggested chips are the 7440 for a
  389. driver and the 7420 for a receiver. Note that signals may go up to 6
  390. volts, which may damage receiving circuits constructed of normal 5-volt
  391. logic.  Such receivers should have a voltage divider on their inputs.
  392.  
  393.    driver output voltage
  394.         with input = 0:    -   min,  0.35 max  (0.07 typical)
  395.         with input = 1:   3.5  min,  6.0  max  (5.0  typical)
  396.    receiver input voltage
  397.         to assume a binary 0:   0.6  min  (0.9  typical)
  398.         to assume a binary 1:   2.5  max  (1.7  typical)
  399.         maximum input rating:   6.0  max
  400.  
  401. Cable impedance and termination circuits are covered in Report 1822.
  402. With properly chosen cable and well designed circuits, and with
  403. impedances matched, local host connections may operate considerably
  404. farther than the 30 feet given in Report 1822. Cables as long as 300
  405. feet are in use communicating with ARPANET IMPs.  For example, 300 foot
  406. cables have worked using 7440's as drivers, standard TTL gates as
  407. receivers, cable termination (on all signal lines) of a diode to ground
  408. and a diode to +3 volts, and RG174/U cable.  RG174/U is 50 ohm coax, and
  409. a 100 ohm coax is preferred, to reduce ringing.
  410.  
  411.  
  412.  
  413.                                  - 7 -
  414.  
  415. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  416. JANUS Interface Specifications
  417.  
  418.  
  419.  
  420. 3.2.  Use of the Ready Line
  421.  
  422. It is strongly recommended that the Ready Line provided by the hardware
  423. be used by the software in a manner similar or identical to that
  424. described in Report 1822.  Report 1822 sections 3.2, 4.4 and Appendix B
  425. especially bear on this topic.  In particular, the software design
  426. should provide for the following:
  427.  
  428.    (1) A ready indicator (relay) which tells the foreign interface that
  429.        the home interface and software are ready to communicate.
  430.  
  431.    (2) An "error" flip-flop which tells the home software that the
  432.        foreign interface has been not ready.
  433.  
  434.    (3) NOP messages which are used to purge the communication "pipe"
  435.        after the ready line has "flapped" down and back up.
  436.  
  437. 4.  ADVICE ON DELAYS TO LIMIT BANDWIDTH
  438.  
  439. It is advisable to include adjustable delays whose function is to limit
  440. the maximum bandwidth of transfers, as discussed in Report 1822.  Only
  441. when the details (such as cable characteristics, memory speed, and
  442. acceptable memory utilization) of a specific application guarantee that
  443. an unregulated transfer rate will be acceptable can these delays be
  444. omitted.  Two delays are involved, one in the sender circuit and one in
  445. the receiver circuit.  The sender delays up to 10 microseconds
  446. (adjustable) from when the foreign interface drops Ready-For-Next-Bit,
  447. before again turning on There's-Your-Bit.  (This is the sum of delays C
  448. and D in Report 1822 Fig. B-1.)  The receiver delays up to 10
  449. microseconds (adjustable) from when the foreign interface asserts
  450. There's-Your-Bit, before again turning on Ready-For-Next-Bit. (This is
  451. the sum of delays A and B in Report 1822 Fig. B-2.) When delivered,
  452. interfaces should have these delays set at approximately the maximum
  453. delay.  The timing is shown below.
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.                                  - 8 -
  473.  
  474. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  475. JANUS Interface Specifications
  476.  
  477.  
  478.  
  479.    
  480.                             _______         _______
  481.       sender's TYB  _______!       !_______!       !___
  482.  
  483.                         _______         _______
  484.       foreign RFNB  ___!       !_______!       !________
  485.                                !<--delay-->!
  486.  
  487.                             _______         _______
  488.        foreign TYB  _______!       !_______!       !___
  489.  
  490.                         _______         _______
  491.    receiver's RFNB  ___!       !_______!       !________
  492.                            !<--delay-->!
  493.  
  494. 5.  INTER-OPERABILITY WITH 1822 INTERFACES
  495.  
  496. Protocol specifications have been chosen which are compatible with
  497. Report 1822.  Actually, the protocol areas discussed above are further
  498. clarification of Report 1822, rather than any change from it.  The
  499. electrical specifications differ only slightly from the 1822 interface.
  500. The local host levels chosen are 1822 compatible.  The potential
  501. difficulties in using a JANUS interface cabled to an 1822 interface
  502. arise with the distant host interface.
  503.  
  504. The distant host cable for a JANUS interface is 100 ohms nominal
  505. impedance, compared to 120 ohms for the 1822 interface.  This difference
  506. is small enough that most applications will work with either cable, or
  507. even with some 100 ohm cable and some 120 ohm cable.
  508.  
  509. The 1822 distant host interface does not provide as much electrical
  510. isolation as the standard JANUS distant host interface.  Thus, in cases
  511. of severe common mode noise or ground potential difference, two JANUS
  512. interfaces might operate correctly, but an 1822 interface might
  513. misbehave or burn out.
  514.  
  515. The JANUS distant host driver yields 2 to 6 volts output, and its
  516. receiver requires 0.2 volts input; the 1822 distant host driver yields
  517. 1.0 volt output, and its receiver requires 0.1 volt input. Unless there
  518. is a significant signal loss in the cable, the 1822 driver will drive a
  519. JANUS receiver acceptably.  On the other hand, the maximum input to an
  520. 1822 receiver is 4.0 volts.  Thus a JANUS driver might overdrive an 1822
  521. receiver.  The simplest fix for this is to put a (balanced) voltage
  522. divider at the 1822 receiver, or at the JANUS driver.  The divider
  523. should cut down the maximum voltage from 6 volts to 4 volts, or a
  524. reduction of 1/3.
  525.  
  526.  
  527.  
  528.  
  529.  
  530.  
  531.                                  - 9 -
  532.  
  533. NWG/RFC# 745                                        MDB2 30-MAR-78 43649
  534. JANUS Interface Specifications
  535.  
  536.  
  537.  
  538. The above differences are relatively minor, so in most applications an
  539. interconnected 1822 interface and a JANUS interface should operate
  540. correctly.  Attention must be paid to the electrical isolation
  541. susceptibility of the 1822, and to its maximum input voltage.
  542.  
  543. 6.  MILITARY COMPATIBILITY
  544.  
  545. The EIA specification RS-422 chosen as a base for the JANUS interface
  546. distant host electrical characteristics is compatible with military
  547. specification MIL-188-114.
  548.  
  549. The common mode voltage tolerance of the JANUS interface provides
  550. significant protection against widely varying ground potentials in field
  551. equipment separated by distances of thousands of feet.
  552.  
  553. 7.  REFERENCES
  554.  
  555. "Specifications for the Interconnection of a Host and an IMP," BBN
  556. Report 1822, revised January 1976; BBN Inc., 50 Moulton St., Cambridge,
  557. Ma. 02138.
  558.  
  559. "Electrical Characteristics of Balanced Voltage Digital Interface
  560. Circuits, EIA standard RS-422," April 1975; Engineering Dept.,
  561. Electronic Industries Assn., 2001 Eye St., N.W., Washington, D.C.,
  562. 20006.
  563.  
  564. REA bulletin 345-67, Rural Electrification Admin., U.S. Dept. of
  565. Agriculture.  Contains specification for PE-39 cable.
  566.  
  567.  
  568.  
  569.  
  570.  
  571.  
  572.  
  573.  
  574.  
  575.  
  576.  
  577.  
  578.  
  579.  
  580.  
  581.  
  582.  
  583.  
  584.  
  585.  
  586.  
  587.  
  588.  
  589.  
  590.                                  - 10 -