- Token Ring (маркерне кільце) - архітектура мереж з кільцевою логічною топологією та детермінованим методом доступу, що базується на передачі маркера. Мережі Token Ring (стандарт 802.5), так само як і мережі Ethernet, характеризує середовище передачі даних, що розділяється, яка в даному випадку складається з відрізків кабелю, що з'єднують всі станції мережі в кільце. Кільце розглядається як загальний ресурс, що розділяється, і для доступу до нього потрібен не випадковий алгоритм, як у мережах Ethernet, а детермінований, заснований на передачі станціям права на використання кільця в певному порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, що називається маркером, або токеном (token). Тип мережі, де всі комп'ютери схематично об'єднані в кільце . Кільцем від комп'ютера до комп'ютера (станції мережі) передається спеціальний блок даних, званий маркером (англ. token). Коли будь-якій станції потрібна передача даних, маркер нею модифікується і більше не розпізнається іншими станціями, як спецблок, доки не дійде до адресата. Адресат приймає дані та запускає новий маркер по кільцю. На випадок втрати маркера або ходіння даних, адресат яких не знаходиться, в мережі є машина зі спеціальними повноваженнями, яка вміє видаляти безадресні дані і запускати новий маркер.
- Коли обидва слова написані з великих літер (Token Ring), мають на увазі технології, розроблені компанією IBM або мережа стандарту IEEE 802.5
Історія
Спочатку технологія була розроблена компанією IBM у 1984 році. У 1985 році комітет IEEE 802 на основі цієї технології прийняв стандарт IEEE 802.5. Останнім часом навіть у продукції IBM домінують технології сімейства Ethernet, незважаючи на те, що раніше протягом довгого часу компанія використовувала Token Ring як основну технологію для побудови локальних мереж. В основному технології схожі, але є незначні відмінності. Token Ring від IBM описує топологію «зірка», коли всі комп'ютери приєднані до одного центрального пристрою (MSAU), в той час, як IEEE 802.5 не загострює уваги на топології. (У таблиці 1 показано різницю між технологіями.)
Передача маркера
Token Ring та IEEE 802.5 є головними прикладами мереж із передачею маркера. Мережі з передачею маркера переміщують уздовж мережі невеликий блок даних, який називається маркером. Володіння цим маркером гарантує право передачі. Якщо вузол, що приймає маркер, немає інформації для відправки, він просто переправляє маркер до наступної кінцевої станції. Кожна станція може утримувати маркер протягом певного максимального часу (за замовчуванням – 10 мс). За наявність у мережі маркера, причому єдиної його копії, відповідає активний монітор, який вибирається під час ініціалізації кільця як станція з максимальним значенням МАС-адреси. Якщо активний монітор виходить з ладу, процедура ініціалізації кільця повторюється та вибирається новий активний монітор. Щоб мережа могла виявити відмову активного монітора, останній у працездатному стані кожні 3 секунди генерує спеціальний кадр своєї присутності. Якщо цей кадр не з'являється в мережі більше 7 секунд, інші станції мережі починають процедуру виборів нового активного монітора. Якщо активний монітор не отримує маркер протягом тривалого часу (наприклад, 2,6 с), він породжує новий маркер.
Дана технологія пропонує варіант вирішення проблеми колізій, що виникає під час роботи локальної мережі. У технології Ethernet, такі колізії виникають за одночасної передачі інформації кількома робочими станціями, що у межах одного сегмента, тобто використовують загальний фізичний канал даних.
Якщо станція, що володіє маркером, має інформацію для передачі, вона захоплює маркер, змінює в нього один біт (внаслідок чого маркер перетворюється на послідовність «початок блоку даних»), доповнює інформацією, яку він хоче передати і надсилає цю інформацію до наступної станції кільцевої мережі. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер у мережі відсутній (якщо тільки кільце не забезпечує «раннього звільнення маркера» - early token release), тому інші станції, які бажають передати інформацію, змушені чекати. Отже, у мережах Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільнення маркера, новий маркер може бути випущений після завершення передачі блоку даних.
Інформаційний блок циркулює по кільцю, поки досягне передбачуваної станції призначення, яка копіює інформацію для подальшої обробки. Інформаційний блок продовжує циркулювати по кільцю; він остаточно видаляється після досягнення станції, яка надіслала цей блок. Станція відправки може перевірити блок, що повернувся, щоб переконатися, що він був переглянутий і потім скопійований станцією призначення.
Сфера використання
На відміну від CSMA/CD (наприклад, Ethernet) мережі з передачею маркера є детерміністичними мережами. Це означає, що можна обчислити максимальний час, який мине, перш ніж будь-яка кінцева станція зможе передавати. Ця характеристика, а також деякі характеристики надійності, роблять мережу Token Ring ідеальною для застосувань, де затримка має бути передбачуваною і важливою є стійкість функціонування мережі. Прикладами таких застосувань є середовище автоматизованих станцій на заводах. Застосовується як дешевша технологія, набула поширення скрізь, де є відповідальні додатки для яких важлива не так швидкість, як надійна доставка інформації. В даний час за надійністю Ethernet не поступається Token Ring і суттєво вище за продуктивністю.
Модифікація Token Ring
Існують 2 модифікації за швидкостями передачі: 4 Мб/с та 16 Мб/с. Token Ring 16 Мб/с використовується технологія раннього звільнення маркера. Суть цієї технології полягає в тому, що станція, яка «захопила» маркер, після закінчення передачі даних генерує вільний маркер і запускає його в мережу. Спроби впровадити 100 Мб/с технологію не мали комерційного успіху. В даний час технологія Token Ring не підтримується.
Фізичний рівень технології Token Ring
Стандарт Token Ring фірми IBM спочатку передбачав побудову зв'язків у мережі за допомогою концентраторів, які називають MAU (Multistation Access Unit) або MSAU (Multi-Station Access Unit), тобто пристроями багатостанційного доступу
Фізична конфігурація мережі Token Ring
Концентратор Token Ring може бути активним чи пасивним. Пасивний концентратор просто з'єднує порти внутрішніми зв'язками так, щоб станції, що підключаються до цих портів, утворили кільце. Ні посилення сигналів, ні їхню ресинхронізацію пасивний MSAU не виконує. Такий пристрій можна вважати простим кросовим блоком за одним винятком - MSAU забезпечує обхід якогось порту, коли приєднаний до цього порту комп'ютер виключають. Така функція необхідна забезпечення зв'язності кільця незалежно від стану підключених комп'ютерів. Зазвичай обхід порту виконується за рахунок релейних схем, які живляться постійним струмом від адаптера, а при виключенні мережного адаптера нормально замкнуті контакти реле з'єднують вхід порту з його виходом. Активний концентратор виконує функції регенерації сигналів і тому іноді називається повторювачем, як у стандарті Ethernet.
HSTR (High Speed Token Ring)
Наприкінці 90-х років технологію Token Ring стали перекладати на більш високі швидкості передачі та з'явилася назва HSTR (High Speed Token Ring – високошвидкісне маркерне кільце). В даний час реально використовується (стандартизована) версія на 100 Мбіт/с та ведуться розробки гігабітної версії. Стандарт на 100 Мбіт/с використовує фізичний рівень lOOBaseTX/FX, у свою чергу, запозичений у FDDI. Довжина кабелю UTP категорії 5 може досягати 100 м, при використанні STP типу 1, 2 (150 Ом) довжина може бути більшою. Підтримка та 150-омного кабелю забезпечує сумісність з існуючою кабельною системою Token Ring, де широко застосовується даний тип кабелю. Рівень МАС збережений від попередньої версії 4/16 Мбіт/с, так що всі вищенаведені описи залишаються в силі. Розмір Кадра - до 18200 байт, той же протокол, 8-рівнева система пріоритетів, маршрутизація від джерела (до 14 мостів у ланцюжку), підтримка безлічі VLAN (802.1Q,). Концентратори на 100 Мбіт/с виконуються тільки у вигляді комутаторів з повнодуплексними портами, оскільки їхня вартість виявляється практично тією ж, що і для повторювачів, що організують кільця. Високошвидкісні порти використовують для організації магістральних зв'язків між комутаторами, а також для підключення критичних абонентів (серверів). У порівнянні з Ethernet, високошвидкісні адаптери Token Ring завдяки більшому (18,2 К проти 1,5 К) розміру кадрів значно менше завантажують процесор сервера. --Дрожжина Юлія 14:19, 12 січня 2010 (UTC)
Мережі Token Ring, як і мережі Ethernet, характеризує середовище передачі даних, що розділяється, яка складається з відрізків кабелю, що з'єднують всі станції мережі в кільце. Кільце розглядається як загальний ресурс, що розділяється, і для доступу до нього потрібен не випадковий алгоритм, як у мережах Ethernet, а детермінований, заснований на передачі станціям права на використання кільця в певному порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, що називається маркером, або токеном (token).
Технологія Token Ring була розроблена компанією IBM у 1984 році, а потім передана як проект стандарту в комітет IEЕЕ 802, який на її основі прийняв у 1985 році стандарт 802.5.
Кожен ПК працює в Token Ring (рис.2) згідно з принципом "Чекати на маркера, якщо необхідно надіслати повідомлення, приєднати його до маркеру, коли він проходитиме мимо. Якщо проходить маркер, зняти з нього повідомлення і відправити маркер далі".
Мережі Token Ring працюють із двома бітовими швидкостями – 4 та 16 Мбіт/с. Змішування станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці не допускається.
Технологія Token Ring є складнішою технологією, ніж Ethernet. Вона має властивості відмовостійкості. У мережі Token Ring визначено процедури контролю роботи мережі, які використовують зворотний зв'язок кільцеподібної структури - надісланий кадр завжди повертається в станцію-відправник.
Рисунок 2. Технологія Token Ring
У деяких випадках виявлені помилки у роботі мережі усуваються автоматично, наприклад, може бути відновлено втрачений маркер. В інших випадках помилки тільки фіксуються, а їх усунення виконується вручну обслуговуючим персоналом.
Для контролю мережі одна із станцій виконує роль так званого активного монітора. Активний монітор вибирається під час ініціалізації кільця як станція з максимальним значенням МАС-адреси. Якщо активний монітор виходить з ладу, процедура ініціалізації кільця повторюється та вибирається новий активний монітор. Мережа Token Ring може містити до 260 вузлів.
Концентратор Token Ring може бути активним чи пасивним. Пасивний концентратор просто з'єднує порти внутрішніми зв'язками так, щоб станції, що підключаються до цих портів, утворили кільце. Ні посилення сигналів, ні їхню ресинхронізацію пасивний MSAU не виконує.
Активний концентратор виконує функції регенерації сигналів і тому іноді називається повторювачем, як у стандарті Ethernet.
Загалом мережа Token Ring має комбіновану зірково-кільцеву конфігурацію. Кінцеві вузли підключаються до MSAU за топологією зірки, а самі MSAU об'єднуються через спеціальні порти Ring In (RI) та Ring Out (RO) для утворення магістрального фізичного кільця.
Усі станції у кільці повинні працювати на одній швидкості або 4 Мбіт/с або 16 Мбіт/с. Кабелі, що з'єднують станцію з концентратором, називаються відгалужувальними (lobe cable), а кабелі, що з'єднують концентратори, - магістральними (trunk cable).
Технологія Token Ring дозволяє використовувати для з'єднання кінцевих станцій та концентраторів різні типи кабелю:
STP Type 1 - екранована кручена пара (Shielded Twistedpair).
У кільце допускається поєднувати до 260 станцій при довжині відгалужувальних кабелів до 100 метрів;
UTP Туре 3, UTP Туре 6 - неекранована кручена пара (Unshielded Twistedpair). Максимальна кількість станцій скорочується до 72 за довжини відгалужувальних кабелів до 45 метрів;
Волоконно-оптичний кабель.
Відстань між пасивними MSAU може досягати 100 м при використанні кабелю STP Туре 1 та 45 м при використанні кабелю UTP Type 3. Між активними MSAU максимальна відстань збільшується відповідно до 730 м або 365 м залежно від типу кабелю.
Максимальна довжина кільця Token Ring становить 4000 м. Обмеження на максимальну довжину кільця та кількість станцій у кільці у технології Token Ring не є такими жорсткими, як у технології Ethernet. Тут ці обмеження переважно пов'язані з часом обороту маркера по кільцю.
Усі значення тайм-аутів у мережевих адаптерах вузлів мережі Token Ring можна налаштовувати, тому можна побудувати мережу Token Ring з великою кількістю станцій та з більшою довжиною кільця.
Переваги технології Token Ring:
· Гарантована доставка повідомлень;
· Висока швидкість передачі даних (до 160% Ethernet).
Недоліки технології Token Ring:
· Необхідні дорогі пристрої доступу до середовища;
· Технологія більш складна в реалізації;
· потрібні 2 кабелі (для підвищення надійності): один вхідний, другий вихідний від комп'ютера до концентратора;
· Висока вартість (160-200% від Ethernet).
Мережа Token-Ring була запропонована фірмою IBM у 1985 році (перший варіант з'явився у 1980 році). Призначенням Token-Ring було об'єднання мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM (від персональних до великих).
Вже той факт, що її підтримує фірма IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливим є і те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5. Це ставить мережу на один рівень за статусом з Ethernet.
Фірма IBM зробила все для якнайширшого поширення своєї мережі: було випущено докладну документацію до принципових схем адаптерів. В результаті багато фірм, наприклад 3COM, Novell, Western Digital, Proteon приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network було розроблено концепцію NetBIOS. Якщо в розробленій раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися у вбудованій в адаптер постійної пам'яті, то мережі Token-Ring вже застосовувалася эмулирующая NetBIOS програма, що дозволяло більш гнучко реагувати на особливості конкретної апаратури, підтримуючи у своїй сумісність із програмами вищого рівня.
У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring виявляється помітно дорожчою, оскільки використовує складніші методи управління обміном, тому поширена мережа Token-Ring значно менша. Однак її застосування стає виправданим, коли потрібні великі інтенсивності обміну (наприклад, у зв'язку з великими комп'ютерами) та обмежений час доступу.
Мал. 5.3. Зірково-кільцева топологія мережі Token-Ring
Концентратор (MAU) у своїй лише дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контролю над роботою мережі тощо. (Рис. 5.4). Для приєднання кабелю до концентратора застосовуються спеціальні роз'єми, які забезпечують сталість замкнутості кільця навіть за відключення абонента від мережі. Концентратор у мережі може бути і єдиним, у цьому випадку кільце замикаються лише абоненти, підключені до нього.
Мал. 5.4. З'єднання абонентів мережі Token-Ring у кільце за допомогою концентратора (MAU)
У кожному кабелі, що з'єднує адаптери та концентратор (адаптерні кабелі, adapter cable), знаходяться насправді дві різноспрямовані лінії зв'язку.
Такими двома різноспрямованими лініями зв'язку, що входять до магістрального кабелю (path cable), об'єднуються між собою в кільце різні концентратори (рис. 5.5), хоча для цієї ж мети може також використовуватися і єдина односпрямована лінія зв'язку (рис. 5.6).
Мал. 5.5. Об'єднання концентраторів двонаправленою лінією зв'язку
Мал. 5.6. Об'єднання концентраторів односпрямованою лінією зв'язку
Конструктивно концентратор є автономним блоком з вісьма роз'ємами для підключення абонентів (комп'ютерів) за допомогою адаптерних кабелів і двома (крайніми) роз'ємами для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (рис. 5.7). Існують настінний та настільний варіанти концентратора.
Декілька концентраторів можуть конструктивно поєднуватися в групу, кластер (cluster), всередині якого абоненти також з'єднані в єдине кільце.
Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру (наприклад, до 16, якщо кластер входить два концентратора).
Мал. 5.7. Концентратор Token-Ring (8228 MAU)
- Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара, але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI. Віта пара застосовується як неекранована (UTP), і екранована (STP).
- Основні технічні характеристики мережі Token-Ring є наступними.
- Максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU – 12.
- Максимальна кількість абонентів у мережі – 96.
- Максимальна довжина кабелю між абонентом та концентратором - 45 м.
- Максимальна довжина кабелю між концентраторами –45м.
Усі наведені характеристики відносяться до випадку неекранованої кручений пари. У разі застосування іншого середовища передачі мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої крученої пари кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю - до 100 м (замість 45), кількість концентраторів -до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори - до 200 м. Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до 1 км.
Як бачимо, мережа Token-Ring поступається мережі Ethernet як за допустимим розміром мережі, так і максимальною кількістю абонентів. Що ж до швидкості передачі, нині ведеться розробка версій Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с і 1000 Мбіт/с. Фірма IBM зовсім не збирається відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.
Для передачі в Token-Ring використовується варіант коду Ман-честер-П.
Як і в будь-якій зіркоподібній топології, жодних додаткових заходів щодо електричного узгодження та зовнішнього заземлення не потрібно.
Для підключення кабелю до мережного адаптера використовується зовнішній 9-контактний роз'єм типу DIN. Так само, як і адаптери Ethernet, адаптери Token-Ring мають на своїй платі перемикачі або перемички для налаштування адрес та переривань системної шини. Якщо мережу Ethernet можна побудувати тільки на адаптерах та кабелі, то для мережі Token-Ring обов'язково потрібно купувати концентратори. Це також підвищує вартість апаратури Token-Ring.
У той же час, на відміну від Ethernet, мережа Token-Ring краще тримає велике навантаження (більше 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу.
Для контролю за цілісністю маркера використовується один із абонентів (так званий активний монітор). Його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі та формують у разі потреби новий маркер. Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, може бути будь-який комп'ютер мережі.
Якщо активний монітор чомусь виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, з якого інші абоненти (запасні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора.
Мал. 5.8. Формат маркеру мережі Token-Ring
Маркер є керуючим пакетом, що містить всього три байти (рис. 5.8): байт початкового роздільника (SD - Start Delimiter), байт управління доступом (АС - Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED - End Delimiter). Початковий роздільник і кінцевий роздільник є не просто послідовністю нулів і одиниць, а містять імпульси спеціального виду. Завдяки цьому дані роздільники не можна сплутати з іншими байтами пакетів. Чотири біти роздільника є нульовими бітами в прийнятому кодуванні, а чотири інших біти не відповідають коду Манчестер-П: протягом двох бітових інтервалів утримується один рівень сигналу, а протягом двох інших - інший рівень. Через війну такий збій синхронізації легко виявляється приймачем.
Мал. 5.9. Формат байта керування доступом
Формат пакету Token-Ring представлено на рис. 5.10. Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта управління доступом, в пакет входять також байт управління пакетом, мережні адреси приймача та передавача, дані, контрольна сума та байт стану, пакета.
Мал. 5.10. Формат пакету мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)
Призначення полів пакету таке:
- Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета.
- Байт управління доступом (АС) має те саме призначення, що у маркері.
- Байт управління пакетом (FC – Frame Control) визначає тип пакету (кадра).
- Шестибайтові адреси відправника та одержувача пакета мають стандартний формат, описаний у розділі 3.2.
- Поле даних включає інформацію, що передається або інформацію управління обміном.
- Поле контрольної суми є 32-розрядною циклічною контрольною сумою пакета (CRC).
- Кінцевий роздільник є ознакою кінця пакета.
- Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним в послідовності пакетів, що передаються, а також містить ознаку помилковості пакета (для цього виділені спеціальні біти).
Байт стану пакета говорить про те, що відбувалося з цим пакетом: був прийнятий і скопійований в пам'ять приймача.
Відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.
Цікаво, що у швидшій версії Token-Ring (16 Мбіт/с і вище) застосовується так званий метод раннього формування маркера (ETR-Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправника.
Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі свого пакета, приєднаного до маркеру, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер, тобто всі інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід всього кільця мережі.
Мережа Token-Ring (маркерне кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 (перший варіант з'явився в 1980). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів IBM. Вже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливим є те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring і IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить мережу на один рівень за статусом з Ethernet.
Розроблявся Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє решту мереж, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Більше 10 мільйонів комп'ютерів у всьому світі об'єднані цією мережею.
Мережа Token-Ring має кільце топологію, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі безпосередньо, а через спеціальні концентратори чи багатостанційні пристрої доступу (MSAU чи MAU – Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис. 7.3). Насправді ж абоненти об'єднуються все-таки в кільце, тобто кожен із них передає інформацію одному сусідньому абоненту, а приймає інформацію від іншого.
Мал. 7.3.Зірково-кільцева топологія мережі Token-Ring
Концентратор (MAU) у своїй дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі тощо. (Рис. 7.4). Жодної обробки інформації він не виробляє.
Мал. 7.4.З'єднання абонентів мережі Token-Ring у кільце за допомогою концентратора (MAU)
Для кожного абонента у складі концентратора застосовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU – Trunk Coupling Unit), який забезпечує автоматичне включення абонента в кільце, якщо він підключений до концентратора та справний. Якщо абонент відключається від концентратора або він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі цього абонента. Спрацьовує TCU за сигналом постійного струму (так званий "фантомний" струм), який надходить від абонента, який бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця та провести процедуру самотестування (крайній правий абонент на рис. 7.4). "Фантомний" струм ніяк не впливає на інформаційний сигнал, оскільки сигнал у кільці немає постійної складової.
Конструктивно концентратор є автономним блоком з десятьма роз'ємами на передній панелі (рис. 7.5).
Мал. 7.5.Концентратор Token-Ring (8228 MAU)
Вісім центральних роз'ємів (1...8) призначені для підключення абонентів (комп'ютерів) за допомогою адаптерних або радіальних кабелів. Два крайні роз'єми: вхідний RI (Ring In) та вихідний RO (Ring Out) служать для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (Path cable). Пропонуються настінний та настільний варіанти концентратора.
Існують як пасивні, і активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що надходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, лише перекомутує лінії зв'язку.
Концентратор у мережі може бути єдиним (як на рис.7.4), у цьому випадку кільце замикаються лише абоненти, підключені до нього. Зовні така топологія виглядає як зірка. Якщо ж потрібно підключити до мережі більше восьми абонентів, кілька концентраторів з'єднуються магістральними кабелями і утворюють зірково-кільцеву топологію.
Як зазначалося, кільцева топологія дуже чутлива до обривів кабелю кільця. Для підвищення живучості мережі, в Token-Ring передбачено режим так званого згортання кільця, що дозволяє обійти місце урвища.
У нормальному режимі концентратори з'єднані в кільце двома паралельними кабелями, але передача інформації проводиться лише по одному з них (рис. 7.6).
Мал. 7.6.Об'єднання концентраторів MAU у нормальному режимі
У разі одиночного пошкодження (обриву) кабелю мережа здійснює передачу по обох кабелях, обминаючи цим пошкоджену ділянку. При цьому зберігається порядок обходу абонентів, підключених до концентраторів (рис. 7.7). Щоправда, зростає сумарна довжина кільця.
У разі множинних пошкоджень кабелю мережа розпадається на кілька частин (сегментів), які не пов'язані між собою, але зберігають повну працездатність (рис. 7.8). Максимальна частина мережі залишається при цьому пов'язаною, як і раніше. Звичайно, це вже не рятує мережу в цілому, але дозволяє за умови правильного розподілу абонентів по концентраторах зберігати значну частину функцій пошкодженої мережі.
Декілька концентраторів може конструктивно поєднуватися в групу, кластер (cluster), всередині якого абоненти також з'єднані в кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру, наприклад, до 16 (якщо кластер входить два концентратора).
Мал. 7.7.Згортання кільця при пошкодженні кабелю
Мал. 7.8.Розпад кільця при множинні пошкодження кабелю
Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара як неекранована (UTP), так і екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.
Основні технічні характеристики класичного варіанта мережі Token-Ring:
максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU – 12;
максимальна кількість абонентів у мережі – 96;
максимальна довжина кабелю між абонентом та концентратором – 45 метрів;
максимальна довжина кабелю між концентраторами – 45 метрів;
максимальна довжина кабелю, що з'єднує усі концентратори – 120 метрів;
швидкість передачі даних – 4 Мбіт/с та 16 Мбіт/с.
Усі наведені характеристики відносяться до нагоди використання неекранованої кручений пари. Якщо використовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю – до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів – до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори – до 200 метрів . Оптоволоконний кабель дає змогу збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.
Для передачі в Token-Ring застосовується біфазний код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом у центрі бітового інтервалу). Як і в будь-якій зіркоподібній топології, жодних додаткових заходів щодо електричного узгодження та зовнішнього заземлення не потрібно. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів та концентраторів.
Для приєднання кабелів у Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід у кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються так звані "прямі" кабелі).
Мережа Token-Ring у класичному варіанті поступається мережі Ethernet як за допустимим розміром, так і максимальною кількістю абонентів. Що ж до швидкості передачі, нині є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с (High Speed Token-Ring, HSTR) і 1000 Мбіт/с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.
У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring помітно дорожча, оскільки використовується складніший метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не набула такого широкого поширення.
Однак, на відміну від Ethernet, мережа Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (більше 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, у мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може призвести до серйозних аварій.
У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. рис. 7.8). Звідси випливає така важлива перевага цієї мережі, як відсутність конфліктів, але є й недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера та залежність функціонування мережі від кожного абонента (у разі несправності абонент обов'язково має бути виключений з кільця).
Граничний час передачі пакета Token-Ring 10 мс. За максимальної кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс = 2,6 с. За цей час усі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є що передавати). За цей час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Той самий інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.
Кожен абонент мережі (його мережевий адаптер) повинен виконувати такі функції:
виявлення помилок передачі;
контроль конфігурації мережі (відновлення мережі при виході з експлуатації того абонента, який передує йому у кільці);
контроль численних тимчасових співвідношень, прийнятих у мережі.
Велика кількість функцій, звичайно, ускладнює та подорожчає апаратуру мережного адаптера.
Для контролю за цілісністю маркера в мережі використовується один з абонентів (так званий активний монітор). При цьому його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі та формують у разі потреби новий маркер.
Активний монітор виконує такі функції:
запускає в кільце маркер на початку роботи та при його зникненні;
регулярно (раз на 7 с) повідомляє про свою присутність спеціальним керуючим пакетом (AMP – Active Monitor Present);
видаляє з кільця пакет, який не був видалений абонентом, що його послав;
стежить за допустимим часом передачі пакета.
Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, ним може бути будь-який комп'ютер мережі, але зазвичай стає перший включений в мережу абонент. Абонент, що став активним монітором, включає в мережу свій буфер (зсувний регістр), який гарантує, що маркер вміщуватиметься в кільці навіть при мінімальній довжині кільця. Розмір цього буфера – 24 біти для швидкості 4 Мбіт/с та 32 біти для швидкості 16 Мбіт/с.
Кожен абонент постійно стежить, як активний монітор виконує свої обов'язки. Якщо активний монітор чомусь виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, з якого всі інші абоненти (запасні, резервні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора. Для цього абонент, який виявив аварію активного монітора, передає по кільцю пакет, що управляє (пакет запиту маркера) зі своєю MAC-адресою. Кожен наступний абонент порівнює MAC-адресу з пакета з власним. Якщо його власна адреса менша, він передає пакет далі без змін. Якщо ж більше, то він встановлює в пакеті свою MAC-адресу. Активним монітором стане той абонент, у якого значення MAC-адреси більше, ніж у інших (він повинен тричі отримати назад пакет зі своєю MAC-адресою). Ознакою виходу з експлуатації активного монітора є невиконання ним однієї з перерахованих функцій.
Маркер мережі Token-Ring є керуючим пакетом, що містить всього три байти (рис. 7.9): байт початкового роздільника (SD – Start Delimiter), байт управління доступом (AC – Access Control) та байт кінцевого роздільника (ED – End Delimiter). Всі ці три байти входять також до складу інформаційного пакета, щоправда, функції в маркері й у пакеті дещо різняться.
Початковий і кінцевий роздільники є не просто послідовністю нулів і одиниць, а містять сигнали спеціального вигляду. Це було зроблено для того, щоб роздільники не можна було сплутати з іншими байтами пакетів.
Мал. 7.9.Формат маркеру мережі Token-Ring
Початковий роздільник SD містить чотири нестандартні бітові інтервали (рис. 7.10). Два з них, що позначаються J, є низьким рівнем сигналу протягом всього бітового інтервалу. Два інших біти, що позначаються, являють собою високий рівень сигналу протягом всього бітового інтервалу. Зрозуміло, такі збої в синхронізації легко виявляються приймачем. Біти J та K ніколи не можуть зустрічатися серед бітів корисної інформації.
Мал. 7.10.Формати початкового (SD) та кінцевого (ED) роздільників
Кінцевий роздільник ED також містить у собі чотири біти спеціального виду (два біти J і два біти K), а також два одиничні біти. Але, крім того, до нього входять і два інформаційних біти, які мають сенс лише у складі інформаційного пакету:
Біт I (Intermediate) є ознакою проміжного пакета (1 відповідає першому в ланцюжку або проміжному пакеті, 0 - останньому в ланцюжку або єдиному пакеті).
Біт E (Error) є ознакою виявленої помилки (0 відповідає відсутності помилок, 1 – їх наявності).
Байт управління доступом (AC – Access Control) розділений на чотири поля (рис. 7.11): поле пріоритету (три біти), біт маркера, біт монітора та поле резервування (три біти).
Мал. 7.11.Формат байта керування доступом
Біти (поле) пріоритету дозволяють абоненту надавати пріоритет своїм пакетам або маркеру (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритету, а 0 – нижчому). Абонент може приєднати до маркера свій пакет лише тоді, коли його власний пріоритет (пріоритет його пакетів) такий самий або вищий за пріоритет маркера.
Біт маркера визначає, чи приєднаний до маркеру пакет чи ні (одиниця відповідає маркеру без пакета, нуль – маркеру з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що маркер передано активним монітором.
Біти (поле) резервування дозволяють абоненту зарезервувати своє право подальше захоплення мережі, тобто зайняти чергу обслуговування. Якщо пріоритет абонента (пріоритет його пакетів) вищий, ніж поточне значення поля резервування, він може записати туди свій пріоритет замість колишнього. Після обходу кільцем у полі резервування буде записано найвищий пріоритет з усіх абонентів. Вміст поля резервування аналогічний вмісту поля пріоритету, але говорить про майбутній пріоритет.
В результаті використання полів пріоритету та резервування забезпечується можливість доступу до мережі лише абонентам, які мають пакети передачі з найвищим пріоритетом. Менш пріоритетні пакети обслуговуватимуться лише після вичерпання більш пріоритетних пакетів.
Формат інформаційного пакету (кадра) Token-Ring представлено на рис. 7.12. Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта керування доступом у цей пакет входять також байт керування пакетом, мережні адреси приймача та передавача, дані, контрольна сума та байт стану пакета.
Мал. 7.12.Формат пакета (кадра) мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)
Призначення поля пакета (кадра).
Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета, формат такий самий, як і в маркері.
Байт управління доступом (AC) має той самий формат, що у маркері.
Байт керування пакетом (FC – Frame Control) визначає тип пакета (кадра).
Шестибайтові MAC-адреси відправника та одержувача пакета мають стандартний формат, описаний у лекції 3.
Поле даних (Data) включає передані дані (в інформаційному пакеті) або інформацію для управління обміном (в пакеті, що управляє).
Поле контрольної суми (FCS – Frame Check Sequence) є 32-розрядною циклічною контрольною сумою пакету (CRC).
Кінцевий роздільник (ED), як і маркері, вказує на кінець пакета. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним у послідовності пакетів, що передаються, а також містить ознаку помилковості пакета (див. рис. 7.10).
Байт стану пакета (FS - Frame Status) говорить про те, що відбувалося з цим пакетом: чи був він побачений приймачем (тобто, чи існує приймач із заданою адресою) і скопійовано на згадку приймача. Відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.
Слід зазначити, що більший допустимий розмір даних, що передаються, в одному пакеті в порівнянні з мережею Ethernet може стати вирішальним фактором для збільшення продуктивності мережі. Теоретично для швидкостей передачі 16 Мбіт/с і 100 Мбіт/с довжина поля даних може сягати навіть 18 Кбайт, що при передачі великих обсягів даних. Але навіть за швидкості 4 Мбіт/с завдяки маркерному методу доступу мережа Token-Ring часто забезпечує більшу фактичну швидкість передачі, ніж мережа Ethernet (10 Мбіт/с). Особливо помітна перевага Token-Ring при великих навантаженнях (понад 30-40%), тому що в цьому випадку метод CSMA/CD вимагає багато часу на розв'язання повторних конфліктів.
Абонент, який бажає передавати пакет, чекає на прихід вільного маркера і захоплює його. Захоплений маркер перетворюється на обрамлення інформаційного пакета. Потім абонент передає інформаційний пакет у кільце і чекає на його повернення. Після цього він звільняє маркер і знову посилає його до мережі.
Крім маркера і звичайного пакета мережі Token-Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, що служить для переривання передачі (Abort). Він може бути надісланий у будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Цей пакет складається з двох однобайтових полів - початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників описаного формату.
Цікаво, що у швидшій версії Token-Ring (16 Мбіт/с і вище) застосовується так званий метод раннього формування маркера (ETR – Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправника.
Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі пакета, приєднаного до маркеру, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер. Інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід всього кільця мережі. В результаті в мережі може бути кілька пакетів одночасно, але завжди буде не більше одного вільного маркера. Цей конвеєр особливо ефективний у мережах великої протяжності, що мають значну затримку розповсюдження.
При підключенні абонента до концентратора він виконує процедуру автономного самотестування та тестування кабелю (у кільце він поки не вмикається, оскільки немає сигналу "фантомного" струму). Абонент посилає сам собі ряд пакетів і перевіряє правильність їх проходження (його вхід безпосередньо з'єднаний з його виходом блоком TCU, як показано на рис. 7.4). Після цього абонент включає себе в кільце, надсилаючи "фантомний" струм. У момент включення пакет, що передається по кільцю, може бути зіпсований. Далі абонент налаштовує синхронізацію та перевіряє наявність у мережі активного монітора. Якщо активного монітора немає, абонент розпочинає змагання за право стати ним. Потім абонент перевіряє унікальність власної адреси в кільці та збирає інформацію про інших абонентів. Після чого він стає повноправним учасником обміну через мережу.
У процесі обміну кожен абонент стежить за справністю попереднього абонента (кільце). Якщо він підозрює відмову попереднього абонента, він запускає процедуру автоматичного відновлення кільця. Спеціальний пакет керування (бакен) говорить попередньому абоненту про необхідність провести самотестування і, можливо, відключитися від кільця.
У мережі Token-Ring передбачено також використання мостів та комутаторів. Вони застосовуються для поділу великого кільця на кілька кільцевих сегментів, які мають можливість обміну пакетами між собою. Це дозволяє знизити навантаження на кожен сегмент і збільшити частку часу, що надається кожному абоненту.
В результаті можна сформувати розподілене кільце, тобто об'єднання кількох кільцевих сегментів одним великим магістральним кільцем (рис. 7.13) або зірково-кільцеву структуру з центральним комутатором, до якого підключені кільцеві сегменти (рис. 7.14).
Мал. 7.13.Об'єднання сегментів магістральним кільцем за допомогою мостів
Мал. 7.14.Об'єднання сегментів центральним комутатором
Вступ
Технологія мереж Token Ring була вперше представлена IBM в 1982 році і в 1985 році була включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engeneers) як стандарт 802.5. Token Ring, як і раніше, є основною технологією IBM для локальних мереж (LAN), поступаючись за популярністю серед технологій LAN тільки Ethernet/IEEE 802.3. Мережі Token Ring працюють із двома бітовими швидкостями - 4 Мб/с та 16 Мб/с. Перша швидкість визначена у стандарті 802.5, а друга є новим стандартом де-факто, що з'явився внаслідок розвитку технології Token Ring.
У Token Ring кабелі підключаються за схемою "зірка", проте він функціонує як логічне кільце.
У логічному кільці циркулює маркер (невеликий кадр спеціального формату, званий іноді токеном), коли він доходить до станції, вона захоплює канал. Маркер завжди циркулює в одному напрямку. Вузол, що отримує маркер у найближчого вищерозташованого активного сусіда передає його нижчерозташованому. Кожна станція в кільці отримує дані із зайнятого маркера та відправляє їх (точно повторюючи маркер) сусідньому вузлу мережі. У такий спосіб дані циркулюють по кільцю до того часу, поки досягнуть станції – адресата. У свою чергу ця станція зберігає дані і передає їх протоколам верхнього рівня, а кадр передає далі (змінивши в ньому два біти - ознака отримання). Коли маркер досягає станції-відправника - він вивільняється, і далі процес продовжується аналогічно.
У мережах Token Ring 16 Мб/с використовується також дещо інший алгоритм доступу до кільця, який називається алгоритмом “раннього звільнення маркера” (Early Token Release) . Відповідно до нього станція передає маркер доступу наступної станції відразу після закінчення передачі останнього біта кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з бітом підтвердження прийому. В цьому випадку пропускна здатність кільця використовується більш ефективно і наближається до 80% від номінальної. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер в мережі відсутня (якщо тільки кільце не забезпечує "раннього звільнення маркера"), тому інші станції, які бажають передати інформацію, змушені чекати. у мережах Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільнення маркера, новий маркер може бути випущений після завершення передачі блоку даних.
Мережі Тоken Ring використовують складну систему пріоритетів, яка дозволяє деяким станціям з високим пріоритетом, призначеним користувачем, частіше користуватися мережею. Блоки даних Token Ring містять два поля, які керують пріоритетом: поле пріоритетів та поле резервування.
Тільки станції з пріоритетом, який дорівнює або вище за величину пріоритету, що міститься в маркері, можуть заволодіти ним. Після того, як маркер захоплений і змінений (внаслідок чого він перетворився на інформаційний блок), тільки станції, пріоритет яких вище за пріоритет передавальної станції, можуть зарезервувати маркер для наступного проходу по мережі. При генерації наступного маркера до нього включається вищий пріоритет даної резервуючої станції. Станції, які підвищують пріоритет маркера, повинні відновити попередній рівень пріоритету після завершення передачі.
Коли кільце встановлено, інтерфейс кожної станції зберігає адреси попередньої станції та наступної станції у кільці. Періодично утримувач маркера розсилає один із SOLICIT_SUCCESSOR кадр, пропонуючи новим станціям приєднатися до кільця. У цьому кадрі вказані адреса відправника та адреса наступної за ним станції в кільці. Станції з адресами в цьому діапазоні адрес можуть приєднатися до кільця. Таким чином зберігається впорядкованість (за зростанням) адрес у кільці. Якщо жодна станція не відгукнулася на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, станція-власник маркера закриває вікно відповіді і продовжує функціонувати як завжди. Якщо є рівно один відгук, то станція, що відгукнулася, включається в кільце і ставати наступною в кільці. Якщо дві або більше станції відгукнулися, фіксується колізія. Станція-власник маркера запускає алгоритм дозволу колізій, посилаючи кадр RESOLVE_CONTENTION. Цей алгоритм – модифікація алгоритму зворотного двійкового лічильника на два розряди.
Кожна станція в інтерфейсі має два біти, які встановлюються випадково. Їх значення 0,1,2 і 3. Значення цих біт визначають величину затримки, при відгуку станції на запрошення підключитися до кільця. Значення цих біт встановлюються кожні 50mсек.
Процедура підключення нової станції до кільця не порушує найгірший гарантований час передачі маркера по кільцю. Кожна станція має таймер, який скидається коли станція отримує маркер. Перш ніж він буде скинутий, його значення порівнюється з деякою величиною. Якщо вона більша, то процедура підключення станції до кільця не запускається. У будь-якому випадку за один раз підключається не більше однієї станції за один раз. Теоретично станція може чекати підключення до кільця як завгодно довго, на практиці не більше кількох секунд. Однак, з точки зору додатків реального часу, це одне з найслабших місць 802.4.
Відключення станції від кільця дуже просто. Станція Х з попередником S та послідовником Р шле кадр SET_SUCCESSOR, який вказує Р що відтепер його попередником є S. Після цього Х припиняє передачу.
Ініціалізація кільця – це спеціальний випадок підключення станції до кільця. У початковий момент станція вмикається і слухає канал. Якщо вона не виявляє ознак передачі, вона генерує CLAIM_TOKEN маркер.
Якщо конкурентів не виявилося, вона генерує маркер сама і встановлює кільце з однієї станції. Періодично вона генерує кадри SOLICIT_SUCCESSOR, запрошуючи інші станції включитись у кільце. Якщо початковий момент відразу дві станції були включені, то запускається алгоритм зворотного двійкового лічильника з двома розрядами.
Під ISU (Information Symbol Unit) розуміється одиниця передачі
Загальна частина
У мережах Token Ring використовуються різні типи кадрів:
Data/Command Frame (кадр управління/дані), Token (маркер), Abort (кадр скидання).
Апаратне забезпечення мережToken Ring
При підключенні пристроїв до ARCNet застосовують топологію шина або зірка. Адаптери ARCNet підтримують метод доступу Token Bus (маркерна шина)
Змішування станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці не допускається.
Колізії
Через помилки передач та збоїв обладнання можуть виникати проблеми з передачею маркера - колізії. Стандарт Token Ring чітко визначає методи вирішення колізій:
Важливою для вирішення колізій є можливість станцій слухати після передачі.
У випадку, якщо станція передає маркер сусідній, а та в цей час відключається (наприклад через апаратний збій), то якщо не буде передач кадру або маркера, то маркер посилається вдруге.
Якщо і при повторній передачі маркера нічого не було, то станція посилає WHO_FOLLOWS кадр, де вказаний сусід, що не відповідає. Побачивши цей кадр, станція, для якої станція не відповідає - попередник, шле кадр SET_SUCCESSOR, і стає новим сусідом. При цьому станція, що не відповідає, виключається з кільця.
Якщо зупинилася не тільки наступна станція, а й наступна за нею - запускається нова процедура, посилкою кадру SOLICIT_SUCCESSOR_2. У ній бере участь процедура вирішення конфліктів. При цьому всі, хто хоче підключитися до кільця, можуть це зробити. Фактично кільце встановлюється.
Інший вид проблем виникає, коли зупиняється утримувач маркера та маркер зникає з кільця. Ця проблема вирішується запуском процедури ініціалізації кільця. Кожна станція має таймер, який скидається щоразу, коли маркер з'являється. Якщо значення цього таймера перевищить деяке заздалегідь встановлене значення (time out), станція генерує кадр CLAIM_TOKEN. У цьому запускається алгоритм зворотного двійкового лічильника.
Якщо було два і більше маркерів на шині, станція, що володіє маркером, побачивши передачу маркера на шині, скидає свій маркер. Так повторюється до тих пір, поки не залишиться рівно один маркер в системі.
Не всі станції у кільці рівні. Одна зі станцій позначається як активний монітор,що означає додаткову відповідальність з управління кільцем. Активний монітор здійснює управління тайм-аутом у кільці, породжує нові маркери (якщо необхідно), щоб зберегти робочий стан, та генерує діагностичні кадри за певних обставин. Активний монітор вибирається, коли кільце ініціалізується, і як може виступити будь-яка станція мережі. Алгоритм визначення активного монітора наступний: при включенні чи якщо якась станції помітить відсутність монітора, вона посилає CLAIM_TOKEN кадр. Якщо вона перша, хто надіслав такий кадр, то вона і стає монітором
Якщо монітор відмовив з будь-якої причини, існує механізм, за допомогою якого інші станції (резервні монітори) можуть домовитись, яка з них буде новим активним монітором. Однією з функцій для яких служить активний монітор є видалення з кільця блоків даних, що постійно циркулюють. Якщо пристрій, що надіслав блок даних,
відмовило, цей блок може постійно циркулювати по кільцю. Це може перешкодити іншим станціям передавати власні блоки даних та фактично блокує мережу. Активний монітор може виявляти та видаляти такі блоки та генерувати новий маркер. Важливою функцією монітора є встановлення задерки на кільці, затримка повинна бути достатня, щоб у кільці вмістився 24-бітовий маркер.
Зоряна топологія мережі IBM Token Ring також сприяє підвищенню загальної надійності мережі. Т.к. вся інформація мережі Token Ring розглядається активними MSAU, ці пристрої можна запрограмувати так, щоб вони перевіряли наявність проблем і при необхідності вибірково видаляли станції з кільця.
Алгоритм Token Ring, званий "сигналізуючим" ( beaconing), виявляє та намагається усунути деякі несправності мережі. Якщо яка-небудь станція виявить серйозну проблему в мережі (наприклад, обрив кабелю), вона надсилає сигнальний блок даних. Сигнальний блок даних вказує домен несправності, до якого входять станція, що повідомляє про несправність, її найближчий активний сусід, що знаходиться вище за потоком інформації (NAUN), і все, що знаходиться між ними. Сигналізація ініціалізує процес, що називається "автореконфігурацією" ( autoreconfiguration), в ході якого вузли, розташовані в межах відмови домену, автоматично виконують діагностику, намагаючись реконфігурувати мережу навколо зони, що відмовила. У фізичному плані MSAU може це зробити за допомогою електричної реконфігурації.
Практична частина
Нехай ми маємо мережу з 50 станцій, що працює на швидкості 10 Мбіт/сек і налаштована так, що на підстанції з пріоритетом 6 залишається 1/3 пропускної спроможності. Тоді кожна станція має гарантовано для пріоритету швидкість 6 не менше 67 Кб/с. Ця пропускна здатність може бути використана для керування пристроями у реальному масштабі часу.
Важливою проблемою при створенні кільцевої мережі є фізична довжина біта. Нехай дані передаються зі швидкістю R Mbps. Це означає, що кожні 1/R ms лінії з'являється біт. Враховуючи, що сигнал поширюється зі швидкістю 200 m/ms, один біт займає 200/R метрів кільця. Звідси, при швидкості 1 Мbps і довжині кола 1 км кільце вміщує трохи більше 5 біт одночасно.
Наслідком конструкції мережі кільце з маркером є те, що мережа повинна мати достатню протяжність, щоб маркер можуть уміститися в ній цілком навіть коли всі станції знаходяться в очікуванні. Затримки складаються із двох компонентів - 1 біт затримка на інтерфейсі станції та затримка поширення сигналу. Враховуючи, що станції можуть вимикатися, наприклад
на ніч, що на кільці має бути штучна затримка, якщо кільце мало довге. При малому завантаженні станції в мережі кільце з маркером одразу зможуть надсилати свої повідомлення. У міру зростання завантаження у станцій зростатимуть черги на передачу і вони відповідно до кільцевого алгоритму захоплюватимуть маркер і вестиму передачу. Поступово завантаження кільця зростатиме поки не досягне 100%.
Формат маркеру
Кадр маркера складається з трьох полів, кожне завдовжки один байт.
Поле початкового обмежувачаз'являється на початку маркера, а також на початку будь-якого кадру, що проходить по мережі. Поле складається з унікальної серії електричних імпульсів, які відрізняються від тих імпульсів, якими кодуються одиниці та нулі в байтах даних. Тому початковий обмежувач не можна сплутати з якоюсь бітовою послідовністю.
Поле контролю доступу.Поділяється на чотири елементи даних:
PPP T M RRR,
де PPP – біти пріоритету, T – біт маркера, M – біт монітора, RRR – резервні біти.
Кожен кадр чи маркер має пріоритет, що встановлюється бітами пріоритету (значення від 0 до 7, 7 – найвищий пріоритет). Станція може скористатися маркером, якщо вона отримала маркер з пріоритетом, меншим чи рівним, ніж її власний. Мережевий адаптер станції, якщо йому вдалося захопити маркер, поміщає свій пріоритет у резервні біти маркера, але у тому разі, якщо записаний у резервних бітах пріоритет нижче його. Ця станція матиме переважний доступ при наступному надходженні до неї маркера.
Схему використання пріоритетного методу захоплення маркера показано на малюнку 13. Спочатку монітор поміщає в полі поточного пріоритету P максимальне значення пріоритету, а поле резервного пріоритету R обнулюється (маркер 7110). Маркер проходить по кільцю, в якому станції мають поточні пріоритети 3, 6 і 4. Так як ці значення менше, ніж 7, то захопити маркер станції не можуть, але вони записують своє значення пріоритету в полі резервного пріоритету, якщо їх пріоритет вищий за його поточний значення. В результаті маркер повертається до монітора зі значенням резервного пріоритету R = 6. Монітор переписує це значення в полі P, а значення резервного пріоритету обнуляє і знову відправляє маркер по кільцю. При цьому оборот його захоплює станція з пріоритетом 6 - найвищим пріоритетом в кільці в даний момент часу.
Біт маркера має значення 0 для маркера та 1 для кадру.
Біт монітора встановлюється в 1 активним монітором та в 0 будь-який інший станцією, що передає маркер або кадр. Якщо активний монітор
бачить маркер або кадр, що містить біт монітора в 1, активний монітор знає, що цей кадр або маркер вже одного разу обійшов кільце і не був оброблений станціями. Якщо це кадр, він видаляється з кільця. Якщо це маркер, активний монітор переписує пріоритет з резервних бітів отриманого маркера в полі пріоритету. Тому при наступному проході маркера кільцем його захопить станція, що має найвищий пріоритет.
Поле кінцевого обмежувача– останнє поле маркера. Так само, як і поле початкового обмежувача, поле містить унікальну серію електричних імпульсів, які не можна сплутати з даними. Окрім позначки кінця маркера це поле також містить два підполя: біт проміжного кадру та біт помилки.
--------
Поля Start delimiter та End delimiter призначені для розпізнавання початку та кінця кадру. Вони мають спеціальне кодування, яке не може зустрітися у користувача. Тому поля довжина кадру не потрібні. Поле Frame control відокремлює керуючі поля від полів даних. Для кадрів даних вказується пріоритет кадру. Це поле також використовується станцією одержувачем для підтвердження коректного чи не коректного отримання кадру. Без цього поля одержувача було б позбавлено можливості давати підтвердження - він не має маркера.
Token ringіFDDI
Технологія Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - перша технологія локальних мереж, яка використовувала як середовище передачі оптоволоконний кабель.
FDDI по суті є швидкодіючим варіантом Token Ring на волоконній оптиці. На відміну від Token Ring FDDI реалізується без традиційних концентраторів-хабів. Ще однією відмінністю FDDI від Token Ring є можливість передавати дані одночасно, тобто. у мережах FDDI може одночасно циркулювати кілька кадрів.
За своєю топологією FDDI складається з двох логічних кілець з циркуляцією маркерів щодо них у протилежних напрямках. Кільця утворюють основний та резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець - це основний спосіб підвищення стійкості до відмов у мережі FDDI, і вузли, які хочуть ним скористатися, повинні бути підключені до обох кільцях. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки первинного кабелю (Primary) кільця, тому цей режим названий режимом Thru - "наскрізним" або "транзитним". Вторинне кільце (Secondary) у цьому режимі не використовується. У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце поєднується з вторинним
), утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто "згортання" або "згортання" кілець. Операція згортання здійснюється силами концентраторів та/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані первинного кільця завжди передаються проти годинникової стрілки, а по вторинному - годинникової. Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій, як і раніше, залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати та приймати інформацію сусідніми станціями.
У FDDI досягається бітова швидкість 100 Мб/с
Процедура ініціалізації FDDI дещо відрізняється від ініціалізації Token Ring:
Для виконання процедури ініціалізації кожна станція мережі повинна знати свої вимоги до максимального часу обороту токена по кільцю. Ці вимоги містяться в параметрі, що називається "потрібний час обороту токена" - TTRT (Target Token Rotation Time).
Параметр TTRT відбиває ступінь потреби станції у пропускної спроможності кільця - що менше час TTRT, то частіше станція бажає отримувати токен передачі своїх кадрів. Процедура ініціалізації дозволяє станціям дізнатися про вимоги на час обороту токена інших станцій і вибрати мінімальний час як загальний параметр T_Opr, на підставі якого надалі розподілятиметься пропускна здатність кільця. Параметр TTRT повинен перебувати в межах від 4 до 165 мс і може змінюватися адміністратором мережі.
Для проведення процедури ініціалізації станції обмінюються службовими кадрами МАС-рівня – кадрами Claim. Ці кадри мають у полі управління значення 1L00 0011, поле адреси призначення містить адресу джерела (DA = SA), а поле інформації міститься 4-х байтове значення запитуваного часу обороту токена T_Req.
Якщо будь-яка станція вирішує розпочати процес ініціалізації кільця з власної ініціативи, вона формує кадр Claim Token зі своїм значенням необхідного часу обороту токена TTRT, тобто надає полю T_Req своє значення TTRT. Захоплення токена для надсилання кадру Claim не потрібне. Будь-яка інша станція, отримавши кадр Claim Token, починає виконувати процес Claim Token. При цьому станції встановлюють ознаку знаходження кільця у працездатному стані Ring_Operational у стан False, що означає відміну нормальних операцій з передачі токена і кадрів даних. У цьому стані станції обмінюються лише службовими кадрами Claim.
Для виконання процедури ініціалізації кожна станція підтримує таймер поточного часу обороту токена TRT (Token Rotation Timer), який також використовується і в подальшому при роботі кільця в нормальному режимі. Для спрощення викладу вважатимемо, що це таймер, як та інші таймери станції, ініціалізується нульовим значенням і потім нарощує своє значення певної величини, званої порогом закінчення таймера. (У реальному кільці FDDI усі таймери працюють у двійковому додатковому коді).
Таймер TRT запускається кожною станцією при виявленні моменту початку процедури Claim Token. Як граничне значення таймера вибирається максимально допустимий час обороту токена, тобто 165 мс. Закінчення таймера TRT до завершення процедури означає її невдале закінчення - кільце не вдалося ініціалізувати. У разі невдачі процесу Claim Token запускається процес Beacon і Trace, за допомогою яких станції кільця намагаються виявити некоректно працюючу частину кільця і відключити її від мережі.
Під час виконання процесу Claim Token кожна станція спочатку може надіслати по кільцю кадр Claim зі значенням T_Req, що дорівнює значенням її параметра TTRT. При цьому вона встановлює значення T_Opr, що дорівнює значенню TTRT. Розглянемо приклад кільця, що ініціалізується, наведений на малюнку 9.
У певний момент часу всі станції передали по кільцю свої пропозиції щодо значення максимального часу обороту токена: 72 мс, 37 мс, 51 мс та 65 мс. Станція, прийнявши кадр Claim від попередньої станції, має порівняти значення T_Req, зазначене у кадрі зі значенням TTRT своєї пропозиції.
Якщо інша станція просить встановити час обороту токена менше, ніж ця (тобто T_Req
Станція, яка є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щоб видалити кадр з мережі, після того, як він, здійснивши повний оберт, знову дійде до неї.
Початкові версії різних складових частин стандарту FDDI були розроблені комітетом Х3Т9.5 у 1986 – 1988 роках, і тоді ж з'явилося перше обладнання – мережні адаптери, концентратори, мости та маршрутизатори, що підтримують цей стандарт.
В даний час більшість мережевих технологій підтримують оптоволоконні кабелі як один з варіантів фізичного рівня, але FDDI залишається найбільш відпрацьованою високошвидкісною технологією, стандарти на яку пройшли перевірку часом і устоялися, так що обладнання різних виробників показує гарний ступінь сумісності.
Блок-схеми
Token Ring
Ring Token Ringпрацюють із двома... технології Token Ring. Змішування станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці не допускається. Мережі Token Ring ...Розробка локальної обчислювальної мережівиробничого кооперативу
Курсова робота >> ІнформатикаЗаконодавцем моди технології Token Ring, виробляючи близько 60% мережевих адаптерів цієї технології. Мережі Token Ringпрацюють із двома... Token Ringє більш складною технологієюніж Ethernet. Вона має властивості відмовостійкості. У мережі Token Ring ...
Технологіїкомутації кадрів frame switching у локальних мережах
Реферат >> Інформатика... (frame switching) у локальних мережахОбмеження традиційних технологій(Ethernet, Token Ring), заснованих на середовищах, що розділяються... передачі в мережах Token Ringабо FDDI (рисунок 2.13). Принцип роботи комутатора в мережахбудь-яких технологійзалишався...