Нижегородський філія
Курсова робота
З дисципліни: Мережі ЕОМ та телекомунікації
Тема: Характеристика мережі Token Ring
Студента Тарасова Артема Юрійович
Вступ
1. Основна частина
висновок
глосарій
Вступ
Локальні мережі (Local Area Networks, LAN) - це об'єднання комп'ютерів, зосереджених на невеликій території, зазвичай в радіусі не більше 1-2км. У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, Що належить одній організації.
Потреби користувачів обчислювальної техніки зростали. Їх уже не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері, їм хотілося в автоматичному режимі обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Так з'явилися локальні мережі всередині підприємств.
На перших порах для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися нестандартні програмно-апаратні засоби. Різноманітні пристрої сполучення, що використовують свій власний спосіб надання даних на лініях зв'язку, свої типи кабелів і т.п., могли з'єднувати тільки ті конкретні моделі комп'ютерів, для яких були розроблені, наприклад, міні-комп'ютери PDP-11 з мейнфреймів IBM 360 або комп'ютери "Наірі" з комп'ютерами "Дніпро".
В середині 80-х років стан справ в локальних мережах стало кардинально мінятися. Утвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів в мережу - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, дещо пізніше - FDDI. Потужним стимулом для їх появи послужили персональні комп'ютери. ПК стали переважати в локальних мережах, причому в якості не тільки клієнтських комп'ютерів, Але і як центри зберігання і обробки даних, тобто мережевих серверів, Потіснивши з цих звичних ролей міні-комп'ютери і мейнфрейми.
Кінець 90-х виявив явного лідера серед технологій локальних мереж - сімейство Ethernet, до якого увійшли класична технологія Ethernet 10Мбіт / с, а так само Fast Ethernet 100Мбит / с і Gigabit Ethernet 1000 Мбіт / с.
Технологія Token Ring була розроблена компанією IBM в 1984году, а потім передана в якості проекту стандарту в комітет IEEE 802, який на її основі прийняв в 1985 році стандарт 802.5 Компанія IBM використовує технологію Token Ring в якості своєї основної мережевої технології для побудови локальних мереж на основі комп'ютерів різних класів - мейнфреймів, міні-комп'ютерів і персональних комп'ютерів. В даний час саме компанія IBM є основним законодавцем моди технології Token Ring, виробляючи близько 60% мережевих адаптерів цієї технології.
1. Основна частина
1.1 Загальні відомості про технології Token Ring
Мережа Token Ring була запропонована фірмою IBM в 1984 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Призначенням Token Ring було об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM (від персональних до великих). Уже той факт, що її підтримує фірма IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, Говорить про те, що вона займає особливе місце серед комп'ютерних мереж. Але не менш важливо й те, що Token Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5 Це ставить дану мережу на один рівень за статусом з Ethernet.
Фірма IBM зробила все для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. В результат 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 була розроблена концепція NetBIOS. До речі, якщо в розробленій раніше мережі PC Network програми NetBIOS програми зберігалися у вбудованій в адаптер постійній пам'яті, то в мережі Token Ring вже застосовувалася емулююча NetBIOS програма, що дозволяло більш гнучко реагувати на особливості конкретної апаратури, підтримуючи при цьому сумісність з програмами більш високого рівня .
У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token Ring виявляється помітно дорожче, так як використовує більш складні методи управління обміном, тому поширена мережа Token Ring значно менше. Однак її застосування стає виправданим, коли потрібні великі інтенсивності обміну (наприклад, при зв'язку з великими комп'ютерами) і обмежений час доступу.
Малюнок 1.1 - Зоряно-кільцева топологія мережі Token Ring
Мережа Token Ring має топологію "кільце", хоча зовні вона більше нагадує "зірку". Це зв'язано з тим що окремі абоненти (Комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Тому фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис.1.1). Насправді ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожен з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого сусіднього абонента.
Мережі Token Ring і IEEE 802.5 в основному майже сумісні, хоча їх специфікації мають відносно невеликі відмінності. Мережа Token Ring IBM обумовлює звездообразное з'єднання, про що я розповів вище. У той час як IEEE 802.5 не обумовлює топологію мережі (хоча віртуально всі реалізації IEEE 802.5 теж базуються на зіркоподібній мережі). Є й інші відмінності, в тому числі тип носія (IEEE 802.5 не обумовлює тип носія, в той час як мережі Token Ring IBM використовують виту пару) І розмір поля маршрутної інформації.
На відміну від мереж CSMA / CD (наприклад, Ethernet) мережі з передачею маркера є детерминистическими мережами. Це означає, що можна обчислити максимальний час, який пройде, перш ніж будь-яка кінцева станція зможе передавати. Ця характеристика, а також деякі характеристики надійності, роблять мережу Token Ring ідеальної для застосувань там, де затримка повинна бути передбачена і важлива стійкість функціонування мережі. Прикладами таких застосувань є середовище автоматизованих станцій на заводах. Застосовується як більш дешева технологія, набула поширення всюди, де є відповідальні додатки, для яких важлива не стільки швидкість, скільки надійна доставка інформації. В даний час Ethernet по надійності не поступається Token Ring і істотно вище за продуктивністю.
Існують 2 модифікації по швидкостям передачі: 4Мб / с і 16Мб / с. У Token Ring 16Мб / с використовується технологія раннього звільнення маркера. Суть цієї технології полягає в тому, що станція, "захопила маркер", після закінчення передачі даних генерує вільний маркер і запускає його в мережу. Спроби запровадити 100Мб / с технологію не увінчалися успіхом. В даний час технологія Token Ring не підтримується.
1.2 Маркерний метод доступу до середи
У мережі Token Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, до якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних. Звідси випливає таке важливе гідність даної мережі, як відсутність конфліктів, але звідси ж слідують такі недоліки, як необхідність контролю за цілісністю маркера і залежність функціонування мережі від кожного з абонентів (в разі несправності абонент обов'язково повинен бути виключений з кільця).
Малюнок 2.1 - Формат маркера мережі Token Ring
Для контролю за цілісністю маркера використовується один з абонентів (так званий активний монітор). Його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі і формують в разі потреби новий маркер. Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, їм може бути будь-який комп'ютер мережі. Якщо активний монітор з якоїсь - то причини виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, за допомогою якого інші абоненти (запасні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора.
Маркер є керуючий пакет, що містить всього три байта (рис.2.1): байт початкового поділу (SD - Start Delimiter), байт управління доступом (AC - Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED - End Delimiter). Початковий роздільник і кінцевий розділіть являють собою не просто послідовність нулів і одиниць, а містять імпульси спеціального виду. Завдяки цьому дані роздільники не можна сплутати ні з якими іншими байтами пакетів. Чотири біта роздільник є нульові біти в прийнятій кодуванні, а чотири інших біта не відповідають коду Манчестер - П: протягом двох бітових інтервалів утримується один рівень сигналу, а в перебігу двох інших - інший рівень. В результаті такий збій синхронізації легко виявляється приймачем.
Малюнок 2.2 - Формат байта управління доступом
Байт управління розділений на чотири поля (рис.2.2): три біта пріоритету, біт маркера, біт монітора і три біта резервування. Біти пріоритету дозволяють абоненту привласнювати пріоритет своїм пакетам або маркера (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритету, а 0 - наинизший). Абонент може приєднати до маркера свій пакет тільки тоді, коли його власний пріоритет такий же або вище пріоритету маркера. Біт маркера визначає, приєднані чи до маркера пакет (одиниця відповідає маркера без пакета, нуль - маркера з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що даний маркер переданий активним монітором. Біти резервування дозволяє абоненту зарезервувати своє право на подальше захоплення мережі, тобто, так би мовити, зайняти чергу на обслуговування. Якщо пріоритет абонента вище, ніж поточне значення поля резервування, він може просити за свій пріоритет замість колишнього.
Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта управління доступом, в пакет входять також байт управління пакетом, мережеві адреси приймача і передавача, дані, контрольна сума і байт стану, пакета.
Малюнок 2.3 - Формат пакета мережі Token Ring (довжина полів дана в байтах)
Призначення полів пакету наступне:
Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета.2. Байт управління доступом (AC) має те ж значення, що і в маркере.3. Байт управління пакетом (FC - Frame Control) визначає тип пакету (кадру) .4. Шестібайтовие адреси відправника і одержувача пакету мають стандартний формат.5. Поле даних включає в себе передану інформацію або інформацію управління обменом.6. Поле контрольної суми являє собою 32 - розрядну циклічну контрольну суму пакету (CRC) .7. Кінцевий роздільник є ознакою кінця пакету. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним в послідовності переданих пакетів, а також містить ознака хибності пакета (для цього виділені спеціальні біти) .8. Байт стану пакета говорить про те, що відбувалося з даними пакетом: чи був він прийнятий і скопійований в пам'ять приймача. По ньому відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.
мережу token ring маркер
Зазначу, що більший допустимий розмір переданих даних в одному пакеті в порівнянні з мережею Ethernet може стати вирішальним фактором для збільшення продуктивності мережі. Теоретично для швидкості передачі 16Мб / с довжина поля даних може досягати навіть 18Кбайт, що дуже важливо при передачі великих обсягів даних. Але навіть при швидкості 4 Мбіт / с завдяки маркерні методом доступу мережу Token Ring часто забезпечує велику фактичну швидкість передачі, ніж більш швидка мережу Ethernet (10Мбіт / с), особливо при великих навантаженнях (Понад 30 - 40%), коли помітно позначається недосконалість методу CSMA / CD, який в цьому випадку витрачає багато часу на дозвіл повторних конфліктів.
Крім маркера і звичайного пакета, в мережі Token Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, службовець для переривання передачі. Він може бути посланий в будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Пакет цей складається всього з двох однобайтових полів - початкового і кінцевого роздільників описаного формату.
Цікаво, що більш швидкої версії Token Ring (16Мб / с і вище) застосовується так званий метод раннього формування маркера (ETR - Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі в той час, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправнику. Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі свого пакета, приєднаного до маркера, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер, тобто всі інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу ж після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід всього кільця мережі.
Як вже говорилося раніше, мережа Token Ring має топологію "кільце". Нагадаю, що окремі абоненти приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Тому фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис.1.1). Насправді ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожен з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого сусіднього абонента.
Концентратор (MAU) при цьому тільки дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль за роботою мережі і т.д. (Рис 3.1). Для приєднання кабелю до концентратора застосовуються спеціальні роз'єми, які забезпечують сталість замкнутості кільця навіть при відключенні абонента від мережі. Концентратор в мережі може бути і єдиним, в цьому випадку кільце замикаються тільки абоненти, підключені до нього.
Малюнок 3.1 - З'єднання абонентів мережі Token Ring в кільце за допомогою концентратора (MAU)
У кожному кабелі, що з'єднує адаптери і концентратор (адаптерні кабелі, adapter cable), знаходяться на самому ділі дві різноспрямовані лінії зв'язку. Такими ж двома різноспрямованими лініями зв'язку, що входять в магістральний кабель (path cable), об'єднаються між собою в кільце різні концентратори (рис 3.2), хоча для цієї ж мети можна використовувати і єдина однонаправлена \u200b\u200bлінія зв'язку (рис 3.3).
Малюнок 3.2 Об'єднання концентраторів двобічної лінією зв'язку
Малюнок 3.3 Об'єднання концентраторів односпрямованої лінією зв'язку
Конструктивно концентратор являє собою автономний блок з вісьмома 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.3.4). Існують настінний і настільний варіанти концентратора.
Кілька концентраторів можуть конструктивно об'єднуватися в групи, 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 в кластер входить два концентратора).
Малюнок 3.4 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. Вита пара застосовується як неекранована (UTP), так і екранована (STP).
Основні технічні характеристики мережі Token Ring:
Максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU - 12.
Максимальна кількість абонентів в мережі - 96.
Максимальна довжина кабелю між абонентом і концентратором - 45м.
Максимальна довжина кабелю між концентраторами - 45м.
Максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120м.
Швидкість передачі даних - 5 Мб / с і 16Мб / с.
Всі наведені характеристики відносяться до випадку неекранованої кручений пари. У разі застосування іншого середовища передачі характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари кількість абонентів може бути збільшено до 260 (замість 96), довжина кабелю - до 100м (замість 45), кількість концентраторів - до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори - до 200м. Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до 1км.
Як бачимо, мережа Token Ring поступається мережі Ethernet як по допустимому розміру мережі, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в даний час ведеться розробка версії Token Ring на швидкість 100 Мбіт / с і на 1000 Мбіт / с. Фірма IBM зовсім не збирається відмовляється від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.
Для передачі інформації в Token Ring використовується варіант коду Манчестер - П. Як і в будь-який зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному погодженням і зовнішньому заземлення не потрібне.
Для приєднання 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 настройки адрес і переривань системної шини. Якщо мережу Ethernet можна побудувати тільки на адаптерах і кабелі, то для мережі Token Ring обов'язково потрібно купувати концентратори. Це також збільшує вартість апаратури Token Ring.
У той же час на відміну від Ethernet мережу Token Ring краще тримає навантаження (більше 30 - 40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це вкрай необхідно, наприклад, в мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може привести до серйозних аварій.
висновок
У цій роботі я розглянув локальну мережу Token Ring, її переваги і недоліки, а так же порівнював її з мережею Ethernet. В процесі роботи над цим курсовим проектом я дізнався, що мережі Token Ring засновані на детерминистических алгоритмах. Token Ring будується на основі кільцевої топології. Передача даних можливо тільки за кільце від одного вузла другого, від другого до третього і так далі. У тому випадку, якщо передача даних не здійснюється, в мережі циркулює кадр спеціального формату - маркер (token). Якщо комп'ютер повинен передати кадр даних, він очікує отримання маркера. Отримавши маркер, комп'ютер замість маркера відправляє кадр даних по кільцю, який передається до одержувача, а далі від одержувача до відправника. Отримавши відправлений раніше маркер, відправник повертає маркер в мережу. Після цього право на передачу фрейму даних може бути отримано іншим комп'ютером, перехопили маркер. Таким чином, право на передачу даних по черзі переходить від одного комп'ютера до іншого. Смуга пропускання мереж Token Ring - 4 і 16Мбіт / с, кількість комп'ютерів в одному логічному кільці - до 240.
Мережі Token Ring характеризує поділюване середовище передачі даних, яка в даному випадку складається з відрізків кабелю, що з'єднують все станції мережі в кільце. Кільце розглядається як загальний розділяється ресурс, і для доступу до нього потрібно не випадковий алгоритм, як в мережах, а детермінований, заснований на передачі станціям права на використання кільця у визначеному порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, званого маркером або токеном (token).
Технологія Token Ring є більш складною технологією, ніж Ethernet. Вона має властивості відмовостійкості. У мережі Token Ring визначені процедури контролю роботи мережі, які використовують зворотній зв'язок кільцеподібної структури - посланий кадр завжди повертається в станцію - відправник. У деяких випадках виявлені помилки в роботі мережі усуваються автоматично, наприклад, може бути відновлений втрачений маркер. В інших випадках помилки тільки фіксуються, а їх усунення виконується вручну.
Мережі Token Ring застосовується в основному на підприємствах, де потрібна висока надійність роботи. Таким чином, вибір мережі Token Ring є кращим рішенням для організації надійної, безперебійної роботи мережі.
глосарій
Список використаних джерел
Нормативні правові акти
1.Високопродуктивні мережі. Енциклопедія користувача: Пер. з англ. / Марк А. Спортак і ін. - К .: Видавництво "ДиаСофт", 1998. - 432с. 2.Гук М. Апаратні засоби локальних мереж. Енциклопедія - СПб .: Видавництво "Пітер", 2000. - 576с .: іл. .Комп'ютерні мережі. Принципи, технології, протоколи. В.Г.. Оліфер, Н.А. Оліфер. - СПб: Видавництво "Пітер", 1999. - 672с .: іл. .Комп'ютерні мережі +. Навчальний курс (MSCE 70-058) / Пер. з англ. - М .: "Російська редакція", 2000. - 552с. .Кульгин М. Технології корпоративних мереж. Енциклопедія - СПб: Видавництво "Пітер", 2000. - 704м .: ил.
Token Ring - це ще одна архітектура локальних мереж, стандартизована організацією IEEE. Вона має багато спільних властивостей з Ethernet і іншими мережевими технологіями, специфікації яких описуються сімейством стандартів IEEE 802. В результаті мережі Token Ring можуть взаємодіяти з іншими архітектурами за допомогою перетворюють мостів. Технологія Token Ring був розроблена компанією IBM в 1984 році, а потім передана в якості проекту стандарту в комітет IEEE 802, який на її основі прийняв в 1985 році стандарт 802.5. Мережі Token Ring працюють з двома бітовими швидкостями - 4 і 16 Мбіт / с. На сьогоднішній день існують рекомендації, які передбачають підвищення швидкості передачі сигналів Token Ring до 100, 128 Мбіт / с, а в перспективі і до 1 Гбіт / с.
У своїй «канонічній» формі технологія Token Ring (естафетної кільце) є чітко визначеною і ефективної архітектурою локальних мереж. Свою назву він отримала завдяки «карусельної» схемою доступу до середовища. На відміну від технології Ethernet, Що допускає хаотичний і невпорядкований множинний доступ до середовища, Token Ring дозволяє вести передачу в певний момент часу тільки одного пристрою. Тому конфлікти не можуть виникнути в принципі. Доступ до середовища надається всім мережевих пристроїв в порядку черговості шляхом передачі маркера (Token). У мережі може циркулювати тільки один маркер, якому передавальний пристрій надає форму заголовка кадру даних. Без маркера пристрій не може сконструювати заголовок кадру даних і не може передати його. Дані кадра копіюються в буфер пристрою одержувача, після чого деякі біти заголовка кадру інвертуються, підтверджуючи тим самим прийом даних. Потім кадр продовжує свою подорож по кільцю. Коли він повертається до пристрою-відправнику, воно вилучає кадр з мережі і видаляє з нього адресу передбачуваного одержувача і власне корисні дані. Якщо це ж пристрій збирається передати ще якісь дані, воно має право знову сформувати кадр і помістити його в кільце. В іншому випадку заголовок знову перетвориться в маркер, поміщається в середу передачі і відправляється наступного пристрою.
Щоб жодна зі станцій не "монополізувала» всю смугу частот, так званий таймер захоплення маркера (Token Holding Timer) відстежує і регулює максимальний проміжок часу, протягом якого станція має ексклюзивне право на передачу даних. Зазвичай час утримання маркера за замовчуванням дорівнює 10 мс. Максимальний розмір кадру в стандарті 802.5 не визначений. Для мереж 4 Мбіт / с він зазвичай дорівнює 4 Кбайт, а для мереж 16 Мбіт / с - 16 Кбайт. Це пов'язано з тим, що за час утримання маркера станція повинна встигнути передати хоча б один кадр.
У мережах Token Ring 16 Мбіт / с використовується також дещо інший алгоритм доступу до кільця, званий алгоритмом раннього звільнення маркера (Early Token Release). Відповідно до нього станція передає маркер доступу наступної станції відразу ж після закінчення передачі останнього біта кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з бітом підтвердження прийому. В цьому випадку пропускна спроможність кільця використовується більш ефективно, так як по кільцю одночасно просуваються кадри декількох станцій.
Для різних видів повідомлень, переданих кадрів, можуть призначатися різні пріоритети: Від 0 (нижчий) до 7 (вищий). Рішення про пріоритет конкретного кадру приймає передавальна станція. Маркер також завжди має деякий рівень поточного пріоритету. Станція має право захопити переданий їй маркер тільки в тому випадку, якщо пріоритет кадру, який вона хоче передати, вище (або дорівнює) пріоритету маркера. В іншому випадку станція зобов'язана передати маркер наступної по кільцю станції. За наявність в мережі маркера, причому єдиною його копії, відповідає активний монітор - одна із станцій, обрана на цю роль під час ініціалізації кільця як станція з максимальним значенням МАС-адреси.
Стандарт Token Ring фірми IBM спочатку передбачав побудову зв'язків в мережі за допомогою концентраторів, які називаються MAU (Multistation Access Unit) (рис. 22). У загальному випадку мережа Token Ring має комбіновану зірково-кільцеву конфігурацію. Кінцеві вузли підключаються до концентратора (MAU) по топології зірки, а самі MAU об'єднуються через спеціальні порти Ring In (RI) і Ring Out (RO) для утворення магістрального фізичного кільця. 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 їх ресинхронізацію пасивний MAU не виконує. Активний концентратор виконує функції регенерації сигналів і тому іноді називається повторювачем, як в стандарті Ethernet.
Мал. 22. Фізична конфігурація мережі Token Ring
Всі станції в кільці повинні працювати на одній швидкості - або 4 Мбіт / с, або 16 Мбіт / с. Кабелі, що з'єднують станцію з концентратором, називаються абонентськими, А кабелі, що з'єднують концентратори, - магістральними. Технологія Token Ring дозволяє використовувати для з'єднання кінцевих станцій і концентраторів різні типи кабелю: STP Type 1, UTP Type 3, UTP Type 5, а також волоконно-оптичний кабель. При використанні екранованої кручений пари STP Type 1 з номенклатури кабельної системи IBM в кільце допускається об'єднувати до 260 станцій при довжині абонентських кабелів до 100 метрів, а при використанні неекранованої кручений пари максимальна кількість станцій скорочується до 72 при довжині абонентських кабелів до 45 метрів. Відстань між пасивними MAU може досягати 100 м при використанні кабелю STP Type 1 і 45 м при використанні кабелю UTP Type 3. Між активними MAU максимальна відстань збільшується відповідно до 730 м або 365 м в залежності від типу кабелю. Максимальна довжина кільця Token Ring становить 4000 м, хоча це обмеження не є такими жорсткими, як в технології Ethernet.
Нещодавно компанія IBM запропонувала новий варіант технології Token Ring, названий High-Speed \u200b\u200bToken Ring, HSTR. Ця технологія підтримує бітові швидкості в 100 і 155 Мбіт / с, зберігаючи основні особливості технології Token Ring 16 Мбіт / с. ТехнологіяToken Ring підтримує наступні типи кадрів:
· Кадр маркера;
· Кадр даних;
· Кадр даних LLC;
· кадри управління MAC;
· Кадр переривання передачі.
Технологія Token Ring IEEE 802.5 використовує для управління доступом до середовища передачі спеціальну конструкцію з послідовності бітів, відому під назвою маркер.
кадр маркера складається з трьох полів, кожне довжиною в один байт:
· початковий обмежувач (Starting Delimiter) з'являється на початку маркера, а також на початку будь-якого кадру, що проходить по мережі;
· поле управління доступом (Access Control) складається з чотирьох підполів: РРР - біти пріоритету, Т - біт маркера, М - біт монітора, RRR - резервні біти пріоритету;
· кінцевий обмежувач (Ending Delimiter) - останнє поле маркера.
Поле пріоритету використовується для ідентифікації важливості маркера. Значення цього поля може змінюватися в діапазоні від 000 до 111. Біт маркера є тим бітом, який повинен бути інвертований для перетворення маркера в послідовність початку кадру. Біт маркера встановлюється рівним 1 для того, щоб повідомити іншим станціям, що маркер тепер є складовою частиною кадру. Поле пріоритету запиту дозволяє станціям обслуговувати в першу чергу запити на передачу даних від станцій з більш високим пріоритетом, котрі володіють терміновими даними. Станції можуть повідомляти про пріоритет своїх даних, встановлюючи відповідні біти поля пріоритету запиту.
мінімальна довжина кадру даних Token Ring становить 21 октет. Максимальна довжина кадру даних визначається швидкістю передачі сигналів по кільцю. Кадр даних містить три поля кадру маркера завдовжки в один октет кожне. До цієї основної структурі додаються ще шість полів і підполів.
Перше поле відводиться під початковий обмежувач, Що визначає початок кадру. потім розташовується поле доступу до середовища і восьмибитового поле управління кадром. Це поле зберігає «типові» біти, що визначають транспортний протокол. Крім того, це ж поле використовується для поділу кадрів даних і керуючих кадрів. Наступні два поля довжиною в шість октетів містять МАС-адреси передбачуваного одержувача і відправника кадру. поле даних мереж Token Ring має довільний розмір, який визначається швидкістю передачі сигналів по кільцю. Мережі з продуктивністю 4 Мбіт / с допускають передачу поля даних довжиною від 0 до 4332 октетів. Мережі з продуктивністю 16 Мбіт / с допускають передачу полів даних довжиною від 0 до 17832 октетів. Останні три поля в кадрі даних - це 32-бітова контрольна послідовність кадру (Frame Check Sequence - FCS), 8-бітовий кінцевий обмежувач (Ending Delimiter) і 8-бітове поле стану кадру. Контрольна послідовність кадру містить контрольну суму - величину, яка обчислюється виходячи з довжини і вмісту кадру. Останні два октету, до яких відносяться поле кінцевого обмежувача і поле стану кадру, вважаються кінцевої послідовністю кадру (End of Frame Sequence).
Кадри управління MAC відрізняються від кадрів даних тільки інформаційним полем і іноді полем управління кадром. Кадри MAC виконують виключно функції обслуговування та управління кільцем. Вони ніколи не переносять даних вищого рівня і ніколи не передаються в інші області колізії мостами, комутаторами або маршрутизаторами. Кожен МАС-кадр виконує чітко обумовлену функцію управління мережею:
· Контроль абонентського кабелю;
· Ініціалізація кільця;
· Очищення кільця;
· Створення (оголошення) маркера;
· Функції активного моніторингу.
З огляду на досить велику кількість різнотипних МАС-кадрів (більше 25 видів), немає сенсу розглядати кожен з них окремо. Досить буде сказати, що такі МАС-кадри використовуються для збору характеристик продуктивності мережі, які можна отримати від сумісних зі стандартами додатків управління мережею.
Кадр переривання передачі складається тільки з полів початкового і кінцевого обмежувача. Незважаючи на те, що через відсутність вмісту і блоку адресації така структура може здатися безглуздою, подібні кадри використовуються для негайного припинення передачі.
Метод доступу «маркерное кільце» (Token Ring) розроблений компанією IBM і залишається однією з основних технологій локальних мереж, хоча вже й не настільки популярною, як Ethernet. Швидкість передачі даних в старих версіях маркерних мереж дорівнює 4 Мбіт / с або 16 Мбіт / с, а в нових швидкісних мережах - 100 Мбіт / с. Метод передачі даних в маркерне кільці використовує топологію фізичної зірки в поєднанні з логікою кільцевої топології. Незважаючи на те, що кожен вузол підключається до центрального концентратора, пакет переміщується від вузла до вузла так, ніби початкова і кінцева точки відсутні. Кожен вузол з'єднується з іншими за допомогою модуля множинного доступу (Multistation Access Unit, MAU). MAU - це спеціалізований концентратор, що забезпечує передачу пакета по замкнутій ланцюжку комп'ютерів. Оскільки пакети рухаються по кільцю, на робочих станціях або в модулі MAU відсутні термінатори.
маркер - спеціальний фрейм, який безперервно передається по кільцю для визначення моменту, коли деякий вузол може відправити пакет. Цей фрейм має довжину 24 біта і складається з трьох 8-бітних полів: ознаки початку (SD), поля управління доступом (АС) і ознаки кінця (ED). Ознака початку - це комбінація сигналів, відмінних від будь-яких інших сигналів мережі, що запобігає помилкову інтерпретацію поля. Він виглядає як сигнал відсутності даних. Ця унікальна комбінація восьми розрядів може розпізнаватися тільки як ознака початку фрейма (SOF).
Поле управління доступом (8-бітове) вказує на те, прикріплений чи до маркера фрейм, що містить дані, тобто це поле визначає, чи несе фрейм дані або він вільний для використання деяким вузлом. Ознака кінця також є унікальним чином закодований сигнал відсутності даних. Його вісім розрядів представляють сигнал, який неможливо сплутати з ознакою початку або інтерпретувати як дані. Ця частина маркера визначає, чи належний вузол ще передавати наступні фрейми (ідентифікатор останнього фрейму). Також вона містить інформацію про помилки, виявлені іншими станціями.
У більшості реалізацій в кільці може бути тільки один маркер, хоча специфікації IEЕЕ дозволяють застосування двох маркерів в мережах, що працюють з частотою 16 Мбіт / с і вище. Перш ніж деякий вузол почне передачу, він повинен перехопити маркер. Поки активний вузол не закінчить роботу, жоден інший вузол не може захопити маркер і передавати дані. Станція, яка захопила маркер, створює фрейм, який має ознаку початку і поле управління доступом на початку цього фрейму. Ознака кінця поміщається в кінці даного фрейма. Отриманий фрейм надсилається по кільцю і передається до тих пір, поки не досягне цільового вузла. Цільовий вузол змінює значення двох розрядів, вказуючи на те, що фрейм досяг пункту призначення, і що дані були прочитані. Потім цільової вузол поміщає фрейм назад в мережу, де той передається по кільцю до тих пір, поки передавальну станцію не отримає цей фрейм і не перевірить факт його отримання. Після цього передавальну станцію формує наступний фрейм з маркером і інкапсульованими даними або ж створює маркер без даних, повертаючи маркер в кільце для того, щоб інша станція могла його використовувати.
На рис. 3.3 показаний фрейм маркерного кільця з полями маркера, доданими до полів даних. Перші 16 розрядів займають поля ознаки початку і управління доступом. Потім слід поле управління фреймом. Це поле ідентифікує фрейм як фрейм даних або як фрейм, призначений для управління мережею (наприклад, як фрейм, що містить коди мережевих помилок). Наступні два поля мають довжину 16 або 48 біт і використовуються для адресації. Перше поле містить адресу вузла призначення, а друге - адреса вихідного вузла. Далі йде поле даних маршрутизації (RIF), що має довжину 144 біта або меншу. Це поле містить вихідні дані маршрутизації, які можуть використовуватися на мережевому рівні моделі OSI.
Мал. 3.3. Побітовое уявлення формату фрейма Token Ring 802.5
Наступні три поля - поле цільової точки доступу до служби (DSAP), поле вихідної точки доступу до служби (SSAP) і поле управління (CTRL) - мають такі ж функції і розмір, як і у фреймах 802.3 і Ethernet II. Поле DSAP визначає точку SAP вузла призначення, а поле SSAP вказує, від якої точки доступу даний фрейм був посланий, наприклад Novell або TCP / IP. 8- або 16-бітове поле управління визначає, містить фрейм дані або інформацію для управління помилками. Поле даних слід за полем управління. Воно містить дані або коди помилок, які використовуються для управління мережею. Поле даних не має визначеного розміру. 32-біт-ве поле контрольної суми (FCS) застосовується для перевірки цілісності всього фрейму. Як і у фреймі Ethernet, в ньому використовується алгоритм контролю з надмірною кодуванням (CRC), що дозволяє гарантувати правильність передачі і отримання сигналу. Контрольна сума в отриманому фреймі повинна збігатися з посланим значенням.
Остання частина маркера - ознака кінця - слід за полем контрольної суми кадру. Це поле містить інформацію, що повідомляє приймає вузлу про досягнення кінця фрейму. Також поле вказує на те, чи буде посланий наступний фрейм з вихідного вузла або ж даний фрейм останній. Крім того, дане поле може містити інформацію про те, що інші станції виявили помилки у фреймі. Якщо фрейм містить помилку, він видаляється з мережі і потім надсилається заново передає вузлом.
Останнє поле у \u200b\u200bфреймі маркерного кільця являє собою 8-бітове поле стану фрейма. Два розряду цього поля особливо важливі для передавального вузла: розряд розпізнавання адреси вказує на те, що цільовий вузол "побачив" свою адресу, що міститься у фреймі; розряд копіювання фрейма визначає, скопіював чи цільової вузол посланий фрейм або ж при цьому були помилки.
У кожному маркерне кільці один вузол виконує функції монітора активності або диспетчера. Зазвичай ці завдання виконує перша станція, виявлена \u200b\u200bпісля запуску мережі. Диспетчер відповідає за синхронізацію пакетів в мережі і за генерацію нового фрейму маркера в разі виникнення проблем. Через інтервали в кілька секунд диспетчер розсилає широко-мовний фрейм підрівні MAC, який свідчить про працездатність диспетчера. Широкомовний фрейм або пакет адресується всім вузлам мережі. Інші вузли робочих станцій є резервними диспетчерами. Періодично вони генерують широкомовні фрейми, звані кадрами наявності резервних диспетчерів, що підтверджують працездатність вузлів і їх здатність замінити активний диспетчер в разі його відмови.
Широкомовний фрейм формується на Канальному рівні моделі OSI, і його поле призначення заповнюється двійковими одиницями. Широкомовний пакет формується на мережевому рівні моделі OSI в мережах, що використовують протокол IP. Його адреса призначення дорівнює 255.255.255.255. Крім широкомовних, існують односпрямовані пакети, які передаються тільки цільового вузла, для якого призначений конкретний пакет. Крім того, бувають багатоабонентські пакети, які відправник розсилає декільком цільовим вузлам, при цьому кожен з цих вузлів отримує копію пакета.
Якщо широкомовні посилки від активного або резервних диспетчерів відсутні, кільце переходить в стан "випускання маяка". Цей стан починається з того моменту, коли деякий вузол генерує так званий фрейм маяка, який вказує на виявлення деякої помилки. Кільце намагається автоматично усунути помилку, наприклад, призначаючи новий активний диспетчер в тому випадку, якщо вихідний диспетчер вийшов з ладу. Після переходу в стан випускання маяка передача маркерів з даними припиняється до моменту ліквідації проблеми.
Маркерні кільця є доволі надійною топологією і тому вони іноді використовуються в особливо важливих конфігураціях. Одним з переваг маркерного кільця в порівнянні з мережами Ethernet є те, що в них рідко виникають "широкомовний шторм" або конфлікти між робочими станціями. Широкомовний шторм іноді трапляється в мережах Ethernet, коли велика кількість комп'ютерів або пристроїв одночасно намагаються передавати дані або ж коли комп'ютери або пристрої "зациклюються" на передачу. Також в мережах Ethernet виникають мережеві конфлікти, коли несправний мережевий адаптер продовжує передачу широко-мовних пакетів, незважаючи на зайнятість мережі. Такі проблеми рідко зустрічаються в маркерних мережах, оскільки в кожен момент часу тільки один вузол може передавати дані.
Мережа Token-Ring (маркерное кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM. Уже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо й 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 дану мережу на один рівень за статусом з Ethernet.
Розроблялася Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє всі інші мережі, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Понад 10 мільйонів комп'ютерів по всьому світу об'єднані цією мережею.
Компанія IBM зробила все для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. В результаті багато компаній, наприклад, 3Сom, Novell, Western Digital, Proteon і інші приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network була розроблена концепція NetBIOS. Якщо в створеній раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися у вбудованій в адаптер постійній пам'яті, то в мережі Token-Ring вже застосовувалася емулююча NetBIOS програма. Це дозволило більш гнучко реагувати на особливості апаратури і підтримувати сумісність з програмами більш високого рівня.
Мережа Token-Ring має топологію кільце, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це пов'язано з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію (рис. 7.3). Насправді ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожен з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого.
Мал. 7.3.Зоряно-кільцева топологія мережі Token-Ring
Концентратор (MAU) при цьому дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі і т.д. (Рис. 7.4). Ніякої обробки інформації він не виробляє.
Мал. 7.4.З'єднання абонентів мережі Token-Ring в кільце за допомогою концентратора (MAU)
Для кожного абонента в складі концентратора застосовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU - Trunk Coupling Unit), який забезпечує автоматичне включення абонента в кільце, якщо він підключений до концентратора і справний. Якщо абонент відключається від концентратора або ж він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі даного абонента. Спрацьовує TCU по сигналу постійного струму (Так званий "фантомний" ток), який приходить від абонента, який бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця і \u200b\u200bпровести процедуру самотестування (крайній правий абонент на рис. 7.4). "Фантомний" ток ніяк не впливає на інформаційний сигнал, тому що сигнал в кільці не має постійної складової.
Конструктивно концентратор являє собою автономний блок 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 (Adapter cable) або радіальних кабелів. Два крайніх роз'єму: вхідний RI (Ring In) і вихідний RO (Ring Out) служать для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (Path cable). Пропонуються настінний і настільний варіанти концентратора.
Існують як пасивні, так і активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що приходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, тільки перекоммутірует лінії зв'язку.
Концентратор в мережі може бути єдиним (як на рис.7.4), в цьому випадку в кільце замикаються тільки абоненти, підключені до нього. Зовні така топологія виглядає, як зірка. Якщо ж потрібно підключити до мережі більше восьми абонентів, то кілька концентраторів з'єднуються магістральними кабелями й утворюють зірково-кільцеву топологію.
Як уже зазначалося, кільцева топологія дуже чутлива до обривів кабелю кільця. Для підвищення живучості мережі, в Token-Ring передбачений режим так званого згортання кільця, що дозволяє обійти місце обриву.
У нормальному режимі концентратори з'єднані в кільце двома паралельними кабелями, але передача інформації проводиться при цьому тільки по одному з них (рис. 7.6).
Мал. 7.6.Об'єднання концентраторів MAU в нормальному режимі
У разі одиночного ушкодження (обриву) кабелю мережу здійснює передачу по обом кабелям, обходячи тим самим пошкоджену ділянку. При цьому навіть зберігається порядок обходу абонентів, підключених до концентраторів (рис. 7.7). Правда, збільшується сумарна довжина кільця.
У разі множинних ушкоджень кабелю мережа розпадається на кілька частин (сегментів), не пов'язаних між собою, але зберігають повну працездатність (рис. 7.8). Максимальна частина мережі залишається при цьому пов'язаної, як і раніше. Звичайно, це вже не рятує мережу в цілому, але дозволяє при правильному розподілі абонентів по концентраторів зберігати значну частину функцій пошкодженої мережі.
Кілька концентраторів може конструктивно об'єднуватися в групи, кластер (cluster), всередині якого абоненти також з'єднані в кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру, наприклад, до 16 (якщо в кластер входить два концентратора).
Мал. 7.7.Згортання кільця при пошкодженні кабелю
Мал. 7.8.Розпад кільця при множинних пошкодженнях 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 і концентратором - 45 метрів;
максимальна довжина кабелю між концентраторами - 45 метрів;
максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120 метрів;
швидкість передачі даних - 4 Мбіт / с і 16 Мбіт / с.
Всі наведені характеристики відносяться до випадку використання неекранованої кручений пари. Якщо застосовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшено 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 дозволяє збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.
Для передачі інформації в Token-Ring застосовується біфазної код (точніше, його варіант з обов'язковим переходом в центрі бітового інтервалу). Як і в будь-який зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному погодженням і зовнішньому заземлення не потрібне. Узгодження виконується апаратурою мережевих адаптерів і концентраторів.
Для приєднання кабелів в Token-Ring використовуються роз'єми RJ-45 (для неекранованої кручений пари), а також MIC і DB9P. Провід в кабелі з'єднують однойменні контакти роз'ємів (тобто використовуються так звані "прямі" кабелі).
Мережа Token-Ring в класичному варіанті поступається мережі Ethernet як по допустимому розміру, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в даний час є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт / с (High Speed \u200b\u200bToken-Ring, HSTR) і на 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 дорожче, так як використовується більш складний метод управління обміном, тому мережа Token-Ring не отримала такого широкого поширення.
Однак на відміну від Ethernet мережу Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (понад 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це необхідно, наприклад, в мережах виробничого призначення, в яких затримка реакції на зовнішню подію може привести до серйозних аварій.
У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по кільцю постійно циркулює маркер, до якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних (див. Рис. 7.8). Звідси випливає таке важливе гідність даної мережі, як відсутність конфліктів, але є і недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера і залежність функціонування мережі від кожного абонента (в разі несправності абонент обов'язково повинен бути виключений з кільця).
Граничний час передачі пакета в Token-Ring 10 мс. При максимальній кількості абонентів 260 повний цикл роботи кільця складе 260 x 10 мс \u003d 2,6 с. За цей час всі 260 абонентів зможуть передати свої пакети (якщо, звичайно, їм є чого передавати). За цей же час вільний маркер обов'язково дійде до кожного абонента. Цей же інтервал є верхньою межею часу доступу Token-Ring.
Кожен абонент мережі (його мережевий адаптер) повинен виконувати наступні функції:
виявлення помилок передачі;
контроль конфігурації мережі (відновлення мережі при виході з ладу того абонента, який передує йому в кільці);
контроль численних тимчасових співвідношень, прийнятих в мережі.
Велика кількість функцій, звичайно, ускладнює і здорожує апаратуру мережевого адаптера.
Для контролю цілісності 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 і формують в разі потреби новий маркер.
Активний монітор виконує наступні функції:
запускає в кільце маркер на початку роботи і при його зникненні;
регулярно (раз в 7 с) повідомляє про свою присутність спеціальним керуючим пакетом (AMP - Active Monitor Present);
видаляє з кільця пакет, який не був видалений послав його абонентом;
стежить за допустимим часом передачі пакета.
Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, їм може бути будь-який комп'ютер мережі, але, як правило, стає перший включений в мережу абонент. Абонент, який став активним монітором, включає в мережу свій буфер (зсувний регістр), який гарантує, що маркер буде вміщатися в кільці навіть при мінімальній довжині кільця. Розмір цього буфера - 24 біта для швидкості 4 Мбіт / с і 32 біта для швидкості 16 Мбіт / с.
Кожен абонент постійно стежить за тим, як активний монітор виконує свої обов'язки. Якщо активний монітор з якоїсь причини виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, за допомогою якого всі інші абоненти (запасні, резервні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора. Для цього абонент, який знайшов аварію активного монітора, передає по кільцю керуючий пакет (пакет запиту маркера) зі своїм MAC-адресою. Кожен наступний абонент порівнює MAC-адресу з пакета з власним. Якщо його власну адресу менше, він передає пакет далі без змін. Якщо ж більше, то він встановлює в пакеті свій MAC-адресу. Активним монітором стане той абонент, у якого значення MAC-адреси більше, ніж у інших (він повинен тричі отримати назад пакет зі своїм MAC-адресою). Ознакою виходу з ладу активного монітора є невиконання ним однієї з перерахованих функцій.
Маркер мережі Token-Ring є керуючий пакет, що містить всього три байта (рис. 7.9): байт початкового роздільник (SD - Start Delimiter), байт управління доступом (AC - Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED - End Delimiter). Всі ці три байта входять також до складу інформаційного пакета, правда, функції їх в маркері і в пакеті не однакові.
Початковий і кінцевий роздільники являють собою не просто послідовність нулів і одиниць, а містять сигнали спеціального виду. Це було зроблено для того, щоб роздільники не можна було сплутати ні з якими іншими байтами пакетів.
Мал. 7.9.Формат маркера мережі Token-Ring
Початковий роздільник SD містить чотири нестандартних бітових інтервалу (рис. 7.10). Два з них, позначаються J, є низький рівень сигналу протягом усього бітового інтервалу. Два інших біта, позначаються К, є високий рівень сигналу протягом усього бітового інтервалу. Зрозуміло, що такі збої в синхронізації легко виявляються приймачем. Біти J і K ніколи не можуть зустрічатися серед бітів корисної інформації.
Мал. 7.10.Формати початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників
Кінцевий роздільник ED також містить в собі чотири біта спеціального виду (два біта J і два біта K), а також два одиничних біта. Але, крім того, в нього входять і два інформаційних біта, які мають сенс тільки в складі інформаційного пакета:
Біт I (Intermediate) являє собою ознаку проміжного пакета (1 відповідає першому в ланцюжку або проміжного пакету, 0 - останньому в ланцюжку або єдиному пакету).
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 і поле резервування (три біти).
Мал. 7.11.Формат байта управління доступом
Біти (поле) пріоритету дозволяють абоненту привласнювати пріоритет своїм пакетам або маркера (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритету, а 0 - нижчого). Абонент може приєднати до маркера свій пакет тільки тоді, коли його власний пріоритет (пріоритет його пакетів) такий же або вище пріоритету маркера.
Біт маркера визначає, приєднаний чи до маркера пакет чи ні (одиниця відповідає маркера без пакета, нуль - маркера з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що даний маркер переданий активним монітором.
Біти (поле) резервування дозволяють абоненту зарезервувати своє право на подальше захоплення мережі, тобто зайняти чергу на обслуговування. Якщо пріоритет абонента (пріоритет його пакетів) вище, ніж поточне значення поля резервування, то він може просити за свій пріоритет замість колишнього. Після обходу по кільцю в поле резервування буде записаний найвищий пріоритет з усіх абонентів. Вміст поля резервування аналогічно вмісту поля пріоритету, але говорить про майбутнє пріоритеті.
В результаті використання полів пріоритету і резервування забезпечується можливість доступу до мережі тільки абонентам, які мають пакети для передачі з найвищим пріоритетом. Менш пріоритетні пакети будуть обслуговуватися тільки після вичерпання більш пріоритетних пакетів.
Формат інформаційного пакета (кадру) Token-Ring представлений на рис. 7.12. Крім початкового та кінцевого роздільників, а також байта управління доступом в цей пакет входять також байт управління пакетом, мережеві адреси приймача і передавача, дані, контрольна сума і байт стану пакета.
Мал. 7.12.Формат пакета (кадру) мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)
Призначення полів пакету (кадру).
Початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета, формат - такий же, як і в маркері.
Байт управління доступом (AC) має той же формат, що і в маркері.
Байт управління пакетом (FC - Frame Control) визначає тип пакету (кадру).
Шестібайтовие MAC-адреси відправника і одержувача пакету мають стандартний формат, описаний в лекції 3.
Поле даних (Data) включає в себе дані, що передаються (в інформаційному пакеті) або інформацію для управління обміном (в керуючому пакеті).
Поле контрольної суми (FCS - Frame Check Sequence) являє собою 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC).
Кінцевий роздільник (ED), як і в маркері, вказує на кінець пакету. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжним або заключним в послідовності переданих пакетів, а також містить ознака хибності пакета (див. Рис. 7.10).
Байт стану пакета (FS - Frame Status) говорить про те, що відбувалося з даними пакетом: чи був він побачений приймачем (тобто, чи існує приймач із заданим адресою) і скопійований в пам'ять приймача. По ньому відправник пакета дізнається, чи дійшов пакет за призначенням і без помилок або його треба передавати заново.
Слід зазначити, що більший допустимий розмір переданих даних 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 досягати навіть 18 Кбайт, що важливо при передачі великих обсягів даних. Але навіть при швидкості 4 Мбіт / с завдяки маркерні методом доступу мережу Token-Ring часто забезпечує велику фактичну швидкість передачі, ніж мережу Ethernet (10 Мбіт / с). Особливо помітна перевага Token-Ring при великих навантаженнях (понад 30-40%), так як в цьому випадку метод CSMA / CD вимагає багато часу на дозвіл повторних конфліктів.
Абонент, що бажає передавати пакет, чекає приходу вільного маркера і захоплює його. Захоплений маркер перетворюється в обрамлення інформаційного пакета. Потім абонент передає інформаційний пакет в кільце і чекає його повернення. Після цього він звільняє маркер і знову посилає його в мережу.
Крім маркера і звичайного пакета в мережі Token-Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, службовець для переривання передачі (Abort). Він може бути посланий в будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Пакет цей складається з двох однобайтових полів - початкового (SD) і кінцевого (ED) роздільників описаного формату.
Цікаво, що в більш швидкої 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 в той час, поки пакет даних не повернеться по кільцю до свого відправнику.
Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі свого пакета, приєднаного до маркера, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер. Інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу ж 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 в мережах великої протяжності, що мають значну затримку поширення.
При підключенні абонента до концентратора він виконує процедуру автономного самотестування і тестування кабелю (в кільце він поки не включається, так як немає сигналу "фантомного" струму). Абонент посилає сам собі ряд пакетів і перевіряє правильність їх проходження (його вхід безпосередньо з'єднаний з його ж виходом блоком TCU, як показано на рис. 7.4). Після цього абонент включає себе в кільце, посилаючи "фантомний" струм. У момент включення, що передається по кільцю пакет може бути зіпсований. Далі абонент налаштовує синхронізацію і перевіряє наявність в мережі активного монітора. Якщо активного монітора немає, абонент починає змагання за право стати їм. Потім абонент перевіряє унікальність власної адреси в кільці і збирає інформацію про інших абонентів. Після чого він стає повноправним учасником обміну по мережі.
В процесі обміну кожний абонент стежить за справністю попереднього абонента (по кільцю). Якщо він підозрює відмову попереднього абонента, він запускає процедуру автоматичного відновлення кільця. Спеціальний керуючий пакет (бакен) говорить попереднього абоненту про необхідність провести самотестування і, можливо, відключитися від кільця.
У мережі Token-Ring передбачено також використання мостів і комутаторів. Вони застосовуються для поділу великого кільця на кілька кільцевих сегментів, що 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 декількох кільцевих сегментів одним великим магістральним кільцем (рис. 7.13) або ж 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
3.4.1. Основні характеристики технології
Мережі Token Ring, так само як і мережі Ethernet, характеризує поділюване середовище передачі даних, яка в даному випадку складається з відрізків кабелю, що з'єднують все станції мережі в кільце. Кільце розглядається як загальний розділяється ресурс, і для доступу до нього потрібно не випадковий алгоритм, як в мережах Ethernet, а детермінований, заснований на передачі станціям права на використання кільця у визначеному порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, званого маркеромабо токеном (token).
Технологія Token Ring був розроблена компанією IBM в 1984 році, а потім передана в якості проекту стандарту в комітет IEEE 802, який на її основі прийняв в 1985 році стандарт 802.5. Компанія IBM використовує технологію Token Ring в якості своєї основної мережевої технології для побудови локальних мереж на основі комп'ютерів різних класів - мейнфреймів, міні-комп'ютерів і персональних комп'ютерів. В даний час саме компанія IBM є основним законодавцем моди технології Token Ring, виробляючи близько 60% мережевих адаптерів цієї технології.
Мережі Token Ring працюють з двома бітовими швидкостями - 4 і 16 Мбіт / с. Змішання станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці не допускається. Мережі Token Ring, що працюють зі швидкістю 16 Мбіт / с, мають деякі удосконалення в алгоритмі доступу в порівнянні зі стандартом 4 Мбіт / с.
Технологія Token Ring є більш складною технологією, ніж Ethernet. Вона має властивості відмовостійкості. У мережі Token Ring визначені процедури контролю роботи мережі, які використовують зворотний зв'язок кільцеподібної структури - посланий кадр завжди повертається в станцію - відправник. У деяких випадках виявлені помилки в роботі мережі усуваються автоматично, наприклад може бути відновлений втрачений маркер. В інших випадках помилки тільки фіксуються, а їх усунення виконується вручну обслуговуючим персоналом.
Для контролю мережі одна зі 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 і вибирається новий активний монітор. Щоб мережа могла виявити відмову активного монітора, останній в працездатному стані кожні 3 секунди генерує спеціальний кадр своєї присутності. Якщо цей кадр не з'являється в мережі більше 7 секунд, то інші станції мережі починають процедуру виборів нового активного монітора.
3.4.2. Маркерний метод доступу до середи
У мережах з маркерним методом доступу(А до них, крім мереж Token Ring, відносяться мережі FDDI, а також мережі, близькі до стандарту 802.4, - ArcNet, мережі виробничого призначення MAP) право на доступ до середовища передається циклічно від станції до станції по логічному кільцю.
У мережі Token Ring кільце утворюється відрізками кабелю, що з'єднують сусідні станції. Таким чином, кожна станція зв'язана зі своєю попередньою і наступною станцією і може безпосередньо обмінюватися даними тільки з ними. Для забезпечення доступу станцій до фізичного середовища по кільцю циркулює кадр спеціального формату і призначення - маркер. У мережі Token Ring кожна станція завжди безпосередньо отримує дані тільки від однієї станції - тієї, яка є попередньою в кільці. Така станція називається найближчим активним сусідом, розташованим вище по потоку(Даних) - Nearest Active Upstream Neighbor, NAUN. Передачу ж даних станція завжди здійснює своєму найближчому сусіду вниз по потоку даних.
Отримавши маркер, станція аналізує його і при відсутності у неї даних для передачі забезпечує його просування до наступної станції. Станція, яка має дані для передачі, при отриманні маркера вилучає його з кільця, що дає їй право доступу до фізичному середовищі і передачі своїх даних. Потім ця станція видає в кільце кадр даних встановленого формату послідовно по бітам. Передані дані проходять по кільцю завжди в одному напрямку від однієї станції до іншої. Кадр забезпечений адресою призначення і адресою джерела.
Всі станції кільця ретранслюють кадр побитно, як повторювачі. Якщо кадр проходить через станцію призначення, то, розпізнавши свою адресу, ця станція копіює кадр у свій внутрішній буфер і вставляє в кадр ознаку підтвердження прийому. Станція, яка видала кадр даних в кільце, при зворотному його отриманні з підтвердженням прийому вилучає цей кадр з кільця і \u200b\u200bпередає в мережу новий маркер для забезпечення можливості іншим станціям мережі передавати дані. Такий алгоритм доступу застосовується в мережах Token Ring зі швидкістю роботи 4 Мбіт / с, описаних у стандарті 802.5.
На рис. 3.14 описаний алгоритм доступу до середовища ілюструється тимчасової діаграмою. Тут показана передача пакета А в кільці, що складається з 6 станцій, від станції 1 до станції 3. Після проходження станції призначення 3 в пакеті А встановлюються дві ознаки - ознака розпізнавання адреси і ознака копіювання пакета в буфер (що на малюнку відзначено зірочкою усередині пакета). Після повернення пакета в станцію 1 відправник розпізнає свій пакет за адресою джерела і видаляє пакет з кільця. встановлені станцією 3 ознаки говорять станції-відправнику про те, що пакет дійшов до адресата і був успішно скопійований їм в свій буфер.
Мал. 3.14.Принцип маркерного доступу
Час володіння розділяється середовищем в мережі Token Ring обмежується часом утримання маркера (token holding time), Після закінчення якого станція зобов'язана припинити передачу власних даних (поточний кадр дозволяється завершити) і передати маркер далі по кільцю. Станція може встигнути передати за час утримання маркера один або кілька кадрів в залежності від розміру кадрів і величини часу утримання маркера. Зазвичай час утримання маркера за замовчуванням дорівнює 10 мс, а максимальний розмір кадру в стандарті 802.5 не визначений. Для мереж 4 Мбіт / с він зазвичай дорівнює 4 Кбайт, а для мереж 16 Мбіт / с - 16 Кбайт. Це пов'язано з тим, що за час утримання маркера станція повинна встигнути передати хоча б один кадр. При швидкості 4 Мбіт / с за час 10 мс можна передати 5000 байт, а при швидкості 16 Мбіт / с - відповідно 20 000 байт. Максимальні розміри кадру обрані з деяким запасом.
У мережах Token Ring 16 Мбіт / с використовується також дещо інший алгоритм доступу до кільця, званий алгоритмом раннього звільнення маркера (Early Token Release). Відповідно до нього станція передає маркер доступу наступної станції відразу ж 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, так як по кільцю одночасно просуваються кадри декількох станцій. Проте свої кадри в кожен момент часу може генерувати тільки одна станція - та, яка в даний момент володіє маркером доступу. Решта станції в цей час тільки повторюють чужі кадри, так що принцип поділу кільця в часі зберігається, прискорюється тільки процедура передачі володіння кільцем.
Для різних видів повідомлень, переданих кадрів, можуть призначатися різні пріоритети: Від 0 (нижчий) до 7 (вищий). Рішення про пріоритет конкретного кадру приймає передавальна станція (протокол Token Ring отримує цей параметр через міжрівневого інтерфейси від протоколів верхнього рівня, наприклад прикладного). Маркер також завжди має деякий рівень поточного пріоритету. Станція має право захопити переданий їй маркер тільки в тому випадку, якщо пріоритет кадру, який вона хоче передати, вище (або дорівнює) пріоритету маркера. В іншому випадку станція зобов'язана передати маркер наступної по кільцю станції.
За наявність в мережі маркера, причому єдиною його копії, відповідає активний монітор. Якщо активний монітор не отримує маркер протягом тривалого часу (наприклад, 2,6 с), то він породжує новий маркер.
