Спецификации какого стандарта определяют lan token ring

Обновлено: 05.07.2024

Сеть Token Ring была первоначально разработана корпорацией IBM в начале 70-х годов XX века. Она по-г|режнему остается первичной технологией локальных сетей (local-area network — LAN) этой корпорации. Связанная с ней спецификация IEEE 802.5 почти идентична ^foken Ring и полностью совместима с ней. Фактически спецификация IEEE 802.5 ^была смоделирована по образцу спецификации Token Ring корпорации IBM И; продолжает отражать ее развитие. Термин Token Ring в общем смысле используется для обозначения как сетей Token Ring IBM, так и сетей IEEE 802.5. Приводимый в настоящей главе материал относится к обоим этим типам сетей.

По основным своим характеристикам, сети Token Ring и IEEE 802.5 совместимы, хотя их спецификации в некоторых несущественных аспектах различаются. Сеть Token Ring IBM имеет звездообразную топологию, в которой все конечные станции подсоединяются к устройству, называемому модулем множественного доступа (multistations access unit — MSAU). В отличие от сетей Token Ring, в сетях IEEE 802.5 топология заранее не определена, хотя фактически все реализации IEEE 802.5 основываются на звездообразной топологии. Существуют и другие различия, включая тип передающей среды (спецификация IEEE 802.5 не определяет тип среды, в то время как Token Ring IBM использует витую пару) и размер информационного поля маршрутизации. На рис. Б.1 приведены основные параметры спецификаций сетей Token Ring и IEEE 802.5.

Рис. Б.1. Хотя сети Token Ring и IEEE 802.5 в некоторых аспектах различаются, в целом они совместимы

Физические соединения

Сетевые станции IBM Token Ring подключаются непосредственно к модулям MSAU, которые могут быть соединены друг с другом, образуя одно большое кольцо (рис. Б.2). Модули MSAU подключаются к соседним модулям соединительными кабелями (patch cables), а к станциям — кабелями ответвления (lobe cables). В состав MSAU входят обводные реле для удаления станций из кольца.

Функционирование сети Token Ring

Сети Token Ring и IEEE 802.5 представляют собой два основных примера сетей с передачей маркера (другим примером являются сети FDDI). В сетях с передачей маркера (token-passing networks) по сети перемешается небольшой фрейм, называемый маркером. Обладание маркером дает право на передачу. Если узел, получающий маркер, не имеет информации для передачи, то он передает маркер следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер лишь в течение установленного максимального времени.

Если же станция, обладающая маркером, имеет информацию для передачи, то она захватывает маркер, изменяет его первый бит (что превращает его в последовательность символов, обозначающих начало фрейма), добавляет информацию, которую требуется передать, и отправляет эту последовательность по кольцу в направлении следующей станции. Во время перемещения такого фрейма по кольцу маркер в сети отсутствует, поэтому остальным станциям, у которых есть информация для передачи, приходится ожидать (кроме случая, когда кольцо поддерживает раннее создание маркера). Поэтому в сети Token Ring коллизии невозможны. Если в кольце поддерживается функция раннего создания маркера, то новый маркер может быть создан, когда передача фрейма завершена.

Информационный фрейм циркулирует по кольцу до тех пор, пока он не достигнет станции-получателя, которая копирует данную информацию для дальнейшей обработки.

Этот информационный фрейм продолжает двигаться по кольцу и в конечном итоге удаляется, когда поступает на отправившую его станцию. Эта станция может исследовать возвратившийся фрейм для проверки того, что он был просмотрен и скопирован станцией пункта назначения.

Рис. Б.2. В сети Token Ring IBM модули MSAU могут быть соединены между собой с образованием одного большого кольца

В отличие от сетей CSMA/CD, таких как Ethernet, сети с передачей маркера являются детерминистическими. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет до того, как любая станция получит возможность передавать данные. Эта функция, а также некоторые другие функции обеспечения надежности, обсуждаемые в разделе "Механизмы ликвидации сбоев в сети" далее в настоящей главе, делают сети Token Ring идеальными для приложений, в которых задержка должна быть предсказуема и важно устойчивое функционирование сети. Примером подобных приложений может быть автоматизированная производственная линия.

Система приоритетов

В сетях Token Ring применяется сложная система приоритетов, позволяющая станциям, которым пользователь присвоит более высокий приоритет, использовать сеть чаще других. Фреймы сети Token Ring имеют два поля, которые управляют приоритетами: поле приоритета и поле резервирования.

Только станции с приоритетом, равным или более высоким, чем значение приоритета, содержащееся в маркере, могут захватить маркер. После того как маркер перехвачен и превращен в информационный фрейм, только станции со значением приоритета выше, чем приоритет передающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохождения по сети. При генерации следующего маркера ему присваивается максимальный приоритет среди резервирующих станций. Станции, которые поднимают приоритет маркера, должны по окончании передачи вернуть его предыдущее значение.

Механизмы ликвидации сбоев в сети

Сети Token Ring используют несколько механизмов для обнаружения и компенсации сбоев в сети. В частности, одна станция в сети Token Ring выбирается в качестве активного монитора (active monitor). Эта станция, которой в принципе может быть любая станция сети, служит централизованным источником информации о синхронизации для других станций и выполняет ряд функций по поддержанию работы кольца. Одной из этих функций является удаление из кольца непрерывно циркулирующих фреймов. Если в передающем устройстве происходит сбой, то его фрейм может продолжать двигаться по кольцу, не давая другим станциям возможности передать свои фреймы, чем полностью блокирует работу сети. Активный монитор обнаруживает подобные фреймы, удаляет их из кольца и генерирует новый маркер.

Звездообразная топология сети IBM Token Ring также вносит свой вклад в общую надежность сети. Поскольку вся информация в сети Token Ring просматривается активными модулями MSAU, эти устройства могут быть запрограммированы на обнаружение проблем и, при необходимости, выборочное удаление станций из кольца.

Алгоритм Token Ring, называемый испусканием маяка (beaconing), обнаруживает и пытается устранить некоторые сетевые сбои. Каждый раз, когда какая-либо станция обнаруживает в сети серьезную проблему (например, обрыв кабеля), она посылает фрейм-маяк, который определяет домен, в котором произошел сбой. Этот домен включает в себя станцию, сообщающую о сбое, ее ближайшее активное соседнее устройство в восходящем направлении (Nearest Active Up-Strteam Neighbor — NAUN) и все станции, находящиеся между ними. Испускание маяка инициирует процесс, называемый автоматическим реконфигурированием, в котором узлы, находящиеся в домене сбоя, автоматически выполняют диагностику, пытаясь реконфигурировать сеть вокруг областей со сбоями. Физически модуль MSAU может выполнить это путем электрической реконфигурации.

Формат фрейма

В сетях Token Ring и IEEE 802.5 поддерживаются два основных типа фреймов: маркеры и фреймы данных/управления. Маркер состоит из признака начала, байта управления доступом и признака конца. Размер фреймов данных и фреймов управления не является постоянным и изменяется в зависимости от размера информационного поля. Фреймы данных переносят информацию протоколов верхних уровней, а фреймы управления содержат только управляющую информацию и не включают в себя данных верхних уровней. Оба эти формата фреймов показаны на рис. Б.З.

Рис. Б.З. В спецификациях IEEE 802.5 и Token Ring определены форматы фреймов маркеров и

фреймов данных/управления

Поля фрейма Token Ring

Ниже описаны три поля фрейма маркера, показанные на рис. Б.З.

• Признак начала. Сообщает каждой станции о поступлении маркера (или фрейма данных/управления). Это поле включает в себя сигналы, которые отличают его от оставшейся части фрейма тем, что они используют иную схему кодировки, чем в других полях.

• Байт управления доступом. Этот байт содержит поле приоритета (priority field) —

3 старших бита, поле резервирования (reservation field) — младшие 3 бита, а также бит маркера (используется для того, чтобы отличить его от фрейма данных/управления) и бит монитора (используется активным монитором для того, чтобы выяснить, не движется ли этот фрейм по кольцу бесконечно).

• Признак конца. Указывает на конец фрейма маркера или фрейма данных/управления. В этом поле также содержится бит, который может указывать на то, что фрейм поврежден, и бит, свидетельствующий о том, что фрейм является последним в логической последовательности.

Поля фрейма данных/управления

Фреймы данных/управления имеют те же три поля, которые предусмотрены у маркера Token Ring, а также несколько дополнительных полей. Ниже описаны поля фрейма данных/управления, показанные на рис. Б.З.

• Признак начала. Сообщает каждой станции о поступлении маркера (или фрейма данных/управления). Это поле включает в себя сигналы, которые отличают его от оставшейся части фрейма тем, что используют иную схему кодировки, чем в других полях.

• Байт управления доступом. Этот байт содержит поле приоритета (priority field) — 3 старших бита, поле резервирования (reservation field) — младшие 3 бита, а также бит маркера (используется для того, чтобы отличить его от фрейма данных/управления) и бит монитора (используется активным монитором для того, чтобы выяснить, не движется ли этот фрейм по кольцу бесконечно).

• Байт управления фрейма. Это поле указывает, какую информацию содержит фрейм — данные или управляющую информацию. Во фреймах управления этот байт также указывает тип управляющей информации.

• Поле адресов пункта назначения и отправителя. Это поле содержит два 6-байтовых подполя, задающих адреса отправителя и получателя.

• Поле данных. В этом поле указано, что длина поля ограничена временем удержания маркера, установленным в кольце, которое определяет максимальное время, в течение которого станция может удерживать маркер.

• Контрольная последовательность фрейма. (Frame-Check Sequence — FCS). В это

псше станция-источник вставляет вычисленное значение, зависящее от содержимого фрейма. Станция-получатель заново вычисляет это значение для проверки того, не был ли фрейм поврежден при передаче. Если фрейм был поврежден, то он отбрасывается.

• Поле состояния фрейма. Однобайтовое поле, заканчивающее фрейм данных/управления. Поле статуса фрейма включает в себя индикатор распознавания адреса и индикатор копирования фрейма.

Технология Token Ring была разработана корпорацией IBM в 70-х годах XX века. В сетях с передачей маркера по сети постоянно передается небольшой фрейм, называемый маркером. Обладание маркером дает право на передачу. Если узел, получающий маркер, не имеет информации для передачи, то он передает маркер следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер лишь в течение установленного максимального времени.

Если же станция, обладающая маркером, имеет информацию для передачи, то она захватывает маркер, изменяет его первый бит (что превращает маркер в признак начала фрейма), добавляет информацию, которую требуется передать, и отправляет эту последовательность по кольцу в направлении следующей станции.

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия).

Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet, но сейчас Ethernet вытеснил все остальные сети, и Token-Ring можно считать безнадежно устаревшей. Уже в 1999 году большинством производителей оборудования было прекращено производство новых устройств для сетей Token-Ring

Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU – Multistation Access Unit). Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого.

Концентратор (MAU) при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и т.д. Никакой обработки информации он не производит.

Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если он подключен к концентратору и исправен. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента. Срабатывает TCU по сигналу постоянного тока (так называемый «фантомный» ток), который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Абонент может также отключиться от кольца и провести процедуру самотестирования. «Фантомный» ток никак не влияет на информационный сигнал, так как сигнал в кольце не имеет постоянной составляющей.

Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи.

Концентратор в сети может быть единственным, в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. Внешне такая топология выглядит, как звезда. Если же нужно подключить к сети большое число абонентов, несколько концентраторов соединяют магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию.

Как уже отмечалось, кольцевая топология очень чувствительна к обрывам кабеля кольца. Для повышения живучести сети, в Token-Ring предусмотрен режим так называемого сворачивания кольца, что позволяет обойти место обрыва.

В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них.

В случае одиночного повреждения (обрыва) кабеля сеть осуществляет передачу по обоим кабелям, обходя тем самым поврежденный участок. При этом даже сохраняется порядок обхода абонентов, подключенных к концентраторам, но увеличивается суммарная длина кольца.

В случае множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей (сегментов), не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность. Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Конечно, это уже не спасает сеть в целом, но позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть функций поврежденной сети.

Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в группу, кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру.

В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара, как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP), но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI.

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
максимальное количество абонентов в сети – 96;
максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Все приведенные характеристики относятся к случаю использования неэкранированной витой пары. Если применяется другая среда передачи, характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании экранированной витой пары (STP) количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля – до 100 метров (вместо 45), количество концентраторов – до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы – до 200 метров. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до двух километров.

Больший допустимый размер передаваемых данных в одном пакете по сравнению с сетью Ethernet сильно позволяет увеличить производительность сети: теоретически для скоростей передачи 16 Мбит/с и 100 Мбит/с длина поля данных может достигать даже 18 Кбайт, что принципиально при передаче больших объемов данных. Но даже при скорости 4 Мбит/с благодаря маркерному методу доступа сеть Token-Ring часто обеспечивает большую фактическую скорость передачи, чем сеть Ethernet (10 Мбит/с). Особенно заметно преимущество Token-Ring при больших нагрузках (свыше 30—40%), так как в этом случае метод CSMA/CD требует много времени на разрешение повторных конфликтов.

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Также по сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом. По скорости передачи – хотя и имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring), однако еще в 1999 году все производители оборудования, изначально поддержавшие эту инициативу, отказались от нее.

В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных. Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но есть и недостатки, в частности необходимость контроля целостности маркера и зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца).

Каждый абонент сети (его сетевой адаптер) должен выполнять следующие функции:

выявление ошибок передачи;
контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.

Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.

Для контроля целостности маркера в сети используется один из абонентов (так называемый активный монитор). При этом его аппаратура ничем не отличается от остальных, но его программные средства следят за временными соотношениями в сети и формируют в случае необходимости новый маркер.

запускает в кольцо маркер в начале работы и при его исчезновении;
регулярно (раз в 7 с) сообщает о своем присутствии специальным управляющим пакетом (AMP – Active Monitor Present);
удаляет из кольца пакет, который не был удален пославшим его абонентом;
следит за допустимым временем передачи пакета.

Активный монитор выбирается при инициализации сети, им может быть любой компьютер сети, но, как правило, становится первый включенный в сеть абонент. Абонент, желающий передавать пакет, ждет прихода свободного маркера и захватывает его. Захваченный маркер превращается в обрамление информационного пакета. Затем абонент передает информационный пакет в кольцо и ждет его возвращения. После этого он освобождает маркер и снова посылает его в сеть.

В сети Token-Ring предусмотрено также использование мостов и коммутаторов. Они применяются для разделения большого кольца на несколько кольцевых сегментов, имеющих возможность обмена пакетами между собой. Это позволяет снизить нагрузку на каждый сегмент и увеличить долю времени, предоставляемую каждому абоненту.

В результате можно сформировать распределенное кольцо, то есть объединение нескольких кольцевых сегментов одним большим магистральным кольцом или же звездно-кольцевую структуру с центральным коммутатором, к которому подключены кольцевые сегменты

Token Ring (маркерное кольцо участка локальной сети (LAN)) - это протокол связи для локальных сетей. Он использует специальный трехбайтовый кадр под названием "маркер", который перемещается вокруг логического "кольца" рабочих станций или серверов. Эта передача маркера-это метод доступа к каналу, обеспечивая справедливый доступ для всех станций, и исключения столкновений конкурирующих методов доступа. Технология представлена IBM в 1984 году, а затем стандартизирована с протоколом IEEE 802.5.

Содержание

История возникновения

В начале 1970-х годов было разработано большое количество различных технологий локальной сети, одна из которых - Кембриджское кольцо - продемонстрировала потенциал топологии токен-передачи, после чего многие конкуренты по всему миру начали свою работу в том же направлении. В Цюрихской лаборатории IBM Вернер Букс и Ганс Мюллер вели совместную работу над общим дизайном и развитием технологии Token Ring в целом. Собственный фирменный продукт Token Ring, запущенный 15 октября 1985 года, работал со скоростью 4 Мбит/с, при том, что вложение было возможно с компьютеров IBM, компьютеров среднего уровня и мэйнфреймов. Использовалась удобная звездно-проводная физическая топология. Также технология проходила экранированную витую пару кабелей, и вскоре после этого стала основой стандарта 802.5 (ANSI)/IEEE. Компания IBM убеждала всех в превосходстве Token Ring над Ethernet, однако такие суждения были подвергнуты жестокой критики со стороны общественности. В 1988 году более быстрая технология Token Ring (со скоростью аж в 16 Мбит/с) была стандартизована рабочей группой 802.5, а увеличение до 100 Мбит/с было приведено в норму и продано в период спада популярности токен-кольца. Несмотря на все свои плюсы, данная технология никогда не использовалась очень широко (Ethernet и Gigabit Ethernet доминировали, а потому деятельность по разработке Token Ring вскоре пошла на убыль). [Источник 1]

Token Ring и Ethernet

Итак, несмотря на схожесть, между Token Ring и Ethernet есть ряд существенных различий. Так. например, топология Token Ring является более точной по сравнению с Ethernet. Однако Ethernet обладает таким преимуществом, как поддержка прямого кабельного соединения между двумя картами сетевого интерфейса с использованием кроссового кабеля или с помощью автоматического распознавания (если поддерживается); Token Ring Кольцо Token же изначально не поддерживает эту функцию и требует дополнительного программного и аппаратного обеспечения для непосредственной настройки кабельного соединения. Маркерное кольцо устраняет коллизии с помощью одноразового маркера и раннего выпуска маркера для смягчения простоя; что же касается Ethernet, здесь смягчение коллизий осуществляется посредством множественного доступа с поддержкой несущего элемента, а также с помощью коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Token Ring содержат всю информацию для автоопределения скорости и маршрутизации, а также и могут загонять себя на многие узлы доступа с числовым программным управлением, которые работают без электричества; сетевые интерфейсные платы Ethernet же теоретически могут функционировать на пассивном концентраторе в определенной степени, но не как большая локальная сеть, плюс проблема коллизий никуда не делась. Token Ring, в отличие от Ethernet, использует "приоритет доступа", в котором определенные узлы могут иметь приоритет над маркером. Маркерное кольцо поддерживает несколько одинаковых MAC-адресов (функция на s/390 мейнфреймов), тогда как Ethernet не может поддерживать повторяющиеся MAC-адреса без замечаний. Первоначально обе сети пользовались дорогостоящим кабелем, но после стандартизации Ethernet для неэкранированной витой пары с 10BASE-T (Cat 3) и 100BASE-TX (Cat 5(e)), он имел явное преимущество,и продажи его заметно возросли. Еще более существенной при сравнении общих затрат на систему стала значительно более высокая стоимость портов маршрутизатора и сетевых карт для токен-ринга по сравнению с Ethernet. [Источник 2]

Описание: строение и характеристика

Token-Ring имеет связь кольца, хотя внешне это больше похоже на звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа. Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. В действительности же абоненты объединяются в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого, так сказать, по кругу. Концентратор MAU при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и другие организационные моменты. Никакой обработки информации не производится. Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если выполняются такие условия, как подключение к концентратору и исправность абонента. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента, то есть, попросту исключает этот компьютер из цепочки. Блок срабатывает по сигналу постоянного тока, который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Или же абонент может самостоятельно отключиться от кольца и произвести процедуру самотестирования. Что касается концентратора, по конструкции он представляет собой автономный блок с десятью разъемами на передней панели. Восемь центральных разъемов нужны для подключения компьютеров с помощью адаптерных или радиальных кабелей. Два крайних же разъёма (входной и выходной) нужны для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей. Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи. Концентратор в сети может быть единственным (тогда в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему). Если же нужно подключить к сети более восьми абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию. Кольцевая топология имеет высокую чувствительность к обрывам кабеля кольца. Поэтому в Token-Ring предусмотрен режим сворачивания кольца, при помощи которого можно обойти место обрыва. В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них. В случае одиночного повреждения кабеля сеть передаёт по обоим кабелям, обходя таким образом поврежденный участок. Порядок обхода абонентов сохраняется. Правда, увеличивается суммарная длина кольца. В случае же множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей , не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность. Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Это никак не помогает сети в целом, однако позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть её функций. Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в кластер , внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру. [Источник 3]

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
максимальное количество абонентов в сети – 96;
максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Операции

Станции в локальной сети Token Ring логически организованы в кольцевой топологии с последовательной передачей данных от одной кольцевой станции к другой с управляющим токеном, циркулирующим вокруг кольцевого контроля доступа. Похожими механизмами передачи маркера пользуются ARCNET, token bus, 100VG-AnyLAN (802.12), FDDI и они имеют теоретические преимущества над CSMA/CD раннего Ethernet. Итак, перейдём непосредственно к функционированию Token Ring.

Контроль доступа

Узлы доступа с числовым программным управлением и контролем доступа

Физически сеть Token Ring соединена звездой (а не кольцом, как следует из названия). MAU может присутствовать в виде концентратора или переключателя; поскольку у Token Ring не было коллизий, многие MAU были изготовлены в качестве концентраторов. Хотя кольцо маркеров работает на LLC, оно включает маршрутизацию источника для пересылки пакетов за пределы локальной сети.

Кабели и интерфейсы

Обычно кабельная система IBM «Type-1» представляет собой тяжелый двухпарный кабель с витой парой с сопротивлением 150 Ом. Это был базовый кабель для «IBM Cabling System», структурированной кабельной системы. Были использованы уникальные гермафродитные разъемы, обычно называемые IBM Data Connectors. Их недостаток состоит в громоздкости. Преимущество же разъемов в том, что они безболезненны и имеют превосходную защиту от стандартного неэкранированного RJ45.В более поздних версиях Token Ring поддерживалась кабельная разводка Cat 6, поэтому соединители RJ45 использовались как для MAU, CAU, так и для NIC; со многими сетевыми картами, поддерживающими как RJ45, так и DE-9 для обратной совместимости.

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 - главные примеры сетей с передачей маркера. Маркер - это небольшой блок, перемещаемый вдоль сети. Владение этим маркером гарантирует сети право передачи данных. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс). При максимальном количестве абонентов 260 полный цикл работы кольца составит 260 x 10 мс = 2,6 с. За это время все 260 абонентов смогут передать свои пакеты. За это же время свободный маркер обязательно дойдет до каждого абонента. Этот же интервал является верхним пределом времени доступа Token-Ring. Если у станции есть информация, подлежащая передаче, она захватывает маркер, изменяет у него один бит, дополняет информацией, которую сам хочет передать и затем уже отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок движется по кольцу, маркер в сети отсутствует, поэтому другие станции вынуждены ожидать своей очереди для передачи информации. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть путаниц. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных. Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок окончательно удаляется после достижения станции, отославшей его. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения. [Источник 4]

Типы кадров

Маркер

Когда ни одна станция не отправляет фрейм, специальный кадр маркера прокручивает цикл. Он повторяется от станции к станции до прибытия на станцию, которая должна отправлять данные. Маркеры имеют длину 3 байта и состоят из разделителя начала, байта управления доступом и конечного разделителя.

Завершение кадра

Используется для отмены передачи передающей станцией

Данные

Кадры данных содержат информацию для протоколов верхнего уровня, в то время как фреймы команд управляют информацией и не имеют данных по протоколам верхнего уровня. Кадры данных /команд различаются по размеру в зависимости от размера информационного поля.

Начальный разделитель

Состоит из специальной битовой диаграммы, обозначающей начало кадра. Биты от наиболее значимых до наименее значимых - J, K, 0, J, K, 0,0,0. J и K являются нарушениями кода. Поскольку кодирование Манчестера самосинхронизируется и имеет переход для каждого кодированного бита 0 или 1, кодировки J и K нарушают это и будут обнаружены аппаратным обеспечением. Поля «Исходный разделитель» и «Конечный разделитель» используются для обозначения границ кадра. [Источник 5]

Каждый абонент сети (его сетевой адаптер) должен выполнять следующие функции:

Выявление ошибок передачи;
Контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
Контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.
Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.

Сеть Token Ring первоначально была разработана компанией IBM в 1970 гг. Она по-прежнему является основной технологией IBM для локальных сетей (LAN) , уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Спецификация IEEE 802.5 почти идентична и полностью совместима с сетью Token Ring IBM. Спецификация IEEE 802.5 была фактически создана по образцу Token Ring IBM, и она продолжает отслеживать ее разработку. Термин "Token Ring" oбычно применяется как при ссылке на сеть Token Ring IBM, так и на сеть IEEE 802.5.

Сравнение Token Ring и IEEE 802.5

Сети Token Ring и IEEE 802.5 в основном почти совместимы, хотя их спецификации имеют относительно небольшие различия. Сеть Token Ring IBM оговаривает звездообразное соединение, причем все конечные устройства подключаются к устройству, называемому "устройством доступа к многостанционной сети" ( MSAU ), в то время как IEEE 802.5 не оговаривает топологию сети (хотя виртуально все реализации IEEE 802.5 также базируются на звездообразной сети). Имеются и другие отличия, в том числе тип носителя (IEEE 802.5 не оговаривает тип носителя, в то время как сети Token Ring IBM используют витую пару) и размер поля маршрутной информации (смотри далее в этой главе обсуждение характеристик полей маршрутной информации). На Рис. 2.3 представлены обобщенные характеристики сетей Token Ring и IЕЕЕ 802.5.

Рис. 2.3. IBM Token Ring Network/IEEE 802.5 Comparison

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информация для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность "начало блока данных"), дополняет информацией, которую он хочет передать и, наконец, отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает "раннего освобождения маркера" - early token release ), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет,прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, которые будут рассмотрены дальше, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Физические соединения

Станции сети IBM Token Ring напрямую подключаются к MSAU , которые могут быть объединены с помощью кабелей, образуя одну большую кольцевую сеть (смотри Рис. 2.4). Кабели-перемычки соединяют MSAU со смежными MSAU . Кабели-лепестки подключают MSAU к станциям. В составе МSAU имеются шунтирующие реле для исключения станций из кольца.

Рис. 2.4. IBM Token Ring Network Physical Connections

Система приоритетов

Сети Тоkеn Ring используют сложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом, назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блоки данных Token Ring содержат два поля, которые управляют приоритетом: поле приоритетов и поле резервирования.

Только станции с приоритетом, который равен или выше величины приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того, как маркер захвачен и изменен( в результате чего он превратился в информационный блок), только станции, приоритет которых выше приоритета передающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохода по сети. При генерации следующего маркера в него включается более высокий приоритет данной резервирующей станции. Станции, которые повышают уровень приоритета маркера, должны восстановить предыдущий уровень приоритета после завершения передачи.

Механизмы управления неисправностями

Сети Token Ring используют несколько механизмов обнаружения и компенсации неисправностей в сети. Например, одна станция в сети Token Ring выбирается "активным монитором" ( active monitor ). Эта станция, которой в принципе может быть любая станция сети, действует как централизованный источник синхронизирующей информации для других станций кольца и выполняет разнообразные функции для поддержания кольца. Одной из таких функций является удаление из кольца постоянно циркулирующих блоков данных. Если устройство, отправившее блок данных, отказало, то этот блок может постоянно циркулировать по кольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные блоки данных и фактически блокирует сеть. Активный монитор может выявлять и удалять такие блоки и генерировать новый маркер.

Звездообразная топология сети IBM Token Ring также способствует повышению общей надежности сети. Т.к. вся информация сети Token Ring просматривается активными MSAU , эти устройства можно запрограммировать так, чтобы они проверяли наличие проблем и при необходимости выборочно удаляли станции из кольца.

Алгоритм Token Ring, называемый "сигнализирующим" ( beaconing ), выявляет и пытается устранить некоторые неисправности сети. Если какая-нибудь станция обнаружит серьезную проблему в сети (например такую, как обрыв кабеля), она высылает сигнальный блок данных. Сигнальный блок данных указывает домен неисправности, в который входят станция, сообщающая о неисправности, ее ближайший активный сосед, находящийся выше по течению потока информации (NAUN), и все, что находится между ними. Сигнализация инициализирует процесс, называемый "автореконфигурацией" ( autoreconfiguration ), в ходе которого узлы, расположенные в пределах отказавшего домена, автоматически выполняют диагностику, пытаясь реконфигурировать сеть вокруг отказавшей зоны. В физическом плане MSAU может выполнить это с помощью электрической реконфигурации.

Формат блока данных

Сети Token Ring определяют два типа блока данных: блоки маркеров и блоки данных/блоки команд. Оба формата представлены на Рис.2.5.

Маркеры. Длина маркера - три байта; он состоит из
- ограничителя начала
Ограничитель начала служит для предупреждения каждой станции о прибытии маркера (или блока данных/блока команд). В этом поле имеются сигналы, которые отличают этот байт от остальной части блока путем нарушения схемы кодирования, использованной в других частях блока.

Байт управления доступом содержит поля приоритета и резервирования, а также бит маркера (используемый для дифференциации маркера и блока данных/блока команд) и бит монитора (используемый активным монитором, чтобы определить, циркулирует какой-либо блок в кольце непрерывно или нет).

И наконец, разделитель конца сигнализирует о конце маркера или блока данных/ блока команд. В нем также имеются биты для индикации поврежденного блока,а также блока, являющегося последним в логической последовательности.

Блок данных и блок команд могут иметь разные размеры в зависимости от размеров информационного поля. Блоки данных переносят информацию для протоколов высших уровней; блоки команд содержат управляющую информацию, в них отсутствует информация для протоколов высших уровней.

В блоке данных/блоке команд за байтом управления доступом следует байт управления блоком данных. Байт управления блоком данных указывает, что содержит блок - данные или управляющую информацию. В управляющих блоках этот байт определяет тип управляющей информации.

За байтом управления блоком следуют два адресных поля, которые идентифицируют станции пункта назначения и источника. Для IEEE 802.5 длина адресов равна 6 байтам.

За адресными полями идет поле данных. Длина этого поля ограничена временем удержания маркера кольца, которое определяет максимальное время, в течение которого станция может удерживать маркер.

За полем данных идет поле последовательности проверки блока ( FCS ). Станция-источник заполняет это поле вычисленной величиной, зависящей от содержания блока данных. Станция назначения повторно вычисляет эту величину, чтобы определить, не был ли блок поврежден при прохождении. Если это так, то блок отбрасывается.

Также, как и маркер, блок данных/блок команд заканчивается ограничителем конца.

Читайте также: