Технологія Token Ring

Мережі Token Ring, так само як і мережі Ethernet, характеризує розділюваний середу передачі даних, яка в даному випадку складається з відрізків кабелю, що з'єднують усі 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 порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, званого маркером, або токеном (Токеn).

Технологія Token Ring була розроблена компанією IВМ в 1984 році, а потім передана в якості проекту стандарту в Комітет IЕЕЕ 802, який на її основі прийняв в 1985 році стандарт 802.5. Компанія IВМ 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.

Мережі Token Ring працюють із двома бітовими швидкостями - 4 і 16 Мбіт / с. Використання 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 4Мбіт / с.

Мережа Token Ring IВМ увазі кільцеподібне з'єднання, причому всі кінцеві пристрої підключаються за допомогою пристрою доступу до многостанционного мережі (MSAU).

Мережі Token Ring можуть використовувати як фізичне середовище екрановану виту пару, що не-екрановані виту пару, а також волоконно-оптичний кабель. Максимальна кількість станцій в кільці - 260, а максимальна довжина кільця - 4 км.

Ідея Token Ring проста - будь-яка станція, що отримала спеціальну послідовність біт, звану токеном, може бути активною. Token передається від станції до станції по кільцю в певній послідовності - звідси і назва технології.

Технологія Token Ring є більш складною технологією, ніж Е1Ьегпе1. Вона має властивості відмовостійкості. Головні особливості такої мережі: надійність, гарантована для кожної станції смуга пропускання і пасивна середу передачі. Власне, технологія Token Ring спочатку розроблялася саме для підвищення надійності, яка була в ті часи слабким місцем Ethernet.

Надійність досягається за рахунок великої надмірності: адже архітектура мережі Token Ring являє собою кільце, яке в разі розриву в одному місці може передавати інформацію в обхід. Крім того, кожна станція самостійно генерує Token у разі його втрати, виправляє помилки і шуми і виконує безліч інших функцій, які і забезпечують стійку роботу мережі.

Іншою відмінною особливістю Token Ring є гарантована смуга пропускання. Технологія передачі даних така, що всі станції кільця в обов'язковому порядку отримують доступ до мережі за певний час. Таким чином, кількість станцій, які можуть бути підключені до мережі Token Ring, в процентному вираженні буде більше, ніж для Ethernet. У Token Ring не буває ситуації, коли станція просто не дочекалася своєї черги і порахувала мережу розірваним.

У мережі Token Ring визначені процедури контролю роботи мережі, які використовують зворотний зв'язок кільцеподібної структури - посланий кадр завжди повертається в станцію-відправник. За рахунок зворотного зв'язку кільця одна зі станцій - активний монітор - безупинно контролює наявність маркера, а також час обороту маркера і кадрів даних. При некоректній роботі кільця запускається процедура його повторної ініціалізації, а якщо вона не допомагає, то для локалізації несправної ділянки кабелю або несправної станції використовується процедура beaconing. У деяких випадках виявлені помилки в роботі мережі усуваються автоматично, наприклад, може бути відновлений загублений маркер. В інших випадках помилки тільки фіксуються, а їх усунення виконується вручну обслуговуючим персоналом.

Для контролю мережі одна із станцій виконує роль так званого активного монітора. Активний монітор вибирається під час ініціалізації кільця як станція з максимальним значенням МАС-адреси.

Якщо активний монітор виходить з ладу, процедура ініціалізації кільця повторюється і вибирається новий активний монітор. Щоб мережа могла виявити відмову активного монітора, останній у працездатному стані кожні 3 секунди генерує спеціальний кадр своєї присутності. Якщо цей кадр не з'являється в мережі більше 7 секунд, інші станції мережі починають процедуру виборів нового активного монітора.

У мережах Token Ring використовується маркерний метод доступу, який гарантує кожній станції отримання доступу до поділюваного кільцю протягом часу обороту маркера. Через це властивості цей метод іноді називають детермінованим. До мереж з маркерним методом доступу, крім мереж Token RIng, відносяться мережі FDDI, а також мережі, близькі до стандарту 802.4, - ArcNet, мережі виробничого призначення МАР.

У мережі Token Ring кільце утворюється відрізками кабелю, що з'єднують сусідні станції. Таким чином кожна станція зв'язана зі своєю попередньою і подальшої 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 будь-яка станція завжди безпосередньо одержує 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, NAUM. 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 фізичного середовища 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.

Усі 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 ознака підтвердження прийому. Станція, що видала кадр даних в кільце, при зворотному його одержанні ^ з підтвердженням прийому вилучає цей кадр із кільця і ​​передає в мережу новий маркер для

забезпечення можливості іншим станціям мережі передавати дані. Такий алгоритм доступу застосовується в мережах Token Ring зі швидкістю передачі 4 Мбіт / с, описаних у стандарті 802.5.

Час володіння розділяється середовищем в мережі Token reing 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, залежно 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 звичайно дорівнює кбайт, а для мереж 16 Мбіт / с - 16 кбайт. Це пов'язано з тим, що за час утримання маркера стан ція повинна встигнути передати хоча б один кадр. При швидкості 4 Мбіт / с за час 10 мс можна передатиТОВ байт, а при швидкості 16 Мбіт / с - відповідно 20 ТОВ байт. Максимальні розміри кадру ви брани з деяким запасом.

У мережах Token Ring 16 Мбіт / с використовується також трохи інший алгоритм доступу до кільця, званий алгоритмом раннього звільнення маркера (Earle 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. У 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.

Метод доступу заснований на пріоритетах: від 0 (нижчий) до 7 (вищий). Станція сама визначає пріоритет поточного кадру і може захопити кільце 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.

Одним з головних недоліків Token Ring є недосконалість механізму пошуку несправності. Для забезпечення надійної роботи Token Ring передбачає автоматичне налаштування кільця, яка іноді заважає оператору розібратися в що відбуваються в мережі процесах, утруднюючи пошук несправностей і підтримку мережі. Іншим чинником, що збільшує вартість мережі Token Ring, є надлишкова функціональність кожної окремої плати. Справа в тому, що будь-яка мережева плата Token Ring є універсальним пристроєм доступу в мережу і крім забезпечення взаємодії прикладного рівня виконує багато інших функцій з діагностики кільця, способу входу в середу передачі і т. д. Таким чином, їх вартість виходить вище, ніж вартість аналогічних мережевих плат Ethernet.

8.5.4. Технологія РОО!

Технологія FDDI (Fiber Distributed Data interface) - оптоволоконний інтерфейс розподілених даних - це перша технологія локальних мереж, в якій середовищем передачі даних є волоконно-оптичний кабель. Роботи зі створення технологій і пристроїв для використання волоконно-оптичних каналів в локальних мережах почалися в 1980-і роки, незабаром після початку промислової експлуатації подібних каналів в територіальних мережах. Проблемна група ХЗТ9.5 інституту ANSI розробила в період з 1986 по 1988 рр.. початкові версії стандарту FDDI, який забезпечує передачу кадрів зі швидкістю 100 Мбіт / с за подвійним волоконно-оптичному кільцю завдовжки до 100 км.

Технологія FDDI багато в чому грунтується на технології Token Ring, розвиваючи та вдосконалюючи її основні ідеї.

Мережа FDDI будується на основі двох оптоволоконних кілець, які утворюють основний і резервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Наявність двох кілець - це основний спосіб підвищення відмовостійкості в мережі FDDI, і вузли, які хочуть скористатися цим підвищеним потенціалом надійності, повинні бути підключені до обох кілець.

У нормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянки кабелю тільки первинного (Primary) кільця, цей режим названий режимом Thru - «наскрізним» або «транзитним». Вторинне кільце (Secondary) в цьому режимі не використовується.

У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла), первинне кільце об'єднується з вторинним, знову утворюючи єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тобто «згортання» або «згортання» кілець. Операція згортання проводиться засобами концентраторів і / або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані по первинному кільцю завжди передаються в одному напрямку (на діаграмах цей напрям зображується проти годинникової стрілки), а по вторинному - в зворотному (зображується за годинниковою стрілкою).

Тому при утворенні загального кільця з двох кілець передавачі станцій як і раніше залишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати і приймати інформацію сусідніх станціях.

У стандартах FDDI багато уваги відводиться різним процедурами дозволяє визначити наявність відмови в мережі, а потім провести необхідну реконфігурацію. Мережа Рйй! може повністю відновлювати свою працездатність у випадку одиничних відмов її елементів _; При множинних відмовах мережа розпадається на кілька незв'язаних мереж: Технологія Р001 доповнює механізми виявлення відмов технології Токеп КТД механізмами реконфігурації шляху передачі даних у мережі, заснованими на наявності резервних зв'язків, забезпечуваних другим кільцем.

Кільця в мережах FDDI розглядаються як загальна розділюваний середу передачі даних, тому для неї визначений спеціальний метод доступу. Цей метод дуже близький до методу доступу мереж Token Ring і також називається методом маркерного (або токенів) кільця - token ring.

Відмінності зазначеного методу полягають в тому, що час утримання маркера в мережі Р0й1 не є постійною величиною, як в мережі Token Ring. Цей час залежить від завантаження кільця-г-прі невеликому завантаженні воно збільшується, а при великих перевантаженнях може зменшуватися до нуля. Ці зміни в методі доступу стосуються тільки асинхронного трафіку, який не критичний до невеликих затримка * передачі кадрів. Для синхронного трафіку час утримання маркера як і раніше залишається фіксованою величиною. Механізм пріоритетів кадрів, аналогічний прийнятому в технологіісТокеп КТД» в технології РЕР1 відсутня. Розробники технології вирішили, що розподіл трафіку на вісім рівнів пріоритетів надлишково і досить розділити трафік на два класи - асинхронний і синхронний, останній з яких обслуговується завжди, навіть при перевантаженнях кільця.

В іншому пересилання кадрів між станціями кільця на рівні МАС повністю відповідає технології Token Ring. Станції РЕ01 застосовують алгоритм раннього звільнення маркера, як і сет * Токеп КТД зі швидкістю 16 Мбіт / с.

Як і в багатьох інших технологіях локальних сетейрв технології FDDI використовується протокол підрівня управління каналом даних LLC, визначений у стандарті ІЕЕЕ 802.2. Таким чином, незважаючи на те, що технологія FDDI була розроблена і стандартизована інститутом ANSI, а не комітетом IЕЕЕ, вона повністю вписується в структуру стандартів 802.

Відмінною особливістю технологій FDDI є рівень управління станцією - Station Management (SMT). Саме рівень SMT виконує всі функції з управління та моніторингу всіх інших рівнів стека ² протоколів FDDI. B управлінні кільцем приймає участь кожен вузол мережі РОМ, тому всі вузли обмінюються спеціальними кадрами SMT для управління мережею.

Відмовостійкість мереж FDDI забезпечується протоколами та інших рівнів: за допомогою фізичного рівня усуваються відмови мережі з фізичних причин (наприклад, через обрив кабелю), а за допомогою рівня МАС - логічні відмови мережі (наприклад, втрата потрібного внутрішнього шляху передачі маркера і кадрів даних між портами концентратора).

В якості фізичного середовища технологія FDDI використовує волоконно-оптичні кабелі та незахищену виту пару категорії 5, цей варіант фізичного рівня називається TP-PMD.

Максимальна кількість станцій подвійного підключення в кільці FDDI становить 500 станцій, максимальний діаметр подвійного кільця - 100 км. Максимальні відстані між сусідніми вузлами для багатомодового кабелю рівні 2 км, для кручений пари UPT категорії 5 - 100 м, а для одномодового оптоволокна залежать від його якості і становить 40... 60 км.

Технологія FDDI розроблялася для застосування у відповідальних ділянках мереж - на магістральних з'єднаннях між великими мережами, наприклад мережами будівель, а також для підключення до мережі високопродуктивних серверів. Тому головним для розробників було забезпечити високу швидкість передачі даних, відмовостійкість на рівні протоколу і великі відстані між вузлам» мережі. Всі ці цілі були досягнуті. У результаті технологія FDDI вийшла якісною, але вельми дорогою. Навіть поява більш дешевого варіанту для кручений пари не набагато знизило б вартість підключення одного вузла до мережі Р001. Тому практика показала, що основною областю застосування технології FDDI стали магістралі мереж, що складаються з декількох будівель, а також мережі масштабу великого міста, тобто класу MAN. Для підключення клієнтських комп'ютерів і навіть невеликих серверів технологія виявилася занадто дорогою.

У результаті технологія FDDI отримала значно менше поширення, ніж технології Ethernet і Token Ring.