Мережі Token Ring (Word 97, txt)

Технологія мереж Token Ring була вперше представлена IBM в 1982 р. і в 1985 р. було включено IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engeneers) як стандарт 802.5. Token Ring як і раніше є основним технологією IBM для локальних мереж (LAN), поступаючись за популярністю серед технологій LAN лише Ethernet/IEEE 802.3. Мережі Token Ring працюють із двома битовыми швидкостями — 4 Мб/с і 16 Мб/с. Перша швидкість визначена у стандарті 802.5, а друга є новим стандартом де-факто, який з’явився результаті розвитку технології Token Ring.

У Token Ring кабелі підключаються за схемою «зірка», але він функціонує як логічне кільце .

У логічному кільці циркулює маркер (невеличкий кадр спеціального формату, званий іноді токеном), що він сягає станції, вона захоплює канал. Маркер завжди циркулює щодо одного напрямі. Вузол, який одержує маркер у найближчого вышерасположенного активного сусіда передає його нижерасположенному. Кожна станція в кільці отримує дані з зайнятого маркера і відправляє їх (з точністю повторюючи маркер) сусідньому вузлу мережі. У такий спосіб дані циркулюють по кільцю до того часу, доки досягнуть станції - адресата. Натомість ця станція зберігає дані і передає їх протоколів верхнього рівня, а кадр передає далі (помінявши у ньому два біта — ознака отримання). Коли маркер сягає станции-отправителя — він вивільняється, і далі процес триває аналогічно. У мережах Token Ring 16 Мб/с застосовується також трохи інший алгоритм доступу до кільцю, званий алгоритмом «раннього звільнення маркера» (Early Token Release). Відповідно до ним станція передає маркер доступу станції відразу після закінчення передачі останнього біта кадру, без очікування повернення по кільцю цього кадру з битому підтвердження прийому. І тут пропускну здатність кільця використовується понад ефективно й наближається до 80% номінальної. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер у мережі відсутня (за умови що кільце не забезпечує «раннього звільнення маркера »), тому інші станції, бажаючі передати інформацію, змушені ожидать. Таким чином через мережу може водночас часу передаватися лише одне пакет отже, у мережах Token Ring може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільнення маркера, то новий маркер то, можливо випущено після завершення передачі блоку данных.

Мережі Тоkеn Ring використовують складна система пріоритетів, яка дозволяє деяким станціям з великим пріоритетом, призначеним користувачем, частіше користуватися мережею. Блоки даних Token Ring містять два поля, які керують пріоритетом: полі пріоритетів і полі резервування. Тільки станції з пріоритетом, що дорівнює чи вище величини пріоритету, котра міститься в маркере, можуть заволодіти їм. Потому, як маркер захоплений і змінено (у результаті він перетворився на інформаційний блок), лише станції, пріоритет яких перевищує пріоритету передавальної станції, можуть зарезервувати маркер наступного проходу через мережу. При генерації наступного маркера до нього включається вищий пріоритет даної резервирующей станції. Станції, що підвищують рівень пріоритету маркера, повинні відновити попередній рівень пріоритету після завершення передачі. Коли кільце встановлено, інтерфейс кожної станції зберігає адреси попередньої станції і наступного станції в кільці. Періодично власник маркера розсилає одне із SOLICIT_SUCCESSOR кадр, пропонуючи новим станціям приєднатися до кільцю. У цьому вся кадрі вказані адресу відправника та «адреса наступний його станції в кільці. Станції з адресами в цьому діапазоні адрес можуть приєднатися до кільцю. Отже зберігається упорядкованість (зі збільшення) адрес в кільці. Якщо ні одна станція не відгукнулася на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, то станціяволодар маркера закриває вікно відповіді і продовжує функціонувати як зазвичай. Якщо є рівно один відгук, то откликнувшаяся станція входить у каблучку й ставати яка дотримується при кільці. Якщо два чи більш станції відгукнулися, то фіксується колізія. Станция-обладатель маркера запускає алгоритм дозволу колізій, посилаючи кадр RESOLVE_CONTENTION. Цей алгоритм — модифікація алгоритму зворотного двоичного лічильника на два розряду. Біля кожної станції в інтерфейсі є дві біт, встановлюваних випадково. Їх значення 0,1,2 і трьох. Значення цих бітов визначають величину затримки, при відгуку станції на запрошення підключитися до кільцю. Значення цих біт переустанавливаются кожні 50mсек. Процедура підключення нової станції до кільцю не порушує найгірше гарантоване час передачі маркера по кільцю. Біля кожної станції є таймер, який скидається коли станція отримує маркер. Перш що вона буде скинуто його значення порівнюється зі деякою величиною. Якщо він більше, то процедура підключення станції до кільцю не запускається. У кожному разі воднораз підключається трохи більше однієї станції воднораз. Теоретично станція може чекати підключення до кільцю як завгодно довго, практично лише кілька секунд. Проте, з погляду додатків реального часу це одне з найбільш слабких місць 802.4.

Відключення станції від кільце досить легко. Станція Х з попередником P. S і послідовником Р шле кадр SET_SUCCESSOR, який вказує Р що відтепер його попередником є P. S. Після цього Х припиняє передачу. Ініціалізація кільця — це спеціальний випадок підключення станції до кільцю. У початковий момент станція включається і слухає канал. Якщо вона виявляє ознак передачі, вона генерує CLAIM_TOKEN маркер.

Якщо конкурентів немає, вона генерує маркер сама і встановлює кільце з однієї станції. Періодично вона генерує кадри SOLICIT_SUCCESSOR, запрошуючи інші станції включитися у кільце. Якщо початковий момент відразу дві станції було включено, то запускається алгоритм зворотного двоичного лічильника з цими двома разрядами.

Под ISU (Information Symbol Unit) розуміється одиниця передачі информации Общая часть В мережах Token Ring використовуються різні типи кадрів: Data/Command Frame (кадр управления/данные), Token (маркер), Abort (кадр сброса).

Апаратне забезпечення мереж Token Ring.

При підключенні пристроїв в ARCNet застосовують топологію шина чи зірка. Адаптери ARCNet підтримують метод доступу Token Bus (маркерная шина) Змішування станцій, працівників різних швидкостях, щодо одного кільці не допускается.

Коллизии.

Через помилок передач і збоїв устаткування можуть бути проблеми з передачею маркера — колізії. Стандарт Token Ring чітко визначає методи дозволу колізій: Для дозволу колізій є можливість станцій «слухати» після передачі. Що стосується, якщо станція передає маркер сусідньої, а та тим часом відключається (наприклад через апаратного збою), то, а то й піде передач кадру чи маркера, то маркер посилається вдруге. Якщо й при повторної передачі маркера щось було, то станція посилає WHO_FOLLOWS кадр, у якому вказано який відповідає сусід. Увидя цей кадр, станція, на яку яка відповідає станція — попередник, шле кадр SET_SUCCESSOR, уже й стає новим сусідом. У цьому неотвечающая станція виключається з кольца.

Що стосується, якщо зупинилася як наступна станція, а й наступна з ним — запускається нова процедура, посилкою кадру SOLICIT_SUCCESSOR₂. У ній бере участь процедура дозволу конфліктів. У цьому всі, хто хоче підключитися до кільцю можуть це. Фактично кільце переустанавливается. Інший вид проблем виникає, коли зупиняється власник маркера і маркер зникає з кільця. Проблема вирішується запуском процедури ініціалізації кільця. Біля кожної станції є таймер, який скидається щоразу, коли маркер з’являється. Якщо значення цієї таймера перевищить деякою заздалегідь встановлений значення (time out), то станція генерує кадр CLAIM_TOKEN. У цьому запускається алгоритм зворотного двоичного лічильника. Якщо виявилося дві голови і більш маркерів на шині, станція, володіє маркером, побачивши передачу маркера на шині, скидає свій маркер. Так повторюється до того часу доки залишиться рівно один маркер в системе.

Не все станції в кільці рівні. Один із станцій позначається активним монітор, що означає додаткову відповідальність із управління кільцем. Активний монітор здійснює управління тайм-аутом в кільці, породжує нові маркери (якщо потрібно), щоб зберегти робочий стан, і генерує діагностичні кадри за певних умов. Активний монітор вибирається, коли кільце инициализируется, й у ролі може виступити будь-яка станція мережі. Алгоритм визначення активного монітора наступний: включення або якщо якась станції помітить відсутність монітора, вона посилає CLAIM_TOKEN кадр. Якщо вона перша, хто послав такий кадр, те вона й стає монитором Если монітор відмовив з якоїсь причини, існує механізм, з допомогою якого інші станції (резервні монітори) можуть домовитися, яка з без них буде новим активним монітором. Однією з функцій котрим служить активний монітор є видалення з кільця постійно що циркулюють блоків даних. Якщо пристрій, отправившее блок даних, відмовило, цей блок може постійно циркулювати по кільцю. Це може завадити іншим станціям передавати власні блоки даних, і фактично блокує мережу. Активний монітор може виявляти і видаляти такі блоки і генерувати новий маркер. Важливою функцією монітора є налаштованість задерки на кільці, затримка мусить бути достатня, у тому, щоб у кільці умістився 24-битный маркер. Зіркоподібна топологія мережі IBM Token Ring також сприяє підвищенню загальної надійності мережі. Т.к. всю інформацію мережі Token Ring просматривется активними MSAU, ці устрою можна запрограмувати те щоб вони перевіряли наявність труднощів і за необхідності вибірково видаляли станції з кільця. Алгоритм Token Ring, званий «сигнализирующим «(beaconing), виявляє і намагається усунути деякі несправності мережі. Якщо станція знайде серйозною проблемою у мережі (наприклад таку, як обрив кабелю), вона висилає сигнальний блок даних. Сигнальний блок даних вказує домен несправності, до якого входять станція, повідомляючи про несправності, її найближчий активний сусід, які перебувають вище за течією потоку інформації (NAUN), і всі, що з-поміж них. Сигналізація инициализирует процес, званий «автореконфигурацией «(autoreconfiguration), під час якого вузли, які працюють у межах який відмовив домену, автоматично виконують діагностику, намагаючись реконфигурировать мережу навколо що відмовила зони. У фізичному плані MSAU може виконати цю з допомогою електричної реконфигурации.

Практическая частина Нехай ми маємо мережа з 50 станцій, працююча зі швидкістю 10 Мбит/сек і налаштована отже на підстанції з пріоритетом 6 залишається 1/3 пропускної здібності. Тоді кожна станція має гарантовано для пріоритету 6 швидкість щонайменше 67 Кб/с. Ця пропускну здатність то, можливо використана керувати пристроями у реальному масштабі времени.

Важливою проблемою під час створення кільцевої мережі є «фізична довжина «біта. Нехай дані передаються зі швидкістю R Mbps. Це означає, що кожні 1/R ms на лінії з’являється біт. З огляду на, що сигнал поширюється зі швидкістю 200 m/ms, то один біт займає 200/R метрів кільця. Звідси, при швидкості 1 Мbps і довжині окружності 1 км кільце вміщує трохи більше 5 біт одновременно.

Наслідком конструкції мережі кільце з маркером є т, що мережа повинна мати достатню протяжність, щоб маркер можуть розміститися у ній повністю коли все станції розташовані чекаючи. Затримки складаються з цих двох компонентів — 1 біт затримка на інтерфейсі станції і затримка на поширення сигналу. З огляду на, що станції можуть виключатися, наприклад проти ночі, слід що у кільці мусить бути штучна затримка, якщо кільце недостатньо довше. При малої завантаженні станції у мережі кільце з маркером відразу зможуть передавати свої повідомлення. В міру зростання завантаження у станцій зростатимуть черги передати і вони у відповідність до кільцевим алгоритмом захоплюватимуть маркер і вестиме передачу. Поступово завантаження кільця зростатиме доки досягне 100%.

Формат маркера Кадр маркера складається з трьох полів, кожне у один байт. Поле початкового обмежника з’являється у початку маркера, соціальній та початку будь-якого кадру, котра у мережі. Поле складається з унікальної серії електричних імпульсів, які відрізняються від тих імпульсів, якими кодуються одиниці, і нулі в байтах даних. Тому початковий обмежувач не можна сплутати ні з яким битовой послідовністю. Поле контролю доступу. Поділяється чотирма елемента данных:

PPP T M RRR,.

где PPP — біти пріоритету, T — біт маркера, M — біт монітора, RRR — резервні биты.

Кожен кадр чи маркер має пріоритет, який установлюють бітами пріоритету (значення від 0 до 7, 7 — найвищий пріоритет). Станція може скористатися маркером, якщо вона отримала маркер з пріоритетом, меншим чи рівним, ніж її власний. Мережний адаптер станції, коли йому зірвалася захопити маркер, поміщає свій пріоритет в резервні біти маркера, але у тому випадку, якщо записаний у резервних бітах пріоритет нижче його власного. Ця станція матиме переважний доступ при наступному вступі до неї маркера.

Схема використання пріоритетного методу захоплення маркера показано малюнку 13. Спочатку монітор поміщає на полі поточного пріоритету P максимальне значення пріоритету, а полі резервного пріоритету R обнуляется (маркер 7110). Маркер відбувається за кільцю, у якому станції мають поточні пріоритети 3, 6 і 4. Оскільки цих значень менше, ніж 7, то захопити маркер станції що неспроможні, але де вони записують своє значення пріоритету на полі резервного пріоритету, якщо їх пріоритет вищі їхні поточного значення. Через війну маркер повертається до монітора багатозначно резервного пріоритету R = 6. Монітор переписує це значення на полі P, а значення резервного пріоритету обнуляє, і знову відправляє маркер по кільцю. У цьому обороті його захоплює станція з пріоритетом 6 — найвищим пріоритетом у кільці в момент времени.

Биток маркера має значення 0 для маркера і одну для кадра.

Биток монітора встановлюється один активним монітором й у 0 будь-який інший станцією, передавальної маркер чи кадр. Якщо активний монітор бачить маркер чи кадр, у якому біт монітора один, то активний монітор знає, що це кадр чи маркер вже колись обійшов каблучку й ні оброблений станціями. Якщо це кадр, він видаляється з кольца.

Якщо це маркер, то активний монітор переписує пріоритет з резервних бітов отриманого маркера на полі пріоритету. Тому, за наступному проході маркера по кільцю його захопить станція, має найвищий пріоритет. Поле кінцевого обмежника — останнє полі маркера. Також, як і полі початкового обмежника, це полі містить унікальну серію електричних імпульсів, які можна сплутати з цими. Крім позначки кінця маркера це полі також має два подполя: біт проміжного кадру і біт помилки. Ці поля ставляться більше до кадру даних, який ми бачимо рассмотрим.

————. Поля Start delimiter і End delimiter призначені для розпізнавання початку й кінця кадру. Вона має спеціальну кодування, вона може зустрітися у користувача. Тому поля довжина кадру непотрібен. Поле Frame control відокремлює управляючі поля від полів даних. Для кадрів даних тут вказується пріоритет кадру. Це полі також використовується станцією одержувачем на утвердження коректного або коректного отримання кадру. Без цього поля одержувач було б позбавлена можливості давати підтвердження — він не бачить маркера.

Token ring і FDDI.

Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) — перша технологія локальних мереж, що використовувала як середовище передачі опто-волоконний кабель.

FDDI сутнісно є швидкодіючий варіант Token Ring на волоконної оптиці. У отличае від Token Ring FDDI реалізується без традиційних концентраторов-«хабов». Ще однією відзнакою FDDI від Token.

Ring є можливість передавати дані одночасно, тобто. в сетях.

FDDI може водночас циркулювати кілька кадрів. По топології FDDI і двох логічних кілець з циркуляцією маркерів із них в протилежних напрямах. Кільця утворюють основний рахунок і резервний шляху передачі між вузлами мережі. Використання двох кілець — це основний спосіб підвищення отказоустойчивости у мережі FDDI, і вузли, які хочуть нею скористатися, мають бути підключені до обох кільцям. У нормальному режимі роботи мережі дані проходять крізь ці вузли і всі ділянки кабелю первинного (Primary) кільця, тому цей режим названо режимом Thru — «наскрізним «чи «транзитним ». Вторинне кільце (Secondary) у тому режимі немає. Що стосується будь-якого виду відмови, коли частина первинного кільця неспроможна передавати дані (наприклад, обрив кабелю чи відмова вузла), первинне кільце об'єднується зі вторинним), створюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, то є «згортання «чи «згортання «кілець. Операція згортання виробляється силами концентраторів і/або мережевих адаптерів FDDI. Для спрощення цієї процедури дані про первинному кільцю завжди передаються проти годинниковий стрілки, а, по вторинному — по годинниковий. Тому, за освіті загального кільця з цих двох кілець передавачі станцій як і залишаються під'єднаними до приймачам сусідніх станцій, що дозволяє правильно передавати і вчасно приймати інформацію сусідніми станціями. У FDDI досягається бітова швидкість 100 Мб/с.

Процедура ініціалізації FDDI трохи відрізняється від ініціалізації Token Ring:

Для виконання процедури ініціалізації кожна станція мережі повинна знати про свої вимоги до максимальному часу обороту токена по кільцю. Ці вимоги зберігають у параметрі, званому «необхідний час обороту токена «- TTRT (Target Token Rotation Time).

Параметр TTRT відбиває ступінь потреби станції в пропускної здібності кільця — що менше час TTRT, тим більше станція хоче отримувати токен передачі своїх кадрів. Процедура ініціалізації дозволяє станціям дізнатися вимоги вчасно обороту токена інших станцій та вибрати мінімальне час у ролі загального параметра T_Opr, виходячи з що його надалі розподілятися пропускну здатність кільця. Параметр TTRT має перебувати у межах від 4 мс до 165 мс і може змінюватися адміністратором мережі. Для проведення процедури ініціалізації станції обмінюються службовими кадрами МАС-уровня — кадрами Claim. Ці картини мають у своєму полі управління значення 1L00 0011, полі адреси призначення містить адресу джерела (DA = SA), а полі інформації міститься 4-х байтовое значення цього часу обороту токена T_Req. Коли якась станція вирішує розпочати процес ініціалізації кільця зі своєї ініціативи, вона формує кадр Claim Token зі своїми значенням необхідного часу обороту токена TTRT, тобто привласнює полю T_Req своє значення TTRT. Захоплення токена до відправки кадру Claim непотрібен. Будь-яка інша станція, отримавши кадр Claim Token, починає виконувати процес Claim Token. У цьому станції встановлюють ознака перебування кільця в працездатному стані Ring_Operational до стану False, що означає скасування нормальних операцій із передачі токена і кадрів даних. У стані станції обмінюються лише службовими кадрами Claim. На виконання процедури ініціалізації кожна станція підтримує таймер поточного часу обороту токена TRT (Token Rotation Timer), який застосовується також й надалі під час роботи кільця нормального режимі. Для спрощення викладу вважатимемо, що це таймер, як та інші таймери станції, инициализируется нульовим значенням і далі нарощує своє значення до певної величини, званої порогом закінчення таймера. (У реальному кільці FDDI все таймери працюють у двоичном додатковому коді). Таймер TRT запускається кожної станцією для виявлення початку процедури Claim Token. Як граничного значення таймера вибирається максимально дозволене час обороту токена, тобто 165 мс. Закінчення таймера TRT до завершення процедури означає її невдалий закінчення — кільце зірвалася форматувати. Що стосується невдачі процесу Claim Token запускається процеси Beacon і Trace, з допомогою яких станції кільця намагаються виявити некоректно працюючу частина кільця і відключити його від мережі. Під час виконання процесу Claim Token кожна станція спочатку може відіслати кільцю кадр Claim багатозначно T_Req, рівним значенням її параметра TTRT. У цьому вона встановлює значення T_Opr, однакову значенням TTRT. Розглянемо приклад инициализируемого кільця, наведений малюнку 9.

В певний час все станції передали по кільцю свої пропозиції про значення максимального часу обороту токена: 72 мс, 37 мс, 51 мс і 65 мс. Станція, прийнявши кадр Claim від попередньої станції, зобов’язана порівняти значення T_Req, вказаний у кадрі багатозначно TTRT свого предложения.

Якщо інша станція просить встановити час обороту токена менше, ніж дана (тобто T_Req < TTRT), то дана станція перестає генерувати власні кадри Claim й починає повторювати чужі кадри Claim, оскільки бачить, що у кільці є більш вимогливі станції. Одночасно станція фіксує у своїй перемінної T_Opr мінімальне значення T_Req, яке їй трапилося в чужих кадрах Claim. Якщо ж який прийшов кадр має значення T_Req більше, ніж власне значення TTRT, він видаляється з кільця. Станція, є джерелом кадру для мережі, відповідальна через те, щоб видалити Кадр з мережі, по тому, як і, зробивши повний оборот, знову сягне нее.

Початкові версії різних складових частин стандарту FDDI були розроблено комітетом Х3Т9.5 в 1986 — 1988 роках, і тоді виникло перше устаткування — мережні адаптери, концентратори, мости і маршрутизатори, підтримують цей стандарт. Нині більшість мережевих технологій підтримують оптоволоконні кабелі як один з вар’янтів фізичного рівня, але FDDI залишається найбільш відпрацьованою високошвидкісної технологією, стандарти яку пройшли перевірку часом і устоялися, отже устаткування різних виробників показує хорошу ступінь совместимости.

Блок-схемы.

Token Ring.

(Логическое кольцо).

FDDI.

Заключение

.

Мережі з кільцевої топологією відомі що й використовуються широко. Серед численних достоїнств є одне особливо важлива — це середовище з множинним доступом, а послідовність сполук точка-точка, їхнім виокремленням кільце. Сполуки точка-точка добре вивчені, можуть працювати на різних фізичних середовищах: вита пара, коаксиал чи оптоволокно. Спосіб передачі у основно цифровий, тоді як в 802.3 є значна аналоговий компонент.

———————————;

Станція 1.

Станція 2.

Станція 3.

Станція 4.

Станція 5.