Лекция 9. Технологии Token-Ring и FDDI

Token-Ring. Сети стандарта Token Ring используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс. Алгоритм доступа основан на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 г. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая развитие технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют и усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры – посланный кадр всегда возвращается в станцию – отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора, который выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3с генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7с, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт:

– начальный ограничитель (Start Delimiter, SD) появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети;

– управление доступом (Access Control) состоит из четырех подполей: РРР, Т, М и RRR, где РРР – биты приоритета, Т – бит маркера, М – бит монитора, RRR – резервные биты приоритета. Бит Т, установленный в 1, указывает на то, что данный кадр является маркером доступа. Бит монитора устанавливается в 1 активным монитором и в 0 любой другой станцией, передающей маркер или кадр. Если активный монитор видит маркер или кадр, содержащий бит монитора со значением 1, то активный монитор знает, что этот кадр или маркер уже однажды обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр, то он удаляется из кольца. Если это маркер, то активный монитор передает его дальше по кольцу;

– конечный ограничитель (End Delimeter, ED) – последнее поле маркера.

Кадр данных включает те же три поля, что и маркер, и имеет еще несколько дополнительных полей:

- начальный ограничитель (Start Delimiter, SD);

- управление кадром (Frame Control, FC);

- адрес назначения (Destination Address, DA);

- адрес источника (Source Address, SA);

- данные (INFO);

- контрольная сумма (Frame Check Sequence, PCS);

- конечный ограничитель (End Delimeter, ED);

- статус кадра (Frame Status, FS).

Кадр данных может переносить либо служебные данные для управления кольцом (данные МАС-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня). Стандарт Token Ring определяет 6 типов управляющих кадров МАС-уровня. Поле FC определяет тип кадра (MAC или LLC), и если он определен как MAC, то поле также указывает, какой из шести типов кадров представлен данным кадром. Назначение этих шести типов кадров:

– чтобы удостовериться, что ее адрес уникальный, станция, когда впервые присоединяется к кольцу, посылает кадр «Тест дублирования адреса» (Duplicate Address Test, DAT);

– чтобы сообщить другим станциям, что он работоспособен, активный монитор периодически посылает в кольцо кадр «Существует активный монитор» (Active Monitor Present, AMP);

– «Существует резервный монитор» (Standby Monitor Present, SMP) отправляется любой станцией, не являющейся активным монитором;

– резервный монитор отправляет кадр «Маркер заявки» (Claim Token, CT), когда подозревает, что активный монитор отказал, затем резервные мониторы договариваются между собой, какой из них станет новым активным монитором;

– станция отправляет кадр «Сигнал» (Beacon, BCN) в случае возникновения сетевых проблем (обрыв кабеля, обнаружение станции, передающей кадры без ожидания маркера, выход станции из строя). Каждая станция периодически передает кадры BCN до тех пор, пока не примет кадр BCN от своего предыдущего (NAUN) соседа. В результате в кольце только одна станция продолжает передавать кадры BCN - та, у которой имеются проблемы с предыдущим соседом. В сети Token Ring каждая станция знает МАС - адрес своего предыдущего соседа, поэтому Beacon-процедура приводит к выявлению адреса некорректно работающей станции;

– кадр «Очистка» (Purge, PRG) используется новым активным монитором для того, чтобы перевести все станции в исходное состояние и очистить кольцо от всех ранее посланных кадров.

В стандарте 802.5 используются адреса той же структуры, что и в стандарте 802.3. Адреса назначения и источника могут иметь длину либо 2, либо 6 байт. Адрес источника имеет тот же размер и формат, что и адрес назначения. Поле данных INFO кадра может содержать данные одного из описанных управляющих кадров уровня MAC или пользовательские данные, упакованные в кадр уровня LLC. Это поле не имеет определенной стандартом максимальной длины, хотя существуют ограничения на его размер, основанные на временных соотношениях между временем удержания маркера и временем передачи кадра. Поле статуса FS имеет длину 1 байт и содержит 4 резервных бита и 2 подполя: бит распознавания адреса А и бит копирования кадра С. Так как это поле не сопровождается вычисляемой суммой CRC, то используемые биты для надежности дублируются: поле статуса FS. Прерывающая последовательность состоит из двух байтов, содержащих начальный и конечный ограничители. Прерывающая последовательность может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется.

Стандарт Token Ring изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU (Multistation Access Unit) или MSAU (Multi-Station Access Unit), то есть устройствами многостанционного доступа. Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Характеристики сети FDDI.

Стандарт FDDI (Fiber Distributed Data Interface, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) был предложен институтом ANSI и затем был принят стандарт ISO, соответствующий спецификациям ANSI. Ориентирован на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение оптоволоконного кабеля. При этом имеет преимущества помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов. Высокая скорость передачи позволяет решать задачи недоступные менее скоростным сетям (передачу изображений в реальном масштабе времени). Оптоволоконный кабель решает проблему передачи данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что позволяет строить большие по размерам сети, охватывающие даже целые города и имеющие при этом низкий уровень ошибок. За основу стандарта FDDI был взят метод маркерного доступа. Кольцевая топология. В сети применяется два разнонаправленных оптоволоконных кабеля, один из которых обычно находится в резерве, однако такое решение позволяет использовать и полнодуплексную передачу информации (одновременно в двух направлениях) с удвоенной эффективной скоростью в 200 Мбит/с (при этом каждый из двух каналов работает на скорости 100 Мбит/с). Применяется и звездно-кольцевая топология с концентраторами, включенными в кольцо (как в Token-Ring).

Основные технические характеристики сети FDDI:

- максимальное количество абонентов сети – 1000;

- максимальная протяженность кольца сети – 20 км;

- максимальное расстояние между абонентами сети – 2 км;

- среда передачи – многомодовый оптоволоконный кабель (возможно применение электрической витой пары);

- метод доступа – маркерный;

- скорость передачи информации – 100 Мбит/с (200 Мбит/с).

Ограничение на общую длину сети в 20 км связано не с затуханием сигналов в кабеле, а с необходимостью ограничения времени полного прохождения сигнала по кольцу для обеспечения предельно допустимого времени доступа. А вот максимальное расстояние между абонентами (2 км при многомодовом кабеле) определяется как раз затуханием сигналов в кабеле (оно не должно превышать 11 дБ). Предусмотрена также возможность применения одномодового кабеля, и в этом случае расстояние между абонентами может достигать 45 км, а полная длина кольца – 200 км.

Имеется также реализация FDDI на электрическом кабеле (CDDI – Copper Distributed Data Interface или TPDDI – Twisted Pair Distributed Data Interface). При этом используется кабель категории 5 с разъемами RJ-45. Максимальное расстояние между абонентами в этом случае должно быть не более 100 м. При этом нет гарантий на совместимость оборудований.

Для передачи данных в FDDI применяется код 4В/5В, специально разработанный для этого стандарта. Главный принцип кода – избежать длинных последовательностей нулей и единиц. Код 4В/5В обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с при пропускной способности кабеля 125 миллионов сигналов в секунду (или 125 МБод), а не 200 МБод, как в случае манчестерского кода. При этом каждым четырем битам передаваемой информации (каждому полубайту или нибблу) ставится в соответствие пять передаваемых по кабелю битов. Это позволяет приемнику восстанавливать синхронизацию приходящих данных один раз на четыре принятых бита. Таким образом, достигается компромисс между простейшим кодом NRZ и самосинхронизирующимся на каждом бите манчестерским кодом. Сигналы кодируются кодом NRZI (в случае TPDDI) и MLT-3 (в случае FDDI).

Стандарт FDDI предусматривает включение в кольцо абонентов:

– класса А (абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим (внутреннему и внешнему) кольцам сети;

– класса В (абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только к одному (внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по сравнению с адаптерами класса А, но не имеют их возможностей. В сеть они могут включаться только через концентратор или обходной коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Кроме абонентов (терминалов и т.д.) в сети используются связные концентраторы, включение которых позволяет собрать в одно место все точки подключения с целью контроля работы сети, диагностики неисправностей, упрощения реконфигурации и функции преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного подключения (DAC – Dual-Attachment Concentrator) и одинарного подключения (SAC – Single-Attachment Concentrator).

Основная литература: 2 [372 – 375], 3[257 –262]

Дополнительная литература

Контрольные вопросы:

1. Какая топология у сети Token Ring?

2. Назовите топологию сети FDDI?

3. Какая пропускная способность сетей Token Ring и FDDI?

4. В чем разница между технологией Ethernet и Token Ring?