Технология Token Ring

История и основные характеристики

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все компьютеры сети в кольцо. Для доступа к кольцу служит не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером (token).

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт IEEE 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов – мэйнфреймов, мини-компьютеров и ПК. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя скоростями – 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.
Сети, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые 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 к отправителю. 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 исполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор 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 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выбора нового активного монитора.

Параметры Token Ring:

Ø сетевая топология – кольцо,

Ø сетевой кабель – витая пара,

Ø скорость передачи – 4 или 16 Мбит/с,

Ø максимальная длина кабеля – 100 м (STP) или 45 м (UTP),

Ø максимальная длина кольца – 4000 м,

Ø максимальное количество узлов – 260 (STP) или 72 UTP),

Ø метод доступа – маркерный.

Маркерный метод доступа к среде

В сетях с маркерным методом доступа, к которым, кроме сетей Token Ring, относятся сети FDDI, Arc Netи сети производствен­ного назначения MAP, право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу.

Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркули­рует кадр специального формата и назначения – маркер (token). В сети Token Ring любая станция всегда получает данные только от станции, которая является предыдущей в кольце. Такая станция называется ближайшим активным соседом, расположенным выше по потоку данных. Передачу же данных станция всегда осуществляет своему ближай­шему соседу вниз по потоку данных.

Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копиру­ет кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения при­ема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

Время владения средой в сети Token Ring ограничивается време­нем удержания маркера, после истечения которого станция обязана прекратить передачу собственных данных и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера один или несколько кадров в зависимости от их размера и величины времени удержания маркера. Обычно время удержания марке­ра по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кбайт, а для сетей 16 Мбит/с — 16 Кбайт. Это связано с тем, что за время удержания маркера станция должна успеть передать хотя бы один кадр. При скорости 4 Мбит/с за время 10 мс можно передать 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с –20 000 байт. Мак­симальные размеры кадра выбраны с некоторым запасом.

В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера. В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по коль­цу одновременно продвигаются кадры нескольких станций. Тем не менее, свои кад­ры в каждый момент времени может генерировать только одна станция – та, которая в данный момент владеет маркером доступа. Остальные станции в это время толь­ко повторяют чужие кадры, так что принцип разделения кольца во времени сохра­няется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам, могут назначаться различ­ные приоритеты: от 0 до 7. Решение о приоритете конкретного кадра принимает передающая станция (протокол Token Ring получает этот параметр через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например при­кладного). Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Стан­ция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше (или равен) приоритета маркера. В против­ном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

Форматы кадров Token Ring

В Token Ring существуют три различных формата кадров:

Ø маркер,

Ø кадр данных,

Ø прерывающая последовательность.

Маркер

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

Ø начальный ограничительпоявляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле представляет собой уникальную последовательность символов манчестерского кода – JKOJKOOO, поэтому его нельзя спутать ни с какой последовательностью внутри кадра.

Ø управление доступомсостоит 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 M 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 он 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. Использование полей приоритетов рассмотрим позже.

Ø конечный ограничительпоследнее поле маркера. Так же как и поле начального ограничителя, это поле содержит уникальную последовательность манчестерского кода JK1JK1, а также два однобитовых признака I и Е. Признак I показывает, является ли кадр последним в серии кадров (I=0) или промежуточным (I=1). Признак Е– признак ошиб­ки. Он устанавливается в 0 станцией-отправителем, и любая станция кольца, через которую проходит кадр, должна установить этот признак в 1, если она обнаружит ошибку по контрольной сумме или другую некорректность кадра.