Учебное пособие по курсу вычислительные системы, сети и телекоммуникации раздел Информационно-вычислительные сети Часть 2

Физический уровень технологии Token Ring

Концентратор может быть активный или пассивный. Пассивный просто соединяет станции через порты, чтобы связи образовали кольцо. Роль усилителя берет на себя сетевой адаптер. Активный выполняет функции регенерации сигналов, поэтому его называют повторителем.

Сеть Token Ring представляет собой звездно-кольцевую топологию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезда, а сами MSAU соединяются через специальные порты Ring In и Ring Out для образования физического кольца. Кабели, соединяющие станцию с концентратором называются ответвительными. Кабели, соединяющие концентраторы – магистральные.

В качестве среды передачи изначально использовалась экранированная витая пара (type 1 и 2для стационарной проводки, type 6 и 9 для абонентских шнуров) и оптоволоконный кабель (SM и ММ 125/140). Позже стали использовать и неэкранированную витую пару категорий 3, 4, 5.

	0		1		1		0		0		J		K		К
+0,85В
0
–0,85В

Битовые интервалы:

для 4 Мбит/с – 250 нс, для 16 Мбит/с – 62,5 нс, (в Ethernet 100 нс)

Маркерный метод доступа

1. 
   Абонент 1, желающий передать свой пакет, должен дождаться прихода к нему свободного маркера. Затем он присоединяет к маркеру свой пакет, помечает маркер как занятый и отправляет эту посылку следующему по кольцу абоненту.
   
2. 
   Все остальные абоненты (2, 3, 4), получив маркер с присоединенным пакетом, проверяют, им ли адресован пакет. Если пакет адресован не им, то они передают полученную посылку (маркер + пакет) дальше по кольцу. Все станции передают кадр как повторители.
   
3. 
   Если какой-то абонент распознает пакет как адресованный ему, то он его принимает, устанавливает в маркере бит подтверждения приема и передает посылку (маркер + кадр-подтверждение приема) дальше по кольцу.
   
4. 
   Передававший абонент 1 получает свою посылку, прошедшую по всему кольцу, обратно, помечает маркер как свободный, удаляет из сети свой пакет и посылает свободный маркер дальше по кольцу. Абонент, желающий передавать, ждет этого маркера, и все повторяется снова.
   

Временные соотношения регулируются набором таймеров.

Если в кольце 250 станций и каждая желает передать данные, то время оборота маркера будет 2,3 с. За появлением маркера следит активный монитор. Он «ждет» его 2,5 с (по 10 мс на станцию)

Задачи мониторов:

1. 
   активный монитор контролирует наличие свободного маркера (отсутствие Timer No Token 2,6 с)
   
2. 
   следит за временем передачи кадра (Timer Valid Transmission 10 мс)
   
3. 
   удаляет бесхозных кадров (по биту маркера Мо)
   
4. 
   в периоды повторения АМ посылает сигнал синхронизации – обычно последовательность 1
   
5. 
   min время оборота маркера по кольцу 6мкс, при малом числе узлов доставка может произойти быстрее, активный монитор вносит необходимую задержку (буфер АМ)
   
6. 
   каждые 7 с активный монитор извещает о своем присутствии
   
7. 
   резервные мониторы ждут кадра присутствия активного монитора 15 с
   
8. 
   есть еще несколько мониторов, которые следят за корректностью работы кольца: сервер отчетов о конфигурации, сервер параметров кольца, монитор ошибок.
   
9. 
   остальные узлы сети – резервные мониторы.
   

Такая схема будет работать, если задавать приоритеты сообщений на прикладном уровне. Но тогда приложения будет зависеть от нижних уровней, так как, например, Ehernet не поддерживает приоритеты.

В сетях 16 Мбит/с сетях Token Ring используется усовершенствованный маркерный способ доступа – метод раннего освобождения маркера (аналог обмена квитанциями с простоями и по методу скользящего окна). Для передачи маркера узел не дожидается подтверждения приема. В этом случае пропускная способность увеличивается, так как в сети передается не один кадр, а несколько. (Свободные маркер все равно один).

Основное преимущество маркерного метода перед CSMA/CD состоит в гарантированной величине времени доступа. Его максимальная величина, как и при централизованном методе, составит (N-1)•t_пк, где N – полное число абонентов в сети, t_пк – время прохождения пакета по кольцу. Вообще, маркерный метод управления обменом при большой интенсивности обмена в сети (загруженность более 30-40%) гораздо эффективнее случайных методов. Он позволяет сети работать с большей нагрузкой, которая теоретически может даже приближаться к 100%.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости (разрыв кабеля, выход из строя станции), потому что функции контроля распределены по всем узлам.

Форматы кадров Token Ring

1. 
   Маркер
   
2. 
   Кадр данных
   
3. 
   Прерывающая последовательность
   

1. Начальный ограничитель 1 байт – это уникальная последовательность символов JK0JK000

2. Управление доступом 1 байт. Сост из 4 подполей (приоритет, бит маркера, бит монитора, резервные биты приоритета П П П Ма Мо Р Р Р)

• 
  биты приоритета
  
• 
  бит маркера. (=1 у маркера доступа, =0 у кадра данных)
  
• 
  бит монитора (устанавливается =1 активным монитором и =0 любой станцией (если активный монитор видит бит Мо=1, то это значит, что маркер прошел по кольцу, и никто его не обработал, тогда если это кадр, то он удаляется, а если это маркер, то он посылается дальше)
  
• 
  резервные биты приоритета. (этот приоритет устанавливается узлом при получении маркера, если сообщения узла имеют приоритет ниже приоритета маркера. )
  

Задержка распространения маркера 24 бит * 250 нс = 6 мкс

• 
  Начальный ограничитель 1 байт
  
• 
  Управление доступом 1 байт. Значения этих полей поля берутся из маркера.
  
• 
  Управление кадром 1 байт (формат ТТ РРР ППП) . ТТ – тип кадра: 00 MAC или 01 LLC.
  

В МАС кадре передаются команды управления:

1. 
   Тест дублирования адреса. Узел посылает кадр, чтобы убедиться, что его адрес уникален.
   
2. 
   Активный монитор каждые 7 сек посылает кадр присутствия.
   
3. 
   Тест наличия активного монитора. Узлы контролируют АМ.
   
4. 
   Маркер заявки. При отсутствии АМ узлы «выбираю» новый АМ. Это узел с наибольшим МАС адресом.
   
5. 
   Сигнал (бакен). Посылается узлами для обнаружения разрывов, неисправных станций. Узел перестает посылать сигнал, если получил сигнал от предшествующего узла. В конце концов, сигнал посылает только узел перед которым разрыв. Его обнаружит программное обеспечение.
   
6. 
   Очистка. Используется АМ для удаления ранее посланных маркеров.
   

• 
  Адрес назначения 6 байт. Это MAC адрес.
  

• 
  Адрес источника 6 байт
  
• 
  Данные
  
• 
  Контрольная сумма 4 байта, по алгоритму циклический избыточный контроль.
  
• 
  Конечный ограничитель 1 байт (берется и маркера)
  
• 
  Статус кадра (дошел/не дошел) 1 байт. (формат УКrrУКrr). Узел-отправитель посылает кадр с У=0, К=0. Приемник устанавливает У=1, если он существует и «увидел кадр», К=1, если он скопировал кадр в буфер, r – резервные биты.
  

• 
  Начальный ограничитель
  
• 
  Конечный ограничитель
  

Кроме этих типов кадров узел может передавать заполняющая последовательность. Это произвольная последовательность 0 и 1. Она передается во время обладания маркером, если кадров для пересылки больше нет. Она нужна для непрерывной синхронизации и для наличия сигнала в линии. Отсутствие сигнала будет воспринято как разрыв кабеля.