Технология доступа к среде

Token Ring и IEEE 802.5

Библиографическая справка

Сеть Token Ring первоначально была разработана компанией IBM в 1970 гг. Она по-прежнему является основной технологией IBM для локальных сетей (LAN) , уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Спецификация IEEE 802.5 почти идентична и полностью совместима с сетью Token Ring IBM. Спецификация IEEE 802.5 была фактически создана по образцу Token Ring IBM, и она продолжает отслеживать ее разработку. Термин "Token Ring" oбычно применяется как при ссылке на сеть Token Ring IBM, так и на сеть IEEE 802.5.

Сравнение Token Ring и IEEE 802.5

Сети Token Ring и IEEE 802.5 в основном почти совместимы, хотя их спецификации имеют относительно небольшие различия. Сеть Token Ring IBM оговаривает звездообразное соединение, причем все конечные устройства подключаются к устройству, называемому "устройством доступа к многостанционной сети" (MSAU), в то время как IEEE 802.5 не оговаривает топологию сети (хотя виртуально все реализации IEEE 802.5 также базируются на звездообразной сети). Имеются и другие отличия, в том числе тип носителя (IEEE 802.5 не оговаривает тип носителя, в то время как сети Token Ring IBM используют витую пару) и размер поля маршрутной информации (смотри далее в этой главе обсуждение характеристик полей маршрутной информации). На Рис. 2.3 представлены обобщенные характеристики сетей Token Ring и IЕЕЕ 802.5.

Рис. 2.3. IBM Token Ring Network/IEEE 802.5 Comparison

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информация для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность "начало блока данных"), дополняет информацией, которую он хочет передать и, наконец, отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает "раннего освобождения маркера" - early token release ), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет,прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, которые будут рассмотрены дальше, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Физические соединения

Станции сети IBM Token Ring напрямую подключаются к MSAU, которые могут быть объединены с помощью кабелей, образуя одну большую кольцевую сеть (смотри Рис. 2.4). Кабели-перемычки соединяют MSAU со смежными MSAU. Кабели-лепестки подключают MSAU к станциям. В составе МSAU имеются шунтирующие реле для исключения станций из кольца.

Рис. 2.4. IBM Token Ring Network Physical Connections

Система приоритетов

Сети Тоkеn Ring используют сложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом, назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блоки данных Token Ring содержат два поля, которые управляют приоритетом: поле приоритетов и поле резервирования.

Только станции с приоритетом, который равен или выше величины приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того, как маркер захвачен и изменен( в результате чего он превратился в информационный блок), только станции, приоритет которых выше приоритета передающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохода по сети. При генерации следующего маркера в него включается более высокий приоритет данной резервирующей станции. Станции, которые повышают уровень приоритета маркера, должны восстановить предыдущий уровень приоритета после завершения передачи.

Механизмы управления неисправностями

Сети Token Ring используют несколько механизмов обнаружения и компенсации неисправностей в сети. Например, одна станция в сети Token Ring выбирается "активным монитором" ( active monitor ). Эта станция, которой в принципе может быть любая станция сети, действует как централизованный источник синхронизирующей информации для других станций кольца и выполняет разнообразные функции для поддержания кольца. Одной из таких функций является удаление из кольца постоянно циркулирующих блоков данных. Если устройство, отправившее блок данных, отказало, то этот блок может постоянно циркулировать по кольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные блоки данных и фактически блокирует сеть. Активный монитор может выявлять и удалять такие блоки и генерировать новый маркер.

Звездообразная топология сети IBM Token Ring также способствует повышению общей надежности сети. Т.к. вся информация сети Token Ring просматривается активными MSAU, эти устройства можно запрограммировать так, чтобы они проверяли наличие проблем и при необходимости выборочно удаляли станции из кольца.

Алгоритм Token Ring, называемый "сигнализирующим" ( beaconing ), выявляет и пытается устранить некоторые неисправности сети. Если какая-нибудь станция обнаружит серьезную проблему в сети (например такую, как обрыв кабеля), она высылает сигнальный блок данных. Сигнальный блок данных указывает домен неисправности, в который входят станция, сообщающая о неисправности, ее ближайший активный сосед, находящийся выше по течению потока информации (NAUN), и все, что находится между ними. Сигнализация инициализирует процесс, называемый "автореконфигурацией" ( autoreconfiguration ), в ходе которого узлы, расположенные в пределах отказавшего домена, автоматически выполняют диагностику, пытаясь реконфигурировать сеть вокруг отказавшей зоны. В физическом плане MSAU может выполнить это с помощью электрической реконфигурации.

Формат блока данных

Сети Token Ring определяют два типа блока данных: блоки маркеров и блоки данных/блоки команд. Оба формата представлены на Рис.2.5.

Рис. 2.5. IEEE 802.5/Token Ring Frame Formats

• Маркеры. Длина маркера - три байта; он состоит из
  • ограничителя начала

    Ограничитель начала служит для предупреждения каждой станции о прибытии маркера (или блока данных/блока команд). В этом поле имеются сигналы, которые отличают этот байт от остальной части блока путем нарушения схемы кодирования, использованной в других частях блока.
  • байта управления доступом

    Байт управления доступом содержит поля приоритета и резервирования, а также бит маркера (используемый для дифференциации маркера и блока данных/блока команд) и бит монитора (используемый активным монитором, чтобы определить, циркулирует какой-либо блок в кольце непрерывно или нет).
  • ограничителя конца

    И наконец, разделитель конца сигнализирует о конце маркера или блока данных/ блока команд. В нем также имеются биты для индикации поврежденного блока,а также блока, являющегося последним в логической последовательности.
• Блок данных и блок команд

  Блок данных и блок команд могут иметь разные размеры в зависимости от размеров информационного поля. Блоки данных переносят информацию для протоколов высших уровней; блоки команд содержат управляющую информацию, в них отсутствует информация для протоколов высших уровней.

  В блоке данных/блоке команд за байтом управления доступом следует байт управления блоком данных. Байт управления блоком данных указывает, что содержит блок - данные или управляющую информацию. В управляющих блоках этот байт определяет тип управляющей информации.

  За байтом управления блоком следуют два адресных поля, которые идентифицируют станции пункта назначения и источника. Для IEEE 802.5 длина адресов равна 6 байтам.

  За адресными полями идет поле данных. Длина этого поля ограничена временем удержания маркера кольца, которое определяет максимальное время, в течение которого станция может удерживать маркер.

  За полем данных идет поле последовательности проверки блока (FCS). Станция-источник заполняет это поле вычисленной величиной, зависящей от содержания блока данных. Станция назначения повторно вычисляет эту величину, чтобы определить, не был ли блок поврежден при прохождении. Если это так, то блок отбрасывается.

  Также, как и маркер, блок данных/блок команд заканчивается ограничителем конца.