Реферат: Сети "Token Ring"

Введение

     Технология сетей TokenRing былавпервые представлена IBM в 1982 г. и в 1985 г.была  включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engeneers) как стандарт 802.5. Token Ring попрежнемуявляется основной технологией IBM для локальных сетей (LAN), уступаяпо популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Сети TokenRing работают с двумя битовыми скоростями — 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скоростьопределена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто,появившимся в результате развития технологии Token Ring.

   В Token Ring кабели подключаются по схеме “звезда”, однако он функционирует как логическое кольцо .

    В логическом кольце циркулирует маркер (небольшой кадр специального формата, называемый иногда токеном), когда он доходит достанции, то она захватывает канал. Маркер всегдациркулирует в одном направлении. Узел, получающий маркер у ближайшего вышерасположенного активного соседа передает его нижерасположенному.Каждая станция в кольце получает данные из занятого маркера и отправляет их ( в точности повторяя маркер)соседнему узлу сети. Таким способом данные циркулируют по кольцу до тех пор,пока не достигнут станции – адресата. В свою очередь эта станция сохраняетданные и передает их протоколам верхнего уровня а кадр передает дальше (поменявв нем два бита – признак получения). Когда маркер достигает станции–отправителя– он высвобождается, и далее процесс продолжается аналогично.

  В сетях Token Ring 16 Мб/с используется такженесколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом “раннегоосвобождения маркера”(Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующейстанции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясьвозвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случаепропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80% от номинальной. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер всети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождениямаркера»), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынужденыожидать.Таким образом по сети может в один момент времени передаваться толькоодин пакет следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Еслиобеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущенпосле завершения передачи блока данных.

      Сети Тоkеn Ring используютсложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высокимприоритетом, назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блокиданных Token Ring содержат два поля, которые управляют приоритетом: полеприоритетов и поле резервирования.

Только станции с приоритетом, который равен или вышевеличины приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того,как маркер захвачен и изменен( в результате чего он превратился винформационный блок), только станции, приоритет которых выше приоритетапередающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохода посети. При генерации следующего маркера в него включается более высокийприоритет данной резервирующей станции. Станции, которые повышают уровеньприоритета маркера, должны восстановить предыдущий уровень приоритета послезавершения передачи.

Когда кольцо установлено, интерфейс каждой станции хранитадреса предшествующей станции и последующей станции в кольце. Периодическидержатель маркера рассылает один из SOLICIT_SUCCESSOR кадр, предлагая новымстанциям присоединиться к кольцу. В этом кадре указаны адрес отправителя иадрес следующий за ним станции в кольце. Станции с адресами в этом диапазонеадресов могут присоединиться к кольцу. Таким образом сохраняетсяупорядоченность ( по возрастанию) адресов в кольце. Если ни одна станция неоткликнулась на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, то станция-обладатель маркера закрываетокно ответа и продолжает функционировать как обычно. Если есть ровно одинотклик, то откликнувшаяся станция включается в кольцо и становиться следующей вкольце. Если две или более станции откликнулись, то фиксируется коллизия.Станция-обладатель маркера запускает алгоритм разрешения коллизий, посылая кадрRESOLVE_CONTENTION. Этот алгоритм — модификация алгоритма обратного двоичногосчетчика на два разряда.

Укаждой станции в интерфейсе есть два бит, устанавливаемых случайно. Их значения0,1,2 и 3. Значение этих битов определяют величину задержки, при откликестанции на приглашение подключиться к кольцу. Значения этих битпереустанавливаются каждые 50mсек.

Процедураподключения новой станции к кольцу не нарушает наихудшее гарантированное времядля передачи маркера по кольцу. У каждой станции есть таймер, которыйсбрасывается когда станция получает маркер. Прежде чем он будет сброшен егозначение сравнивается с некоторой величиной. Если оно больше, то процедураподключения станции к кольцу не запускается. В любом случае за один разподключается не более одной станции за один раз. Теоретически станция можетждать подключения к кольцу сколь угодно долго, на практике не более несколькихсекунд. Однако, с точки зрения приложений реального времени это одно изнаиболее слабых мест 802.4.

     Отключение станции от кольцоочень просто. Станция Х с предшественником S и последователем Р шлет кадрSET_SUCCESSOR, который указывает Р что отныне его предшественником является S.После этого Х прекращает передачу.

Инициализациякольца — это специальный случай подключения станции к кольцу. В начальныймомент станция включается и слушает канал. Если она не обнаруживает признаковпередачи, то она генерирует CLAIM_TOKEN маркер.

    Если конкурентов необнаружилось, то она генерирует маркер сама и устанавливает кольцо из однойстанции. Периодически она генерирует кадры SOLICIT_SUCCESSOR, приглашая другиестанции включиться в кольцо. Если в начальный момент сразу две станции быливключены, то запускается алгоритм обратного двоичного счетчика с двумяразрядами.

ПодISU (Information Symbol Unit) понимается единица передачи информации

Общая часть

    

Всетях Token Ring используются различные типы кадров:

Data/CommandFrame (кадр управления/данные), Token (маркер), Abort (кадрсброса).

Аппаратное обеспечение сетейTokenRing

 При подключении устройств в ARCNet применяюттопологию шина или звезда. Адаптеры ARCNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркернаяшина)

Смешениестанций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

 Коллизии

 

    Из-за ошибок передач и сбоевоборудования могут возникать проблем с передачей маркера — коллизии. Стандарт Token Ring четкоопределяет методы разрешения коллизий:

 Важной для разрешения коллизий являетсявозможность станций “слушать” послепередачи.

 В случае, если станция передает маркерсоседней, а та в это время отключается (например из-за аппаратного сбоя), тоесли не последует передач кадра или маркера, то маркер посылается вторично.

 Если и при повторной передаче маркера ничегоне последовало, то станция посылает WHO_FOLLOWS кадр, где указан не отвечающийсосед. Увидя этот кадр, станция, для которой не отвечающая станция — предшественник, шлет кадр SET_SUCCESSOR, и становится новым соседом. При этомнеотвечающая станция исключается из кольца.

  В случае, если остановиласьне только следующая станция, но и следующая за ней — запускается новаяпроцедура, посылкой кадра SOLICIT_SUCCESSOR_2. В ней участвует процедураразрешения конфликтов. При этом все кто хочет подключиться к кольцу могут этосделать. Фактически кольцо переустанавливается.

Другойвид проблем возникает, когда останавливается держатель маркера и маркер исчезаетиз кольца. Эта проблема решается запуском процедуры инициализации кольца. Укаждой станции есть таймер, который сбрасывается каждый раз, когда маркерпоявляется. Если значение этого таймера превысит некоторой заранееустановленное значение (time out), то станция генерируеткадр CLAIM_TOKEN. При этом запускается алгоритм обратного двоичного счетчика.

Если оказалось два и более маркеров на шине, станция,владеющая маркером, увидев передачу маркера на шине, сбрасывает свой маркер.Так повторяется до тех пор пока не останется ровно один маркер в системе.

Невсе станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означаетдополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный мониторосуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (еслинеобходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностическиекадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когдакольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети.Алгоритм определения активного монитора следующий: при включении или есликакая-то станции заметит отсутствие монитора, она посылает CLAIM_TOKEN кадр.Если она первая, кто послал такой кадр, то она и становится монитором

Если монитор отказал по какой-либо причине, существуетмеханизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могутдоговориться, какая из них будет новым активным монитором.  Одной из функций для которых служит активный мониторявляется удаление из кольца постоянно циркулирующих блоков данных. Еслиустройство, отправившее блок данных,

отказало, то этот блок может постоянно циркулировать покольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные блоки данныхи фактически блокирует сеть. Активный монитор может выявлять и удалять такиеблоки и генерировать новый маркер. Важной функцией монитора является установказадерки на кольце, задержка должна быть достаточна, для того, чтобы в кольцеуместился 24-битный маркер.

Звездообразная топология сети IBM Token Ring такжеспособствует повышению общей надежности сети. Т.к. вся информация сети TokenRing просматривется активными MSAU, эти устройства можно запрограммировать так,чтобы они проверяли наличие проблем и при необходимости выборочно удалялистанции из кольца.

АлгоритмToken Ring, называемый «сигнализирующим» (beaconing), выявляет и пытается устранить некоторые неисправностисети. Если какая-нибудь станция обнаружит серьезную проблему в сети (напримертакую, как обрыв кабеля), она высылает сигнальный блок данных. Сигнальный блокданных указывает домен неисправности, в который входят станция, сообщающая онеисправности, ее ближайший активный сосед, находящийся выше по течению потокаинформации (NAUN), и все, что находится между ними. Сигнализация инициализируетпроцесс, называемый «автореконфигурацией» (autoreconfiguration), в ходе которого узлы, расположенные впределах отказавшего домена, автоматически выполняют диагностику, пытаясьреконфигурировать сеть вокруг отказавшей зоны. В физическом плане MSAU можетвыполнить это с помощью электрической реконфигурации.

Практическая часть

  Пусть у нас есть сеть из 50станций, работающая на скорости 10 Мбит/сек и настроенная так, что наподстанции с приоритетом 6 остается 1/3 пропускной способности. Тогда каждаястанция имеет гарантированно для приоритета 6 скорость не менее 67 Кб/с. Этапропускная способность может быть использована для управления устройствами вреальном масштабе времени.

  Важной проблемой присоздании кольцевой сети является «физическая длина» бита. Пустьданные передаются со скоростью RMbps. Это значит, что каждые 1/R ms на линии появляется бит. Учитывая, чтосигнал распространяется со скоростью 200 m/ms, то один бит занимает 200/Rметров кольца. Отсюда, при скорости 1 Мbps и длине окружности 1 км кольцовмещает не более 5 бит одновременно.

 Следствием конструкции сетикольцо с маркером является т, что сеть должна иметь достаточную протяженность,чтобы маркер могут уместиться в ней целиком даже когда все станции находятся вожидании. Задержки складываются из двух компонентов — 1 бит задержка наинтерфейсе станции и задержка на распространение сигнала. Учитывая, что станциимогут выключаться, например

наночь, следует что на кольце должна быть искусственная задержка, если кольцо недостаточно длинное. При малой загрузке станции в сети кольцо с маркером сразусмогут передавать свои сообщения. По мере роста загрузки у станций будут растиочереди на передачу и они в соответствии с кольцевым алгоритмом будутзахватывать маркер и вести передачу. Постепенно загрузка кольца будет растипока не достигнет 100%.

Формат маркера

 Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной водин байт.

Поле начального ограничителя появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле состоит из уникальной серии электрических импульсов, которые отличаются от тех импульсов, которыми кодируются единицы и нули в байтах данных. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой битовой последовательностью. Поле контроля доступа.Разделяется на четыре элемента данных:
PPP T M RRR,
где PPP — биты приоритета, T — бит маркера, M — бит монитора, RRR — резервные биты.

Каждый кадр или маркер имеетприоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, 7 — наивысшийприоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только она получиламаркер с приоритетом, меньшим или равным, чем ее собственный. Сетевой адаптерстанции, если ему не удалось захватить маркер, помещает свой приоритет врезервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервныхбитах приоритет ниже его собственного. Эта станция будет иметь преимущественныйдоступ при последующем поступлении к ней маркера.

     Схемаиспользования приоритетного метода захвата маркера показана на рисунке 13.Сначала монитор помещает в поле текущего приоритета P максимальное значениеприоритета, а поле резервного приоритета R обнуляется (маркер 7110). Маркерпроходит по кольцу, в котором станции имеют текущие приоритеты 3, 6 и 4. Таккак эти значения меньше, чем 7, то захватить маркер станции не могут, но онизаписывают свое значение приоритета в поле резервного приоритета, если ихприоритет выше его текущего значения. В результате маркер возвращается кмонитору со значением резервного приоритета R = 6. Монитор переписывает этозначение в поле P, а значение резервного приоритета обнуляет, и сноваотправляет маркер по кольцу. При этом обороте его захватывает станция сприоритетом 6 — наивысшим приоритетом в кольце в данный момент времени.

Бит маркера имеет значение 0для маркера и 1 для кадра.

Бит монитора устанавливаетсяв 1 активным монитором и в 0 любой другой станцией, передающей маркер или кадр.Если активный монитор

видит маркер или кадр,содержащий бит монитора в 1, то активный монитор знает, что этот кадр илимаркер уже однажды обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр,то он удаляется из кольца. Если это маркер, то активный монитор переписываетприоритет из резервных битов полученного маркера в поле приоритета. Поэтому приследующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысшийприоритет.

Поле конечного ограничителя — последнее поле маркера. Так же, как и поле начального ограничителя, это поле содержит уникальную серию электрических импульсов, которые нельзя спутать с данными. Кроме отметки конца маркера это поле также содержит два подполя: бит промежуточного кадра и бит ошибки. Эти поля относятся больше к кадру данных, который мы и рассмотрим

--------

. Поля Start delimiter и End delimiter предназначеныдля распознавания начала и конца кадра. Они имеют специальную кодировку,которая не может встретиться у пользователя. Поэтому поля длина кадра нетребуется. Поле Frame control отделяет управляющие поля от полей данных. Длякадров данных здесь указывается приоритет кадра. Это поле также используетсястанцией получателем для подтверждения корректного или не корректного получениякадра. Без этого поля получатель был бы лишен возможности давать подтверждения- у него нет маркера.

Token ring и FDDI

Технология FiberDistributed Data Interface (FDDI) — первая технологиялокальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данныхоптоволоконный кабель.

FDDI  по существу представляет собой быстродействующийвариант Token Ring на волоконной оптике. В отличае от Token Ring FDDI реализуется без традиционных концентраторов-“хабов”. Еще одним отличием FDDI от Token Ring является возможностьпередавать данные одновременно, т.е. в сетях FDDIможетодновременно циркулировать несколько кадров.

 По своей топологии  FDDI состоит из двух логическихколец с циркуляцией маркеров по ним в противоположных направлениях. Кольцаобразуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.Использование двух колец — это основной способ повышения отказоустойчивости всети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены кобоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы ивсе участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимомThru — «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо(Secondary) в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа,когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрывкабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным

), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сетиназывается Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание»колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевыхадаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегдапередаются против часовой стрелки, а по вторичному — по часовой. Поэтому приобразовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнемуостаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильнопередавать и принимать информацию соседними станциями.

 В FDDIдостигаетсябитовая скорость 100 Мб/с

  Процедура инициализации FDDI несколькоотличается от инициализации Token Ring:

Для выполнения процедуры инициализации каждаястанция сети должна знать о своих требованиях к максимальному времени оборотатокена по кольцу. Эти требования содержатся в параметре, называемом«требуемое время оборота токена» — TTRT (Target Token Rotation Time).

 Параметр TTRTотражает степень потребности станции в пропускной способности кольца — чемменьше время TTRT, тем чаще станция желает получать токен для передачи своихкадров. Процедура инициализации позволяет станциям узнать о требованиях ковремени оборота токена других станций и выбрать минимальное время в качествеобщего параметра T_Opr, на основании которого в дальнейшем будет распределятьсяпропускная способность кольца. Параметр TTRT должен находиться в пределах от 4мс до 165 мс и может изменяться администратором сети.

Для проведения процедуры инициализации станцииобмениваются служебными кадрами МАС-уровня — кадрами Claim. Эти кадры имеют вполе управления значение 1L00 0011, поле адреса назначения содержит адресисточника (DA = SA), а в поле информации содержится 4-х байтовое значениезапрашиваемого времени оборота токена T_Req.

Если какая-либо станция решает начать процессинициализации кольца по своей инициативе, то она формирует кадр Claim Token сосвоим значением требуемого времени оборота токена TTRT, то есть присваиваетполю T_Req свое значение TTRT. Захвата токена для отправки кадра Claim нетребуется. Любая другая станция, получив кадр Claim Token, начинает выполнятьпроцесс Claim Token. При этом станции устанавливают признак нахождения кольца вработоспособном состоянии Ring_Operational в состояние False, что означаетотмену нормальных операций по передаче токена и кадров данных. В этом состояниистанции обмениваются только служебными кадрами Claim.

Для выполнения процедуры инициализации каждаястанция поддерживает таймер текущего времени оборота токена TRT (Token RotationTimer), который используется также и в дальнейшем при работе кольца внормальном режиме. Для упрощения изложения будем считать, что этот таймер, каки другие таймеры станции, инициализируется нулевым значением и затем наращиваетсвое значение до определенной величины, называемой порогом истечения таймера.(В реальном кольце FDDI все таймеры работают в двоичном дополнительном коде).

Таймер TRT запускается каждой станцией приобнаружении момента начала процедуры Claim Token. В качестве предельногозначения таймера выбирается максимально допустимое время оборота токена, тоесть 165 мс. Истечение таймера TRT до завершения процедуры означает еенеудачное окончание — кольцо не удалось инициализировать. В случае неудачипроцесса Claim Token запускается процессы Beacon и Trace, с помощью которыхстанции кольца пытаются выявить некорректно работающую часть кольца и отключитьее от сети.

Во время выполнения процесса Claim Token каждаястанция сначала может отправить по кольцу кадр Claim со значением T_Req, равнымзначению ее параметра TTRT. При этом она устанавливает значение T_Opr, равноезначению TTRT. Рассмотрим пример инициализируемого кольца, приведенный нарисунке 9.

В некоторый момент времени все станции передали по кольцусвои предложения о значении максимального времени оборота токена: 72 мс, 37 мс,51 мс и 65 мс. Станция, приняв кадр Claim от предыдущей станции, обязанасравнить значение T_Req, указанное в кадре со значением TTRT своегопредложения.

 Если другаястанция просит установить время оборота токена меньше, чем данная (то естьT_Req < TTRT), то данная станция перестает генерировать собственные кадрыClaim и начинает повторять чужие кадры Claim, так как видит, что в кольце естьболее требовательные станции. Одновременно станция фиксирует в своей переменнойT_Opr минимальное значение T_Req, которое ей встретилось в чужих кадрах Claim.Если же пришедший кадр имеет значение T_Req больше, чем собственное значениеTTRT, то он удаляется из кольца.

Станция, являющаяся источником кадра для сети,ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершивполный оборот, вновь дойдет до нее.

    Начальные версии различных составляющих частейстандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 — 1988 годах, и тогдаже появилось первое оборудование — сетевые адаптеры, концентраторы, мосты имаршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

В настоящее время большинство сетевых технологийподдерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня,но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандартына которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различныхпроизводителей показывает хорошую степень совместимости.

Блок-схемыToken Ring

(Логическоекольцо)

Станция 1

Станция 2

Станция 3 Станция 4 Станция 5 <img src="/cache/referats/4286/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1026 _x0000_s1028 _x0000_s1029 _x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1043 _x0000_s1044 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1050 _x0000_s1051 _x0000_s1055 _x0000_s1056 _x0000_s1057">


FDDI

<img src="/cache/referats/4286/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1058 _x0000_s1059 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1070 _x0000_s1071 _x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1079 _x0000_s1080 _x0000_s1081 _x0000_s1082 _x0000_s1083 _x0000_s1084">


Заключение

 

 Сети с кольцевойтопологией известны давно и используются широко. Среди их многочисленныхдостоинств есть одно особо важное — это не среда с множественным доступом, апоследовательность соединений точка-точка, образующих кольцо. Соединенияточка-точка хорошо изучены, могут работать на разных физических средах: витаяпара, коаксиал или оптоволокно. Способ передачи в основно цифровой, в то времякак у 802.3 есть значительная аналоговый компонент.

еще рефераты
Еще работы по компьютерным сетям