Московського державного ВІДКРИТИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра «Управління та інформатика в технічних системах»
РЕФЕРАТ
з дисципліни
«Інформаційні мережі та телекомунікації»
на тему:
Технологія TokenRing та її основні характеристики
Виконала: Губарєва О.Е.
Перевірив: Карасьов А.П.
Москва 2010
Введення
Технологія мереж TokenRing була вперше представлена IBM в 1982 р. і в 1985 р. була включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engeneers) як стандарт 802.5. Token Ring як і раніше є основною технологією IBM для локальних мереж (LAN), поступаючись за популярністю серед технологій LAN тільки Ethernet / IEEE 802.3. Мережі Token Ring працюють із двома бітовими швидкостями - 4 Мб / с і 16 Мб / с. Перша швидкість визначена в стандарті 802.5, а друга є новим стандартом де-факто, що з'явилися в результаті розвитку технології Token Ring.
У TokenRing кабелі підключаються за схемою "зірка", однак він функціонує як логічне кільце.
У логічному кільці циркулює маркер (невеликий кадр спеціального формату, званий іноді токеном), коли він доходить до станції, то вона захоплює канал. Маркер завжди циркулює в одному напрямку. Вузол, який одержує маркер у найближчого вишерасположенного активного сусіда передає його нижерасположенного. Кожна станція в кільці отримує дані із зайнятого маркера і відправляє їх (в точності повторюючи маркер) сусідньому вузлу мережі. Таким способом дані циркулюють по кільцю до тих пір, поки не досягнуть станції - адресата. У свою чергу ця станція зберігає дані і передає їх протоколами верхнього рівня а кадр передає далі (помінявши в ньому два біти - ознака отримання). Коли маркер досягає станції-відправника - він вивільняється, і далі процес триває аналогічно.
У мережах TokenRing 16 Мб / с використовується також трохи інший алгоритм доступу до кільця, званий алгоритмом "раннього звільнення маркера" (Early Token Release). Відповідно до нього станція передає маркер доступу наступної станції відразу ж після закінчення передачі останнього біта кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з бітом підтвердження прийому. У цьому випадку пропускна здатність кільця використовується більш ефективно і наближається до 80% від номінальної. Коли інформаційний блок циркулює по кільцю, маркер в мережі відсутня (якщо тільки кільце не забезпечує "раннього звільнення маркера"), тому інші станції, які бажають передати інформацію, змушені ожідать.Такім чином по мережі може в один момент часу передаватися тільки один пакет отже, в мережах Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільнення маркера, то новий маркер може бути випущений після завершення передачі блоку даних.
Мережі Тоkеn Ring використовують складну систему пріоритетів, яка дозволяє деяким станціям з високим пріоритетом, призначеним користувачем, частіше користуватися мережею. Блоки даних Token Ring містять два поля, які керують пріоритетом: поле пріоритетів і поле резервування.
Тільки станції з пріоритетом, який дорівнює або вище величини пріоритету, що міститься в маркері, можуть заволодіти ним. Після того, як маркер захоплений і змінено (в результаті чого він перетворився на інформаційний блок), тільки станції, пріоритет яких вище пріоритету передавальної станції, можуть зарезервувати маркер для наступного проходу по мережі. При генерації наступного маркера в нього включається більш високий пріоритет даної резервує станції. Станції, які підвищують рівень пріоритету маркера, повинні відновити попередній рівень пріоритету після завершення передачі.
Коли кільце встановлено, інтерфейс кожній станції зберігає адреси попередньої станції і наступної станції в кільці. Періодично утримувач маркера розсилає один з SOLICIT_SUCCESSOR кадр, пропонуючи новим станціям приєднатися до кільця. У цьому кадрі вказані адреса відправника та адресу наступний за ним станції в кільці. Станції з адресами в цьому діапазоні адрес можуть приєднатися до кільця. Таким чином зберігається упорядкованість (за зростанням) адрес в кільці. Якщо жодна станція не відгукнулася на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, то станція-володар маркера закриває вікно відповіді і продовжує функціонувати як звичайно. Якщо є рівно один відгук, то відгукнулися станція включається в кільце і ставати наступною в кільці. Якщо дві або більше станції відгукнулися, то фіксується колізія. Станція-володар маркера запускає алгоритм вирішення колізій, посилаючи кадр RESOLVE_CONTENTION. Цей алгоритм - модифікація алгоритму зворотного двійкового лічильника на два розряди.
У кожної станції в інтерфейсі є два біт, що встановлюються випадково. Їх значення 0,1,2 і 3. Значення цих бітів визначають величину затримки, при відгуку станції на запрошення підключитися до кільця. Значення цих біт переустановлюються кожні 50mсек.
Процедура підключення нової станції до кільця не порушує найгірше гарантований час для передачі маркера по кільцю. У кожній станції є таймер, який скидається коли станція отримує маркер. Перш ніж він буде скинутий його значення порівнюється з деякою величиною. Якщо воно більше, то процедура підключення станції до кільця не запускається. У будь-якому випадку за один раз підключається не більше однієї станції за один раз. Теоретично станція може чекати підключення до кільця як завгодно довго, на практиці не більше кількох секунд. Однак, з точки зору додатків реального часу це одне з найбільш слабких місць 802.4.
Відключення станції від кільце дуже просто. Станція Х з попередником S і послідовником Р шле кадр SET_SUCCESSOR, який вказує Р що відтепер його попередником є S. Після цього Х припиняє передачу.
Ініціалізація кільця - це спеціальний випадок підключення станції до кільця. У початковий момент станція включається і слухає канал. Якщо вона не виявляє ознак передачі, то вона генерує CLAIM_TOKEN маркер.
Якщо конкурентів не виявилося, то вона генерує маркер сама і встановлює кільце з однієї станції. Періодично вона генерує кадри SOLICIT_SUCCESSOR, запрошуючи інші станції включитися в кільце. Якщо в початковий момент відразу дві станції були включені, то запускається алгоритм зворотного двійкового лічильника з двома розрядами.
Під ISU (Information Symbol Unit) розуміється одиниця передачі інформації
Загальна частина
У мережах Token Ring використовуються різні типи кадрів:
Data / Command Frame (кадр управління / дані), Token (маркер), Abort (кадр скидання).
Апаратне забезпечення мереж Token Ring
При підключенні пристроїв у ARCNet застосовують топологію шина або зірка. Адаптери ARCNet підтримують метод доступу Token Bus (маркерная шина)
Змішання станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці не допускається.
Колізії
Через помилки передач і збоїв устаткування можуть виникати проблем з передачею маркера - колізії. Стандарт Token Ring чітко визначає методи вирішення колізій:
Важливою для вирішення колізій є можливість станцій "слухати" після передачі.
У випадку, якщо станція передає маркер сусідній, а та в цей час відключається (наприклад з-за апаратного збою), то цього не буде передач кадру чи маркера, то маркер надсилається вдруге.
Якщо і при повторній передачі маркера нічого не пішло, то станція посилає WHO_FOLLOWS кадр, де вказано не відповідає сусід. Побачивши цей кадр, станція, для якої не відповідає станція - попередник, шле кадр SET_SUCCESSOR, і стає новим сусідом. При цьому неотвечающая станція виключається з кільця.
У випадку, якщо зупинилася не тільки наступна станція, а й наступна за нею - запускається нова процедура, посилкою кадру SOLICIT_SUCCESSOR_2. У ній бере участь процедура вирішення конфліктів. При цьому всі хто хоче підключитися до кільця можуть це зробити. Фактично кільце встановлювати заново.
Інший вид проблем виникає, коли зупиняється утримувач маркера і маркер зникає з кільця. Ця проблема вирішується запуском процедури ініціалізації кільця. У кожній станції є таймер, який скидається кожен раз, коли маркер з'являється. Якщо значення цього таймера перевищить деякою заздалегідь встановлене значення (time out), то станція генерує кадр CLAIM_TOKEN. При цьому запускається алгоритм зворотного двійкового лічильника.
Якщо виявилося два і більше маркерів на шині, станція, що володіє маркером, побачивши передачу маркера на шині, скидає свій маркер. Так повторюється до тих пір поки не залишиться рівно один маркер в системі.
Не всі станції в кільці рівні. Одна із станцій позначається як активний монітор, що означає додаткову відповідальність з управління кільцем. Активний монітор здійснює управління тайм-аутом в кільці, породжує нові маркери (якщо необхідно), щоб зберегти робочий стан, і генерує діагностичні кадри за певних обставин. Активний монітор вибирається, коли кільце ініціалізується, і в цій якості може виступити будь-яка станція мережі. Алгоритм визначення активного монітора наступний: при включенні або якщо якась станції помітить відсутність монітора, вона посилає CLAIM_TOKEN кадр. Якщо вона перша, хто послав такий кадр, то вона й стає монітором.
Якщо монітор відмовив з якої-небудь причини, існує механізм, за допомогою якого інші станції (резервні монітори) можуть домовитися, яка з них буде новим активним монітором. Однією з функцій для яких служить активний монітор є видалення з кільця постійно циркулюють блоків даних. Якщо пристрій, що відправило блок даних, відмовила, то цей блок може постійно циркулювати по кільцю. Це може перешкодити іншим станціям передавати власні блоки даних і фактично блокує мережу. Активний монітор може виявляти і видаляти такі блоки і генерувати новий маркер. Важливою функцією монітора є установка задеркі на кільці, затримка повинна бути достатня, для того, щоб в кільці вмістився 24-бітний маркер.
Зіркоподібна топологія мережі IBM Token Ring також сприяє підвищенню загальної надійності мережі. Оскільки вся інформація мережі Token Ring просматрівется активними MSAU, ці пристрої можна запрограмувати так, щоб вони перевіряли наявність проблем і при необхідності вибірково видаляли станції з кільця.
Алгоритм Token Ring, званий "сигналізує" (beaconing), виявляє і намагається усунути деякі несправності мережі. Якщо яка-небудь станція виявить серйозну проблему в мережі (наприклад таку, як обрив кабелю), вона надсилає сигнальний блок даних. Сигнальний блок даних вказує домен несправності, до якого входять станція, що повідомляє про несправності, її найближчий активний сусід, що знаходиться вище за течією потоку інформації (NAUN), і все, що знаходиться між ними. Сигналізація ініціалізує процес, званий "автореконфігураціей" (autoreconfiguration), в ході якого вузли, розташовані в межах відмовив домену, автоматично виконують діагностику, намагаючись реконфигурирован мережу навколо відмовила зони. У фізичному плані MSAU може виконати це за допомогою електричної реконфігурації.
Практична частина
Нехай у нас є мережа з 50 станцій, що працює на швидкості 10 Мбіт / сек і налаштована так, що на підстанції з пріоритетом 6 залишається 1 / 3 пропускної здатності. Тоді кожна станція має гарантовано для пріоритету 6 швидкість не менше 67 Кб / с. Ця пропускна здатність може бути використана для керування пристроями в реальному масштабі часу.
Важливою проблемою при створенні кільцевої мережі є "фізична довжина" бита. Нехай дані передаються зі швидкістю R Mbps. Це означає, що кожні 1 / R ms на лінії з'являється біт. Враховуючи, що сигнал поширюється зі швидкістю 200 m / ms, то один біт займає 200 / R метрів кільця. Звідси, при швидкості 1 Мbps і довжині окружності 1 км кільце вміщає не більше 5 біт одночасно.
Наслідком конструкції мережі кільце з маркером є т, що мережа повинна мати достатню протяжність, щоб маркер можуть вміститися в ній цілком навіть коли всі станції знаходяться в очікуванні. Затримки складаються з двох компонентів - 1 біт затримка на інтерфейсі станції і затримка на поширення сигналу. Враховуючи, що станції можуть виключатися, наприклад на ніч, слід що на кільці повинна бути штучна затримка, якщо кільце не досить довге. При малому завантаженні станції в мережі кільце з маркером відразу зможуть передавати свої повідомлення. У міру зростання завантаження у станцій будуть рости черзі на передачу і вони відповідно до кільцевих алгоритмом будуть захоплювати маркер і вести передачу. Поступово завантаження кільця буде рости поки не досягне 100%.
Формат маркера
Кадр маркера складається з трьох полів, кожне довжиною в один байт.
Поле початкового обмежника з'являється на початку маркера, а також на початку будь-якого кадру, що проходить по мережі. Поле складається з унікальної серії електричних імпульсів, які відрізняються від тих імпульсів, якими кодуються одиниці і нулі в бітах даних. Тому початковий обмежник не можна сплутати ні з якою бітовою послідовністю.
Поле контролю доступу. Поділяється на чотири елементи даних:
PPP TM RRR,
де PPP - біти пріоритету, T - біт маркера, M - біт монітора, RRR - резервні біти.
Кожен кадр чи маркер має пріоритет, встановлюваний бітами пріоритету (значення від 0 до 7, 7 - найвищий пріоритет). Станція може скористатися маркером, якщо тільки вона отримала маркер з пріоритетом, меншим чи рівним, ніж її власна. Мережевий адаптер станції, якщо йому не вдалося захопити маркер, поміщає свій пріоритет в резервні біти маркера, але тільки в тому випадку, якщо записаний у резервних бітах пріоритет нижче його власного. Ця станція буде мати переважний доступ при подальшому надходженні до неї маркера.
Схема використання пріоритетного методу захоплення маркера показана на малюнку 13. Спочатку монітор поміщає в поле поточного пріоритету P максимальне значення пріоритету, а поле резервного пріоритету R обнуляється (маркер 7110). Маркер проходить по кільцю, в якому станції мають поточні пріоритети 3, 6 і 4. Так як ці значення менше, ніж 7, то захопити маркер станції не можуть, але вони записують своє значення пріоритету в поле резервного пріоритету, якщо їх пріоритет вище його поточного значення. У результаті маркер повертається до монітора зі значенням резервного пріоритету R = 6. Монітор переписує це значення в полі P, а значення резервного пріоритету обнуляє, і знову відправляє маркер по кільцю. При цьому обороті його захоплює станція з пріоритетом 6 - найвищим пріоритетом в кільці в даний момент часу.
Біт маркера має значення 0 для маркера і 1 для кадру.
Біт монітора встановлюється в 1 активним монітором і в 0 будь-який інший станцією, що передає маркер чи кадр. Якщо активний монітор бачить маркер чи кадр, що містить біт монітора в 1, то активний монітор знає, що цей кадр чи маркер вже один раз обійшов кільце і не був оброблений станціями. Якщо це кадр, то він видаляється з кільця. Якщо це маркер, то активний монітор переписує пріоритет з резервних бітів отриманого маркера в поле пріоритету. Тому при наступному проході маркера по кільцю його захопить станція, що має найвищий пріоритет.
Поле кінцевого обмежувача - останнє поле маркера. Так само, як і поле початкового обмежника, це поле містить унікальну серію електричних імпульсів, які не можна сплутати з даними. Крім позначки кінця маркера це поле також містить два підполя: біт проміжного кадру і біт помилки. Ці поля відносяться більше до кадру даних, який ми і розглянемо.
Поля Start delimiter і End delimiter призначені для розпізнавання початку і кінця кадру. Вони мають спеціальну кодування, яка не може зустрітися у користувача. Тому поля довжина кадру не потрібно. Поле Frame control відокремлює керуючі поля від полів даних. Для кадрів даних тут вказується пріоритет кадру. Це поле також використовується станцією одержувачем для підтвердження коректного або не коректного отримання кадру. Без цього поля одержувач був би позбавлений можливості давати підтвердження - у нього немає маркера.
Блок-схема
Token Ring
(Логічне кільце)
Висновок
Мережі з кільцевою топологією відомі давно і використовуються широко. Серед їхніх численних достоїнств є одне особливо важливе - це не середовище з множинним доступом, а послідовність з'єднань точка-точка, що утворюють кільце. З'єднання точка-точка добре вивчені, можуть працювати на різних фізичних середовищах: кручена пара, коаксіал або оптоволокно. Спосіб передачі в основному цифровий, у той час як у 802.3 є значна аналоговий компонент.