7.3. Технология Token Ring (802.5)

Технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1984 году.

Разделяемая среда передачи данных Token Ring состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в однонаправленное кольцо. Для доступа к разделяемому кольцу используется детерминированный алгоритм, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата - маркера (токена, token). (Рис 16)

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с, смешение скоростей не допускается. Технология Token Ring является более сложной, чем Ethernet, обладает свойствами отказоустойчивости. Определены процедуры контроля работы сети, использующие обратную связь кольцевой структуры - посланный кадр всегда возвращается к станции-отправителю. В некоторых случаях обнаруженные ошибки работы сети автоматически устраняются, например, восстанавливается потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются для их устранения обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна станция назначается активным монитором. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, после чего каждые 3 секунды он генерирует специальный кадр своего присутствия. Если активный монитор выходит из строя (кадра присутствия нет 7 секунд), процедура инициализации кольца повторяется.

Маркерный метод доступа к разделяемой среде. К сетям с детерминированным маркерным методом доступа относятся сети Token Ring, FDDI, а также сети, близкие к стандарту 802.4 (физическая общая шина) -Arcnet (2,5 Мбит/с, разработка компании Datapoint, 1977 год), а также сети производственного назначения MAP. В них право доступа к среде передается маркером, циклически от станции к станции по логическому однонаправленному кольцу. В сети Token Ring каждая станция может непосредственно взаимодействовать только с предшествующей и последующей станциями. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии своих данных для передачи обеспечивает его продвижение дальше. Станция, имеющая данные для передачи, изымает полученный маркер из кольца, что дает ей право доступа к среде и передачи своих данных. Затем она выдает в кольцо кадр данных установленного формата, последовательно по битам. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника. Все станции ретранслируют этот кадр побитно, как повторители. Получив кадр и распознав свой адрес, станция назначения копирует кадр в свой внутренний буфер, вставляет в кадр признак подтверждения приема и направляет кадр дальше. Станция-отправитель, получив по кольцу (свой) кадр с подтверждением приема, изымает его и передает в сеть новый маркер. Этот алгоритм применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

Время владения разделяемой средой ограничивается временем удержания маркера, по истечении которого станция обязана «сдать» маркер. За время удержания маркера (по умолчанию - 10 мс) станция должна передать хотя бы один кадр. Максимальный размер кадра не определен и выбирается с запасом.

В сетях 16 Мбит/с используется модифицированный алгоритм доступа -раннего освобождения маркера. В соответствии с ним станция-отправитель передает маркер следующей станции сразу после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с подтверждением приема. При этом пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по нему одновременно продвигаются кадры нескольких станций. Но генерировать свои кадры в каждый момент времени может только одна станция - владелец маркера. Ускоряется только процедура передачи владения.

За наличие в сети единственного маркера отвечает активный монитор. Если он не получает маркер в течение длительного времени (например, 2,6 с), то он порождает новый маркер.

Приоритетный доступ к кольцу. Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам могут назначаться различные приоритеты: от 0 (низший) до 7 (высший). Решение о приоритете принимает передающая станция на основании информации с верхних уровней. Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Станция имеет право захватывать полученный маркер только в том случае, когда приоритет кадра, который она хочет передать, не ниже приоритета маркера. Иначе она обязана «сдать» маркер сразу.

Но каждая простаивающая из-за низкого приоритета станция может записать значение наивысшего приоритета своих ожидающих передачи кадров в резервные биты маркера, если это значение выше имеющегося там текущего значения. Так определяется приоритет следующего претендента на маркер. А станции, сдающей маркер, остается только переписать текущее значение приоритета из резервных битов в поле приоритета маркера, обнулив резервные биты. При инициализации кольца основной и резервный приоритеты обнуляются.

Механизм приоритетов начинает работать только в том случае, когда приложение, прикладной протокол или устройства более высоких уровней решают его использовать.

Физический уровень Token Ring. Связи сети строятся с помощью концентраторов (Multistation Access Unit, MAU) (рис.17). Число узлов - до 260.

MAU может быть активным или пассивным. Пассивный MAU просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы подключаемые к портам станции образовали кольцо. Ни усиления сигналов, ни их ресинхронизации он не выполняет. Он только обеспечивает за счет релейных схем обход подключенных, но неработающих компьютеров. Активный MAU выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем. При использовании пассивных MAU роль усилителя сигналов играет каждый сетевой адаптер, а роль ресинхронизирующего блока - сетевой адаптер активного монитора.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MAU по топологии «звезда», а сами MAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.

Кабели «станция-MAU» называются ответвительными. а кабели «MAU-MAU» - магистральными. Для ответвительных кабелей используется витая пара: экранированная STP (число станций - до 260, длина - до 100 м), неэкранированная UTP (число станций - до 72, длина - до 45 м).

Для пассивных магистральных кабелей используется витая пара: экранированная STP (до 100 м), неэкранированная UTP (до 45 м). Для активных магистральных кабелей используется витая пара: экранированная STP (до 730 м), неэкранированная UTP (до 365 м). Максимальная длина кольца Token Ring -4000 м.