3.3.5. Локальні обчислювальні мережі з передачею маркера [2]

Оскільки множинний доступ до КМ здійснюється на основі певної конкуренції між РС, які одночасно намагаються передати повідомлення, необхідно проводити статистичний аналіз і керувати характеристиками мережі. У КМ з передачею маркера правом доступу володіє та РС, яка його має. Інакше кажучи, наявність у РС маркера розглядається як право на використання каналу. Маркер передається від однієї вільної РС до іншої, поки не буде прийнятий РС, де є повідомлення для передачі. Після того як повідомлення будуть відправлені, маркер буде переданий наступній РС. КМ з передачею маркера є, по суті, розподіленою мережею з доступом на основі опитування.

Для побудови КМ з передачею маркера застосовуються дві основні топології: кільцева і шинна. У КМ з кільцевою топологією (рис. 3.14) порядок, згідно з яким циркулює маркер, визначається топологією замкненого кола. А в КМ шинної топології (рис. 3.15) керування доступом може бути більш гнучким, оскільки порядок передачі маркера визначається в списку послідовності опитування кожною РС. Якщо вузол (наприклад, принтер) ніколи не ініціює передачу повідомлень, а може бути тільки кінцевим, то немає необхідності включати його до списку послідовності опитування. Якщо ж вузол має більш високий пріоритет, він може бути включений до списку послідовності опитування більше одного разу.

Рис. 3.14 - Кільцева топологія

Рис. 3.15 - Шинна топологія

Кільцева КМ з передачею маркера Token-Ring. Стандарт IEEE 802.5 визначає метод передачі маркера в кільцевій КМ, де доступ до середовища здійснюється за допомогою передачі маркера. Маркер, що представляє собою зумовлену послідовність бітів, дає право його РС на передачу кадру або послідовності кадрів.

Коли РС приймає маркер, вона створює кадр, який включає адресу РС одержувача, її РС початкова адреса, інформаційне поле, а також послідовність контролю кадру. Дана послідовність застосовується для виявлення помилок. Робиться це тим же способом, як і у випадку застосування методу CRC (Cyclic Redundancy Check - контроль за допомогою циклічного надлишкового коду), або за допомогою символів ВСР (Block Check Character - символ контролю блоку). При проходженні кадру по кільцю кожна РС перевіряє адресу РС одержувача. Якщо адреса одержувача збігається з адресою РС, остання приймає дані з інформаційного поля, а потім встановлює в кадрі поле, яке вказує на успішний прийом кадру. Оскільки кадр продовжує рух по кільцю, він потрапить на РС джерело, яка дізнається про успішну доставку інформаційного кадру. Далі РС джерело створює і передає новий маркер, який дозволяє іншим РС отримати доступ до середовища передачі. Незважаючи на те що використання маркерів в кільцевих мережах забезпечує передбачуваність процесу передачі даних, така технологія складніше, ніж технологія Ethernet. Тому і вартість мережевих адаптерів для кільцевих КМ з передачею маркера вище вартості адаптерів для КМ Ethernet. Хоча спочатку КМ з передачею маркера були популярні і використовувалися в багатьох організаціях різниця у вартості адаптерів, а також той факт, що багато виробників зосередили свою увагу на розробці КМ, заснованих на технології Ethernet, призвели до зниження рівня використання КМ Token-Ring.

Кільцева КМ з передачею маркера Token-Ring IBM. У 1980-х роках компанія IBM представила власну КМ, робота якої ґрунтувалася на передачі маркера. Для побудови цієї КМ використовувалася кільцева топологія у вигляді зірки. При цьому РС з'єднувалися з пристроєм, званим модулем множинного доступу (Multistation Access Unit, MAU), або MSAU. Модулі MAU з'єднувалися один з одним, утворюючи кільце. У результаті для КМ з передачею маркера створювалася топологія «зірка-кільце». В даній КМ крім маркера і маркера переривання підтримується також передача кадру (рис. 3.16).

Формат маркера (рис. 3.16а), забезпечує роботу механізму отримання РС доступу до КМ. Якщо біт маркера скинуто (встановлено в 0), значить, маркер доступний. Чи зможе РС захопити маркер, залежить від значень бітів резервування і пріоритету. Захопивши маркер, РС конвертує його в кадр (рис. 3.16в). Поля адреси отримувача та адреси джерела мають довжину 48 біт і функціонують так само, як і відповідні поля в кадрі Ethernet. Третій формат передачі, маркер переривання (рис. 3.16б), використовується для переривання попередньої передачі.

Р ис.3.16. Формати передачі повідомлень: а – маркер; б – маркер переривання; в – кадр

Кільцева КМ IBM з передачею маркера була документована комітетом IEEE як стандарт 802.5. Зазначимо, що структура кадрів, а також апаратне забезпечення, що керує роботою даної КМ, є більш складними в порівнянні з використовуваними в Ethernet, що, звичайно ж, збільшує вартість мережевих адаптерів і мережевого устаткування.

Хоча частка кільцевих КМ з передачею маркера на ринку ЛКМ менша 10%, вони забезпечують більш високий детермінований рівень передачі, ніж КМ Ethernet, так як гарантують доставку даних за будь-яких умовах. У КМ Token-Ring, завдяки застосовуваній системі пріоритетів, деякі РС отримують доступ до каналу зв'язку частіше за інших. У кадрі є спеціальні біти для встановлення пріоритету і резервування. Маркером можуть заволодіти лише ті РС, у яких пріоритет вище / дорівнює пріоритету маркера. Якщо маркер вже захоплений і перетворений в інформаційний кадр, то зарезервувати його на наступний цикл можуть тільки ті РС, у яких пріоритет вище, ніж у РС-відправника. РС, що збільшили пріоритет маркера, після завершення передачі повинні його відновити.

Іншою важливою властивістю кільцевих КМ з передачею маркера є те, що в якості активного монітора автоматично вибирається РС з найстаршою мережевою адресою. Щоб забезпечити гарантію того, що маркери і кадри не будуть нескінченно подорожувати по кільцю (наприклад, якщо РС, до якої прямував кадр, була виключена безпосередньо перед прибуттям кадру), активний монітор встановлює в кожному кадрі, що проходить в КМ, біт М. Якщо кадр повернеться до даного монітора до встановленого бітом М, монітор буде знати, що кадр не був прийнятий. У такому випадку активний монітор видалить маркер / кадр з КМ і вставить новий маркер зі скинутим бітом М.

КМ з приєднаними ресурсами ARCnet

Попередницею КМ з передачею маркера була КМа з приєднаними ресурсами, ARCnet, розроблена корпорацією Datapoint. Теоретично КМ ARCnet є шинної мережею з передачею маркера, але фактично це мережа змішаної топології шина-зірка ». Замість відводів вздовж лінійної шини (рис. 3.17) в КМ ARCnet для з'єднання модулів RIM (Resource Interface Modules - інтерфейсні модулі доступу до ресурсів) з передавальною середовищем використовувалися концентратори з індивідуальними портами.

Рис. 3.17. Топологія мережі ARCnet

Використання архітектури на основі концентраторів дозволяє ефективно керувати якістю сигналу, так як концентратор відокремлює кожен RIM-порт від головного коаксіального кабелю. Однонаправлені підсилювачі, застосовувані в концентраторах, забезпечують нульові втрати і пригнічують відбиті сигнали, оскільки в заданий період часу передача ведеться тільки в одному напрямку.

У КМ ARCnet передача даних від концентраторів до модулів RIМ по коаксіальному кабелю здійснюється на швидкості 2,5 Мбіт/с без використання модуляції. Хоча вказана швидкість є відносно низькою, в КМ ARCnet застосовується недорогий коаксіальний кабель 1Ю62, а відстань між РС може до 6,5 км. Довжина кабелю між концентратором і модулем RIM не повинна перевищувати 610 м, але на ділянці, до 6,5 км, може бути розташовано до 10 послідовно підключених концентраторів.

У КМ ARCnet використовуються п'ять базових форматів повідомлень (рис. 3.18). Перші чотири формату є керуючими, а п'ятий служить для передачі даних між РС. Всі адресні поля містять по 8 біт, отже, до КМ можна підключити до 255 РС (адреса 0 використовується як широкомовна адреса для передачі повідомлення між всіма РС). З метою захисту від помилок в кожному повідомленні дублюється поле адреси одержувача (DID).

Рис. 3.18. П’ять базових форматів повідомлень КМ ARCnet

На рис. 3.19 показана логічна блок-схема процедури передачі маркера в модулі RIM. При одержанні маркера з відповідною адресою (повідомлення типу 1) в модулі RIM вибирається один з двох можливих шляхів залежно від того, чи є в ньому дані для передачі. Якщо такі дані присутні, модуль RIM надсилає запит про наявність вільного буфера (повідомлення типу 2) модулю RIM адресату, щоб дізнатися, чи готовий він прийняти їх. Отримавши запит, модуль RIM адресату відправляє у відповідь або АСК (повідомлення типу 3), якщо є вільний буфер, або NAK (повідомлення типу 4), якщо буфер зайнятий і повідомлення не може бути прийнято.

Після того, як модуль RIM перешле дані або визначить, що переслати їх немає можливості, він передає маркер РС з більш старшою адресою. Після передачі маркера модуль RIM стежить за каналом, щоб переконатися, що маркер прийнятий. Повідомлення типу 1, 2 і 5 вказують на те, що маркер був прийнятий. Якщо протягом 74 мс відповідь не надходить, це означає, що РС, якій був переданий маркер, в даний момент вимкнена і що маркер необхідно передати РС зі старшою адресою.

Рис. 3.19. Схема передачі маркера в КМ ARCnet