10.5. Технология Token Ring
Технологии других типов локальных сетей по сравнению с Ethernet распространены гораздо меньше. Поэтому знакомство с ними прежде всего представляет интерес с точки зрения рассмотрения возможных альтернативных решений организации вычислительных сетей.
Технология Token Ring («маркерное кольцо») характеризуется теми же основными элементами, что и Ethernet: спецификациями физического уровня, форматом и механизмом MAC. Но при этом в нем используется совершенно иной подход к передаче и приему данных в среде общего доступа к сети. Протокол Token Ring стандартизирован документом IEEE 802.5. Сети Token Ring изначально были рассчитаны на передачу данных со скоростью 4 Мбит/с, но в более поздних реализациях она возросла до 16 Мбит/с. Это больше, чем у обычного Ethernet, нo заметно уступает скорости Fast Ethernet. Однако важно помнить, что в сетях Token Ring (при их нормальной работе) не бывает коллизий, что повышает их общую эффективность.
Сеть TokenRing физически имеет комбинированную звездно-кольцевую топологию. Это связано с тем, что отдельные станции присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы – многостанционные устройства подключения к среде передачи данных MAU (Medium Attachment Unit) (рис. 10.4). Логически же станции объединяются в кольцо, т. е. каждая из них передает информацию к одной соседней станции, а принимает информацию от другой соседней станции. Концентратор MAU при этом позволяет задавать конфигурацию сети, отключать неисправных абонентов, контролировать работу сети (рис. 10.5). Концентратор может быть в единственном числе, тогда в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему.
В каждом кабеле, соединяющем адаптеры и концентратор, находятся на самом деле разнонаправленные линии связи. Такими же двумя разнонаправленными линиями связи, входящими в магистральный кабель, объединяются между собой в кольцо различные концентраторы, хотя для этой же цели может также использоваться и единственная однонаправленная линия связи.
Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабелей на основе витой пары, а также волоконно-оптический кабель. При использовании экранированной витой пары STP в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров, а при использовании неэкранированной витой пары UTP максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров. Расстояние между пассивными концентраторами MAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP и 45 м при использовании кабеля UTP. Между активными концентраторами MAU максимальное расстояние увеличивается, соответственно, до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.
Рис. 10.4. Физическая топология сети Token Ring
Рис. 10.5. Соединение абонентов сети Token Ring в кольцо с помощью
концентратора MAU
Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Как и в Ethernet, определяющим элементом стандарта Token Ring является механизм MAC. В Token Ring он называется доступом с передачей маркера (token passing). Теоретически передача маркера более эффективна, чем CSMA/CD, так как обеспечивает всем станциям равные возможности для передачи данных, не создавая коллизий и не снижая производительности сети при высоких уровнях нагрузки.
Суть механизма передачи маркера состоит в непрерывной циркуляции по сетевому кольцу специального пакета – маркера (token). Маркер имеет длину всего 3 байта и не содержит обычных данных. Его единственное назначение – выделить в сети станцию, которой разрешается передавать данные. В пассивном состоянии станции Token Ring находятся в так называемом режиме повтора: они принимают пакеты из сети и тут же отправляют их назад в MAU для передачи на следующий порт. Если станция не возвращает пакет, кольцо как бы разрывается, и связь в сети прекращается. Mapкер генерируется станцией (которой отведена роль активного монитора), а затем он странствует по сети от станции к станции. Если какой-либо станции нужно передать данные, она может сделать это, только дождавшись, пока до нее дойдет маркер. Ни одна станция не может передавать данные, не захватив маркер, а поскольку он существует в единственном экземпляре, в любой момент времени данные передает только одна станция. Следовательно, в сети Token Ring принципиально не может быть коллизий. Захватив маркер для передачи данных, станция переходит в режим отправки, меняет в маркере значение бита установки монитора и отправляет его назад в MAU для передачи по кольцу. Измененное значение бита установки монитора информирует другие станции, что сеть используется, и они не могут захватывать маркер.
В первоначальном варианте сети Token Ring станция, передавшая пакет данных, дожидалась возвращения в нее последнего бита данных и лишь потом присваивала биту установки монитора в кадре маркера его исходное значение и передавала маркер в сеть. В сетях Token Ring со скоростью 16 Мбит/с используется раннее освобождение маркера: маркер с сигналом «сеть свободна» передается сразу после пакета данных. Станция, которой адресован пакет данных, может захватить маркер и начать передачу собственного пакета данных еще до того, как все данные из первого пакета вернутся к исходной станции. Таким образом, в сети могут одновременно находиться фрагменты двух пакетов данных, но никогда не бывает более одного маркера «сеть свободна».
Передача маркера используется в качестве механизма MAC и в других сетевых технологиях, например, в кольцевой волоконно-оптической технологии FDDI (Fiber Distributed Data Interface – волоконно-оптический интерфейс распределенных данных). Двойное волоконно-оптическое кольцо FDDI со скоростью 100 Мбит/с допускает наличие в кольце нескольких маркеров, длину кольца до 100 км и количество станций в кольце до 500.