Самостійна робота №9

ТЕМА: Мережеві технології Token-Ring та FDDI

Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring була запропонована фірмою IBM у 1985 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Призначенням Token-Ring було об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускаються IBM (від персональних до великих). Уже той факт, що її підтримує фірма IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо і те, що Token-Ring є в даний час міжнародним стандартом IEEE 802.5. Це ставить дану мережу на один рівень по статусу з Ethernet.

Фірма IBM зробила усе можливе для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. У результаті багато фірм, наприклад 3COM, Novell, Western Digital, Proteon приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network була розроблена концепція NetBIOS. Якщо в розробленій раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися в убудованій в адаптер постійної пам'яті, то в мережі Token-Ring уже застосовувалася емулююча NetBIOS програма, що дозволяло більш гнучко реагувати на особливості конкретної апаратури, підтримуючи при цьому сумісність із програмами більш високого рівня.

У порівнянні з апаратурою Ethernet апаратура Token-Ring виявляється помітно дорожчою тому, що використовує більш складні методи керування обміном, тому мережі Token-Ring поширені значно менше. Однак її застосування стає виправданим, коли потрібно забезпечити велику інтенсивність обміну (наприклад, при зв'язку з великими комп'ютерами) і обмежити час доступу.

Мережа Token-Ring має топологію «кільце», хоча зовні вона більше нагадує «зірку». Це зв'язано з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрою доступу (MSAU або MAU - Multistation Access Unit). Тому фізично мережа утворює «зірково-кільцеву» топологію. У дійсності ж абоненти поєднуються все-таки в «кільце», тобто кожний з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого сусіднього абонента.

Концентратор (MAU) при цьому тільки дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль за роботою мережі і т.д. Для приєднання кабелю до концентратора застосовуються спеціальні рознімання, що забезпечують сталість замкнутості кільця навіть при відключенні абонента від мережі. Концентратор у мережі може бути і один, у цьому випадку в «кільце» замикаються тільки абоненти, підключені до нього.

У кожнім кабелі, що з'єднує адаптери і концентратор (адаптерні кабелі, adapter cable), знаходяться насправді дві різноспрямовані лінії зв'язку. Такими ж двома різноспрямованими лініями зв'язку, що входять у магістральний кабель (path cable), поєднуються між собою в «кільце» різні концентратори, хоча для цієї ж мети може також використовуватися і одна односпрямована лінія зв'язку.

Конструктивно концентратор являє собою автономний блок з 8-ма розніманнями для підключення абонентів (комп'ютерів) за допомогою адаптерних кабелів і двома (крайніми) розніманнями для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів. Існують настінний і настільний варіанти концентратора.

Кілька концентраторів можуть конструктивно поєднуватися в групу, кластер (cluster), усередині якого абоненти також з'єднані в єдине кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центру (наприклад, до 16, якщо в кластер входить два концентратори).

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пари, але потім з'явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI. Кручена пари застосовується як неекранована (UTP), так і екранована (STP).

Основні технічні характеристики мережі Token-Ring наступні:

• максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU – 12;

• максимальна кількість абонентів у мережі – 96;

• максимальна довжина кабелю між абонентом і концентратором — 45 м;

• максимальна довжина кабелю між концентраторами -45м;

• максимальна довжина кабелю, що з'єднує всі концентратори - 120м;

• швидкість передачі даних - 4 Мбіт/с і 16 Мбіт/с.

Усі приведені характеристики відносяться до випадку неекранованої кручений пари. У випадку застосування іншого середовища передачі характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої крученої пари кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю - до 100 м (замість 45), кількість концентраторів -до 33, а повна довжина кільця, що з'єднує концентратори - до 200 м. Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до 1 км.

Я

- 60 - - 61 -

к бачимо, мережа Token-Ring уступає мережі Ethernet як по припустимому розмірі мережі, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в даний час ведеться розробка версій Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с і на 1000 Мбіт/с. Фірма IBM зовсім не збирається відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

Для передачі інформації в Token-Ring використовується варіант коду Ман-честер-П. Як і в будь-якій зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному узгодженню і зовнішньому заземленню не потрібно.

Для приєднання кабелю до мережного адаптера використовується зовнішнє 9-контактне рознімання типу DIN. Так само, як і адаптери Ethernet, адаптери Token-Ring мають на своїй платі перемикачі або перемички для настроювання адрес і переривань системної шини. Якщо мережу Ethernet можна побудувати тільки на адаптерах і кабелі, то для мережі Token-Ring обов'язково потрібно використати концентратори. Це також збільшує вартість апаратури Token-Ring.

У той же час на відміну від Ethernet мережа Token-Ring краще витримує велике навантаження (більше 30-40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це вкрай необхідно, наприклад, у мережах виробничого призначення, у яких затримка реакції на зовнішню подію може привести до серйозних аварій.

У мережі Token-Ring використовується класичний маркерний метод доступу, тобто по «кільцю» постійно циркулює маркер, до якого абоненти можуть приєднувати свої пакети даних. Звідси випливає таке важливе достоїнство даної мережі, як відсутність конфліктів, але звідси ж випливають такі недоліки, як необхідність контролю за цілісністю маркера і залежність функціонування мережі від кожного з абонентів (у випадку несправності абонент обов'язково повинний бути виключений з «кільця»).

Для контролю за цілісністю маркера використовується один з абонентів (активний монітор). Його апаратура нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі і формують у разі потреби новий маркер. Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, їм може бути будь-який комп'ютер мережі. Якщо активний монітор з якоїсь причини виходить з ладу, то включається спеціальний механізм, за допомогою якого інші абоненти (запасні монітори) приймають рішення про призначення нового активного монітора.

Маркер являє собою керуючий пакет довжиною три байти: байт початкового роздільника (SD - Start Delimiter), байт керування доступом (АС - Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED - End Delimiter). Початковий і кінцевий роздільники являють собою не просто послідовності нулів і одиниць, а містять імпульси спеціального виду. Завдяки цьому дані роздільники не можна сплутати ні з якими іншими байтами пакетів. Чотири біти роздільника являють собою нульові біти в прийнятому кодуванні, а чотири інших біти не відповідають кодові Манчестер-П: протягом двох бітових інтервалів утримується один рівень сигналу, а протягом двох інших — інший рівень. У результаті такий збій синхронізації легко виявляється приймачем.

Байт керування розділений на чотири полz: три біти пріоритету, біт маркера, біт монітора і три біти резервування. Біти пріоритету дозволяють абонентові привласнювати пріоритет своїм пакетам або маркерові (пріоритет може бути від 0 до 7, причому 7 відповідає найвищому пріоритетові, а 0 — щонайнижчому). Абонент може приєднати до маркера свій пакет тільки тоді, коли його власний пріоритет такий же або вище пріоритету маркера. Біт маркера визначає, чи приєднаний до маркера пакет (одиниця відповідає маркерові без пакета, нуль - маркерові з пакетом). Біт монітора, встановлений в одиницю, говорить про те, що даний маркер переданий активним монітором. Біти резервування дозволяють абонентові зарезервувати своє право на подальше захоплення мережі, тобто, так сказати, зайняти чергу на обслуговування. Якщо пріоритет абонента вище, ніж поточне значення поля резервування, він може записати туди свій пріоритет замість колишнього.

Формат пакета Token-Ring крім початкового і кінцевого роздільників, а також байта керування доступом, містить також байт керування пакетом, мережні адреси приймача і передавача, дані, контрольну суму і байт стану пакету.

Призначення полів пакета наступне:

• початковий роздільник (SD) є ознакою початку пакета;

• байт керування доступом (АС) має те ж призначення, що й у маркері;

• байт керування пакетом (FC - Frame Control) визначає тип пакета (кадру).

Шестибайтові адреси відправника й одержувача пакета мають стандартний формат.

Поле даних містить у собі передану інформацію або інформацію керування обміном.

Поле контрольної суми являє собою 32-розрядну циклічну контрольну суму пакета (CRC).

Кінцевий роздільник є ознакою кінця пакета. Крім того, він визначає, чи є даний пакет проміжній або заключним у послідовності переданих пакетів, а також містить ознаку помилковості пакета (для цього виділені спеціальні біти).

Байт стану пакета говорить про те, що відбувалося з даним пакетом: чи був він прийнятий і скопійований у пам'ять приймача. По ньому відправник пакета довідується, чи дійшов пакет по призначенню і без помилок або його треба передавати заново.

Відзначимо, що більший припустимий розмір переданих даних в одному пакеті в порівнянні з мережею Ethernet може стати вирішальним фактором для збільшення продуктивності мережі. Теоретично для швидкості передачі 16 Мбіт/с довжина поля даних може досягати навіть 18 Кбайт, що дуже важливо при передачі великих обсягів даних. Але навіть при швидкості 4 Мбіт/с завдяки маркерному методові доступу мережа Token-Ring часто забезпечує велику фактичну швидкість передачі, чим більш швидка мережа Ethernet (10 Мбіт/с), особливо при великих навантаженнях (понад 30—40%), коли помітно позначається недосконалість методу CSMA/CD: великі непродуктивні витрати часу на вирішення конфліктів.

К

- 62 - - 63 -

рім маркера і звичайного пакета, у мережі Token-Ring може передаватися спеціальний керуючий пакет, що служить для переривання передачі. Він може бути посланий у будь-який момент і в будь-якому місці потоку даних. Пакет цей складається усього з двох однобайтових полів — початкового і кінцевого роздільників описаного формату.

У більш швидкій версії Token-Ring (16 Мбіт/с і вище) застосовується так називаний метод раннього формування маркера (ETR -Early Token Release). Він дозволяє уникнути непродуктивного використання мережі в той час, поки пакет даних не повернеться по «кільцю» до свого відправника. Метод ETR зводиться до того, що відразу після передачі свого пакета, приєднаного до маркера, будь-який абонент видає в мережу новий вільний маркер, тобто всі інші абоненти можуть починати передачу своїх пакетів відразу ж після закінчення пакета попереднього абонента, не чекаючи, поки він завершить обхід усього кільця мережі.