15 Порядок доступа к сети Token Ring, формат маркера и формат протокола.

Сеть Тоkеn Ring. В 1985 г. IEEЕ принял стандарт 802.5 на ЛВС Тоkеn Ring разработки компании IBМ. Эта сеть использует технологию маркерного доступа РС к физической среде, гарантирует прогнозируемое времени доставки данных. Оборудование сети Token Ring

поддерживает две скорости передачи данных 4 или 16 Мбит/с. Функционирование Тоkеn Ring обеспечивается СЛОЖНЫМИ алгоритмами и потому ее оборудования более дорогое, чем Ethernet

По использованию ceть Token Ring занимает второе место после Ethernet

Топология сети Тоkеn Ring. Логическая топология - кольцо, а физическая - звездообразное КOJIЬЦО (многo cтaнционного доступа (Multistation Access Unit, МАU). МАU с рис.) Сетевой адаптер РС с помощью ответвительного кабеля подключен к порту интеллекryального пассивного или aктивного концентратора – устройства помощью магистрального (trunk) кабеля через специальные порты Ring In(RI) и Ring Out (RO) объединяются

в кольцо. Если произойдет обрыв ответвительного кабеля, то средствами обеспечения отказоустойчивости MAU разорванное кольцо будет восстановлено путем включения внутреннего обходного пути неработающего порта.

PC подключаются к МAU с помощью витых пар номенклатуры компании IBМ: STP Type 1, UТP Туре 3 и Турс 6 (ОВ кабель).

Ограничения на количество РС в кольце и длину кольца определяются исходя из допустимого времени обработки станцией кадра - 10 мс; задержек в кабеле;

Формат протокола или кадра сети Token Ring построен на стандарте IEE 802.5

IEE - институт инженеров по электронике и электротехнике.

Маркерный метод доступа Этот доступ реализован в сетях TR и FDDI. Он состоит в том , что по сети циркулирует специальный кадр маркер ( длиной 3 байта в TR) Станция, которая получила маркер, может преобразовать его в информационный кадр, добавляя к маркеру данные и управляющую информацию(адресную и т.п.) а затем отправить этот кадр дальше по кольцу. Станция, принимая информационный кадр, проверяет адрес PC получателя. Если кадр адресован ей, то она выполняет копирование кадра, проверяет целостность данных, изменяет значение некоторых управляющих бит и передает кадр дальше. В противном случае РС просто ретранслирует кадр дальше по сети. Т.О. информационный кадр делает круг по сети и возвращается к РС, которая сгенерировала его. Станция отправитель информационного кадра освобождает его от данных и передает чистый маркер дальше по кольцу, предоставляя возможность другим РС передавать данные.

Рис.- топология сетей с маркерным методом доступа: 1)FDDI и 2)TR

В Token Ring существуют три различных формата кадров:

маркер;

кадр данных;

прерывающая последовательность.

Маркер

Кадр маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт.

• Начальный ограничитель (Start Delimiter, SD) появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле представляет собой следующую уникальную последовательность символов манчестерского кода: JKOJKOOO. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой битовой последовательностью внутри кадра.

• Управление доступом (Access Control) состоит из четырех подполей: РРР, Т, М и RRR, где РРР - биты приоритета, Т - бит маркера, М - бит монитора, RRR -резервные биты приоритета. Бит Т, установленный в 1, указывает на то, что данный кадр является маркером доступа. Бит монитора устанавливается в 1 активным монитором и в 0 любой другой станцией, передающей маркер или кадр. Если активный монитор видит маркер или кадр, содержащий бит монитора со значением 1, то активный монитор знает, что этот кадр или маркер уже однажды обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр, то он удаляется из кольца. Если это маркер, то активный монитор передает его дальше по кольцу. Использование полей приоритетов будет рассмотрено ниже.

• Конечный ограничитель (End Delimeter, ED) - последнее поле маркера. Так же как и поле начального ограничителя, это поле содержит уникальную последовательность манчестерских кодов JK1JK1, а также два однобитовых признака: I и Е. Признак I (Intermediate) показывает, является ли кадр последним в серии кадров (1-0) или промежуточным (1-1). Признак Е (Error) - это признак ошибки. Он устанавливается в 0 станцией-отправителем, и любая станция кольца, через которую проходит кадр, должна установить этот признак в 1, если она обнаружит ошибку по контрольной сумме или другую некорректность кадра.

Маркер – это комбинация битов, которую могут распознать рабочие станции для определения порядка передачи информации от рабочих станций в определенный момент времени.

НР

УД

КР

Рисунок 3. Формат маркера

НР – начальный разделитель. Определяет начало маркера или начало пакета и всегда расположен в начале формата или пакета. Составляет 11110000.

КР – концевик (концевой разделитель). Имеет последовательность единиц и специальные электрические сигналы:

1) бит промежуточного пакета – 11111101;

2) бит обнаружения ошибки – 11111110.

УД – управление доступом. Состоит: PPPTMRRR,

где РРР – бит приоритетности, отображает право рабочей станции на использование сети. Если станция видит, что ее приоритет выше того, который стоит в поле резервирования RRR, то она увеличивает значение до своего уровня, т.о. резервируя следующий маркер для себя, а адрес оттесненной станции записывается в очередь тех станций, которые ожидают доступа к сети для передачи;

RRR – биты резервирования. Для того, чтобы произошла успешная передача от станции биты резервирования и биты приоритета должны совпасть.

Т – бит маркера или бит пакета. Т=1 – бит маркера, Т=0 – бит пакета.

М – бит монитора. М=0 во всех кадрах и маркерах, кроме передаваемых самим монитором, чтобы кадр не мог захватить сеть и чтобы приоритет маркера не стал больше нуля. Таким образом, рабочие станции получают доступ к сети.

Активный монитор, если произошел какой-то сбой в сети, тогда рабочие станции прекращают передачу.

НР

УД

КП

АП

АО

Данные

CRC

КР

СП

Рисунок 4. Формат кадра

Где НР – начальный разделитель: 11110000

УД – управление доступом: PPPTMRRR

КП – контроль пакета: FFCCCCCC

АО – адрес отправителя: 00 – MAC; 01 – LLC

АП – адрес получателя

КР – концевой разделитель

СП - статус пакета ACRRACRR:

где A – адрес распознан

С – данные скопированы

RR – резервные биты

Биты задублированы, т.к. поле статус пакета не охвачен контрольной суммой.

Если все нормально, то станция, отправившая пакет, должна получить – 11111111.

Станция адресата не исправна или больше ее нет в сети – 01110111.

При передаче от станции источника сообщения до адресата произошла ошибка, при этом в КР последний бит равен нулю – 10111011.

Ошибка произошла в обратном направлении от станции адресата до станции источника – 11111011.

Кадр данных и прерывающая последовательность

Кадр данных включает те же три поля, что и маркер, и имеет кроме них еще несколько дополнительных полей. Таким образом, кадр данных состоит из следующих полей:

• начальный ограничитель (Start Delimiter, SD);

• управление кадром (Frame Control, PC);

• адрес назначения (Destination Address, DA);

• адрес источника (Source Address, SA);

• данные (INFO);

• контрольная сумма (Frame Check Sequence, PCS);

• конечный ограничитель (End Delimeter, ED);

• статус кадра (Frame Status, FS).

Кадр данных может переносить либо служебные данные для управления кольцом (данные МАС-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня). Стандарт Token Ring определяет 6 типов управляющих кадров МАС-уровня. Поле FC определяет тип кадра (MAC или LLC), и если он определен как MAC, то поле также указывает, какой из шести типов кадров представлен данным кадром.

Назначение этих шести типов кадров описано ниже.

• Чтобы удостовериться, что ее адрес уникальный, станция, когда впервые присоединяется к кольцу, посылает кадр Тест дублирования адреса (Duplicate Address Test, DAT).

• Чтобы сообщить другим станциям, что он работоспособен, активный монитор периодически посылает в кольцо кадр Существует активный монитор (Active Monitor Present, AMP).

• Кадр Существует резервный монитор (Standby Monitor Present, SMP) отправляется любой станцией, не являющейся активным монитором.

• Резервный монитор отправляет кадр Маркер заявки (Claim Token, CT), когда подозревает, что активный монитор отказал, затем резервные мониторы договариваются между собой, какой из них станет новым активным монитором.

• Станция отправляет кадр Сигнал (Beacon, BCN) в случае возникновения серьезных сетевых проблем, таких как обрыв кабеля, обнаружение станции, передающей кадры без ожидания маркера, выход станции из строя. Определяя, какая станция отправляет кадр сигнала, диагностирующая программа (ее существование и функции не определяются стандартами Token Ring) может локализовать проблему. Каждая станция периодически передает кадры BCN до тех пор, пока не примет кадр BCN от своего предыдущего (NAUN) соседа. В результате в кольце только одна станция продолжает передавать кадры BCN - та, у которой имеются проблемы с предыдущим соседом. В сети Token Ring каждая станция знает МАС - адрес своего предыдущего соседа, поэтому Beacon-процедура приводит к выявлению адреса некорректно работающей станции.

• Кадр Очистка (Purge, PRG) используется новым активным монитором для того, чтобы перевести все станции в исходное состояние и очистить кольцо от всех ранее посланных кадров.

В стандарте 802.5 используются адреса той же структуры, что и в стандарте 802.3. Адреса назначения и источника могут иметь длину либо 2, либо 6 байт. Первый бит адреса назначения определяет групповой или индивидуальный адрес как для 2-байтовых, так и для 6-байтовых адресов. Второй бит в 6-байтовых адресах говорит о том, назначен адрес локально или глобально. Адрес, состоящий из всех единиц, является широковещательным.

Адрес источника имеет тот же размер и формат, что и адрес назначения. Однако признак группового адреса используется в нем особым способом. Так как адрес источника не может быть групповым, то наличие единицы в этом разряде говорит о том, что в кадре имеется специальное поле маршрутной информации (Routing Information Field, RIF). Эта информация требуется при работе мостов, связывающих несколько колец Token Ring, в режиме маршрутизации от источника.

Поле данных INFO кадра может содержать данные одного из описанных управляющих кадров уровня MAC или пользовательские данные, упакованные в кадр уровня LLC. Это поле, как уже отмечалось, не имеет определенной стандартом максимальной длины, хотя существуют практические ограничения на его размер, основанные на временных соотношениях между временем удержания маркера и временем передачи кадра.

Поле статуса FS имеет длину 1 байт и содержит 4 резервных бита и 2 подполя: бит распознавания адреса А и бит копирования кадра С. Так как это поле не сопровождается вычисляемой суммой CRC, то используемые биты для надежности дублируются: поле статуса FS имеет вид АСххАСхх. Если бит распознавания адреса не установлен во время получения кадра, это означает, что станция назначения больше не присутствует в сети (возможно, вследствие неполадок, а возможно, станция находится в другом кольце, связанном с данным с помощью моста). Если оба бита опознавания адреса и копирования кадра установлены и бит обнаружения ошибки также установлен, то исходная станция знает, что ошибка случилась после того, как этот кадр был корректно получен.

Прерывающая последовательность состоит из двух байтов, содержащих начальный и конечный ограничители. Прерывающая последовательность может появиться в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется.

Приоритетный доступ к кольцу

Каждый кадр данных или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, причем 7 - наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только у нее есть кадры для передачи с приоритетом равным или большим, чем приоритет маркера. Сетевой адаптер станции с кадрами, у которых приоритет ниже, чем приоритет маркера, не может захватить маркер, но может поместить наибольший приоритет своих ожидающих передачи кадров в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. В результате в резервных битах приоритета устанавливается наивысший приоритет станции, которая пытается получить доступ к кольцу, но не может этого сделать из-за высокого приоритета маркера.

Станция, сумевшая захватить маркер, передает свои кадры с приоритетом маркера, а затем передает маркер следующему соседу. При этом она переписывает значение резервного приоритета в поле приоритета маркера, а резервный приоритет обнуляется. Поэтому при следующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысший приоритет.

При инициализации кольца основной и резервный приоритет маркера устанавливаются в 0.

Хотя механизм приоритетов в технологии Token Ring имеется, но он начинает работать только в том случае, когда приложение или прикладной протокол решают его использовать. Иначе все станции будут иметь равные права доступа к кольцу, что в основном и происходит на практике, так как большая часть приложений этим механизмом не пользуется. Это связано с тем, что приоритеты кадров поддерживаются не во всех технологиях, например в сетях Ethernet они отсутствуют, поэтому приложение будет вести себя по-разному, в зависимости от технологии нижнего уровня, что нежелательно. В современных сетях приоритетность обработки кадров обычно обеспечивается коммутаторами или маршрутизаторами, которые поддерживают их независимо от используемых протоколов канального уровня.

• Технология Token Ring развивается в основном компанией IBM и имеет также статус стандарта IEEE 802.5, который отражает наиболее важные усовершенствования, вносимые в технологию IBM.

• В сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который гарантирует каждой станции получение доступа к разделяемому кольцу в течение времени оборота маркера. Из-за этого свойства этот метод иногда называют детерминированным.

• Метод доступа основан на приоритетах: от 0 (низший) до 7 (высший). Станция сама определяет приоритет текущего кадра и может захватить кольцо только в том случае, когда в кольце нет более приоритетных кадров.

• Сети Token Ring работают на двух скоростях: 4 и 16 Мбит/с и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель. Максимальное количество станций в кольце - 260, а максимальная длина кольца - 4 км.

• Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет обратной связи кольца одна из станций - активный монитор - непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации, а если она не помогает, то для локализации неисправного участка кабеля или неисправной станции используется процедура beaconing.

• Максимальный размер поля данных кадра Token Ring зависит от скорости работы кольца. Для скорости 4 Мбит/с он равен около 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с - около 16 Кбайт. Минимальный размер поля данных кадра не определен, то есть может быть равен 0.

• В сети Token Ring станции в кольцо объединяют с помощью концентраторов, называемых MSAU. Пассивный концентратор MSAU выполняет роль кроссовой панели, которая соединяет выход предыдущей станции в кольце со входом последующей. Максимальное расстояние от станции до MSAU - 100 м для STP и 45 м для UTP.

• Активный монитор выполняет в кольце также роль повторителя - он ресинхронизирует сигналы, проходящие по кольцу.

• Кольцо может быть построено на основе активного концентратора MSAU, который в этом случае называют повторителем.

• Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец.

16 Формат кадра протокола HDLC и режимы работы протокола.

В рамках архитектуры открытых систем на канальный уровень возлагается функция управления каналом, которая обеспечивает возможности контроля за функционированием канала, выявление отказов, восстановление, сбор статистики о работе канала. Функция управления каналом реализуется протоколом управления каналом данных высокого уровня HDLC и протоколом ретрансляции фреймов.

Протокол HDLC высокоуровневый протокол управления каналом,. HDLC, описывает метод инкапсуляции в каналах синхронной последовательной связи с использованием символов кадров и контрольных сумм. HDLC является ISO-стандартом, этот стандарт не является общепринятым для глобальных сетей. Протокол HDLC поддерживает как двухточечную, так и многоточечную конфигурации Этот протокол обеспечивает передачу последовательности пакетов через физический канал, искажения в котором вызывают ошибки в передаваемых данных, потерю, дублирование пакетов и нарушения порядка прибытия пакетов к адресату.

Формат кадра и типы кадров

Единица данных, передаваемая как целое через информационный канал, организуемый средствами управления уровня 2, называется кадром (frame). Структура кадра, используемая протоколом HDLC, представлена на рис. Кадр рассматривается как последовательность байтов (октетов), начало и конец которой отмечаются флагами – двоичными кодами “01111110”. Кадр несет в себе управляющую информацию, данные и проверочную последовательность, используемую для контроля передаваемой информации. Этот формат кадра называют информационным. Имеется также управляющий формат, который отличается от информационного тем, что не имеет поля информации (поле данные). Для обнаружения ошибок в кадрах используется кадровая проверочная последовательность (КПП), которая содержит 16 бит. В адресном поле записывается адрес вторичной станции или направление передачи кадра по каналу. Так как протокол HDLC был разработан для управления звеном данных общего назначения, то для начальной установки звена данных выбираются специальные режимы, из которых наиболее распространены:

• режим нормального ответа (РНО);

• асинхронно сбалансированный режим (АСР).

Режим нормального ответа используется в сетях, основой которых является терминал. Связь может быть как двухточечная, так и многоточечная, но в последнем случае допускается только одна главная станция (первичная, ПС), остальные являются вторичными (ВС). В этом режиме вторичная станция может начать передачу только после разрешения от первичной станции. В РНО вторичная станция не может передавать ни при каких условиях, пока не получит разрешения от первичной станции, то есть обеспечивает дуплексную передачу связи. Режим нормального ответа называется несбалансированным режимом работы. Связь может быть двухточечной или многоточечной, но в последнем случае допускается только одна главная станция.

Структура кадра HDLC

Режим асинхронно сбалансированного ответа используется в сетях, когда обе станции имеют равные права и каждая реализует функции как первичной, так и вторичной станции. Используется главным образом для двухточечных звеньев компьютерных сетей при дуплексной передаче. В АСР общесетевая адресная информация передается в информационном поле, так как общесетевая адресация находится в ведении пакетного уровня.

От режимов РНО и АСР зависит содержимое адресного поля. Адресное поле кадра содержит адрес либо ООД, либо АПД центра коммутации пакетов. Если кадр является командным, то формируется адрес получателя, если же кадр ответный, то формируется адрес отправителя. В РНО адрес всегда относится к вторичной станции, то есть он не несет адреса принимаемой станции.

Процедуры управления канального уровня обеспечивают прозрачность канала за счет битстаффинга. Протокол HDLC является бит-ориентированным. В нем как управляющие сообщения, так и сообщения с данными переносятся в блоках стандартного формата, называемых кадрами. При передаче данных формируется проверочная последовательность битов (два октета), которая включается в кадр. При приеме кадра повторно формируется проверочная последовательность битов, которая сравнивается с принятой. Если обе совпадают, то принятый кадр считается корректным. В противном случае фиксируется искажение принятого кадра. При искажении флагов, разделяющих последовательно передаваемые кадры, два кадра сливаются в один искаженный кадр. Процедура формирования проверочных последовательностей битов при передаче и приеме гарантирует обнаружение искажений этого типа.

Для выполнения функций, возлагаемых на информационный канал, используются кадры 22 типов.

Тип кадра указывается кодом в байте управления: информационный – значением “0” в бите 1; супервизорный – значениями битов 1…4; ненумерованный – значениями битов 1…4 и 6…8 .

Ненумерованные кадры (U-кадры) используются для таких функций, как установление связи, и, следовательно, не несут никакой информации о поступлении/не поступлении кадров. Так как последняя содержится в порядковых номерах, то кадры называют ненумерованными. Ненумерованные кадры предназначены для завершения соответствующих режимов передачи пакетов и для передачи информации о результатах выполнения этих действий.

Информационные кадры служат для переноса самой информации или данных, обычно они называются I-кадрами. Кроме того, I-кадры могут использоваться в режиме АСР для извещения с прицепом, связанным с потоком I-кадров в обратном направлении. Длина информационного поля I-кадра обычно равна пакету данных.

Супервизорные кадры (S-кадры) используются для управления потоком и ошибками, поэтому они содержат порядковые номера отправлений и поступлений. Восстанавливают кадры, потерянные из-за искажений в канале. Информационного поля нет. Минимальная длина кадра может быть 6 байт.

Форматы информационного, супервизорного и ненумерованного кадров приведены на рис. Первый бит информационного кадра равен 0 – идентификатор I-кадра. В полях управления S-кадра и U-кадра комбинации 10 и 11 – признаки супервизорного и ненумерованного кадров соответственно.

В байте управления супервизорного кадра указывается тип команды ответа S:

00 – ПГ (получатель готов), то есть выдающая этот кадр станция готова к приему следующего кадра. Используется в режимах РНО и АСР;

10 – НГП (получатель не готов к приему), то есть станция временно не может принимать I-кадры и запрет остается в силе до посылки кадра ПГ. Используется в режимах РНО и АСР;

01 – ОТК (отказ). Работает только в режиме АСР и означает запрос повторной передачи всех I-кадров, начиная с того номера, где произошла ошибка.

11 – ВОТК (выборочный отказ). Для АСР позволяет запросить повторную передачу только первого I-кадра с номером N(R).

В байте управления информационного кадра указываются номера N(S) = 0, 1, …,7 и N(R) = 0, 1, …, 7 передаваемого и принимаемого кадров; в супервизорных кадрах указывается только номер N(R) принимаемого кадра.

Поле М ненумерованного кадра используется для специфического типа кадра (биты функции модификатора). Здесь записываются команды кадра:

11001 - УРНО – установить режим нормального ответа;

11100 - УАСР – установить АСР;

00010 - РЗД – разъединить;

10001 - КО – кадр отвергнут и т.д.

U-кадры позволяют установить логическую связь между первичной и вторичной станциями, установить режим функционирования между ними. Разрыв логической связи осуществляется также с помощью U-кадра.

Используя два режима нумерации кадров: нормальный – с нумерацией кадров по модулю 8, и расширенный – с нумерацией кадров по модулю 128.В первом режиме номера кадров принимают значения 0, 1, …, 7 и представляются в полях N(S) и N(R) байта управления .Во втором режиме поле управления кадра состоит из двух байтов, а номера кадров могут принимать значения от 0 до 127. Расширенная нумерация применяется в протяженных каналах связи, в которых может находиться большое число передаваемых кадров. Бит 5 поля управления называется битом запроса в командах и битом окончания в октетах. Когда станция получает команду с битом запроса Р = 1, она обязана сформировать ответ с битом окончания F = 1. Информационные кадры служат для передачи пакетов, представляемых в поле данных.

Прежде чем передать какую-либо информацию (данные), между первичной станцией (ПС) и вторичной станцией (ВС) как на многоточечной линии, так и между двумя станциями, соединенными звеном данных, должно быть установлено логическое соединение. Это достигается обменом двумя ненумерованными кадрами.

При многоточечной связи сначала ПС посылает кадр УРНО (установить режим нормального ответа), в котором бит опроса равен 1, а в поле адреса стоит ее собственный адрес. Процедура установления соединения включает также инициализацию идентифицирующих переменных каждой станции. Эти переменные используются в процедурах управления ошибками и потоком. В заключение после передачи всех данных ПС прерывает связь, посылая для этого кадр РЗД (разъединить) и получая от ВС ответный кадр НИЗ (ненумерованное извещение).

Процедура установления двухточечной связи совпадает с процедурой установления связи на многоточечной линии.

Кроме описанных кадров протокол НDLC использует следующие ненумерованные кадры. Кадр "ненумерованный информационный" используется для передачи кадров, зaщищаемых только циклическим кодом и не восстанавливаемых при потере кадра. кадры этого типа применяются, например, при передаче изображений, когда потеря кадра, несущего в себе строку изображения, не оказывает существенного влияния на конечный результат. Кадр "У становить режим инициализации" обеспечивает повторную инициализацию канала, произведенную ранее командой "У становить режим.. . ". В отличие от последней кадр "Установить режим инициализации" запускает специальные процедуры, реализованные в конкретных вариантах станций. Кадр "Запрос режима инициализации» посылает вторичной станцией для запроса от первичной станции команды "Установить режим инициализации". КОМаНда и ответ - "Обмен идентификаторами" используется для обмена между станциями информацией о реализованных в них технических возможностях. Команда "Сброс" применяется для повторной инициализации передачи потока данных. Вторичная станция запрашивает разрешение на разъединение с помощью кадра "Запрос разъединения". реагируя на этот кадр, первичная станция Ликвидирует соединение в установленном порядке. Станция, находящаяся в режиме разъединения, не может установить соединение, передавать и принимать информацию и отвечает на поступающие команды кадром "Режим разъединения" .