2. Мережі з маркерним методом доступу

Стандарт ІЕЕЕ 802.4 визначає підрівень керування доступом до передавального середовища канального рівня і фізичний рівень локальних комп’ютерних мереж шинної топології. Доступ здійснюється за допомогою безперервно передаваємого кадру маркера визначеного формату. Передача маркера відбувається від однієї станції до іншої у порядку зменшення їх логічних адрес. Станція з найменшою адресою циклично передає кадр маркера станції з найбільшою адресою, тим самим, замикаючи логічне кільце передачі маркера. Станція, яка отримує маркер від іншої станції, відносно неї називається приймачем. Відповідно, станція, від якої надходить маркер, називається попередником. Слід зауважити, що послідовність розташування станцій у логічному кільці не обов’язково повинна відповідати послідовності їх фізичного розміщення на шині. Більш того, деякі станції можуть бути взагалі не підключені у логічне кільце. Основна відзнака їх в тім, що такі станції не отримують кадру маркера і, відповідно, не можуть передавати кадр даних. Такі станції вважаються пасивними і можуть тільки приймати адресовані їм кадри даних. Протоколом функціонування мережі передбачена можливість підключення пасивних станцій у логічне кільце, після чого вони отримують право передавати кадри даних. Керування мережею, в тому числі і реконфігурація логічного кільця, здійснюється децентралізованим способом. У кожний момент часу функції керування бере на себе станція, яка володіє маркером. В тому числі вона здійснює:

• генерацію (реконфігурацію) логічного кільця;

• контроль за передаванням маркера;

• зміну параметрів керуючих алгоритмів;

• прийом і обробку запитів на підключення пасивних станцій до логічного кільця.

Для передачі даних і керування мережею визначені кадри: даних, керування і переривання. Кадри даних і керування мають однакову структуру (рис. 3.4.1) і відрізняються між собою тільки змістом поля керування кадром, а також полем даних. Кожному кадру передує преамбула, яка поєднує від одного до декількох символів заповнювачів залежно від швидкості передачі та застосовуємого методу модуляції сигналів.

Рисунок 5.3 Структура кадру ІЕЕЕ 802.4, де: НО - початковий обмежувач; УК - укажчик кадру; КПК - контрольна послідовність кадру; Z - біт кадру; КО - кінцевий обмежувач.

За преамбулою слідує початковий обмежувач кадру довжиною в один байт. Слідуючий за ним байт містить керуючу інформацію, за допомогою якої визначається тип кадру. За полем керування слідують двох або шести байтні поля адрес отримувача та відправника інформації. Наступне за ним поле даних містить інформацію, яка надходить з підрівня керування логічним каналом, або формується диспетчером. Під значення контрольної послідовності кадру відведені наступні чотири байти. Кадр завершується однобайтовим полем кінцевого обмежувача. Існує сім типів керуючих кадрів, які кодуються за допомогою чотирьох старших розрядів поля керування кадром (табл. 5.2). Кадр “Заявка маркера” застосовується для поновлення маркера у випадку його втрати, містить поле даних, що дорівнює 0, 2, 4 або 6 інтервалам відповіді, обов’язково кратним байтові. Кадри “Запит спадкоємця 1” і “Запит спадкоємця 2” застосовуються для підключення нової станції у логічне кільце. За кадром “Запит спадкоємця 1” розміщується одне вікно відповіді, в яке дозволяється розміщувати відповідь тільки однієї станції з меншою адресою.

Таблиця 5.2

№	Кодування поля 1 2 3 4 5 6 7 8	Тип кадру
1	0 0 0 0 0 0 0 0	Заявка маркера
2	0 0 0 0 0 0 0 1	Запит спадкоємця 1
3	0 0 0 0 0 0 1 0	Запит спадкоємця 2
4	0 0 0 0 0 0 1 1	Хто наступний?
5	0 0 0 0 0 1 0 0	Дозвіл суперництва
6	0 0 0 0 1 0 0 0	Кадр маркера
7	0 0 0 0 1 1 0 0	Встановити спадкоємця

За кадром “Запит спадкоємця 2” розміщується два вікна відповіді. Перше для відповіді станції з меншою адресою, а друге – з більшою адресою. Кадр “Запит спадкоємця 2” застосовується тільки останньою станцією логічного кільця, попередником якої є станція з максимальною адресою. Для всіх інших станцій застосовується кадр “ Запит спадкоємця 1”. Під вікном відповіді розуміється максимальний інтервал часу, впродовж якого станція повинна чекати відповіді на переданий кадр. Розмір вікна відповіді визначається подвоєним значенням часу передачі по мережі і затримкою на відповідь. Кадр “Хто наступний?” застосовується для обходу чергової станції у випадку, якщо вона не передає дані або маркер, тобто мовчить. За кадром повинно слідувати три вікна відповіді, у які розміщують свої адреси найближчі станції, які бажають підключитися до логічного кільця. Кадр “Дозвіл суперництва” надає станції можливість підключитися до логічного кільця. З цією метою після даного кадру розміщуються чотири вікна відповіді.

Рисунок 5.4 Структура кадру маркера, де: НО - початковий обмежувач; КПК - контрольна послідовність кадру; УК = 00001000 - укажчик кадру; КО - кінцевий обмежувач.

Серед керуючих кадрів особливе місце займає “Кадр маркера”, за допомогою якого регулюється доступ до передавального середовища. Кадр маркера (рис.5.4.) має скорочений формат, в ньому відсутнє поле даних. Останнім у табл. 1 знаходиться кадр “Встановити спадкоємця”, який сумісно з кадром “Запит спадкоємця” керує підключенням станції до логічного кільця. Старші розряди поля керування кадра “Дані підрівня керування логічною ланкою” також несуть визначене значеннєве навантаження. Так 3,4 і 5 розряди визначають наступні операції підрівня:

• 000 – запит, який не вимагає підтвердження;

• 001 – запит, який вимагає підтвердження;

• 010 – відповідь на запит.

В свою чергу 6,7 і 8 розряди задають пріоритет кадру, а саме: значення 111 відповідає найвищому, а 000 – найнижчому пріоритету. Зауважимо, що для кадру “Дані диспетчера” і, природньо, для резервного кадру не визначено значення старших розрядів поля керування кадрами. Кінцевий обмежувач крім вказівки кінця кадру додатково несе визначене значеннєве навантаження. Одиниці у 3, 6 і 7 розрядах вказують, що кадр є проміжним і передача інформації буде продовжена. Нульове значення цих розрядів вказує на останній кадр, що передається. Одиниця у 8 розряді кінцевого обмежувача вказує на наявність похибки у даному кадрі, а 0 - на її відсутність. Самим коротким серед кадрів є кадр “Переривання”, який складається тільки з початкового та кінцевого обмежувачів. Даний кадр видається станцією, яка бажає перервати передачу кадру. Переривання здійснюється після передачі чергового байта поточного кадру.

У відповідності із специфікацією протоколу підрівня керування доступом до передавального середовища ІЕЕЕ 802.4 множину функцій підрівня згруповано між собою за функціональною ознакою. Кожна з таких груп представлена у вигляді деякого логічного кінцевого автомату (КА) з фіксованим числом станів. Так для автомату керування доступом (КД_КА) визначено 11 станів, з кожним з яких пов’язані визначені події і операції. Початковим слід вважати стан “Автономне”, в якому КД_КА знаходиться після ввімкнення живлення або під час виявлення деяких помилкових умов. В цьому стані станція виконує самотестування і перевірку з’єднань з фізичним середовищем. Після встановлення базових мережних параметрів і отримання команди переходу у неавтономний режим КД_КА переходить у стан “Черговий”, у якому станція слідкує за станом фізичного середовища, не маючи самій передавати інформацію. Перехід КД_КА у інший стан здійснюється тільки у результаті надходження керуючого кадру або кадру маркера. У стані “Заявка маркера” станція робить спробу ініціювати логічне кільце за допомогою кадру “Заявка маркера”, у результаті чого у мережі генерується маркер. У стані “Використання маркера” станція здійснює передачу кадру даних. Після закінчення передачі поточного кадру КД_КА залежно від стану факультативної функції призначення пріоритетів переходить у стан “Очікування відповіді ІНТ_КА” або стан “Контроль класу доступу”. Знаходячись у першому стані КД_КА очікує відповіді від кінцевого автомату інтерфейсу (ІНТ_КА). Стан “Контроль класу доступу” застосовується для керування передачею кадрів даних різних пріоритетів. З цих двох станів КД_КА повертається назад у стан “Використання маркера”. У стані “Передача маркера” станція здійснює передачу маркера своєму спадкоємцю, після чого вона переходить у стан “Контроль передачі маркера”. Стан “Очікування відповіді”, “Запит входження” і “Затримка запиту” викристовуються для визначення кандидатів у спадкоємці маркера. Таким чином, переходячи від одного стану до іншого під дією керуючих кадрів, КД_КА станцій забезпечують передачу даних між абонентськими системами комп’ютерної мережі. Комітет JTC 1/SC 25/WG 3 (даний комітет відповідає за підготовку міжнародних кабельних стандартів ISO/IEC 11801) розробляє два нових класи кабелів: категорії 6 (що працює на частотах, впритул до 200 МГц) і категорії 7 (що працює на частотах до 600 МГц). Передбачається, що категорія 6 буде призначена для неекранованих або цілком екранованих кабелів із застосуванням удосконаленого коннектора RJ-45. Вимогам категорії 7 задовольняє лише кабель з окремо екранованими крученими парами.

Новим технологічним напрямком розвитку мереж є також оптоволоконна мережа Ethernet 10BASE-F із швидкістю передачі 10 Мбіт/с. В якості передавального середовища мережі застосовується 50- або 100-мікронний оптоволоконний кабель. Мережа характеризується зіркоподібною топологією, яка підтримується за допомогою оптоволоконних концентраторів або багатопортових повторювачів. Максимальна довжина одного сегмента складає 2100 метрів. Оптоволоконний кабель складається із вільно укладених або визначеним чином скручених волоконних світловодів та захисного покриття. Передача даних відбувається за допомогою лазерного або світлодіодного передавача, який генерує світлові імпульси, що проходять через світловоди. Перед тим як потрапити у світловод, сигнал від передавача (випромінювача) проходить через оптичний узгоджуючий пристрій і через оптичний з’єднувач (коннектор). На приймаючому кінці сигнал сприймається фотодіодом, який перетворює його у електричний струм. Оптоволоконний кабель має ряд переваг. До них можна віднести:

• мале загасання та незалежність загасання від частоти сигналу, що передається;

• високий ступінь захисту від зовнішніх електромагнітних полів;

• виключення несанкціонованого доступу до даних;

• малу вартість та постійну тенденцію до її зниження.

Основний недолік проявляється під час установки мережі на такому кабелі. Потрібне дороге обладнання та висока кваліфікація персоналу. Залежно від умов розповсюдження світлової волни у центральному світловоді оптичні кабелі поділяються на одномодові (single mode – SM) і багатомодові (multi mode – MM). Схема підключення пристроїв для специфікації 10BASE-FX дуже схожа на схему 10BASE-FL. У обох специфікаціях застосовується топологія “пасивна зірка”. Комп’ютери підключаються до концентратора за допомогою двох оптоволоконних кабелів (один відповідає за прийом, другий – за передачу). Між адаптером і мережним кабелем можливе підключення трансивера. Максимальна довжина кабеля (412 м) визначається часовими параметрами. Використання оптоволоконного кабелю дозволяє значно збільшити довжину сегмента та підвищити ступінь захисту мережі.