Token Ring

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 14:52, 26 декабря 2017.

Token Ring (маркерное кольцо участка локальной сети (LAN)) - это протокол связи для локальных сетей. Он использует специальный трехбайтовый кадр под названием "маркер", который перемещается вокруг логического "кольца" рабочих станций или серверов. Эта передача маркера-это метод доступа к каналу, обеспечивая справедливый доступ для всех станций, и исключения столкновений конкурирующих методов доступа. Технология представлена IBM в 1984 году, а затем стандартизирована с протоколом IEEE 802.5.

История возникновения

В начале 1970-х годов было разработано большое количество различных технологий локальной сети, одна из которых - Кембриджское кольцо - продемонстрировала потенциал топологии токен-передачи, после чего многие конкуренты по всему миру начали свою работу в том же направлении. В Цюрихской лаборатории IBM Вернер Букс и Ганс Мюллер вели совместную работу над общим дизайном и развитием технологии Token Ring в целом. Собственный фирменный продукт Token Ring, запущенный 15 октября 1985 года, работал со скоростью 4 Мбит/с, при том, что вложение было возможно с компьютеров IBM, компьютеров среднего уровня и мэйнфреймов. Использовалась удобная звездно-проводная физическая топология. Также технология проходила экранированную витую пару кабелей, и вскоре после этого стала основой стандарта 802.5 (ANSI)/IEEE. Компания IBM убеждала всех в превосходстве Token Ring над Ethernet, однако такие суждения были подвергнуты жестокой критики со стороны общественности. В 1988 году более быстрая технология Token Ring (со скоростью аж в 16 Мбит/с) была стандартизована рабочей группой 802.5, а увеличение до 100 Мбит/с было приведено в норму и продано в период спада популярности токен-кольца. Несмотря на все свои плюсы, данная технология никогда не использовалась очень широко (Ethernet и Gigabit Ethernet доминировали, а потому деятельность по разработке Token Ring вскоре пошла на убыль). [Источник 1]

Token Ring и Ethernet

Итак, несмотря на схожесть, между Token Ring и Ethernet есть ряд существенных различий. Так. например, топология Token Ring является более точной по сравнению с Ethernet. Однако Ethernet обладает таким преимуществом, как поддержка прямого кабельного соединения между двумя картами сетевого интерфейса с использованием кроссового кабеля или с помощью автоматического распознавания (если поддерживается); Token Ring Кольцо Token же изначально не поддерживает эту функцию и требует дополнительного программного и аппаратного обеспечения для непосредственной настройки кабельного соединения. Маркерное кольцо устраняет коллизии с помощью одноразового маркера и раннего выпуска маркера для смягчения простоя; что же касается Ethernet, здесь смягчение коллизий осуществляется посредством множественного доступа с поддержкой несущего элемента, а также с помощью коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Token Ring содержат всю информацию для автоопределения скорости и маршрутизации, а также и могут загонять себя на многие узлы доступа с числовым программным управлением, которые работают без электричества; сетевые интерфейсные платы Ethernet же теоретически могут функционировать на пассивном концентраторе в определенной степени, но не как большая локальная сеть, плюс проблема коллизий никуда не делась. Token Ring, в отличие от Ethernet, использует "приоритет доступа", в котором определенные узлы могут иметь приоритет над маркером. Маркерное кольцо поддерживает несколько одинаковых MAC-адресов (функция на s/390 мейнфреймов), тогда как Ethernet не может поддерживать повторяющиеся MAC-адреса без замечаний. Первоначально обе сети пользовались дорогостоящим кабелем, но после стандартизации Ethernet для неэкранированной витой пары с 10BASE-T (Cat 3) и 100BASE-TX (Cat 5(e)), он имел явное преимущество,и продажи его заметно возросли. Еще более существенной при сравнении общих затрат на систему стала значительно более высокая стоимость портов маршрутизатора и сетевых карт для токен-ринга по сравнению с Ethernet. [Источник 2]

Описание: строение и характеристика

Token-Ring имеет связь кольца, хотя внешне это больше похоже на звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа. Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. В действительности же абоненты объединяются в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого, так сказать, по кругу. Концентратор MAU при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и другие организационные моменты. Никакой обработки информации не производится. Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если выполняются такие условия, как подключение к концентратору и исправность абонента. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента, то есть, попросту исключает этот компьютер из цепочки. Блок срабатывает по сигналу постоянного тока, который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Или же абонент может самостоятельно отключиться от кольца и произвести процедуру самотестирования. Что касается концентратора, по конструкции он представляет собой автономный блок с десятью разъемами на передней панели. Восемь центральных разъемов нужны для подключения компьютеров с помощью адаптерных или радиальных кабелей. Два крайних же разъёма (входной и выходной) нужны для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей. Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи. Концентратор в сети может быть единственным (тогда в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему). Если же нужно подключить к сети более восьми абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию. Кольцевая топология имеет высокую чувствительность к обрывам кабеля кольца. Поэтому в Token-Ring предусмотрен режим сворачивания кольца, при помощи которого можно обойти место обрыва. В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них. В случае одиночного повреждения кабеля сеть передаёт по обоим кабелям, обходя таким образом поврежденный участок. Порядок обхода абонентов сохраняется. Правда, увеличивается суммарная длина кольца. В случае же множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей , не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность. Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Это никак не помогает сети в целом, однако позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть её функций. Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в кластер , внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру. [Источник 3]

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

  • максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
  • максимальное количество абонентов в сети – 96;
  • максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
  • максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
  • максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
  • скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Операции

Станции в локальной сети Token Ring логически организованы в кольцевой топологии с последовательной передачей данных от одной кольцевой станции к другой с управляющим токеном, циркулирующим вокруг кольцевого контроля доступа. Похожими механизмами передачи маркера пользуются ARCNET, token bus, 100VG-AnyLAN (802.12), FDDI и они имеют теоретические преимущества над CSMA/CD раннего Ethernet. Итак, перейдём непосредственно к функционированию Token Ring.

Контроль доступа

Процесс передачи данных выполняется следующим образом. Пустые информационные кадры постоянно двигаются по кольцу. Когда компьютер получает или имеет сообщение для последующей передачи, она захватывает маркер, и компьютер может отправить кадр. Затем кадр проверяется каждой последовательной рабочей станцией. Рабочая станция, которая является местом назначения сообщения, копирует его из кадра и изменяет маркер обратно на 0. Когда кадр возвращается к отправителю, он видит, что знак был изменен на 0, и что сообщение было скопировано и получено, и тогда он может удалить сообщение из кадра. Кадр продолжает циркулировать как" пустой ", готовый быть принятым рабочей станцией (если у нее есть сообщение для отправки).

Узлы доступа с числовым программным управлением и контролем доступа

Физически сеть Token Ring соединена звездой (а не кольцом, как следует из названия). MAU может присутствовать в виде концентратора или переключателя; поскольку у Token Ring не было коллизий, многие MAU были изготовлены в качестве концентраторов. Хотя кольцо маркеров работает на LLC, оно включает маршрутизацию источника для пересылки пакетов за пределы локальной сети.

Кабели и интерфейсы

Обычно кабельная система IBM «Type-1» представляет собой тяжелый двухпарный кабель с витой парой с сопротивлением 150 Ом. Это был базовый кабель для «IBM Cabling System», структурированной кабельной системы. Были использованы уникальные гермафродитные разъемы, обычно называемые IBM Data Connectors. Их недостаток состоит в громоздкости. Преимущество же разъемов в том, что они безболезненны и имеют превосходную защиту от стандартного неэкранированного RJ45.В более поздних версиях Token Ring поддерживалась кабельная разводка Cat 6, поэтому соединители RJ45 использовались как для MAU, CAU, так и для NIC; со многими сетевыми картами, поддерживающими как RJ45, так и DE-9 для обратной совместимости.

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 - главные примеры сетей с передачей маркера. Маркер - это небольшой блок, перемещаемый вдоль сети. Владение этим маркером гарантирует сети право передачи данных. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс). При максимальном количестве абонентов 260 полный цикл работы кольца составит 260 x 10 мс = 2,6 с. За это время все 260 абонентов смогут передать свои пакеты. За это же время свободный маркер обязательно дойдет до каждого абонента. Этот же интервал является верхним пределом времени доступа Token-Ring. Если у станции есть информация, подлежащая передаче, она захватывает маркер, изменяет у него один бит, дополняет информацией, которую сам хочет передать и затем уже отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок движется по кольцу, маркер в сети отсутствует, поэтому другие станции вынуждены ожидать своей очереди для передачи информации. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть путаниц. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных. Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок окончательно удаляется после достижения станции, отославшей его. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения. [Источник 4]

Типы кадров

Маркер

Когда ни одна станция не отправляет фрейм, специальный кадр маркера прокручивает цикл. Он повторяется от станции к станции до прибытия на станцию, которая должна отправлять данные. Маркеры имеют длину 3 байта и состоят из разделителя начала, байта управления доступом и конечного разделителя.

Завершение кадра

Используется для отмены передачи передающей станцией

Данные

Кадры данных содержат информацию для протоколов верхнего уровня, в то время как фреймы команд управляют информацией и не имеют данных по протоколам верхнего уровня. Кадры данных /команд различаются по размеру в зависимости от размера информационного поля.

Начальный разделитель

Состоит из специальной битовой диаграммы, обозначающей начало кадра. Биты от наиболее значимых до наименее значимых - J, K, 0, J, K, 0,0,0. J и K являются нарушениями кода. Поскольку кодирование Манчестера самосинхронизируется и имеет переход для каждого кодированного бита 0 или 1, кодировки J и K нарушают это и будут обнаружены аппаратным обеспечением. Поля «Исходный разделитель» и «Конечный разделитель» используются для обозначения границ кадра. [Источник 5]

Каждый абонент сети (его сетевой адаптер) должен выполнять следующие функции:

  • Выявление ошибок передачи;
  • Контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
  • Контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.
  • Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.

Для контроля целостности маркера в сети используется один из абонентов (так называемый активный монитор). При этом его аппаратура ничем не отличается от остальных, но его программные средства следят за временными соотношениями в сети и формируют в случае необходимости новый маркер.

Активный монитор выполняет следующие функции:

  • Запускает в кольцо маркер в начале работы и при его исчезновении;
  • Регулярно (раз в 7 с) сообщает о своем присутствии специальным управляющим пакетом (AMP – Active Monitor Present);
  • Удаляет из кольца пакет, который не был удален пославшим его абонентом;
  • Следит за допустимым временем передачи пакета.


Источники

  1. История создания Token Ring // СтудопедиЯ URL:http://studopedia.org/9-51521.html (дата обращения 08.12.2017)
  2. Основные методы доступа в сети (Ethernet, Token Ring,FDDI) и их особенности // COD2014 URL:http://cod2014.ru/publ/informatika/osnovnye_metody_dostupa_v_seti_ethernet_token_ring_fddi_i_ikh_osobennosti/11-1-0-71 (дата обращения 08.12.2017)
  3. Token Ring // Wikipedia URL:http:https://en.wikipedia.org/wiki/Token_ring (дата обращения 08.12.2017)
  4. Маркерное кольцо // Академик URL:https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1025642 (дата обращения 08.12.2017)
  5. 5.3. Форматы кадров Token Ring // citforum URL:http://citforum.ru/nets/protocols2/2_05_03.shtml (дата обращения 08.12.2017)