logo
Новая папка / Комп'ютерні мережі / Лекція 7

3 Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерне кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 році (перший варіант з'явився в 1980 році). Вона призначалася для об'єднання в мережу всіх типів комп'ютерів, що випускають IBM. Уже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп'ютерної техніки, говорить про те, що цій мережі необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо й те, що Token-Ring є в цей час міжнародним стандартом IEEE 802.5. Це ставить дану мережу на один рівень з Ethernet.

Розроблялася Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє всі інші мережі, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Більше 10 мільйонів комп'ютерів по усім світі об'єднані цією мережею.

Компанія IBM зробила все для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. У результаті багато компаній, наприклад, 3СOM, Novell, Western Digital, Proteon й інші приступили до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network була розроблена концепція NetBIOS. Якщо в створеній раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися в убудованій в адаптер постійної пам'яті, то в мережі Token-Ring уже застосовувалася эмулююча NetBIOS програма. Це дозволило більш гнучко реагувати на особливості апаратур і підтримувати сумісність із програмами більше високого рівня.

Мережа Token-Ring має топологію кільце, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це пов'язане з тим, що окремі абоненти (комп'ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або юагатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU – Multistation Access Unit). Фізично мережа иає зірково-кільцеву топологію (рис. 7.3). У дійсності ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожний з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого.

Рис. 7.3. Зірково-кільцева топологія мережі Token-Ring

Концентратор (MAU) при цьому дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі й т.д. (рис. 7.4). Ніякої обробки інформації він не робить.

Рис. 7.4. З'єднання абонентів мережі Token-Ring у кільце за допомогою концентратора (MAU)

Для кожного абонента в складі концентратора застосовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU – Trunk Coupling Unit), що забезпечує автоматичне включення абонента в кільце, якщо він підключений до концентратора й справний. Якщо абонент відключається від концентратора або ж він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі даного абонента. Спрацьовує TCU по сигналі постійного струму (так званий "фантомний" струм), що приходить від абонента, що бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця й провести процедуру самотестування (крайній правий абонент на рис. 7.4). "Фантомний" струм ніяк не впливає на інформаційний сигнал, тому що сигнал у кільці не має постійної складової.

Існують як пасивні, так й активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що приходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, тільки перекомутирує лінії зв'язку.

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася скручена пара, як неекранована (UTP), так й екранована (STP), але потім з'явилися варіанти апаратур для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристики класичного варіанта мережі Token-Ring:

Всі наведені характеристики віносяться до випадку використання неекранованої скрученої пари. Якщо застосовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися.

Для передачі інформації в Token-Ring застосовується біфазний код (точніше, його варіант із обов'язковим переходом у центрі бітового інтервалу). Як й у будь-якій зіркоподібній топології, ніяких додаткових заходів по електричному узгодженню й зовнішньому заземленню не потрібно. Узгодження виконується апаратурами мережних адаптерів і концентраторів.

Для приєднання кабелів в Token-Ring використаються рознімання RJ-45 (для неекранованої скрученої пари), а також MIC й DB9P. Проведення в кабелі з'єднують однойменні контакти рознімань (тобто використаються так називані "прямі" кабелі).

Мережа Token-Ring у класичному варіанті уступає мережі Ethernet як по припустимому розмірі, так і по максимальній кількості абонентів. Що стосується швидкості передачі, то в цей час є версії Token-Ring на швидкість 100 Мбіт/с (High SpeedToken-Ring, HSTR) і на 1000 Мбіт/с (Gigabit Token-Ring). Компанії, що підтримують Token-Ring (серед яких IBM, Olicom, Madge), не мають наміру відмовлятися від своєї мережі, розглядаючи її як гідного конкурента Ethernet.

У порівнянні з апаратурами Ethernet апаратури Token-Ring помітно дорожче, тому що використовується більше складний метод керування обміном, тому мережа Token-Ring не одержала настільки широкого поширення.

Однак на відміну від Ethernet мережа Token-Ring значно краще тримає високий рівень навантаження (на 30—40%) і забезпечує гарантований час доступу. Це 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 (див. рис. 7.8). Звідси витікає таке важливе достоїнство даної мережі, як відсутність конфліктів, але є й недоліки, зокрема необхідність контролю цілісності маркера й залежність функціонування мережі від кожного абонента (у випадку несправності абонент обов'язково повинен бути виключений з кільця).

Кожен абонент мережі (його мережний адаптер) повинен виконувати наступні функції:

Велика кількість функцій, звичайно, ускладнює й здорожує апаратури мережного адаптера.

Для контролю цілісності маркера в мережі використовується один з абонентів (так званий активний монітор). При цьому його апаратури нічим не відрізняється від інших, але його програмні засоби стежать за тимчасовими співвідношеннями в мережі й формують якщо буде потреба новий маркер.

Активний монітор виконує наступні функції:

Активний монітор вибирається при ініціалізації мережі, їм може бути будь-який комп'ютер мережі, але, як правило, стає перший включений у мережу абонент. Абонент, що став активним монітором, включає в мережу свій буфер (зсівний регістр), який гарантує, що маркер буде вміщатися в кільці навіть при мінімальній довжині кільця. Розмір цього буфера - 24 біта для швидкості 4 Мбіт/с й 32 біта для швидкості 16 Мбіт/с.

Маркер мережі Token-Ring являє собою керуючий пакет, що містить усього три байти (рис. 7.9): байт початкового роздільника (SD – Start Delimiter), байт керування доступом (AC – Access Control) і байт кінцевого роздільника (ED – End Delimiter). Всі ці три байти входять також до складу інформаційного пакета, щоправда, функції їх у маркері й у пакеті трохи розрізняються.

Початковий і кінцевий роздільники являють собою не просто послідовність нулів й одиниць, а містять сигнали спеціального виду. Це було зроблено для того, щоб роздільники не можна було поплутати ні з якими іншими байтами пакетів.

Рис. 7.9. Формат маркера мережі Token-Ring

Формат інформаційного пакета (кадру) Token-Ring представлений на рис. 7.12. Крім початкового й кінцевого роздільників, а також байта керування доступом у цей пакет входять також байт керування пакетом, мережні адреси приймача й передавача, дані, контрольна сума й байт стану пакета.

Рис. 7.12. Формат пакета (кадру) мережі Token-Ring (довжина полів дана в байтах)

Призначення полів пакета (кадру).

Абонент, що бажає передавати пакет, чекає приходу вільного маркера й захоплює його. Захоплений маркер перетворюється в обрамлення інформаційного пакета. Потім абонент передає інформаційний пакет у кільце й чекає його повернення. Після цього він звільняє маркер і знову посилає його в мережу.

У процесі обміну кожен абонент стежить за справністю попереднього абонента (по кільцю). Якщо він підозрює відмову попереднього абонента, вона запускає процедуру автоматичного відновлення кільця. Спеціальний керуючий пакет (бакен) говорить попередньому абонентові про необхідність провести самотестування й, можливо, відключитися від кільця.

У мережі Token-Ring передбачене також використання мостів і комутаторів. Вони застосовуються для поділу великого кільця на кілька кільцевих сегментів, що мають можливість обміну пакетами між собою. Це дозволяє знизити навантаження на кожен сегмент і збільшити частку часу, надавану кожному абонентові.

У результаті можна сформувати розподілене кільце, тобто об'єднання декількох кільцевих сегментів одним більшим магістральним кільцем (рис. 7.13) або ж зірково-кільцеву структуру із центральним комутатором, до якого підключені кільцеві сегменти (рис. 7.14).

Рис. 7.13. Об'єднання сегментів магістральним кільцем за допомогою мостів

Рис. 7.14. Об'єднання сегментів центральним комутатором