Сети с методом тактируемого доступа (стандарт iso/dis 8802/7)

В основу стандарта на сети с методом тактируемого доступа к кольцу положены протоколы доступа локальной сети Cambridge Ring. Физическая среда данной сети представляет собой коаксиальный кабель с набором активных повторителей, обеспечивающих скорость передачи до 10 Мбит/с. Абонентские системы (компьютеры) к передающей среде подключаются с помощью блока подключения (вилки связности), кабеля-сопряжения, повторителя и станции.

Вилка связности представляет собой устройство, замыкающее кольцо при механическом отключении станции. Повторитель — устройство, осуществляющее кодирование, декодирование, регенерацию, прием и передачу сигналов из кольца или станции. Следует заметить, что в рамках стандарта ISO/DIS 8802/7 под станцией понимается устройство, реализующее функции подуровня управления доступом к среде. Сюда относятся функции управления передачей по кольцу, обнаружение ошибок и информация о них, параллельно-последовательные и обратные преобразования. По сути станция представляет собой сетевой адаптер. Станция в совокупности с повторителем образует узел.

Для обеспечения нормальной работы сети в ее состав должны входить монитор, регистрирующая станция, ретрансляторы и вторичные источники питания.

Монитор представляет собой специализированную станцию, выполняющую функции инициализации и управления кольцом.

Регистрирующая станция представляет собой устройство, осуществляющее учет состояния сети, в том числе регистрирующее ошибки и информирующее о них.

Автономный повторитель, выполняющий только функции регенерации сигналов, называется ретранслятором. Основное назначение ретранслятора — увеличение протяженности сети.

Питание повторителей осуществляется с помощью специального вторичного источника питания с напряжением 28В. Для этой цели вводится дополнительная пара проводников. С целью снижения влияния различных помех на передачу информации проводники распределяются следующим образом: первая пара содержит провод положительного постоянного питания и один информационный провод. Вторая пара проводов состоит из провода отрицательного уровня питания и второго информационного провода.

Для одновременного подключения нескольких компьютеров используются различные узлы — мультиплексоры.

С учетом сказанного выше может быть представлена следующая конфигурация сети (рис. 22).

Ретранслятор

Рис. 22 — Сеть с тактируемым доступом

При рассмотрении основных временных соотношений следует учитывать, что каждые 100 метров кабеля вносят задержку длительностью 450 нс. При скорости передачи 10 Мбит/с можно представить сегмент длиной 100 метров в виде памяти емкостью 4,5 бита. В каждом конкретном случае длина кабеля и, следовательно, время циркулирования данных по кольцу будет различно. Для обеспечения целого числа бит в кольце номинальная частота 10 МГц может несколько изменяться. Для обеспечения целого числа тактов фиксированной длины и минимального числа (двух) межкадровых пробелов используются дополнительные биты-заполнители. Длина сегмента выбирается из значений 40, 56, 72 или 88 битовых позиций. Количество бит-заполнителей должно выбираться в пределах от 2 до 255, большее число пробелов рассматривается как разрыв логического кольца. В зависимости от времени вращения данных по кольцу и выбранной длины сегмента в сети может циркулировать от 1 до 255 кадров фиксированной структуры.

На рис. 23 представлена структура кадра с входящим в его состав пакетом. Первый бит каждого кадра всегда равен единице и определяет начало кадра. Следующий разряд определяет, занят или свободен текущий сегмент. Бит монитора, как и в других кольцевых сетях, используется для исключения зацикливания кадров. Однако в отличие от других сетей единица в этом разряде устанавливается передающей станцией, а монитор устанавливает нулевое значение данного разряда. Если монитор обнаруживает значение бита монитора равное нулю, а бит «занят/пустой» в этот момент равен единице (сегмент занят), то он предполагает зацикливание кадра. В этом случае монитор обнуляет кадр данных, устанавливая нулевое значение бита «занят/пустой».

Рис. 23 — Структура кадра стандарта IEEE 802.7

Пакет включает адреса получателя и отправителя сообщения. Поле данных пакета содержит данные подуровня управления логическим звеном или служебную информацию подуровня управления доступом к передающей среде. Тип данных определяется двумя битами «типа октета». Размер поля данных зависит от величины выбранного кадра и может составлять 2, 4, 6 или 8 байт. Биты ответа используются для информации станции-отправителя о результате приема посланного им кадра данных. Первоначально значение этих разрядов равно единицам. Если получатель отсутствует, то кадр возвращается отправителю с единицами в этих разрядах.

В свою очередь получатель может установить следующие значения этих разрядов:

00 получатель занят или временно не готов к получению пакета;

01 получатель принял пакет данных;

10 получатель подтвердил поступление кадра данных, но не может принять пакет, поскольку не может идентифицировать отправителя, или он «замаскирован» от данного пакета.

Бит четности используется для обнаружения ошибок при передаче кадра данных. Небольшой размер кадра данных в сочетании с достаточно высокой надежностью передающей среды позволяет заменить контрольную последовательность.

Передача данных кадра с одним битом четности происходит следующим образом. Станция, готовая передавать данные, следит за появлением начала очередного сегмента. При обнаружении пустого сегмента станция отмечает его как занятый. В конце передаваемого пакета в поле «ответ» устанавливаются две единицы. После передачи пакета запускается счетчик тактов. Пакет возвращается при совпадении значения счетчика тактов с числом сегментов кольца. При появлении «своего» кадра станция устанавливает бит «занят/пустой» в ноль, отмечая его как свободный. Биты ответа копируются станцией для анализа результата передачи пакета. Если пакет по каким-то причинам не принят, то по истечении одного кругового цикла производится повторная попытка его передачи. С целью предотвращения циркулирования бесполезной информации последующие попытки передачи задерживаются на более длительные интервалы времени.

Очередной кадр данных станция может передавать только после возвращения предыдущего кадра. Это условие обеспечивает равные права доступа для всех станций сети. Очевидно, что для оптимальной загрузки сети необходимо, чтобы число станций было равно или больше числа сегментов кольца. В противном случае количество сегментов, равное разнице между общим числом сегментов и станций, не будет использоваться.

Основным преимуществом сети является малое время ответа, которое достигается, однако, за счет очень низкой эффективности использования канала передачи данных. В большинстве случаев до 60 % общей пропускной способности канала затрачивается на передачу служебных и управляющих бит. Поэтому наиболее характерной областью применения подобных сетей следует считать системы оперативного контроля и управления технологическими процессами.