Сеть Token-Ring
|
|
Сеть Token-Ring была предложена фирмой IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). |
|
Назначением Token-Ring было объединение в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM (от персональных до больших). |
|
Уже тот факт, что ее поддерживает фирма IBM, крупнейший производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить особое внимание. |
|
Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5. |
|
Это ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet. |
|
Фирма IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до принципиальных схем адаптеров. |
|
В результате многие фирмы, например 3COM, Novell, Western Digital, Proteon приступили к производству адаптеров. Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC NetWork была разработана концепция NetBIOS. |
|
Если в разработанной ранее сети PC NetWork программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа, что позволяло более гибко реагировать на особенности конкретной аппаратуры, поддерживая при этом совместимость с программами более высокого уровня. |
|
По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring оказывается заметно дороже, так как использует более сложные методы управления обменом, поэтому распространена сеть Token-Ring значительно меньше. |
|
Однако ее применение становится оправданным, когда требуются большие интенсивности обмена (например, при связи с большими компьютерами) и ограниченное время доступа. |
|
Сеть Token-Ring имеет топологию «кольцо», хотя внешне она больше напоминает «звезду». |
|
Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не прямо, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU -Multistation Access Unit). |
|
Поэтому физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. |
|
В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого соседнего абонента. |
|
Концентратор (MAU) при этом только позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль за работой сети и т.д. Для присоединения кабеля к концентратору применяются специальные разъемы, которые обеспечивают постоянство замкнутости кольца даже при отключении абонента от сети. |
|
Концентратор в сети может быть и единственным, в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. |
|
В каждом кабеле, соединяющем адаптеры и концентратор (адаптерные кабели, adapter cable), находятся на самом деле две разнонаправленные линии связи. |
|
Такими же двумя разнонаправленными линиями связи, входящими в магистральный кабель (path cable), объединяются между собой в кольцо различные концентраторы, хотя для этой же цели может также использоваться и единственная однонаправленная линия связи. |
|
Конструктивно концентратор представляет собой автономный блок с восемью разъемами для подключения абонентов (компьютеров) с помощью адаптерных кабелей и двумя (крайними) разъемами для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей. |
|
Существуют настенный и настольный варианты концентратора. |
|
Несколько концентраторов могут конструктивно объединяться в группу, кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в единое кольцо. |
|
Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру (например, до 16, если в кластер входит два концентратора). |
|
В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара, но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI. |
|
Витая пара применяется как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP). |
|
Основные технические характеристики сети Token-Ring следующие. |
|
Максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU - 12. |
|
Максимальное количество абонентов в сети - 96. |
|
Максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором — 45 м. |
|
Максимальная длина кабеля между концентраторами -45м. |
|
Максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120м. |
|
Скорость передачи данных - 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. |
|
Все приведенные характеристики относятся к случаю неэкранированной витой пары. |
|
В случае применения другой среды передачи характеристики сети могут отличаться. |
|
Например, при использовании экранированной витой пары количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля - до 100 м (вместо 45), количество концентраторов - до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы - до 200 м. |
|
Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до 1 км. |
|
Как видим, сеть Token-Ring уступает сети Ethernet как по допустимому размеру сети, так и по максимальному количеству абонентов. |
|
Что касается скорости передачи, то в настоящее время ведется разработка версий Token-Ring на скорость 100 Мбит/с и на 1000 Мбит/с. |
|
Фирма IBM вовсе не собирается отказываться от своей сети, рассматривая ее как достойного конкурента Ethernet. |
|
Для передачи информации в Token-Ring используется вариант кода Манчестер-П. |
|
Как и в любой звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому согласованию и внешнему заземлению не требуется. |
|
Для присоединения кабеля к сетевому адаптеру используется внешний 9-контактный разъем типа DIN. |
|
Так же, как и адаптеры Ethernet, адаптеры Token-Ring имеют на своей плате переключатели или перемычки для настройки адресов и прерываний системной шины. |
|
Если сеть Ethernet можно построить только на адаптерах и кабеле, то для сети Token-Ring обязательно нужно приобретать концентраторы. |
|
Это также увеличивает стоимость аппаратуры Token-Ring. |
|
В то же время в отличие от Ethernet сеть Token-Ring лучше держит большую нагрузку (больше 30-40%) и обеспечивает гарантированное время доступа. |
|
Это крайне необходимо, например, в сетях производственного назначения, в которых задержка реакции на внешнее событие может привести к серьезным авариям. |
|
В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных. |
|
Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но отсюда же следуют такие недостатки, как необходимость контроля за целостностью маркера и зависимость функционирования сети от каждого из абонентов (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца). |
|
Для контроля за целостностью маркера используется один из абонентов (так называемый активный монитор). |
|
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 выбирается при инициализации сети, им может быть любой компьютер сети. |
|
Если активный монитор по какой-то причине выходит из строя, то включается специальный механизм, посредством которого другие абоненты (запасные мониторы) принимают решение о назначении нового активного монитора. |
|
Маркер представляет собой управляющий пакет, содержащий всего три байта: байт начального разделителя (SD - Start Delimiter), байт управления доступом (АС - Access Control) и байт конечного разделителя (ED - End Delimiter). |
|
Начальный разделитель и конечный разделитель представляют собой не просто последовательность нулей и единиц, а содержат импульсы специального вида. |
|
Благодаря этому данные разделители нельзя спутать, ни с какими другими байтами пакетов. |
|
Четыре бита разделителя представляют собой нулевые биты в принятой кодировке, а четыре других бита не соответствуют коду Манчестер-П: в течение двух битовых интервалов удерживается один уровень сигнала, а в течение двух остальных — другой уровень. |
|
В результате такой сбой синхронизации легко выявляется приемником. |
|
Байт управления разделен на четыре поля: три бита приоритета, бит маркера, бит монитора и три бита резервирования. |
|
Биты приоритета позволяют абоненту присваивать приоритет своим пакетам или маркеру (приоритет может быть от 0 до 7, причем 7 соответствует наивысшему приоритету, а 0 — наинизшему). |
|
Абонент может присоединить к маркеру свой пакет только тогда, когда его собственный приоритет такой же или выше приоритета маркера. |
|
Бит маркера определяет, присоединен ли к маркеру пакет (единица соответствует маркеру без пакета, нуль - маркеру с пакетом). |
|
Бит монитора, установленный в единицу, говорит о том, что данный маркер передан активным монитором. |
|
Биты резервирования позволяют абоненту зарезервировать свое право на дальнейший захват сети, то есть, так сказать, занять очередь на обслуживание. |
|
Если приоритет абонента выше, чем текущее значение поля резервирования, он может записать туда свой приоритет вместо прежнего. |
|
Формат пакета Token-Ring. |
|
Помимо начального и конечного разделителей, а также байта управления доступом, в пакет входят также байт управления пакетом, сетевые адреса приемника и передатчика, данные, контрольная сумма и байт состояния, пакета. |
|
Назначение полей пакета следующее: |
|
Начальный разделитель (SD) является признаком начала пакета. |
|
Байт управления доступом (АС) имеет то же назначение, что и в маркере. |
|
Байт управления пакетом (FC - Frame Control) определяет тип пакета (кадра). |
|
Шестибайтовые адреса отправителя и получателя пакета имеют стандартный формат. |
|
Поле данных включает в себя передаваемую информацию или информацию управления обменом. |
|
Поле контрольной суммы представляет собой 32-разрядную циклическую контрольную сумму пакета (CRC). |
|
Конечный разделитель является признаком конца пакета. |
|
Кроме того, он определяет, является ли данный пакет промежуточным или заключительным в последовательности передаваемых пакетов, а также содержит признак ошибочности пакета (для этого выделены специальные биты). |
|
Байт состояния пакета говорит о том, что происходило с данным пакетом: был ли он принят и скопирован в память приемника. |
|
По нему отправитель пакета узнает, дошел ли пакет по назначению и без ошибок или его надо передавать заново. |
|
Отметим, что больший допустимый размер передаваемых данных в одном пакете по сравнению с сетью Ethernet может стать решающим фактором для увеличения производительности сети. |
|
Теоретически для скорости передачи 16 Мбит/с длина поля данных может достигать даже 18 Кбайт, что очень важно при передаче больших объемов данных. |
|
Но даже при скорости 4 Мбит/с благодаря маркерному методу доступа сеть Token-Ring часто обеспечивает большую фактическую скорость передачи, чем более быстрая сеть Ethernet (10 Мбит/с), особенно при больших нагрузках (свыше 30—40%), когда заметно сказывается несовершенство метода CSMA/CD, который в этом случае тратит много времени на разрешение повторных конфликтов. |
|
Помимо маркера и обычного пакета, в сети Token-Ring может передаваться специальный управляющий пакет, служащий для прерывания передачи. |
|
Он может быть послан в любой момент и в любом месте потока данных. |
|
Пакет этот состоит всего из двух однобайтовых полей — начального и конечного разделителей описанного формата. |
|
Интересно, что в более быстрой версии Token-Ring (16 Мбит/с и выше) применяется так называемый метод раннего формирования маркера (ETR -Early Token Release). |
|
Он позволяет избежать непроизводительного использования сети в то время, пока пакет данных не вернется по кольцу к своему отправителю. |
|
Метод ETR сводится к тому, что сразу после передачи своего пакета, присоединенного к маркеру, любой абонент выдает в сеть новый свободный маркер, то есть все другие абоненты могут начинать передачу своих пакетов сразу же после окончания пакета предыдущего абонента, не дожидаясь, пока он завершит обход всего кольца сети. |
