Введення

Технологія мереж Token Ring була вперше представлена IBM в 1982 р. ів 1985 р. була включена IEEE (Institute for Electrical and Electronic
Engeneers) як стандарт 802.5. Token Ring як і раніше, є основноютехнологією IBM для локальних мереж (LAN), поступаючись за популярністю середтехнологій LAN тільки Ethernet/IEEE 802.3. Мережі Token Ring працюють з двомабітовими швидкостями - 4 Мб/с і 16 Мб/с. Перша швидкість визначена встандарті 802.5, а другий є новим стандартом де-факто, що з'явилися врезультаті розвитку технології Token Ring.

У Token Ring кабелі підключаються за схемою "зірка", однак вінфункціонує як логічне кільце.

У логічному кільці циркулює маркер (невеликий кадр спеціальногоформату, званий іноді токенів), коли він доходить до станції, то воназахоплює канал. Маркер завжди циркулює в одному напрямку. Вузол,одержує маркер у найближчого вищерозташованих активного сусіда передаєйого нижчерозташованими. Кожна станція в кільці отримує дані із зайнятогомаркера і відправляє їх (в точності повторюючи маркер) сусіднього вузла мережі.
У такий спосіб дані циркулюють по кільцю до тих пір, поки не досягнутьстанції - адресата. У свою чергу ця станція зберігає дані й передаєїх протоколів верхнього рівня а кадр передає далі (помінявши в ньому двабіта - ознака отримання). Коли маркер досягає станції-відправника - вінвивільняється, і далі процес триває аналогічно.
У мережах Token Ring 16 Мб/с використовується також дещо інший алгоритмдоступу до кільця, званий алгоритмом "раннього звільнення маркера"
(Early Token Release). Відповідно до нього станція передає маркер доступунаступній станції відразу ж після закінчення передачі останнього біта кадру,не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з бітом підтвердженняприйому. У цьому випадку пропускна здатність кільця використовується більшеефективно і наближається до 80% від номінальної. Коли інформаційний блокциркулює по кільцю, маркер в мережі відсутній (якщо тільки кільце незабезпечує "раннього звільнення маркера"), тому інші станції,бажають передати інформацію, змушені ожідать.Такім чином по мережі можев один момент часу передаватися тільки один пакет отже, в мережах
Token Ring не може бути колізій. Якщо забезпечується раннє вивільненнямаркера, то новий маркер може бути випущений після завершення передачі блокуданих.

Мережі Тоkеn Ring використовують складну систему пріоритетів, якадозволяє деяким станціям з високим пріоритетом, призначенимкористувачем, більш часто користуватися мережею. Блоки даних Token Ringмістять два поля, які керують пріоритетом: поле пріоритетів і полерезервування.
Тільки станції з пріоритетом, який дорівнює або вище величини пріоритету,що міститься в маркері, можуть заволодіти ним. Після того, як маркер захопленийі змінено (в результаті чого він перетворився на інформаційний блок), тількистанції, пріоритет яких вище пріоритету передавальної станції, можутьзарезервувати маркер для наступного проходу по мережі. При генераціїнаступного маркера в нього включається більш високий пріоритет даноїрезервує станції. Станції, які підвищують рівень пріоритетумаркера, повинні відновити попередній рівень пріоритету після завершенняпередачі.
Коли кільце встановлено, інтерфейс кожній станції зберігає адресипопередньої станції і наступної станції в кільці. Періодичноутримувач маркера розсилає один з SOLICIT_SUCCESSOR кадр, пропонуючиновим станціям приєднатися до кільця. У цьому кадрі вказані адресавідправника та адреса наступний за ним станції в кільці. Станції з адресами вцьому діапазоні адрес можуть приєднатися до кільця. Таким чиномзберігається впорядкованість (за зростанням) адрес в кільці. Якщо ніодна станція не відгукнулася на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, то станція -володар маркера закриває вікно відповіді і продовжує функціонувати якзвичайно. Якщо є рівно один відгук, то хто відгукнувся станція включається вкільце і ставати до цього, в кільці. Якщо дві або більше станціївідгукнулися, то фіксується колізія. Станція-володар маркера запускаєалгоритм вирішення колізій, посилаючи кадр RESOLVE_CONTENTION. Цейалгоритм - модифікація алгоритму зворотного двійкового лічильника на дварозряду.
У кожної станції в інтерфейсі є два біт, що встановлюються випадково. Їхзначення 0,1,2 і 3. Значення цих бітів визначають величину затримки, привідгуку станції на запрошення підключитися до кільця. Значення цих бітвстановлювати заново кожні 50mсек.
Процедура підключення нової станції до кільця не порушує найгіршегарантований час для передачі маркера по кільцю. У кожній станції єтаймер, який скидається коли станція отримує маркер. Перед тим, як вінбуде скинутий його значення порівнюється з деякою величиною. Якщо вонобільше, то процедура підключення станції до кільця не запускається. У будь-якомувипадку за один раз підключається не більше однієї станції за один раз.
Теоретично станція може чекати підключення до кільця як завгодно довго,на практиці не більше декількох секунд. Однак, з точки зору додатківреального часу це одне з найбільш слабких місць 802.4.

Відключення станції від кільце дуже просто. Станція Х спопередником S і послідовником Р шле кадр SET_SUCCESSOR, якийвказує Р що відтепер його попередником є S. Після цього Хприпиняє передачу.
Ініціалізація кільця - це спеціальний випадок підключення станції до кільця.
У початковий момент станція включається і слухає канал. Якщо вона невиявляє ознак передачі, то вона генерує CLAIM_TOKEN маркер.

Якщо конкурентів не виявилося, то вона генерує маркер сама івстановлює кільце з однієї станції. Періодично вона генерує кадри
SOLICIT_SUCCESSOR, запрошуючи інші станції включитися в кільце. Якщо впочатковий момент відразу дві станції були включені, то запускається алгоритмзворотного двійкового лічильника з двома розрядами.

Під ISU (Information Symbol Unit) розуміється одиниця передачі інформації

Загальна частина

У мережах Token Ring використовуються різні типи кадрів:
Data/Command Frame (кадр управління/дані), Token (маркер), Abort (кадрскидання).

Апаратне забезпечення мереж Token Ring

При підключенні пристроїв у ARCNet застосовують топологію шина або зірка.
Адаптери ARCNet підтримують метод доступу Token Bus (маркерная шина)
Змішання станцій, що працюють на різних швидкостях, в одному кільці НЕдопускається.

Колізії

Через помилки передач і збоїв устаткування можуть виникати проблем зпередачею маркера - колізії. Стандарт Token Ring чітко визначає методидозволу колізій:
Важливою для вирішення колізій є можливість станцій "слухати"після передачі.
У випадку, якщо станція передає маркер сусідній, а та в цей часвідключається (наприклад через апаратного збою), то якщо не буде передачкадру або маркера, то маркер надсилається вдруге.
Якщо і при повторній передачі маркера нічого не було, то станціяпосилає WHO_FOLLOWS кадр, де вказано не відповідає сусід. Побачивши цей кадр,станція, для якої не відповідає станція - попередник, шле кадр
SET_SUCCESSOR, і стає новим сусідом. При цьому неотвечающая станціявиключається з кільця.

У випадку, якщо зупинилася не тільки наступна станція, а й наступназа нею - запускається нова процедура, посилкою кадру SOLICIT_SUCCESSOR_2. Уній бере участь процедура вирішення конфліктів. При цьому всі хто хочепідключитися до кільця можуть це зробити. Фактично кільцевстановлювати заново.
Інший вид проблем виникає, коли зупиняється утримувач маркера імаркер зникає з кільця. Ця проблема вирішується запуском процедуриініціалізації кільця. У кожній станції є таймер, який скидаєтьсякожного разу, коли маркер з'являється. Якщо значення цього таймера перевищитьдеяким заздалегідь встановлене значення (time out), то станція генеруєкадр CLAIM_TOKEN. При цьому запускається алгоритм зворотного двійковоголічильника.
Якщо виявилося два і більше маркерів на шині, станція, яка володіє маркером,побачивши передачу маркера на шині, скидає свій маркер. Так повторюється дотих пір, поки не залишиться рівно один маркер в системі.

Не всі станції в кільці рівні. Одна із станцій позначається як активниймонітор, що означає додаткову відповідальність з управління кільцем.
Активний монітор здійснює управління тайм-аутом в кільці, породжуєнові маркери (якщо необхідно), щоб зберегти робочий стан, ігенерує діагностичні кадри за певних обставин. Активниймонітор вибирається, коли кільце ініціалізується, і в цій якості можевиступити будь-яка станція мережі. Процес вирішення активного моніторанаступний: при включенні або якщо якась станції помітить відсутністьмонітора, вона посилає CLAIM_TOKEN кадр. Якщо вона перша, хто послав такийкадр, то вона і стає монітором

Якщо монітор відмовив з якої-небудь причини, існує механізм, за допомогоюякого інші станції (резервні монітори) можуть домовитися, яка зних буде новим активним монітором. Однією з функцій для яких служитьактивний монітор є видалення з кільця постійно циркулюють блоківданих. Якщо пристрій, відправила блок даних,відмовило, то цей блок може постійно циркулювати по кільцю. Це можеперешкодити іншим станціям надсилати власні блоки даних і фактичноблокує мережу. Активний монітор може виявляти і видаляти такі блоки ігенерувати новий маркер. Важливою функцією монітора є установказадеркі на кільці, затримка має бути достатньою, для того, щоб укільці вмістився 24-бітний маркер.
Зіркоподібна топологія мережі IBM Token Ring також сприяє підвищеннюзагальної надійності мережі. Оскільки вся інформація мережі Token Ring просматріветсяактивними MSAU, ці пристрої можна запрограмувати так, щоб вониперевіряли наявність проблем і при необхідності вибірково видаляли станції зкільця.
Алгоритм Token Ring, званий "сигналізує" (beaconing), виявляє інамагається усунути деякі несправності мережі. Якщо яка-небудь станціявиявить серйозну проблему в мережі (наприклад таку, як обрив кабелю), вонависилає сигнальний блок даних. Сигнальний блок даних вказує доменнесправності, до якого входять станція, що повідомляє про несправність, їїАктивний найближчий сусід, що знаходиться вище за течією потоку інформації
(NAUN), і все, що є між ними. Сигналізація ініціалізуєпроцес, званий "автореконфігураціей" (autoreconfiguration), в ходіякого вузли, розташовані в межах що відмовив домену, автоматичновиконують діагностику, намагаючись реконфігуріровать мережа навколо відмовилазони. У фізичному плані MSAU може виконати це за допомогою електричноїреконфігурації.

Практична частина
Нехай у нас є мережа з 50 станцій, що працює на швидкості 10 Мбіт/сек іналаштована так, що на підстанції за пріоритетом 6 залишається 1/3 пропускноїздібності. Тоді кожна станція має гарантовано для пріоритету 6швидкість не менше 67 Кб/с. Ця пропускна здатність може бутивикористана для керування пристроями в реальному масштабі часу.

Важливою проблемою при створенні кільцевої мережі є "фізична довжина"бита. Нехай дані передаються зі швидкістю R Mbps. Це означає, що кожні
1/R ms на лінії з'являється біт. Враховуючи, що сигнал поширюється зішвидкістю 200 m/ms, то один біт займає 200/R метрів кільця. Звідси, пришвидкості 1 Мbps і довжині окружності 1 км кільце вміщає не більше 5 бітодночасно.

Наслідком конструкції мережі кільце з маркером є т, що мережа повиннамати достатню протяжність, щоб маркер можуть вміститися в нійцілком навіть коли всі станції перебувають в очікуванні. Затримки складаютьсяз двох компонентів - 1 біт затримка на інтерфейсі станції і затримка напоширення сигналу. Враховуючи, що станції можуть виключатися, наприкладна ніч, слід що на кільці повинна бути штучна затримка, якщокільце не досить довге. При малій завантаженні станції в мережі кільце змаркером відразу зможуть надсилати свої повідомлення. У міру зростання завантаження устанцій будуть рости черги на передачу і вони відповідно до кільцевихалгоритмом будуть захоплювати маркер і вести передачу. Поступово завантаженнякільця буде рости поки не досягне 100%.

Формат маркера
Кадр маркера складається з трьох полів, кожне завдовжки в один байт.
Поле початкового обмежувача з'являється на початку маркера, а також на початкубудь-якого кадру, що проходить по мережі. Поле складається з унікальної серіїелектричних імпульсів, які відрізняються від тих імпульсів, якимикодуються одиниці і нулі в байтах даних. Тому початковий обмежувачне можна сплутати ні з якою бітової послідовністю.
Поле контролю доступу. Розділяється на чотири елементи даних:

PPP TM RRR,

де PPP - біти пріоритету, T - біт маркера, M - біт монітора, RRR --резервні біти.

Кожен кадр або маркер має пріоритет, встановлений битами пріоритету (значення від 0 до 7, 7 - найвищий пріоритет). Станція може скористатися маркером, якщо тільки вона отримала маркер з пріоритетом, меншим або рівним, ніж її власний. Мережевий адаптер станції, якщо йому не вдалося захопити маркер, поміщає свій пріоритет у резервні біти маркера, але тільки в тому випадку, якщо записаний в резервних бітах пріоритет нижче його власного. Ця станція буде мати переважний доступ при подальшому вступі до неї маркера.

Схема використання пріоритетного методу захоплення маркера показана на малюнку 13. Спочатку монітор поміщає в полі поточного пріоритету P максимальне значення пріоритету, а поле резервного пріоритету R обнуляється (маркер 7110). Маркер проходить по кільцю, в якому станції мають поточні пріоритети 3, 6 і 4. Так як ці значення менше, ніж 7, то захопити маркер станції не можуть, але вони записують своє значення пріоритету в полі резервного пріоритету, якщо їх пріоритет вище його поточного значення. У результаті маркер повертається до монітора зі значенням резервного пріоритету R = 6. Монітор переписує це значення в полі P, а значення резервного пріоритету обнуляє, і знову відправляє маркер по кільцю. При цьому обороті його захоплює станція з пріоритетом 6 - найвищим пріоритетом у кільці в даний момент часу.

Біт маркера має значення 0 для маркера і для кадру 1.

Біт монітора встановлюється в 1 активним монітором і в 0 будь-який інший станцією, що передає маркер або кадр. Якщо активний монітор бачить маркер або кадр, який містить біт монітора в 1, то активний монітор знає, що цей кадр або маркер вже одного разу обійшов кільце і не був оброблений станціями. Якщо це кадр, то він видаляється з кільця.

Якщо це маркер, то активний монітор переписує пріоритет з резервних бітів отриманого маркера в поле пріоритету. Тому при наступному проході маркера по кільцю його захопить станція, що має найвищий пріоритет.
Поле кінцевого обмежувача - останнє поле маркера. Так само, як і полепочаткового обмежувача, це поле містить унікальну серію електричнихімпульсів, які не можна сплутати з даними. Крім позначки кінця маркераце поле також містить два підполя: біт проміжного кадру і біт помилки.
Ці поля відносяться більше до кадру даних, який ми і розглянемо

--------< br>. Поля Start delimiter і End delimiter призначені для розпізнаванняпочатку і кінця кадру. Вони мають спеціальну систему кодування, яка не можезустрітися у користувача. Тому поля довжина кадру не потрібно. Поле
Frame control відокремлює керуючі поля від полів даних. Для кадрів данихтут вказується пріоритет кадру. Це поле також використовується станцієюодержувачем для підтвердження коректного або не коректного отриманнякадру. Без цього поля одержувач був би позбавлений можливості даватипідтвердження - у нього немає маркера.

Token ring і FDDI

Технологія Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - перша технологіялокальних мереж, яка використовувала в якості середовища передачі данихоптичне волокно.

FDDI по суті є швидкодіючий варіант Token Ring на волоконної оптиці. На відміну від Token Ring FDDI реалізується без традиційних концентраторів-"хабів". Ще однією відмінністю FDDI від Token

Ring є можливість передавати дані одночасно, тобто в мережах

FDDI одночасно може циркулювати декілька кадрів.
За своєю топології FDDI складається з двох логічних кілець з циркуляцієюмаркерів по них в протилежних напрямках. Кільця утворюють основний ірезервний шляхи передачі даних між вузлами мережі. Використання двох кілець
- Це основний спосіб підвищення відмовостійкості в мережі FDDI, і вузли,які хочуть ним скористатися, повинні побут?? підключені до обох кілець. Унормальному режимі роботи мережі дані проходять через всі вузли і всі ділянкикабелю первинного (Primary) кільця, тому цей режим названий режимом Thru
- "Наскрізним" або "транзитних". Вторинне кільце (Secondary) в цьому режиміне використовується. У разі будь-якого виду відмови, коли частина первинногокільця не може передавати дані (наприклад, обрив кабелю або відмова вузла),первинне кільце об'єднується з вторинним
), Утворюючи знову єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається Wrap, тоє "згортання" або "згортання" кілець. Операція згортанняпроводиться силами концентраторів і/або мережних адаптерів FDDI. Дляспрощення цієї процедури дані з первинного кільця завжди передаютьсяпроти годинникової стрілки, а по вторинному - за годинниковою. Тому приутворення спільного кільця з двох кілець передавачі станцій, як і ранішезалишаються підключеними до приймачів сусідніх станцій, що дозволяєправильно передавати і приймати інформацію сусідніми станціями.
У FDDI досягається бітова швидкість 100 Мб/с

Процедура ініціалізації FDDI дещо відрізняється від ініціалізації Token
Ring:

Для виконання процедури ініціалізації кожна станція мережі повинна знати просвоїх вимогах до максимального часу обороту токена по кільцю. Цівимоги містяться в параметрі, званому "потрібний час оборотутокена "- TTRT (Target Token Rotation Time).

Параметр TTRT відображає ступінь потреби станції в пропускноїздатності кільця - чим менше час TTRT, тим частіше станція бажаєотримувати токен для передачі своїх кадрів. Процедура ініціалізації дозволяєстанціям дізнатися про вимоги до часу обороту токена інших станцій івибрати мінімальний час як загальний параметра T_Opr, на підставіякого надалі буде розподілятися пропускна спроможність кільця.
Параметр TTRT повинен бути в межах від 4 мс до 165 мс і можезмінюватися адміністратором мережі.
Для проведення процедури ініціалізації станції обмінюються службовимикадрами МАС-рівня - кадрами Claim. Ці кадри мають у полі управліннязначення 1L00 0011, поле адреси призначення містить адресу джерела (DA =
SA), а в полі інформації міститься 4-х байтове значення запитуваноїчасу обороту токена T_Req.
Якщо будь-яка станція вирішує розпочати процес ініціалізації кільця за своєюініціативою, то вона формує кадр Claim Token зі своїм значенням необхідногочасу обороту токена TTRT, тобто привласнює полю T_Req своє значення
TTRT. Захоплення токена для відправки кадру Claim не потрібно. Будь-яка іншастанція, отримавши кадр Claim Token, починає виконувати процес Claim Token.
При цьому станції встановлюють ознака знаходження кільця в працездатномустані Ring_Operational в стан False, що означає скасуваннянормальних операцій з передачі токена і кадрів даних. У цьому станістанції обмінюються тільки службовими кадрами Claim.
Для виконання процедури ініціалізації кожна станція підтримує таймерпоточного часу обороту токена TRT (Token Rotation Timer), якийвикористовується також і надалі при роботі кільця в нормальному режимі.
Для спрощення викладу будемо вважати, що цей таймер, як і іншітаймери станції, ініціалізується нульовим значенням і потім нарощує своюзначення до певної величини, яку називають порогом закінчення таймера. (Вреальному кільці FDDI всі таймери працюють в двійковому додатковому коді).
Таймер TRT запускається кожною станцією при виявленні моменту початкупроцедури Claim Token. В якості граничного значення таймера вибираєтьсямаксимально допустимий час обороту токена, тобто 165 мс. Закінченнятаймера TRT до завершення процедури означає її невдале закінчення --кільце не вдалося ініціалізувати. У випадку невдачі процесу Claim Tokenзапускається процеси Beacon і Trace, за допомогою яких станції кільцянамагаються виявити некоректно працюючу частину кільця і відключити її відмережі.
Під час виконання процесу Claim Token кожна станція спочатку можевідправити по кільцю кадр Claim зі значенням T_Req, рівним значенню їїпараметра TTRT. При цьому вона встановлює значення T_Opr, рівне значенню
TTRT. Розглянемо приклад ініціалізіруемого кільця, наведений на малюнку 9.

У певний момент часу всі станції передали по кільцю свої пропозиціїпро значення максимального часу обороту токена: 72 мс, 37 мс, 51 мс і 65мс. Станція, прийнявши кадр Claim від попередньої станції, зобов'язана порівнятизначення T_Req, вказане в кадрі зі значенням TTRT своєї пропозиції.

Якщо інша станція просить встановити час обороту токена менше, ніждана (тобто T_Req T_Req більше, ніж власне значення TTRT, то він видаляється з кільця.
Станція, що є джерелом кадру для мережі, відповідальна за те, щобвидалити кадр з мережі, після того, як він, зробивши повний оберт, зновудійде до неї.

Початкові версії різних складових частин стандарту FDDI булирозроблені комітетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 роках, і тоді ж з'явилосяперший обладнання - мережні адаптери, концентратори, мости імаршрутизатори, що підтримують цей стандарт.
В даний час більшість мережевих технологій підтримуютьоптоволоконні кабелі в якості одного з варіантів фізичного рівня, але
FDDI залишається найбільш відпрацьованою технологією високошвидкісної, стандартина яку пройшли перевірку часом і устоялися, так що обладнаннярізних виробників показує гарну ступінь сумісності.

Блок-схеми

Token Ring

(Логічне кільце)

FDDI < p> Висновок

Мережі з кільцевою топологією відомі давно і широко використовуються. Серед їхніхчисленних переваг є одне особливо важливе - це не середу змножинним доступом, а послідовність з'єднань точка-точка,утворюють кільце. З'єднання точка-точка добре вивчені, можуть працювати нарізних фізичних середовищах: кручена пара, коаксіал або оптоволокно. Спосібпередачі в основно цифровий, у той час як у 802.3 є значнааналоговий компонент.

-----------------------

Станція 1

< br>Станція 2

Станція 3

Станція 4

Станція 5