Технологиясетей Token Ring была впервые представлена IBM в 1982 г. ив 1985 г. была включена IEEE (Institutefor Electrical and Electronic Engeneers)как стандарт 802.5. Token Ringпопрежнему является основной технологией IBM длялокальных сетей (LAN), уступая по популярности среди технологий LAN толькоEthernet/IEEE 802.3. Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая являетсяновым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии TokenRing.
В Token Ring кабели подключаются по схеме “звезда”, однако он функционирует как логическоекольцо .
В логическомкольце циркулирует маркер (небольшой кадр специального формата, называемыйиногда токеном), когда он доходит до станции, то она захватывает канал. Маркервсегда циркулирует в одном направлении. Узел, получающий маркер у ближайшеговышерасположенного активного соседа передает его нижерасположенному. Каждаястанция в кольце получает данные иззанятого маркера и отправляет их ( в точности повторяя маркер) соседнему узлусети. Таким способом данные циркулируют по кольцу до тех пор, пока не достигнутстанции – адресата. В свою очередь эта станция сохраняет данные и передает ихпротоколам верхнего уровня а кадр передает дальше (поменяв в нем два бита –признак получения). Когда маркер достигает станции–отправителя – онвысвобождается, и далее процесс продолжается аналогично.
В сетях Token Ring 16 Мб/сиспользуется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемыйалгоритмом “раннего освобождения маркера” (Early TokenRelease). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующейстанции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясьвозвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случаепропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80% от номинальной. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер всети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает "раннего освобождениямаркера"), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынужденыожидать.Таким образом по сети может в один момент времени передаваться толькоодин пакет следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Еслиобеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущенпосле завершения передачи блока данных.
Сети Тоkеn Ring используют сложную системуприоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом,назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью. Блоки данных TokenRing содержат два поля, которые управляют приоритетом: поле приоритетов и полерезервирования.
Только станции с приоритетом, который равен или вышевеличины приоритета, содержащейся в маркере, могут завладеть им. После того,как маркер захвачен и изменен( в результате чего он превратился винформационный блок), только станции, приоритет которых выше приоритетапередающей станции, могут зарезервировать маркер для следующего прохода посети. При генерации следующего маркера в него включается более высокийприоритет данной резервирующей станции. Станции, которые повышают уровеньприоритета маркера, должны восстановить предыдущий уровень приоритета послезавершения передачи.
Когда кольцо установлено, интерфейс каждой станции хранитадреса предшествующей станции и последующей станции в кольце. Периодическидержатель маркера рассылает один из SOLICIT_SUCCESSOR кадр , предлагая новымстанциям присоединиться к кольцу. В этом кадре указаны адрес отправителя иадрес следующий за ним станции в кольце. Станции с адресами в этом диапазонеадресов могут присоединиться к кольцу. Таким образом сохраняетсяупорядоченность ( по возрастанию) адресов в кольце. Если ни одна станция неоткликнулась на SOLICIT_SUCCESSOR кадр, то станция-обладатель маркера закрываетокно ответа и продолжает функционировать как обычно. Если есть ровно одинотклик, то откликнувшаяся станция включается в кольцо и становиться следующей вкольце. Если две или более станции откликнулись, то фиксируется коллизия.Станция-обладатель маркера запускает алгоритм разрешения коллизий, посылая кадрRESOLVE_CONTENTION. Этот алгоритм - модификация алгоритма обратного двоичногосчетчика на два разряда.
У каждой станции в интерфейсеесть два бит, устанавливаемых случайно. Их значения 0,1,2 и 3. Значение этихбитов определяют величину задержки, при отклике станции на приглашениеподключиться к кольцу. Значения этих бит переустанавливаются каждые 50mсек.
Процедура подключения новой станциик кольцу не нарушает наихудшее гарантированное время для передачи маркера покольцу. У каждой станции есть таймер, который сбрасывается когда станцияполучает маркер. Прежде чем он будет сброшен его значение сравнивается снекоторой величиной. Если оно больше, то процедура подключения станции к кольцуне запускается. В любом случае за один раз подключается не более одной станцииза один раз. Теоретически станция может ждать подключения к кольцу сколь угоднодолго, на практике не более нескольких секунд. Однако, с точки зренияприложений реального времени это одно из наиболее слабых мест 802.4.
Отключение станции от кольцо очень просто. Станция Х спредшественником S и последователем Р шлет кадр SET_SUCCESSOR, которыйуказывает Р что отныне его предшественником является S. После этого Хпрекращает передачу.
Инициализация кольца - этоспециальный случай подключения станции к кольцу. В начальный момент станциявключается и слушает канал. Если она не обнаруживает признаков передачи, то онагенерирует CLAIM_TOKEN маркер.
Если конкурентов не обнаружилось, то она генерируетмаркер сама и устанавливает кольцо из одной станции. Периодически онагенерирует кадры SOLICIT_SUCCESSOR, приглашая другие станции включиться вкольцо. Если в начальный момент сразу две станции были включены, то запускаетсяалгоритм обратного двоичного счетчика с двумя разрядами.
Под ISU (Information SymbolUnit) понимается единица передачи информации
Общая часть
В сетях Token Ring используются различные типыкадров:
Data/Command Frame (кадруправления/данные), Token (маркер), Abort (кадр сброса).
Аппаратное обеспечениесетей Token Ring
При подключении устройств в ARCNet применяют топологиюшина или звезда. Адаптеры ARCNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркерная шина)
Смешение станций, работающихна различных скоростях, в одном кольце не допускается.
Коллизии
Из-за ошибок передач и сбоев оборудования могутвозникать проблем с передачей маркера - коллизии. Стандарт Token Ring четко определяет методы разрешения коллизий:
Важной для разрешенияколлизий является возможность станций “слушать” после передачи.
В случае, если станцияпередает маркер соседней, а та в это время отключается (например из-зааппаратного сбоя), то если не последует передач кадра или маркера, то маркерпосылается вторично.
Если и при повторнойпередаче маркера ничего не последовало, то станция посылает WHO_FOLLOWS кадр,где указан не отвечающий сосед. Увидя этот кадр, станция, для которой неотвечающая станция - предшественник, шлет кадр SET_SUCCESSOR, и становитсяновым соседом. При этом неотвечающая станция исключается из кольца.
В случае, если остановилась не только следующаястанция, но и следующая за ней - запускается новая процедура, посылкой кадра SOLICIT_SUCCESSOR_2.В ней участвует процедура разрешения конфликтов. При этом все кто хочетподключиться к кольцу могут это сделать. Фактически кольцо переустанавливается.
Другой вид проблем возникает,когда останавливается держатель маркера и маркер исчезает из кольца. Этапроблема решается запуском процедуры инициализации кольца. У каждой станцииесть таймер, который сбрасывается каждый раз, когда маркер появляется. Еслизначение этого таймера превысит некоторой заранее установленное значение (time out),то станция генерирует кадр CLAIM_TOKEN. При этом запускается алгоритм обратногодвоичного счетчика.
Если оказалось два и более маркеров на шине, станция,владеющая маркером, увидев передачу маркера на шине, сбрасывает свой маркер.Так повторяется до тех пор пока не останется ровно один маркер в системе.
Не все станции в кольцеравны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означаетдополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный мониторосуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (еслинеобходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностическиекадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когдакольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети.Алгоритм определения активного монитора следующий: при включенииили если какая-то станции заметит отсутствие монитора, она посылает CLAIM_TOKENкадр. Если она первая, кто послал такой кадр, то она и становится монитором
Если монитор отказал по какой-либо причине, существуетмеханизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могутдоговориться, какая из них будет новым активным монитором. Одной из функцийдля которых служит активный монитор является удаление из кольца постоянноциркулирующих блоков данных. Если устройство, отправившее блок данных,
отказало, то этот блок может постоянно циркулировать покольцу. Это может помешать другим станциям передавать собственные блоки данныхи фактически блокирует сеть. Активный монитор может выявлять и удалять такиеблоки и генерировать новый маркер. Важной функцией монитора является установказадерки на кольце, задержка должна быть достаточна, для того, чтобы в кольцеуместился 24-битный маркер.
Звездообразная топология сети IBM Token Ring такжеспособствует повышению общей надежности сети. Т.к. вся информация сети TokenRing просматривется активными MSAU, эти устройства можно запрограммировать так,чтобы они проверяли наличие проблем и при необходимости выборочно удалялистанции из кольца.