Учебно-методическое пособие представляет собой первую часть конспекта лекций по дисциплине «Компьютерные сети и системы» (стр. 17 из 28)
Логически сеть Token Ring работает как кольцо с передачей маркера, физически же она представляет собой конфигурацию типа звезды. Каждый узел, принявший пакет данных от соседа по кольцу, восстанавливает уровни сигналов и передает пакет следующему своему соседу.
Двумя логическими направлениями перемещения по кольцу являются направления вверх по потоку (upstream) или вниз по потоку (downstream). Маркер и данные всегда перемещаются в кольце вниз по потоку. Станция, которая передает маркер, называется ближайшим активным соседом NAUN (Nearest Active Stream Neighbor) по отношению к следующей станции вниз по потоку, которая принимает маркер.
В сети от станции к станции циркулирует специальный 3-байтовый кадр - так называемый маркер. Когда узел получает маркер, он имеет право послать в кольцо кадр данных. Для этого узел – отправитель привязывает к маркеру данные, формируя информационный пакет, который и передается в сеть.
Посланный кадр распространяется от адаптера к адаптеру вниз по потоку, пока не найдет своего адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что данные нашли своего получателя и приняты (с искажением/без искажения), а затем ретранслирует полученный и измененный пакет дальше по кольцу сети. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.
В конце концов, модифицированный кадр, продолжая путь по кольцу, возвращается к узлу - отправителю. Узел – отправитель, распознав свой кадр по адресу станции-отправителя, удостоверяется в том, что тот был передан без ошибок, очищает маркер от любой привязанной к нему информации (stripping - раздевание), а затем освобождает маркер, передавая его своему соседу вниз по потоку.
Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера (Token Holding Time), по истечении которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера несколько кадров. Обычно время удержания маркера по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кб, а для сетей 16 Мбит/с – 16 Кб. При скорости 4 Мбит/с за время 10 мс можно передать 5 Кб, а при скорости 16 Мбит/с – соответственно 20 Кб. Максимальные размеры кадра выбраны с некоторым запасом, чтобы станции заведомо успевала передать хотя бы один кадр.
В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с этим алгоритмом станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после передачи последнего бита текущего кадра, не дожидаясь возвращения переданного кадра по кольцу. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно, т.к. в кольце одновременно циркулируют кадры, переданные несколькими станциями.
Управление сетью Token Ring
Каждый узел в сети Token Ring можно рассматривать как однобитный сдвиговый регистр. Бит (битовый интервал, который может иметь значения 0, 1, J, K), принятый приемником, помещается в буфер и передается вниз по потоку только по приему следующего бита. При определенных условиях передатчик может модифицировать текущий бит. Таким образом, кольцо – это своеобразный распределенный сдвиговый регистр с линиями задержки (кабелями). Кольцо, как минимум, должно вмещать маркер длиной в 24 битовых интервала, в частности, для скорости 4 Мбит/с минимальное время оборота по кольцу должно составлять 6 мкс.
В каждом сетевом адаптере Token Ring запрограммирован набор управляющих функций, описанных стандартом IEEE 802.5, причем каждый узел кольца может играть активную роль в управлении всей сетью.
Любой узел кольца может выступать в качестве (рис.18):
· пассивного монитора SM (Standby Monitor). Пассивные мониторы – это обычные станции общего назначения, но они эпизодически выполняют и функции локального управления сетью, отвечая за обнаружение сбоев в активном мониторе (если пассивные мониторы не обнаруживают в кольце активного монитора, то активный монитор будет выбран из их числа, и они вступают в состязание на его роль);
· активного монитора AM (Active Monitor). Активный монитор является главным менеджером связи в кольце. Он отвечает за поддержание передачи данных и управляющую информацию, которая циркулирует между всеми узлами кольца. Активный монитор выполняет следующие функции:
- отвечает за поддержку главного тактового генератора кольца, который обеспечивает синхронизацию тактовых генераторов всех станций. Во время пауз между передачами он посылает в линию непрерывную последовательность бит Idle для синхронизации следующих за ним станций кольца (как правило, это последовательность единиц);
- регулярно передает служебный MAC – кадр Active Monitor Present (активный монитор присутствует);
- инициирует функцию уведомления соседа. В процессе уведомления вновь подключаемая станция узнает адрес своего NAUN и сообщает ему свой адрес;
- вводит в кольцо 24-битный шаблон задержки, что гарантирует полную передачу маркера до того, как тот вернется на станцию - отправитель;
- выполняет мониторинг передачи маркеров и кадров по кольцу, привлекая для этого служебный бит монитора в маркере или кадре;
- обнаруживает утерянные маркеры и кадры, пытаясь обнаружить начальный ограничитель кадра или маркера в рамках заданного таймером интервала времени. Если кадр или маркер обнаружить не удается, то AM выполняет очистку кольца;
- выполняет очистку кольца, обеспечивая широковещательную передачу кадра Ring Purge перед выдачей нового маркера. Это происходит в тех случаях, когда AM выявляет нарушение синхронизации в кольце или сбои в выполнении того или иного процесса Token Ring;
· сервера отчетов о конфигурациях CRS (Configuration Report Server). Этот сервер используется в среде с несколькими кольцами Token Ring, когда контроль за работой колец осуществляется из центрального пункта - консоли Token Ring LAN Manager. Каждое кольцо в среде с несколькими кольцами содержит один CRS. Основная задача CRS – это сбор важной статистической информации из своего кольца и передача ее на консоль LAN Manager;
· сервера параметров кольца RPS (Ring Parameter Server). В каждом кольце обычно имеется один PRS. RPS обеспечивает три основные функции: 1) отвечает за посылку параметров инициализации на все новые рабочие станции, подключенные к кольцу; 2) выполняет мониторинг рабочих станций; 3) регулярно передает на консоль LAN Manager собранную информацию;
· сервера ошибок кольца REM (Ring Error Monitor). REM обеспечивает сбор информации об ошибках кольца и передачу этой информации на консоль LAN Manager;
· сервера моста сети LBS (LAN Bridge Server). LBS выполняет функции моста в среде с несколькими кольцами;
· механизма выдачи отчетов LRM (LAN Reporting Mechanism). LRM отвечает за поддержание связи между консолью и серверами дистанционного управления.
Таким образом, основное назначение компонентов управления Token Ring – это организация централизованного пункта управления всей средой Token Ring. Консоль LAN Manager обменивается информацией со всеми серверами управления кольцом с целью сбора, анализа и регистрации статистических данных о среде Token Ring в целом. Центральный пункт управления LAN Manager обычно сосредотачивается в специально выделенной консоли, но эту функцию могут выполнять и другие сервера кольца.
Для обеспечения взаимодействия управляющих узлов и серверов при управлении кольцом используется протокол IBM Network Management (IBMNM).
В каждый момент времени только один узел в кольце является активным монитором. Активный монитор назначается при инициализации сети, и им может быть любая рабочая станция. При инициализации кольца проверяется адрес каждого подключенного к кольцу узла. Узел с наибольшим адресом и становится активным монитором. На случай выхода из строя активного монитора имеется механизм, посредством которого другие рабочие станции принимают решение о назначении нового активного монитора.
Для поддержки активного монитора все остальные узлы сети назначаются резервными/пассивными мониторами. Их назначение – проверять, правильно ли работает активный монитор. При отключении активного монитора один из резервных мониторов становится активным.
Рис.18. Топология сети Token Ring с двумя кольцами
Пакеты Token Ring
В стандарте IEEE 802.5 определены 3 формата кадров: маркер, кадр данных и последовательность аварийного завершения.
Формат маркера:
| Начальный | Контроль | Концевой |
| 1 б | 1 б | 1 б |
Маркер имеет 3 поля:
· начальный разделитель SD (Start Delimiter) сигнализирует о начале кадра;
· контроль доступа АС (Access Control);
· концевой разделитель пакета ED (End Delimiter).
Начальный разделитель SD является запрещенной кодовой комбинацией вида JK0JK000, благодаря чему однозначно определяется начало любого кадра.
Поле АС имеет формат PPPTMRRR, где РРР - биты приоритета, T - бит маркера, M - бит монитора, RRR – резервные биты приоритета. Поле AC – это байт статуса, который показывает текущий уровень доступа маркера или кадра данных.
Бит T, установленный в 1, указывает на то, что данный кадр является маркером доступа. Бит монитора устанавливается в 1 активным монитором и сбрасывается в 0 любой другой станцией, передающей маркер или кадр. Если активный монитор получает маркер или кадр со значением этого бита, равным 1, то активный монитор знает, что этот кадр или маркер обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр, то он удаляется из кольца, если же это маркер, то активный монитор передает его дальше по кольцу. Активный монитор проверяет этот бит, чтобы исключить постоянную циркуляцию некоторого кадра по кольцу при сбое.