Токеновое кольцо — IEEE 802.5

Токен-ринг — это устаревшая форма сетевой технологии, и сегодня Ethernet является наиболее распространенным типом проводного подключения к локальной сети. Но это не делает старую технологию менее интересной. Старые методы, которые теперь остались в истории, могут также помочь нам понять современные сети и то, почему технологии развивались так, как они развивались.

Однако маркерное кольцо на самом деле не является кольцевой сетью, также называемой кольцевой топологией, даже если название говорит об этом. На самом деле, создается только логическое, а не физическое кольцо. Ниже мы объясним различия.

Определение

Основой токен-кольца является сеть IEEE 802.5 «Института инженеров по электротехнике и электронике» от 1985 года, в которой все участники «локальной сети» (LAN) соединяются, образуя логическое кольцо. Обычно топологии token ring имеют скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/с, но теоретически возможны скорости 100 Мбит/с или 1 Гбит/с.

История маркерного кольца

Еще до появления маркерного кольца, конечно же, существовали другие компьютерные сети. Они не были общедоступными, как ARPANET, а в основном разрабатывались и использовались отдельными учреждениями для собственных целей и поэтому не были стандартизированы. В начале 1980-х годов компании Procom, Apollo Computer и Proteon первыми предложили сети token ring в больших масштабах. Затем IBM занялась этим вопросом и в середине десятилетия выпустила свой собственный продукт.

Благодаря тому, насколько широкое распространение получили компьютеры IBM PC, токен-ринг также начал быстро захватывать рынок технологий — и был снова заторможен. Технология Ethernet, которая уже была разработана в 1970-х годах, в 1980-х также набирала все большую популярность, отчасти благодаря поддержке Intel и Xerox. Ethernet победил конкуренцию между этими двумя технологиями благодаря внедрению недорогих тонких коаксиальных кабелей. IBM взимала столь высокую плату за лицензию на процесс token ring, что недорогие продукты не могли появиться на рынке.

Хотя IBM сначала пыталась убедить общественность в преимуществах маркерного кольца, в конце 1990-х годов она сдалась: Хотя IEEE одобрила модели со скоростью 100 Мбит/с и 1 000 Мбит/с, первая была представлена на рынке незначительно, а со второй на рынок не попало ни одного продукта.

Что такое маркерное кольцо?

На вопрос о том, что такое сеть token ring, легче ответить, если знать, чем она не является: кольцевой топологией. Кольцевая топология в физическом смысле состоит из кругового расположения компьютеров. Каждый участник сети соединен со своими соседями слева и справа, так что сеть представляет собой замкнутое кольцо. Как только один из компьютеров в локальной сети выходит из строя или соединение обрывается иным образом, вся сеть разрывается, и соединение теряется. Если другой компьютер хочет принять участие в работе сети, локальная сеть должна быть прервана хотя бы на короткое время.

Типология маркерного кольца

Токен-кольцо работает несколько иначе, чем другие кольцевые топологии, поэтому и говорят, что эта технология логически основана только на кольцевой топологии. В топологии token ring используются блоки доступа Multistation Access Units (MAUs), которые позволяют соединять задействованные соединения в форме звезды. Распределитель представляет собой узел, который подключен ко всем компьютерам в сети. Прямого соединения между отдельными компьютерами не существует.

Тем не менее, логическое кольцо все же существует, что обусловлено физической структурой звезды, поскольку передача данных имеет форму кольца — на абстрактном уровне. Хотя данные многократно передаются в MAU, они не отправляются оттуда определенному абоненту, а просто передаются следующему компьютеру в фиксированной последовательности.

Передача жетонов

Чтобы избежать хаоса, используется процедура передачи маркеров. Этот метод гарантирует, что не все участники отправляют данные в сеть одновременно. Право отправлять пакеты данных в сеть имеют только те компьютеры, которые в данный момент владеют маркером. Этот маркер передается по кольцу — даже если ни одному из участников не требуется разрешение на передачу, маркер продолжает циркулировать. Токен — это пустой кадр размером в 3 байта, каждый байт которого имеет отдельную задачу:

  • Третий байт — стартовый разделитель (SD): Первые 8 битов кадра указывают на начало токена. Структура основана на дифференциальном манчестерском коде, что позволяет однозначно определить назначение.
  • Второй байт — контроль доступа (AC): Управление доступом содержит бит токена. Если он установлен в 0, то токен свободен, 1 означает, что он занят.
  • Первый байт — разделитель концов (ED): Конструкция разделителя конца аналогична разделителю начала и дает понять, что кадр завершен.

Если участник получает кадр и не хочет отправлять какую-либо информацию, он просто передает его следующему в ряду. Однако если компьютер хочет что-то отправить, он меняет бит маркера и прикрепляет к нему пакет данных. Частью этого фрейма теперь является также адрес отправителя и получателя. Однако пакет данных не сразу попадает к получателю, а — через MAU — пересылается от участника A к участнику B, к C и так далее, пока не достигнет нужной станции. Чтобы сигнал не терял силу в пути, каждый участник действует как репликатор: он считывает пакет, регенерирует его и отправляет обратно в кольцо.

Затем целевая станция копирует информацию, получает данные, подтверждает это изменением статуса кадра (FS), последнего байта во всем кадре, и передает пакет. Когда пакет данных снова достигает своего первоначального отправителя, он удаляет данные и снова освобождает бит маркера. Для того чтобы все участники имели возможность передать данные, предусмотрено время удержания маркера. Это время определяет, как долго станция может забирать маркер себе.

Факт

Не имеет значения, передаются ли данные по часовой стрелке или против часовой стрелки, если все станции передают их в одном направлении.

Возможные ошибки при использовании маркерных колец

Проблемы могут возникнуть в любой сети, и в большинстве случаев существует риск, что некоторые из них приведут к поломке сети. В маркерном кольце все компьютеры по умолчанию являются резервными мониторами (SM), но обычно вы проверяете работу сети в роли активного монитора (AM). Каждая станция может взять на себя эту роль. Решение о том, какая станция станет AM — и, соответственно, какая останется SM — принимается с помощью фиксированной процедуры: monitor contention, называемой также token claiming. Процедура запускается, когда станция определяет, что текущий AM больше не передает по кольцу обязательный кадр активного монитора.

Когда это происходит, протокол требует выбора нового активного монитора: Первая станция, заметившая неисправность АМ, начинает посылать так называемый claim token frame. Следующая станция в кольце сравнивает MAC-адрес отправителя со своим собственным. Если адрес второго абонента сети имеет большее значение, она заменяет кадр своим собственным. В конце остается только одна станция: Если ее кадр обошел кольцо три раза без вмешательства какой-либо другой станции, определяется новый активный монитор.

Активный монитор отвечает за бесперебойную работу маркерного кольца, но в некоторых случаях могут вмешиваться и резервные мониторы. В следующих сценариях сеть маркерного кольца может самовосстанавливаться:

Токен потерян

Как только токен проходит мимо активного монитора, он устанавливает таймер. Если промежуток времени (10 миллисекунд) истек до того, как токен снова достигнет его, AM обнаруживает проблему в сети и генерирует новый, свободный токен.

Пакет не может найти получателя

Если одна станция посылает пакет, а станция-получатель в этот момент не может его найти, пакет будет бесконечно кружить по кольцу, поскольку ни одна станция не идентифицирует себя как получателя. Когда пакет проходит AM в первый раз, он преобразует определенный бит. Если пакет снова проходит мимо АМ, он распознает по биту, что пакет не достиг своего получателя. Только АМ может установить бит в 1 и определяет, что он уже должен был вступить в контакт с пакетом. Активный монитор уничтожает пакет и создает новый, свободный токен.

Неисправные интерфейсы

В обычной кольцевой топологии отказ станции или соединения означает полный отказ сети. Однако в топологии маркерного кольца MAU может просто соединить интерфейс. Неисправные станции обнаруживаются прямым соседом: Для этого участник, расположенный непосредственно за поврежденным компьютером, посылает соседу тестовые кадры. Все остальные станции переходят в режим ожидания: ни одна станция не отправляет данные. Если неисправный узел обнаруживает, что его сосед отправил жалобу, он начинает анализ ошибки и выводит себя из сети.

Однако ошибка может быть и на исходной станции: Тот факт, что компьютер больше не может получить доступ к данным, может быть также вызван неисправной сетевой картой. Поэтому участник устанавливает таймер, который даст соседу достаточно времени для выполнения самопроверки. Если по истечении таймера не приходит ни одного кадра, станция предполагает ошибку и начинает проверку.

Неисправная станция — если это не АМ — просто обходится во время передачи, пока не будет найдено решение. Если это АМ, то начинается утверждение маркера. Когда все снова работает, АМ создает новый токен, и работа сети может продолжаться в нормальном режиме.

Плюсы и минусы маркерных колец

Преимущества и недостатки маркерного кольца можно увидеть в сравнении с системами Ethernet. Тот факт, что коллизии не могут возникнуть, делает маркерное кольцо интересной концепцией: В (полудуплексной) сети Ethernet вероятны коллизии, вызванные одновременной передачей нескольких станций. С помощью CSMA/CD вы можете контролировать, как эти коллизии обрабатываются, но они все равно снижают скорость. В маркерном кольце, однако, коллизии невозможны. Процедура передачи маркера не позволяет нескольким станциям передавать сигнал одновременно.

Это компенсирует недостаток скорости маркерного кольца. В то время как технология маркерного кольца остановилась в своем развитии на скорости 16 Мбит/с, сети Ethernet со скоростью 100 Мбит/с уже существовали в то время. Если сравнивать топологию простого кольца с топологией маркерного кольца через MAUs, то последняя имеет преимущество в виде гибких узлов. Добавление или удаление отдельных компьютеров из сети не является проблемой. Даже если отдельные станции неожиданно выходят из строя, сеть не подвергается опасности. Это в сочетании с эффективным устранением неполадок делает маркерное кольцо очень стабильной системой.

Плюсы Минусы
Отсутствие коллизий Старая технология
Внутреннее обнаружение и исправление ошибок Медленный
Станции можно легко добавлять и удалять Дорогое оборудование

Оцените статью
cdelat.ru
Добавить комментарий