Технологии локальной вычислительной сетью

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с.

4.1 Маркерный метод доступа

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер (токен).

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой.

При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям, эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

Время удержания одной станцией маркера ограничивается тайм-аутом удержания маркера, после истечение которого станция обязана передать маркер далее по кольцу.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80 % от номинальной.

Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты.

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

4.2 Типы кадров

Стандартом определено три типа кадров, это:

      кадр данных;

      кадр маркера;

      кадр прерывания.

По принципу построения кадр данных стандарта IEEE 802.5 представленный на рисунке 2 аналогичен кадру данных стандарта IEEE 802.4. Различие заключается в отсутствии преамбулы и наличие полей управления доступом к передающей среде (УД) и статус пакета (СП).

Рисунок 2 – Структура кадра стандарта IEEE 802.5,

где:    НР – начальный разделитель;

УД – управление доступом;

P – бит приоритета кадра;

Т – бит маркера;

              М – бит монитора;

              R – бит резервирования;

              УК – указатель кадра;

              АП – адрес получателя;

              АО – адрес отправителя;

              CRC – контрольная сумма пакета;

              КР – конечный разделитель;

              СП – статус пакета.

              Начальный  ограничитель служит для указания  начала кадра и представляет собой следующую комбинацию бит JK0JK000, где J и К - символы "не данные". Для представления данных используется манчестерское кодирование, характерной особенностью которого является то, что в середине временного интервала каждого разряда осуществляется изменение уровня сигнала на противоположное. Отсутствие этого изменения говорит о том, что символ не принадлежит манчестерскому коду и не может встретиться ни в какой последовательности данных. Это свойство и используется для определения начала и, соответственно, конца кадра. В начальный и конечный ограничитель специально вводятся символы, не соответствующие манчестерскому кодированию, которые поэтому и называются "не данные". При передаче разряда J или К полярность сигнала не меняется в течение всей его длительности. Полярность сигнала разряда J выбирается равной полярности второй половины предыдущего разряда , а полярность сигнала разряда К — противоположной полярности второй половины предыдущего разряда.

Попарная передача сигналов J и К используется для устранения длительной передачи сигналов одной полярности.

В сети используется приоритетный метод доступа, для организации

которого введено поле управления доступом. Три бита (РРР) этого поля определяют текущий приоритет кадр и могут принимать значения от 111 до 000, причем значение 111 соответствует высшему, а значение 000 — низшему приоритету.

Бит Т называется битом маркера и позволяет отличить кадр маркера от кадра данных. Значение бита Т равное нулю указывает на кадр маркера , а его единичное значение — на кадр данных.

Бит М называется битом монитора и служит для предотвращения постоянной циркуляции кадра данных или маркера по кольцу. При формировании кадра биту М присваивается значение 0. Когда кадр проходит через управляющую (мониторную) подсистему, нулевое значение бита М меняется на 1. При повторном прохождении кадра или кадра маркера с нулевым приоритетом через мониторную подсистему, о чем свидетельствует Т=1, этот кадр удаляется из кольца.

Биты резервирования приоритета (RRR) используются с целью предварительного запроса станцией требуемого приоритета.

Поле контроль протокола определяет тип кадра данных, а также его функции. Первый и второй (слева направо) разряды этого поля определяют тип кадра. Для кадра управления доступом к среде оба разряда равны нулю (00). Значение (01) определено для кадров подуровня управления логическим каналом. Остальные значения (10 и 11) не используются и зарезервированы для будущих применений. Назначение остальных разрядов, с третьего по восьмой, зависит от типа кадра. Так, для кадров управления доступом к среде, эти разряды определяют тип управляющего кадра. Всего определено 25 типов кадров управления доступом к передающей среде. В процессе работы локальной сети все станции, подключенные к кольцу, должны интерпретировать эти кадры независимо от содержания полей адреса и, в зависимости от своего состояния, выполнять соответствующие процедуры. Для кадров управления логическим каналом разряды 2, 3 и 4 являются резервными и должны устанавливаться в 0. Остальные разряды (5, 6 и 7) могут использоваться для переноса приоритета протокольного блока данных одного логического объекта подуровня управления логическим объектом другому объекту.

Следующие два поля имеют одинаковую структуру и используются для задания адресов получателя и отправителя, которые могут состоять из двух или шести байт каждый. Стандартом предусмотрена иерархическая организация  адресов,   форматы  которых  представлены  на  рисунке Х. Управление доступом к передающей среде неразрывно связано с интенсивным обменом управляющих кадров между станциями. При этом преобладает так называемый групповой режим передачи, когда один и тот же кадр должны получить все или, по крайней мере, часть станций. С этой целью в адрес получателя вводится признак способа адресации. Первый разряд (И/Г) первого байта адреса содержит признак способа адресации: индивидуальный (И/Г = 0) или групповой (И/Г = 1). В первом случае адресуется один логический объект или станция, во втором — несколько логических объектов или станций. Сам же адрес состоит из номера кольца и адреса станции внутри его. В случае многокольцевой топологии это позволяет существенно упростить процесс адресации объектов других колец. В 48 разрядный адрес (рис. 12.26) дополнительно вводится разряд указателя (У/Л) способа назначения адресов. Значение У/Л=0 определяет универсальный способ назначения адресов. При У/Л = 1 назначение адресов осуществляется локальным образом в рамках каждой подсети.

а) двухбайтный адрес

б) шестибайтный адрес

Рисунок 3– Структура поля адреса

Кроме того, групповая адресация с помощью первого разряда (О/Ф) номера адреса подразделяется на обычную и функциональную Значение О/Ф = 0 соответствует режиму групповой адресации, при котором адресуется группа логических объектов в соответствии с их номерами При функциональной групповой адресации (О/Ф =1) выбор объекта осуществляется по функциональному признаку. В этом случае в поле адреса содержится относительный адрес логического объекта. Для каждой станции значение адресов соответствующих процессов одинаково, что позволяет одновременно обращаться к одинаковым логическим объектам, расположенным в различных станциях.

Поле данных может иметь любую длину, кратную байту с учетом ограничения на время вращения маркера. Формат поля данных зависит от типа кадра. Для кадров управления логическим каналом структура этого поля определяется стандартом IEEE 802.2

Структура поля данных кадра управления доступом к передающей среде приведена на рисунке справа. Поле данных рассматривается как некоторый вектор, длина которого задается в поле идентификатора длины (ИД). За этим полем следует поле идентификатора основного вектора, указывающее основную функцию и класс информации соответствующего кадра, которая следует далее. Следующие поля содержат значения подвекторов, представляющих собой отдельные операции подуровня управления доступом к передающей среде.

Рисунок 4 – Формат поля данных кадра управления доступом,

где:               ИД – идентификатор длины;

ИОВ – идентификатор основного вектора.

Поле контрольной суммы пакета содержит остаток, полученный в результате деления содержимого кадра на образующий полином.

Конечный ограничитель имеет следующую структуру JK1JK1IE, где: I — разряд признака промежуточного кадра; Е — разряд признака ошибки. Значение разряда I равное единице указывает, что кадр является первым или промежуточным в последовательности кадров. Нулевое значение разряда указывает, что данный кадр единственный или последний последовательности кадров. Разряд Е используется для индикации ошибки. Первоначально, станция, передающая кадр данных, устанавливает нулевое значение разряда Е . Принимающая станция в случае обнаружения ошибки передачи устанавливает единицу в этом разряде, сообщая тем самым передающей станции о наличии ошибки в принятом кадре.

Поле состояния кадра (СК) имеет вид АСггАСгг, где: А — бит опознавания адреса; С — индикация копирования кадра; г — резервные разряды. Значение разряда А устанавливается в единицу станцией, опознавшей в кадре свой собственный адрес. В случае, если станция копирует кадр, то она устанавливает в единицу бит С. Резервные разряды устанавливаются в ноль и не должны меняться в процессе передачи.

Функционирование сети обеспечивается с помощью управляющих кадров и рассматривается как выполнение ряда взаимосвязанных процессов. Управление работой сети осуществляется централизованным способом с помощью так называемого активного монитора, являющегося главным менеджером связи в кольце.

Для организации приоритетного доступа к передающей среде в каждой станции имеются регистры для хранения уровня приоритета (Pm) очередного кадра, а также значений битов приоритета (Рг) и битов резервирования (Rr). Значение Рm используется для управления доступом к передающей среде. Регистры Рг и Rr используются для восстановления прежнего приоритета кадра после передачи данных станцией.

Как уже отмечалось, в сети может циркулировать кадр маркера иди кадр данных. При поступлении кадра маркера на вход станции возможны следующие ситуации.

1)     Станция не готова передавать информацию. В этом случае кадр      маркера передается на выход станции без изменения.

2)     Станция готова передавать информацию, однако приоритет (Pm) ее очередного кадра меньше  приоритета (РРР) кадра маркера.

              Станция сравнивает значение Рm с битами резервирования приоритета (RRR). Если приоритет очередного кадра больше приоритета

резервирования, то устанавливается новое значение RRR, равное Рm.
Таким образом, делается заявка на передачу кадра данных с приоритетом  Рm. Если приоритет очередного кадра меньше приоритета резервирования полученного кадра маркера, то последний     передается без изменений дальше по кольцу.

3)     Станция готова передавать кадр данных и его приоритет выше приоритета поступившего кадра маркера. В этом случае станция запоминает текущие значения приоритета (РРР) кадра маркера и резервирования приоритета (RRR) соответственно в регистрах Pr и Rr. Эта процедура выполняется с целью последующего восстановления текущего значения управляющего поля кадра маркера. После чего станция передает кадр данных со значениями RRR=Pm и RRR = 0. Начальное нулевое значение резервирования приоритета позволяет другим станциям включиться в спор за заявку передачи своего кадра.

При поступлении на вход станции кадра данных возможна одна из следующих ситуаций.