Аппаратное обеспечение сетей Token Ring

3.Token ring и FDDI

        Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель. FDDI  по существу представляет собой быстродействующий вариант Token Ring на волоконной оптике. В отличае от Token Ring FDDI реализуется без традиционных концентраторов-“хабов”. Еще одним отличием FDDI от Token Ring является возможность передавать данные одновременно, т.е. в сетях FDDI может одновременно циркулировать несколько кадров.

    По своей топологии FDDI состоит из двух логических колец с циркуляцией маркеров по ним в противоположных направлениях. Кольца образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется. В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным ,образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по часовой. 
 
 

 

        Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. В FDDI достигается битовая скорость 100 Мб/с  Процедура инициализации FDDI несколько отличается от инициализации Token Ring:

     Для выполнения процедуры инициализации каждая станция сети должна знать о своих требованиях к максимальному времени оборота токена по кольцу. Эти требования содержатся в параметре, называемом "требуемое время оборота токена" - TTRT (Target Token Rotation Time). Параметр TTRT отражает степень потребности станции в пропускной способности кольца - чем меньше время TTRT, тем чаще станция желает получать токен для передачи своих кадров. Процедура инициализации позволяет станциям узнать о требованиях ко времени оборота токена других станций и выбрать минимальное время в качестве общего параметра T_Opr, на основании которого в дальнейшем будет распределяться пропускная способность кольца. Параметр TTRT должен находиться в пределах от 4 мс до 165 мс и может изменяться администратором сети. Для проведения процедуры инициализации станции обмениваются служебными кадрами МАС-уровня - кадрами Claim. Эти кадры имеют в поле управления значение 1L00 0011, поле адреса назначения содержит адрес источника (DA = SA), а в поле информации содержится 4-х байтовое значение запрашиваемого времени оборота токена T_Req. 
 
 
 

 

       Если какая-либо станция решает начать процесс инициализации кольца по своей инициативе, то она формирует кадр Claim Token со своим значением требуемого времени оборота токена TTRT, то есть присваивает полю T_Req свое значение TTRT. Захвата токена для отправки кадра Claim не требуется. Любая другая станция, получив кадр Claim Token, начинает выполнять процесс Claim Token. При этом станции устанавливают признак нахождения кольца в работоспособном состоянии Ring_Operational в состояние False, что означает отмену нормальных операций по передаче токена и кадров данных. В этом состоянии станции обмениваются только служебными кадрами Claim.

       Для выполнения процедуры инициализации каждая станция поддерживает таймер текущего времени оборота токена TRT (Token Rotation Timer), который используется также и в дальнейшем при работе кольца в нормальном режиме. Для упрощения изложения будем считать, что этот таймер, как и другие таймеры станции, инициализируется нулевым значением и затем наращивает свое значение до определенной величины, называемой порогом истечения таймера. (В реальном кольце FDDI все таймеры работают в двоичном дополнительном коде).

      Таймер TRT запускается каждой станцией при обнаружении момента начала процедуры Claim Token. В качестве предельного значения таймера выбирается максимально допустимое время оборота токена, то есть 165 мс. Истечение таймера TRT до завершения процедуры означает ее неудачное окончание - кольцо не удалось инициализировать. В случае неудачи процесса Claim Token запускается процессы Beacon и Trace, с помощью которых станции кольца пытаются выявить некорректно работающую часть кольца и отключить ее от сети. Во время выполнения процесса Claim Token каждая станция сначала может отправить по кольцу кадр Claim со значением T_Req, равным значению ее параметра TTRT.

 

      При этом она устанавливает значение T_Opr, равное значению TTRT. Рассмотрим пример инициализируемого кольца, приведенный на рисунке 9.

В некоторый  момент времени все станции передали по кольцу свои предложения о значении максимального времени оборота токена: 72 мс, 37 мс, 51 мс и 65 мс. Станция, приняв кадр Claim от предыдущей станции, обязана сравнить значение T_Req, указанное в кадре со значением TTRT своего предложения. Если другая станция просит установить время оборота токена меньше, чем данная (то есть T_Req < TTRT), то данная станция перестает генерировать собственные кадры Claim и начинает повторять чужие кадры Claim, так как видит, что в кольце есть более требовательные станции. Одновременно станция фиксирует в своей переменной T_Opr минимальное значение T_Req, которое ей встретилось в чужих кадрах Claim. Если же пришедший кадр имеет значение T_Req больше, чем собственное значение TTRT, то он удаляется из кольца.

       Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт. В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.  
 

 

4.Практическая часть

       Пусть у нас есть сеть из 50 станций, работающая на скорости 10 Мбит/сек и настроенная так, что на подстанции с приоритетом 6 остается 1/3 пропускной способности. Тогда каждая станция имеет гарантированно для приоритета 6 скорость не менее 67 Кб/с. Эта пропускная способность может быть использована для управления устройствами в реальном масштабе времени.

    Важной проблемой при создании кольцевой сети является "физическая длина" бита. Пусть данные передаются со скоростью R Mbps. Это значит, что каждые 1/R ms на линии появляется бит. Учитывая, что сигнал распространяется со скоростью 200 m/ms, то один бит занимает 200/R метров кольца. Отсюда, при скорости 1 Мbps и длине окружности 1 км кольцо вмещает не более 5 бит одновременно. Следствием конструкции сети кольцо с маркером является т, что сеть должна иметь достаточную протяженность, чтобы маркер могут уместиться в ней целиком даже когда все станции находятся в ожидании. Задержки складываются из двух компонентов - 1 бит задержка на интерфейсе станции и задержка на распространение сигнала. Учитывая, что станции могут выключаться, например

на ночь, следует что на кольце должна быть искусственная задержка, если кольцо не достаточно длинное. При малой  загрузке станции в сети кольцо с  маркером сразу смогут передавать свои сообщения. По мере роста загрузки у  станций будут расти очереди  на передачу и они в соответствии с кольцевым алгоритмом будут  захватывать маркер и вести передачу. Постепенно загрузка кольца будет расти  пока не достигнет 100%.

  

 

5.Формат маркера

Кадр  маркера состоит из трех полей, каждое длиной в один байт.

• Поле начального ограничителя появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле состоит из уникальной серии электрических импульсов, которые отличаются от тех импульсов, которыми кодируются единицы и нули в байтах данных. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой битовой последовательностью.
• Поле контроля доступа. Разделяется на четыре элемента данных:  
  PPP T M RRR,  
  где PPP - биты приоритета, T - бит маркера, M - бит монитора, RRR - резервные биты.

Каждый  кадр или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, 7 - наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только она получила маркер с приоритетом, меньшим или равным, чем ее собственный. Сетевой адаптер станции, если ему не удалось захватить маркер, помещает свой приоритет в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. Эта станция будет иметь преимущественный доступ при последующем поступлении к ней маркера.  

 

         Схема использования приоритетного метода захвата маркера показана на рисунке 13. Сначала монитор помещает в поле текущего приоритета P максимальное значение приоритета, а поле резервного приоритета R обнуляется (маркер 7110). Маркер проходит по кольцу, в котором станции имеют текущие приоритеты 3, 6 и 4. Так как эти значения меньше, чем 7, то захватить маркер станции не могут, но они записывают свое значение приоритета в поле резервного приоритета, если их приоритет выше его текущего значения. В результате маркер возвращается к монитору со значением резервного приоритета R = 6. Монитор переписывает это значение в поле P, а значение резервного приоритета обнуляет, и снова отправляет маркер по кольцу. При этом обороте его захватывает станция с приоритетом 6 - наивысшим приоритетом в кольце в данный момент времени. Бит маркера имеет значение 0 для маркера и 1 для кадра.

Бит монитора устанавливается в 1 активным монитором  и в 0 любой другой станцией, передающей маркер или кадр. Если активный монитор 

видит маркер или кадр, содержащий бит  монитора в 1, то активный монитор знает, что этот кадр или маркер уже однажды  обошел кольцо и не был обработан станциями. Если это кадр, то он удаляется из кольца. Если это маркер, то активный монитор переписывает приоритет из резервных битов полученного маркера в поле приоритета. Поэтому при следующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысший приоритет.

• Поле конечного ограничителя - последнее поле маркера. Так же, как и поле начального ограничителя, это поле содержит уникальную серию электрических импульсов, которые нельзя спутать с данными. Кроме отметки конца маркера это поле также содержит два подполя: бит промежуточного кадра и бит ошибки. Эти поля относятся больше к кадру данных, который мы и рассмотрим.

 

  

       Поля Start delimiter и End delimiter предназначены для распознавания начала и конца кадра. Они имеют специальную кодировку, которая не может встретиться у пользователя. Поэтому поля длина кадра не требуется. Поле Frame control отделяет управляющие поля от полей данных. Для кадров данных здесь указывается приоритет кадра. Это поле также используется станцией получателем для подтверждения корректного или не корректного получения кадра. Без этого поля получатель был бы лишен возможности давать подтверждения - у него нет маркера.  

6.Блок схемы

Token Ring

(Логическое кольцо)

 

Модель  FDDI

    
 
 
 

 

Заключение

    Сети с кольцевой топологией известны давно и используются широко. Среди их многочисленных достоинств есть одно особо важное - это не среда с множественным доступом, а последовательность соединений точка-точка, образующих кольцо. Соединения точка-точка хорошо изучены, могут работать на разных физических средах: витая пара, коаксиал или оптоволокно. Способ передачи в основном цифровой, в то время как у 802.3 есть значительная аналоговый компонент.

 

 

Библиография 

Список  литературы

1.Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. — Спб.: Питер, 2006

2.Microsoft Corporation

Компьютерные  сети. Учебный курс/Пер. с англ. – М.: Издательский отдел

«Русская редакция»  ТОО «Channel Trading Ltd.». – 1997

Список интернет ресурсов

http://inform.bos.ru/Tema_8.html