Технологія Token Ring
Технологія Token Ring був розроблена компанією IBM в 1984 році, а потім передана в якості проекту стандарту в комітет IEEE 802, який на її основі прийняв в 1985 році стандарт 802.5. Компанія IBM протягом довгого часу використовувала технологію Token Ring як свою основну мережеву технологію побудови локальних мереж на основі комп'ютерів різних класів - мейнфреймів, міні-комп'ютерів і персональних комп'ютерів. Однак останнім часом навіть у продукції компанії IBM домінують представники сімейства Ethernet.
Мережі Token Ring працюють з двома бітовими швидкостями - 4 і 16 Мбіт / с. Змішання в одному кільці станцій, що працюють на різних швидкостях, не допускається. Мережі Token Ring, що працюють зі швидкістю 16 Мбіт / с, мають деякі удосконалення в алгоритмі доступу в порівнянні зі стандартом 4 Мбіт / с.
Технологія Token Ring складніше, ніж Ethernet. Вона володіє деякими початковими властивостями відмовостійкості. У мережі Token Ring визначені процедури контролю роботи мережі, які спираються на властивість зворотного зв'язку, спочатку властиве кільцеподібної структурі - посланий кадр завжди повертається до станції-відправнику. У деяких випадках виявлені помилки в роботі мережі усуваються автоматично, наприклад, може бути відновлений втрачений токен. В інших випадках помилки тільки фіксуються, а їх усунення виконується вручну обслуговуючим персоналом.
Мережі Token Ring користуються розділяється середовищем шляхом передачі токена, принципи якого були розглянуті в главі 12 при описі функцій рівня MAC. Давайте зупинимося більш детально на деяких особливостях цього методу, властивих технології Token Ring 4 Мбіт / с, описаної в стандарті 802.5.
У мережі Token Ring кожна станція завжди безпосередньо отримує дані тільки від однієї станції - тієї, яка є попередньою в кільці. А передає дані своєму найближчому сусіду вниз по потоку даних.
Мал. 1. Доступ з передачею токена
Час володіння розділяється середовищем в мережі Token Ring обмежується фіксованою величиною, званої часом утримання токена. Після закінчення цього часу станція зобов'язана припинити передачу власних даних (поточний кадр дозволяється завершити) і передати токен далі по кільцю. Станція може встигнути передати за час утримання токена один або кілька кадрів в залежності від розміру кадрів і величини часу утримання токена.
Зазвичай час утримання токена за замовчуванням дорівнює 10 мс, а максимальний розмір кадру в стандарті 802.5 не визначений. Для мереж 4 Мбіт / с він, як правило, дорівнює 4 Кбайт, а для мереж 16 Мбіт / с - 16 Кбайт. Це пов'язано з тим, що за час утримання токена станція повинна встигнути передати хоча б один кадр. При швидкості 4 Мбіт / с за час 10 мс можна передати 5000 байт, а при швидкості 16 Мбіт / с - 20 000 байт. Максимальні розміри кадру обрані з деяким запасом.
У мережах Token Ring 16 Мбіт / с використовується модернізований варіант алгоритму доступу до кільцю, званий алгоритмом раннього звільнення токена. Відповідно до нього станція передає токен доступу наступній станції відразу ж після закінчення передачі останнього біта кадру, не чекаючи повернення по кільцю цього кадру з встановленими бітами A і С. В цьому випадку пропускна здатність кільця використовується більш ефективно, так як по кільцю одночасно просуваються кадри декількох станцій. Проте свої кадри в кожен момент часу може генерувати тільки одна станція - та, яка в даний момент володіє токеном. Решта станції в цей час тільки повторюють чужі кадри, так що принцип поділу кільця в часі зберігається, прискорюється тільки процедура передачі володіння кільцем.
Для різних видів повідомлень, переданих кадрами, можуть призначатися різні пріоритети: від 0 (нижчий) до 7 (вищий). Рішення про пріоритет конкретного кадру приймає передавальна станція (протокол Token Ring отримує цей параметр через міжрівневого інтерфейси від протоколів верхнього рівня, наприклад прикладного). Токен також завжди має деякий рівень поточного пріоритету. Станція має право захопити переданий їй токен тільки в тому випадку, якщо пріоритет кадру, який вона хоче передати, вище пріоритету токена (або дорівнює йому). В іншому випадку станція зобов'язана передати токен наступної по кільцю станції.
За наявність в мережі токена, причому єдиною його копії, відповідає активний монітор. Якщо активний монітор не отримує токен протягом тривалого часу (наприклад, 2,6 с), то він породжує новий токен.
Пріоритетний доступ в технології Token Ring призначений для підтримки вимог QoS додатків. Однак розробники додатків для локальних мереж практично їм не користувалися.
Фізичний рівень технології Token Ring
Стандарт Token Ring фірми IBM спочатку передбачав побудову зв'язків в мережі за допомогою концентраторів (рис. 2), званих пристроями многостанционного доступу (Multi- station Access Unit, MAU, або MSAU). Мережа Token Ring може включати до 260 вузлів. Використання концентраторів призводить до того, що мережі Token Ring мають фізичну топологію зірка, а логічну - кільце.
Мал. 2. Фізична конфігурація мережі Token Ring
Концентратор Token Ring може бути активним чи пасивним. Пасивний концентратор просто з'єднує порти внутрішніми зв'язками так, щоб станції, що підключаються до цих портів, утворили кільце. Ні посилення сигналів, ні їх ресинхронізацію пасивний концентратор не виконує. Таке MSAU-пристрій можна вважати простим кросовим блоком за одним винятком - MSAU забезпечує обхід будь-якого порту, коли приєднаний до цього порту комп'ютер вимикають. Така функція необхідна для забезпечення зв'язності кільця незалежно від стану підключених комп'ютерів. Зазвичай обхід порту виконується за рахунок релейних схем, які живляться постійним струмом від мережного адаптера, а при виключенні мережевого адаптера нормально замкнуті контакти реле з'єднують вхід порту з його виходом.
Активний концентратор виконує функції регенерації сигналів і тому його можна назвати повторителем.
Виникає питання - якщо концентратор є пасивним пристроєм, то яким чином забезпечується якісна передача сигналів на великі відстані, які виникають при включенні в мережу декількох сот комп'ютерів? Відповідь полягає в тому, що роль підсилювача сигналів в цьому випадку бере на себе кожен мережевий адаптер, а роль синхронизирующего блоку - мережевий адаптер активного монітора кільця. Кожен мережевий адаптер Token Ring має блок повторення, який вміє регенерувати і синхронізувати сигнали, проте останню функцію виконує в кільці тільки блок повторення активного монітора.
У загальному випадку мережа Token Ring має комбіновану зірково-кільцеву конфігурацію. Кінцеві вузли підключаються до MSAU-пристроїв по топології зірки, а самі концентратори об'єднуються через спеціальні порти Ring In (RI) і Ring Out (RO), утворюючи магістральний фізичне кільце.
Технологія Token Ring дозволяє використовувати для з'єднання кінцевих станцій і концентраторів різні типи кабелю: STP типу 1, UTP типу 3, UTP типу 6, а також волоконно-оптичний кабель. При використанні екранованої кручений пари STP типу 1 з номенклатури кабельної системи IBM в кільце допускається об'єднувати до 260 станцій при довжині відгалужувальних кабелів до 100 метрів, а при використанні неекранованої кручений пари максимальна кількість станцій скорочується до 72 при довжині відгалужувальних кабелів до 45 метрів. Відстань між пасивними концентраторами може досягати 100 м при використанні кабелю STP типу 1 і 45 м при використанні кабелю UTP типу 3. Між активними концентраторами максимальна відстань збільшується відповідно до 730 або 365 м в залежності від типу кабелю.
Максимальна довжина кільця Token Ring складає 4000 м.
Обмеження на максимальну довжину кільця і кількість станцій в кільці в технології Token Ring не є такими жорсткими, як в технології Ethernet. Тут ці обмеження багато в чому пов'язані з часом обороту токена по кільцю. Є й інші міркування, які диктують вибір обмежень. Так, якщо кільце складається з 260 станцій, то при часу утримання токена в 10 мс токен повернеться в активний монітор в гіршому випадку через 2,6 с, а це час якраз становить тайм-аут контролю обороту токена. В принципі, все значення тайм-аутів в мережевих адаптерах вузлів мережі Token Ring можна налаштовувати, тому можна побудувати мережу Token Ring з б ольшое кількістю станцій і з б ольшое довжиною кільця.