Token Ring

ЛЕКЦИЯ 15
ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ ARC NET, Token Ring, FDDI
1. Основные характеристики стандарта ARCnet
2. Основные характеристики стандарта Token Ring
3. Технология FDDI
Основной пpактический pезультат: область применения сетей
Основной теоретический pезультат: архитектуры сетей, методы доступа и передачи
данных
Самостоятельная работа
1.Глоссарий
1 Основные характеристики стандарта ARCnet
Доступ: - маркерная шина IEEE 802.4
Каждый узел имеет свой идентификатор.
Узел прослушивает шину (канал) и если в течение времени t нет сигнала, он
посылает в канал маркер (10101010). Если этот же маркер в течение времени t2
<= t приходит обратно без дополнительной информации, то узел является
единственным в сети. Иначе маркер приходит с информацией об узлах в сети
(служебная информация, ID подключенных узлов).
Маркер передается от узла с наименьшим порядковым номером к узлу с
наибольшим номером.
Маркер может быть или пустым, или если узел собирается передавать
информацию, то получив пустой маркер, добавляет к нему соответствующий
пакет. Максимальная длина пакета Arcnet - 512 байт.
Структура пакета:
до
508
байт
ID получателя
ID отправителя
СRC-код
данных
Порядок приемопередачи информации:
1) информация может быть передана, если получен свободный маркер;
2) узел, который принял маркер с информацией, обязан освободить его, даже
если этот узел имеет собственную информацию для передачи;
3) только после получения 2-го свободного маркера узел можетподключить к
нему информацию.
Аналогично для передачи информации.
Сети с передачей маркера допускают прогнозирование передачи
информации.
Среда -коаксиал, витая пара.
Скорость передачи в Arcnet 2,5 Мбит\с., т.е. максимальная скорость
передачи информации между 2-мя узлами - 2,5 Мбит\с. Реальная скорость
определяется количеством узлов в сети. Каждый узел проводит ретрансляцию
информации, генерирует принимаемый пакет, если этот пакет адресован не
данному узлу. Существует технология со скоростью 20 Мбит\с и четырехпортовыми картами.
Архитектура сети определяется правилами соединения адаптеров и
коммутационных блоков. Топология - шина и звезда. Используются пассивные и
активные концентраторы.
Область применения - технологические сети с детерминированным
доступом.
2 Основные характеристики стандарта Token Ring
Введение.
Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время
компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой
технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным
законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров
этой технологии.
Доступ: - маркерная шина IEEE 802.5
Каждый узел имеет свой идентификатор. 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).
Порядок приемопередачи информации: информация может быть передана,
если получен свободный маркер.
Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения
неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или
переходных явлений (например, при подключении и отключении станции. 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.
Сети допускают прогнозирование передачи информации.
Среда - витая пара, оптоволокно
Скорость передачи в сети Token Ring - 4 Мб/с, 16 Мб/с, 100 Мб/с (сети
Token Ring работают с несколькими битовыми скоростями). Реальная скорость
определяется количеством узлов в сети. Каждый узел проводит ретрансляцию
информации, генерирует принимаемый пакет, если этот пакет адресован не
данному узлу.
Область применения -офисные и
технологические сети с
детерминированным доступом.
Архитекура. Стандарт Token Ring фирмы IBM предусматривает построение связей
в сети как с помощью непосредственного соединения станций друг с другом, так и
образование кольца с помощью концентраторов (называемых MAU - Media Attachment
Unit или MSAU - Multi-Station Access Unit).
Рис. 14 - Конфигурация кольца Token Ring
Максимальная длина ответвительного кабеля зависит от типа концентратора, типа
кабеля и скорости передачи данных. Обычно для скорости 16 Мб/с максимальная длина
кабеля Type 1 может достигать 200 м, а для скорости 4 Мб/с - 600 м. Концентраторы
Token Ring делятся на активные и пассивные. Пассивные концентраторы обеспечивают
только соединения портов внутри концентратора в кольцо, активные выполняют и
функции повторителя, обеспечивая ресинхронизацию сигналов и исправление их
амплитуды и формы. Естественно, что активные концентраторы поддерживают
большие расстояния до станции, чем пассивные.
Остальные станции сети соединены в кольцо непосредственными связями. Такие
связи называются магистральными (trunk cable). Обычно связи такого рода
используются для соединения концентраторов друг с другом для образования общего
кольца. Порты концентраторов, предназначенные для такого соединения, называются
портами Ring-In и Ring-Out.
Максимальное количество станций в одном кольце - 250.
Кроме экранированной витой пары существуют сетевые адаптеры и концентраторы
Token Ring, поддерживающие неэкранированную витую пару и оптоволокно.
3 Технология FDDI
FDDI - Fibrе Destributed Data Interface FDDI - волоконнооптическое маркерное
кольцо со скоростью переда- чи 100 Мбит\с. В рамках АNSI создан подкомитет Х3Т12,
который занимается стандартизацией сетей FDDI.
В Ethernet реальный процент использования пропускной способности 30-35% (4-5
Мбит\с).
Доступ: - маркерная шина
Приемопередача данных
В сетях FDDI используется метод передачи маркера: детерминированность времени
передачи. Задержка пропорциональна количеству узлов, т.е. прогнозируема.
Допустимый процент использования пропускной способности 90-95%.
Станция может начать передачу своих собственных кадров данных только в том
случае, если она получила от предыдущей станции специальный кадр - токен доступа
(рисунок 2.2, б). После этого она может передавать свои кадры, если они у нее
имеются, в течение времени, называемого временем удержания токена - Token Holding
Time (THT). После истечения времени THT станция обязана завершить передачу своего
очередного кадра и передать токен доступа следующей станции. Если же в момент
принятия токена у станции нет кадров для передачи по сети, то она немедленно
транслирует токен следующей станции. В сети FDDI у каждой станции есть
предшествующий сосед (upstream neighbor) и последующий сосед (downstream
neighbor), определяемые ее физическими связями и направлением передачи
информации.
Рис. 2.2. Обработка кадров станциями кольца FDDI
Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим
соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает
с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Этот случай
приведен на рисунке (рисунок 2.2, в). Нужно отметить, что, если станция захватила
токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени
она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.
Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой
внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме),
передает его поле данных для последующей обработки протоколу лежащего выше над
FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей
станции (рисунок 2.2, г). В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три
признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем
ошибок.
После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом.
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
(рисунок 2.2, д). При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до
станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления
информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны
заниматься протоколы более высоких уровней.
Сети FDDI имеют ряд отличий от TP:
1) Модуляция данных на физическом уровне Самый переспективный метод
кодирования - Манчестерский код (самосинхронизирующийся). Есть его модификация
- метод "4 из 5". Суть:данные кодируются 4-мя битами, а 5-й бит - бит сигнала.закодире передаваемыеданные данные
1110 11101 5-й бит меняет свое состояние
1101 11010 на противоположное в каждой
1100 11001 следующей посылке
При таком кодировании физическая скорость - 125 Мбод, а информационная - 100
Мбит\с.
2) Оптимизировано время доступа к среде. В сетях FDDI обеспечивается
параллельная передача/прием данных (в отличии от сетей Token Ring и др. - где
используется последовательная передача). Обработка идет по 4 или 8 бит, это
достигается за использования многомодных оптоволоконных кабелей.
Скорость передачи - 100 Мбит\с
Среда - оптоволокно
Архитектура FDDI
Сети FDDI строятся с использованием 2-х колец (каналов): первичного и
вторичного.Первичное - основное, для передачи маркера и данных.Вторичное - резерв,
используется только в аварийных случаях.
Для того, чтобы иметь возможность передавать собственные данные в кольцо (а не
просто ретранслировать данные соседних станций), станция должна иметь в своем
составе хотя бы один MAC-узел, который имеет свой уникальный MAC-адрес. Станции
могут не иметь ни одного узла MAC, и, значит, участвовать только в ретрансляции
чужих кадров. Но обычно все станции сети FDDI, даже концентраторы, имеют хотя бы
один MAC. Концентраторы используют MAC-узел для захвата и генерации служебных
кадров, например, кадров инициализации кольца, кадров поиска неисправности в
кольце и т.п.
Станции, которые имеют один MAC-узел, называются SM (Single MAC) станциями,
а станции, которые имеют два MAC-узла, называются DM (Dual MAC) станциями.
В зависимости от того, является ли станция концентратором или конечной
станцией, приняты следующие обозначения в зависимости от типа их подключения:
 SAS (Single Attachment Station) - конечная станция с одиночным подключением,
 DAS (Dual Attachment Station) - конечная станция с двойным подключением,
 SAC (Single Attachment Concentrator) - концентратор с одиночным
подключением,
 DAC (Dual Attachment Concentrator) - концентратор с двойным подключением.
Типы портов станций и концентраторов FDDI и правила их соединения
В стандарте FDDI описаны четыре типа портов, которые отличаются своим
назначением и возможностями соединения друг с другом для образования корректных
конфигураций сетей.
Тип
Подключение
Назначение
порта
PI/SO - (Primary In/Secondary
Соединяет устройства с двойным
Out)
подключением
с
магистральными
A
Вход первичного кольца/ Выход
кольцами
вторичного кольца
B
PO/SI
(Primary
Соединяет устройства с двойным
Out/Secondary
In)
подключением
с
магистральными
Выход первичного кольца/Вход
кольцами
вторичного кольца
M
Порт
концентратора,
который
Master
PI/PO
соединяет
его
с
устройствами
с
Вход первичного кольца/Выход
одиночным подключением; использует
первичного кольца
только первичное кольцо
Slave
PI/PO
Соединяет устройство с одиночным
Вход первичного кольца/Выход подключением
к
концентратору;
первичного кольца
использует только первичное кольцо
На рисунке 2.6 показано типичное использование портов разных типов для
подключения станций SAS и DAS к концентратору DAC.
S
Ограничения FDDI (условны, т.к. нет международных стандартов):
1) общая длина двойного оптоволоконного кольца не должна превышать 100 км;
2) к этому кольцу можно подключить до 500 узлов класса А;
3) максимальное расстояние между узлами при использовании многомодного
кабеля не более 2 км;
4) при использовании одномодного кабеля расстояние между узлами до 100 км.
Отказоустойчивость FDDI
Стандарт преусматривает 4 основных свойства отказоустойчивости:
1. Кольцевая кабельная система с узлами класса А отказоустойчива к однократному
обрыву кабеля в любом месте кольца, как первичного, так и вторичного. При обрыве
первичного все узлы переключаются на вторичный автоматически. При обрыве обоих
два узла, между которыми произошел обрыв, перекоммутируют оба кольца в одно.
2. Отказ одного из узлов класса В или обрыв кабеля от концентратора к этому узлу
приводит к тому, что концентратор автоматически перекоммутирует первичное кольцо
на рабочий порт, при этом узел В будет отключен от кольца.
3. При выходе из строя концентратора или любого узла класса А происходит
автоматическая перекоммутация "вход-на-выход" в этом узле.Отключаются порты для
работы с узлами класса В.
4. Каждый узел класса В может быть одновременно подключен к двум узлам класса
А. Работа в определенный момент времени только с одним узлом, при этом необходима
специальная плата.
Сети FDDI обеспечивают синхронную и асинхронную передачу данных.
Синхронный режим. В процессе инициализации определяется время прохода
маркером кольца. Каждому узлу захватывающему маркер отводится гарантированное
время передачи данных в кольцо. По истечению этого срока узел обязан освободить
маркер.
Асинхронный режим. После передачи маркера включается на узле таймер, который
измеряет временной интервал до момента возвращения узлу маркера. Если это время
меньше, чем время ожидания (определяется в момент инициализации), то данный узел
может использовать дополнительный (разностный) интервал времени для своей
передачи.
Алгоритм более оптимален по отношению использования пропускной способности.
Все узлы могут поддержить оба режима, выбор режима идет при конфигурации
системы. Могут использоваться оба режима сразу. При работе в РМВ применяется
синхронный режим.
Подключение узлов к сети FDDI.
Способы:
1) Непосредственный Подключается непосредственно в кольцо. Используется для
узлов класса А, а также для РС, которые требуют высокоскоростных характеристик
передачи информации инадежности передачи. Через два кольца подключаются HostЭВМ, серверы. Для подключения к сети применяются спецальные сетевые адаптеры
фирм: 3Com, IBM, Microdyne и др. Разработаны адаптеры для поключения FDDI на
коаксиальном кабеле или витой паре, но существенно сокращаются расстояния.
2) Через мосты или маршрутизаторы При таком подключении происходит
увеличение канала передачи, также можно делать интеграцию сетей, которые
отличаются только канальным уровнем. При помощи маршрутизатора могут быть
подключены сети с другими транспортными протоколами.
Мосты бывают двух типов (при интеграции FDDI с Ethernet и др.):
а) с инкапсуляцией протокола Мост внедряет пакет, который приходит из Ethernet в
сеть FDDI без преобразования. При этом узлы Ethernet не имеют доступа к узлам FDDI,
а "видят" только узлы Ethernet. Используют для удаленного взаимодействия
б) с трансляцией Преобразует пакеты Ethernet в FDDI и наоборот
(интерсеть).Мосты могут быть организованы как аппаратно, так и программно.
Маршрутизаторы позволяют интегрировать сети на транспортном уровне. Если
система разветвленная, то маршрутизаторы могут оптимизировать маршрут.
Маршрутизаторы для интеграции должны иметь возможность поддержки резервных
путей, т.е. они должны отслеживать маршруты и избегать логического зацикливания
пакета (активной петли). Множество маршрутизаторов FDDI подразумевает
приоритетность протоколов транспортного уровня: пакеты tcp/ip могут иметь
приоритет перед пакетами ipx при прохождении через сеть FDDI. Используется
приоритетность протоколов канального уровня при использовании мостов.
Маршрутизаторы
FDDI
имеют
возможность
защиты
от
"штормов
широковещательных пакетов" (Broadcast Storm). При инициализации и нетолько
множество сетей поддерживают широковещательные пакеты (адресная часть - все "1").
Они могут породить цепнуюреакцию, особенно в древовидных структурах FDDI.
Маршрутизаторы отфильтровывают эти пакеты (те, которые были единожды приняты).
Маршрутизатор, мост и интеллектуальный концентратор не пропускают эти пакеты в
сеть.
Свойства технологии FDDI :
 высокая степень отказоустойчивости;
способность покрывать значительные территории, вплоть до территорий
крупных городов;
 высокая скорость обмена данными;
 возможность поддержки синхронного мультимедийного трафика;
 гибкий механизм распределения пропускной способности кольца между
станциями;
 возможность работы при коэффициенте загрузки кольца близком к единице;
 возможность легкой трансляции трафика FDDI в трафики таких популярных
протоколов как Ethernet и Token Ring за счет совместимости форматов адресов
станций и использования общего подуровня LLC.
Cравнения технологий локальных сетей.
Характеристика
FDDI
Ethernet
Token Ring
Битовая скорость
100 Мб/с
10 Мб/с
16 Мб/c

Топология
Двойное
деревьев
Метод доступа
Доля
от
времени
оборота токена
Среда
данных
передачи
кольцо
Шина/звезда Звезда/кольцо
CSMA/CD
Толстый
коаксиал,
тонкий
коаксиал,
витая пара,
оптоволокно
Многомодовое
оптоволокно,
неэкранированная
витая пара
Максимальная
длина сети (без
мостов)
200
(100 км на кольцо)
Максимальное
расстояние между
узлами
2 км (-11 dB потерь
между узлами)
км
1000 м
2500 м
100 м
500 (1000 соединений)
Тактирование
восстановление
после отказов
Распределенная
реализация
Не
тактирования
и
определены
восстановления после
отказов
Вопросы.
1. Преимущества и недостатки ARCnet
2. Преимущества и недостатки TokenRing
3. Преимущества и недостатки FDDI
Экранированная и
неэкранированная
витая пара,
оптоволокно
2500 м
Максимальное
количество узлов
и
Приоритетная
система
резервирования
1024
260 для
экранированной витой
пары, 72 для
неэкранированной
витой
пары
Активный монитор
Используемая литеpатуpа:
1. Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сетию -С-т Пб.:Питер, -2001. - 672 с.
2. Челиз Д, Перкинс Ч., Стриб М. Основы построения сетей. Учебное руководство
для специалистов MCSE. Microsoft Press.- M: Лорри, -1997. - 310 с.1.