Base-5 10Base-2 10Base-T lOBase-F

Кабель Толстый Тонкий Неэкраниро- Многомодовый

коаксиальный коаксиальный ванная витая волоконно-

кабель RG-8 кабель RG-58 пара оптический

или RG-11 категорий 3, 4, 5 кабель

Максимальная

длина сегмента, м 500 185 100 2000

Максимальное

расстояние между

узлами сети

(при использо- 2500 925 500 2500 (2740 для

вании 10Base-FB)

повторителей), м

Максимальное число станций в сегменте 100 30 1024 1024

Максимальное

число

повторителей 4 4 4 4 (5 для

между любыми 10 Base-FB)

станциями сети

3.3.5. Методика расчета конфигурации сети Ethernet

Соблюдение многочисленных ограничений, установленных для различных стан­дартов физического уровня сетей Ethernet, гарантирует корректную работу сети (естественно, при исправном состоянии всех элементов физического уровня).

Наиболее часто приходится проверять ограничения, связанные с длиной от­дельного сегмента кабеля, а также количеством повторителей и общей длиной сети. Правила «5-4-3» для коаксиальных сетей и «4-х хабов» для сетей на основе витой пары и оптоволокна не только дают гарантии работоспособности сети, но и остав­ляют большой «запас прочности» сети. Например, если посчитать время двойного оборота в сети, состоящей из 4-х повторителей 10Base-5 и 5-ти сегментов макси­мальный длины 500 м, то окажется, что оно составляет 537 битовых интервала. А так как время передачи кадра минимальной длины, состоящего вместе с преам­булой 72 байт, равно 575 битовым интервалам, то видно, что разработчики стан­дарта Ethernet оставили 38 битовых интервала в качестве запаса для надежности. Тем не менее комитет 802.3 говорит, что и 4 дополнительных битовых интервала создают достаточный запас надежности.

Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные о задержках, вносимых повто­рителями и различными средами передачи данных, для тех специалистов, которые хотят самостоятельно рассчитывать максимальное количество повторителей и мак­симальную общую длину сети, не довольствуясь теми значениями, которые приве­дены в правилах «5-4-3» и «4-х хабов». Особенно такие расчеты полезны для сетей, состоящих из смешанных кабельных систем, например коаксиала и оптоволокна, на которые правила о количестве повторителей не рассчитаны. При этом макси­мальная длина каждого отдельного физического сегмента должна строго соответ-

_________________________________________________________ 3.3. Технология Ethernet (802.3) 217

ствовать стандарту, то есть 500 м для «толстого» коаксиала, 100 м для витой пары и т. д.

Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:

• количество станций в сети не более 1024;

• максимальная длина каждого физического сегмента не более величины, опре­деленной в соответствующем стандарте физического уровня;

• время двойного оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не более 575 битовых интервала;

• сокращение межкадрового интервала IPG (Path Variability Value, PW) при про­хождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Так как при отправке кадров конечные узлы обеспечивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после прохождения повторителя оно должно быть не меньше, чем 96 - 49 = 47 битовых интервала.

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 2500 м.

Расчет PDV

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные IEEE, содер­жащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемо­передатчиках и различных физических средах. В табл. 3.5 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet. Битовый интервал обозначен как bt.

Комитет 802.3 старался максимально упростить выполнение расчетов, поэтому данные, приведенные в таблице, включают сразу несколько этапов прохождения сигнала. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из задержки вход­ного трансивера, задержки блока повторения и задержки выходного трансивера. Тем не менее в таблице все эти задержки представлены одной величиной, назван­ной базой сегмента.

218 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в таб­лице даются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый сег­мент и промежуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети, приведен­ной на рис. 3.13. Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Тх на рис. 3.10) конечного узла. На примере это сегмент 1. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты 2-5 и дохо­дит до приемника (вход rx на рис. 3.10) наиболее удаленного узла наиболее уда­ленного сегмента 6, который называется правым. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия, что и подразумевается в таблице.

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). База правого сегмента, в котором возникает колли­зия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Расчет заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабе­ля (приведенная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножается на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов. Общее значение PDV не должно превышать 575.

Так как левый и правый сегменты имеют различные величины базовой задерж­ки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо

_________________________________________________________ 3.3. Технология Ethernet (802.3) 219

выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй — сегмент другого типа. Результатом можно считать мак­симальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу — стандарту lOBase-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1, а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5.

Приведенная на рисунке сеть в соответствии с правилом 4-х хабов не является корректной — в сети между узлами сегментов 1 и 6 имеется 5 хабов, хотя не все сегменты являются сегментами 10Base-FB. Кроме того, общая длина сети равна 2800 м, что нарушает правило 2500 м. Рассчитаем значение PDV для нашего примера.

Левый сегмент 1: 15, 3 (база) + 100 х 0, 113 = 26, 6.

Промежуточный сегмент 2: 33, 5 + 1000 х 0, 1 = 133, 5.

Промежуточный сегмент 3: 24 + 500 х 0, 1 = 74, 0.

Промежуточный сегмент 4: 24 + 500 х 0, 1 = 74, 0.

Промежуточный сегмент 5: 24 + 600 х 0, 1 - 84, 0.

Правый сегмент 6: 165 + 100 х 0, 113 = 176, 3.

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568, 4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по критерию времени двойного оборота сигнала несмотря на то, что ее общая длина составляет больше 2500 м, а количество повторителей — больше 4-х.

Расчет PW

Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также умень­шение межкадрового интервала повторителями, то есть величину Р W.

Для расчета PW также можно воспользоваться значениями максимальных ве­личин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей раз­личных физических сред, рекомендованными IEEE и приведенными в табл. 3.6.

В соответствии с этими данными рассчитаем значение PW для нашего примера.

Левый сегмент 1 10Base-T: сокращение в 10, 5 bt.

Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8.

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 510Base-FB: 2.

Сумма этих величин дает значение PW, равное 24, 5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервала.

В результате приведенная в примере сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам, связанным и с длинами сегментов, и с количеством повторителей.

220 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

Выводы

» Ethernet — это самая распространенная на сегодняшний день технология локаль­ных сетей. В широком смысле Ethernet — это целое семейство технологий, вклю­чающее различные фирменные и стандартные варианты, из которых наиболее известны фирменный вариант Ethernet DIX, 10-мегабитные варианты стандар­та IEEE 802.3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Почти все виды технологий Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных — метод случайного доступа CSMA/CD, который определяет облик технологии в целом.,

* В узком смысле Ethernet — это 10-мегабитная технология, описанная в стандар­те IEEE 802.3.

* Важным явлением в сетях Ethernet является коллизия — ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Наличие коллизий — это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена правильным выбором параметров сети, в частности соблю­дением соотношения между минимальной длиной кадра и максимально воз­можным диаметром сети.

* На характеристики производительности сети большое значение оказывает ко­эффициент использования сети, который отражает ее загруженность. При зна­чениях этого коэффициента свыше 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

» Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду достигается при передаче кадров минимальной длины и составляет 14 880 кадр/с. При этом полезная пропускная способность сети составляет все­го 5, 48 Мбит/с, что лишь ненамного превышает половину номинальной про­пускной способности — 10 Мбит/с.

* Максимально возможная полезная пропускная способность сети Ethernet со­ставляет 9, 75 Мбит/с, что соответствует использованию кадров максимальной длины в 1518 байт, которые передаются по сети со скоростью 513 кадр/с.

* При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0, 96.

* Технология Ethernet поддерживает 4 разных типа кадров, которые имеют об­щий формат адресов узлов. Существуют формальные признаки, по которым сетевые адаптеры автоматически распознают тип кадра.

» В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 определяет раз­личные спецификации: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, FOIRL, lOBase-FL, lOBase-FB. Для каждой спецификации определяются тип кабеля, максималь­ные длины непрерывных отрезков кабеля, а также правила использования по­вторителей для увеличения диаметра сети: правило «5-4-3» для коаксиальных вариантов сетей, и правило «4-х хабов» для витой пары и оптоволокна.

_______________________________________________________ 3.4. Технология Token Ring (802.5) 221

* Для «смешанной» сети, состоящей из физических сегментов различного типа, полезно проводить расчет общей длины сети и допустимого количества повто­рителей. Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные для таких расчетов, в которых указываются задержки, вносимые повторителями различных специ­фикаций физической среды, сетевыми адаптерами и сегментами кабеля.

3.4. Технология Token Ring (802.5)

3.4.1. Основные характеристики технологии

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяю­щих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специаль­ного формата, называемого маркером или токеном (token).

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов — мэйнфреймов, мини-компьюте­ров и персональных компьютеров. В настоящее время именно компания IBM яв­ляется основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями — 4 и 16 Мбит/с. Сме­шение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовер­шенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной струк­туры — посланный кадр всегда возвращается в станцию-отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса. Если активный монитор выхо­дит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, по­следний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

222 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

3.4.2. Маркерный метод доступа к разделяемой среде

В сетях с маркерным методом доступа (а к ним, кроме сетей Token Ring, относятся сети FDDI, а также сети, близкие к стандарту 802.4, — ArcNet, сети производствен­ного назначения MAP) право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу.

В сети Token Ring 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. В сети Token Ring любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции — той, которая является предыдущей в кольце. Такая станция называется ближайшим активным соседом, расположенным въсше по потоку (данных) — Nearest Active Upstream Neighbor, NAUN. Передачу же данных станция всегда осуществляет своему ближай­шему соседу вниз по потоку данных.

Получив маркер, станция анализирует его 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. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

3.4. Технология Token Ring (802.5) 223

Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копиру­ет кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения при­ема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

На рис. 3.14 описанный алгоритм доступа к среде иллюстрируется временной диаграммой. Здесь показана передача пакета А в кольце, состоящем из 6 станций, от станции 1 к станции 3. После прохождения станции назначения 3 в пакете А устанавливаются два признака — признак распознавания адреса и признак копиро­вания пакета в буфер (что на рисунке отмечено звездочкой внутри пакета). После возвращения пакета в станцию 1 отправитель распознает свой пакет по адресу источника и удаляет пакет из кольца. Установленные станцией 3 признаки говорят станции-отправителю о том, что пакет дошел до адресата и был успешно скопиро­ван им в свой буфер.

Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается време­нем удержания маркера (token holding time), после истечения которого станция обязана прекратить передачу собственных данных (текущий кадр разрешается за­вершить) и передать маркер далее по кольцу. Станция может успеть передать за время удержания маркера один или несколько кадров в зависимости от размера кадров и величины времени удержания маркера. Обычно время удержания марке­ра по умолчанию равно 10 мс, а максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с он обычно равен 4 Кбайт, а для сетей 16 Мбит/с — 16 Кбайт. Это связано с тем, что за время удержания маркера станция должна успеть передать хотя бы один кадр. При скорости 4 Мбит/с за время 10 мс можно передать 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с — соответственно 20 000 байт. Мак­симальные размеры кадра выбраны с некоторым запасом.

В сетях Token Ring 16 Мбит/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, так как по коль­цу одновременно продвигаются кадры нескольких станций. Тем не менее свои кад­ры в каждый момент времени может генерировать только одна станция — та, которая в данный момент владеет маркером доступа. Остальные станции в это время толь­ко повторяют чужие кадры, так что принцип разделения кольца во времени сохра­няется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов сообщений, передаваемым кадрам, могут назначаться различ­ные приоритеты: от 0 (низший) до 7 (высший). Решение о приоритете конкретного кадра принимает передающая станция (протокол Token Ring получает этот параметр через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например при­кладного). Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Стан­ция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет кадра, который она хочет передать, выше (или равен) приоритета маркера. В против­ном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

224 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

За наличие в сети маркера, причем единственной его копии, отвечает активный монитор. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного вре­мени (например, 2, 6 с), то он порождает новый маркер.

3.4.3. Форматы кадров Token Ring

В Token Ring существуют три различных формата кадров:

• маркер;

• кадр данных;

• прерывающая последовательность.

Маркер

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

• Начальный ограничитель (Start Delimiter, SD) появляется в начале маркера, а также в начале любого кадра, проходящего по сети. Поле представляет собой следующую уникальную последовательность символов манчестерского кода: JKOJKOOO. Поэтому начальный ограничитель нельзя спутать ни с какой бито­вой последовательностью внутри кадра.

• Управление доступом (Access Control) состоит из четырех подполей: РРР, Т, М и RRR, где РРР — биты приоритета, Т — бит маркера, М — бит монитора, RRR — резервные биты приоритета. Бит Т, установленный в 1, указывает на то, что данный кадр является маркером доступа. 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 со значением 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 передает его даль­ше по кольцу. Использование полей приоритетов будет рассмотрено ниже.

• Конечный ограничитель (End Delimeter, ED) — последнее поле маркера. Так же как и поле начального ограничителя, это поле содержит уникальную последо­вательность манчестерских кодов JK1JK1, а также два однобитовых признака: I и Е. Признак I (Intermediate) показывает, является ли кадр последним в серии кадров (1=0) или промежуточным (1=1). Признак Е (Error) — это признак ошиб­ки. Он устанавливается в 0 станцией-отправителем, и любая станция кольца, через которую проходит кадр, должна установить этот признак в 1, если она обнаружит ошибку по контрольной сумме или другую некорректность кадра.

Кадр данных и прерывающая последовательность

Кадр данных включает те же три поля, что и маркер, и имеет кроме них еще несколько дополнительных полей. Таким образом, кадр данных состоит из следующих полей:

• начальный ограничитель (Start Delimiter, SD);

• управление кадром (Frame Control, FC);

• адрес назначения (Destination Address, DA);

3.4. Технология Token Ring (802.5) 225

» адрес источника (Source Address, SA);

в данные (INFO);

о контрольная сумма (Frame Check Sequence, FCS);

в конечный ограничитель (End Delimeter, ED);

в статус кадра (Frame Status, FS).

Кадр данных может переносить либо служебные данные для управления коль­цом (данные МАС-уровня), либо пользовательские данные (LLC-уровня). Стан­дарт Token Ring определяет 6 типов управляющих кадров МАС-уровня. Поле FC определяет тип кадра (MAC или LLC), и если он определен как MAC, то поле также указывает, какой из шести типов кадров представлен данным кадром.

Назначение этих шести типов кадров описано ниже.

• Чтобы удостовериться, что ее адрес уникальный, станция, когда впервые присо­единяется к кольцу, посылает кадр Тест дублирования адреса (Duplicate Address Test, DAT).

о Чтобы сообщить другим станциям, что он работоспособен, активный монитор периодически посылает в кольцо кадр Существует активный монитор (Active Monitor Present, AMP).

• Кадр Существует резервный монитор (Standby Monitor Present, SMP) отправля­ется любой станцией, не являющейся активным монитором.

• Резервный монитор отправляет кадр Маркер заявки (Claim Token, CT), когда подозревает, что активный монитор отказал, затем резервные мониторы догова­риваются между собой, какой из них станет- новым активным монитором.

• Станция отправляет кадр Сигнал (Beacon, BCN) в случае возникновения серьез­ных сетевых проблем, таких как обрыв кабеля, обнаружение станции, передаю­щей кадры без ожидания маркера, выход станции из строя. Определяя, какая станция отправляет кадр сигнала, диагностирующая программа (ее существова­ние и функции не определяются стандартами Token Ring) может локализовать проблему. Каждая станция периодически передает кадры BCN до тех пор, пока не примет кадр BCN от своего предыдущего (NAUN) соседа. В результате в кольце только одна станция продолжает передавать кадры BCN — та, у которой имеются проблемы с предыдущим соседом. В сети Token Ring каждая станция знает МАС-адрес своего предыдущего соседа, поэтому Beacon-процедура при­водит к выявлению адреса некорректно работающей станции.

• Кадр Очистка (Purge, PRG) используется новым активным монитором для того, чтобы перевести все станции в исходное состояние и очистить кольцо от всех ранее посланных кадров.

В стандарте 802.5 используются адреса той же структуры, что и в стандар­те 802.3. Адреса назначения и источника могут иметь длину либо 2, либо 6 байт. Первый бит адреса назначения определяет групповой или индивидуальный адрес как для 2-байтовых, так и для 6-байтовых адресов. Второй бит в 6-байтовых адре­сах говорит о том, назначен адрес локально или глобально. Адрес, состоящий из всех единиц, является широковещательным.

Адрес источника имеет тот же размер и формат, что и адрес назначения. Однако признак группового адреса используется в нем особым способом. Так как адрес

226 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

источника не может быть групповым, то наличие единицы в этом разряде говорит о том, что в кадре имеется специальное поле маршрутной информации (Routing Information Field, RIF). Эта информация требуется при работе мостов, связываю­щих несколько колец Token Ring, в режиме маршрутизации от источника.

Поле данных INFO кадра может содержать данные одного из описанных управ­ляющих кадров уровня MAC или пользовательские данные, упакованные в кадр уровня LLC. Это поле, как уже отмечалось, не имеет определенной стандартом максимальной длины, хотя существуют практические ограничения на его размер, основанные на временных соотношениях между временем удержания маркера и временем передачи кадра.

Поле статуса FS имеет длину 1 байт и содержит 4 резервных бита и 2 подполя: бит распознавания адреса А и бит копирования кадра С. Так как это поле не сопро­вождается вычисляемой суммой CRC, то используемые биты для надежности дуб­лируются: поле статуса FS имеет вид АСххАСхх. Если бит распознавания адреса не установлен во время получения кадра, это означает, что станция назначения боль­ше не присутствует в сети (возможно, вследствие неполадок, а возможно, станция находится в другом кольце, связанном с данным с помощью моста). Если оба бита опознавания адреса и копирования кадра установлены и бит обнаружения ошибки также установлен, то исходная станция знает, что ошибка случилась после того, как этот кадр был корректно получен.

Прерывающая последовательность состоит из двух байтов, содержащих началь­ный и конечный ограничители. Прерывающая последовательность может появить­ся в любом месте потока битов и сигнализирует о том, что текущая передача кадра или маркера отменяется.

Приоритетный доступ к кольцу

Каждый кадр данных или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами при­оритета (значение от 0 до 7, причем 7 — наивысший приоритет). Станция может воспользоваться маркером, если только у нее есть кадры для передачи с приорите­том равным или большим, чем приоритет маркера. Сетевой адаптер станции с кад­рами, у которых приоритет ниже, чем приоритет маркера, не может захватить маркер, но может поместить наибольший приоритет своих ожидающих передачи кадров в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. В результате в резервных битах приоритета устанавливается наивысший приоритет станции, которая пытается получить дос­туп к кольцу, но не может этого сделать из-за высокого приоритета маркера.

Станция, сумевшая захватить маркер, передает свои кадры с приоритетом мар­кера, а затем передает маркер следующему соседу. При этом она переписывает значение резервного приоритета в поле приоритета маркера, а резервный приори­тет обнуляется. Поэтому при следующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысший приоритет.

При инициализации кольца основной и резервный приоритет маркера устанав­ливаются в 0.

Хотя механизм приоритетов в технологии Token Ring имеется, но он начинает работать только в том случае, когда приложение или прикладной протокол реша­ют его использовать. Иначе все станции будут иметь равные права доступа к коль­цу, что в основном и происходит на практике, так как большая часть приложений

3.4. Технология Token Ring (802.5) 227

этим механизмом не пользуется. Это связано с тем, что приоритеты кадров поддер­живаются не во всех технологиях, например в сетях Ethernet они отсутствуют, поэтому приложение будет вести себя по-разному, в зависимости от технологии нижнего уровня, что нежелательно. В современных сетях приоритетность обработ­ки кадров обычно обеспечивается коммутаторами или маршрутизаторами, кото­рые поддерживают их независимо от используемых протоколов канального уровня.

3.4.4. Физический уровень технологии Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IBM изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU (Multistation Access Unit) или MSAU (Multi-Station Access Unit), то есть устройствами многостанционного дос­тупа (рис. 3.15). Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет. Такое устройство можно счи­тать простым кроссовым блоком за одним исключением — MSAU обеспечивает обход какого-либо порта, когда присоединенный к этому порту компьютер выклю­чают. Такая функция необходима для обеспечения связности кольца вне зависимо­сти от состояния подключенных компьютеров. Обычно обход порта выполняется за счет релейных схем, которые питаются постоянным током от сетевого адаптера, а при выключении сетевого адаптера нормально замкнутые контакты реле соеди­няют вход порта с его выходом.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

Возникает вопрос — если концентратор является пассивным устройством, то ка­ким образом обеспечивается качественная передача сигналов на большие расстоя­ния, которые возникают при включении в сеть нескольких сот компьютеров? Ответ состоит в том, что роль усилителя сигналов в этом случае берет на себя каждый

228 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей

сетевой адаптер, а роль ресинхронизирующего блока выполняет сетевой адаптер ак­тивного монитора кольца. Каждый сетевой адаптер Token Ring имеет блок повторе­ния, который умеет регенерировать и ресинхронизировать сигналы, однако последнюю функцию выполняет в кольце только блок повторения активного монитора.

Блок ресинхронизации состоит из 30-битного буфера, который принимает ман­честерские сигналы с несколько искаженными за время оборота по кольцу интер­валами следования. При максимальном количестве станций в кольце (260) вариация задержки циркуляции бита по кольцу может достигать 3-битовых интервалов. Активный монитор «вставляет» свой буфер в кольцо и синхронизирует битовые сигналы, выдавая их на выход с требуемой частотой.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.

Все станции в кольце должны работать на одной скорости — либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, — магист­ральными (trunk cable).

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных стан­ций и концентраторов различные типы кабеля: STP Туре 1, UTP Туре 3, UTP Туре 6, а также волоконно-оптический кабель.

При использовании экранированной витой пары STP Type 1 из номенклатуры кабельной системы IBM в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров, а при использовании неэкраниро­ванной витой пары максимальное количество станций сокращается до 72 при дли­не ответвительных кабелей до 45 метров.

Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использова­нии кабеля STP Type 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограни­чения во многом связаны со временем оборота маркера по кольцу (но не только — есть и другие соображения, диктующие выбор ограничений). Так, если кольцо со­стоит из 260 станций, то при времени удержания маркера в 10 мс маркер вернется в активный монитор в худшем случае через 2, 6 с, а это время как раз составляет тайм-аут контроля оборота маркера. В принципе, все значения тайм-аутов в сете­вых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно постро­ить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.

Существует большое количество аппаратуры для сетей Token Ring, которая улуч­шает некоторые стандартные характеристики этих сетей: максимальную длину сети, расстояние между концентраторами, надежность (путем использования двойных колец).

Недавно компания IBM предложила новый вариант технологии Token Ring, названный High-Speed Token Ring, HSTR. Эта технология поддерживает битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с, сохраняя основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.

3.4. Технология Token Ring (802.5) 229

Выводы

» Технология Token Ring развивается в основном компанией IBM и имеет также статус стандарта IEEE 802.5, который отражает наиболее важные усовершен­ствования, вносимые в технологию IBM.

* В сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который гаран­тирует каждой станции получение доступа к разделяемому кольцу в течение времени оборота маркера. Из-за этого свойства этот метод иногда называют детерминированным.

* Метод доступа основан на приоритетах: от 0 (низший) до 7 (высший). Станция сама определяет приоритет текущего кадра и может захватить кольцо только в том случае, когда в кольце нет более приоритетных кадров.

«Сети Token Ring работают на двух скоростях: 4 и 16 Мбит/с и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель. Максимальное количество станций в кольце — 260, а максимальная длина кольца — 4 км.

» Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет об­ратной связи кольца одна из станций — активный монитор — непрерывно конт­ролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной иници­ализации, а если она не помогает, то для локализации неисправного участка кабеля или неисправной станции используется процедура beaconing.

* Максимальный размер поля данных кадра Token Ring зависит от скорости ра­боты кольца. Для скорости 4 Мбит/с он равен около 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с — около 16 Кбайт. Минимальный размер поля данных кадра не оп­ределен, то есть может быть равен 0.

* В сети Token Ring станции в кольцо объединяют с помощью концентраторов, называемых MSAU. Пассивный концентратор MSAU выполняет роль кроссо­вой панели, которая соединяет выход предыдущей станции в кольце со входом последующей. Максимальное расстояние от станции до MSAU — 100 м для STP и 45 м для UТР.

» Активный монитор выполняет в кольце также роль повторителя — он ресинхро-низирует сигналы, проходящие по кольцу.

» Кольцо может быть построено на основе активного концентратора MSAU, ко­торый в этом случае называют повторителем.

* Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец.

230 Глава 3 • Базовые технологии локальных сетей