Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»

 

Физическая среда передачи технологии 100VG-AnyLAN

Технология 100VG-AnyLAN поддерживает несколько спецификаций физического уровня.

Первоначальный вариант был рассчитан на четыре неэкранированные витые пары категорий 3,4,5. Позже появились варианты физического уровня, рассчитанные на две неэкранированные витые пары категории 5, две экранированные витые пары типа 1 или же два оптических многомодовых оптоволокна.

Важная особенность технологии 100VG-AnyLAN - сохранение форматов кадров Ethernet и Token Ring. Сторонники 100VG-AnyLAN утверждают, что этот подход облегчит межсетевое взаимодействие через мосты и маршрутизаторы, а также обеспечит совместимость с существующими средствами сетевого управления, в частности с анализаторами протоколов.

Несмотря на много хороших технических решений, технология 100VG-AnyLAN все-таки не нашла большого количества сторонников и значительно уступает по популярности технологии Fast Ethernet.

 

7.6. Сети Token-Ring

Как мы уже знаем из предыдущих разделов, исторически сложились два направления в разработке базовых сетевых технологий.

В 1975 году - фирма Xerox реализовала экспериментальную сеть Ethernet, которая затем в 1980 стала фирменным стандартом Ethernet DIX трех ведущих фирм разработчиков - DEC, Intel Xerox, она получила название Ethernet DIX и очень быстро стала очень популярной. На основе Ethernet DIX комитет IEEE утвердил стандарт сетевой технологии Ethernet 802.3. Отличительной чертой сетевой технологии Ethernet является ее простой и дешевый метод доступа CSMA/CD.

В этот же период фирма IBM трудилась над разработкой фирменного стандарта - сетевой технологии Token Ring. Эта технология стала, и по-прежнему является, основной технологией фирмы IBM для локальных сетей (LAN), второй по популярности среди технологий LAN после Ethernet/IEEE 802.3. В 1984 году институтом IEEE был создан отдельный комитет - 802.5, который полностью взял за основу своего стандарта технологию Token Ring IBM, и сейчас также продолжает отслеживать ее дальнейшую разработку.

Поэтому название технологии "Token Ring" обычно применяется, как для сетей Token Ring IBM, так и сетей IEEE 802.5.

Таким образом, на рынке сетевых технологий практически одновременно стали самыми популярными два стандарта Ethernet и Token Ring.

Следует отметить, что перед пользователями становилась проблема выбора: Ethernet действительно очень дешево, просто, и как правило выбор останавливается именно на ней, но и технология Token Ring, хоть она и намного сложнее Ethernet, но она имеет свои значительные преимущества по надежности. Важно то, что некоторые фирмы быстро ухватились за надежность технологии Token Ring и простоту Ethernet и стали работать над созданием новых технологий, которые старались включать в себе эти особенности.

Еще в 1970 году фирма Datapoint разработала сеть ArcNet (Attached Resource Communication Network) - некую комбинацию Token Ring и Ethernet. Это подтверждает название метода доступа, который используется в технологии ArcNet - Token Bus. В прошлом фирма Datapoint полностью контролировала развитие технологии ArcNet. С появлением комитета 802.4 института IEEE начались попытки полностью стандартизировать технологию фирмы Datapoint. Однако полностью стандартизировать сети ArcNet так и не удалось. Стандарт 802.4 взял за основу метод доступа сетей ArcNet - метод Token Bus. В данное время сеть ArcNet практически не используется.

 

7.6.1 Технология Token Ring (802.5) основные характеристики.

Сетевая технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1970 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5.

Token Ring осталась основной технологией компании IBM при построении локальных сетей на основе компьютеров различных классов. В отличие от сетей Ethernet, которые строго стандартизированы только комитетом 802.3, развитие и усовершенствование сетей Token Ring контролируется компанией IBM. В настоящее время именно IBM производит около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

Технология Token Ring в общем случае использует комбинированную топологию зведа-кольцо. Компьютеры объединены в физическое кольцо с помощью концентраторов, к которым они подключаются по топологии "звезда". Логически сеть Token Ring также имеет топологию "кольцо".

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Сети Token Ring, как и сети Ethernet характеризует разделяемая среда передачи данных. Только в этом случае она состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс. Метод доступа к этому общему разделяемому ресурсу, используется не случайный, как в сетях Ethernet, а так называемый, детерминированный, т.е позволяющий всем станциям в кольце в определенном порядке получать доступ к общей среде. Этот порядок задается кадром специального формата - маркером. Поэтому и метод доступа называют маркерный метод доступа. Такой же метод используется не только в сетях Token Ring, но еще в сетях FDDI стандарта ANSI, и сетях ArcNet.

Сети Token Ring в отличие от Ethernet работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. В одном кольце все станции могут работать только на одной определенной скорости.

Сети Token Ring обладают свойствами отказоустойчивости, здесь присутствует контроль работы сети. Кадр, посланный станцией-отправителем, всегда возвращается к ней обратно, и в нем содержится информация о том, был ли он удачно принят станцией получателем. А если были какие-то ошибки при этом, в некоторых случаях устраняются автоматически, в других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом. Станция-получатель определяет, что это ее кадр, в случае совпадения аппаратного адреса, который находится в кадре. Тогда она его копирует себе и возвращает обратно в сеть. Контроль в сети выполняет специально выделенная станция. Ее называют - активный монитор.

Рассмотрим работу MAC уровня Token Ring, а также возможные типы физической среды, которые он использует.

 

7.6.2 Канальный уровень 802.5. Маркерный метод доступа. Форматы кадров Token Ring.

Маркерный метод доступа к разделяемой среде

Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не прямо, а через специальные концентраторы или многостанционные устройстра доступа (MSAU или МАU -Multistation Access Unit). Поэтому физически сеть образует звездно-кольцевую топологию (рис. 7.8). В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого соседнего абонента.

Рис. 7.8. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring

 

Т.е каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Любая станция сети всегда получает данные только от своего ближайшего предыдущего соседа. Такая станция называется ближайшим активным соседом, расположенным выше по потоку (данных) - Nearest Active Upstream Neighbor, NAUN. А передает данные она всегда своему ближайшему соседу вниз по потоку данных. Доступ станций по кольцу обеспечивается постоянно перемещающимся кадром специального формата - маркером.

Получив маркер, станция анализирует его и, при отсутствии у нее данных для передачи, продвигает этот маркер к следующей станции (передача всегда вниз по потоку). Если же эта станция имеет данные для передачи, то она изымает маркер из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передаче своих данных. Другими словами, станция удерживает (захватывает) маркер на время передачи своего кадра. Сразу после захвата маркера, станция выдает в кольцо свой кадр данных (формат стандарта Token Ring) последовательно по битам. Дальше все станции по очереди получают этот кадр и передают его дальше побитно. То есть, в принципе, каждая из станций работает как повторитель. Если кадр (в кадре имеются адреса отправителя и получателя) попал к станции получателю, то, распознав свой адрес, она копирует кадр в свой внутренний буфер. Но при этом станция получатель еще вставляет в это же кадр признак подтверждения приема и передает этот кадр дальше по кольцу до станции отправителя. Т.е станция отправитель всегда должна получить свой отосланный кадр назад. В этом состоит принцип обеспечения гарантии доставки кадров в сети Token Ring. Если станция отправитель получила свой кадр с подтверждением приема, она изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

Рассмотрим пример. Пусть в сети работает 6 станций в одном кольце, в этом кольце циклически от станции к станции передается маркер (рис. 7.9). Станция №1 должна передать кадр данных станции №3 и ожидает, когда она получит маркер. После получения маркера, станция №1 изымает маркер из кольца и получает доступ к кольцу и передает кадр (пакет) А к станции №3.

Кадр проходит через станцию №2 кольца, которая как повторитель, побитно продвигает этот кадр дальше по кольцу. И вот он попадает к станции №3.

Станция №3 получив кадр устанавливает два признака:

• признак распознавания адреса
• признак копирования кадра в буфер (он показан в виде звездочки внутри кадра на рис 7.9)

 

Рис. 7.9. Принцип маркерного доступа

 

Проделав это, станция №3 передает этот же кадр дальше в кольцо. Действия стаций №4,5 аналогичны действиям станции № 2. Стация №1 получив кадр обратно, распознает свой кадр (по адресу отправителя), узнает, что он принят и удаляет его из кольца. О том, что ее кадр дошел до адресата и был успешно скопирован в свой буфер, станция отправитель узнает по двум установленным в кадре признакам распознания и копирования (в кадре имеется также и признак ошибки при передаче, но об этом мы поговорим немного позже). После удаления своего кадра из кольца станция №1 отпускает маркер, который опять начинает циклически передвигаться, предоставляя другим станциям право на доступ к кольцу.

Станция может передавать данные только после получения маркера. В этом случае самостоятельно начать передачу данных, как это было в сети с методом CSMA/CD в сетях Ethernet, станция не может.

Маркерный метод доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

Необходимо заметить, что время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера - token holding time

Например, станция №1 после того, как она передала, и убедилась, что удачно передала свой кадр, пожелала сразу же передать кадр станции №5, она не "отпустит" маркер в кольцо, а пошлет свой следующий кадр и т.д. Таким образом, другие станции не смогут передавать свои кадры, потому что они не получат маркера, который позволил бы им получить доступ к среде. Этот вопрос разработчиками Token Ring был сразу изначально решен путем ограничения времени владения маркером. После того, как это время закончится, любая из станций обязана прекратить передачу собственных данных (правда текущий кадр разрешается завершить) и передать маркер далее по кольцу. 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.

Для сетей Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с появилась задача повысить скорость передачи данных, и разработчики несколько изменили алгоритм маркерного доступа к кольцу, который используется в 4 Мегабитных сетях Token Ring. Большую скорость удалось достичь за счет того, что станция после передачи последнего бита кадра сразу передает маркер следующей станции. Станция не дожидается возвращения по кольцу отосланного кадра с битом подтверждения приема. Как только кадр послан в сеть, она сразу "отпускает" маркер. В таком случае пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по кольцу одновременно продвигаются кадры сразу 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. Такой алгоритм называют алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release) .

В связи с принципом работы маркерного доступа, необходимо отметить два момента:

• в реальной сети часто складывается ситуация, когда передавать данные необходимо всем станциям;
• в локальных сетях существуют такие станции, для которых необходимо обеспечить возможность доступа к среде в первую очередь.

Т.е. сетях Token Ring  существуют приоритеты, назначаемые передаваемым кадрам. Таких приоритетов – семь: 0 - низший; 7 - высший

Какой приоритет, у какого кадра должен быть определяет станция отправитель. Это решение MAC уровень Token Ring принимает через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например прикладного. Маркер всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета.

Работа по принципу приоритетного доступа заключается в том, что:

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.

Вернемся к нашему примеру сети из 6-ти станций (рис. 7.9). Если станция №1 должна передать кадр станции №3 с приоритетом 3, она получает в какой-то момент маркер, у которого текущий приоритет 0. Поскольку приоритет ее кадра выше, она "захватывает" доступ и передает кадр в сеть. После передачи кадра, станция №1 "отпускает" маркер, теперь у него приоритет равен 3. Следующая станция №2 тоже должна передать кадр с приоритетом - 0, она получает маркер, приоритет которого выше, поэтому станция №2 не получает доступа к сети, а просто предает маркер дальше по кольцу. То есть сетевой адаптер станции с кадрами, у которых приоритет ниже, чем приоритет маркера, не может захватить маркер. Но в сетях Token Ring предусмотрена следующая особенность. Если станция обнаруживает, что приоритет ее кадра ниже, чем приоритет маркера, то она может поместить наибольший приоритет своих кадров, которые ей нужно передать в специально существующие для этого резервные биты маркера.

Однако станция может занести приоритет своего кадра в резервные биты маркера, только в том случае если уже записанный в них приоритет ниже его собственного. В результате в резервных битах приоритета устанавливается наивысший приоритет станции, которая претендует получить доступ к кольцу, но не может этого сделать из-за высокого приоритета маркера.

Рассмотрим ситуацию на примере: если в сети присутствует маркер с приоритетом 6. Станция №1 имеет приоритет - 0, станция №2 – приоритет 3, станция №3 - 6. Станция №1 получает маркер (приоритет 6), не может его захватить, но записывает 0 в резервные биты маркера. Маркер попадает к станции №2. Она также его не может захватить, но может записать в резервные биты свой приоритет 3, потому что он выше, чем уже записанный там. Станция №3 захватывает маркер (потому что имеет приоритет 6), передает свой кадр с приоритетом маркера. Затем следует очень важная процедура: значения приоритета резервных бит маркера переписывается в поле приоритета, а сами резервные биты обнуляются.