Технология token ring кратко

Обновлено: 02.07.2024

Содержание

Описание

Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркёра совместно использован ARCNET, маркёрной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

Передача маркёра

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркёра. Сети с передачей маркёра перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркёр в течение определенного максимального времени (по умолчанию — 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

Сфера применения

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркёра являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надёжности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

История

Изначально технология была разработана компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей [1] .

Модификации Token Ring

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).За наличие в сети маркера, причем единственной его копии, отвечает активный монитор, который 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. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного времени (например, 2,6 с), то он порождает новый маркер.

Сфера применения

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах. Применяется как более дешевая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения для которых важна не столько скорость, сколько надежная доставка информации. В настоящее время по надежности Ethernet не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

Модификация Token Ring

Таблица 1

IBM token ring	IEEE 802.5
Скорость передачи данных	4,16 Мбит/с	4,16 Мбит/с
Количество станций в сегменте	260 (экранированная витая пара) 72 (неэкранированная витая пара)	250
Топология	Звезда	Не специализировано
Кабель	Витая пара	Не специализировано

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

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 счи¬тать простым кроссовым блоком за одним исключением — MSAU обеспечивает обход какого-либо порта, когда присоединенный к этому порту компьютер выклю¬чают. Такая функция необходима для обеспечения связности кольца вне зависимо¬сти 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 соеди¬няют вход порта с его выходом. Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

HSTR (High Speed Token Ring)

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия).

Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet, но сейчас Ethernet вытеснил все остальные сети, и Token-Ring можно считать безнадежно устаревшей. Уже в 1999 году большинством производителей оборудования было прекращено производство новых устройств для сетей Token-Ring

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

Концентратор (MAU) при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и т.д. Никакой обработки информации он не производит.

Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи.

Концентратор в сети может быть единственным, в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. Внешне такая топология выглядит, как звезда. Если же нужно подключить к сети большое число абонентов, несколько концентраторов соединяют магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию.

Как уже отмечалось, кольцевая топология очень чувствительна к обрывам кабеля кольца. Для повышения живучести сети, в Token-Ring предусмотрен режим так называемого сворачивания кольца, что позволяет обойти место обрыва.

В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них.

В случае одиночного повреждения (обрыва) кабеля сеть осуществляет передачу по обоим кабелям, обходя тем самым поврежденный участок. При этом даже сохраняется порядок обхода абонентов, подключенных к концентраторам, но увеличивается суммарная длина кольца.

В случае множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей (сегментов), не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность. Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Конечно, это уже не спасает сеть в целом, но позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть функций поврежденной сети.

Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в группу, кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру.

В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара, как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP), но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI.

максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
максимальное количество абонентов в сети – 96;
максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Все приведенные характеристики относятся к случаю использования неэкранированной витой пары. Если применяется другая среда передачи, характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании экранированной витой пары (STP) количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля – до 100 метров (вместо 45), количество концентраторов – до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы – до 200 метров. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до двух километров.

Больший допустимый размер передаваемых данных в одном пакете по сравнению с сетью Ethernet сильно позволяет увеличить производительность сети: теоретически для скоростей передачи 16 Мбит/с и 100 Мбит/с длина поля данных может достигать даже 18 Кбайт, что принципиально при передаче больших объемов данных. Но даже при скорости 4 Мбит/с благодаря маркерному методу доступа сеть Token-Ring часто обеспечивает большую фактическую скорость передачи, чем сеть Ethernet (10 Мбит/с). Особенно заметно преимущество Token-Ring при больших нагрузках (свыше 30—40%), так как в этом случае метод CSMA/CD требует много времени на разрешение повторных конфликтов.

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Также по сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом. По скорости передачи – хотя и имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring), однако еще в 1999 году все производители оборудования, изначально поддержавшие эту инициативу, отказались от нее.

В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных. Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но есть и недостатки, в частности необходимость контроля целостности маркера и зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца).

выявление ошибок передачи;
контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.

Для контроля целостности маркера в сети используется один из абонентов (так называемый активный монитор). При этом его аппаратура ничем не отличается от остальных, но его программные средства следят за временными соотношениями в сети и формируют в случае необходимости новый маркер.

запускает в кольцо маркер в начале работы и при его исчезновении;
регулярно (раз в 7 с) сообщает о своем присутствии специальным управляющим пакетом (AMP – Active Monitor Present);
удаляет из кольца пакет, который не был удален пославшим его абонентом;
следит за допустимым временем передачи пакета.

Активный монитор выбирается при инициализации сети, им может быть любой компьютер сети, но, как правило, становится первый включенный в сеть абонент. Абонент, желающий передавать пакет, ждет прихода свободного маркера и захватывает его. Захваченный маркер превращается в обрамление информационного пакета. Затем абонент передает информационный пакет в кольцо и ждет его возвращения. После этого он освобождает маркер и снова посылает его в сеть.

В сети Token-Ring предусмотрено также использование мостов и коммутаторов. Они применяются для разделения большого кольца на несколько кольцевых сегментов, имеющих возможность обмена пакетами между собой. Это позволяет снизить нагрузку на каждый сегмент и увеличить долю времени, предоставляемую каждому абоненту.

В результате можно сформировать распределенное кольцо, то есть объединение нескольких кольцевых сегментов одним большим магистральным кольцом или же звездно-кольцевую структуру с центральным коммутатором, к которому подключены кольцевые сегменты

Token Ring (маркерное кольцо участка локальной сети (LAN)) - это протокол связи для локальных сетей. Он использует специальный трехбайтовый кадр под названием "маркер", который перемещается вокруг логического "кольца" рабочих станций или серверов. Эта передача маркера-это метод доступа к каналу, обеспечивая справедливый доступ для всех станций, и исключения столкновений конкурирующих методов доступа. Технология представлена IBM в 1984 году, а затем стандартизирована с протоколом IEEE 802.5.

Содержание

История возникновения

В начале 1970-х годов было разработано большое количество различных технологий локальной сети, одна из которых - Кембриджское кольцо - продемонстрировала потенциал топологии токен-передачи, после чего многие конкуренты по всему миру начали свою работу в том же направлении. В Цюрихской лаборатории IBM Вернер Букс и Ганс Мюллер вели совместную работу над общим дизайном и развитием технологии Token Ring в целом. Собственный фирменный продукт Token Ring, запущенный 15 октября 1985 года, работал со скоростью 4 Мбит/с, при том, что вложение было возможно с компьютеров IBM, компьютеров среднего уровня и мэйнфреймов. Использовалась удобная звездно-проводная физическая топология. Также технология проходила экранированную витую пару кабелей, и вскоре после этого стала основой стандарта 802.5 (ANSI)/IEEE. Компания IBM убеждала всех в превосходстве Token Ring над Ethernet, однако такие суждения были подвергнуты жестокой критики со стороны общественности. В 1988 году более быстрая технология Token Ring (со скоростью аж в 16 Мбит/с) была стандартизована рабочей группой 802.5, а увеличение до 100 Мбит/с было приведено в норму и продано в период спада популярности токен-кольца. Несмотря на все свои плюсы, данная технология никогда не использовалась очень широко (Ethernet и Gigabit Ethernet доминировали, а потому деятельность по разработке Token Ring вскоре пошла на убыль). [Источник 1]

Token Ring и Ethernet

Итак, несмотря на схожесть, между Token Ring и Ethernet есть ряд существенных различий. Так. например, топология Token Ring является более точной по сравнению с Ethernet. Однако Ethernet обладает таким преимуществом, как поддержка прямого кабельного соединения между двумя картами сетевого интерфейса с использованием кроссового кабеля или с помощью автоматического распознавания (если поддерживается); Token Ring Кольцо Token же изначально не поддерживает эту функцию и требует дополнительного программного и аппаратного обеспечения для непосредственной настройки кабельного соединения. Маркерное кольцо устраняет коллизии с помощью одноразового маркера и раннего выпуска маркера для смягчения простоя; что же касается Ethernet, здесь смягчение коллизий осуществляется посредством множественного доступа с поддержкой несущего элемента, а также с помощью коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Token Ring содержат всю информацию для автоопределения скорости и маршрутизации, а также и могут загонять себя на многие узлы доступа с числовым программным управлением, которые работают без электричества; сетевые интерфейсные платы Ethernet же теоретически могут функционировать на пассивном концентраторе в определенной степени, но не как большая локальная сеть, плюс проблема коллизий никуда не делась. Token Ring, в отличие от Ethernet, использует "приоритет доступа", в котором определенные узлы могут иметь приоритет над маркером. Маркерное кольцо поддерживает несколько одинаковых MAC-адресов (функция на s/390 мейнфреймов), тогда как Ethernet не может поддерживать повторяющиеся MAC-адреса без замечаний. Первоначально обе сети пользовались дорогостоящим кабелем, но после стандартизации Ethernet для неэкранированной витой пары с 10BASE-T (Cat 3) и 100BASE-TX (Cat 5(e)), он имел явное преимущество,и продажи его заметно возросли. Еще более существенной при сравнении общих затрат на систему стала значительно более высокая стоимость портов маршрутизатора и сетевых карт для токен-ринга по сравнению с Ethernet. [Источник 2]

Описание: строение и характеристика

Token-Ring имеет связь кольца, хотя внешне это больше похоже на звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа. Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию. В действительности же абоненты объединяются в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого, так сказать, по кругу. Концентратор MAU при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и другие организационные моменты. Никакой обработки информации не производится. Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU – Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если выполняются такие условия, как подключение к концентратору и исправность абонента. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента, то есть, попросту исключает этот компьютер из цепочки. Блок срабатывает по сигналу постоянного тока, который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Или же абонент может самостоятельно отключиться от кольца и произвести процедуру самотестирования. Что касается концентратора, по конструкции он представляет собой автономный блок с десятью разъемами на передней панели. Восемь центральных разъемов нужны для подключения компьютеров с помощью адаптерных или радиальных кабелей. Два крайних же разъёма (входной и выходной) нужны для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей. Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи. Концентратор в сети может быть единственным (тогда в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему). Если же нужно подключить к сети более восьми абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию. Кольцевая топология имеет высокую чувствительность к обрывам кабеля кольца. Поэтому в Token-Ring предусмотрен режим сворачивания кольца, при помощи которого можно обойти место обрыва. В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них. В случае одиночного повреждения кабеля сеть передаёт по обоим кабелям, обходя таким образом поврежденный участок. Порядок обхода абонентов сохраняется. Правда, увеличивается суммарная длина кольца. В случае же множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей , не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность. Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Это никак не помогает сети в целом, однако позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть её функций. Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в кластер , внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру. [Источник 3]

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU – 12;
максимальное количество абонентов в сети – 96;
максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором – 45 метров;
максимальная длина кабеля между концентраторами – 45 метров;
максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы – 120 метров;
скорость передачи данных – 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Операции

Станции в локальной сети Token Ring логически организованы в кольцевой топологии с последовательной передачей данных от одной кольцевой станции к другой с управляющим токеном, циркулирующим вокруг кольцевого контроля доступа. Похожими механизмами передачи маркера пользуются ARCNET, token bus, 100VG-AnyLAN (802.12), FDDI и они имеют теоретические преимущества над CSMA/CD раннего Ethernet. Итак, перейдём непосредственно к функционированию Token Ring.

Контроль доступа

Узлы доступа с числовым программным управлением и контролем доступа

Физически сеть Token Ring соединена звездой (а не кольцом, как следует из названия). MAU может присутствовать в виде концентратора или переключателя; поскольку у Token Ring не было коллизий, многие MAU были изготовлены в качестве концентраторов. Хотя кольцо маркеров работает на LLC, оно включает маршрутизацию источника для пересылки пакетов за пределы локальной сети.

Кабели и интерфейсы

Передача маркера

Token Ring и IEEE 802.5 - главные примеры сетей с передачей маркера. Маркер - это небольшой блок, перемещаемый вдоль сети. Владение этим маркером гарантирует сети право передачи данных. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс). При максимальном количестве абонентов 260 полный цикл работы кольца составит 260 x 10 мс = 2,6 с. За это время все 260 абонентов смогут передать свои пакеты. За это же время свободный маркер обязательно дойдет до каждого абонента. Этот же интервал является верхним пределом времени доступа Token-Ring. Если у станции есть информация, подлежащая передаче, она захватывает маркер, изменяет у него один бит, дополняет информацией, которую сам хочет передать и затем уже отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок движется по кольцу, маркер в сети отсутствует, поэтому другие станции вынуждены ожидать своей очереди для передачи информации. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть путаниц. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных. Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок окончательно удаляется после достижения станции, отославшей его. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения. [Источник 4]

Типы кадров

Маркер

Когда ни одна станция не отправляет фрейм, специальный кадр маркера прокручивает цикл. Он повторяется от станции к станции до прибытия на станцию, которая должна отправлять данные. Маркеры имеют длину 3 байта и состоят из разделителя начала, байта управления доступом и конечного разделителя.

Завершение кадра

Используется для отмены передачи передающей станцией

Данные

Кадры данных содержат информацию для протоколов верхнего уровня, в то время как фреймы команд управляют информацией и не имеют данных по протоколам верхнего уровня. Кадры данных /команд различаются по размеру в зависимости от размера информационного поля.

Начальный разделитель

Каждый абонент сети (его сетевой адаптер) должен выполнять следующие функции:

Выявление ошибок передачи;
Контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);
Контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.
Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.

Читайте также: