6. Кольцевые сети

1. Сети с маркерным методом доступа (стандарт ieee 802.5)

Наиболее распространенной среди кольцевых локальных сетей с маркерным методом доступа является сеть Token Ring. Фирма IBM провела большую работу по стандартизации сети Token Ring, в результате чего она была принята сначала в качестве стандарта IEEE 802.5, а затем и международного стандарта ISO/DIS 8802/5. В настоящее время используются сети со скоростью 16 Мбит/с и более. Наряду с более высокой скоростью передачи в этих сетях используются кадры длиной 18000 байт, что в четыре раза больше стандартной длины.

Сеть Token Ring является кольцевой по способу организации передающей среды, но ни в коей мере по своей топологии, которая может быть достаточно сложной и больше напоминает звездообразную структуру, чем кольцевую. Внешне ее бывает трудно отличить от таких сетей, как Ethernet, Arcnet и им подобных. Два момента определяют отличие от IEEE 802.4 — это передача кадров только в одном направлении и полный цикл вращения кадра данных. Сравнивая маркерный метод доступа в сетях с шинной и кольцевой топологией, необходимо отметить два основных отличия. Во-первых, в кольцевых сетях кадры данных, как и кадр маркера, передаются в одном направлении по кольцу независимо от месторасположения станций. Во-вторых, протокол IEEE 802.5 предусматривает полный цикл вращения кадра данных, то есть кадр должен возвращаться его отправителю. При этом получатель дополняет кадр информацией о результате его приема. Только после этого маркер «освобождается» и передается дальше по кольцу.

Стандартом определено три типа кадров, это:

• кадр данных;

• кадр маркера;

• кадр прерывания.

По принципу построения кадр данных (рис. 19) стандарта IEЕЕ 802.5 аналогичен кадру данных стандарта IEEE 802.4. Различие заключается в отсутствии преамбулы и наличии полей: «управление доступом к передающей среде» (УД) и «состояние кадра» (СК).

Байты	1	1	1	2(6)	2(6)	n	4	1	1
	НО	УД	УК	АП	АО	Данные	КПК	КО	СК
		РРР ТМ RRR

Рис. 19 — Структура кадра стандарта IEEE 802.5,

где НО — начальный ограничитель;

УД — управление доступом;

Р — бит приоритета кадра;

Т — бит маркера;

М — бит монитора;

R — бит резервирования приоритета;

УК — указатель кадра;

АП — адрес получателя;

АО — адрес отправителя;

КПК — контрольная последовательность кадра;

КО — конечный ограничитель;

СК — состояние кадра

Начальный ограничитель служит для указания начала кадра и представляет собой следующую комбинацию бит JKOJKOOO, где J и К — символы «не данные». Для представления данных используется манчестерское кодирование, характерной особенностью которого является то, что в середине временного интервала каждого разряда осуществляется изменение уровня сигнала на противоположное. Отсутствие этого изменения говорит о том, что символ не принадлежит манчестерскому коду и не может встретиться ни в какой последовательности данных. В начальный и конечный ограничитель специально вводятся символы, не соответствующие манчестерскому кодированию, которые поэтому и называются «не данные». При передаче разряда J или К полярность сигнала не меняется в течение всей его длительности. Попарная передача сигналов J. и К используется для устранения длительной передачи сигналов одной полярности.

В сети используется приоритетный метод доступа, для организации которого введено поле управления доступом (см. рис. 19). Три бита (РРР) этого поля определяют текущий приоритет кадр и могут принимать значения от. 111 до 000, причем значение 111 соответствует высшему, значение 000 — низшему приоритету.

Бит Т называется битом маркера и позволяет отличить кадр маркера от кадра данных. Значение бита Т равное нулю указывает на кадр маркера, а его единичное значение — на кадр данных.

Бит М называется битом монитора и служит для предотвращения постоянной циркуляции кадра данных или маркера по кольцу. При формировании кадра биту М присваивается значение 0. Когда кадр проходит через управляющую (мониторную) подсистему, нулевое значение бита М меняется на 1. При повторном прохождении кадра или кадра маркера с нулевым приоритетом через мониторную подсистему, о чем свидетельствует Т=1, этот кадр удаляется из кольца.

Биты резервирования приоритета (RRR) используются с целью предварительного запроса станцией требуемого приоритета.

Поле указателя кадра определяет тип кадра данных, а также его функции.

Следующие два поля имеют одинаковую структуру и используются для задания адресов получателя и отправителя, которые могут состоять из двух или шести байт каждый. Стандартом предусмотрена иерархическая организация адресов, форматы которых^; представлены на рис. 20.

	И/Г	Номер кольца	Адрес станции
Число бит	1	7	8

а) двухбайтный адрес

	И/Г	У/Л	Номер кольца	Адрес станции
Число бит	1	1	14	32

б) шестибайтный адрес

Рис. 20 — Структура поля адреса получателя

Первый разряд (И/Г) первого байта адреса содержит признак способа адресации: индивидуальный (И/Г = 0) или групповой (И/Г = 1). В первом случае адресуется один логический объект или станция, во втором — несколько логических объектов или станций. Сам же адрес состоит из номера кольца и адреса станции внутри его. В случае многокольцевой топологии это позволяет существенно упростить процесс адресации объектов других колец. В 48-разрядный адрес (рис. 20) дополнительно вводится разряд указателя (У/Л) способа назначения адресов. Значение У/Л = 0 определяет универсальный способ назначения адресов. При У/Л = 1 назначение адресов осуществляется локальным образом в рамках каждой подсети.

Поле данных может иметь любую длину, кратную байту с учетом ограничения на время вращения маркера. Формат поля данных зависит от типа кадра. Для кадров управления логическим каналом структура этого поля определяется стандартом IEЕЕ 802.2.

Поле контрольной последовательности кадра содержит остаток, полученный в результате деления содержимого кадра на образующий полином.

Конечный ограничитель имеет следующую структуру: JK1JK1IE, где I — разряд признака промежуточного кадра; Е — разряд признака ошибки. Значение разряда I, равное единице, указывает, что кадр является первым или промежуточным в последовательности кадров. Нулевое значение разряда указывает, что данный кадр единственный или последний в последовательности кадров. Разряд Е используется для индикации ошибки.

Поле состояния кадра (СК) имеет вид АСrrАСrr, где А — бит опознавания адреса; С — индикация копирования кадра; r — резервные разряды. Значение разряда А устанавливается в единицу станцией, опознавшей в кадре свой собственный адрес.

Функционирование сети обеспечивается с помощью управляющих кадров и рассматривается как выполнение ряда взаимосвязанных процессов. Управление работой сети осуществляется централизованным способом с помощью так называемого активного монитора, являющегося главным менеджером связи в кольце. Следует заметить, что активным монитором может быть любая, но в каждый конкретный момент только одна станция. Активный монитор отвечает за передачу управляющей информации и данных всеми станциями кольца. В том числе он отвечает за поддержку главного тактового генератора, осуществляет требуемую задержку передачи, следит за потерянными кадрами и маркером. Однако активный монитор не берет на себя абсолютно все функции управления кольцом, часть их выполняется другими станциями сети, которые в этом случае называются пассивными мониторами.

Наряду с процессом передачи данных в сети предусмотрен ряд управляющих процессов. С помощью этих процессов обеспечивается контроль и управление функционированием сети. Сюда относятся такие процессы как очистка кольца; определение соседних станций; подключение новых станций; соревнование за право быть активным монитором; управление кадрами и маркером; сигнализация о неисправностях.

В качестве дополнительных (факультативных) возможностей обеспечивается механизм приоритетного доступа к передающей среде. Определено четыре класса обслуживания с номерами 6, 4, 2, 0 и приоритетом в порядке убывания номера класса. Возможность передачи кадров данных определяется с помощью следующих величин:

• ТНТ — время удержания маркера;

• TRTn — заданное для класса n время вращения маркера;

• TRT — реальное время вращения маркера.

Подключение станции к передающей среде осуществляется с помощью кабеля сопряжения со средой и специального блока подключения к среде. Кабель сопряжения со средой представляет собой две витых пары проводников, одна из которых служит для передачи, а вторая — для приема данных. Категория используемого кабеля может быть различной, что в основном влияет на его длину. Со стороны блока подключения используется нормально замкнутый разъем данных IBM. При рассоединении этого разъема контакты его ответной части замыкают соответствующие линии магистрального канала (рис. 21,а), а в случае подключения кабеля сопряжения магистральный канал коммутируется на принимающую и передающую пары проводников (рис 21,б). Со стороны сетевого адаптера может использоваться штекерный разъем типа DB9 или телефонный разъем RJ45.

а) режим ретрансляции

б) режим связи со станцией

Рис. 21 — Режимы работы блока подключения

Как правило, активные и пассивные многостанционные устройства размещаются в одной или нескольких стойках кабельных соединений, к которым и подключаются сетевые станции. В этом случае топология сети приобретает явно выраженный звездообразный характер.