6. Лок.Сети на основе разделяемой среды. Маркерные методы доступа. Технология Token Ring. Технология fddi

Рассм. отличные от Ethernet технологии, кот. также прим-ся в лок.сетях с разделяемой средой. К ним относятся технологии Token Ring и FDDI, кото­рые долгое время успешно работали в лок.сетях, требующих повышенных пок-лей надежности, производительности и области охвата. До появления коммутируемых лок. сетей эти технологии превосходили Ethernet по указанным пок-ям. Поэтому именно им отдавалось предпочтение при построении магистралей лок.сетей или сетей фин. и правит-ных организаций, т.е. там, где надежность и производительность особенно необходимы. В технологиях Token Ring и FDDI применяется детерминированный ме­тод доступа, позволяющий разделять среду более эффективно и даже обеспечивать парамет­ры QoS для трафика реального времени.

Технологии Token Ring и FDDI, используя кольцевую топологию физич. связей, способны автоматически контролировать работосп-сть сети. Сети FDDI, кроме того, обесп-­ют автоматич. восст-е сети после отказа, для чего, как и в сетях SDН, применяет­ся двойное кольцо для соединения узлов.

Беспроводная среда явл. разделяемой по своей физ. природе. Рассмотрим 2 беспроводные технологии, IЕЕЕ 802.11 и Bluetooth(IЕЕЕ 802.15.1). 1-ая по­зволяет создавать беспроводные лок.сети, а 2-ая относится к персональным сетям. В каж. из них исп-ся собственные методы доступа к среде.

Технология Token Ring была разработана компанией IВМ в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IЕЕЕ 802, кот. на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IВМ в течение долгого времени использовала технологию Token Ring как свою основную сетевую технологию построения лок.сетей на основе компьютеров разл. классов — мэйн­фреймов, мини-компьютеров и персон.компов. Однако в последнее время даже в продукции компании IВМ доминируют представители семейства Ethernet.

Сети Token Ring работают с 2мя битовыми скоростями — 4 и 16 Мбит/с. Сме­шение в одном кольце станций, работающих на разных скоростях, не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некот. усо­вершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring сложнее, чем Ethernet. Она обладает некот. началь­ными св-ми отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процеду­ры контроля работы сети, которые опираются на св-во обр.связи, изна­чально присущее кольцеобразной структуре- посланный кадр всегда возвра­щается к станции-отправителю. В некот.случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, напр, мб восстановлен по­терянный токен. В др.случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполн-ся вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети 1 из станций исполняет роль т.н. активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца, кри­терием выбора служит max зн-е МАС-адреса. Если активный мо­нитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выби­рается нов. активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генериру­ет спец.кадр, обозначающий его присутствие. Если этот кадр не появля­ется в сети более 7 сек, то ост. станции сети начинают процедуру вы­боров нового активного монитора.

Доступ с передачей токена

Сети Token Ring пользуются разделяемой средой путем передачи токена. Остановимся более детально на некот. особ-тях этого метода, присущих технологии Token Ring 4 Мбит/с, описанной в стандарте 802,5.

В сети Token Ring любая станция всегда непосредственно получает данные толь­ко от одной станции — той, которая явл.предыдущей в кольце. А передает данные своему ближайшему соседу вниз по потоку данных. Получив токен, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для пе­редачи продвигает токен к след.станции. Станция, кот.имеет данные для передачи, при получении токена изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физ.среде для передачи своих данных. Затем эта станция вы­дает в кольцо кадр данных установленного формата послед-но по битам. Кадр снабжается адресами приемника и источника. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном напр-ии от одной станции к др. Все станции кольца ретранслируют

[6.1]

кадр побитно, как повто­рители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой

внутр. буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, получив его с подтверждением приема, изымает свой кадр из кольца и передает в сеть новый токен, давая др.станциям сети возможность передавать данные. За наличие в сети токена, причем единственной его копии, отвечает активный монитор. Если активный монитор не получает токен в теч. длительного вре­мени (например, 2,6 с), то он порождает новый токен. Приоритетный доступ в технологии Token Ring предназначен для поддержки требований QоS приложений. Однако разработчики приложений для лок.сетей практически им не пользовались.

Физический уровень технологии Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IВМ изначально предусматривал построение свя­зей в сети с пом. концентраторов, называемых устройствами многостанционного доступа (Multy-Station Ассеss Unit, МАU, или МSАU). Сеть Token Ring может включать до 260 узлов. Исп-ние концентраторов при­водит к тому, что сети Token Ring имеют физическую топологию звезда, а логи­ческую — кольцо.

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 концентратор не выполняет. Такое MSAU-устр-во можно считать простым кроссовым блоком за одним исключением — MSAU обеспечивает обход какого-либо порта, когда присоединенный к этому порту комп выключают. Такая ф-я необх-ма для обесп-я связности кольца вне завис-ти от состояния подключенных комп-ов. Обычно об­ход порта вып-ся за счет релейных схем, кот. питаются постоянным током от сетевого адаптера, а при выкл. сетевого адаптера нормально замкнутые контакты реле соединяют вход порта с его выходом.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов и поэтому его можно назвать повторителем.

Если концентратор является пассивным устройством, то качеств.передача сигналов на бол.расстоя­ния, кот.возникают при вкл. в сеть неск. сот комп-ов осуществляется при том, что роль усилителя сигналов в этом случае берет на себя каж. сетевой адаптер, а роль синхронизирующего блока — сетевой адаптер активного монитора кольца. Каж.сетевой адаптер Token Ring имеет блок повторения, кот.умеет регенерировать и синхронизировать сигналы, однако последнюю ф-ю выполняет в кольце только блок повторения активного мо­нитора. В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую кон­фигурацию. Конечные узлы подключаются к МSАU-устройствам по топологии звезды, а сами концентраторы объединяются через специальные порты RingIn (RI) и RingOut (RО), образуя магистральное физическое кольцо. Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных стан­ций и концентраторов различные типы кабеля: SТР типа 1, UТР типа 3, UТР типа 6, а также волоконно-оптический кабель. При использовании экранирован­ной витой пары SТР типа 1 из номенклатуры кабельной системы IВМ в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров, а при использовании неэкранированной витой пары max кол-во станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров. Расстояние м/у пассивными концентраторами может достигать 100 м при исп-ии кабеля SТР типа 1 и 45 м при использовании кабеля UТР типа 3. М/у активными концентраторами max расстояние ув-ся соответственно до 730 или 365 м в зависимости от типа кабеля.

Маркерные методы доступа

К маркерным методам доступа относятся 2 наиб. извест­ных типа передачи данных по лок.сети: маркерная шина (стандарт IЕЕЕ 802.4) и маркерное кольцо (стандарт IЕЕЕ 802.5).

Маркер — это упр-щая послед-ть бит, передава­емая компьютером по сети. Марке предназначен для упр-я доступом к сети комп-ов в маркерных методах доступа.

Маркер вкл в себя три поля длиной в 1 байт каждое (рис. 7.2):

[6.2]

Начальный ограничитель SD(Star Delimiter), предст-щий собой уникальную послед-ть JK00JK000, которую нельзя спутать ни с одной битовой посл-тью внутри кадра;

управление доступом АС (Ассеss Соntгоl), состоящее в свою очередь еще из 4х полей: РРР — битов приоритета, Т — бита маркера (при Т = 1 передаваемый кадр — маркер доступа), М — бита монитора (устанавливается в 1 активным монитором и в 0 другими станциями сети), RRR — резервные биты;

конечный ограничитель ЕD (Епd Delimiter), который, как и начальный ограничитель, содержит уникальную последователь­ность JK1LJK1, а также два бита признаков; I(Intermediate), ука­зывающий, является ли кадр последним в серии кадров или про­межуточным (I = 1), Е (Егтог) — признак ошибки.

Станция, имеющая данные для передачи, получив маркер, изымает его из кольца, тем самым получая право на передачу информации, и заменяет его кадром данных установленного фор­мата, содержащего след. поля: нач. ограничитель SD, упр-е кадром FС (Frame Соntгоl), адрес назначения DА (Destination Adress), адрес источника SA (Sourse Adress), дан­ные (INFO), контр.сумма (INFO), контр.сумма FCS (Frame Check Sequence), конечный ограничитель ЕD, статус кад­ра FS(Frame Status).

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface — распределенный интерфейс передачи данных по оптоволокну) — это первая технология лок.сетей, в кот. в кач-ве среды передачи данных стал применяться волоконно-опти­ческий кабель. Работы по созданию технологий и устройств лок. сетей, исп-щих волоконно-оптические каналы, начались в 80-е годы, вскоре по­сле начала пром. эксплуатации подобных каналов в территор-ых сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института АNSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который описывает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

Основные хар-ки технологии FDDI

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили пе­ред собой след. цели:

-повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

-повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстанов­ления ее после отказов различного рода — повреждения кабеля, некоррект­ной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

-максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способ­ность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе 2 оптоволоконных колец, которые образуют осн. и ре­зервный пути передачи данных м/у узлами сети. Наличие 2х колец — это осн. ср-во повышения отказоустойчивости в сети FDDI.

Узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежно­сти должны быть подключены к обоим кольпам. В технологии FDDI для пеpедачи световых сигналов по оптическим волокнам реализовано кодирование 4В/5В в сочетании с кодированием NRZI. Эта схема приводит к передаче по ли­нии связи сигналов с тактовой частотой 125 МГц.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, этот режим назван сквозным, или транзит­ным. Вторичное кольцо в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может пере­давать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объ­единяется со вторичным (рис. 14.3), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется режимом свертывания колец. Операция свертывания производится средствами

концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощ-я этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном напр-ии (на диаграммах это напр-е изображается против час.стрелки), а по вторичному — в обр. (по час.стрелке). Поэтому при обр-ии общего кольца из 2х колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позво­ляет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI много внимания отводится разл. процедурам, кот. позволяют опр. наличие отказа в сети, а затем произвести необх-ое

[6.3]

реконфигурацию. Технология FDDI дополняет мех-мы обнаружения отка­зов технологии Токеn Ring мех-ми реконфигурирования пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, кот. предоставляет 2-ое кольцо.

Рис. 1. Реконфигурирование колец FDDI при отказе

Кольца в сетях FDDI рассм-ся как общ разделяемая среда передачи данных. Метод доступа к этой среде очень близок к методу доступа сетей Токеn Ring. Станции FDDI прим-ют алгоритм раннего освобождения токена, как и сети Токеn Ring 16 Мбит/с.

Отличия в методах доступа заключаются в следующем:

- Время удержания токена в сети FDDI не является пост. величиной, как в сети Токеn Ring .Это время зависит от загрузки кольца — при неболь­шой загрузке оно растет, а при перегрузках может снижаться до нуля. Однако эти изменения касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания токена по-прежнему остается фиксированной величиной.

-Мех-м приоритетов кадров, принятый в Токен в технологии OSI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уров­ней приоритетов избыточно, дост-но разделить трафик на 2 класса — асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring.

Рис. 2. Стек протоколов технологии FDDI

Специфической особ-ю технологии FDDI является ур-нь администри­рования станции (Station МаnagmenT, SМТ). Именно уровень SМТ вып-ет все ф-ии по админ-нию и мониторингу всех ост. уровней стека протоколов FDDI. В упр-ии кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются спец. SМТ-кадрами для упр-я сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и др.уровней: с пом. физ.ур-ня устраняются отказы сети по физ.причи­нам, напр из-за обрыва кабеля, а с пом. ур-ня МАС — логические от­казы сети, напр потеря нужного внутр. пути передачи токена и кадров данных между портами концентратора.

Как уже отмечалось, для обеспечения отказоустойчивости в стандарте FDDI предусмотрено создание 2х оптоволоконных колец — первичного и вторичного. В стандарте FDDI определены 2типа конечных узлов — станции и концен­траторы. Для подключения станций и концентраторов к сети мб ис­пользован 1 из 2 возможных способов.

-двойное подключение (Dual Attachment, DА) — одновременное подключение к первичному и вторичному кольцам; станция и концентратор, подключенные данным спо­собом, называются соотв-но станция и концентратор двойного подключения (Dual Attachment Station, DAS и Dual Attachment Concentrator, DAC).

-одиночное подключение (Single Attachment, SА) — подключение только к первичному кольцу; станция и концентратор, подключенные данным спо­собом, называются соотв-но станцией одиночного подключения ( Single Attachment station, SАS) и концентратором одиночного подключения (Single Attachment Concentrator, SАС).

[6.4]

Обычно, хотя и не обязательно, концентраторы имеют двойное подключение, а станции — одиночное. Чтобы устройства легче было правильно присоединять к сети, их разъемы маркируются. Разъемы типа А и В должны быть у устройств с двойным подключением; разъем М (Маstег) имеет­ся у концентратора для одиночного подключения станции, у которой ответный разъем должен иметь тип S (S1аvе).

Рис. 3. Подключение узлов к кольцам FDDI

В случае однократного обрыва кабеля м/у устройствами с двойным подклю­чением сеть FDDI сможет продолжить норм. работу за счет автоматиче­ской реконфигурации внутренних путей передачи кадров между портами кон­центратора

Двукратный обрыв кабеля приведет к образованию 2х изолированных сетей FDDI. При обрыве кабеля, идущего к станции с одиночным подключением, она оказывается отрезанной от сети, а кольцо продолжает работать за счет реконфи­гурации внутр-го пути в концентраторе — порт М, к кот. была подклю­чена данная станция, искл-ся из общ. пути.

Для сохранения работосп-сти сети при отключении питания в станции с двойным подключением (например, просто при ее выключении) она должна быть оснащена оптическим обходным переключателем, кот. создаст резервный путь для световых потоков. И, наконец, станции DАS или концентраторы DАС можно подключать к двум портам М одного или 2х концентраторов, создавая древовидную структуру с

основными и резервными связями. По умолчанию порт В поддерживает основ­ную связь, а порт А — резервную. Такая конфигурация называется двухпорто­вым подключением.

Отказоустойчивость поддерживается за счет постоянного слежения концентра­торов и станций уровня SМТ за временными интервалами циркуляции токена и кадров, а также за наличием физ.соед-я м/у соседними портами в сети. В сети FDDI нет выделенного активного монитора — все станции и кон­центраторы равноправны, и при обнаружении отклонений от нормы они начина­ют процесс повторной инициализации сети, а затем и ее реконфигурации.

Реконфигурация внутр.путей в концентраторах и сетевых адаптерах вы­полняется специальными оптическими переключателями, которые перенаправ­ляют световой луч и имеют достаточно сложную конструкцию.

Максимальная общая длина кольца FDDI составляет 100 километров, макси­мальное число станций с двойным подключением в кольце — 500.

Технология FDDI разрабатывалась для ответственных участков сетей — на ма­гистральных соединениях м/у крупными сетями, напр сетями зданий, а также для подключения к сети высокопроизводительных серверов. Поэтому гл. для разработчиков было обеспечить выс. скорость передачи дан­ных, отказоустойчивость на ур-не протокола и бол.расстояния м/у уз­лами сети. Все эти цели были достигнуты. В рез-те технология FDDI полу­чилась кач-ной, но весьма дорогой. Даже появление более дешевого варианта для витой пары не намного снизило стоимость подключения одного узла к сети FDDI. Осн. областью применения технологии FDDI стали ма­гистрали сетей, состоящих из нескольких зданий, а также сети масштаба крупно­го города, то есть класса МАN.