Управление обменом в сети с топологией кольцо (маркерные методы доступа к разделяемой среде)

Кольцевая топология имеет свои особенности при выборе метода управления обменом. В этом случае важно то, что любой кадр, посланный по кольцу, последовательно пройдя всех абонентов, через некоторое время возвратится в ту же точку, к тому же абоненту, который его передавал (так как топология замкнутая). Здесь нет одновременного распространения сигнала в две стороны, как в топологии шина.

Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется алгоритм, 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, основанная на этом методе, была разработана компанией IBM в 1984 году, а затем принята как стандарт.

Метод доступа к кольцу

Работа маркерного метода управления в сети с топологией кольцо представлена на рис. …

Рисунок 4‑6 Маркерный метод управления обменом (СМ–свободный маркер, ЗМ– занятый маркер, МП– занятый маркер с подтверждением, ПД–кадр данных)

По кольцу непрерывно ходит специальный управляющий кадр минимальной длины, маркер, предоставляющий абонентам право передавать свой пакет. Алгоритм действий абонентов:

1. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции.

2. Абонент 1, желающий передать свой кадр, должен дождаться прихода к нему свободного маркера. При получении маркера эта станция 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. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции, т.е. все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители.

4. Если кадр проходит через станцию назначения (в данном случае это абонент 2), то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер (т.е. принимает кадр), и вставляет в кадр признак подтверждения приема и передает посылку (кадр + признак подтверждения приема) дальше по кольцу.

5. Передававший абонент 1 получает свою посылку, прошедшую по всему кольцу, обратно, изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Абонент, желающий передавать, ждет этого маркера, и все повторяется снова.

Приоритет при данном методе управления получается географический, то есть право передачи после освобождения сети переходит к следующему по направлению кольца абоненту от последнего передававшего абонента. Но эта система приоритетов работает только при большой интенсивности обмена. При малой интенсивности обмена все абоненты равноправны, и время доступа к сети каждого из них определяется только положением маркера в момент возникновения заявки на передачу.

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.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного времени, то он порождает новый маркер. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса.

Каждый абонент постоянно следит за тем, как активный монитор выполняет свои обязанности. Если активный монитор по какой-то причине выходит из строя, то включается специальный механизм, посредством которого все другие абоненты принимают решение о назначении нового активного монитора (начинают процедуру выборов). Для этого абонент, обнаруживший аварию активного монитора, передает по кольцу управляющий кадр (кадр запроса маркера) со своим MAC-адресом. Каждый следующий абонент сравнивает MAC-адрес из кадра с собственным. Если его собственный адрес меньше, он передает кадр дальше без изменений. Если же больше, то он устанавливает в кадре свой MAC-адрес. Активным монитором станет тот абонент, у которого значение MAC-адреса больше, чем у остальных (он должен получить обратно кадр со своим MAC-адресом).

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.

В современных модификациях Token Ring 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.