Сети Token Ring. Метод доступа к разделяемой среде для сетей Token Ring 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Стандарт IEEE 802.5 и строение сетей Token Ring.

Сети указанного стандарта можно назвать кольцом, которое построила компания IBM, поскольку этот стандарт незначительно отличается от маркерного кольца (Token Ring) сети IBM. Сети Token Ring, также как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков сетевого кабеля, соединяющих все узлы сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный алгоритм. Этот алгоритм основан на передаче узлу прав на использовании кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token). На момент появления сети Token Ring работали с двухбитовыми скоростями: 4 и 16 Мбит/сек. К настоящему времени фирма IBM предложила новый вариант технологии Token Ring, который назван High-Speed Token Ring (HSTR). Эта новая технология поддерживает битовые скорости передачи данных в 100 и 155 Мбит/сек, сохраняя при этом особенности технологии Token Ring, работающей на скорости 16 Мбит/сек. Смешение станций или узлов, работающих на различных скоростях в одном кольце, не допускается.

Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. Для контроля сети один из узлов играет роль активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца, критерием выбора служит максимальное значение MAC-адреса. Если активный монитор выходит из рабочего состояния, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Для того чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, он в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции начинают процедуру выбора нового активного монитора.

Для обеспечения доступа узлов к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения – маркер. Получив маркер, узел анализирует его и при отсутствии у него данных для передачи, обеспечивает его продвижения к следующему узлу. Узел, который имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ему право доступа к физической среде (разделяемой среде) передачи данных. Далее этот узел выдает в кольцо кадр данных установленного формата. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении. Кадр снабжен заголовком, в котором находится MAC-адрес получателя и MAC-адрес отправителя. Все узлы кольца ретранслируют кадр побитно как повторители. Когда кадр проходит через узел назначения, то, распознав свой MAC-адрес в заголовке пришедшего кадра, узел копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в заголовок кадра признак подтверждения приема. Узел, выдавший кадр, при обратном его получении с подтверждением приема, изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Рассмотренный алгоритм доступа к среде передачи данных используется только в сетях Token Ring со скоростью передачи 4 Мбит/с.

В сетях Token Ring на скорости 16 Мбит/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемым алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с этим алгоритмом узел передает маркер доступа следующему узлу сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с блоком подтверждения о приеме узлом назначения. В этом случае по кольцу одновременно продвигаются кадры нескольких узлов, тем не менее, свои кадры в каждый момент времени может генерировать только один узел – тот, который в данный момент времени владеет маркером доступа, остальные узлы в это время только повторяют чужие кадры. При этом принцип разделения кольца во времени сохраняется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов данных, передаваемых кадрами, могут назначаться различные приоритеты: от нулевого (самый низкий) приоритета до седьмого (наивысший). Решения о приоритете конкретного кадра принимает передающий узел (протокол Token Ring получает это параметр через межуровневые интерфейсы от протоколов верхнего уровня, например прикладного). Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Узел имеет право захватить переданный ей маркер, только в том случае, если приоритет кадра, который этот узел хочет передать, выше или равен приоритету маркера, в противном случае узел обязан передать маркер следующей по кольцу станции. За наличие в сети маркера, причем единственной его копией, отвечает активный монитор, если активный монитор не получает маркер в течение определенного времени (примерно 2.6 секунд), то он порождает новый маркер.

Несмотря на то, что механизм приоритетов в технологии Token Ring имеется, он начинает работать только в том случае, если приложения или прикладной протокол решают его использовать, иначе все узлы будут иметь равные права доступа к кольцу, что в основном и происходит на практике. Это объясняется тем, что большая часть приложений этим механизмом не пользуется. Это связано с тем, что приоритеты кадров поддерживаются не всеми сетевыми технологиями (например, в сетях Ethernet они отсутствуют вовсе), поэтому приложение будет вести себя по-разному, в зависимости от сетевой технологии физического и канального уровней, что не желательно. В современных сетях приоритетность обработки кадров обычно обеспечивается маршрутизаторами, которые поддерживают ее независимо от используемых протоколов канального уровня.