Лекция "Метод доступа token ring, кадр и архитектура сетей"

тема 4 вопрос 26 метод доступа token ring, кадр и архитектура сетей. обеспечение отказоустойчивости сети Применяется для топологии "Кольцо". Это более сложный метод, чем Ethernet т. к. имеет свойство  отказоустойчивости. Метод Token Ring активно продвигается фирмой IBM. При этом методе доступа используется посылка маркера для обеспечения равного доступа к сети каждого ПК. Каждый ПК не может посылать данные пока он не получит маркер. Причем не может быть  одновременная посылка данных в сеть от двух ПК. Отказоустойчивость обеспечивается тем, что посланный кадр всегда возвращается на ПК­отправитель,  имея в себе признак подтверждения того, что кадр принят. Для контроля сети один из ПК выполняет роль активного монитора. Если произошел отказ активного монитора, то остальные ПК начинают процедуру выбора нового  активного монитора. Все ПК в кольце ретранслируют кадр. Если кадр попал на ПК­назначения, то кадр копируется в буфер  этого ПК. Для связи между ПК в кольце применяются концентраторы типа MAU и MSAU.     Сети Token Ring в качестве среды передачи данных используют витую пару и оптоволокно. Они могут  работать на двух скоростях 4 или 16 Мбит/сек. Максимальное количество ПК в такой сети – 260. Максимальная длина кольца – 4 км. Метод доступа Token Ring  Метод доступа «маркерное кольцо» (Token Ring) разработан компанией IBM и остается одной из  основных технологий локальных сетей, хотя уже и не столь популярной, как Ethernet. Скорость передачи  данных в старых версиях маркерных сетей равна 4 Мбит/с или 16 Мбит/с, а в новых скоростных сетях ­  100 Мбит/с. Метод передачи данных в маркерном кольце использует топологию физической звезды в  сочетании с логикой кольцевой топологии. Несмотря на то, что каждый узел подключается к  центральному концентратору, пакет перемещается от узла к узлу так, будто начальная и конечная точки  отсутствуют. Каждый узел соединяется с другими при помощи модуля множественного доступа  (Multistation Access Unit, MAU). MAU ­ это специализированный концентратор, обеспечивающий передачу пакета по замкнутой цепочке компьютеров. Поскольку пакеты движутся по кольцу, на рабочих станциях  или в модуле MAU отсутствуют терминаторы. Маркер ­ специальный фрейм, который непрерывно передается по кольцу для определения момента,  когда некоторый узел может отправить пакет. Этот фрейм имеет длину 24 бита и состоит из трех 8­ битных полей: признака начала (SD), поля управления доступом (АС) и признака конца (ED). Признак  начала ­ это комбинация сигналов, отличных от любых других сигналов сети, что предотвращает  ошибочную интерпретацию поля. Он выглядит как сигнал отсутствия данных. Эта уникальная комбинация восьми разрядов может распознаваться только как признак начала фрейма (SOF). оле управления доступом (8­битное) указывает на то, прикреплен ли к маркеру фрейм, содержащий  данные, то есть это поле определяет, несет ли фрейм данные или он свободен для использования  некоторым узлом. Признак конца также представляет собой уникальным образом закодированный сигнал  отсутствия данных. Его восемь разрядов представляют сигнал, который невозможно спутать с признаком  начала или интерпретировать как данные. Эта часть маркера определяет, должен ли узел еще передавать  последующие фреймы (идентификатор последнего фрейма). Также она содержит информацию об  ошибках, обнаруженных другими станциями. В большинстве реализаций в кольце может быть только один маркер, хотя спецификации IEЕЕ разрешают  применение двух маркеров в сетях, работающих с частотой 16 Мбит/с и выше. Прежде чем некоторый узел начнет передачу, он должен перехватить маркер. Пока активный узел не закончит работу, ни один другойузел не может захватить маркер и передавать данные. Станция, захватившая маркер, создает фрейм,  имеющий признак начала и поле управления доступом в начале этого фрейма. Признак конца помещается  в конце данного фрейма. Полученный фрейм посылается по кольцу и передается до тех пор, пока не  достигнет целевого узла. Целевой узел изменяет значения двух разрядов, указывая на то, что фрейм  достиг пункта назначения, и что данные были прочитаны. Затем целевой узел помещает фрейм обратно в  сеть, где тот передается по кольцу до тех пор, пока передающая станция не получит этот фрейм и не  проверит факт его получения. После этого передающая станция формирует следующий фрейм с маркером и инкапсулированными данными или же создает маркер без данных, возвращая маркер в кольцо для того,  чтобы другая станция могла его использовать. На рис. 3.3 показан фрейм маркерного кольца с полями маркера, добавленными к полям данных. Первые  16 разрядов занимают поля признака начала и управления доступом. Затем следует поле управления  фреймом. Это поле идентифицирует фрейм как фрейм данных или как фрейм, предназначенный для  управления сетью (например, как фрейм, содержащий коды сетевых ошибок). Следующие два поля имеют  длину 16 или 48 бит и используются для адресации. Первое поле содержит адрес узла назначения, а второе ­ адрес исходного узла. Далее идет поле данных маршрутизации (RIF), имеющее длину 144 бита или  меньшую. Это поле содержит исходные данные маршрутизации, которые могут использоваться на Сетевом уровне модели OSI. Следующие три поля ­ поле целевой точки доступа к службе (DSAP), поле исходной точки доступа к  службе (SSAP) и поле управления (CTRL) ­ имеют такие же функции и размер, как и во фреймах 802.3 и  Ethernet II. Поле DSAP определяет точку SAP узла назначения, а поле SSAP указывает, от какой точки  доступа данный фрейм был послан, например Novell или TCP/IP. 8­ или 16­битное поле управления  определяет, содержит фрейм данные или информацию для управления ошибками. Поле данных следует за  полем управления. Оно содержит данные или коды ошибок, используемые для управления сетью. Поле  данных не имеет предопределенного размера. 32­бит­ное поле контрольной суммы (FCS) применяется для  проверки целостности всего фрейма. Как и во фрейме Ethernet, в нем используется алгоритм контроля с  избыточным кодированием (CRC), позволяющий гарантировать правильность передачи и получения  сигнала. Контрольная сумма в полученном фрейме должна совпадать с посланным значением. Последняя часть маркера ­ признак конца ­ следует за полем контрольной суммы фрейма. Это поле  содержит информацию, сообщающую принимающему узлу о достижении конца фрейма. Также поле  указывает на то, будет ли послан следующий фрейм из исходного узла или же данный фрейм последний.  Кроме того, данное поле может содержать информацию о том, что другие станции обнаружили ошибки во  фрейме. Если фрейм содержит ошибку, он удаляется из сети и затем посылается заново передающим  узлом. Последнее поле во фрейме маркерного кольца представляет собой 8­битное поле состояния фрейма. Два  разряда этого поля особенно важны для передающего узла: разряд распознавания адреса указывает на то,  что целевой узел "увидел" свой адрес, содержащийся во фрейме; разряд копирования фрейма определяет,  скопировал ли целевой узел посланный фрейм или же при этом были ошибки. В каждом маркерном кольце один узел выполняет функции монитора активности или диспетчера. Обычно  эти задачи выполняет первая станция, обнаруженная после запуска сети. Диспетчер отвечает за  синхронизацию пакетов в сети и за генерацию нового фрейма маркера в случае возникновения проблем.  Через интервалы в несколько секунд диспетчер рассылает широко­вещательный фрейм подуровня MAC,  свидетельствующий о работоспособности диспетчера. Широковещательный фрейм или пакет адресуетсявсем узлам сети. Другие узлы рабочих станций являются резервными диспетчерами. Периодически они  генерируют широковещательные фреймы, называемые фреймами наличия резервных диспетчеров,  подтверждающие работоспособность узлов и их способность заменить активный диспетчер в случае его  отказа. Широковещательный фрейм формируется на Канальном уровне модели OSI, и его поле назначения  заполняется двоичными единицами. Широковещательный пакет формируется на Сетевом уровне модели  OSI в сетях, использующих протокол IP. Его адрес назначения равен 255.255.255.255. Помимо  широковещательных, существуют однонаправленные пакеты, которые передаются только целевому узлу,  для которого предназначен конкретный пакет. Кроме того, бывают многоабонентские пакеты, которые  отправитель рассылает нескольким целевым узлам, при этом каждый из этих узлов получает копию  пакета.  Если широковещательные посылки от активного или резервных диспетчеров отсутствуют, кольцо  переходит в состояние "испускания маяка". Это состояние начинается с того момента, когда некоторый  узел генерирует так называемый фрейм маяка, указывающий на обнаружение некоторой ошибки. Кольцо  пытается автоматически устранить ошибку, например, назначая новый активный диспетчер в том случае,  если исходный диспетчер вышел из строя. После перехода в состояние испускания маяка передача  маркеров с данными прекращается до момента ликвидации проблемы. Маркерные кольца являются весьма надежной топологией и поэтому они иногда используются в особо  важных конфигурациях. Одним из преимуществ маркерного кольца по сравнению с сетями Ethernet  является то, что в них редко возникают "широковещательный шторм" или конфликты между рабочими  станциями. Широковещательный шторм иногда случается в сетях Ethernet, когда большое количество  компьютеров или устройств одновременно пытаются передавать данные или же когда компьютеры или  устройства "зацикливаются" на передаче. Также в сетях Ethernet возникают сетевые конфликты, когда  неисправный сетевой адаптер продолжает передачу широко­вещательных пакетов, несмотря на занятость  сети. Такие проблемы редко встречаются в маркерных сетях, поскольку в каждый момент времени только  один узел может передавать данные.