Сети стандарта Token Ring, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с.

Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер (токен) .

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера 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.

При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям, эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера. 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 и приближается к 80 % от номинальной.

Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты.

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором.

В Token Ring существует три различных формата кадров:

Кадp данных;

Пpеpывающая последовательность.

Эта технология была создана организацией IBM в 1984 году. Сети Token Ring работают с 4 и 16 Мбит/с битовыми скоростями. Смешивание работающих на разных скоростях в одном кольце не допускается. Эта технология сложнее чем Ethernet. Имеет несколько начальных характеристик отказоустойчивости. В такой сети используются функции контроля роботы сети, которые работают по принципу обратной связи. Такой принцип работает в кольцеобразной структуре. Отправленный кадр всегда возвращается к отправителю. Иногда ошибки в сети устраняются автоматически. Что уменьшает .

В такой сети используется роль активного монитора для контроля данной сети. Такой монитор выбирается во время подключения кольца, и главные параметром выбора есть максимальное значение MAC-адреса станции. Если во время роботы сети, монитор не подает каждых 3 секунды специальный кадр, то выбирает новый монитор. Выбор случайного монитора есть одна из возможных причин .

В такой сети каждая станция всегда получает данные только от предыдущей станции в сети и передает данные следующей станцией по кольцу. Отправленные данные проходят всегда в одном направлении по кольцу. Когда кадр проходит через станцию адресата, станция опознав свой адрес копирует кадр к себе, и вставляет в кадр данные про подтверждения приема. На рис.1. показан алгоритм такой топологии. На рисунку показано отправка пакета А в кольце, который состоит из 6 станций. Пакет идет от станции к 1 к 3. При прохождении станции 3 (адресата) в пакете А вкладываются два признака — признак А, что пакет распознан, и признак С, что он копируется. Когда пакет возвращается на станцию 1, она распознает пакет по параметру который вложил адресат(станция 3) и удаляет из кольца. здесь работает.

Время удержания токена — это время владения разделяемой средой в сети, которое ограничено константой. Когда время истекло, станция обязана прекратить транслирование личных данных и передать токен далее по кольцу. Обычное время удержание токена — 10 мс, а максимальный кадр в стандарте 802,5 не определен. Для сетей 4 Мбит/с — 4 Кбайт, а для 16 Мбит/с — 16 Кбайт. Это сделано так, что бы станция успела передать хотя бы один кадр. Это сделано для повышения .

Рисунок 1

Также существуют приоритеты кадров — от 0 (низший) до 7 (высший). Станция может удержать токен только если приоритет кадра низший передаваемого личного кадра дальше по сети. Иначе станция должна передать токен без удержания.

Физический уровень технологии

Сеть изначально строилась с использованием также называемых устройства многостационного доступа . Сеть может иметь до 260 узлов. Сеть имеет физическую топологию звезды, а логическую — кольцо. Концентраторы данной сети могут быть активными и пассивными. Пассивных концентратор соединяет порты так, что бы станции создавали кольцо. Он не усиливает и не синхронизацию не выполняет. Активный концентратор же выполняет функции усиления сигналов. И его можно называть повторитель. При множестве пассивных концентраторов, роль усилителя сигналов на себя берет , а роль синхронизации — адаптер активного монитора.

Технология Token Ring разрешает реализовывать разные типы кабелей: UTP-3, STP-1,UTP-6 и волоконно-оптический кабель. В такой топологии нету жёстких ограничений по поводу максимальной длины кольца и количества станций. Все параметры удержания токена, и тд настраиваются. Так что можно построить любые масштабы.

Особенности FDDI

Эта технология прямой потомок Token Ring. Эта сеть основывается на основе двух оптоволоконных колец, которые реализуют резервный и основной путь транспортировки информации между узлами. Наличие двух колец — основное средство повышение отказоустойчивости в сети FDDI. Отличия FDDI от Token Ring:

• Время держания токена в сети FDDI зависит от загрузки кольца, но только для асинхронного трафика.
• Отсутствует приоритеты кадров, есть два класса — синхронный и асинхронный. Синхронный обслуживается всегда даже при перезагрузках кольца.

В сети FDDI возможно подключать станции и концентраторы двума способами.

• Двойное подключение — одновременное подключение к вторичному и первичному кольцам.
• Одиночное подключение — подключение только к первичному кольцу.

Техники подключения показаны на рис.2. И техника реконфигурации показана на рис.3.

Рисунок 2

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).

Поле управления доступом (8-битное) 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 другой узел 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.

Рис. 3.3. Побитовое представление формата фрейма Token Ring 802.5

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 16-битное 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. 32-бит-ное 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 8-битное 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 широко-вещательный фрейм подуровня MAC, свидетельствующий о работоспособности диспетчера. Широковещательный фрейм или пакет адресуется всем 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 широко-вещательных пакетов, несмотря на занятость сети. Такие проблемы редко встречаются в маркерных сетях, поскольку в каждый момент времени только один узел может передавать данные.

Технология Token Ring разработана компанией IBM в 1970-х гг. Сети, построенные на базе Token Ring, были рассчитаны на скорость обменаВ 4 и 16 Мбит/с при числе сегментов до 250. IEEE в 1985 г. приняла даннуюВ технологию в качестве стандарта IEEE 802.5. При этом в стандарте IEEEВ 802.5 топология не оговорена, а сетевая среда не регламентирована.

Схема передачи данных. Станция может начать передачу данных только после получения от предыдущей станции специального кадра -В маркера доступа. Если станция готова к передаче данных, то

• 1) узел-отправитель:
  • ждет получения маркера,
  • захватывает маркер (на определенное время, после истечения которого станция обязана завершить передачу своего очередного кадра и передать маркер доступа следующей станции),
  • меняет в маркере один бит, преобразующий маркер во флаг началаВ кадра, вносит в кадр информацию, подлежащую пересылке,
  • посылает кадр следующей станции ;
• 2) переданный в сеть кадр будет двигаться по сети от станции к станции, пока не попадет в узел, которому он адресован;
• 3) узел назначения:
  • копирует необходимую информацию,
  • устанавливает флаг копирования (FCI), подтверждающий успешнуюВ доставку кадра адресату,
  • возвращает кадр в сеть,
  • кадр продолжает движение по сети от станции к станции, покаВ не попадет в узел-отправитель, где он будет уничтожен; путем контроляВ API (индикатора распознавания кадра адресатом) проверяется, подключена ли к сети станция назначения.

Система приоритетов. В кадре Token Ring за управление доступом отвечают два поля - приоритет и резервирование.

Станция может завладеть маркером только, если ее приоритет равен или выше приоритета маркера. Если маркер уже захвачен и преобразован в информационный кадр, то только станция с приоритетом выше, чемВ у станции отправителя, может зарезервировать маркер на следующий цикл.

Станции, которые подняли приоритет маркера, должны его восстановить после завершения передачи.

Физическое соединение

Топологию сети Token Ring можно рассматривать с двух позиций:

• логически - кольцо;
• физически - звезда.

Отдельные станции присоединяются к сети через специальные концентраторы - многостанционные устройства доступа (Multistation Access Unit, MSAU), которые соединены между собой, образуя кольцо (рис. 4.11 и 4.12).В MSAU может выполнять следующие функции: централизовывать заданиеВ конфигурации, отключать неисправные станции, контролировать работуВ сети и т.д. Для присоединения кабеля к MSAU применяются специальныеВ разъемы, которые обеспечивают замкнутость кольца даже при отключенииВ абонента от сети. Кабель содержит в себе две разнонаправленные линииВ связи. В составе MSAU имеются шунтирующие реле для исключения станций из кольца.

Рис. 4.11.

Механизмы обнаружения и предотвращения сетевых сбоев и ошибок.

В сетях Token Ring существует несколько механизмов обнаружения и предотвращения сетевых сбоев и ошибок:

• присвоение одной из станций функций активного монитора, который играет роль центрального источника синхронизации для других станций сети, удаляет из кольца бесконечно циркулирующие кадры, генерирует новые кадры, осуществляет контроль работоспособности сети путемВ вывода из кольца станций, являющихся источником дефективных кадров;
• перепрограммирование MSAU для проверки наличия проблемВ и выборочного удаления при необходимости станций из кольца;
• применение «сигнализирующего» (beaconing ) алгоритма:
• - станция, обнаружившая неисправность сети, высылает сигнальный блок данных, указывающий домен неисправности, состоящий из станции,

сообщающей о неисправности, ее ближайшего активного соседа, расположенного дальше по течению потока информации, и всего, что находится между ними;

Сигнализация инициализирует процесс автореконфигурации (auto-reconfiguration ), в ходе которого узлы, расположенные в пределах отказавшего домена, автоматически выполняют диагностику, пытаясь реконфигурировать сеть вокруг отказавшей зоны.

Рис. 4.12.

Формат блока данных. В сетях на базе Token Ring циркулируют два тина блока данных: блоки маркеров (рис. 4.13) и блоки данных/командВ (рис. 4.14).

Рис. 4.13.

Рис. 4.14.

Блок маркера имеет длину 3 байта. Блок данных и блок команд могут иметь разные размеры в зависимости от размеров информационного ноля.

Блоки данных переносят информацию для протоколов более высоких уровней, а блоки команд содержат управляющую информацию.

Поле ограничитель начала {Start Delimiter) (длина 1 байт) указывает на начало маркера (или блока данных/команд), содержит сигнальныеВ структуры, которые отличают его от остальной части блока данных.

Поле управление доступом (Access Control) (длина 1 байт) содержит следующие компоненты:

• поле приоритета;
• поле резервирования;
• бит маркера, используемый для дифференциации маркера и блокаВ данных/команд;
• бит монитора, используемый активным монитором для определения,В циркулирз"ет какой-либо блок в кольце непрерывно или нет.

Поле ограничителя конца {End Delimiter) (длина 1 байт) сигнализирует о конце маркера (или блока данных/ команд), содержит также бит для индикации поврежденного блока и бит идентификации блока, являющегося последним в логической последовательности. Поле управление блоком данных (Frame Control) (длина 1 байт) указывает на тип содержимогоВ блока - данные или управляющая информация. В управляющих блокахВ это поле определяет тип управляющей информации. Поля адрес отправителя и адрес получателя идентифицируют станции пункта назначенияВ и источника. Для IEEE 802.5 длина адресов равна 6 байтам. Поле данныеВ {Data) содержит передаваемые данные. Длина этого поля ограничена временем удержания маркера кольца. Поле контрольная сумма (FCS) содержитВ контрольную сумму, зависящую от содержания блока данных, при помощиВ которой проверяется целостность кадра.

Применение. Сеть на базе технологии Token Ring может применяться для приложений, требующих предсказуемости задержки получения информации и высокой надежности, например в сетях сопряжения с мейнфреймами.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• в сетях на базе технологии Token Ring нс может быть коллизий, такВ как передавать информацию по сети может только одна станция, захватившая маркер, остальные станции вынуждены ожидать освобождения маркера;
• можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чемВ любая станция сети сможет начать передачу данных.

Недостатки:

• технология Token Ring представляет собой проприетарный стандартВ (IBM);
• технология Token Ring практически прекратила свое развитие;
• построение сетей на базе технологии Token Ring не получило распространения.

• Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует. Поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать.

Сеть Token-Ring (маркерное кольцо) была предложена компанией IBM в 1985 году (первый вариант появился в 1980 году). Она предназначалась для объединения в сеть всех типов компьютеров, выпускаемых IBM. Уже тот факт, что ее поддерживает компания IBM, крупнейший производитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уделить особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring является в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5 (хотя между Token-Ring и IEEE 802.5 есть незначительные отличия). Это ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet.

Разрабатывалась Token-Ring как надежная альтернатива Ethernet. И хотя сейчас Ethernet вытесняет все остальные сети, Token-Ring нельзя считать безнадежно устаревшей. Более 10 миллионов компьютеров по всему миру объединены этой сетью.

Компания IBM сделала все для максимально широкого распространения своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до принципиальных схем адаптеров. В результате многие компании, например, 3СOM, Novell, Western Digital, Proteon и другие приступили к производству адаптеров. Кстати, специально для этой сети, а также для другой сети IBM PC Network была разработана концепция NetBIOS. Если в созданной ранее сети PC Network программы NetBIOS хранились во встроенной в адаптер постоянной памяти, то в сети Token-Ring уже применялась эмулирующая NetBIOS программа. Это позволило более гибко реагировать на особенности аппаратуры и поддерживать совместимость с программами более высокого уровня.

Сеть Token-Ring имеет топологию кольцо, хотя внешне она больше напоминает звезду. Это связано с тем, что отдельные абоненты (компьютеры) присоединяются к сети не напрямую, а через специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MSAU или MAU - Multistation Access Unit). Физически сеть образует звездно-кольцевую топологию (см. Рисунок 7). В действительности же абоненты объединяются все-таки в кольцо, то есть каждый из них передает информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию от другого.

Рисунок 7. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring

Концентратор (MAU) при этом позволяет централизовать задание конфигурации, отключение неисправных абонентов, контроль работы сети и т.д. (см. Рисунок 8). Никакой обработки информации он не производит.

Рисунок 8. Соединение абонентов сети Token-Ring в кольцо с помощью концентратора (MAU)

Для каждого абонента в составе концентратора применяется специальный блок подключения к магистрали (TCU - Trunk Coupling Unit), который обеспечивает автоматическое включение абонента в кольцо, если он подключен к концентратору и исправен. Если абонент отключается от концентратора или же он неисправен, то блок TCU автоматически восстанавливает целостность кольца без участия данного абонента. Срабатывает TCU по сигналу постоянного тока (так называемый "фантомный" ток), который приходит от абонента, желающего включиться в кольцо. Абонент может также отключиться от кольца и провести процедуру самотестирования (крайний правый абонент на Рисунок 10). "Фантомный" ток никак не влияет на информационный сигнал, так как сигнал в кольце не имеет постоянной составляющей.

Конструктивно концентратор представляет собой автономный блок с десятью разъемами на передней панели (см. Рисунок 9).

Рисунок 9. Концентратор Token-Ring (8228 MAU)

Восемь центральных разъемов (1...8) предназначены для подключения абонентов (компьютеров) с помощью адаптерных (Adapter cable) или радиальных кабелей. Два крайних разъема: входной RI (Ring In) и выходной RO (Ring Out) служат для подключения к другим концентраторам с помощью специальных магистральных кабелей (Path cable). Предлагаются настенный и настольный варианты концентратора.

Существуют как пассивные, так и активные концентраторы MAU. Активный концентратор восстанавливает сигнал, приходящий от абонента (то есть работает, как концентратор Ethernet). Пассивный концентратор не выполняет восстановление сигнала, только перекоммутирует линии связи.

Концентратор в сети может быть единственным (как на Рисунок10), в этом случае в кольцо замыкаются только абоненты, подключенные к нему. Внешне такая топология выглядит, как звезда. Если же нужно подключить к сети более восьми абонентов, то несколько концентраторов соединяются магистральными кабелями и образуют звездно-кольцевую топологию.

Кольцевая топология очень чувствительна к обрывам кабеля кольца. Для повышения живучести сети, в Token-Ring предусмотрен режим так называемого сворачивания кольца, что позволяет обойти место обрыва.

В нормальном режиме концентраторы соединены в кольцо двумя параллельными кабелями, но передача информации производится при этом только по одному из них (см. Рисунок 10).

Рисунок 10. Объединение концентраторов MAU в нормальном режиме

В случае одиночного повреждения (обрыва) кабеля сеть осуществляет передачу по обоим кабелям, обходя тем самым поврежденный участок. При этом даже сохраняется порядок обхода абонентов, подключенных к концентраторам (см. Рисунок 11). Правда, увеличивается суммарная длина кольца.

В случае множественных повреждений кабеля сеть распадается на несколько частей (сегментов), не связанных между собой, но сохраняющих полную работоспособность (см. Рисунок 12). Максимальная часть сети остается при этом связанной, как и прежде. Конечно, это уже не спасает сеть в целом, но позволяет при правильном распределении абонентов по концентраторам сохранять значительную часть функций поврежденной сети.

Несколько концентраторов может конструктивно объединяться в группу, кластер (cluster), внутри которого абоненты также соединены в кольцо. Применение кластеров позволяет увеличивать количество абонентов, подключенных к одному центру, например, до 16 (если в кластер входит два концентратора).

Рисунок 11. Сворачивание кольца при повреждении кабеля

Рисунок 12. Распад кольца при множественных повреждениях кабеля

В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала применялась витая пара, как неэкранированная (UTP), так и экранированная (STP), но затем появились варианты аппаратуры для коаксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте FDDI.

Основные технические характеристики классического варианта сети Token-Ring:

максимальное количество концентраторов типа IBM 8228 MAU - 12;

максимальное количество абонентов в сети - 96;

максимальная длина кабеля между абонентом и концентратором - 45 метров;

максимальная длина кабеля между концентраторами - 45 метров;

максимальная длина кабеля, соединяющего все концентраторы - 120 метров;

скорость передачи данных - 4 Мбит/с и 16 Мбит/с.

Все приведенные характеристики относятся к случаю использования неэкранированной витой пары. Если применяется другая среда передачи, характеристики сети могут отличаться. Например, при использовании экранированной витой пары (STP) количество абонентов может быть увеличено до 260 (вместо 96), длина кабеля - до 100 метров (вместо 45), количество концентраторов - до 33, а полная длина кольца, соединяющего концентраторы - до 200 метров. Оптоволоконный кабель позволяет увеличивать длину кабеля до двух километров.

Для передачи информации в Token-Ring применяется бифазный код (точнее, его вариант с обязательным переходом в центре битового интервала). Как и в любой звездообразной топологии, никаких дополнительных мер по электрическому согласованию и внешнему заземлению не требуется. Согласование выполняется аппаратурой сетевых адаптеров и концентраторов.

Для присоединения кабелей в Token-Ring используются разъемы RJ-45 (для неэкранированной витой пары), а также MIC и DB9P. Провода в кабеле соединяют одноименные контакты разъемов (то есть используются так называемые "прямые" кабели).

Сеть Token-Ring в классическом варианте уступает сети Ethernet как по допустимому размеру, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается скорости передачи, то в настоящее время имеются версии Token-Ring на скорость 100 Мбит/с (High Speed Token-Ring, HSTR) и на 1000 Мбит/с (Gigabit Token-Ring). Компании, поддерживающие Token-Ring (среди которых IBM, Olicom, Madge), не намерены отказываться от своей сети, рассматривая ее как достойного конкурента Ethernet.

По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring заметно дороже, так как используется более сложный метод управления обменом, поэтому сеть Token-Ring не получила столь широкого распространения.

Однако в отличие от Ethernet сеть Token-Ring значительно лучше держит высокий уровень нагрузки (более 30--40%) и обеспечивает гарантированное время доступа. Это необходимо, например, в сетях производственного назначения, в которых задержка реакции на внешнее событие может привести к серьезным авариям.

В сети Token-Ring используется классический маркерный метод доступа, то есть по кольцу постоянно циркулирует маркер, к которому абоненты могут присоединять свои пакеты данных (см. Рисунок 13). Отсюда следует такое важное достоинство данной сети, как отсутствие конфликтов, но есть и недостатки, в частности необходимость контроля целостности маркера и зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности абонент обязательно должен быть исключен из кольца).

Рисунок 13. Классический маркерный метод доступа

Предельное время передачи пакета в Token-Ring 10 мс. При максимальном количестве абонентов 260 полный цикл работы кольца составит 260 x 10 мс = 2,6 с. За это время все 260 абонентов смогут передать свои пакеты (если, конечно, им есть чего передавать). За это же время свободный маркер обязательно дойдет до каждого абонента. Этот же интервал является верхним пределом времени доступа Token-Ring.

Каждый абонент сети (его сетевой адаптер) должен выполнять следующие функции:

выявление ошибок передачи;

контроль конфигурации сети (восстановление сети при выходе из строя того абонента, который предшествует ему в кольце);

контроль многочисленных временных соотношений, принятых в сети.

Большое количество функций, конечно, усложняет и удорожает аппаратуру сетевого адаптера.

Для контроля целостности маркера в сети используется один из абонентов (так называемый активный монитор). При этом его аппаратура ничем не отличается от остальных, но его программные средства следят за временными соотношениями в сети и формируют в случае необходимости новый маркер.

Активный монитор выполняет следующие функции:

запускает в кольцо маркер в начале работы и при его исчезновении;

регулярно (раз в 7 с) сообщает о своем присутствии специальным управляющим пакетом (AMP - Active Monitor Present);

удаляет из кольца пакет, который не был удален пославшим его абонентом;

следит за допустимым временем передачи пакета.

Активный монитор выбирается при инициализации сети, им может быть любой компьютер сети, но, как правило, становится первый включенный в сеть абонент. Абонент, ставший активным монитором, включает в сеть свой буфер (сдвиговый регистр), который гарантирует, что маркер будет умещаться в кольце даже при минимальной длине кольца. Размер этого буфера - 24 бита для скорости 4 Мбит/с и 32 бита для скорости 16 Мбит/с.

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 (запасные, резервные мониторы) принимают решение о назначении нового активного монитора. Для этого абонент, обнаруживший аварию активного монитора, передает по кольцу управляющий пакет (пакет запроса маркера) со своим MAC-адресом. Каждый следующий абонент сравнивает MAC-адрес из пакета с собственным. Если его собственный адрес меньше, он передает пакет дальше без изменений. Если же больше, то он устанавливает в пакете свой MAC-адрес. Активным монитором станет тот абонент, у которого значение MAC-адреса больше, чем у остальных (он должен трижды получить обратно пакет со своим MAC-адресом). Признаком выхода из строя активного монитора является невыполнение им одной из перечисленных функций.