Token Ring - это компьютерная сетевая технология, используемая для построения локальных сетей . Он был представлен IBM в 1984 году и стандартизирован в 1989 году как IEEE 802.5 .
Он использует специальный трехбайтовый фрейм, называемый токеном, который перемещается по логическому кольцу рабочих станций или серверов . Эта передача маркеров является методом доступа к каналу обеспечения справедливого доступа для всех станций, и устранение коллизий из конкурирующих методов доступа основанного.
Token Ring была успешной технологией, особенно в корпоративной среде, но постепенно уступила место более поздним версиям Ethernet .
История [ править ]
В начале 1970-х годов был разработан широкий спектр различных технологий локальных сетей , одна из которых, Cambridge Ring , продемонстрировала потенциал кольцевой топологии передачи токенов , и многие команды по всему миру начали работать над своими собственными реализациями. В Цюрихской исследовательской лаборатории IBM Вернер Букс и Ханс Мюллер, в частности, работали над разработкой технологии IBM Token Ring [1], в то время как ранняя работа в MIT [2] привела к созданию токена Proteon 10 Мбит / с ProNet-10. Кольцевая сеть в 1981 году - в том же году, что производитель рабочих станций Apollo Computerпредставили свою собственную сеть Apollo Token Ring (ATR) 12 Мбит / с, работающую по коаксиальному кабелю RG-6U с сопротивлением 75 Ом . [3] Proteon позже разработал версию со скоростью 16 Мбит / с, работающую по неэкранированной витой паре.
IBM выпустила свой собственный продукт Token Ring 15 октября 1985 года. [4] Он работал со скоростью 4 Мбит / с , и подключение было возможно с ПК IBM, компьютеров среднего уровня и мэйнфреймов. В нем использовалась удобная физическая топология «звезда» и проходила экранированная витая пара. Вскоре после этого он стал основой стандарта (ANSI) / IEEE 802.5. [5]
В это время IBM решительно утверждала [ необходима цитата ], что локальные сети Token Ring превосходят Ethernet , особенно под нагрузкой [6], но эти утверждения яростно обсуждались [ необходима ссылка ] . [7]
В 1988 году более быстрое Token Ring со скоростью 16 Мбит / с было стандартизовано рабочей группой 802.5 [8], а увеличение до 100 Мбит / с было стандартизировано и продано в период упадка существования Token Ring. Однако он так и не получил широкого распространения [9], и хотя в 2001 году был утвержден стандарт 1000 Мбит / с, на рынок не было выпущено ни одной продукции [10], и деятельность по стандартизации прекратилась, поскольку в локальной области доминировали Fast Ethernet и Gigabit Ethernet сетевой рынок.
Адаптер управления IBM Token Ring 100 Мбит / с с функцией Wake On LAN. Присутствуют интерфейсы UTP (RJ45) и STP (IBM Data Connector).
Различные полноразмерные карты Micro Channel Token Ring, включая LANStreamer, который имеет несколько портов RJ45 для использования в сети Token Ring.
Карты сетевого интерфейса Token Ring (NIC) с различными интерфейсами: ISA, PCI и MicroChannel
Madge 4/16 Мбит / с TokenRing ISA NIC
Серия из нескольких 16/4 ранних карт Micro Channel Token Ring, которые были бы заметно установлены во многих машинах Personal System / 2.
Сравнение с Ethernet [ править ]
Ethernet и Token Ring имеют некоторые заметные различия:
- Доступ к Token Ring более детерминирован по сравнению с CSMA / CD Ethernet на основе конкуренции.
- Ethernet поддерживает прямое кабельное соединение между двумя сетевыми интерфейсными картами с помощью перекрестного кабеля или через автоматическое определение, если это поддерживается. Token Ring по своей сути не поддерживает эту функцию и требует дополнительного программного и аппаратного обеспечения для работы при настройке прямого кабельного подключения. [11]
- Token Ring устраняет конфликты за счет использования одноразового токена и раннего выпуска токена для сокращения времени простоя. Ethernet смягчает коллизии за счет множественного доступа с контролем оператора связи и использования интеллектуального коммутатора ; примитивные устройства Ethernet, такие как концентраторы, могут вызывать коллизии из-за слепого повторения трафика. [12]
- Сетевые интерфейсные карты Token Ring содержат весь интеллект, необходимый для автоматического определения скорости, маршрутизации и могут работать на многих блоках многостанционного доступа (MAU), которые работают без питания (большинство MAU работают таким образом, требуя только источника питания для светодиодов ). Сетевые карты Ethernet теоретически могут работать в определенной степени на пассивном концентраторе, но не в качестве большой LAN, и проблема коллизий все еще существует. [13]
- Token Ring использует «приоритет доступа», при котором определенные узлы могут иметь приоритет над токеном. Некоммутируемый Ethernet не обеспечивает системы приоритета доступа, поскольку все узлы имеют равную конкуренцию за трафик.
- Token Ring поддерживает несколько идентичных MAC-адресов (функция, используемая мэйнфреймами S / 390 ). [9] Коммутируемый Ethernet не может без выговора поддерживать повторяющиеся MAC-адреса. [14]
- Token Ring было сложнее, чем Ethernet, и для каждого интерфейса требовался специализированный процессор и лицензионная прошивка MAC / LLC. Напротив, Ethernet включал в себя как (более простую) прошивку, так и более низкую стоимость лицензирования в микросхеме MAC. Стоимость интерфейса Token Ring с использованием MAC и PHY Texas Instruments TMS380C16 была примерно в три раза выше стоимости интерфейса Ethernet с использованием MAC и PHY Intel 82586. [ необходима цитата ]
- Первоначально в обеих сетях использовался дорогой кабель, но после того, как Ethernet был стандартизирован для неэкранированной витой пары с 10BASE-T ( Cat 3 ) и 100BASE-TX ( Cat 5 (e) ), у него появилось явное преимущество, и его продажи заметно выросли.
- Еще более значительным при сравнении общих затрат на систему оказалась гораздо более высокая стоимость портов маршрутизатора и сетевых карт для Token Ring по сравнению с Ethernet. Появление коммутаторов Ethernet могло стать последней каплей. [ необходима цитата ]
Операция [ править ]
Станции в локальной сети Token Ring логически организованы в кольцевую топологию, при этом данные передаются последовательно от одной кольцевой станции к другой с токеном управления, циркулирующим по кольцу, контролирующим доступ. Подобные механизмы передачи токенов используются ARCNET , шиной токенов , 100VG-AnyLAN (802.12) и FDDI , и они имеют теоретические преимущества перед CSMA / CD раннего Ethernet. [15]
Сеть Token Ring можно смоделировать как систему опроса, в которой один сервер обслуживает очереди в циклическом порядке. [16]
Контроль доступа [ править ]
Процесс передачи данных выглядит следующим образом:
- По кольцу непрерывно циркулируют пустые информационные фреймы.
- Когда у компьютера есть сообщение для отправки, он забирает токен. После этого компьютер сможет отправить кадр.
- Затем кадр просматривается каждой последующей рабочей станцией. Рабочая станция, которая идентифицирует себя как место назначения сообщения, копирует его из фрейма и меняет маркер обратно на 0.
- Когда кадр возвращается к отправителю, он видит, что токен был изменен на 0 и что сообщение было скопировано и получено. Удаляет сообщение из кадра.
- Фрейм продолжает циркулировать как «пустой» фрейм, готовый к использованию рабочей станцией, когда у нее есть сообщение для отправки.
Блоки многостанционного доступа и блоки контролируемого доступа [ править ]
Физически сеть Token Ring имеет звездообразную структуру с «MAU» в центре, «руками» к каждой станции и петлей, проходящей туда и обратно через каждую. [17]
MAU может быть представлен в виде концентратора или коммутатора; Поскольку у Token Ring не было коллизий, многие MAU были изготовлены как концентраторы. Хотя Token Ring работает на LLC , оно включает маршрутизацию от источника для пересылки пакетов за пределы локальной сети. Большинство MAU сконфигурированы в конфигурации «концентрации» по умолчанию, но более поздние MAU также поддерживают функцию работы в качестве разделителей, а не исключительно концентраторов, как на IBM 8226. [18]
Позже IBM выпустит модули контролируемого доступа, которые могут поддерживать несколько модулей MAU, известных как Lobe Attachment Module . CAU поддерживает такие функции, как резервирование Dual-Ring для альтернативной маршрутизации в случае неработающего порта, модульная концентрация с LAM и несколько интерфейсов, как и большинство более поздних MAU. [19] Это предлагало более надежную настройку и удаленное управление, чем при использовании неуправляемого концентратора MAU.
Кабели и интерфейсы [ править ]
Обычно используется кабель IBM "Type-1", тяжелый двухпарный экранированный кабель витой пары на 150 Ом . Это был основной кабель для «IBM Cabling System», структурированной кабельной системы, которая, как надеялась IBM, получит широкое распространение. Были использованы уникальные гермафродитные соединители , обычно называемые соединителями данных IBM в официальной письменной форме или в просторечии - соединителями Бой Джорджа . [20] Недостатком разъемов является то, что они довольно громоздкие, занимают площадь панели не менее 3x3 см и являются относительно хрупкими. Преимущества разъемов заключаются в том, что они не имеют пола и имеют превосходное экранирование по сравнению со стандартным неэкранированным 8P8C. Разъемы у компьютера обычно были ДЕ-9. женский.
В более поздних реализациях Token Ring также поддерживалась кабельная разводка Cat 4 , поэтому разъемы 8P8C («RJ45») использовались на обоих MAU, CAU и NIC; при этом многие сетевые карты поддерживают как 8P8C, так и DE-9 для обратной совместимости. [17]
Соединители данных IBM на модуле многостанционного доступа IBM 8228.
8P8C «Media Filters», которые подключаются к IBM Data Connector, преобразуя его для использования с разъемами 8P8C.
Технические детали [ править ]
Типы кадров [ править ]
Токен [ править ]
Когда ни одна станция не отправляет фрейм, специальный фрейм маркера обходит цикл. Этот специальный фрейм маркера повторяется от станции к станции до тех пор, пока не будет доставлен на станцию, которая должна отправить данные.
Токены имеют длину 3 байта и состоят из начального разделителя, байта управления доступом и конечного разделителя.
| Начальный разделитель | Контроль доступа | Конечный разделитель |
|---|---|---|
| 8 бит | 8 бит | 8 бит |
Прервать фрейм [ править ]
Используется для прерывания передачи передающей станцией
| SD | ED |
|---|---|
| 8 бит | 8 бит |
Данные [ редактировать ]
Кадры данных несут информацию для протоколов верхнего уровня, а кадры команд содержат информацию управления и не содержат данных для протоколов верхнего уровня. Фреймы данных / команд различаются по размеру в зависимости от размера информационного поля.
| SD | AC | FC | DA | SA | PDU от LLC (IEEE 802.2) | CRC | ED | FS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8 бит | 8 бит | 8 бит | 48 бит | 48 бит | до 4500x8 бит | 32 бит | 8 бит | 8 бит |
- Начальный разделитель
- Состоит из специального битового шаблона, обозначающего начало кадра. Биты от наиболее значимого до наименее значимого - это J, K, 0, J, K, 0,0,0. J и K - нарушения кода. Поскольку манчестерское кодирование является самосинхронизирующимся и имеет переход для каждого закодированного бита 0 или 1, кодирование J и K нарушает это и будет обнаружено оборудованием. Поля Начальный разделитель и Конечный разделитель используются для обозначения границ кадра.
| J | K | 0 | J | K | 0 | 0 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит |
- Контроль доступа
- Это поле байта состоит из следующих битов в порядке от старшего к младшему: P, P, P, T, M, R, R, R. Бит P - это биты приоритета, T - бит маркера, который при установке указывает, что это маркер фрейма, M - бит монитора, который устанавливается станцией активного монитора (AM), когда она видит этот кадр, а биты R зарезервированы. биты.
| + | Биты 0–2 | 3 | 4 | 5–7 | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Приоритет | Токен | Монитор | Бронирование | ||||||||||||||||||||||||||||
- Управление кадром
- Однобайтовое поле, которое содержит биты, описывающие часть данных содержимого кадра, которая указывает, содержит ли кадр данные или управляющую информацию. В кадрах управления этот байт определяет тип управляющей информации.
| + | Биты 0–1 | Биты 2–7 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | Тип кадра | Контрольные биты | ||||||
Тип кадра - 01 указывает кадр LLC IEEE 802.2 (данные) и игнорирует биты управления; 00 указывает кадр MAC, а биты управления указывают тип кадра управления MAC
- Адрес назначения
- Шестибайтовое поле, используемое для указания физического адреса пункта назначения.
- Адрес источника
- Содержит физический адрес отправляющей станции. Это шестибайтовое поле, которое является либо локальным назначенным адресом (LAA), либо универсально назначенным адресом (UAA) адаптера отправляющей станции.
- Данные
- Поле переменной длины из 0 или более байтов, максимально допустимый размер в зависимости от скорости кольца, содержащий данные управления MAC или информацию верхнего уровня. Максимальная длина 4500 байт.
- Последовательность проверки кадра
- Четырехбайтовое поле, используемое для хранения вычисления CRC для проверки целостности кадра получателем.
- Конечный разделитель
- Аналог начальному разделителю, это поле отмечает конец кадра и состоит из следующих битов от наиболее значимого до наименее значимого: J, K, 1, J, K, 1, I, E. I - это бит промежуточного кадра, а E - бит ошибки.
| J | K | 1 | J | K | 1 | я | E |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит |
- Статус кадра
- Однобайтовое поле, используемое в качестве примитивной схемы подтверждения того, был ли кадр распознан и скопирован предполагаемым получателем.
| А | C | 0 | 0 | А | C | 0 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит | 1 бит |
A = 1, адрес распознан C = 1, кадр скопирован
Активные и резервные мониторы [ править ]
Каждая станция в сети Token Ring является станцией либо активного монитора (AM), либо станции резервного монитора (SM). В кольце одновременно может быть только один активный монитор. Активный монитор выбирается в процессе выборов или в процессе рассмотрения разногласий .
Процесс мониторинга конкуренции инициируется, когда происходит следующее:
- обнаружена потеря сигнала на кольце.
- активная станция мониторинга не обнаруживается другими станциями в кольце.
- определенный таймер на конечной станции истекает, например, в случае, когда станция не видела фрейм маркера в течение последних 7 секунд.
Когда выполняется любое из вышеперечисленных условий, и станция решает, что необходим новый монитор, она передает кадр «жетона заявки», объявляя, что она хочет стать новым монитором. Если этот токен возвращается отправителю, он может стать монитором. Если какая-то другая станция одновременно попытается стать монитором, то в процессе выборов победит станция с наивысшим MAC-адресом . Каждая вторая станция становится резервным монитором. При необходимости все станции должны быть способны стать активными станциями мониторинга.
Активный монитор выполняет ряд функций администрирования кольца. Первая функция - работать как ведущие часы для кольца, чтобы обеспечить синхронизацию сигнала для станций на проводе. Другая функция AM - вставить 24-битную задержку в кольцо, чтобы гарантировать, что в кольце всегда имеется достаточная буферизация для циркуляции маркера. Третья функция AM - гарантировать, что ровно один токен циркулирует всякий раз, когда нет передаваемого кадра, и обнаруживать разорванное кольцо. Наконец, AM отвечает за удаление циркулирующих кадров из кольца.
Процесс вставки токена [ править ]
Станции Token Ring должны пройти 5-фазный процесс вставки кольца, прежде чем им будет разрешено участвовать в кольцевой сети. В случае сбоя любой из этих фаз станция Token Ring не будет вставлена в кольцо, и драйвер Token Ring может сообщить об ошибке.
- Фаза 0 (проверка лепестка) - сначала станция выполняет проверку носителя лепестка. Станция привязана к MSAU и может отправить 2000 тестовых кадров по своей паре передачи, которые вернутся к ее паре приема. Станция проверяет, может ли она принимать эти кадры без ошибок.
- Фаза 1 (физическая установка). Затем станция отправляет сигнал 5 В на MSAU, чтобы размыкать реле.
- Фаза 2 (проверка адреса). Затем станция передает кадры MAC со своим собственным MAC-адресом в поле адреса назначения кадра Token Ring. Когда кадр возвращается, и если биты Address Recognized (AR) и Frame Copied (FC) в frame-status установлены в 0 (что означает, что никакая другая станция в настоящее время в кольце не использует этот адрес), станция должна участвовать в периодическом (каждые 7 секунд) процесс кольцевого опроса. Здесь станции идентифицируют себя в сети как часть функций управления MAC.
- Фаза 3 (участие в кольцевом опросе) - станция изучает адрес своего ближайшего активного соседа в восходящем направлении (NAUN) и сообщает свой адрес ближайшему соседу в нисходящем направлении, что приводит к созданию карты кольца. Станция ожидает, пока не получит кадр AMP или SMP с битами AR и FC, установленными в 0. Когда это произойдет, станция переворачивает оба бита (AR и FC) на 1, если доступно достаточно ресурсов, и ставит кадр SMP в очередь для передачи. . Если в течение 18 секунд таких кадров не получено, то станция сообщает об ошибке открытия и удаляет вставку из кольца. Если станция успешно участвует в кольцевом опросе, она переходит к заключительной фазе вставки, запрашивая инициализацию.
- Фаза 4 (инициализация запроса) - наконец, станция отправляет специальный запрос на сервер параметров для получения информации о конфигурации. Этот кадр отправляется на специальный функциональный адрес, обычно мост Token Ring, который может хранить информацию о таймере и номере звонка, которую необходимо знать новой станции.
Необязательная схема приоритета [ править ]
В некоторых приложениях есть преимущество в возможности назначить одну станцию с более высоким приоритетом. Token Ring определяет необязательную схему такого рода, как и CAN-шина (широко используемая в автомобильных приложениях), но Ethernet этого не делает.
В MAC-адресе приоритета Token Ring используются восемь уровней приоритета, 0–7. Когда станция, желающая передать, принимает маркер или кадр данных с приоритетом, меньшим или равным запрошенному приоритету станции, она устанавливает биты приоритета на свой желаемый приоритет. Станция не сразу передает; жетон циркулирует вокруг носителя, пока не вернется на станцию. После отправки и получения собственного кадра данных станция понижает приоритет маркера до исходного.
Вот следующие восемь приоритетов доступа и типов трафика для устройств, поддерживающих 802.1Q и 802.1p :
| Биты приоритета | Тип трафика |
|---|---|
| x'000 ' | Нормальный трафик данных |
| x'001 ' | Не используется |
| x'010 ' | Не используется |
| x'011 ' | Не используется |
| x'100 ' | Обычный трафик данных (перенаправляется с других устройств) |
| x'101 ' | Данные, отправленные с учетом требований к времени |
| x'110 ' | Данные с чувствительностью в реальном времени (например, VoIP) |
| x'111 ' | Управление станцией |
Мостовое соединение Token Ring и Ethernet [ править ]
Мостовые решения для сетей Token Ring и Ethernet включают мост AT&T StarWAN 10: 4, мост IBM 8209 LAN и мост Microcom LAN. [21] Альтернативные решения для подключения включают маршрутизатор, который можно настроить для динамической фильтрации трафика, протоколов и интерфейсов, например, многопротокольный маршрутизатор IBM 2210-24M, содержащий интерфейсы Ethernet и Token Ring. [22]
См. Также [ править ]
- Сеть IBM PC
Ссылки [ править ]
- ^ «IEEE чествует пионеров LAN в Цюрихе» , Цюрих, Швейцария, 14 апреля 2003 г.
- ^ "Ранняя работа Token Ring в MIT" , Дж. Ноэль Чиаппа, ieeexplore.ieee.org
- ^ "История компьютерных коммуникаций 1968-1988" , Джеймс Пелки
- ↑ Local Area Networks , InfoWorld, 24 марта 1986 г.
- ^ Стандарты IEEE: область рабочей группы P802.5 . Ieee802.org. Проверено 30 октября 2011.
- ^ "Рекомендации по локальной сети IEEE 802.3", документ IBM GG22-9422-0
- ^ Дэвид Р. Боггс; Джеффри С. Могул; Кристофер А. Кент (1988). «Измеренная пропускная способность Ethernet: мифы и реальность» (PDF) . Обзор компьютерных коммуникаций ACM SIGCOMM . 25 (1): 123–136. DOI : 10.1145 / 205447.205460 . S2CID 52820607 .
- ^ "ETHERNET VS. TOKEN RING В ЛОКАЛЬНОМ СЕТЕВОМ БИЗНЕСЕ " , УРС ФОН БУРГ И МАРТИН КЕННИ, Промышленность и инновации, Том 10, номер 4, 351–375, декабрь 2003 г.
- ^ а б Джонатан следует (2000). «Решения Token Ring» (PDF) . Redbooks.ibm.com . Архивировано из оригинального (PDF) на 2016-08-06.
IBM не рассматривает высокоскоростное Token Ring как требование для большинства своих клиентов, и поэтому было принято решение не предоставлять высокоскоростные восходящие каналы Token Ring 100 Мбит / с для своих продуктов ...
- ^ Действия IEEE 802.5 . Ieee802.org. Проверено 30 октября 2011.
- ^ Луи Оланд. «8228 Блок многостанционного доступа» . Ps-2.kev009.com . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ "В чем разница между концентратором Ethernet и коммутатором?" . Дата обращения 10 мая 2016 .
- ^ «Пассивный концентратор Ethernet» . Zen22142.zen.co.uk . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ "сеть - Возможно дублирование MAC-адреса в одной локальной сети?" . Ошибка сервера. 2013-01-03 . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ "Кто-нибудь еще ИСПОЛЬЗУЕТ Token Ring?" , Джон Шисли, 2 апреля 2008 г., TechRepublic
- ^ Букс, W. (1989). «Локальные сети Token-Ring и их производительность». Труды IEEE . 77 (2): 238. DOI : 10,1109 / 5,18625 .
- ^ a b "Зачем покупать в IBM?" (PDF) . Ps-2.kev009.com . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ Луи Оланд. «8226» . Ps-2.kev009.com . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ «IBM 8230 Controlled Access Unit» (PDF) . Public.dhe.ibm.com . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ «Локальные сети - Token Ring» . Scottsnetworkclass.com . Проверено 15 июня 2013 .
- ^ "Сетевой мир" . Books.google.ca . IDG Network World Inc., 3 июня 1991 г. п. 56 . Проверено 3 августа 2016 .
- ^ "SG244446" (PDF) . Ps-2.kev009.com . Проверено 3 августа 2016 .
Общие [ править ]
- Кастелли, Мэтью (2002). Справочник сетевых консультантов . Cisco Press. ISBN 978-1-58705-039-8.
- Галло, Майкл; Хэнкок, Уильям М. (2001). Объяснение сети . Цифровая пресса. ISBN 978-1-55558-252-4.
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме Token Ring . |
- Веб-сайт IEEE 802.5
- Устранение неполадок интерфейсов Token Ring маршрутизатора Cisco
- Обсуждение на Futureobservatory.org неудач IBM в технологии Token Ring
- Что, если бы произошел сбой Ethernet?
