Nets2010 (1131259), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Поле адреса получателя и адреса отправителя такие же, как и в стандарте 802.3. В нем адреса могут быть 2-байтные или 6-байтные. Поле данных может иметь длину не более 8182 байта при 2-байтном адресе и 8174 - при 6-байтном адресе. Это в пять раз длиннее, чем в 802.3, т.к. в нем необходимо предотвратить захват одной станцией канала надолго. Здесь это не опасно, т.к. есть таймер, а для реального времени бывает полезно иметь длинные кадры. Контрольная сумма, как и в 802.3, используется для обнаружения ошибок.
Поддержка логического кольца.
Поддержка логического кольца в основном связана с проблемами включения и выключения станций. МАС-подуровень 802.4 детально описывает алгоритм, позволяющий сохранять известным наихудший случай при передаче маркера. Ниже мы рассмотрим кадры, которые используются в этом случае (таблица 4-24).
Таблица 4-24. Управляющие кадры шины с маркером
| Контрольное поле | Название | Значение поля |
| 00000000 | Claim_token | Запуск маркера при инициализации |
| 00000001 | Solicit_successor_1 | Разрешение присоединиться к кольцу |
| 00000010 | Solicit_successor_2 | Разрешение присоединиться к кольцу |
| 00000011 | Who_follows | Восстановление при потере маркера |
| 00000100 | Resolve_contention | Запуск разрешения коллизии |
| 00001000 | Token | Передача маркера |
| 00001100 | Set_successor | Разрешение покинуть кольцо |
Когда кольцо установлено, интерфейс каждой станции хранит адреса предшествующей и последующей станции. Периодически держатель маркера рассылает один из кадров SOLICIT_SUCCESSOR, предлагая новым станциям присоединиться к кольцу. В этом кадре указаны адрес отправителя и адрес следующей за ним станции в кольце. Станции с адресами в этом диапазоне адресов могут присоединиться к кольцу. Таким образом, сохраняется упорядоченность (по возрастанию) адресов в кольце.
Если ни одна станция не откликнулась на SOLICIT_SUCCESSOR, то станция-обладатель маркера закрывает окно ответа и продолжает функционировать, как обычно. Если есть ровно один отклик, то откликнувшаяся станция включается в кольцо и становится следующей в кольце. Если две или более станции откликнулись, то фиксируется коллизия. Станция-обладатель маркера запускает алгоритм разрешения коллизий, посылая кадр RESOLVE_CONTENTION. Этот алгоритм - модификация алгоритма обратного двоичного счетчика на два разряда.
У каждой станции в интерфейсе есть два бита, устанавливаемых случайно. Их значения 0, 1, 2 и 3. Значение этих битов определяют величину задержки при отклике станции на приглашение подключиться к кольцу. Значения этих бит переустанавливаются каждые 50 мсек.
Процедура подключения новой станции к кольцу не нарушает наихудшее гарантированное время для передачи маркера по кольцу. У каждой станции есть таймер, который сбрасывается, когда станция получает маркер. Прежде чем он будет сброшен, его значение сравнивается с некоторой величиной. Если оно больше, то процедура подключения станции к кольцу не запускается. В любом случае за один раз подключается не более одной станции. Теоретически станция может ждать подключения к кольцу сколь угодно долго, на практике, не более нескольких секунд. Однако с точки зрения приложений реального времени это одно из наиболее слабых мест 802.4.
Отключение станции от кольца очень просто. Станция Х с предшественником S и последователем Р шлет кадр SET_SUCCESSOR, который указывает Р, что отныне его предшественником является S. После этого Х прекращает передачу.
Инициализация кольца - это специальный случай подключения станции к кольцу. В начальный момент станция включается и слушает канал. Если она не обнаруживает признаков передачи, то она генерирует маркер CLAIM_TOKEN. Если конкурентов не обнаружилось, то она генерирует маркер сама и устанавливает кольцо из одной станции. Периодически она генерирует кадры SOLICIT_SUCCESSOR, приглашая другие станции включиться в кольцо. Если в начальный момент сразу две станции были включены, то запускается алгоритм обратного двоичного счетчика с двумя разрядами.
Из-за ошибок передач и сбоев оборудования могут возникать проблем с передачей маркера. Например, станция передала маркер соседней, а та неожиданно «грохнулась» - что делать? Стандарт дает прямолинейное решение - передав маркер, станция слушает. Если не последует передач кадра или маркера, то маркер посылается вторично.
Если и при повторной передаче маркера ничего не последовало, то станция посылает кадр WHO_FOLLOWS, где указан не отвечающий сосед. Увидев этот кадр, станция, для которой не отвечающая станция - предшественник, шлет кадр SET_SUCCESSOR и становится новым соседом. При этом не отвечающая станция за плохое поведение исключается из кольца.
Теперь предположим, что остановилась не только следующая станция, но и следующая за ней. В этом случае запускается новая процедура посылкой кадра SOLICIT_SUCCESSOR_2. В ней участвует процедура разрешения конфликтов. При этом все, кто хочет подключиться к кольцу, могут это сделать. Фактически кольцо переустанавливается.
Другой вид проблем возникает, когда останавливается держатель маркера и маркер исчезает из кольца. Эта проблема решается запуском процедуры инициализации кольца. У каждой станции есть таймер, который сбрасывается каждый раз, когда маркер появляется. Если значение этого таймера превысит некоторой заранее установленное значение, то станция генерирует кадр CLAIM_TOKEN. При этом запускается алгоритм обратного двоичного счетчика.
Если оказалось два и более маркера на шине, станция, владеющая маркером, увидев передачу маркера на шине, сбрасывает свой маркер. Так повторяется до тех пор, пока не останется ровно один маркер в системе.
42. Стандарты IEEE 802.х для локальных и муниципальных сетей: Стандарт IEEE 802.5 – кольцо с маркером (область применения, протокол МАС подуровня, логическая поддержка кольца).
Сети с кольцевой топологией известны давно и используются широко. Среди их многочисленных достоинств есть одно особенно важное - это не среда с множественным доступом, а последовательность соединений точка-точка, образующих кольцо. Соединения точка-точка хорошо изучены, могут работать на разных физических средах: витая пара, коаксиал или оптоволокно. Способ передачи в основном цифровой, в то время как у 802.3 есть значительный аналоговый компонент. Кольцо также представляет справедливую среду с известной верхней границей доступа к каналу. В силу этих причин IBM выбрало кольцо как основу своего стандарта, а IEEE включило его как стандарт 802.5 - кольцо с маркером.
Важной проблемой при создании кольцевой сети является «физическая длина» бита. Пусть данные передаются со скоростью R Mбит/сек. Это значит, что через каждые 1/R мксек. на линии появляется бит. Учитывая, что сигнал распространяется со скоростью 200 м/мксек., то один бит занимает 200/R метров кольца. Отсюда, при скорости 1 Мбит/сек. и длине окружности 1 км кольцо вмещает не более 5 бит одновременно.
Как уже отмечалось, кольцо - это последовательность соединений точка - точка. Бит, поступая на интерфейс, копируется во внутренний буфер интерфейса и передается по кольцу дальше (см. рисунок 4-25). В буфере бит может быть проанализирован и, возможно, изменен. Эти операции вносят задержку на один бит в каждом интерфейсе.
Рисунок 4-25. Устройство кольца
Пока станциям нечего передавать, в кольце циркулирует маркер - особая последовательность бит. Если станции нужно передать данные, она должна захватить маркер и удалить его из кольца. Это достигается изменением одного бита в 3-х байтном маркере, в результате чего маркер тут же превращается в заголовок обычного кадра. Поскольку в кольце может быть только один маркер, то только одна станция может передавать данные. Так в сети «кольцо с маркером» решается вопрос доступа.
Как следствие конструкции кольца с маркером, сеть должна иметь достаточную протяженность, чтобы маркер мог уместиться в ней целиком, даже когда все станции находятся в ожидании. Задержки складываются из двух компонентов: 1 бит - задержка на интерфейсе станции и задержка на распространение сигнала. Учитывая, что станции могут выключаться, например, на ночь, следует, что на кольце должна быть искусственная задержка, если оно недостаточно длинное.
Интерфейс станций может работать в двух режимах: прослушивания и передачи. В режиме прослушивания он лишь копирует бит в свой буфер и передает этот бит дальше по кольцу. В режиме передачи, предварительно захватив маркер, интерфейс разрывает связь между входом и выходом и начинает передачу. Чтобы быть способным за однобитовую задержку переключиться из одного режима в другой, интерфейс должен предварительно забуферизовать данные для передачи.
По мере распространения передаваемых битов по кольцу они будут возвращаться к передающей станции. Она должна убирать их либо с линии, либо в буфер для последующего анализа с целью повышения надежности передачи, либо просто сбрасывая. Поскольку кадр целиком никогда не появляется на линии, то архитектура сети кольца с маркером не накладывает никаких ограничений на длину кадра. Как только станция закончила передачу и удалила последний переданный бит с линии, она должна сгенерировать маркер и переключиться в режим прослушивания.
В такой сети просто уведомлять о получении кадра. В каждом кадре есть бит уведомления. Станция-получатель устанавливает этот бит при получении кадра. Станция-отправитель при возвращении кадра анализирует этот бит и может определить, был ли этот кадр получен. Так же можно поступать и с проверкой контрольной суммы, главное, чтобы эта проверка могла быть выполнена за однобитовую задержку.
При малой загрузке станции в кольце сразу могут передавать свои сообщения. По мере роста загрузки у станций будут расти очереди на передачу и они в соответствии с кольцевым алгоритмом будут захватывать маркер и вести передачу. Постепенно загрузка кольца будет расти, пока не достигнет 100%.
Теперь обратимся непосредственно к стандарту IEEE 802.5. На физическом уровне он использует витую пару со скоростью 1 или 4 Mбит/сек., хотя IBM позднее ввела 16 Mбит/сек. Сигнал на линии кодируется с помощью дифференциального манчестерского кода, используя запрещенные комбинации low-low и high-high для управляющих байтов.
С кольцом связана одна серьезная проблема - если связь в кольце где-то нарушается, то вся конфигурация становится неработоспособной. Проблема решается с помощью так называемого кабельного центра. Это решение показано на рисунке 4-26. В случае, если какая-то станция выходит из строя, реле замыкается и станция исключается из кольца. Реле может управляться и программно, выводя временно станцию из кольца, например, для тестирования. Хотя стандарт 802.5 непосредственно не предписывает использование кабельного центра, на практике он часто используется с целью повышения надежности и удобства обслуживания сети.
Рисунок 4-26. 4 станции, соединенные через кабельный центр
Вместо станции к кабельному центру может присоединяться другой кабельный центр. Таким образом, кабельные центры могут объединяться в структуры, подобно тому как хабы соединяются в 802.3. Однако форматы и протоколы у них разные.
Кольцо с маркером: протокол МАС-подуровня.
Основные операции МАС-протокола довольно просты. При отсутствии данных по кольцу циркулирует 3-байтный маркер. Как только какой-то станции надо передать данные, она инвертирует специальный бит в маркере с 0 на 1, превращая маркер в стартовую последовательность байтов для передачи кадров и добавляя данные для передачи, как это показано на рисунке 4-27.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
