Token Ring/IEEE 802.5 - Technologia LAN oparta o architekturę pierścienia i metodę przesyłania żetonu (token). - Opracowana pierwotnie przez firmę IBM.

Prezentacja na temat: "Token Ring/IEEE 802.5 - Technologia LAN oparta o architekturę pierścienia i metodę przesyłania żetonu (token). - Opracowana pierwotnie przez firmę IBM."— Zapis prezentacji:

1 Token Ring/IEEE 802.5 - Technologia LAN oparta o architekturę pierścienia i metodę przesyłania żetonu (token). - Opracowana pierwotnie przez firmę IBM w latach 70-tych. - W przeciwieństwie do CSMA/CD ma charakter deterministyczny, tj. istnieje gwarantowany maksymalny czas, po upływie którego węzeł uzyska dostęp (prawo transmisji) do medium. - Jest wyposażona w mechanizmy obsługi awarii sprzętowych, zwiększające niezawodność pracy sieci oraz możliwość określania priorytetu transmisji. - Dzięki w/w cechom znalazła zastosowanie w zastosowaniach przemysłowych (np. układy sterowania produkcją).

2 Porównanie rozwiązań IBM Token Ring i IEEE 802.5

3 Topologia sieci Token Ring
Multi-station Access Unit (MAU, MSAU) Patch cable - MAU -- MAU Lobe cable - stacja -- MAU

4 Działanie Token Ring - Obieg ramek w pierścieniu jest jednokierunkowy.
- Kolejne stacje uczestniczą w retransmisji ramek (żetonów/danych). - Stacja może rozpocząć nadawanie po przechwyceniu żetonu. - Stacja może przetrzymywać żeton tylko przez określony czas. - Po przechwyceniu żetonu stacja zmienia status ramki, dołącza dane i wysyła ramkę do stacji docelowej (ramka wędruje po pierścieniu). - Stacja docelowa kopiuje zawartość ramki, następnie retransmituje ją dalej oznaczając ją uprzednio jako odczytaną. - Po powrocie do stacji nadawczej ramka jest przez nią usuwana. - Jeśli nie wykryto błędów stacja może nadać kolejną ramkę (o ile nie grozi to przekroczeniem limitu czasu przetrzymywania żetonu). - Po zakończeniu transmisji ramki stacja wysyła nowy żeton.

5 Działanie Token Ring Token Rotation Time (TRT) - średni czas obiegu żetonu wokół pierścienia; iloczyn prędkości transmisji i ilości stacji. Early Token Release - mechanizm zwiększający wydajność transmisji, zakładający małą stopę błędów; stacja docelowa usuwa ramkę z pierścienia (zamiast odesłać ją dalej do stacji nadawczej) a następnie wysyła nowy żeton, który może zostać przechwycony przez kolejną stację.

6 Priorytety w Token Ring
IEEE specyfikuje opcjonalny mechanizm priorytetów przydzielonych stacjom w pierścieniu. - Stacja może przechwycić żeton tylko, jeśli priorytet zapisany w żetonie (pole priority) jest nie wyższy niż jej priorytet. - Stacja może zgłosić żądanie transmisji o określonym priorytecie ustawiając pole reservation w przesyłanym żetonie, o ile nie jest ono już ustawione na poziom wyższy niż priorytet stacji. - Stacja nadawcza, która usunęła swoją ramkę wysyła nowy żeton z priorytetem wg odebranego pola reservation (zerując je). - Dowolna stacja, która podniosła priorytet żetonu, musi go obniżyć do poziomu wyjściowego, gdy wolny żeton ponownie do niej dotrze; jeśli po drodze ustawiona została rezerwacja na inny poziom, to dana stacja musi poczekać na kolejny obieg żetonu, aby przywrócić mu priorytet do wyjściowej wartości.

7 Ramki Token Ring Stosowane są trzy rodzaje ramek transmitowanych w pierścieniu: - Token Frame - ramka żetonu (3 bajty), - LLC (Data) Frame - ramka danych użytecznych, - MAC (Control) Frame - ramka parametrów sterującyh.

8 Ramki Token Ring Token:
Start Delimiter - (8 bitów) wskazuje początek ramki; zawiera symbole nie kodujące (J i K) - w przeciwieństwie do symboli kodujących 0 i 1. Access-Control Byte - zawiera pole priority (3 msb), pole reservation (3 lsb), token bit (rozróżnia ramki żetonu od danych/sterujących) oraz monitor bit (wskazuje czy ramka nie krąży nieustannie). End Delimiter - oznacza koniec ramki; zawiera także bity wskazujące uszkodzenie ramki i ostatnią ramkę w sekwencji logicznej. Data/Command: Frame Control Byte - wskazuje czy ramka zawiera dane (LLC) czy informacje sterujące (MAC); wskazuje typ informacji sterujących. Destination Address - (48 bitów) adres odbiorcy: 1-szy bit określa czy adres indywidualny czy grupowy I/G, 2-gi bit określa czy adres jest przydzielany globalne czy lokalnie U/L; adres ma format big-endian. Source Address - (48 bitów) adres nadawcy: 1-szy bit określa czy jest pole Routing Information (RII), 2-gi bit ma znaczenie j.w. U/L.

9 Ramki Token Ring - c.d. Routing Information - (0-30 bajtów, typowo do 18) jeśli występuje, określa trasę przesyłania ramki przez mosty wg Source Route Bridging w konfiguracji wielopierścieniowej. Data - (od 1 do 4500 lub bajtów) w przypadku ramki danych zawiera strukturę podwarstwy LLC i przenosi dane protokołów warstwy trzeciej (sieciowej); w przypadku ramki sterującej zawiera komunikaty MAC. Frame Check Sequence - (32 bity) zawiera sumę kontrolną ramki CRC. End Delimiter - (8 bitów) oznacza koniec ramki; zawiera także bity wskazujące uszkodzenie ramki i ostatnią ramkę w sekwencji logicznej. Frame Status - (8 bitów) zawiera bity ustawiane przez stację docelową, wskazujące rozpoznanie adresu docelowego i skopiowanie ramki.

10 Zarządzanie pierścieniem TR
Active Monitor (AM)- stacja, która wygrywa token claiming process (wymiana komunikatów - wybór AM w oparciu o najwyższy adres); zarządza ona funkcjonowaniem pierścienia. Standby Monitor (SM) - pozostałe stacje monitorują obecność błędów, oraz obecność AM, jeśli stacja nie wykryje obecności AM w czasie limitu czasu, rozpoczyna token claiming process, który zadaniem jest wybór nowego AM. Zadania AM: - neighbor notification - proces rozpoznawania adresów tzw. nearest upstream active nighbor (NAUN) odbywający się cyklicznie; - ring recovery - AM odtwarza żeton jeśli ten nie obiegnie pierścienia w ciagu 10 ms, AM kontroluje poprawność żetonu; - ring timing - AM generuje sygnał zegarowy, reguluje przesunięcie fazowe zegara, wprowadza minimalne opóźnienie transmisji (24 bity), - usuwanie ramek wykonujących ponad jeden obieg pierścienia.

11 Proces włączania stacji do pierścienia TR
- Lobe test - stacja wysyła sygnał sygnał lobe test do MAU, który wraca do stacji (MAU tworzy pętlę na łączu do stacji, port MAU jest odizolowany od pozostałej części pierścienia); następnie stacja wysyła do MAU ring attach signal, który włącza port do ringu. - Active Monitor check - AM resetuje pierścień, a nowa stacja czeka na potwierdzenie obecności AM, w przeciwnym razie sama zaczyna proces wyboru AM (token claiming); - Duplicate address check - stacja wysyła ramkę ze swoim adresem jako docelowym, jeśli wróci ona bez potwierdzenia odbioru to stacja uznaje, że jej adres jest jednoznaczny, inaczej stacja opuszcza ring. - Neighbor notification - po włączeniu do ringu stacja ogłasza swoją obecność następnemu sąsiadowi i czeka na wiadomość od sąsiada poprzedzającego. - Ring initialization request - stacja może otrzymać dodatkowe para- metry od specjalnego serwera (ring parameter server), dotyczy specyfikacji IBM.

12 Ramki sterujące MAC (wg IEEE 802.5)
Beacon (BCN) - ramka wysyłana przez stację w razie wykrycia poważnego błędu w pierścieniu (tzw. beaconing). Claim Token (CTK) - ramka wysyłana przez SM jeśli uzna on, że AM nie funkcjonuje, rozpoczyna proces token claiming. Ring Purge (PRG) - ramka wysyłana przez AM w celu zresetowania całego pierścienia. Active Monitor Present (AMP) - transmitowana przez AM w odstępach ok s, informuje o jego obecności, rozpoczyna proces neighbor notification. Standby Monitor Present (SMP) - jest wysyłana przez SM w ramach procesu neighbor notification. Duplicate Address Test (DAT) - jest wysyłana przez stację dołączającą się do pierścienia, ma na celu wykrycie zduplikowanych adresów.

13 Ring polling - Neighbor notification (1)
Stacja A (AM) wysyła broadcast AMP zawierający pola Address Recognized (ARI) i Frame Copied (FCI) ustawione na zero.

14 Ring polling - Neighbor notification (2)
Stacja B zapamiętuje A jako swój NAUN, ustawia ARI i FCI na jeden i odsyła ramkę AMP dalej, aż do stacji A (AM), która usuwa ramkę AMP.

15 Ring polling - Neighbor notification (3)
20 ms później stacja B (SM) wysyła ramkę SMP z polami ARI i FCI ustawionymi na zero.

16 Ring polling - Neighbor notification (4)
Stacja C zapamiętuje stację B jako swój NAUN, ustawia bity ARI i FCI na jeden i retransmituje ramkę SMP dalej; ramka wraca do stacji B, która ją usuwa.

17 Ring polling - Neighbor notification (5)
20 ms później stacja C (SM) wysyła ramkę SMP z polami ARI i FCI ustawionymi na zero. Stacja D zapamiętuje C jako swój NAUN, ustawia bity ARI i FCI na jeden i retransmituje ramkę; ramkę usuwa stacja C.

18 Ring polling - Neighbor notification (6)
20 ms później stacja D (SM) wysyła ramkę SMP z polami ARI i FCI ustawionymi na zero. Gdy stacja A otrzyma ramkę z polami ARI i FCI równymi zero zapamiętuje D jako swój NAUN. Proces jest zakończony.

19 Okablowanie Token Ring
IBM Type 1 - ekranowany kabel 2-parowy 150 , odległość stacja - MAU do 101 m, styk typu A lub IEEE Medium Interface Connectior (MIC), do 260 stacji. IBM Type 2 - ekranowana skrętka 2- lub 4-parowa (STP), zasięg stacja - MAU do 100 m, styk typu A lub MIC, tylko 2 pary w użyciu, do 260 stacji. IBM Type 3 - nieekranowana skrętka (UTP) kategorii 3 i 4 dla transmisji 4 Mbps lub 4 i 5 dla 16 Mbps, styk RJ-11 lub RJ-45, zasięg stacja - MAU do 45 m (rozwiązania firmowe do 3x więcej), nie więcej niż 72 stacje. Pierścień może się składać z max. 33 MAU dla kabli Type 1 i 2, tylko 9 ośmioportowych MAU dla kabli UTP.

20 Dedicated Token Ring / IEEE 802.3r
- realizowany w oparciu o przełączniki (TR multiport bridges), - nie jest wymagana obsługa żetonu, - każde łącze stacja przełącznik stanowy osobny pierścień, - transmisja ma charakter full-duplex do 32 Mbps (Tramsmit Immediate Protocol - TXI). High Speed Token Ring / IEEE 802.3t - tryb pracy analogiczny do Dedicated TR, - realizuje transmisje z prędkością 100 Mbps, wkrótce 1 Gbps, - warstwa fizyczna wzorowana na rozwiązaniach Fast Ethernet i Gigabit Ethernet, - wspierany przez firmy IBM, Madge i Olicom.

21 Source-Route Bridging (SRB)
Węzeł X wysyła remkę explorer, która jest przenoszona przez wszystkie mosty np. 1 i 2 z dołączeniem informacji o trasie source routing. Gdy ramki dotrze do węzła Y, on odsyła je wykorzystując zakumulowaną informację. Po odebraniu ramek prze węzeł A, wybiera on trasę wg określonych kryte- riów np.: - pierwsza odebrana (najczęściej), - najmniejsza ilość przeskoków, - największa dopuszczalna ramka (MTU), - kombinacje powyższych. Po wybraniu trasy jest ona umieszczana w ramce w polu routing information field (RIF), na jej obecność wskazuje bit routing information indicator RII (msb w adresie nadawcy).

22 Format ramki SRB Type -Specifically routed - trasa podana przez nadawcę -All paths explorer - służy do wykrywania trasy, mosty zapisują numery ringu i mostu - Spanning-tree explorer - j.w., tylko mosty Spanning tree transmitują ramkę Length - długość pola RIF w bajtach (od 2 do 30, przeważnie do 18) D bit - wskazuje kierunek pobierania informacji o trasie z ramki (naprzód od prawej, w tył od lewej) Largest Frame - maksymalna wielkość ramki przenoszonej po danej trasie (jak MTU) Ring Number - 12-bitowy numer pierścienia (musi być unikalny w sieci) Bridge number - 4-bitowy numer mostu w (unikalny w danym pierścieniu)

23 Translational (Mixed Media) Bridging
Problemy translacji (mostowania) pomiędzy odmiennymi sieciami: • Incompatible bit ordering - adresy MAC Ethernet little-endian (lsb first), Token Ring big endian (msb first). • Embedded MAC addresses- adresy MAC wewnątrz pola danych np. w protokole ARP. • Incompatible maximum transfer unit (MTU) sizes - różne maksymalne wielkości ramek, mosty odrzucają za duże ramki ponieważ nie wykonują fragmentacji. • Handling of frame-status bit actions - obsługa specjalnych bitów sterujących pozostawiona producentowi. • Handling of exclusive Token Ring functions - pewne funkcje Token Ring są nie znane dla Ethernet (np. priorytety). • Handling of explorer frames - mosty transparentne nie obsługują source routing • Handling of routing information field (RIF) information within Token Ring frames- j.w. • Incompatible spanning-tree algorithms - STA są niekompatybilne (jedno połączenie).

24 Translational (Mixed Media) Bridging

25 Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
- Opracowany przez ANSI standard X3T9.5 ( ). - Wykorzystuje architekturę Token Ring. - Topologia podwójnego przeciwbieżnego pierścienia. - Przepływność 100 Mbps. - Wspiera kilka rodzajów mediów fizycznych. - Znalazł szerokie zastosowanie w sieciach MAN (znaczny zasięg). - Skomponowany z czterech modułów: FDDI Media Access Control MAC, FDDI Physical Layer PHY, FDDI Physical Medium Dependent PMD, FDDI Station Management SMT.

26 FDDI - typy mediów fizycznych
Multimode MM-PMD - światłowód wielomodowy 62.5/125 m w wiązką 1300 nm, zapas mocy 11 dB, maksymalna strata sygnału 1.5 dB/km, węzły odległe do 2 km. Single-mode SM-PMD - światłowód jednomodowy 10/125 m w wiązką 1300 nm, zapas mocy 10 do 32 dB, odległość między stacjami od 40 do 60 km w zależności od rodzaju nadajnika optycznego. Twisted-Pair TP-PMD - kabel IBM Type 1 lub skrętka UTP kat. 5, zwany także Copper Distributed Data Interface (CDDI), zasięg do 100 m.

27 FDDI - kodowanie sygnałów
- Dane są kodowane w module PHY, PHY odbiera dane z MAC przez złącze o szerokości 4 bitów, - Dane są kodowane wg schematu 4B/5B, co zapewnia dobrą synchronizację i dodatkowe kody sterujące. - Następnie słowa kodowe są zamieniane na postać szeregową i przekazywane do modułu PMD. - Stacje synchronizują swój zegar odbieranym sygnałem (PHY). - Transmisja w łączach światłowodowych odbywa się metodą NRZI w tempie 125 MHz (100 Mbps - 4B/5B). - Transmisja w łączach miedzianych obywa się metodą MLT-3. Ten rodzaj kodowania został przejęty przez Fast Ethernet.

28 FDDI - klasy transmisji
Moduł MAC określa zasady przechwytywania żetonu i transmisji ramek wg protokołu Token Rotation Protocol. Są zdefiniowane trzy klasy transmisji (2-e synchroniczne i 1-a asynchroniczna): - Synchronous Class 1 - zapewnia gwarantowane pasmo i czas odpowiedzi, - Synchronous Class 2 - zapewnia ograniczony ruch żetonu dla transmisji typu punkt-punkt, - Asynchronous - zapewnia różne poziomy priorytetu. Ruch synchroniczny zajmuje określoną część pasma, pozostała jest wykorzystywana przez ruch asynchroniczny.

29 FDDI - przechwytywanie żetonu
- Proces negocjacji (SMT) odbywa się po włączeniu stacji do pierścienia. - Stacje rywalizują, która zainicjalizuje pierścień z określonym priorytetem (każda stacja ogłasza swoje wymagania odnośnie częstości dostępu wg swoich wymagań synchronicznych. - Wygrywa stacja żądająca najkrótszego czasu oczekiwania (czas ten ustala się jako Target Token Rotation Timer). - Stacja ta wysyła żeton, a przy drugim obiegu pozostałe stacje mogą zacząć nadawać. - Gdy stacje synchroniczne przetransmitują swoje dane, stacje asynchroniczne mogą przejąć żeton.

30 FDDI - format ramki Ramka FDDI może mieć maksymalną długość do 4500 bajtów. • Preamble — 64 lub więcej bitów, zawiera symbole typu non-data. • Start Delimiter— 8 bitów, wskazuje początek ramki, zawiera specjalne symbole. • Frame Control— 8 bitów, określa klasę priorytetu, lub czy jest to ramka typu beacon lub token claim, określa rodzaj przenoszonych danych LLC lub SMT. • Destination Address— 16 do 48 bitów, adres stacji nadawczej, analogiczny do Token Ring. • Source Address— 16 do 48 bitów, adres stacji docelowej. • Data— 0 do 4472 bajtów, zawiera dane wyższych protokołów (LLC), lub komunikaty sterujące (SMT). • Frame Check Sequence (FCS)— 32 bity, suma kontolna cyclic redundancy check • End Delimiter— 8 bitów, oznacza koniec ramki, zawiera specjalne symbole. • Frame Status— 4 do 8 bitów, pozwala stacji docelowej zaznaczyć czy ramka została rozpoznana i skopiowana, czy wystąpił błąd.

31 Topologia FDDI - podwójny przeciwbieżny pierścień
Dwa pierścienie tworzą strukturę odporną na awarie - fault tolerant. Pierścień primary służy do normalnej transmisji. Pierścień secondary pozostaje w rezerwie na wypadek awarii.

32 Typy urządzeń FDDI: - Stacje DAS - Dual Attachment Stations - wpięte do obu pieścieni. - Koncentratory DAC - Dual Attachment Concentrators - j.w., służą do dołączania dodatkowych urządzeń bez przerywania głównego pierścienia. - Stacje SAS - Single Attachment Stations - mogą być dołączane do jednego pierścienia za pośrednictwem koncentratora. - Koncentratory SAC - Single Attachment Concentrators - służą do kaskadowego dołączania SAS.

33 FDDI - odporność na awarie (ring wrapping)
Odtwarzanie ciągłości pierścienia w wypadku awarii stacji lub przerwania kabla

34 FDDI - odporność na awarie (optical bypass)
Działanie optycznej zwrotnicy odcinającej nieczynną stację od pierścienia

35 FDDI - odporność na awarie (dual homing)
Najważniejsze węzły mogą być dołączane do pierścienia w dwóch punktach. Tylko jedno łącze normalnie pracuje - drugie pozostaje w rezerwie.