Token Ring - Token Ring

To eksempler på Token Ring -nettverk: a) Bruk av en enkelt MAU b) Bruk av flere MAU -er koblet til hverandre

Token Ring -nettverk

Token Ring -nettverk: drift av en MAU forklart

IBM hermafroditt kontakt med låseklemme. Skjermkontakter er tydelig synlige, gullbelagte signalkontakter mindre.

Token Ring er en datanettverksteknologi som brukes til å bygge lokalnett . Den ble introdusert av IBM i 1984, og standardisert i 1989 som IEEE 802.5 .

Den bruker en spesiell tre-byte ramme kalt et token som sendes rundt en logisk ring av arbeidsstasjoner eller servere . Dette token bestått er en kanaltilgangsmetode som gir god adgang til alle stasjoner, og eliminerer sammenstøt av konflikt -basert aksessmetoder.

Token Ring var en vellykket teknologi, spesielt i bedriftsmiljøer, men ble gradvis overskygget av de senere versjonene av Ethernet .

Historie

Et bredt spekter av forskjellige lokale nettverksteknologier ble utviklet på begynnelsen av 1970 -tallet, hvorav den ene, Cambridge Ring , hadde demonstrert potensialet i en token -passeringstopologi , og mange team over hele verden begynte å jobbe med sine egne implementeringer. På IBM Zurich Research Laboratory jobbet spesielt Werner Bux og Hans Müller med design og utvikling av IBMs Token Ring-teknologi, mens tidlig arbeid ved MIT førte til Proteon 10 Mbit/s ProNet-10 Token Ring-nettverket i 1981- samme år som arbeidsstasjon leverandør Apollo Computer introduserte sin proprietære 12 Mbit / s Apollo Token Ring (ATR) nettverk som kjører over 75 ohms RG-6U koaksial kabler . Proteon utviklet senere en 16 Mbit/s -versjon som kjørte på uskjermet tvunnet par -kabel.

1985 IBM lansering

IBM lanserte sitt eget proprietære Token Ring -produkt 15. oktober 1985. Det kjørte på 4  Mbit/s , og vedlegg var mulig fra IBM -PCer, mellomstore datamaskiner og hovedrammer. Den brukte en praktisk stjernekablet fysisk topologi og kjørte over skjermet tvunnet kabling. Kort tid etter ble det grunnlaget for IEEE 802.5 -standarden.

I løpet av denne tiden argumenterte IBM for at Token Ring LAN -enheter var overlegen Ethernet , spesielt under belastning, men disse påstandene ble diskutert.

I 1988 ble den raskere 16 Mbit/s Token Ring standardisert av 802,5 arbeidsgruppen. En økning til 100 Mbit/s ble standardisert og markedsført under avtagelsen av Token Rings eksistens og ble aldri mye brukt. Mens en 1000 Mbit/s -standard ble godkjent i 2001, ble det aldri bragt noen produkter på markedet og standardaktiviteten stoppet da Fast Ethernet og Gigabit Ethernet dominerte det lokale nettverksmarkedet.

Galleri

• 

  100 Mbit/s IBM Token Ring Management Adapter med Wake On LAN. Både UTP (RJ45) og STP (IBM Data Connector) grensesnitt er tilstede.

• 

  Assorterte Micro Channel Token Ring-kort i full lengde, inkludert en LANStreamer som har flere RJ45-porter for bruk i et Token Ring-nettverk.

• 

  Token Ring Network Interface Cards (NIC) med varierende grensesnitt fra: ISA, PCI og MicroChannel

• 

  Madge 4/16Mbit/s TokenRing ISA NIC

• 

  En serie med flere 16/4 tidlige Micro Channel Token Ring -kort som på en fremtredende måte ville blitt installert i mange Personal System/2 -maskiner.

Sammenligning med Ethernet

Ethernet og Token Ring har noen bemerkelsesverdige forskjeller:

• Token Ring-tilgang er mer deterministisk, sammenlignet med Ethernets påstandsbaserte CSMA/CD
• Ethernet støtter en direkte kabeltilkobling mellom to nettverksgrensesnittkort ved bruk av en crossover-kabel eller gjennom autosensing hvis det støttes. Token Ring støtter ikke denne funksjonen iboende og krever ekstra programvare og maskinvare for å operere på et direkte kabeltilkoblingsoppsett.
• Token Ring eliminerer kollisjon ved bruk av et engangs-token og tidlig token-utgivelse for å redusere nedetiden. Ethernet lindrer kollisjon av operatørføling flere tilganger og ved bruk av en intelligent bryter ; primitive Ethernet -enheter som hubber kan utløse kollisjoner på grunn av gjentatt trafikk blindt.
• Token Ring -nettverksgrensesnittkort inneholder all den intelligensen som kreves for autodeteksjon av hastighet, ruting og kan kjøre seg selv på mange multistasjonstilgangsenheter (MAUer) som fungerer uten strøm (de fleste MAU -er fungerer på denne måten, krever bare strømforsyning for lysdioder ). Ethernet -nettverkskort kan teoretisk fungere på et passivt knutepunkt til en viss grad, men ikke som et stort LAN, og problemet med kollisjoner er fremdeles tilstede.
• Token Ring bruker tilgangsprioritet der visse noder kan ha prioritet over tokenet. Uswitched Ethernet har ikke en bestemmelse om et tilgangsprioritetssystem, ettersom alle noder har lik tilgang til overføringsmediet .
• Flere identiske MAC -adresser støttes på Token Ring (en funksjon som brukes av S/390 mainframes). Switched Ethernet kan ikke støtte dupliserte MAC -adresser uten irettesettelse.
• Token Ring var mer kompleks enn Ethernet, og krevde en spesialisert prosessor og lisensiert MAC/LLC -fastvare for hvert grensesnitt. Derimot inkluderte Ethernet både (enklere) fastvare og lavere lisensieringskostnad i MAC -brikken. Kostnaden for et token Ring -grensesnitt ved bruk av Texas Instruments TMS380C16 MAC og PHY var omtrent tre ganger så mye som et Ethernet -grensesnitt som bruker Intel 82586 MAC og PHY.
• Opprinnelig brukte begge nettverkene dyre kabel, men når Ethernet ble standardisert for uskjermet tvunnet par med 10BASE-T ( Cat 3 ) og 100BASE-TX ( Cat 5 (e) ), hadde den en klar fordel og salget av den økte markant.
• Enda mer signifikant ved sammenligning av de totale systemkostnadene var de mye høyere kostnadene for ruterporter og nettverkskort for Token Ring vs Ethernet. Fremveksten av Ethernet -svitsjer kan ha vært det siste strået.

Operasjon

Stasjoner på et Token Ring LAN er logisk organisert i en ringtopologi med data som overføres sekvensielt fra en ringestasjon til den neste med et kontrolltoken som sirkulerer rundt ringen som kontrollerer tilgangen. Lignende token-passeringsmekanismer brukes av ARCNET , token-buss , 100VG-AnyLAN (802.12) og FDDI , og de har teoretiske fordeler i forhold til CSMA/CD fra tidlig Ethernet.

Et Token Ring -nettverk kan modelleres som et avstemningssystem der en enkelt server gir service til køer i en syklisk rekkefølge.

Adgangskontroll

Dataoverføringsprosessen går som følger:

• Tomme informasjonsrammer sirkuleres kontinuerlig på ringen.
• Når en datamaskin har en melding å sende, griper den tokenet. Datamaskinen vil da kunne sende rammen.
• Rammen blir deretter undersøkt av hver påfølgende arbeidsstasjon. Arbeidsstasjonen som identifiserer seg som destinasjonen for meldingen, kopierer den fra rammen og endrer token tilbake til 0.
• Når rammen kommer tilbake til opphavsmannen, ser den at tokenet er endret til 0 og at meldingen er kopiert og mottatt. Det fjerner meldingen fra rammen.
• Rammen fortsetter å sirkulere som en "tom" ramme, klar til å bli tatt av en arbeidsstasjon når den har en melding å sende.

Multistasjonstilgangsenheter og kontrollerte tilgangsenheter

IBM 8228 Multistation Access Unit med tilhørende installasjonshjelp for å prime reléene på hver port

Fysisk er et Token Ring-nettverk koblet til en stjerne , med 'MAU'er' i midten, 'armer' ut til hver stasjon, og løkken går ut og tilbake gjennom hver.

En MAU kan presenteres i form av et nav eller en bryter; siden Token Ring ikke hadde noen kollisjoner ble mange MAU -er produsert som knutepunkter. Selv om Token Ring kjører på LLC , inkluderer den kildruting til videresending av pakker utover det lokale nettverket. Flertallet av MAU -er er konfigurert i en "konsentrasjon" -konfigurasjon som standard, men senere MAU -er støtter også en funksjon som fungerer som splittere og ikke utelukkende konsentratorer, for eksempel på IBM 8226.

Senere ville IBM gi ut kontrollerte tilgangsenheter som kunne støtte flere MAU -moduler kjent som en Lobe Attachment Module . CAU-ene støtter funksjoner som Dual-Ring Redundancy for alternativ ruting i tilfelle død port, modulær konsentrasjon med LAM og flere grensesnitt som de fleste senere MAUer. Dette tilbød et mer pålitelig oppsett og fjernstyring enn med et ikke -administrert MAU -hub.

Kabling og grensesnitt

Kabling er vanligvis IBM "Type-1", en tung to-par 150 Ohm skjermet tvunnet kabel. Dette var den grunnleggende kabelen for "IBM Cabling System", et strukturert kabelsystem som IBM håpet ville bli bredt vedtatt. Unike hermafrodittiske kontakter , ofte referert til som IBM Data Connectors i formell skrift eller i daglig tale som Boy George -kontakter ble brukt. Kontaktene har den ulempen at de er ganske omfangsrike, krever minst 3 × 3 cm panelplass og er relativt skjøre. Fordelene med kontaktene er at de er kjønnsløse og har overlegen skjerming over standard uskjermet 8P8C. Kontaktene på datamaskinen var vanligvis DE-9 hunn.

I senere implementeringer av Token Ring ble Cat 4 kabling også støttet, så 8P8C ("RJ45") kontakter ble brukt på både MAU, CAU og NIC; med mange av nettverkskortene som støtter både 8P8C og DE-9 for bakoverkompatibilitet.

• 

  IBM Data Connectors på IBM 8228 Multistation Access Unit.

• 

  8P8C 'Mediefiltre' som kobles til en IBM Data Connector og konverterer den til bruk med 8P8C -kontakter.

Tekniske detaljer

Rammetyper

Token

Når ingen stasjon sender en ramme, sirkler en spesiell tokenramme løkken. Denne spesielle tokenrammen gjentas fra stasjon til stasjon til den kommer til en stasjon som må sende data.

Tokens er 3 byte lange og består av en startavgrensning, en tilgangskontrollbyte og en sluttavgrensning.

Avbryt rammen

Brukes til å avbryte overføringen fra sendestasjonen.

Data

Datarammer inneholder informasjon for protokoller i øvre lag, mens kommandorammer inneholder kontrollinformasjon og ikke har data for protokoller for øvre lag. Data-/kommandorammer varierer i størrelse, avhengig av størrelsen på informasjonsfeltet.

Begynnende skilletegn

Består av et spesielt bitmønster som angir begynnelsen på rammen. Bitene fra mest signifikante til minst signifikante er J, K, 0, J, K, 0,0,0. J og K er kodebrudd. Siden Manchester-koding er selvklokking og har en overgang for hver kodede bit 0 eller 1, bryter J- og K-kodingene dette og vil bli oppdaget av maskinvaren. Både felterne Start -skilletegn og sluttavgrensning brukes til å markere rammegrenser.

Adgangskontroll

Dette bytefeltet består av følgende biter fra mest signifikante til minst signifikante bitrekkefølge: P, P, P, T, M, R, R, R. P -bitene er prioritetsbiter, T er tokenbiten som når settet angir at dette er en tokenramme, M er monitorbit som settes av Active Monitor (AM) -stasjonen når den ser denne rammen, og R -bits er reservert biter.

Rammekontroll

Et ett-byte felt som inneholder biter som beskriver datadelen av rammens innhold som angir om rammen inneholder data eller kontrollinformasjon. I kontrollrammer spesifiserer denne byten typen kontrollinformasjon.

Rammetype - 01 angir LLC -ramme IEEE 802.2 (data) og ignorer kontrollbiter; 00 indikerer MAC -ramme og kontrollbiter angir typen MAC -kontrollramme

Ankomstadresse

Et seks-byte felt som brukes til å spesifisere destinasjonens (e) fysiske adresse.

Kildeadresse

Inneholder fysisk adresse til senderstasjonen. Det er et seks-byte felt som enten er den lokale tildelte adressen (LAA) eller universelt tilordnet adresse (UAA) til sendestasjonskortet.

Data

Et felt med variabel lengde på 0 eller flere byte, maksimal tillatt størrelse avhengig av ringhastighet som inneholder MAC -administrasjonsdata eller informasjon om øvre lag. Maksimal lengde på 4500 byte.

Rammesjekk sekvens

Et fire-byte felt som brukes til å lagre beregningen av en CRC for rammens integritetskontroll av mottakeren.

Sluttavgrensning

Motstykket til startavgrensningen, dette feltet markerer slutten på rammen og består av følgende biter fra mest signifikante til minst signifikante: J, K, 1, J, K, 1, I, E. I er den mellomliggende rammebiten og E er feilbiten.

Rammestatus

Et ett-byte felt brukt som et primitivt bekreftelsesskjema for om rammen ble gjenkjent og kopiert av den tiltenkte mottakeren.

A = 1, Adresse gjenkjent C = 1, Ramme kopiert

Aktive og standby -skjermer

Hver stasjon i et Token Ring -nettverk er enten en aktiv skjerm (AM) eller standby -skjerm (SM). Det kan bare være én aktiv skjerm på en ring om gangen. Den aktive monitoren velges gjennom en valg- eller monitorkonfliktprosess .

Monitorkonfliktprosessen startes når følgende skjer:

• det oppdages tap av signal på ringen.
• en aktiv monitorstasjon blir ikke oppdaget av andre stasjoner på ringen.
• en bestemt tidtaker på en sluttstasjon utløper, for eksempel når en stasjon ikke har sett en tokenramme de siste 7 sekundene.

Når noen av de ovennevnte forholdene finner sted og en stasjon bestemmer at en ny skjerm er nødvendig, sender den en "kravstegn" -ramme og kunngjør at den ønsker å bli den nye skjermen. Hvis dette token returnerer til avsenderen, er det OK at det blir skjermen. Hvis en annen stasjon prøver å bli skjermen samtidig, vil stasjonen med den høyeste MAC -adressen vinne valgprosessen. Hver annen stasjon blir en standby -skjerm. Alle stasjoner må være i stand til å bli en aktiv monitorstasjon om nødvendig.

Den aktive monitoren utfører en rekke ringadministrasjonsfunksjoner. Den første funksjonen er å fungere som hovedklokke for ringen for å gi synkronisering av signalet for stasjoner på ledningen. En annen funksjon av AM er å sette inn en 24-biters forsinkelse i ringen, for å sikre at det alltid er tilstrekkelig buffer i ringen for at token kan sirkulere. En tredje funksjon for AM er å sikre at nøyaktig ett token sirkulerer når det ikke overføres noen ramme, og å oppdage en ødelagt ring. Til slutt er AM ansvarlig for å fjerne sirkulerende rammer fra ringen.

Innsetting av token

Token Ring-stasjoner må gjennomgå en 5-faset innsettingsprosess før de får lov til å delta i ringnettet. Hvis noen av disse fasene mislykkes, vil ikke Token Ring -stasjonen settes inn i ringen, og Token Ring -driveren kan rapportere en feil.

• Fase 0 (lobesjekk) - En stasjon utfører først en lobemediekontroll. En stasjon er pakket inn på MSAU og er i stand til å sende 2000 testrammer nedover sendeparet som går tilbake til mottaksparet. Stasjonen sjekker for å sikre at den kan motta disse bildene uten feil.
• Fase 1 (fysisk innsetting)-En stasjon sender deretter et 5-volts signal til MSAU for å åpne reléet.
• Fase 2 (adresseverifisering) - En stasjon sender deretter MAC -rammer med sin egen MAC -adresse i destinasjonsadressefeltet til en Token Ring -ramme. Når rammen kommer tilbake og hvis bitene Address Recognized (AR) og Frame Copied (FC) i rammestatusen er satt til 0 (indikerer at ingen andre stasjoner på ringen bruker denne adressen), må stasjonen delta i den periodiske (hvert 7. sekund) ringundersøkelsesprosess. Det er her stasjoner identifiserer seg på nettverket som en del av MAC -administrasjonsfunksjonene.
• Fase 3 (deltakelse i ringundersøkelse) - En stasjon lærer adressen til sin nærmeste aktive oppstrøms nabo (NAUN) og gjør adressen kjent for sin nærmeste nabo nedstrøms, noe som fører til opprettelsen av ringkartet. Stasjonen venter til den mottar en AMP- eller SMP -ramme med AR- og FC -bitene satt til 0. Når den gjør det, vender stasjonen begge bitene (AR og FC) til 1, hvis det er nok ressurser tilgjengelig, og køer en SMP -ramme for overføring . Hvis ingen slike rammer mottas i løpet av 18 sekunder, rapporterer stasjonen at det ikke er mulig å åpne og fjerne innsettingene fra ringen. Hvis stasjonen deltar i en ringundersøkelse, fortsetter den til siste fase av innsetting, be om initialisering.
• Fase 4 (Request Initialization) - Til slutt sender en stasjon ut en spesiell forespørsel til en parameterserver for å få konfigurasjonsinformasjon. Denne rammen sendes til en spesiell funksjonell adresse, vanligvis en Token Ring -bro, som kan inneholde timer og ringnummerinformasjon den nye stasjonen trenger å vite.

Valgfri prioritetsordning

I noen applikasjoner er det en fordel med å kunne angi én stasjon som har en høyere prioritet. Token Ring spesifiserer et valgfritt opplegg av denne typen, det samme gjør CAN -bussen (mye brukt i bilapplikasjoner) - men Ethernet gjør det ikke.

I Token Ring prioritet MAC brukes åtte prioritetsnivåer, 0–7. Når stasjonen som ønsker å sende mottar et token eller en dataramme med en prioritet som er mindre enn eller lik stasjonens forespurte prioritet, setter den prioritetsbitene til ønsket prioritet. Stasjonen sender ikke umiddelbart; token sirkulerer rundt mediet til det går tilbake til stasjonen. Ved sending og mottak av sin egen dataramme nedgraderer stasjonen tokenprioriteten tilbake til den opprinnelige prioriteten.

Her er følgende åtte tilgangsprioritet og trafiktyper for enheter som støtter 802.1Q og 802.1p :

Sammenkobling med Ethernet

Både Token Ring og Ethernet-grensesnitt på 2210-24M

Broløsninger for Token Ring og Ethernet -nettverk inkluderte AT&T StarWAN 10: 4 Bridge, IBM 8209 LAN Bridge og Microcom LAN Bridge. Alternative tilkoblingsløsninger inkluderte en ruter som kan konfigureres til dynamisk filtrering av trafikk, protokoller og grensesnitt, for eksempel IBM 2210-24M Multiprotocol Router, som inneholdt både Ethernet- og Token Ring-grensesnitt.

Se også

• IBM PC -nettverk

Referanser

Generell

• Castelli, Matthew (2002). Network Consultants Handbook . Cisco Press. ISBN 978-1-58705-039-8.
• Gallo, Michael; Hancock, William M. (2001). Nettverk forklart . Digital presse. ISBN 978-1-55558-252-4.

Eksterne linker

• IEEE 802.5 nettsted
• Feilsøking av Cisco Router Token Ring -grensesnitt
• Futureobservatory.org diskusjon om IBMs feil i Token Ring -teknologi
• Hva om Ethernet hadde mislyktes?