Мережа Token-Ring

Мережа Token-Ring (маркерне кільце) була запропонована компанією IBM в 1985 році (перший варіант з’явився в 1980 році). Вона призначалася для об’єднання в мережу всіх типів комп’ютерів, що випускають IBM. Уже той факт, що її підтримує компанія IBM, найбільший виробник комп’ютерної техніки, говорить про те, що їй необхідно приділити особливу увагу. Але не менш важливо й те, що Token-Ring є в цей час міжнародним стандартом IEEE 802.5 (хоча між Token-Ring й IEEE 802.5 є незначні відмінності). Це ставить дану мережу на один рівень по статусі з Ethernet.

Розроблялася Token-Ring як надійна альтернатива Ethernet. І хоча зараз Ethernet витісняє всі інші мережі, Token-Ring не можна вважати безнадійно застарілою. Більше 10 мільйонів комп’ютерів в усьому світі об’єднані цією мережею.

Компанія IBM зробила все для максимально широкого поширення своєї мережі: була випущена докладна документація аж до принципових схем адаптерів. У результаті багато компаній, наприклад, 3СOM, Novell, Western Digital, Proteon й інші приступилися до виробництва адаптерів. До речі, спеціально для цієї мережі, а також для іншої мережі IBM PC Network була розроблена концепція NetBIOS. Якщо в створеній раніше мережі PC Network програми NetBIOS зберігалися в убудованій в адаптер постійній пам’яті, то в мережі Token-Ring уже застосовувалася емулююча NetBIOS програма. Це дозволило більш гнучко реагувати на особливості апаратури і підтримувати сумісність із програмами більш високого рівня.

Мережа Token-Ring має топологію кільце, хоча зовні вона більше нагадує зірку. Це пов’язано з тим, що окремі абоненти (комп’ютери) приєднуються до мережі не прямо, а через спеціальні концентратори або багатостанційні пристрої доступу (MSAU або MAU – Multistation Access Unit). Фізично мережа утворює зірково-кільцеву топологію. У дійсності ж абоненти поєднуються все-таки в кільце, тобто кожний з них передає інформацію одному сусідньому абонентові, а приймає інформацію від іншого.

Концентратор (MAU) при цьому дозволяє централізувати завдання конфігурації, відключення несправних абонентів, контроль роботи мережі й т.д.. Ніякої обробки інформації він не робить.

Для кожного абонента в складі концентратора застосовується спеціальний блок підключення до магістралі (TCU – Trunk Coupling Unit), що забезпечує автоматичне включення абонента в кільце, якщо він підключений до концентратора й справний. Якщо абонент відключається від концентратора або ж він несправний, то блок TCU автоматично відновлює цілісність кільця без участі даного абонента. Спрацьовує TCU по сигналу постійного струму (так званий “фантомний” струм), що приходить від абонента, що бажає включитися в кільце. Абонент може також відключитися від кільця й провести процедуру самотестування. “Фантомний” струм ніяк не впливає на інформаційний сигнал, тому що сигнал у кільці не має постійної складової.

Конструктивно концентратор являє собою автономний блок з десятьма розніманнями на передній панелі.

Вісім центральних рознімань (1…8) призначені для підключення абонентів (комп’ютерів) за допомогою адаптерних (Adapter cable) або радіальних кабелів. Два крайніх рознімання: вхідний RI (Ring In) і вихідний RO (Ring Out) служать для підключення до інших концентраторів за допомогою спеціальних магістральних кабелів (Path cable). Пропонуються настінний і настільний варіанти концентратора.

Існують як пасивні, так й активні концентратори MAU. Активний концентратор відновлює сигнал, що приходить від абонента (тобто працює, як концентратор Ethernet). Пасивний концентратор не виконує відновлення сигналу, тільки перекомутує лінії зв’язку.

Концентратор у мережі може бути єдиним, у цьому випадку в кільце замикаються тільки абоненти, підключені до нього. Зовні така топологія виглядає, як зірка. Якщо ж потрібно підключити до мережі більше восьми абонентів, то кілька концентраторів з’єднуються магістральними кабелями й утворюють зірково-кільцеву топологію.

Кільцева топологія дуже чутлива до обривів кабелю кільця. Для підвищення живучості мережі, в Token-Ring передбачений режим так званого згортання кільця, що дозволяє обійти місце обриву.

У нормальному режимі концентратори з’єднані в кільце двома паралельними кабелями, але передача інформації виконується при цьому тільки по одному з них.

У випадку одиночного ушкодження (обриву) кабелю мережа здійснює передачу по обох кабелях, обходячи тим самим ушкоджену ділянку. При цьому навіть зберігається порядок обходу абонентів, підключених до концентраторів. Правда, збільшується сумарна довжина кільця.

У випадку множинних ушкоджень кабелю мережа розпадається на кілька частин (сегментів), не зв’язаних між собою, але зберігаючих повну працездатність. Максимальна частина мережі залишається при цьому зв’язаної, як і колись. Звичайно, це вже не рятує мережу в цілому, але дозволяє при правильному розподілі абонентів по концентраторах зберігати значну частину функцій ушкодженої мережі.

Кілька концентраторів можуть конструктивно поєднуватися в групу, кластер (cluster), усередині якого абоненти також з’єднані в кільце. Застосування кластерів дозволяє збільшувати кількість абонентів, підключених до одного центра, наприклад, до 16 (якщо в кластер входить два концентратори).

Як середовище передачі в мережі IBM Token-Ring спочатку застосовувалася кручена пара, як неекранована (UTP), так й екранована (STP), але потім з’явилися варіанти апаратури для коаксіального кабелю, а також для оптоволоконного кабелю в стандарті FDDI.

Основні технічні характеристики класичного варіанта мережі Token-Ring:

• максимальна кількість концентраторів типу IBM 8228 MAU – 12;
• максимальна кількість абонентів у мережі – 96;
• максимальна довжина кабелю між абонентом і концентратором – 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю між концентраторами – 45 метрів;
• максимальна довжина кабелю, що з’єднує всі концентратори – 120 метрів;
• швидкість передачі даних – 4 Мбіт/с й 16 Мбіт/с.

Всі наведені характеристики відносяться до випадку використання неекранованої крученої пари. Якщо застосовується інше середовище передачі, характеристики мережі можуть відрізнятися. Наприклад, при використанні екранованої кручений пари (STP) кількість абонентів може бути збільшена до 260 (замість 96), довжина кабелю – до 100 метрів (замість 45), кількість концентраторів – до 33, а повна довжина кільця, що з’єднує концентратори – до 200 метрів. Оптоволоконний кабель дозволяє збільшувати довжину кабелю до двох кілометрів.