Основы Token Ring

Основы сетевых технологий
Учебный курс по
материалам
корпорации Xylan
BiLiM Systems
Модель OSI
Стандарт ISO #7498
7-уровневая модель
Функциональность каждого уровня
Интерфейс между соседними уровнями
Взаимодействие между одинаковыми уровнями
BiLiM
Systems
7
6
5
4
3
2
1
Прикладной
Уровень представления
Прикладной
Уровень представления
Сеансовый
Сеансовый
Транспортный
Транспортный
Сетевой
Сетевой
Канальный
Канальный
Физический
Физический
Модель OSI (продолжение)
3 функциональных группы



Приложения
Сквозная (End-to-end)
Сетевая
Прикладной
Представление
Сеансовый
Транспортный
BiLiM
Systems
Сетевой
Канальный
Физический
Прикладные
функции
Сквозные
соединения
Сетевые
функции
Модель OSI (продолжение)
Маршрутизаторы
Мосты
Повторители
BiLiM
Systems
Сетевой
Канальный
Пакеты
данных
Кадры
Физический
Битовое
кодирование
Модель OSI (продолжение)
Функции физического уровня
Сетевой
Канальный
BiLiM
Systems
Физический
> Электрические
сигналы
> Бинарное
кодирование
> Синхронизация
> Контроль ошибок
> Интерфейс NIC
> Физическая среда
Модель OSI (продолжение)
Функции канального уровня
Сетевой
Канальный
BiLiM
Systems
Физический
> Кадры данных
> Сетевая
архитектура
> Синхронизация
> Контроль ошибок
> Управление потоком
> MAC-адресация
> Мосты
> Коммутация
Модель OSI (продолжение)
Функции сетевого уровня
Сетевой
Канальный
Физический
BiLiM
Systems
> Пакеты данных
> Коммуникационные
протоколы
> Логические
подсети
> Протокольная
адресация
> Маршрутизация
Соединения
Повторители (концентраторы, хабы)


Работа на битовом уровне
Большие широковещательные домены
Мосты


Расширение сетей
Один широковещательный домен
Маршрутизаторы


BiLiM
Systems
Соединение разных сетей
Небольшие широковещательные домены
Коммутаторы


Мелкие широковещательные домены
Виртуальные сети
Повторители (концентраторы, хабы)
Работа на битовом уровне
Расширение сегментов сети
10011010
11001110
01100101
Хаб/Концентратор
BiLiM
Systems
10011010
11001110
01100101
10011010
11001110
01100101
10011010
11001110
01100101
10011010
11001110
01100101
10011010
11001110
01100101
10011010
11001110
01100101
Мосты
Работа на MAC-уровне
Передача широковещательных пакетов
Различные сегменты одной сети Альтернативные пути Spanning Tree
123
999
456
789
111
AB7
Сегмент “A”
Сегмент “B”
Порт “B”
Порт “A”
Мост
BiLiM
Systems
Таблица
рассылки
2CB
Адрес
111
123
2CB
456
555
789
999
AB7
Порт
A
A
B
A
B
B
A
B
555
Мосты (продолжение)
Основной функцией является обучение (выяснение адресов)
Построение таблиц рассылки на основе последнего известного
расположения MAC-адреса отправителя
Рассылка широковещательных пакетов
Прозрачные мосты
Трансляционные мосты
Мосты Source route (топология «кольцо»)
Мосты с инкапсуляцией (фирменные решения FDDI)
BiLiM
Systems
Spanning Tree
Стандарт IEEE 802.1 Rev.D (Draft 9) или Rev.C
Предотврашает возникновение замкнутых петель в сетях
Способ работы
Нормальные условия







BiLiM
Systems
При включении мост запрашивает статус корневого (Root) путем широковещательной рассылки
BPDU
Смежные мосты договариваются о статусе корневого (Root) моста
Побеждает высший (определяемый) приоритете ИЛИ
Низший адрес NIC (MAC)
Последовательные BPDU с одинаковым адресом Root MAC = стабильное состояние
Мост периодически рассылает многоадресные BPDU как сообщение Hello и Keepalive
Выбор между параллельными соединениями по меньшей стоимости пути (Path Cost)
Сбой канала или моста





Successive lack of BPDUs interpreted as failed pathway
Мост, обнаруживший сбой, шлет BPDU об изменении топологии
Алгоритм Spanning Tree рассчитывается заново и организуются новые пути
Кадры, находившиеся в состоянии передачи, теряются
Заново строится таблица рассылки
Spanning Tree (продолжение)
Без Spanning Tree
1 пакет
2 пакета
6 пакетов
BiLiM
Systems
12 пакетов
Spanning Tree (продолжение)
Петли в сети

BiLiM
Systems
Мосты видят несколько
путей к одному устройству
Spanning Tree (продолжение)
При старте (приоритет 8000h)
...871
...365
...920
...542
...412
...001
...832
BiLiM
Systems
Замечание: Показаны только последние 3 цифры MAC-адреса; в приведенном примере остальные цифры совпадают
Spanning Tree (продолжение)
Резервные соединения переводятся в состояние
ожидания
...871
...365
...920
...542
...412
...001
...832
BiLiM
Systems
Активный канал
Резервный канал
Spanning Tree (продолжение)
В результате формируется логическое “дерево”
...365
...920
...542
...832
BiLiM
Systems
...871
...412
...001
Маршрутизаторы
BiLiM
Systems
Создают логические подсети
Позволяют соединять сети с различной архитектурой
Соединения LAN-MAN-WAN
Зависят от протоколов
Работают на сетевом уровне
Задержка рассылки составляет 500-4000 микросекунд
Избавляют от передачи широковещательных пакетов между подсетями
Оставляют широковещательные пакеты внутри подсетей
Требуют высокопроизводительных процессоров
Достаточно дороги
Требуют сложной настройки и администрирования
Маршрутизатор...
Прием пакета
Время
Проверка поля Type
Маршрутизация
возможна?
Можно
использовать мост?
BiLiM
Systems
Да
Нет
Да
Нет
Отбрасывание
Маршрутизатор
Мост
Маршрутизаторы (продолжение)
Одна маршрутная запись на подсеть
Устройства включаются в подсеть по определению
2.0.0.5
T
1.0.0.1
2.0.0.1
1.0.0.3
1.0.0.2
1.0.0.4
2.0.0.2
Подсеть 1.0.0.0
BiLiM
Systems
Таблица
маршрутизации
2.0.0.3
Подсеть 2.0.0.0
3.0.0.9
Порт “A”
1.0.0.9
2.0.0.4
Порт “C”
Маршрутизатор
Сеть
1.0.0.0
2.0.0.0
3.0.0.0
6.0.0.0
NxtHop
2.0.0.9
1.0.0.9
3.0.0.9
3.0.0.9
Метрика
1
1
1
2
Порт “B”
2.0.0.9
Коммутаторы
Работа на уровне MAC-адресов
Задержка при коммутации составляет 30-80 микросекунд
Формирование логических рабочих групп
Возможность работы с удаленными ЛВС
Соединение сетей с различной архитектурой
Рассылка пакетов со скоростью среды
Более простое администрирование
Поддержка ATM с возможностью полного перехода на эту технологию
BiLiM
Systems
Коммутатор...
Прием пакета
Время
Проверка заголовка MAC
Можно коммутировать
этот пакет локально?
Да
Нет
Можно передать
этот пакет всем?
Да
Нет
Нужно использовать
мост для данного пакета?
BiLiM
Systems
Коммутатор
Просмотр MPM
и коммутация
Мост
Является маршрутизация
единственным вариантом?
Маршрутизатор
Отбрасывание
Работа с соединениями и без организации соединений
Организация соединений
Организация
соединения
- Управление потоком
- Сохранение порядка
- Подтверждения
- Контроль ошибок
- Исправление ошибок
Передача
данных
Разрыв
соединения
BiLiM
Systems
Данные
Адрес
Без организации соединений
MAC-адрес
получателя
Варианты архитектуры
“Точка-точка”
Шина
Маркер
Кольцо
BiLiM
Systems
Многосвязная
Ethernet
Архитектура с разделяемой шиной
Низкие цены
Возможность расширения
BiLiM
Systems
Ethernet (продолжение)
Сеть на базе концентратора
BiLiM
Systems
Стандарты Ethernet
CSMA/CD
10Base5





Thicknet
RG-9
длина сегмента до 500 метров
до 200 устройств на сегмент
5 сегментов
10Base2




Thinnet
RG-58
длина сегмента до 185 метров
до 30 устройств на сегмент
10BaseT
BiLiM
Systems



UTP/STP
RJ-45
Концентраторы и структурированные
кабельные системы
10BaseFL

Оптические трансиверы и кабели
Основы Token Ring











BiLiM
Systems

История Token Ring
Технология представлена IBM в 1982 комитету IEEE 802
Первый прототип разработан в 1983 (Женева, Швейцария)
Официальный анонс - 1985
Стандарт IEEE 802.5 - 1985
Поддержка скорости 16 Мбит/с 1989
Основы Token Ring
Используется передача маркера в качестве способа доступа к среде
Используется логическая кольцевая топология на базе физической
«звезды» (Lobe и RI/RO)
Подключения узлов происходят в порядке передачи маркера
Поддерживает кабельные системы из скрученных медных пар и оптику
Требуется встроенная поддержка управления для контроля за передачей
маркеров
Основы Token Ring
Компоненты Token Ring




BiLiM
Systems
Сетевые адаптеры 4/16 Мбит/с (в последнее время на рынке
появились новые «полнодуплексные» адаптеры
Соединительные кабели: STP типов 1, 2 или 9, UTP кат. 3 или 5
Разъемы: DB-9 (конвертеры для соединения UTP - DB-9), RJ-45 и
IBM Data
Модули доступа к среде - MAU (например, 8228)
Основы Token Ring
Соединения
RO
RI
BiLiM
Systems
MAU
Рабочие станции
(ответвления)
RI
MAU
RO
RI
MAU
RO
Основы Token Ring
Соединительные устройства
8330 Lobe Attachment Module
8330 LAM - RJ-45s
1
2
3
4
5
11
12
13
14
15
6
7
8
9
10
17
18
19
20
R
16
8230 Lobe Attachment Module
8330 LAM - Type 1
1
0
Controlled Access Unit
R
RI
BiLiM
Systems
RO
CAU - Type 1
Основы Token Ring
Ограничения Token Ring
Длина ответвлений (Lobe): 100 м для типов 1 и 2; 66 м для
типов 6 и 9; 50-100 м для типов 3 и 5
 Протяженность кольца: 200 м для типов 1 и 2; 120-200 для
типов 3 и 5; 1 км для оптических кабелей (Замечание:
Активные устройства могут поддерживать более длинные
соединения)
 Спецификации IEEE позволяют организовать в сети до 250
ответвлений
 Спецификации IBM Token Ring позволяют организовать в сети
STP до 260 ответвлений, для UTP - до 72 (Замечание:
Реальные ограничения связаны с длинами кабелей и числом
станций.)

BiLiM
Systems
Основы Token Ring
Свойства Token Ring
Для доступа к сетевой среде используется 24-битовый маркер
(token)
 По стандарту станция может удерживать маркер не более
0.010 мсек
 Поддержка скорости 16 Мбит/с
 Максимальный размер кадра для скорости 4 Мбит/с
составляет 4,472, а для скорости 16 Мбит/с - 17,800

BiLiM
Systems
Номера колец и мостов
Номера колец



Логический номер присваивается физическому кольцу
Используются совместно с мостами SR
Выделяется мостами SR
Номера мостов



Логический номер присваивается физическому мосту
Используются совместно с номерами колец
Выделяется мостами SR
BiLiM
Systems
Мост 1
Кольцо 1
Кольцо 2
Token Ring
Логическая топология
Маркер
BiLiM
Systems
Token Ring (продолжение)
Подключение MAU
RI
BiLiM
Systems
RO
FDDI
Двойное кольцо с противоположными направлениями
передачи
Протокол Timed Token
Оптические или медные кабели
BiLiM
Systems
Нормальный путь по кольцу
Нормальный путь по кольцу
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Концентратор
Сервер
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая станция
BiLiM
Systems
Повреждение кольца
Повреждение
кабеля
Повреждение
кабеля
Повреждение
устройства
BiLiM
Systems
Рабочая
станция
Повреждение
Концентратор
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Рабочая
станция
Сервер
Рабочая
станция
FDDI PHY
Разъем MIC
Первичные, вторичные и ведущие
Рабочая станция
A
B
B
A
Файловый сервер
A
B
A
B
BiLiM
Systems
M M M
Концентратор
Рабочая станция
Физические соединения
Станции: SAS и DAS
Одинарное подключение станции
Двойное подключение станции
B
S
A
Концентратор: SAC и DAC
M
M
M
M
M
M
M
Двойное
подключение
Одинарное
подключение
MAC
MAC
BiLiM
Systems
M
S
B
A
Голос
Синхронные/асинхр. данные
Кампусная
магистраль
Технологии ЛВС реализованы
на уровне подразделений как
“шина” между компьютерами.
Повторители обеспечивают
простоту подключения. Для
реализации физических
соединений используются
концентраторы (хабы).
Мультиплексор
Мост/
маршрутизатор
Концентратор
BiLiM
Systems
Частные
сети
Настольные
системы
Модель сети
Мосты обеспечивают
соединения между ЛВС.
Недостаточные возможности
масштабирования заставляют
пользователей искать
альтернативные решения. Для
реализации этих задач была
разработана концепция
маршрутизаторов,
обеспечивающих возможность
организации логических сетей.
Частные сети берут свое
начало от недорогих каналов
T1, используемых для
снижения телефонных
расходов. Данные
передаются в таких сетях так
же, как по аналоговым
линиям с модемами.