Token Ring IEEE 802 5 v Fiber Distributed

Token Ring – IEEE 802. 5 và Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

Nội dung • • 1. Giới thiệu. 2. Nguyên lý hoạt động. 3. Định dạng của Token và Frame. 4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên. 5. Xử lý lỗi trong mạng. 6. Ưu nhược điểm của mạng Token Ring. 7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

1. Giới thiệu • Mạng Token Ring được IBM phát triển từ năm 1970 s. • Dựa trên mô hình mạng Token Ring của IBM, IEEE tiếp tục phát triển mạng này bằng việc đưa ra chuẩn IEEE 802. 5. • Các chi tiết kỹ thuật của chuẩn IEEE 802. 5 hầu như giống và hoàn toàn phù hợp với mạng Token Ring do IBM phát triển. • Do đó, thuật ngữ Token Ring được dùng cho cả mạng Token ring do IBM phát triển cũng như chuẩn IEEE 802. 5.

1. Giới thiệu • Mạng Token Ring truyền thống hoạt động ở tốc độ 4 Mbps hoặc 16 Mbps. • Thế hệ đầu tiên Token Ring tốc độ 4 Mbps chạy trên đường dây cáp STP, sau này thì được hỗ trợ thêm trên đường dây điện thoại UTP. • Thế hệ Token Ring tốc độ 100 Mbps được gọi là High Speed Token Ring (HSTR) lần đầu tiên được trình diễn vào năm 1998, nó phục vụ cho các khách hàng muốn nâng cấp khả năng mạng Token Ring sẵn có của họ, tuy nhiên, giao diện cho hệ thống này là khá đắt đỏ.

1. Giới thiệu

2. Nguyên lý hoạt động • Token ring sử dụng thẻ bài để điều khiển truy nhập. • Thẻ bài là một gói đặc biệt lưu thông trên kênh truyền. • Trạm nào nhận được thẻ bài thì được phép truy nhập kênh. • Mỗi lần truy nhập chỉ 1 trạm được phép gửi gói tin. • Sau khi gửi gói tin, trạm vừa phát gói phải gửi trả lại thẻ bài mới lên mạng.

2. Nguyên lý hoạt động • Giả sử cần gửi 1 dữ liệu từ A C. • Tại thời điểm t 0 : thẻ bài đang lưu thông trên vòng, A giữ thẻ bài và bắt đầu phát gói dữ liệu. • Tại thời điểm t 1 : B nhận được dữ liệu từ A sau khi phân tích địa chỉ MAC đích (C), B gửi tiếp gói dữ liệu lên kênh truyền.

2. Nguyên lý hoạt động • Tại thời điểm t 2 : C tiếp nhận được gói dữ liệu A gửi cho nó, sau khi sao chép dữ liệu vào bộ đệm thu, C gửi gói này theo hướng C D, với bit A, C được set lên 1. • Tại thời điểm t 3 : A nhận được gói dữ liệu A = 1, C = 1 nó hiểu C đã nhận được gói dữ liệu. A tạo thẻ bài mới và gửi lại thẻ bài lên mạng.

2. Nguyên lý hoạt động • Nhược điểm : Tại một thời điểm tối đa chỉ có 1 gói dữ liệu được truyền trên kênh truyền, do đó, hiệu suất kênh truyền sẽ thấp, đặc biệt, trong trường hợp gói tín có kích thước bé so với ring. • Khắc phục : Đề suất phương án đa thẻ bài.

2. Nguyên lý hoạt động

3. Định dạng của Token và Frame Có 2 định dạng chính được truyền trong mạng Token Ring là token và Frame. Ngoài ra còn có thành phần phụ là Abort sequence và Fill. 3. 1 Định dạng của Token Trong đó: • Start Delimter: Báo hiệu cho mỗi trạm biết đó là điểm khởi đầu của một Frame. Là một mã khác biệt so với tất cả các mã còn lại. • Access Control: Dùng để điều khiển quyền truy nhập Token. • End Delimiter: Báo hiệu cho các trạm biết đây là điểm kết thúc của Frame.

3. Định dạng của Token và Frame 3. 2 Định dạng của Frame

3. Định dạng của Token và Frame 3. 3 Định dạng của Abort sequence và Fill • Định dạng của Abort sequence chỉ gồm hai trường SD và ED. Abort sequence có thể được chèn vào bất kỳ vị trí nào trong đường dữ liệu. • Fill đơn giản chỉ là một chuỗi bit 0 hoặc 1 được chèn vào trước và sau các frame, token để đảm bảo rằng trên đường truyền luôn có tín hiệu.

3. Định dạng của Token và Frame 3. 4 Nội dung các trường 3. 4. 1 Start delimiter • Cấu trúc của Start Delimitor là cố định và duy nhất, không thể trùng với bất kỳ đoạn mã nào khác. • Non-data-J và non-data-K là các mã được phá cách để khác biệt với các bit 0 và 1.

3. Định dạng của Token và Frame 3. 4. 2 Access Control • Priority bit: Cho biết mức ưu tiên của token và xác định xem trạm nào được quyền để sử dụng token đó. • Token bit: Có giá trị 0 trong token và 1 trong Frame. • Monitor bit: Dùng để ngăn chặn một token có priority lớn hơn 0 hoặc một Frame được truyền đi truyền lại nhiều lần trong mạng. • Reservation bits: Các bit này cho phép một trạm yêu cầu token sau đó sẽ chỉ dành cho các trạm có mức ưu tiên cao hơn mức này.

3. Định dạng của Token và Frame 3. 4. 3 Destination và Source Address • Mỗi frame đều có 2 trường địa chỉ là địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. • Địa chỉ đích được phân chia thành địa chỉ đơn và địa chỉ nhóm. Bit đầu tiên của trường địa chỉ đích sẽ phân biệt: 0: địa chỉ đơn 1: địa chỉ nhóm • Địa chỉ nhóm được dùng để truyền dữ liệu tới nhiều trạm. • Địa chỉ quảng bá: Nếu trường địa chỉ gồm tất cả các bit 1 thì địa chỉ đó là địa chỉ quảng bá được dùng để gửi tới tất cả các trạm trong mạng. • Địa chỉ null: là địa chỉ gồm tất cả các bit 0. Frame chứa địa chỉ này sẽ không hướng tới bất cứ trạm nào.

3. Định dạng của Token và Frame 3. 4. 4 Trường thông tin INFO • Trường thông tin có thể chứa 0 hoặc nhiều octes và không có một giới hạn nào về độ dài cho trường thông tin này. Tuy nhiên, có thể quy định thời gian giữ token của một trạm không lớn hơn Token Holding Time cho trước. • Thông tin truyền trong trường INFO được hiểu là MAC hay LLC như đã được xác định trong Frame Control. 3. 4. 5 Ending delimiter

3. Định dạng của Token và Frame 3. 4. 6 Frame Status FS • Address recognized bit sẽ được truyền là 0 ở trạm gửi, và được đẩy lên 1 khi một trạm nào đó nhận thấy rằng địa chỉ đó trùng với địa chỉ của mình hoặc của nhóm mình. • Frame copied bit sẽ được truyền là 0 ở trạm gửi và đẩy lên 1 khi một trạm nhận dạng được frame được truyền cho nó và copy vào bộ đệm. • 2 bit này cho phép trạm gửi xác định ra 3 trường hợp: - Trạm đích không tồn tại hoặc không được kích hoạt trong mạng - Trạm đích tồn tại nhưng chưa copy - Trạm đích đã copy

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (a) A đợi 1 thẻ bài có mức ưu tiên thấp. (b) A lây thẻ bài và truyền 1 khung cho C. D tạo ra 1 đặt trước với mức ưu tiên cao hơn.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (c) A sẽ dừng việc truyền và sinh ra thẻ bài có mức ưu tiên cao phụ thuộc vào trường đặt trước của khung nó nhận được. A cũng ghi nhớ nó đã nâng mức ưu tiên từ thấp lên cao. (d) D đợi thẻ bài có mức ưu tiên cao.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (e) D nhận thẻ bài có mức ưu tiên cao và truyền 1 khung cho B. (f) D giải thoát thẻ bài có mức ưu tiên cao sau khi nhận được khung đã truyền đi.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (g) A nhận thẻ bài có mức ưu tiên cao này và nhận ra mức ưu tiên này do chính nó nâng lên. (h) A giải phóng thẻ bài mới bằng việc thay đổi mức ưu tiên từ cao thấp.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên • Có 8 mức ưu tiên được hỗ trợ được biểu diễn bằng 2 trường 3 bit trên mỗi khung dữ liệu và thẻ bài. • 2 trường bit này là trường ưu tiên và trường “đặt trước” nhận thẻ bài.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên P = mức ưu tiên của thẻ bài. R = mức độ ưu tiên “đặt trước ” thẻ bài. Pm : Mức ưu tiên của bản tin được truyền từ trạm.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên Pr = mức ưu tiên của khung vừa nhận. Rr = mức đặt trước của khung vừa nhận. P = mức ưu tiên của khung đã truyền R = mức đặt trước của khung đã truyền. Pm : Mức ưu tiên của bản tin được truyền từ trạm. Sr / Sx : ngăn xếp để lưu trữ mức ưu tiên (cũ/mới).

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (a) Trạm A có 1 khung có P =4, B và D có mức ưu tiên lần lượt là 5 và 6. 1. A truyền 1 khung có (P =4, R = 0). 2. B sẽ tạo 1 mức ưu tiên (P =4, R =5) 3. D nhận thấy mức ưu tiên của nó cao hơn R(6>5). 4. D cũng sẽ tạo 1 mức ưu tiên (P =4, R =6) thay thế R cũ là 5.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (b) Trạm A sẽ nhận khung đấy. 1. A giải phòng thẻ bài rỗi, có mức ưu tiên là 6, (P =6, R =0), lưu lại rằng nó đã đưa mức ưu tiên từ 4 6 bằng việc push vào stack. Sx = 6, Sr =4. 2. B sẽ tạo một đặt trước bằng 5 trong thẻ bài này (P =6, R =5). 3. D sẽ lấy thẻ bài này vì (Pm = P = 6). 4. D sẽ truyền khung với mức ưu tiên là 6, mức đặt trước là 5.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (c)Trạm C có khung với mức ưu tiên là 7. 1. Khung được truyền từ D qua B (P =6, R =5). 2. B bị bỏ qua khung này, C nhận thấy đây là 1 khung dữ liệu và nó có mức ưu tiên lớn hơn mức ưu tiên của khung này (Pm = 7 >6 ) 3. C sẽ tạo 1 đặt trước (P =6, R =7) trận lên đặt trước cũ = 5. D bắt đầu dừng truyền.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (d) Trạm D nhận khung, 1. D sẽ giải phóng thẻ bài tự do với mức ưu tiên 7 (P =7, R =0 ), đồng thời lưu lại rằng nó đã đưa mức ưu tiên từ 6 7 bằng việc push vào stack. Sx = 7, Sr =6. 2. A bị bỏ qua khung. 3. B lại tạo 1 đặt trước với R =5 (P=7, R =5) trên thẻ bài này. 4. C giữ thẻ bài và truyền khung với (P =7, R =5).

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (e) C truyền khung 1. C truyền khung qua A với (P=7, R =5). 2. B bị bỏ qua. C bắt đầu rời khung này. 3. C phát ra thẻ bài có (P =7, R =5) 4. D nhận ra mức ưu tiên của thẻ bài đến này (7) đã được nâng lên bời chính nó và giảm mức ưu tiên từ 7 6 bằng việc pop Sr và Sx.

4. Cơ chế thẻ bài ưu tiên (f)Trạm A nhận được thẻ bài đã giảm mức ưu tiên, . 1. A nhận ra rằng mức ưu tiên của thẻ bài đến (6) bằng với mức được nâng lên 2. Bởi chính nó từ 4, nó sẽ giảm mức ưu tiên từ 6 4 bằng pop Sr và Sx. Tuy nhiên, nó cũng có thể nhận ra mức ưu tiên đặt trước của thẻ bài đến là 5, từ đó, mức ưu tiên được nâng lên 5. (Sx = 5, Sr = 4). 3. A giải phóng thẻ bài (P =5, R =0). Cuối cùng B cũng nhận được thẻ bài cho nó. 4. B sẽ dùng thể bài này để được quyền truyền khung tiếp tục cho C.

5. Xử lý lỗi trong mạng Lỗi trong mạng Token Ring chia làm 2 loại: Lỗi cứng: Chết trạm hoặc đứt đường dây Lỗi mềm: Không có token nào trong vòng, Frame chạy đi chạy lại nhiều lần trong vòng, không có trạm nào làm trạm giám sát. Quá trình xử lý lỗi diễn ra như sau:

5. Xử lý lỗi trong mạng 5. 1 Ring Purge process Mục đích của quá trình Ring Purge này là dọn sạch vòng và tạo một token mới. Quá trình này xảy ra khi: • Không có token nào trong vòng. Nếu sau một khoảng thời gian mà không phát hiện thấy token hay frame nào chạy trong vòng, trạm giám sát sẽ khởi động quá trình ring purge • Một frame hay token có priority lớn hơn 0 chạy đi chạy lại nhiều lần trong vòng. Khi một frame bất kỳ nào chạy qua trạm giám sát, trạm giám sát sẽ set Monitor bit lên 1. Nếu trạm giám sát phát hiện ra một frame hay token nào chạy qua trạm mà có Monitor bit bằng 1, trạm giám sát chuyển tới chế độ Ring Purge.

5. Xử lý lỗi trong mạng Quá trình bắt đầu khi trạm giám sát chuyển vào Transmit Ring Purge State và bắt đầu truyền Ring Purge frame.

5. Xử lý lỗi trong mạng • Mỗi lần trạm giám sát truyền một Ring Purge frame, trạm sẽ reset lại TRR timer. Nếu TRR hết hạn trước khi nó nhận được một Ring Purge đúng, trạm sẽ truyền một Ring Purge mới. • Nếu trạm giám sát nhận được một Ring Purge frame của trạm khác thì nói sẽ bỏ quyền giám sát và trở về làm một trạm truyền bình thường. • Khi trạm giám sát nhận lại được Ring Purge frame của chính nó. Trạm trở về với trạng thái truyền bình thường và tạo ra một token mới. • Nếu sau khi một khoảng thời gian TRP mà trạm chưa nhận được một Ring Purge frame nào thì quá trình Ring Purge đã thất bại. Trạm từ bỏ quyền giám sát và hệ thống chuyển sang quá trình Claim Token.

5. Xử lý lỗi trong mạng 5. 2 Claim Token Process Quá trình Claim Token sẽ xác định ra một trạm làm trạm giám sát. Quá trình này bắt đầu khi một trạm chuyển sang trạng thái Transmit Claim Token và bắt đầu truyền Claim Token frame.

5. Xử lý lỗi trong mạng • Các trạm khác khi nhận được Claim Token frame sẽ chuyển sang trạng thái Transmit Claim Token. • Nếu một trạm nhận được Claim Token frame của trạm khác có địa chỉ cao hơn địa chỉ của nó, trạm đó sẽ từ bỏ quyền trở thành trạm giám sát và truyền Claim Token cho trạm kia. • Khi một trạm nhận được Claim Token frame của chính mình và Monitor bit đã được set lên 1 (chứng tỏ có 1 trạm khác đang làm trạm giám sát), trạm tiếp tục truyền Claim Token. • Khi trạm nhận được Claim Token của nó và Monitor bit chưa được set thì trạm đó hoàn thành quá trình Claim token và chính thức trở thành trạm giám sát. • Sau khi hoàn thành quá trình Claim token, Trạm giám sát sẽ chuyển sang quá trình Ring Purge và bắt đầu truyền Ring Purge frame.

5. Xử lý lỗi trong mạng 5. 3 Beacon Process • Beacon process nhằm xác định điểm xảy ra lỗi cứng trong mạng. quá trình này được kích hoạt khi Claim Token Process thất bại. • Không phải tất cả các mạng Token Ring đều có thể xử lý lỗi cứng. Mô hình mạng token ring của IBM sử dụng Multistation Access Unit - MSAU

5. Xử lý lỗi trong mạng Beacon Process bắt đầu khi một trạm chuyển sang trạng thái Transmit Beacon state và bắt đầu truyền beacon frame.

5. Xử lý lỗi trong mạng • Nếu một trạm truyền đi mà nhận lại được Beacon Frame của chính nó thì Beacon Process đã thành công và nó chuyển về trạng thái Claim Token. • Nếu một trạm nhận được Beacon frame của một trạm khác, nó sẽ chuyển sang trạng thái Repeat Beacon state và truyền frame đó đi. • Trong Beacon frame có một trường là địa chỉ của trạm phía trên trạm truyền (Upstream station). Nếu một trạm nhận được 8 Beacon frame liên tiếp có địa chỉ này trùng với địa chỉ của nó, nó sẽ chuyển sang trạng thía Beacon test state và loại bỏ nó ra khỏi vòng để test xem nó có phải là trạm gây lỗi hay không. • Sau một khoảng thời gian TBT mà trạm phát không nhận được Beacon Frame truyền về, trạm chuyển sang trạng thái Beacon Test state, nó loại bỏ chính nó rời khỏi vòng để test xem nó có phải là nguyên nhân gây ra lỗi hay không.

5. Xử lý lỗi trong mạng 5. 4 Neighbor notification process thực hiện dựa trên chức năng của bit A, C cũng như đặc điểm của địa chỉ quảng bá. Quá trình này diễn ra như sau:

5. Xử lý lỗi trong mạng • Trạm giám sát sẽ bắt đầu quá trình Neighbor notification process bằng việc gửi AMP frame. • Các trạm khác khi nhận được frame này sẽ lưu lại giá trị địa chỉ trạm upstream của nó và gửi đi một SMP frame chứa địa chỉ của nó cho trạm bên dưới sau một khoảng thời gian TQP. • Khi trạm giám sát nhận lại được AMP hoặc SMP mà trong đó bit A và C bằng 0 thì quá trình này kết thúc. • Mỗi trạm sẽ có một đồng hồ TSM, đồng hồ này được reset mỗi khi trạm nhận được một AMP hay SMP frame. Nếu quá khoảng thời gian này mà không nhận được một AMP hay SMP nào thì trạm đó sẽ bắt đầu Claim Token Process.

6. Ưu nhược điểm của mạng Token Ring Ưu điểm: • Trễ tối đa trong mạng có thể tính toán được • Có thể tự sửa lỗi nếu dùng dual ring • Dễ dàng mở rộng thêm nút mới Nhược điểm: • Phức tạp, tốn diện tích cho các cổng đôi • Tốn kém, chi phí đắt • Khó nâng cấp để đạt tốc độ cao Mạng Token Ring vẫn còn được sử dụng ở nhiều nơi, tuy nhiên đã phải nhường thị phần lớn cho mạng Erthernet.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) FDDI dựa trên đồ hình vòng Ring 2 chiều, sử dụng sợi quang để truyền dẫn giữa các trạm với tốc độ 100 Mbps, có thể trải rộng tới 200 Kms và dùng cho 1000 người sử dụng.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) • Đường dây thứ cấp giữ vai trò như đường dây dự phòng khi đường dây chính có sự cố. • Tuy nhiên, ngay cả khi không có sự cố, đường dây thứ cấp này cũng có thể được sử dụng để đẩy tốc độ truyền của mạng lên 200 Mbps.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) So sánh Token Ring và FDDI: Token Ring - Dùng cặp dây xoắn 4. 16 Mbps Không xác định tính ổn đinh Dùng mã Differential Manchester Đồng hồ trung tâm Dùng Priority và Reservation bits Tạo token mới sau khi nhận FDDI - Dùng sợi quang 100 Mbps Ổn định Mã hóa 4 B/5 B Đồng hồ phân tán Timed Token Rotation Time Tạo token mới sau khi truyền

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) • FDDI sử dụng 2 dạng sợi quang: multi mode và single mode. • Một mode là một tia sáng được đưa vào sợi quang với một góc độ nhất định. • Sợi quang multi mode sử dụng LED để tạo tia tín hiệu còn sợi quang single mode thường sử dụng laser. • Do các tia sáng trong multi mode được truyền với một góc nhất định nên nó sẽ tới đích trong các khoảng thời gian khác nhau. • Điều này làm hạn chế tốc độ cũng như khoảng cách truyền của multi mode. Do đó, multi mode chỉ được dùng để truyền trong cùng một tòa nhà hoặc trong các khu vực lân cận.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) • FDDI không thể sử dụng mã Manchester do tần số quá lớn. Mạng FDDI sử dụng mã 4 B/5 B.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) • Mỗi ký hiệu sau khi mã hóa được truyền qua bộ mã hóa NRZI. Bộ này sẽ tạo ra một tín hiệu mỗi khi có chuyển mức từ 0 lên 1 hoặc 1 xuống 0.

7. Fiber Distributed Data Interface (FDDI) Cấu trúc khung dữ liệu của FDDI: • Cấu trúc dữ liệu của FDDI giống với token ring nhưng có thêm phần Premable đầu tiên có nhiệm vụ đồng bộ. ED là một ký hiệu T. FS là 3 ký hiệu indicator là E (error), A (Address recognized) và C (copied). Mỗi ký hiệu có thể có giá trị S (Set) hoặc R (Reset). • Mỗi trạm trong mạng FDDI sử dụng một đồng hồ riêng biệt. Khi gửi dữ liệu, nó sẽ sử dụng đồng hồ này. Còn khi nhận tín hiệu, nó sẽ sử dụng một đồng hồ có thể đồng bộ tần số và pha với tín hiệu vào.