Token Ring Operation

Document Sample
Token Ring Operation Powered By Docstoc
					Token Ring Operation


      Göksel ÜÇER



  Bilgisayar Mühendisliği
      Ege Üniversitesi
       Yüksek Lisans
“Token Ring” Operasyonu (Token Ring Operation)

Genel Bakış

        “Token Ring LAN”da istasyonlar yakın bir döngüde bağlanmıştır. Kablodan
kaynaklanan parçaları minimize etmek için merkezi toplayıcılar (concentrator) kullanılır.
        “Token Ring” ağlar “half duplex” çalışır. Her bir istayon aynı anda bir paket
gönderebilir ya da alabilir. Aynı anda ikisini birden yapamaz. Her istasyon “repeater”
fonksiyonelliğini gösterebilir. Bu maksimum kablo mesafesini geçmeden, pahalı olmayan
pasif toplayıcılar kullanılarak mümkün olmaktadır.

Not Eğer ortamda “switch” kullanılırsa “full-duplex” iletişim gerçekleşebilir.


Topoloji

       “Token ring” iletişim mantıksal “ring topology” isinde yer alır. Mesajlar tek yönlü
şekilde diğer istasyona ilerler ve geri döner.




                     (şekil 2.8) Mantıksal “ring”, fiziksel yıldız topolojisi
Fiziksel yıldız topolojilerin yaratılmasın istasyonların toplayıcılarla bağlanmasıyla olur.
Sistemde sorun olduğunda bozuk bileşen otomatik olarak kapatılır. Yıldız kablolu “ring”
genelde “token ring” topolojilerinin açıklanmasında kullanılır.


“Token” geçiş operasyonu (Token Ring Operation)

        “Token” ağa erişmek için kulanılan bir dizi bit serisidir. İletişim kanalı “ring” boyunca
geçirilen “token” tarafından paylaşılır. “Token”ın ilerlemesiyle “frame”lerin iletilmesini
sağlar. İstasyonun mesaj iletebilmesi için “token” beklenen mesajın önceliğinden küçük eşit
olmalıdır. Eğer büyükse istasyon önceliği küçük uygun “token” talebinde bulunur.
        İstasyon “token”ı sahiplenmeden önce bir biti değiştirir ve “start of frame sequence
(SFS)” haline çevirir daha sonra da hedef adresini ekler. “Token” “frame” alarak işaretlenir ve
tamamlanan “frame” bir sonraki istasyona yönelendirilir.
        “Frame” ilerlerken bir ya da daha fazla toplayıcılardan geçebilir. Hedef istasyondan
önceki tüm istasyonları “frame” i yönlendirir. Sonraki istasyon “downstream”, önceki
istasyon ise “upstream” olarak ifade edilir.
        Muhtemel olarak hedef istasyon “frame”i alır onu belleğine kopyalar, iki bitini
değiştirir ve “downstream” e yönlendirir. Mesaj iletildiği yere geri döndüğünde mesaj ve
“akcnowledgement” kısmı çıkarılır ve istasyon yeni bir “token” yönlendirir. Bu, normal
“token” salımı olarak bilinir.
        “Early token release (ETR)” TRN’nin 16Mb/s hızlı sürümü olarak karşımıza çıkmıştır
Bu opsiyon geri bildirim bilgisinden bağımsızdır. Sonuç çoklu “frame”lerin genel cevap
verme süresini hızlandırmaktır.


Aktif Monitör Operasyonu (Active Monitor Operation)

       Her bir “ring” de bir istasyon aktif monitör için tasarlanır ve diğer istasyonlar “stand
by” monitör fonksiyonelliğini gösterir. Normal işleti koşullarında ik istasyon aktif monitör
olmak için bağlanır. Eğer aktif monitörde sorun olursa diğer hazır bekleyen monitörlere aktif
olması için mesaj gönderir.
       Aktif monitör “ring” operasyonlarından kaynaklanabilecek hataları gidermekle
sorumludur. Aşağıda sorumluluklar açıklanmıştır:
     Aktif monitör “token”ın tüm zamanda kullanılmasını sağlar. Sayaç göreviyle zaman
       aşımına uğramadan görev yapar. Olabilecek en uzun süre sonrasında aktif monitör
       “frame”i kayıp varsayar ve yenisi için işe koyulur.
     Aktif monitör tekralı dolaşımdan kaynaklanan aynı paketi korur. “Access contrl”
       sahasındaki bitleri kullanarak “frame” göndermeden önce işaretler. Normal
       durumlarda gönderen istasyon “acknowledge frame” verene kadar “AC” sahasındaki
       biti onarmakla sorumludur. Eğer frame onarılmadan ikinci kez aktif monitöre dönerse
       aktif monitör bunun tekrarlı “frame“ olduğunu varsayar. Bunu kaldırır ve yeni “token”
       sağlar.
     Aktif monitör “ring” işlemleri için saat referansını sürdürür ve “neighbor notification
       cycle” oluşturur. Belirli aralıklarda aktif monitör “present frame”lerini “broadcast”
       eden diğer istasyonlardan bu alınır. Zamanlayıcılar sıfırlanır ve en yakın adres bilgisi
       elde edilir. (Nearest active upstream neighbor (NAUN)) . NAUN adreslerinin
       bilinmesi tanımlama ve baypas için kritiktir.
Çoklu istasyon Erişim Birim Operasyonu (Multistation Access Unit (MAU)
Operation)

        MAU merkezi kontrol noktası sağlamak için “TRN rings” üzerinde pasif toplayıcılar
olarak kullanılır. MAU kablolama ve çeşitli port sayımlarında çeşitlilik gösterir. TRN için
olan ilk MAU 8 TCU, 1 RI ve 1RO portuna göre geliştirilmiştir.
        MAU’nun rolü sinyalleri direk olarak bir porttan diğerine sinyallemesidir. 2 MAU
bağlantısının birinde sorun olmasında herbir MAU sinyalleri ters yönde yönelendirir böylece
“ring” bütünlüğünü ve ağ işlemlerini korur. Bu hata toleransı “wrap-around” veya “self
handling” olarak açıklanır. Bu mekanizma şekil 2.9 ve 2.10 da gösterilmiştir.




                                    (şekil 2.9) Ana”ring” yolu
              (şekil 2.10) Tek bağlantı hatasından sonra değiştirilen ana “ring” yolu

        Şekil 2.11 de 2 MAU bağlantısının bozulduğu görünmektedir. Bu merkez toplayıcının
yalıtımındaki sonuçtur. Fakat bu birime bağlı olan istasyonlar birbiriyle olan iletişimi
sürdürebilir.




                 (şekil 2.11) Çoklu bağlantı hatasından sonra yaratılan iki “ring”
Kontrollü Erişim Birim Operasyonu (Controlled Access Unit Operation
(CAU))

       CAU MAU nun temel olarak yaptığı işi sağlayan aktif toplayıcılardır fakat CAU’ın
güçlü olmasından dolayı artı ağ servisi sağlar. Bu servisler,
    Bir önceki istasyondan gelen mesajı bir sonrakine iletmek
    Bazı veya tüm istasyonların adreslerine iç veri tabanından erişim kontrolü
    Ağ yönetim sistemine operasyonel veri yönlendirir ve toplar
    MAU’dan daha uzun kablo mesafesi sağlar ve daha çok istasyon sağlar

       TRN için CAU temel birimleri, dört “lobe attachment modules (LAM)” sağlamak için
toparlanmıştır. Her bir LAM CAU bazında toplam 80 istasyon için 20 istasyon portu sağlar.
Eğer tek kullanılırsa CAU “repeater” gibi fonksiyonellik gösterir.


“Token Ring” tasarım rehberi (Token Ring Design
Guidelines)

Giriş

       Operasyonel “token ring” ağ üzerinde bağlı istasyon belirli bir dönemde her paketi
almalı ve göndermelidir. “Ring” in büyüklüğünü etkileyen faktörler;
    Kullanılan ortam tipi (STP-A veya UTP)
    İşlem hızı (4 veya 16 Mb/s)
    “Repeater”ların varlığı
    Kullanılan toplayıcıların sayısı ve tipi

         Her iki (STP-A, UTP) kablolamada, üç faktör sinyal mesafesini kısıtlar. “Attenuation,
Jitter, Speed”.
Attenuatuation Sinyal gücünün kaybolmasıdır
Jitter “Repeater”lardan kaynaklanan sinyal zamanlamasının kaybolmasıd

        “Ring” tasarımının geçerliliğini tespit etmek için en kötü sinyal genişliği
hesaplanmalıdır. Bu hesaplama pasif toplayıcı kullanımında zorlaşır. Çünkü bunar geri gelen
sinyali tekrar türetmez. Bu nedenle toplam kablolama uzunluğu herhangi iki istasyonu
maksimum limitle böler.
        Pasif toplayıcıların kullanımda hesalanmış değere “adjuster ring length (ARL)” olarak
adlandırılır. “Token ring” satıcıları (tablolar kümesi şeklinde) tasarım aracı sağlar ve buna
“Drive Distance (DD)” tabloları denir. Hesaplanmış ARL değeri ARL’den DD değerinin
çıkarılmasıyla sağlanır. ARL, DD ve maksimum dilim uzunluğu ilişkisi şekil 2.12 de
gösterilmiştir.
                              (şekil 2.12) Ayarlanmış “ring” uzunluğu

       Not Üreticiler bağımsız olduğu için tablodaki DD değerleri çeşitlilik gösterir.


Ayarlanmış “Ring” uzunluk hesaplaması (Adjusted Ring Length
Calculation)

      ARL’nin hesaplanmasında kullanılan en yaygın metot “ring”in maksimum fiziksel
büyüklüğünü tespit etmektir. Metot şöyle yapılmaktadır;
   1. 1. Pasif toplayıcıları birbirine bağlamak için kullanılan kabloların uzunluğu ekle,
      ARL hesaplanırken aynı odada kullanılan kısa ara kablo uzunluğu göz ardı edilir.
   2. 2. Hesaplanan değerden en kısa kablo uzunluğu çıkarılır

   ARL = (Ana “ring” yolunda kullanılan kablo uzunluğu + ana “ring” üzerindeki en kısa
   kablo uzunluğu)
   DD = (ARL + maksimum dilim uzunluğu) olduğu için
   Maksimum dilim uzunluğu = DD – ARL şeklindedir.
“Token Ring” ağ tasarımı (Token Ring Network Design
(TRN))

Pasif toplayıcılar, Tek iletişim odası (Passive Concentrators, Single
Telecommunications Room (TR))

        Aşağıda dizayn için tavsiye edilen öneriler tek TR li olan ve tek bir yerdeki tek “ring”
ler içindir. Tasarım STP-A kablolama ve pasif MAU kullanır. (şekil 2.13)
      Toplayıcı sayısı “ring”e bağlanacak istasyon sayısının tek bir toplayıcıdaki port
        sayısının bölümüne eşittir.
      4 Mb/S hızındaki tek bir “ring” operasyonu tek bir TR de bulunan 10 “rack” üzerine
        dağıtılmış maksimum 33 sekiz port “MAUs” nun destelenmesiyle uyumludur.
        Maksimum 260 aygıt tek “ring” operasyonun 4 Mb/s ile paylaşabilir
      16 Mb/S hızındaki tek bir “ring” operasyonu tek bir TR de bulunan 2 “rack” üzerine
        dağıtılmış maksimum 17 sekiz port “MAUs” nun destelenmesiyle uyumludur.
        Maksimum 136 aygıt tek “ring” operasyonun 16 Mb/s ile paylaşabilir
      Aşağıdaki varsayımlar kablolama sistemine bağlı kalınarak yapılmıştır
             o o Ara kablolar maksimum 2.4 uzunluğunda istasyonları iletişim çıkışına
                bağlamada kullanılır. İstasyonları iletişim çıkışına bağlayan ana kabloların
                uzunluğu maksimum 2.4 metredir.
             o o Maksimum dilim uzunluğu 100 metreyi geçmez
             o o     MAU ları dağıtım kanalına bağlamak için kullanılan ara kablolar
                maksimum 2.4 metredir
             o o Aynı ortamdaki MAU ları bağlamada kullanılan ara kablolar maksimum
                2.4 metredir
             o o Farklı ortamdaki MAU ları bağlamada kullanılan ara kablolar maksimum 9
                metredir
             o o Eğer Tip 9/9A kullanılırsa, kablo uzunluğu Tip 1/1A uzunluklarına
                dönüştürülür
        Yukarıda karşılaştığımız kriterlerin hepsinde bu tür dizayn için ARL değerini
Hesaplamaya gerek yoktur. Eğer kablolar tavsiye edilenden uzun ise maksimum kabul
edilemez dilim uzunluğunun geçmediğini sağlamak için ARL değeri hesaplanmalıdır.
            (şekil 2.13) Sekiz portlu MAU kullanımında “Rack” konfigurasyonu


Pasif Toplayıcı, Çoklu iletişim odası (Passive Concentrators, Multiple
Telecommunications Room (TRs))

       “Ring” in iki ya da daha fazla TR üzerine dağıtılmış pasif toplayıcı kullanmasında
ARL değerinin hesaplanması gereklidir. Eğer bir ya da birden fazla pasif toplayıcı çalışma
ortamına yerleştirilirse bu çalışma alanına TR gibi davranılmalıdır.
       Aşağıda dizayn için tavsiye edilen önerilen çok TR li olan tek “ring”ler içindir.
Tasarım STP-A kablolama ve pasif MAU kullanır.

      İstasyonu iletişim kanalına bağlamada kullanılan ara kablo uzunluğu 2.4 metreyi
       geçmemelidir
      TR deki MAU ve dağıtım panelini bağlamada kullanılan ara kablo uzunluğu 2.4
       metreyi geçmemelidir
      Aynı ortamdaki iki MAU yu bağlamada kullanılan ara kablo uzunluğu 2.4 metreyi
       geçmemelidir
      Tek bir ortama 12 adet MAU kuralabilir
      TR de birden fazla “rack” kullanılırsa farklı “rack”lerdeki MAU ları bağlamada
       kullanılan ara kablo uzunluğu 9 metreyi geçmemelidir
      Eğer tip 9/9A kablo kullanılırsa kablo uzunluğu tip 1/1A uzunluğuna dönüştürülür
      TR den TR ye olan tüm bağlantılar Tip 1/1A, 2/2A veya 9/9A kablolama kullanmak
       zorundadır
Örnek 2.1 “Token ring ARL” hesaplanması
     “Ring” 100 çalışma alanına ve ardışık 3 kata dağılmış
     İstasyonlar 8 port pasif arka arkaya olan MAU lara bağlanmış
     Tüm istasyonlar MAU ya bağlanırken Tip 1A kablolama kullanılmış
     TR den TR ye olan kablolama Tip 1A olsun

100 istasyonu bağlamak için gereken
MAU sayısı = (100 istasyon) / (8 istasyon/MAU) = 13 MAU

TR deki her MAU nun “RO” portu bir sonraki birimde olan maksimum 2.4 metre olan tip 6A
ara kablosuyla “RI” portuna bağlanır




           (şekil 2.14) Dikey düzenlenmiş iletişim odasında toplayıcı bağlantısı

ARL = (10m + 5m + 5m) – (5m) = 15 metre
Bundan sonraki adım ise DD tablosunu      kullanarak maksimum izin verilen dilim uzunluğu
bulmak olacaktır.
                         MAU sayısı        2       3       4
                             10            293 m   289 m   284 m
                             11            285 m   280 m   275 m
                             12            276 m   271 m   267 m
                             13            267 m   263 m   258 m
                             14            259 m   254 m   249 m
                             15            250 m   245 m   241 m

Maksimum dilim genişliği = 263 m – 15 m = 248 m

Böylece istasyonun karşılık gelen MAU portundan olabilecek maksimum uzaklığı 248
metreden küçük eşit olmalıdır.

Örnek 2.3 Maksimum Dilim Genişliğinin hesaplanması – 16Mb/s

Bu örnekteki veriler Örnek 2.1 den alınmıştır.

Maksimum Dilim Uzunluğu = 77m – 15m = 62m

Böylece 16 Mb/s hızında “TRN LAN” ın düzgün çalışması için tüm istasyonlar 62 metrede
MAU portuna bağlanmalıdır. Bu değer yapısal kablolama standartları tarafından önerilen 100
metre değerinden çok çok düşüktür.


Aktif Toplayıcılar, Tek iletişim odası (Active Concentrators, Single
Telecommunications Room (TR))

        Aşağıda dizayn için tavsiye edilen tek TR’li olan ve tek bir yerdeki tek “ring” ler
içindir. Tasarım STP-a kablolama ve aktif “CAU” ve “LAM” kullanır. (Şekil 2.15)




                           (şekil 2.15) CAU tabanlı “token ring”
         Herbir “CAU” maksimum 4 “LAM” için temel birim gibi işler. Herbir LAM “ring” de
maksimum 20 istasyona bağlanabilir. Hesap amaçlı, herbir CAU “ring” de 3 istasyon gibi
sayılır. 4 veya 16 Mb/S “ring” maksimum 260 aygıt tarafından paylaşılır. Herbir CAU
üzerinde 3 istasyon gibi düşünülmelidir. Bu nedenle beş CAU ile “ring” e bağlanabilen
maksimum istasyon sayısı 245 dir.
     4 Mb/s “ring” için maksimum dilim genişliği 375m
     16Mb/s “ring” için maksimum dilim genişliği 145m

Yapısal kablolama standartlarına göre 100 metre olan uzunlukta her iki “ring” işletimini
uygulamak mümkündür. Tavsiye edilen maksimum ara kablo uzunluğu ve çalışma alanı
kabloları pasif toplayıcı tasarımındaki değerlerle eşdeğerdir.


Aktif Toplayıcı, Çoklu iletişim odası (Active Concentrators, Multiple
Telecommunications Room (TRs))

        Aşağıda dizayn için tavsiye edilen çok TR’li olan ve tek bir yerdeki tek “ring” ler
içindir. Tasarım STP-a kablolama ve aktif “CAU” ve “LAM” kullanır. 4 veya 16 Mb/S
“ring” maksimum 260 aygıt tarafından paylaşılır.
     4 Mb/s “ring” için maksimum dilim genişliği 375m
     16Mb/s “ring” için maksimum dilim genişliği 145m
    
Yapısal kablolama standartlarına göre 100 metre olan uzunlukta her iki “ring” işletimini
uygulamak mümkündür. Farklı TR de bulunan CAU lar için maksimum bağlantı;
     400m STP-A kablolama için maksimum 4 Mb/s
     200m STP-A kablolama için maksimum 16 Mb/s
     2000m 62.5 fiber optik kablolama için 4 veya 16 Mb/s
Tavsiye edilen maksimum ara kablo uzunluğu ve çalışma alanı kabloları çok Trli pasif
toplayıcı tasarımındaki değerlerle eşdeğerdir.


“Repeater”, Çoklu iletişim odası (Repeater, Multiple Telecommunications
Room (TRs))

        Fiber optik “repeater”lar dağıtılmış CAU ve MAU ları bağlamakta tavsiye edilir.
Bunlar genellikle “ring”in kampüs içindeki farklı binaları dağılması durumunda kullanılır.
(Şekil 2.16)
        62.5/125 “multimode” fiber optik kablo kullanıldığında “repeater” lar arası mesafe 4,
16 veya 100 Mb/s hızı için 200 metredir. Bu, çeşitli uygulamalar için yapısal kablolama
standartları ile uyumludur. 4 ve 16 Mb/s sistemi 850nm dalga boyunda çalışır. 100 Mb/s hızı
için ise 1300nm dir.
              (şekil 2.16) Fiber optik “repeater” kullanımı ile “Token Ring”


Ayrılmış “Token Ring” (Dedicated Token Ring (DTR))

Genel Bakış

       Full-duplex “token ring” işletimi için özellikler 1997 de ele alındı.”Classic Token
Ring (CTR)” gibi olmayan DTR “switch” portuna bağlantı gerektirir. DTR paylaşılmış
toplayıcı kullanarak uygulanamaz. (Toplayıcılar aktif ya da pasif olsa bile)
          (şekil 2.17) Klasik “token ring” ile ayrılmış “token ring” karşılaştırması

DTR yeni veya mevcut olan “token ring”lere 2 ana kazanç sağlar
   DTR “switch” portuna bağlı olan herhangi bir istasyon her zaman 16 Mb/s hızında
      iletim yapabilir. Buna “transmit immediate protocol (TXI) access mode” denir
   İstasyon aynı anda mesaj alıp ya da verebilir. Bu işletim hızını ikiye katlar yani 32
      Mb/s hızına çıkarır

   DTR ye olan ihtiyaç ortalama bağlantıdan daha sık erişime ihtiyaç duyan aygıtlarda en
çoktur. En genel örnek bir ya da birden fazla sunucunun aynı ağda ortak veri saklamasıdır.
CTR ile her sunucu “token” ın varmasını için beklemek zorundadır (şekil 2.18) İki sunucu 16
Mb/s CTR ile 22 kullanıcılı, her biri 4 pasif toplayıcı ile bağlanmış şekli gösterir.
                              (şekil 2.18) Klasik “token ring” ağı

    Şekil 2.19 da DTR uyumlu “switch” ağa eklenmiştir. Amaç ise ağ üzerindeki cevap
süresini azaltmaktır. Her iki sunucu DTR uyumlu NIC lere sahip ve direkt olarak “switch”
portuna bağlıdır. Dört CTR toplayıcısı “switch” portuna bağlıdır.

      “Switch” üzerindeki her port aynı “ring”lere eş değerdir. Bu nedenle orjinal “ring” altı
       parçaya bölünmüş ve her biri “switch” boyunca birbirleriyle iletişim uyumludur
      Her sunucu “ring” boyunca yalnızdır. Bu nedenle her biri 32 Mb/s TXI ile full-duplex
       çalışır
      22 kullanıcı 16Mb/s paylaşılmış “ring”le 4 gruba bölünmüştür. Tüm istasyonlar için
       “token” bekleme süresi düşürülmüştür. Bu nedenle, her bir “ring”i paylaşan 6 adet
       aygıt vardır
                (şekil 2.19) Ayrılmış “token ring” / Klasik “token ring” ağı


Yüksek hızlı “token ring” ve Gigabit “token ring” (High
speed token ring (HSTR) and Gigabit token ring (GTR))
Genel bakış

        HSTR’nin işletim özellikleri 2000 yılında ele alındı. 1000 Mb/s GTR ise gelişme
sürecinde. HSTR ve GTR’nin ikiside bir önce ele aldığımız DTR nin uzantılarıdır. Her iki
durumda “Switch” porta gereksinim vardır. HSTR ve DTR ortak toplayıcı aktif ya da pasif
olsa bile uygulanabilir.
        HSTR “token” alanları arasında başka bir teknolojiye gerek kalmadan hızlı bağlantıyı
sağlar. HSTR öncesinde maksimum işletim sistem hızı 32 Mb/s full-duplex’tir. HSTR bu hızı
200 Mb/s değerine çıkarmıştır ve son olarak GTR 2000 Mb/s hızına çıkaracaktır.
        HSTR uyumlu birçok NIC kullanımı, otomatik ayarlanabilir hız uyumludur. Bütün
NIC’ler STP-A ve UTP bağlayıcılar için uyumludur. Maksimum dilim genişliği 100 metre
olan için izin verilen STP-A ve “category 5 twisted pair’dir. Fiber optik kullanımında ise bu
dilim genişliği 2000m çıkar.
        Ağ tasarımı tarafından bakıldığında HSTR ve GTR nin niyetleri yoğun kullanımdan
kaynaklanan beklemeleri azaltmaktır. Şekil 2.20 de kullanıcı istasyonlarının 4 ve 16 Mb/s
hızında işlemlerini sürdürürken HSTR ve GTR bağlantılarını gösterir.
(şekil 2.20) Tıkanıklığı azaltmak için kullanılan yüksek hızlı/gigabit “token ring”