Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 1/15 TOKEN -RING

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 1/15

TOKEN -RING

INTRODUÇÃO

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A topologia em anel utiliza um método de controle de acesso baseado em fichas (token), este método apresenta as seguintes características:

Unidirecionalidade de transmissão;

Nós de comunicação ativos (repetidores); Canal de comunicação “fechado”;

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FUNCIONAMENTO BÁSICO

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Uma vez inicializado a ficha, esta circula entre todos os nós de comunicação da rede, portando o direito de transmissão no meio compartilhado.

Quando uma estação necessita transmitir uma mensagem, ela adquiri o controle do meio através da ficha que circula pela rede.

De posse da ficha, a estação monta o frame que contém a mensagem e a seguir o frame é emitido na rede.

Cada estação da rede funciona como um retransmissor de mensagem, isto é, recebe o frame e analisa o endereço de destino; se este endereço refere-se a estação que recebeu o frame, esta faz um cópia do frame, altera alguns campos do frame e solta o frame na rede.

O frame circula na rede até atingir novamente o emissor. Após a chegada do frame, a estação libera a ficha para circular novamente na rede.

TÉCNICAS DE CONTROLE.

Do ponto de vista lógico, um mecanismo de controle de acesso baseado em fichas (token) como mostrado na figura acima, essencialmente envolve a definição de procedimentos quanto à:

Geração da ficha (token);

Inserção de mensagem no anel; Recepção da mensagem;

Remoção da mensagem;

GERAÇÃO DA FICHA (Token).

Em uma rede em anel, uma ficha circula pela rede a fim de gerenciar o compartilhamento do meio de transmissão. Esta ficha é gerada pela primeira máquina que entra em atividade na rede, esta máquina passa a ser chamada de

ACTIVE MONITOR, e outras estações que iniciam as atividades são chamadas

de STANDBY MONITOR.

A estação active monitor possui a função de gerenciar a utilização da ficha, ou seja, garantir que todas as estações utilizem o meio físico de maneira semelhante, garantindo desta forma o determinismo da rede, e gerenciar o funcionamento perfeito do Anel como será visto adiante.

As estações standby monitor, possuem a função de retransmitir a mensagem para a próxima estação, garantindo que o frame circule pela rede, e também verificar se o active monitor está executando a suas atividades de maneira correta, caso este não o esteja fazendo, será substituído por um standby

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INSERÇÃO DE MENSAGEM

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Quando uma estação necessita transmitir uma informação, deve primeiro adquir o controle do meio físico, isto é feito quando a ficha chega até a estação, caso a ficha esteja livre, é retirado de circulação.

Após adquirir o controle do meio, a estação monta o frame com as informações de endereço de destino e mensagem propriamente dito, e a seguir coloca o frame para circular novamente na rede.

Resumidamente a estação executa os seguintes passos: Estação aguarda a passagem da ficha;

Estação de posse da ficha; Estação transmite a mensagem; Fim de Transmissão;

Estação restitui a ficha para circulação na rede.

RESTITUIÇÃO DA FICHA

Após a estação transmitir a informação, o frame irá circular pela rede e poderá atingir ou não a estação de destino. Caso a estação de destino seja alcançado, ela irá copiar a mensagem para posterior processamento e alterar alguns campos do frame e em seguida irá repassar o frame para a próxima estação.

Desta forma o frame circulando pela rede irá retornar para a estação fonte que receberá o frame e liberará a ficha para circulação no anel.

RECEPÇÃO DA MENSAGEM

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A estação que recebe um frame irá verificar se o endereço do frame, corresponde ao endereço atual. Caso esta igualdade ocorra, a estação faz uma cópia do frame para posterior processamento, altera alguns campo do frame para indicar à estação fonte que o frame alcançou o seu destino e a seguir libera o frame para circular novamente pelo anel.

Estas alterações que são feitas no frame permite que seja efetuado uma confirmação de recepção de mensagem para a estação fonte, sem a necessidade de emitir uma mensagem separada.

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VELOCIDADES DE TRANSMISSÃO

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As redes em anel podem ser configuradas em velocidades de 4 e 16 Mbps.

FRAMES

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A ficha que circula no anel para gerenciar o compartilhamento do meio físico, é representado no esquema abaixo.

A estação verifica se a ficha está ocupada ou não, utilizando o bit representado pela letra T do campo Access Control.

Depois que estação já possui o controle do meio, é necessário gerar um frame para transmitir a mensagem, como representado abaixo.

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Uma estação quando reconhece um endereço de destino como sendo o seu, inicialmente altera os bits de reconhecimento representado pela letra A do campo Frame Status. O campo representado pela letra C é alterado para 1 caso o campo FCS esteja correto, senão permanece com o valor 0.

O campo Information Field contém a mensagem a ser transmitido.

Caso o frame retorne a estação fonte com os bits A com o valor 0, isto quer dizer que o destino não foi atingido por algum motivo (estação não está ativa), assim um erro é gerado para as camadas superiores e a seguir a ficha é liberada para circulação em modo livre.

Pode ocorrer também que a estação fonte tenha qualquer problema eventual e que não estará ativa quando o frame retornar. Desta forma, o frame continuará a circular até atingir a estação active monitor que irá liberar a ficha para circulação em modo livre.

TAMANHO DE FRAME

O tamanho mínimo de frame corresponde ao tamanho da ficha quando está circulando em estado desocupado (livre) pela rede, que é de 3 bytes.

O tamanho máximo corresponde a um frame circulando com a mensagem, este tamanho corresponde a 17000 bytes.

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GERENCIAMENTO DO ANEL.

Todo o gerenciamento do funcionamento do anel é feito pelas estações que são active monitor e standby monitor.

RESPONSABILIDADE DO ACTIVE MONITOR. Fornecer clock para o anel.

O Active Monitor é responsável por colocar no wire um sinal de clock master, que todas outras estações usam para sincronizar seus relógios internos de modo que todas as estações conheçam quando um tempo de bit inicia e termina.

Iniciar o Ring Polling.

O Active Monitor irá mandar um frame Active Monitor Present (AMP) a cada sete segundos.

Monitoração do Ring Polling.

Se o AM não recebe um frame AMP ou SMP de seu vizinho de cima mais próximo dentro de sete segundos após a do inicialização do Ring Polling, este reporta um Ring Poll Failure para o Monitor de Erro do anel.

Assegurar a passagem do token.

O AM procura por problemas na passagem do token com token circulante devido a um estação que levanta o bit de prioridade no anel e nunca mais baixa este, ou token perdido (especificamente, o AM deve enxergar um bom frame a cada 10 milisegundo).

RESPONSABILIDADES DO STANDBY MONITOR. Monitorar a passagem do token no anel.

Igualmente ao AM, Standby Monitor enxerga token que passam no anel, mas de uma forma branda. Um SM deve ver um frame de dados ou um token no minimo a cada 2.6 segundos. Se não, este inicia um processo de monitor

contention que iremos abordar no próximo tópico.

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 7/15 Se um SM não enxergar um frame AMP no mínimo a cada 15 segundos, este inicia o processo de monitor contention.

Monitorar a frequência do anel.

Se um SM detecta que o sinal de clock produzido pelo AM difere significantemente de seu clock interno, este inicia o processo de monitor

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 8/15 RING POLLING (notificação do vizinho)

Neste processo imaginaremos uma rede consistindo das estações A, B, C e D. Estação A é atualmente o Active Monitor e o fluxo de dados está em ordem alfabética das estações. A estação B sendo vizinho abaixo (downstream) da estação A, a estação C sendo vizinho abaixo de B, etc ..., e finalmente a estação A sendo vizinho abaixo de da estação D (figura 1).

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 9/15 A finalidade do ring pooling é permitir que toda estação no anel conheça o endereço do seu vizinho de cima (informação altera quando uma nova estação entra ou sai do anel). Este também informa a eles que o anel está trabalhando apropriadamente e que o active monitor está presente.

Os seguintes eventos ocorrem durante o Ring Polling:

1. A cada sete segundos expira um timer na estação A. A estação A manda um frame ACTIVE MONITOR PRESENTE (AMP) com endereço de broadcast. Neste estágio, os bits Adrress Recognized Indicator (ARI) e Frame Copied Indicator (FCI) são setado em 0 (figura 2).

figura 2

**** A cada sete segundos o timer de ring polling do active monitor expira e manda um frame ACTIVE MONITOR FRAME. *****

2. A estação B recebe o frame AMP, e os seguintes eventos ocorrem:

Vendo os bits ARI/FCI setados em 0, a estação B seta os bits ARI/FCI em 1;

A estação B registra o endereço físico contido no frame da estação emissora como seu Nearest Active Upstream Neighbor (NAUN). Este sabe que a estação emissora é seu NAUN, pois por definição, a primeira estação que enxerga qualquer frame SMP ou AMP com os bits ARI/FCI setado em 0, setará o bit ARI/FCI para 1. Como este recebeu um frame

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 10/15 AMP com os bits ARI/FCI setado em 0, a estação B sabe que é a primeira estação a receber o frame AMP e assim este é o vizinho abaixo da estação emissora;

Se o NAUN da estação B foi alterado desde o último Ring Polling que ocorreu, este enfilera para transmitir um frame Report Stored Upstream Adapter (RSUA) que é endereçado ao configuration Server do Anel; A estação B enfilera para transmitir um frame SMP em 20 milisegundos.

A razão dos atraso de 20 milisegundos é para permitir uma janela no processo de Ring Polling durante o qual o dados podem ser transmitidos no anel sem a interferir com frames de notificação vizinhos.

A estação B regenera o frame AMP no anel. Outras estações no anel enxergarão os bits ARI/FCI setados em 1 e irão ignorar o frame, e será repetido até que o frame alcance o Active Monitor que irá retirar do anel; (figura 3)

Figura 3

***** A estação B reconhece a estação A como seu NAUN e então set o bits ARI/FCI e mana o frame AMP de volta ao anel. O pacote é repetido ao longo do anel até que a este atinge a estação que lhe deu origem, no caso estação A ****

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 11/15 3. Quando o time de 20 milisegundos da estação B expira, este manda o frame

SMP (figura 4). A estação C recebe o frame SMP e o processo descrito no ítem 2 repete-se na estação C. (figura 5)

figura 4

***** 20 milisegundos após ter recebido um frame AMP vindo da estação A, a estação B manda um frame SMP com o bits ARI/FCI setado em 0.*****

O fato que neste caso um frame SMP está sendo recebido ao invés de um frame AMP não faz direça.

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figura 5

***** A estação C reconhece a estação B como seu NAUN e então set os bits ARI/FCI e coloca o frame SMP de volta no anel. O pacote é repetido ao longo do anel até que este alcance a estação transmissora, a estação B *****

4. A estação D recebe um frame SMP vinda da estação C. f(figura 6)

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 13/15 ***** 20 milisegundos após receber o frame SMP vindo da estação B, a estação C manda um frame SMP com os bits ARI/FCI setado em zero. A estação D reconhece a estação C como seu NAUN, seta os bits ARI/FCI e regenera o frame de volta ao anel. O pacote é repetido ao longo do anel até atingir a fonte transmissora, estação C *****.

O processo descrito no ítem 2 acontece na estação D. A estação D manda um frame com os bits ARI/FCI setados em 0.(figura 7)

figura 7

***** 20 milisegundos depois de receber um frame SMP da estação C, a estação D manda um frame SMP com os bits FCI/ARI setados em zero. Quando a estação A que está atuando como Active Monitor enxerga este frame SMP, com os bits ARI/FCI setado em 0, este registra a estação D como seu vizinho acima. O Ring Polling foi finalizado *****.

Quando a estação A que está atuando como Active Monitor recebe um frame SMP com os bits ARI/FCI setado em (de seu NAUN), este reconhece o fato que o processo Ring Polling foi completado. Se o Ring Polling não se completa dentro de 20 segundos o Active Monitor reporta um Ring Poll Erro ao Monitor de erro do Anel.

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 14/15 MONITOR CONTENTION.

Monitor Contention é o processo de escolha do ACTIVE MONITOR. Standby Monitor inicia o processo de Monitor Contention quando detectam que um evento que sugere que o Active Monitor não está executando apropriadamente o seu trabalho.Neste processo, a estação que atua como AM não participa do processo, pois, toda vez que é iniciado o processo de Monitor Contention, supõe-se um mal funcionamento do AM, este permanece “down” durante o processo e a seguir volta como um SM.

Eventos que podem causar o Monitor Contention.

Uma nova estação que se liga ao anel, mas não detecta a presença do AM; o AM não detecta frames no anel e seu timer de 7 segundos de Ring Polling

expira;

Um SM detecta a falta de um AM no anel ou não detecta nenhum frame no anel e passam-se 2.6 segundos sem o SM enxergar qualquer frame ou token, ou passam-se 15 segundos sem a estação exergar um frame AMP.

O SM nunca irão iniciar o Ring Polling.

DESCRIÇÃO DO PROCESSO MONITOR CONTENTION.

Os seguintes eventos ocorrem no processo Monitor Contention:

1. Um ou mais estações um evento que causam o processo Monitor Contention. Quando a estação detecta um ou mais destes eventos listados acima, este entra em modo CLAIM TOKEN TRANSMIT. Enquanto neste modo, a estação manda um frame Clain Token contendo seu endereço MAC.

2. A estação diretamente abaixo a que entrou no modo CLAIM TOKEN

TRANSMIT irá receber o frame Claim Token e imediatamente em um dos dois

modos:

Se a estação abaixo tem um endereço MAC maior que o endereço contido no frame Claim Token que está recebendo, este entrará em modo Claim Token Transmit e mandará o frame Claim Token com o seu endereço MAC;

Se a estação abaixo tem endereço MAC menor que o endereço contido no frame Claim Token que está recebendo, este entrará em modo Claim

Token Repeat e mandará o frame Claim Token com o endereço MAC

que recebeu.

3. Eventualmente, toda estação no anel serão modo Clain Token Repeat, exceto as estações no anel que possuem endereço MAC maior que a estação que está em modo Claim Token Transmit. Estes frames Claim Token irão circular o anel integralmente. Quando a estação receber três frames Claim Token com

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Fesp - Tópicos Avançados II - Token Ring 15/15 seu endereço MAC, este foi o vencedor do processo Monitor Contention, e vem a ser o Active Monitor do anel.

4. Quando uma estação é eleita como Active Monitor, este imediatamente executa a seguintes ações:

Setar um bit interno de sua interface de rede (placa de rede), ativando as funções de Active Monitor;

Executar o Ring purge;

Iniciar o processo de Ring Polling; Transmitir um token livre.

RING PURGING.

O termo Ring Purge pode ser referido de duas formas: este pode se referir ao ato de um Active Monitor mandar um frame Ring Purge ao redor do anel, e este pode referir-se ao frame atual que esta sendo enviado pelo Active Monitor durante durante a operação de Ring Purge.

O proposito de uma operação de Ring Purge é para reiniciar o estado do anel. Qualquer estação recebendo um frame ring purge imediatamente paraliza o que esta fazendo, reseta seu timer e entra em modo Bit Repeat. Quando um Active Monitor recebe seu próprio frame Ring purge de volta, este sabe que todas as estações no anel está agora em mod Bit Repeat, e está esperando por um token.

Ring Purge são geralmente enviados depois de uma operação de recuperação, como Monitor Contention, que ocorreu e imediatamente antes da geração de um novo token pelo AM.