les réseaux token-ring - freeyofr.free.fr/poryo858/reseau/partie3a.pdf · les bits a et c sont...

1A. Giacometti - IUP GEII de Blois

Les réseaux Token-ring

• Les origines½ Développés par IBM

– En 1981 : premier prototype

– En 1985 : ratification norme IEEE 802.5 à 4 Mbps

– En 1989 : ratification fonctionnement à 16 Mbps

• Les évolutions½ Vers le haut débit

– En 1990 : apparition des réseaux Dedicated Token Ring (DTR)» Transmission full-duplex entre une station et un commutateur Token-Ring

– En 1998 : apparition des réseaux High Speed Token-Ring» Version à 100 Mbps des réseaux DTR

½ Concurrence très forte avec Ethernet– Les interfaces et les équipements sont comparativement trop chers

– Token-ring apparaît de plus en plus comme une solution du passé


Architecture protocolaire

• Couches OSI et normalisation IEEE 802.5½ Définition des couches Physique et Liaison

Couche Physique

CoucheLiaison

Sous-couche LLC(Logical Link Control)

Sous-couche MAC(Medium Access Control)

IEEE 802.2

IEEE 802.5

« Token-Ring »

Couche Réseau Paquet

LLC Paquet

LLC PaquetMAC MAC


Organisation logique• En anneau

½ Quand une trame est émise, elle passe de station en stationavant d’arriver à destination

Station A

Station C

Station D Station B

Une trame émise par A à destination de Dpasse successivement par les stations B et C

(par leurs cartes réseaux) avant d’arriver en D


Organisation physique

• En étoile pour les réseaux les plus simples½ Chaque station est reliée au port d’une MAU (Multiple

Attachement Unit) ou Token Ring Hub

Port Ring OUT

MAU

Station D Station C

Station A Station B

Port Ring IN

Port Lobe


Organisation physique

• En anneau d’étoiles dans les cas plus complexe½ Interconnexion en anneau des MAU via leurs ports Ring-In et Ring-Out

½ Avec au plus 250 stations au total dans l’anneau global

Répéteur

RI RO RI RO

RIRORIRO

Répéteur

Station A

Station D

Station B

Station C


Couche Physique

• Support de communication½ Entre stations et MAU ou entre MAU

– UTP : au plus 100 m si Cat. 3 et 225m si Cat. 5

– STP : au plus 400 m si Cat. 5

– Fibre : au plus 2000 m entre MAU

½ Connecteurs IBM (DIX / DB9 côté station et hermaphroditecôté MAU) puis RJ-45 (des deux côtés)

• Mode de transmission½ Code Manchester différentiel

– Bit à 0 : transition au début et au milieu du temps bit

– Bit à 1 : transition seulement au milieu du temps bit

½ Deux symboles de contrôle– J : pas de transition pendant un temps bit

– K : une transition au début du temps bit


Couche Physique

• Code Manchester différentiel

Deux signaux possiblespour la même séquence de bits

0 1 1 0 0 10 1

∆t

J K

∆t

0 1 1 0 0 10 1

∆t

J K

∆t

Par rapport au code Manchester standard, permetde ne pas tenir compte du sens de branchement d’une paire


Sous-couche MAC

• Objectif principal½ Contrôler l’accès au canal de transmission (Medium Access

Control) pour éviter toute collision entre trames

Station A

Station C

Station D Station B

Une trame est émise par Aà destination de D

La trame passe par B

Si B émet à ce moment làune trame à destination de A

COLLISION


Origine des collisions

• Une même paire de fils½ Pour transmettre les signaux depuis une station vers la MAU, ou

inversement depuis la MAU vers une station

COLLISION =un signal est émis de la MAU vers B

en même temps queB transmet un signal vers la MAUMAU

Station D Station C

Station A Station B

Trame émisepar B vers A

Trame émisepar A vers D


Accès à jeton

• Principe de base½ Une seule station à la fois peut émettre sur le support

½ Pour émettre, une station doit posséder le jeton (Token)– Trame particulière

½ Pour éviter toute collision– Il y a un seul jeton transmis de station en station

½ Pour garantir un droit équitable à émettre– La possession du jeton est limitée dans le temps (peut permettre

d’émettre une ou plusieurs trames)

• Remarque½ La gestion du jeton n’est pas centralisée

– Il n’y a pas de station « principale » ou « primaire » distribuantle jeton aux autres stations


Transmission de données• Pour émettre une trame de données

½ Une station doit posséder le jeton

• Une trame de données émise circule le long de l’anneau½ En allant de station en station (via la ou les MAU)

• Toute station qui reçoit une trame de données½ Teste et indique si elle est reçue correctement

½ Regarde si elle en est le destinataire– Si oui, son contenu est transmis au niveau supérieur

(sous-couche LLC, puis réseau)

– Dans tous les cas, elle transmet la trame reçue à la stationsuivante sur l’anneau

½ Regarde si elle en est la source– Si oui, elle retire la trame émise de l’anneau

• Toute trame émise fait donc un tour complet de l’anneau

½ Elle ne s’arrête pas au destinataire– Permet de contrôler la bonne réception de l’information


La trame de jeton

Starting Delimiter (SD)

J.K.0.J.K.0.0.0

1 octet

Access Control (AC)

1 octet

End Delimiter (ED)

J.K.1.J.K.1.I.E

1 octet

Voir plus loinspour les bits I et E

Priority 3 bits

Bit T(oken) 1 bit

Bit M(onitor)1 bit

Reservation 3 bits

Jeton si 0Autre si 1

0 à l’émission, 1 après la traverséedu Moniteur Actif (station contrôlant l’anneau)

3 bits = 8 niveauxde priorité

Pas de champ permettant la détection d’erreurs de transmission du jeton⇒ Un jeton erroné est un jeton perdu (voir gestion de l’anneau)


Format général de trame

• Deux types de trame de même format½ Trames LLC : contiennent des données utilisteurs

½ Trames MAC : trame de gestion de l’ anneau

Starting Delimiter (SD) = 1 octet

Access Control (AC) = 1 octet

Frame Control (FC) = 1 octet

MAC Destination Address = 4 octets

MAC Source Address = 4 octets

Routing Information = 0 à 30 octets

Data

Frame Check Sequence = 4 octets

Ending Delimiter (ED) = 1 octet

Frame Status (FS) = 1 octet

Au moins 5*8 temps bits entre deux trames


Access Control







Data





Priority 3 bits

T(oken) 1

M(onitor) 1 bit

Reservation 3 bits

0 à l’ émission1 après la traversée du Moniteur Actif(station contrôlant l’ anneau)


Frame Control







Data





Frame LLC0 1

Réservé 0 0 0

User Priority 3 bits

Frame MAC0 0

Type of function 6 bits

Niveau de prioritéfixé par la sous-couche LLC supérieure

(à usage non défini par la norme)

Permet de distinguer différents typesde fonction réalisée par les trames MAC


Frame Check Sequence







Data





Voir partie cours « Réseaux Locaux Commutés »

Permet la détection d’erreurs de transmissionvia un système de codage polynomiale

avec un polynôme générateur normalisé de degré 32(voir cours « Architectures et Protocoles » IUP1)


Frame Status







Data





A C 00 A C EI

A = à 0 au départ, mis à 1 si adresse destinationreconnueC = à 0 au départ, mis à 1 si données copiéescorrectement par la station destination

Les bits A et C sont dupliqués car ils ne sont paspris en compte dans la détection des erreurs

de transmission

Dans une même séquence de trames,mis à 1 (I = Intermediate) pourtoutes les trames sauf la dernière

Mis à 1 par une stationqui détecte une erreur

de transmission


Adressage MAC

• Caractéristiques de base½ Système d’ adressage commun à tous les types de LAN

– Toute carte (Ethernet, Token-ring, FDDI) possède une adresse MAC

½ Une adresse MAC est codée sur 6 octets ou 48 bits– Par convention, une adresse MAC est représentée par un X’

suivie de 6 paires de caractères hexadécimaux séparés par des tirets

X’00-60-08-BD-7C-1E

I / G U / L Adresse Constructeur Sous adresse

1 bit1 bit 22 bits 24 bits

Adresse individuelle (0) d’un ESou d’un groupe (1)

Adresse universelle (0)ou locale (1)


Adresses MAC universelles• Gesion effectuée par l’IEEE

½ Un constructeur de cartes dépose un formulaire et paie une

inscription

½ L’ IEEE lui assigne un identifiant unique ou OUI (Organizationally

Unique Identifier) de 3 octets

Xerox ⇒ X’00-00-00

3Com ⇒ X’00-60-08

Intels ⇒ X’00-90-27

½ Voir « http://standards.ieee.org » pour le formulaire et les identifiants


Adresses MAC Token-Ring

• Quelques exemples½ Adresse de diffusion pour les trames MAC de

gestion de l’ anneau– X ’C0-00-00-FF-FF-FF

½ Adresse pour atteindre le moniteur actif de l’ anneau– X ’C0-00-00-00-00-01

½ Adresse pour atteindre le serveur de paramètres(RPS = Ring Parameter Server)

– X ’C0-00-00-FF-FF-FF


Gestion de la priorité

• Principe de base½ Quand une station reçoit le jeton, elle ne peut

transmettre une trame– Que si son niveau de priorité est supérieur ou égal

à celui du jeton

½ Quand une station désire transmettre une trame avecun niveau de priorité élevé

– Elle réserve le niveau de priorité attendu

– Le prochain jeton remis sur l’anneau contiendrace niveau de priorité


Protocole de gestion

• Dans sa version la plus simple½ Le champ « Access Control » possède

– Un sous-champ « P » (Priority)

– Un sous-champ « R » (Reservation)

½ Toute station « i » possède– Une variable « Ei » = priorité du message à émettre

– Une variable « Si » = priorité sauvegardée et à restituer(initialisée à 0)

• Dans sa version plus complexe½ Toute station « i » possède

– Une pile de nouveaux niveaux de priorité affectés au jeton

– Une pile d’anciens niveaux de priorité du jeton


Protocole de gestion

• Version simple½ Réservation de la priorité

– Quand une station « i » voit passer une trame de données» Si (Ei > R), alors « Si = R » et « R = Ei », sinon ne rien faire

½ Remise du jeton– Quand une station reçoit sa propre trame avec « R≠ 0 »

» Elle remet le jeton sur l’ anneau avec « P = R », « R » restant inchangé

½ Prise du jeton– Quand une station reçoit le jeton et dispose d’une trame à

émettre de priorité « Ei »» Si « P = Ei », alors elle prend le jeton, émet une trame

avec « P = Ei » et « R = Si », et affecte « Si = 0 »


Exemple de scénario (1)

Station A

Station C

Station D Station B

Deux trames de priorité« EA = 0 » à émettre vers D

Une trame de priorité« EA = 1 » à émettre vers D


Conditions générales du scénario1. Toute station possédant le jeton peuttransmettre une trame et une seule2. Au départ, A possède le jeton et transmetsa première trame avec « P = R = 0 »

EA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 2

SC = 0

P = 0 R = 0

Sous-champ ACde la trame de données



Station A

Station C

Station D Station BUne trame de priorité

« EA = 1 » à émettre vers D


La trame passe par B qui faitune réservation de priorité

EA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 2

SC = 0

P = 0 R = 1

Encore une trame de priorité« EA = 0 » à émettre vers D




Station A

Station C




La trame passe par C qui fait une réservationde priorité supérieure et enregistre le niveau

de réservation précédentEA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 2

SC = 1

P = 0 R = 2





Station A

Station C




La trame arrive en DLa trame revient en A qui remet le jeton dans

l’anneau avec le niveau de priorité réservéOn garde le même REA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 2

SC = 1

P = 2 R = 2


Sous-champ ACdu jeton



Station A

Station C




Le jeton passe par B avec un niveau depriorité trop grand pour être pris (P > EB)

EA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 2

SC = 1

P = 2 R = 1





Station A

Station C




Le jeton passe par C qui peut prendre le jetonet émettre sa trame avec P = EC et R = SC

SC est par ailleurs remis à 0EA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 0

SC = 0

P = 2 R = 1


Sous-champ AC de la trame de données



Station A

Station C



La trame passe par D, A, B et C sanschangement. Elle est ensuite retirée de

l’anneau par C qui émet le jeton avec P = REA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 0

SC = 0

P = 1 R = 1





Station A

Station C



Le jeton passe par A avec un niveau depriorité trop élevé pour être pris (P > EA)

EA = 0

SA = 0

EB = 1

SB = 0

EC = 0

SC = 0

P = 1 R = 1





Station A

Station C

Station D Station B

Le jeton passe par B qui peut prendre le jetonet émettre sa trame avec P = EB et R = SB

SB est par ailleurs remis à 0EA = 0

SA = 0

EB = 0

SB = 0

EC = 0

SC = 0

P = 1 R = 0


Après que B est retiré sa trame de l’anneau,A pourra prendre le jeton de nouveau

Sous-champ AC de la trame de données


Gestion de l’anneau

• Les principes½ Gestion centralisée avec deux types de station

– Un moniteur actif» Contrôle l’ intégrité de l’ anneau (circulation de 1 jeton et un seul)

– Des moniteurs en veille (standby monitor)» Surveillent la présence du moniteur actif

» Sont capables de détecter une défaillance du moniteur actif etde prendre la relève

½ Initialisation de l’ anneau– Nécessite l’élection de la station qui sera le moniteur actif

» La station élue sera la station active dont l’ adresse MAC est laplus grande

» Une trame « Claim-Token » circule de station en stationen mémorisant l’ adresse source la plus grande comme étantl’ adresse du nouveau moniteur actif


Fonctions du moniteur actifEcoute

Expiration du temporisateurd’activité TAM ?

non

Produire une trameActive-Monitor-Present

oui

Expiration du temporisateurde trame valide TVX ?

Emettre unnouveau jeton

oui

ouiM = 0 sur unetrame ou jeton

Mettre M à 1 etré-initialiser TVX

non

non

M = 1 sur unetrame ou jeton

Détruire latrame ou jeton

oui Créerun jeton

Sebloquer

ouinon

non

Permet auxStandby Monitors

de détecterune défaillance

du moniteur actif(si aucune trameAMT n’ est reçue

avant expiration dutemporisateur TSM)

Permet auMoniteur actif de

détecter une trametournant

indéfiniment(station destination

en panne oumodification des

adresses source oudestination)

Détection d’un autremoniteur actif


Temporisateurs• TAM = Timer, Active Monitor

½ Au niveau du moniteur actif, détermine la périodicité detransmission des trames AMP (Active Monitor Present)

• TSM = Timer, Standby Monitor½ Au niveau des moniteurs en veille, arrive à expiration si aucune

trame AMP n’ a été reçue (panne du moniteur actif)

• TVX = Timer, Valid Transmission½ Au niveau du moniteur actif, arrive à expiration si aucune

trame ne circule sur l’ anneau

• THT = Timer, Holding Token½ Au niveau de toutes les stations, temps de garde maximale

du jeton


Insertion d’une station• Quand une station est inactive

½ Aucun signal n’ est reçu depuis la MAU (port inactif)

• Quand une station veut joindre un anneau½ Les étapes principales à suivre

– Elle commence par tester sa connexion avec la MAU» En transmettant une trame d’ adresse destination nulle

(X’ 00-00-00-00-00-00)

» Cette trame doit être retournée par la MAU à la station avantde passer à l’ étape suivante

– Elle regarde ensuite si un moniteur actif est présent sur l’anneau» Si ce n’ est pas le cas, elle déclenche l’ élection d’ un moniteur actif

– Elle vérifie qu’aucune autre station sur l’anneau possèdela même adresse MAC

» En transmettant une trame MAC « Duplicate Address Test Frame »

– Si possible, elle inialise ses paramètres» En transmettant une trame MAC « Request Initialisation Frame » au serveur de

paramètres (sans réponse, utilise des paramètres par défaut)


Détection de coupure

• Problème à résoudre½ Isoler automatiquement une station

– En cas de panne de sa NIC ou du câble la reliant à la MAU

• Solution proposée½ Transmission d’ une trame MAC (Beacon ou Radar)

– Par une station ne recevant plus d’ information de lastation en amont sur l’ anneau (upstream station)

½ Question posée– Comment connaître l’ adresse de la station en amont ?


Notification de voisinage

• Apprentissage des adresses en amont½ Initialisé par le moniteur actif

– En émettant une trame AMP (Active Monitor Present) avec A=C=0

½ La première station qui reçoit la trame AMP (avec A=C=0)– Fixe A=C=1 et répette la trame MAC « AMP » (transmise ensuite de

station en station sans changement)

– Enregistre l’ adresse MAC source comme adresse de station en amont

– Transmet après un bref délai une nouvelle trame MAC « SMP »(Standby Monitor Present) avec A=C=0 et son adresse source

½ Toute station qui reçoit une trame SMP avec A=C=0– Fixe A =C=1, et répette la trame MAC « SMP » (transmise ensuite

de station en station sans changement)

– Enregistre l’ adresse MAC source comme adresse de station en amont

– Transmet après un bref délai une nouvelle trame MAC « SMP »(Standby Monitor Present) avec A=C=0 et son adresse source


Gestion des coupures

• Beacon Process (processus radar)½ Quand une station ne reçoit plus d’ information

– Transmet de manière périodique une trame « Beacon » àla station en amont

½ Les autres stations répettent les trames « Beacon » reçues

½ Si la station amont reçoit plusieurs trames « Beacon »– Quitte l’ anneau et teste sa carte réseau

½ Si la station origine des trames « Beacon » reçoit ces dernières– Considère que le problème a été résolu

– Relance un processus d’ élection du moniteur actif etde génération du jeton

½ Dans le cas négatif– Quitte elle-même l’ anneau et teste sa carte réseau


Conclusion Token-Ring

• Avantages½ Délai maximale d’ attente de transmission garanti

– Capital pour les applications temps réel

½ Auto-configuration automatique en cas de panne

• Inconvénients½ Protocole complexe à mettre en œuvre

½ Protocole du passé sans nouvelle évolution majeure

– Malgré le passage à 100 Mbps (HSTR =High Speed Token Ring)

– Dans ce cas le protocole et les équipements développés serapprochent de ceux développés pour l’Ethernet commuté

½ Trop cher sur un plan économique

– Par comparaison avec les équipements Ethernet

les réseaux token-ring - freeyofr.free.fr/poryo858/reseau/partie3a.pdf · les bits a et c sont...

Documents