Кольцевая сеть

Изображение, показывающее схему кольцевой сети

Кольцевая сеть — это топология сети , в которой каждый узел соединяется ровно с двумя другими узлами, образуя единый непрерывный путь для сигналов через каждый узел — кольцо. Данные перемещаются от узла к узлу, причем каждый узел по пути обрабатывает каждый пакет.

Кольца могут быть однонаправленными, при этом весь трафик перемещается по кольцу по или против часовой стрелки, или двунаправленными (как в SONET/SDH ). Поскольку топология однонаправленного кольца обеспечивает только один путь между любыми двумя узлами, однонаправленные кольцевые сети могут быть нарушены из-за отказа одного канала. Отказ узла или разрыв кабеля могут изолировать каждый узел, подключенный к кольцу. В ответ некоторые кольцевые сети добавляют «кольцо встречного вращения» (C-Ring) для формирования резервной топологии: в случае обрыва данные заворачиваются обратно в дополнительное кольцо, прежде чем достигнут конца кабеля, поддерживая путь к каждому узлу результирующего C-кольца. Такие сети с «двойным кольцом» включают -T , ITU сети телефонных систем систему сигнализации № 7 (SS7) протокол пространственного повторного использования , интерфейс распределенных данных по оптоволокну (FDDI), устойчивое пакетное кольцо и защитную коммутацию кольца Ethernet . Сети IEEE 802.5 , также известные как сети IBM Token Ring, полностью лишены недостатков кольцевой топологии: они фактически используют звездообразную топологию на физическом уровне и блок доступа к среде передачи (MAU) для имитации кольца на уровне канала передачи данных . Кольцевые сети используются интернет-провайдерами для предоставления услуг транзитной передачи данных, соединяя вместе такие объекты интернет-провайдера, как центральные офисы/головные станции.

Вся система сигнализации № 7 (SS7) и некоторые кольца SONET/SDH имеют два набора двунаправленных каналов связи между узлами. Это позволяет выполнять обслуживание или сбои в нескольких точках кольца, как правило, без потери основного трафика на внешнем кольце путем переключения трафика на внутреннее кольцо после точек отказа.

Преимущества

• Очень упорядоченная сеть, где каждое устройство имеет доступ к токену и возможность передачи.
• Работает лучше, чем шинная топология, при большой нагрузке на сеть
• Не требует центрального узла для управления связью между компьютерами.
• Благодаря конфигурации устройств «точка-точка» с устройством на каждой стороне (каждое устройство подключено к своему непосредственному соседу), его довольно легко установить и перенастроить, поскольку для добавления или удаления устройства требуется переместить всего два соединения.
• Конфигурация линии «точка-точка» позволяет легко выявлять и изолировать неисправности.
• Реконфигурация Ring Protection при неисправностях линий двунаправленных колец может быть очень быстрой, поскольку переключение происходит на высоком уровне, и, таким образом, трафик не требует индивидуальной перемаршрутизации.
• Кольцевая топология помогает уменьшить коллизии в сети.

Недостатки

• Одна неисправная рабочая станция может создать проблемы для всей сети. Эту проблему можно решить, используя двойное кольцо или выключатель, замыкающий разрыв.
• Перемещение, добавление и изменение устройств может повлиять на сеть.
• Задержка связи прямо пропорциональна количеству узлов в сети.
• Пропускная способность распределяется по всем каналам между устройствами
• Настроить сложнее, чем звезду: присоединение узла = отключение кольца и реконфигурация.

Протоколы доступа

Кольца могут использоваться для передачи цепей или пакетов или их комбинации. Кольца SDH несут цепи. Цепи настроены с использованием протоколов внеполосной сигнализации, тогда как пакеты обычно передаются через протокол управления доступом к среде (MAC).

Целью управления доступом к среде передачи данных является определение того, какая станция и когда осуществляет передачу. Как и в любом протоколе MAC, целью является разрешение конфликтов и обеспечение справедливости. Существует три основных класса протоколов доступа к среде передачи для кольцевых сетей: слотовый, маркерный и регистровый.

Кольцо с прорезями рассматривает задержку кольцевой сети как большой сдвиговый регистр, который постоянно вращается. Он форматируется в так называемые слоты фиксированного размера. Слот либо заполнен, либо пуст, на что указывают управляющие флаги в заголовке слота. Станция, желающая передать, ждет пустого слота и вводит в него данные. Другие станции могут скопировать данные и освободить слот, или они могут вернуться к источнику, который их освобождает. Преимущество освобождения источника, если отправителю запрещено немедленно повторно использовать его, заключается в том, что все остальные станции получают возможность использовать его первыми, что позволяет избежать перегрузки полосы пропускания. Выдающимся примером кольца с прорезями является Кембриджское кольцо .

Заблуждения

• «Token Ring — это пример кольцевой топологии». Сети 802.5 (Token Ring) не используют кольцевую топологию на уровне 1. Сети Token Ring — это технологии, разработанные IBM, которые обычно используются в локальных сетях . Сети Token Ring (802.5) имитируют кольцо на уровне 2, но используют физическую звезду на уровне 1.
• «Кольца предотвращают столкновения». Термин «кольцо» относится только к прокладке кабелей. Это правда, что в IBM Token Ring нет коллизий, но это происходит из-за метода управления доступом к среде передачи уровня 2, а не из-за физической топологии (которая опять-таки представляет собой звезду, а не кольцо). Передача токенов, а не колец, предотвращает столкновения.
• «Передача токенов происходит по кольцам». Передача маркера — это способ управления доступом к кабелю, реализованный на подуровне MAC второго уровня. Кольцевая топология — это схема расположения кабеля на первом уровне. Передачу токена можно делать по шине (802.4), звезде (802.5) или кольцу (FDDI). Передача токенов не ограничивается кольцами.