IEEE 802'5

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IEEE 802.5

• Token Ring
• Javier Teixidó Gaibar
• Ricard Andreu Serrano Masobé
• Raúl Ortas Avellanas
• 8/01/2003

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Qué es el IEEE 802.5?

• IEEE 802.5 es un estándar definido por el IEEE
  (Institute of Electrical and Electronics
  Engineers, www.ieee.org) que define una red de
  área local (LAN) en configuración de anillo
  (Ring), con método de paso de testigo (Token)
  como control de acceso al medio.

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• Ubicación del estándar 802.5 dentro de la familia
  de estándares IEEE 802

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• IEEE 802.5 es un estándar nacido de un diseño
  anterior, propiedad de IBM
• IBM Token Ring.
• IBM Token Ring e IEEE 802.5 son totalmente
  compatibles, aunque existen unas pequeñas
  diferencias en sus especificaciones.
• Se usa el término Token Ring para referirse a
  ambos indistintamente.

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Un poco de Historia

• El primer diseño de una red de Token Ring es
  atribuido a E. E. Newhall en 1969. IBM publicó
  por primera vez su topología de Token Ring en
  marzo de 1982 , cuando esta compañía presento los
  papeles para el proyecto 802 del IEEE. IBM
  anunció un producto Token Ring en 1984, y en 1985
  éste llegó a ser un estándar de ANSI/IEEE.
• Actualmente Token Ring está cayendo en desuso
  frente a Ethernet.

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• Los últimos trabajos y revisiones sobre el
  estándar han dado lugar a la incorporación a
  ANSI/IEEE 802.5 de la fibra óptica y la velocidad
  de 100 Mbps (FDDI)
• IBM por su parte continua trabajando en solitario
  en su Token Ring, apostando por él como la base
  de su tecnología de redes locales.

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Nivel Físico - Topología

• Token Ring es un anillo formado por una serie de
  interfaces de anillo conectadas punto a punto. A
  estas interfaces están conectados los nodos
  (equipos).
• El anillo es un medio de transmisión
  unidireccional.

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• Las interfaces de anillo tienen dos modos de
  funcionamiento
• Modo RX (Escucha)
• Los datos que circulan por la red pasan un por
  un registro donde pueden ser leídos y
  modificados.
• Modo TX (Transmisión)
• Los datos que viajan por el anillo son desviados
  hacia el nodo. El nodo puede además transmitir.

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• Habitualmente Token Ring se construye con una
  topología física en forma de ESTRELLA.
• De esta manera, los nodos (equipos) se conectan a
  un dispositivo denominado MSAU (Multi Station
  Access Unit) que posee en su interior el anillo y
  agrupa las interfaces. Un MSAU puede soportar
  hasta 72 computadoras conectadas.
• Los cables que unen los nodos con la MSAU se
  denominan Lobe Cables (Lóbulos) y no deben
  superar los 100 m.

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• Las MSAU poseen una entrada y una salida de
  anillo para poder conectarse a otras MSAU y poder
  expandir la red.
• El cable para unir las MSAUs se denomina Patch
  Cable (Cable de Conmutación).

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• Por último a nivel físico, hay que destacar que
  Token Ring utiliza codificación Manchester
  Diferencial
• -Transición a mitad del bit.
• -Codificación diferencial
• 0 Presencia de transición al principio.
• 1 Ausencia de transición al principio

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Funcionamiento

• Token Ring es un anillo con control de acceso al
  medio mediante testigo (Token).
• Token
• El Token es una trama que circula por el anillo
  en su único sentido de circulación.

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• Cuando una estación desea transmitir y el Token
  pasa por ella, lo toma.
• El Token sólo puede permanecer en su poder un
  tiempo determinado (10 ms).
• Para transmitir modifica el Token de manera que
  lo convierte en una secuencia de inicio de trama,
  a la que se añade la información a transmitir.
  Esta trama, llamada de Datos/Comandos se libera
  al anillo.

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• En ese momento no hay Token en el anillo, por lo
  que ninguna otra estación puede iniciar una
  transmisión. No existen colisiones.
• La trama viaja por el anillo hasta el equipo
  destino, el cual copia los datos de la trama y la
  marca como recibida. La trama continúa viajando
  hasta que regresa a la estación destino.

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• La estación origen comprueba que los datos hayan
  sido recibidos, y retira la trama del anillo.
• Por último, devuelve el Token.

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• Vamos a ver ahora un ejemplo gráfico de
  funcionamiento de una red Token Ring.

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Tramas

• En Token Ring hay dos tipos de tramas
• -Token
• -Datos/Comandos

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Trama Token
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• SD Delimitador de inicio de trama. Contiene el
  patrón V V 0 V V 0 0 0 donde V son violaciones
  de la codificación Manchester Diferencial.
• La violación consiste en mantener el mismo
  valor de tensión durante todo el tiempo de bit.
• AC Control de acceso. El formato del byte es
• P P P T M R R R donde
• - P P P Campo de Prioridad.
• - T Un bit que indica si es una trama de datos
  o de Token.

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• - M Un bit que el Monitor de red pone a 1 si la
  trama ha dado más de una vuelta al anillo.
• - R R R Campo de Reserva.
• ED Delimitador de final de trama.
• Patrón V V 1 V V 1 0 0.

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Trama Datos/Comandos
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• SD y AC Como en la trama de Token.
• FC Control de trama. Los dos primeros bits
  indican el tipo de trama
• - 0 0 Trama MAC para el control del testigo.
  Los cuatro últimos bits forman el
• campo de control fisico. Los bits 3 y 4 no se
  utilizan.
• - 0 1 Trama de datos LLC. Los tres últimos bits
  indican la prioridad LLC y los bits 3, 4 y 5 se
  dejan a cero.
• - 1 X Trama no definida.

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• DA Dirección física de la estación destino.
• SA Dirección física de la estación origen de
  los datos.
• Datos Datos para protocolos de capa superior.
  El límite es establecido por el tiempo máximo
  que se puede retener el Token un nodo (10 ms).

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• FCS Secuencia de Comprobación de trama. Es un
  código de redundancia cíclica de 32 bits. No se
  incluyen en el cálculo los campos SD, AC, ED ni
  FS. Si la trama resulta haber sido dañada, se
  descarta.
• ED Delimitador de final de trama, con
• V V 1 V V 1 I E donde
• - V violaciones del código Manchester
  diferencial.

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- I Bit de trama intermedia. Mientras una
estación tiene el Token y está transmitiendo,
pone este bit a 1. En la útima trama que envia
antes de liberar el Token, pone este bit a
cero. - E Bit de detección de errores. Si una
estación detecta errores en una trama, pone este
bit a 1.
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• FS Estado de la trama con el formato
• A C R R A C R R donde
• - A Bit de de reconocimiento de dirección.
  Indica al
• nodo origen si la dirección ha sido reconocida
• por algún nodo (1) o no (0).
• - C Bit de trama copiada. Indica al transmisor
  si la
• trama enviada ha sido aceptada por el nodo
• destino (1) o bien a sido rechazada (0).
• - R Bits reservados.

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• FS puede por tanto codificar cuatro estados
• - A0,C0 destinatario no se ha encontrado en
  la
• red.
• - A1,C0 destinatario presente pero no ha
• aceptado la trama.
• - A1,C1 destinatario acepta la trama que ha
• recibido correctamente.
• - A0,C1 destinatario no se encuentra pero
  alguien
• ha recibido la trama correctamente.

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Mantenimiento del Anillo

• Para asegurar el funcionamiento correcto de la
  red hay que llevar a cabo unas ciertas tareas.
• El encargado de supervisarlas es el Monitor de
  Red. En todas las redes Token Ring hay uno.

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• Tareas y Mecanismos de mantenimiento
• Monitor activo
• Monitor en espera
• Conexión al anillo
• Notificación de Vecindad
• Balizamiento (Beaconing)

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• Monitor Activo
• Un monitor activo realiza las siguientes tareas
• - Añadir un retardo a la red El retardo total
  en una red token ring tiene que ser el suficiente
  para que la trama recorra el anillo sin solaparse
  consigo misma.
• - Detectar la ausencia de Token.
• - Detección de errores El monitor comprueba el
  CRC de todas las tramas. Si hay muchos errores,
  reinicia la red.
• - Eliminación de tramas huérfanas El equipo
  origen se ha desconectado antes de que la trama
  regresara. Podría estar dando vueltas
  indefinidamente.
• - Notificar su presencia Cada 7 segundos envía
  una trama AMP (active monitor present) al anillo.

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• Monitor en Espera
• Todos los nodos de token ring puedes ser
  monitores de red en potencia. Inician la
  secuencia para convertirse en monitor cuando
• - No detectan Token durante más de 2,6 seg.
• - No detectan trama AMP durante más de 15 seg.
• Envía una trama de petición de Token. Cuando
  llega a las demás máquinas comparan el SA con su
  dirección física
• - Si SA lt su dirección física, entonces cambian
  el SA por su dirección física.
• - Si SA gt su dirección fisica, no hacen nada.
• El equipo que recibe tres tramas de petición de
  Token con SA igual a su dirección física se
  convierte en el nuevo monitor de anillo.

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• Conexión al anillo
• Cuando una estación se quiere conectar al anillo
• - Intenta detectar el monitor de anillo espera
  recibir una trama AMP, SMP o Purga (la red se
  está reinicializando). Si no lo detecta, comienza
  el proceso para convertirse en monitor.
• - Comprueba su dirección envía un paquete de
  datos con destino su propia dirección. Si le
  llega con acuse de recibo es que alguien ya tiene
  la dirección e interrumpe el proceso.
• - Participa en la notificación de vecinos es
  imprescindible para aislar errores eléctricos,
  como veremos en el balizamiento.
• - Opcionalmente, solicita ciertos parámetros de
  configuración extra. Si no obtiene respuesta,
  utiliza los valores por defecto.

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• Notificación de Vecindad
• El proceso comienza cuando en monitor envia una
  trama AMP (active monitor present).
• El siguiente vecino en el anillo la recibe y
  apunta la dirección del monitor, y modifica la
  trama de manera que los demás que la reciban la
  ignoren.
• El que ha modificado la trama, envía una trama
  SMP (Standby monitor present), y la recibe el
  siguiente, apunta la dirección (SA), y la
  modifica para que los demás ignoren la trama.
• Y se repite, hasta que el monitor recibe una SMP
  de su vecino anterior en el anillo. Apunta la
  dirección y finaliza el proceso.

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• Balizamiento (Beaconing)
• Las tramas baliza (beacon) sirven para detectar
  errores eléctricos en el cableado de Token Ring.
• Cuando un nodo no detecta Token en el tiempo en
  el que tendría que haberlo recibido, envia una
  trama baliza a su vecino anterior.
• Cuando un nodo recibe una baliza, se retira del
  anillo, ejecuta los diagnósticos necesarios, y si
  no hay ningún problema, se reconecta.
• Si la estación que ha enviado la baliza no
  detecta actividad del vecino anterior a quien le
  ha enviado la baliza por más de 26 segundos, se
  desconecta del anillo y ejecuta los diagnósticos
  por si el problema está en su cableado. Si no hay
  ningún problema vuelve a reconectarse al anillo.

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Las transmisiones de datos en el anillo se
paralizan cuando hay tramas baliza en
circulación. Si el problema no se resuelve de
esta manera, se precisa intervención externa
sobre el cableado.
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Gestión de Prioridades

• En Token Ring existe una gestión de prioridades
  para poder alterar el turno rotatorio.
• A tal fin se utilizan los campos de Prioridad y
  Reserva del byte de Control de Acceso de la trama.

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• Para ello cada estación dispone de las siguientes
  variables
• Pf Prioridad del equipo para transmitir.
• Ps Prioridad de servicio (tomar el Token)
• Pr Valor de Ps del último Token recibido.
• Rs Valor de reserva del Token actual.
• Rr Reserva más elevada recibida en la
• última rotación del Token.
• Y la prioridad se establece según los siguientes
  esquemas

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FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
FDDI es una variante de Token Ring que permite la
transmisión de tramas a alta velocidad. Las
variaciones se han efectuado para poder admitir
velocidades de 100 Mbps - Trama MAC
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-Preámbulo Campo de 64 bits para sincronización
del reloj utilizando violaciones de codigo. -SD
Delimitador de inicio de trama con el mismo
formato que Token Ring. -FC Control de acceso.
El formato del byte es C L F F Z Z Z Z
donde C Tipo de trama Síncrona (1), Asíncrona
(0) L Tipo de dirección 16 bits (0), 48 bits
(1) F F Tipo de trama MAC (0 0), LLC (0 1) Z
Z Z Z Tipo de trama de control. -DA Dirección
destino. Dirección física de la estación a la que
van destinados los datos.
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-SA Dirección origen. Dirección física de la
estación de la que provienen los datos. -Datos
Datos de protocolo superior o de control. -CRC
Comprobación de redundancia cíclica de 32 bits
referentes a los campos FC, DA, SA y Datos. -ED
Idéntico que en Token Ring. -FS La misma
estructura que en Token Ring.
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-Trama de Token
-FC Contiene los valores 1 0 0 0 0 0 0 0 o 1 1
0 0 0 0 0 0 para indicar que es trata de un
Token. -Preámbulo, SD, ED son idénticos a los
de la trama de MAC.
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• -Protocolo MAC
• FDDI introduce dos variantes respecto a Token
  Ring
• Por problemas de velocidad, una estación no
  modifica el Token para convertirlo en la cabecera
  de datos. Captura el Token y genera uno nuevo que
  envia a la red.
• Una estación libera rapidamente el Token una vez
  ha finalizado las tramas a transmitir.

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-Cableado para FDDI En el cableado FDDI no hay
únicamente un solo anillo como en Token Ring si
no que aparecen dos anillos donde los datos
circulan en sentido opuesto.
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De los dos anillos unicamente se utiliza uno de
ellos quedando el otro de reserva para cuando se
produce un fallo en el cableado. Los posibles
fallos que se pueden producir y las soluciones se
muestran en las siguientes figuras.
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-Tipos de interfaz de red

• SAS ( Single Attachment Stations) Conexión de
  nodos al anillo a partir de dos conexiones.
• DAS ( Dual Attachment Stations) Concentrador
  que permite la conexión entre diferentes SAS.

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Especificaciones para FDDI
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Conclusiones

• Token Ring es una especificación de red local muy
  robusta y capaz.
• En redes pequeñas a medianas con tráfico de datos
  pesado Token Ring es más eficiente que Ethernet.
  Por el otro lado, el ruteo directo de datos en
  Ethernet tiende a ser mejor en redes que incluyen
  un gran numero de computadoras con tráfico bajo o
  moderado.

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