الدرس الثاني عشر ... شبكات Token Ring

[برق الشمال]

سنتناول في هذه الحلقة البنود التالية :
1- وصف لخصائص شبكات Token Ring .

2- وصف لطريقة عمل شبكات Token Ring .

3- وصف للخطوات التي يمر بها جهاز الكمبيوتر عند إنضمامه لشبكات Token Ring .

4- وصف لأقسام الإطار Frame الذي ينقل البيانات على الشبكة وبيان عمل كل قسم.

5- وصف لمكونات و احتياجات شبكات Token Ring .

فكرة شبكات Token Ring ظهرت أول مرة في أوائل الستينات من القرن الماضي ، ولكنها لم تنفذ إلا بعد الإتفاق على المعيار IEEE 802.5 الذي يصف شبكات Token Ring من خلال تصميم الحلقة Ring و كان ذلك عام 1985 . وهي تمثل المنافس الأقوى لشبكات إثرنت ذات المعيار IEEE 802.3 .

شبكات Token Ring هي شبكات محلية LAN و تجمع بين خاصيتين :

1- تمرير الإشارة Token Passing .

2- التصميم الهجين للحلقة و النجمة Hybrid Star/Ring Topology

قامت اللجنة المسئولة عن المعيار IEEE 802.5 بتطوير وسيلة للتحكم بالوصول الى وسط الإرسال Media Access Control (MAC) ، و تسمى هذه الوسيلة تمرير الإشارة Token Passing والتي طورت لتحقيق هدفين هما :

1- الحصول على طريقة للتفاهم بين أجهزة الكمبيوتر على الشبكة وتحديد طريقة متفق عليها لإرسال و إستقبال البيانات.

2- تفادي حصول التصادم بين الإشارات ، الحاصل عند قيام جهازين بإرسال بيانتهما في الوقت نفسه.

يحتوي بروتوكول Token Passing على سلسلة فريدة من البتات تسمى Token و تدور على مدار الحلقة ، ويصل طول إطار Token الحر أو الفارغ الى 3 بايت.

طريقة تمرير الإشارة بين الأجهزة و عملية إرسال و إستقبال البيانات على شبكات الحلقة تم شرحها في الدرس الخامس فالرجاء الرجوع إليه عند الحاجة.

يبدأ تصميم شبكات Token Ring بحلقة تصل بين أجهزة الشبكة ، و لكن التصميم المادي الفعلي هو نظام تشبيك نجمي ، فكل جهاز متصل بالحلقة هو فعليا متصل بسلك يصله الى نقطة مركزية هي المجمع Hub ، فالكمبيوترات هي جزء من الحلقة و لكنهم يتصلون بها عن طريق مجمع، هذا ما يطلق عليه شبكة هجينة نجمةحلقة.

تعتبر أغلب شبكات شركة IBM قائمة على معيار Token Ring ، وفي مصطلحات شركة IBM يطلق على المجمع اسم وحدة الوصول متعدد المحطات أو Multistation Access Unit (MAU) و الذي يستخدم السلك Twisted Pair لشبك حتى 255 جهاز .

تتميز شبكات Token Ring بالخصائص التالية:

1- استخدام الأسلاك المحمية STP .

2- معدل نقل بيانات يتراوح بين 4 الى 16 ميجابت في الثانية.

3- تقنية البث الرقمي Baseband .

عندما ينضم أول جهاز الى شبكة Token Ring ، تقوم الشبكة بتوليد إشارة أو Token تبدأ بالسفر حول الحلقة تعرض نفسها على كل جهاز الى أن يقرر جهاز ما إرسال بياناته فيعطي إشارة بذلك و يبدأ التحكم ب Token فيقوم بأخذه من الشبكة و يرسل بدلا منه إطار يحتوي على البيانات التي يود أن يبثها الى الشبكة و باقي العملية سبق شرحها في الدرس الخامس. و يكون أول جهاز يتم تشغيله على الشبكة هو المسئول عن مراقبة أنشطة الشبكة .

تتم مراقبة أنشطة الشبكة بفحص الأطر و التأكد من تسليمها بشكل صحيح و يتحقق ذلك بعمل التالي:

1- تفحص الأطر التي جالت الحلقة أكثر من مرة.

2- التحقق من أن Token واحد فقط يتواجد على الشبكة في أي وقت.

عندما يرغب جهاز ما بالإنضمام الى شبكة Token Ring فإنه يمر بخمس مراحل أي فشل في أي منها يتسبب باستبعاد الجهاز عن الشبكة :

1- المرحلة الأولى Phase 0 و تسمى Lobe Test و التي تقوم بها بطاقة الشبكة بإرسال إطارات من البيانات الى السلك المتصل بها ، هذه الإطارات يجب أن تعود مباشرة الى البطاقة دون أن يتغير محتواها ، فإذا مرت هذه المرحلة بنجاح علمت بطاقة الشبكة أن أسلاك الشبكة و وصلاتها تعمل بشكل جيد.

2- في المرحلة الثانية Phase 1 تصدر بطاقة الشبكة إشارة ضرورية لإدخال جهازها الى شبكة الحلقة، ويكون في هذه المرحلة الإنضمام الفعلي للشبكة ، و لكن بسبب الضوضاء أو التشويش الحاصل بسبب هذه المرحلة فإن أي بيانات يتم بثها على الحلقة في هذا الوقت سوف تفقد ، و لكن الكمبيوتر المسئول عن مراقبة الشبكة يقوم بمعالجة هذا الخطأ و يضع Token جديد على الشبكة.

بعدها تنتظر بطاقة الشبكة أن يمر عليها أي إطار لكي تتأكد أن الشبكة نشطة ، فإن لم تحصل على أي إطار فستفترض بطاقة الشبكة أن جهازها هو أول جهاز ينضم الى الشبكة و تقوم بنفسها بإرسال إطارات و تنتظر عودتها إليها .

3- في المرحلة الثالثة Phase 2 تقوم بطاقة الشبكة بإجراء اختبار العنوان المكرر Duplicate Address Test ، و هنا تقوم بطاقة الشبكة بإرسال إطار يكون فيه عنوان المرسل هو نفسه عنوان المستقبل و هو نفسه عنوان البطاقة ذاتها و تقوم بذلك لتتفحص فيما إذا كان هناك أي جهاز آخر على الشبكة له نفس عنوان جهازها ، فإذا تبين أن هناك جهازا آخر له نفس العنوان ، فإن البطاقة ستفصل نفسها عن الحلقة و تعيد المحاولة مرة أخرى مرورا بالمراحل السابقة مع توليد عنوان جديد .

4- في المرحلة الرابعة Phase 3 تقوم بطاقة الشبكة بالتعرف على أقرب جار نشط أعلى على الشبكة أو Nearest Active Upstream Neighbor (NAUN) ، كما ستعرف نفسها لجارها الأسفل على الحلقة.

في شبكات Token Ring يقوم كل جهاز بمتابعة جيرانه الأسفل منه على الحلقة ، و هذا مهم في حالة انضمام أو مغادرة جهاز ما على الحلقة فإن جاره الأعلى سيقوم بإرسال تقرير عن ذلك الى الجهاز النشط المسئول عن مراقبة الحلقة.

5- في المرحلة الخامسة Phase 4 تقوم بطاقة الشبكة بالإتصال بمزود بارامترات الحلقة Ring Parameter Server (RPS) و الذي يقوم بالتالي:

أ- يزود الأجهزة المنضمة حديثا للحلقة بالقيم اللازمة لإعدادها Initialization Values .

ب- مراقبة أجهزة الحلقة بالحصول على بارامترات تشغيلها و التي تتضمن : العنوان، مستوى الترميز Code Level ،و عنوان NAUN Address .

يتكون إطار البيانات في شبكات Token Ring من عشر أقسام ، وكل العمليات التي تجري على الشبكة تكون محددة في إعدادات الإطار .

و الأقسام التي يتكون منها هذا الإطار Frame هي :

1- القسم الأول يسمى Start Delimiter و هو الذي يحدد بداية الإطار.

2- القسم الثاني يسمى Access Control أو التحكم بالوصول و طول هذا القسم بايت واحد و مهمته تحديد أولوية هذا الإطار في المعالجة من قبل الجهاز المستقبل قبل أو بعد غيره من الإطارات ، كما أنه يحدد فيما إذا كان هذا الإطار هو أطار Token فارغ أو إطار بيانات.

3- القسم الثالث يسمى Frame Control وهذا القسم يحدد فيما إذا كان هذا الإطار ينتمي إلى Media Access Control (MAC) أو Logical Link Control (LLC) و هذين المصطلحين سأؤجل شرحهما الى درس مستقل لتعلقهما بأمور أخرى.

4- القسم الرابع يسمى Destination Address و فيه يحدد عنوان الجهاز المستقبل للإطار .

5- القسم الخامس يسمى Source Address و فيه يحدد عنوان الجهاز المرسل للإطار.

6- القسم السادس يسمى Routing Information أو معلومات التوجيه ، و يتراوح طوله بين 2 الى 18 بايت ، و مهمته توجيه المعلومات بين حلقات مختلفة متصلة معا.أنظر الصورة.



7- القسم السابع يسمى Information أو Data و هذا القسم يحتوي إما على معلومات و بيانات المستخدم أو يحتوي على معلومات التحكم .

8- القسم الثامن يسمى Frame Check Sequence أو اختبار التتابع و هذا القسم يسمح للجهاز المستقبل بإجراء اختبار للتأكد من خلو الأقسام 3 و 4 و5 و7 من أي أخطاء فإذا تم العثور على أي خطأ فإن الإطار سيزال و سيتم إرسال إطار جديد بدلا منه.

9- القسم التاسع يسمى End Delimiter و هذا القسم يحدد نهاية الإطار.

10-القسم العاشر يسمى Frame Status و هو الذي يحدد فيما إذا قد تم استلام الإطار من قبل الجهاز المستقبل و قد نجحت عملية نسخ البيانات ، و طبعا هذه المعلومات يحتاجها الجهاز المرسل عندما يعود إليه الإطار فيتأكد من وصوله و يضع على الشبكة أطار جديد فارغ.

تتلخص مهمة المجمع في شبكات Token Ring بالإضافة الى شبك الأجهزة معا فإنه يقوم بفصل بطاقة الشبكة التي تفشل في العمل أو تصدر أخطاء ، فيفصلها عن الشبكة لكي تتمكن الحلقة من العمل لأنه كما شرحنا سابقا فإن فشل جهاز ما على الحلقة يؤدي الى فشل الشبكة ككل .

يحدد نوع السلك المستخدم في الحلقة المسافة القصوى التي من الممكن أن تفصل الجهاز عن المجمع فمثلا:

1- الأجهزة الموصلة باستخدام النوع الأول من أسلاك IBM أو Type 1 (STP for Computers) من الممكن أن تبعد عن المجمع مسافة تصل الى 101 متر.

2- الأجهزة الموصلة باستخدام النوع الثاني من أسلاك IBM أو Type 2 (Voice And Data STP) من الممكن أن تبعد عن المجمع مسافة تصل الى 100 متر.

3- الأجهزة الموصلة باستخدام النوع الثالث من أسلاك IBM أو Type 3 (Voice Grade UTP) من الممكن أن تبعد عن المجمع مسافة تصل الى 45 متر.

4- باستخدام الألياف البصرية مرتفعة الكلفة ممكن زيادة المسافة الى مئات الأمتار أو أكثر.

في أي من الأنواع السابقة من الممكن زيادة المسافة باستخدام مكرر إشارة Repeaters . أنظر الصورة.

تستخدم شبكات Token Ring الأنواع التالية من المشابك:

1- Media Interface Connectors (MIC) و يستخدم لشبك الأنواع 1 و 2 من الأسلاك . أنظر الصورة.



- RJ-45 Telephone Connectors (8 pin) و يستخدم لشبك النوع الثالث من الأسلاك.أنظر الصورة.



4- RJ-11 Telephone Connectors (4 pin) و يستخدم لشبك النوع الثالث أيضا من الأسلاك .أنظر الصورة.



تتوفر بطاقات شبكة Token Ring بسرعتين :

1- 4 ميجابت في الثانية.

2- 16 ميجابت في الثانية و التي تستخدم إطارات أطول و تحمل بيانات أكثر.


ملخص الدرس:

تعتمد شبكات Token Ring المعيار IEEE 802.5.

يمر الجهاز الذي يرغب بالإنضمام الى الحلقة بخمس مراحل.

يتكون الإطار في شبكة Token Ring من عشر أقسام.

تستخدم شبكات Token Ring الأسلاك STP و UTP و الألياف البصرية عند الحاجة لسرعة كبيرة.

تعمل بطاقات الشبكة في الحلقة بسرعتين 4 أو 16 ميجابت في الثانية.

الدرس المقبل سيكون إن شاء الله حول شبكات AppleTalk و ARCnet .

مع تمنياتي للجميع بالتوفيق