BİLİM VE TEKNOLOJİ

ÎLÎM VE TEKNOLOJİ

Y EREL BİLGİSAY AR AĞLARI

Murat Y ILDIRIMOĞLU PTT AR GE MÛd.

Dünyada yaygın bir şekilde kullanılmakta olan yerel bilgisayar ağları Türkiye'de yeni yeni söz konusu olmaya başladı. Bu yazıda genel olarak bu ağlar hakkında biraz bilgi verdikten sonra dünyada hızla yaygınlaşan bir ağdan, IBM"in token rıng ağından, söz edeceğim.

Y erel bilgisayar ağları genelde bir kilometreden daha az mesafelerde, eri âz 1Mb/saniye hızlar ile bilgisayarlar arasında iletişimi sağlar. Y erel bilgisayar ağları kabaca taşıyıcı sezimi <carrier sense) ve halka (ring) ağları ola rak İkiye ayrılabilir. Taşıyıcı sezimi ağlarının en yaygın olanı ETHERNET ağıdır. Şu anda dünyada kurulu bulu nan ağların yaklaşık yarısı ETHERNET cinsindedir. Halka ağların en yaygını ise, 1985'in sonlarına doğru çıkmış ol masına karşın, IBM'in TOKEN RİNG ağıdır. Token ring de şu anda ağların yaklaşık yarısını oluşturmaktadır.

Y erel bilgisayar ağlarında kullanılan ortam çoğunlukla koaks kablolar, telefon kabloları ve fiber optik kablo lardır. Şimdi token ring ağını anlatmaya başlayalım ve et hernet'e karşı kısa zamanda gösterdiği büyük başarıyı anlamaya çalışalım.

Token ring sistemi ANSI/IEEE 802.5 standardı olarak da bilinir. Ağ içindeki düğümler, M bunlar mikro, mini ya da mainframe bilgisayarlar olabilir, birbirlerine bir halka oluş turacak şekilde bağlanmışlardır (Şekil 1). Her düğüm en yakın aktif komşusundan bilgi alır ve hemen bir sonraki komşusuna bilgi gönderebilir. Düğüm eğer kendi bilgileri ni yollamıyorsa bir komşusundan aldığı bilgiyi olduğu gibi diğer komşusuna geçirir.

Peki token (jeton) nedir? Token'a niçin gerek duyulur? ' Halka üzerinde herhangi bir anda yalnız bir düğüm bilgi gönderebilmelidir. İki düğüm aynı anda bilgi göndermek isterse işler karışır. Token işte bu işi sağlar; herhangi bir zaman yalnız bir düğümün bilgi göndermesini sağlar. Tokan düğümler arasında dolaştırılır ve herkes sırasını bu token'a göre saptar.

Token 24 bitlik kısa bir mesajdır ve kendisine o anda sahip olan düğüme iletime geçme olanağı sağlar. Eğer iletime geçmek isteyen bir düğüm token'i almışsa kendi adresini, mesajın gideceği adresi ve mesajı bu token'a ekleyerek bir çerçeve (frame) oluşturur. Halka içindeki hiçbir düğüm bu mesaj yerine ulaşıncaya kadar iletime geçemez; yol üstündeki düğümler yalnızca veriyi olduğu gibi adresine ulaştırmakla görevlidirler. Çerçeve adresi ne ulaştığında düğüme aktarılır ve çerçevede bulunan statü bit'i, çerçevenin alındığını göstermek üzere, değiş tirilir. Çerçeve kendisini yaratan düğüme dönünceye kadar yoluna devam ettirilir. Veri yollayan düğüm çerçe veyi halkadan ayırır ve token'i serbest bırakır, en yakın komşusuna aktarır. Komşusu iletime geçecekse yukarı daki işlem tekrarlanır; geçmeyecekse token bir yandaki komşuya aktarılır.

Şekil 1: Token Ring

Bir token ring ağına bakıldığında donanımın halkadan çok yıldıza benzediği görülür (Şekil 2). Her düğüm iki çift kablo ile MAU (Medium Access Unıt) denilen bir kablo toplayıcısına bağlanmaktadır. Bu kabloların.bir çifti veri almak için, diğer çifti de veri göndermek için kullanılır.

3^4 ELEKTRİK f £* t

MÜHENDİSLİĞİ İ O İ

;•

•'•••. '•••.

. ~~

"• .

__——— 1

Şekll:2 Token Ring iziksel olarak

Halkaya Benziyor

1 ij _.. • ...•:"

{••'"'

•'

=•

Yıldız biçimli bağlantının iki avantajı vardır. Birincisi her düğümden merkeze yalnızca bir kablonun bağlan masıdır. Telefon sistemlerinde de aynı şey geçerlidir. Hatta IBM aynı boru ve kutuların kullanılmasını önermek tedir. Bu tasarım özellikle yeni düğümler ekleyip çıkarır ken çok büyük kolaylık sağlar. İkincisi arızalı bir düğümü köprüleyip sağlam düğümleri birbirine bağlamanın basit olmasıdır. Bir istasyon kapatıldığında ya da arızalandığı için halka dışına çıkartıldığında o düğümle bağlantılı olan akım akışı sopa erer, MAU'da ilgili röle açılır ve halka kendini yeniden şekillendirir.

Her düğüm ile token ring'ın geri kalanı arasındaki bağ lantı trafolar üstünden yapılır. Bu da ortak mod gerilimle rini sınırlar ve toprak çevrimlerini önler.

ARCnet ve ETHERNET gibi bus temelli ağlarda her düğüm diğerleri tarafından duyulabilir olmalıdır; bu da ağın toplam büyüklüğünü tek bir düğümün sinyalinin erişebileceği uzaklıklarla sınırlar. Halbuki bir token ring'de her düğüm yalnızca bir sonraki düğüme sinyal ulaştırmak zorundadır; bu yüzden token ring'in çok daha büyük olabilmesi mümkündür. Bir token ring düğümü kendi MAU'suridan 300m. uzağa yerleştirilebilir; oysa ETHERNET, tekrarlaydılar olmadan maksimum 500 m.yi kaplayabilir.

Veriler halka üzerinde dif ransiyel Manchester kodlaması kullanılarak ortalama 4 Mbit/saniye hız ile taşınır (10 ve 16 Mbit/saniyelik ağlar da bir yıldır kullanımdadır.).

sıra (ki diğer IEEE standartlarında da adres 5 byte'dir)

küçük ağlar içine 2 byte'lik adresler de kullanılabilir. Bir

çerçevenin kaynak ve hedef adresi bölümleri adres bilgi

si dışında başka bilgiler de sağlar. Kaynak adresinin en

anlamlı bit'i yol bilgisi göstergesidir; iki ya da daha çok

halka köprü denilen düğümler yardımı ile birleştirildiğinde

kullanılır. Hedef adresi kısmı da özel anlamlar taşıyan

bölümlere sahiptir. Çerçeveler bir grup düğüme ya da

hepsine gönderilmek üzere işaretlenebilir.

*

ı

Halka ilk kez oluşturulurken'ya da herhangi bir arıza yü zünden yeniden düzenleme yapılırken halka üzerindeki düğümler kendi donanımlarını test eder ve komşularını tanımak amacı ile birbirlerine sinyaller gönderirler.

Düğümler içlerinden bir tanesini (normalde nümerik ola rak en büyük adrese sahip olanını) aktif monitör olarak seçerler. Bu düğüm özel gözetim işlevlerini yerine getirir. Aktif monitör seçildiğinde, halkayı temizler ve normal halka işlemini başlatmak için bir token salar. Aktif mo. nitörön en temel işlevi token ring için saat sinyali sağla maktır. Halka üzerindeki diğer düğümler bu sinyali" "din lerler" ve ona göre senkronize olurlar.

Aktif monitörün bir sonraki sorumluluğu token'in halka üzerinde dolaşımını sağlamaktadır. Token'ın belli periyot lar ile aktif monitöre geri gelmesj gerekir. Eğer 10 milisa niyelik bir periyotta bir çerçeve ya da token'ın geçişini gözleyemezse halkayı temizleyip yeni bir token do laşımını başlatır.

Halka meşgul değilken düğümler token"ı birbirlerine ak tarıp dururlar. Eğer iletime geçmek isteyen bir düğüm token'ı kaparsa kendi mesaj önceliğinin en azından token'ın önceliği düzeyinde olup olmadığını kontrol eder. Eğer kendi öncelik düzeyi token'dan büyük ya da eşitse bu token'ı bir çerçeveye dönüştürür.

IEEE 802.5 standardı token ring üzerindeki adres, büyüklüğünü belirlemektedir. 6 Byte'lik adreslerin yanı

Aktif monitör bir çerçevenin ya da öncelikli bir token'in halkada bir seferden fazla dolanıp dolanmadığını da kontrol eder. Bunu, gördüğü her token ya da çerçevede erişim kontrol alanının monitör bit'ini gözleyerek yapar. Eğer monitör bit'i o yapılmış bir çerçeve ya da token görürse bu bit'i 1 yapar. Token ya da çerçeve yanlış bir şekilde geri dönerse bu bit 1 olarak kalır. Bu durumda "aktif monitör halkayı temizleyip tokeri geçirme işlemini yeniden başlatır. Aktif monitörün son işlevi diğer düğüm

162 374 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

lere "aktif monitör vardır" sinyali yayınlamaktır. Eğer bu sfnyalin yayınlanması sık sık bozuluyorsa bir başka düğüm aktif monitörün görevini devralır.

Diğer bilgisayar ağlarının çoğunda düğümler fiziksel or tamın kullanımı için eşit olanaklarla yarışırlar, örneğin et hemet ağında gönderilecek mesaj ne kadar acil olursa olsun iletime geçmek için kablonun boşalması, boşaldığı zaman da şansın yaver gitmesi gerekir. Ethernet trafiği arttıkça çarpışmalar da artar ve yüksek öncelikli mesaj ların iletilmesi gecikir. ARChet ise sırayla her düğümün iletime geçebilmesini garantiye alır ama sıra rastgeledir. Acil bir mesajın yerine daha hızlı biçimde ulaşması için bir önlem düşünülmemiştir.

"Ethernet trafiği arttıkça çarpışmalar da artar ••„ kada düğüm 5 iletimdedir. Normalde düğüm 7'nın bir sonraki aşamada iletime geçmesi, bunu da düğüm 12'nin izlemesi gerekir. Ama düğüm 12'nin acil olarak gönderil mesi gereken bir verisi varsa düğüm 5'in yayınladığı çer çevenin başlangıcındaki rezervasyon alanını değiştirir. Düğüm 5 rezervasyonu onaylar ve düğüm 7'nın kullana mayacağı yükseklikte önceliğe, sahip bir token oluştu rur.

©

^• I '^c}••'•'"

, 12'nin 0 C?

(l2>.

i ~ (ö) ""

@

•

a

t'

(D)

""•• token (E)

. '"•••fi

:'5_J

• (C" token

Şekll:3 Token ring'ın rezervasyon sisteminin çalışma prensibi

Token ring'de ise çoklu öncelik düzeyleri ve her düzey içinde eşitlikçi bir yapı bulunmaktadır. Bu yapının anah tarı her token ya da çerçevede bulunan erişim kontrolü (access control) alanıdır. Bu alan öncelik bilgisini içerir ve token'in bir sonraki kullanımı için rezervasyonları kabul eder.

Bir düğüm bir çerçeveyi ilettikten sonra çerçevenin geri dönüşünde bu erişim kontrolü alanını inceler. Eğer bu alanın rezervasyon bit'leri düğümün o anda iletimde bu lunduğu öncelik düzeyinden büyük ise, bu en kısa za manda daha yüksek öncelikli düğümlerin iletime geçmek istediği anlamına gelir. Gönderici düğüm bu isteğe uygun olarak daha yüksek öncelikli bir token'ı yola çıkartır. Bir düğüm yalnızca iletmek istediği çerçevenin öncelik dü zeyine eşit ya da küçük önceliğe sahip bir token'ı kulla nabilir. Bu yüzden token kendisine acil olarak gerek duyan düğüme kadar yoluna devam eder.

Şekil 3 token ring'ın rezervasyon sistemini çalışma es nasında göstermektedir. Şekildeki üç düğümlü basit hal

Düğüm 12 iletime geçer, çerçeve dönüşünü tamamlar; sonra düğüm 12 çerçevesini halkadan kaldırıp token'ı aktarır. Yüksek öncelikli token dönüşünü tamamlar ve düğüm 5'e döner (ilk başta da yüksek öncelikli tokea'ı bu düğüm oluşturmuştu). Düğüm 5 token'in öncelik düzeyi ni önceki düzeyine getirir ve sırayı düğüm 7'ye aktarmış olur.

Görüldüğü gibi token'ın önceliği yine bu önceliği sağ layan düğüm tarafından değiştirilmektedir.' Üstelik önce lik şeması birbiri ardına tekrar tekrar oluşturulabilir; her seferinde düğümler öncelik düzeyini eski durumuna ge tirmekle yükümlüdürler. Bu yüzden aynı öncelik düzeyi ile dönüp duran token'ler ilgili düğümün görev yapamadı ğını gösterir. Böyle bir durumda da aktif monitör devreye girer. .

Yukarıdaki şema özellike ağır trafiğe sahne olan ortam larda çok yararlıdır. Bir ağda çok miktarda düğüm varsa 4Mbit/saniyelik bir token ring hemen hemen fOMbit/ saniyelik ethernet kadar iş yapar.

374 ELEKTRİK f £* Q MÜHENDİSLİĞİ J . O O