CSMA/CD (Ethernet)

ta sieć odniosła największy sukces w ciągu ostatnich 20 lat (jako technika lokalnych sieci komputerowych)
rozwijana w połowie lat 70- tych przez naukowców w Xenor Palo Alto Research Center (PARC) jest działającym przykładem ogólniejszej metody dostepu w lokalnej sieci komputerowej, zwanej metodą wielodostępu do łącza sieci z badaniem z badaniem stanu kanału i wykrywaniem kolizji (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detect - CSMA/CD)
najpowszechniejszy klasyczny Ethernet obsługuje szybkość transmisji 10Mb/s
- chociaż podstawowy algorytm się nie zmienił Ethernet wprowadził przez lata wiele szybkości i szeroki zakres fizycznych mediów
CSMA wskazuje na to że, Ethernet jest siecią wielodostępową: zbiór węzłów nadaje i odbiera ramki na łączu współdzielonym
- można go sobie wyobrazić jako szyna, do której przyłączono wiele stancji
- badanie stanu kanału (carrier sense ) w nazwie CSMA/CD oznacza, że wszystkie węzły są w stanie rozróżnić między łączem nieczynnym a łączem zajętym, a wykrywanie kolizji (collision detect) oznacza, że węzeł nasłuchuje podczas nadawania i dlatego może wykryć, kiedy nadawana przez niego ramka intferuje (koliduje) z ramką nadawaną przez inny węzeł
Ethernet ma swoje korzenie w pierwszej sieci radiowej z komutacją pakietów, zwanej Aloha, opracowanej na Uniwersytecie Hawajskim

Wzmacniak w Ethernecie

Cechy fizyczne sprzętu Ethernet

topologia Ethernetu to rozgałęziona magistrala bez pętli, między dwoma węzłami w sieci istnieje tylko jedna droga przesyłania pakietów
komputery przyłączone są do segmentu Ethernetu przez przyłącza
nadajnik-odbiornik (transceiver)- niewielkie urządzenie bezpośrednio dołączone do przyłącza - wykrywa czy łącze jest bezczynne i przekazuje sygnał, gdy komputer nadaje
nadajnik - odbiornik jest z drugiej strony dołączony do adaptera Ethernetu, który jest z kolei włączony do komputera; protokół Ethernetu jest implementowany w adapterze, a nie w nadajniku odbiorniku
wiele segmentów Ethernetu można łączyć za pomocą wzmacniaków (repeaters) - urządzeń, które przekazują sygnały cyfrowe, podobnie jak wzmacniacze przekazują sygnały analogowe
dowolny sygnał umieszczony w Ethernecie przez komputer jest rozgłaszany w całej sieci, a wzmacniaki przekazują sygnały do wszystkich wychodzących z nich segmentów
w Ethernecie wykorzystywany jest manchesterski schemat kodowania
istnieje kilka alternatywnych technik realizacji Ethernetu
- 10BASE5 - koncentryczny kabel RG -11 (50 ohm ze złączami typu N, z dołączonymi do niego nadajnikami - odbiornikami). Komputery są dołączone (przyłączone) za pomocą skrętki (gruby Ethernet - thicknet )
- 10BASE2 - koncentryczny kabel RG -%* (50 ohm ze złączami BNC i wewnętrzymi nadajnikami - odbiornikami(transceiver) ), brak kabli dołączeniowych (cienki Ethernet - thinnet)
- 10BASET - koncentrator (albo regenerator; repeater) z kablami dołączeniowymi z nieekranowanej skrętki i złączami typu RJ - 45
- 10BASEF - światłowodowe połączenie dwupunktowe (point - to - point) z wykorzystaniem wielomodowego światłowodu 62.5 mikro metra. Używane często do wydłużenia segmentów sieci Ethernet w celu połączenia budynków albo odległych części jednego budynku
w pierwotnej specyfikacji standardu Ethernet używane były grube kable koncentryczne (10BASE5) ze złączami typu N o maksymalnej długości 500m i maksymalnie 100 komputerach; komputery powinny być dołączone do tego kabla dokładnie co 2.5m lub wielokrotność tej długości
kilka lat później wprowadzono cieńsze i tańsze kable koncentryczne; zmniejszone zostały także dopuszczalne ich długości.
obecnie na rynku dominuje nieekranowana skrętka z jeszcze większym ograniczeniem długości
w każdym z tych systemów niezmiennikiem pozostaje długość ethernetowego okna czasowego - 51.2 mikro sekund
aby możliwe było wykrywanie kolizji, sygnał wysłany przez węzeł z jednego końca sieci musi dotrzeć do najbardziej oddalonego węzła w połowie tego czasu

Thicknet: 10BASE5

połączenie między komputerem a koncentrycznym kablem Ethernetu wymaga użycia urządzenia zwanego nadajnikiem - odbiornikiem (transceiver)
transceiver zawiera elementy elektroniczne niezbędne do
- wysłania i odebrania danych z kabla
- wykrycia kolizji w medium
- zapewnienia izolacji elektrycznej pomiędzy kablem a komputerem
- ochrony medium przed awariami zarówno transceivera, jak i komputera
każde połączenie wymaga wcięcia się w kabel koncentryczny (małe igły metalowe będące częścią transceiver'a) instalacji transceivera (lub z użyciem trójnika) i podłączenia nadajnika - odbiornika za pomocą kabla dołączeniowego nazywanego kablem dystansowym (drop cable) - co najwyżej 50m długości do karty interfejsu w komputerze
kabel ten dołączany jest do komputera przez łącze AUI
dodatkowym elementem zarówno sieci 10BASE5 jak też 10BASE2 są dołączane na obu końcach końcówki indukcyjne 50 ohm nazywane terminatorami (terminator, tap); mają one za zadanie pochłanianie bez odbić wszystkich sygnałów przychodzących z kabla
segmenty kabli 10BASE5 powinny być robione z sekcji kabli o standardowej długości: 23.4m, 70.2m 117m
zaleca się, aby odcinki o tych długościach były w sposób losowy wymieszane
prowadzi to do nieefektywnego wykorzystania kabla; instalacja jest więc niewygodna i kosztowna; zastąpiła ją 10BASET

Thinnet: 10BASE2

do budowy tej sieci używa się kabla koncentrycznego cienkiego (thinnet lub cheapernet)o średnicy 0.25''
30 komputerów (maksymalnie) można umieścić w segmencie sieci o maksymalnej długości 185 m, a minimalna odległość pomiędzy komputerami musi wynosić co najmniej 0.5m
zamiast kabli dołączeniowych są używane trójniki BNC, do których można dołączyć kolejne nadajniki - odbiorniki
instalacje grubego i cienkiego Ethernetu mogą być łączone z użyciem regeneratorów (repeater)
wady
- ograniczona jest całkowita długość sieci
- każda para węzeł/nadajnik - odbiornik staje się aktywną częścią sieci - podobnie do lampek na choince - uszkodzenie jednej powoduje zgaszenie całej choinki
- nie można go instalować blisko urządzeń elektrycznych dużej mocy

Nieekranowana skrętka: 10BASET

nieekranowana skrętka (unshielded twisted pair - UTP) jest obecnie najchętniej używana do budowy sieci Ethernet, wg. standardu 10BASET
jest to kabel miedziany 4 - parowy o impedancji charakterystycznej 100 ohm dla częstotliwości od 1 MHz do 100 MHz
kable UTP są zwykle tańsze niż kable koncentryczne, łatwiejsze do instalacji i testowania
sieć tego typu ma topologię określoną jako hierarchia drzew
- kabel przyłączeniowy (patchcord) o maksymalnej długości do 100m posiada z obu stron wtyczki RJ 45 (kabel przyłączeniowy - kawałek skrętki)
- jeden koniec kabla jest dołączony do komputera, a drugi do koncentratora (hub), posiadającego 8 - 12 portów

urządzenie hub służy jako regenerator (repeater) dla każdego połączenia w sieci - jego zadaniem jest odbiór sygnału z portu i jego retransmisja do innych portów
urządzenia hub, rozlokowane w różnych częściach budynku, łączone są przy użyciu grubego kabla koncentrycznego lub światłowodu do głównego urządzenia w sieci
tak więc używane są jako koncentratory i jako regeneratory
wyróżnia się 5 rodzajów nieekranowanej skrętki UTP stosowanej w LAN (pod względem wydajności oraz pod względem bezpieczeństwa)
- kable typu Level - I i Level - II stosuje się jedynie do przesyłania głosu
- kabel Level - III jest używany w sieciach lokalnych; jest on standardem w sieciach 10BASET o szybkości transmisji do 10 Mbit/s
- Level - IV - nie wiadomo do czego; czasem w sieciach UTP o szybkości transmisji 16 Mbit/s
- Level - V może pracować w sieciach o szybkości 100 Mbit/s i jest podstawą wielu nowych standartów UTP

połączenia 10BASET wymagają dwóch par 24 - żyłowych kabli Level - III; każde połączenie ma długość ograniczoną do 100m
do realizacji połączenia z koncentratorem i z nadajnikiem - odbiornikiem są używane złącza RJ - 45 (niektóre komputery obecnie są dostępne z interfejsami RJ - 45 10BASET
chociaż do uruchomienia połączenia są wymagane dwie pary kabla Level - III, to przy instalacji nowej sieci zaleca się używanie 8 -żyłowego (czteroparowego) kabla Level - V, dołączenia go do wszystkich 8 styków gniazd RJ - 45, w tym z użyciem tego złącza z kablem dołączonym do styków 1,2,3 i 6.

Format ramki Ethernetu

Protokół dostępu

protokół jest implementowany sprzętowo w adapterze sieci

Format ramki

64- bitowa preambuła pozwala odbiornikowi zsynchronizować się z sygnałem
nadawca/odbiorca jest identyfikowany przez 48- bitowy adres
pole typ służy do demultipleksacji: identyfikuje właściwy protokół, a wielu protokołów wyższego poziomu, do którego ramka ma być dostarczona
ramka musi zawierać minimum 46 bajtów danych (aby wykryć koluzję) do 1500 bajtów max.
ramka zawiera 32- bitowe pole CRC oraz 8- bitową postambułę oznaczającą koniec ramki
Ethernet jest protokołem bitowym, podobnie jak protokół HDLC
z punktu widzenia komputera, ramka Ethernetu posiada 14- bajtowy nagłówek: dwa 6- bajtowe adresy i 2- bajtowe pole typu
- adapter nadający dołącza preambułę, CRC i postambułę, a adapter odbierający usuwa je
opisany format ramki pochodzi z normy Ethernetu opracowanej przez firmę Xerox, w 1978
aktualna norma znana jest jako IEEE 802.3 i nieco modyfikuje poprzedni opis
- zastępuje 16- bitowym polem długości 16- bitowe pole typu; pole długości mówi jak długa jest ramka (nie plegamy już na znaczniku końca ramki)
- do demultipleksacji jest wykorzystywana informacja w części zawierającej dane
w praktyce dominującym formatem jest norma Ethernetu, a nie IEEE 802.3

2. Adresy

każdy komputer Ethernetu na świecie ma unikalny adres ethernetowy ; adres faktycznie należy do adaptera, a nie komputera i jest zapisany w ROM
adres ethernetowy podawany jest jako sekwencja sześciu liczb oddzielonych przez dwukropki, np.

w celu zapewnienia unikalności adresu związanego z adapterem, każdy z producentów ma przydzielony odmienny przedrostek (prefix), który musi być dołączony do adresu każdego adaptera
np. firma AMD ma 20- bitowy przedrostek x08002 (albo 8:0:2)
każda ramka nadawana w Ethernecie jest odbierana przez każdy adapter dołączony do Ethernetu, ale adapter rozpoznaje i przekazuje swojemu komputerowi tylko ramki jemu adresowane
dodatkowo istnieje specjalny adres ethernetowy, same jedynki, traktowany jako adres rozgłoszeniowy (broadcast)
ramki przekazywane pod adres rozgłoszeniowy są zawsze przekazywane do komputera
inny adres specjalny to adres grupowy (multicast); dany komputer może zaprogramować swój adapter, aby akceptował pewien zbiór adresów grupowych

3. Algorytm nadajnika

kiedy nadajnik ma ramkę do nadania, a linia jest wolna (idle), to nadaje ramkę
- górna granica rozmiaru ramki to 1500 bajtów danych
- następnie adapter musi odczekać 9.6ms zanim może nadać następną ramkę
jeżeli linia jest zajęta (busy) to nadajnik czeka na zwolnienie linii, a następnie nadaje
jeżeli nadajnik stwierdza, że jgo wysłana ramka koliduje z ramką innego nadajnika, wtedy nadaje 32- bitową sekwencje zagłuszającą (jamming sequence), aby inne stacje też wykryły kolizję i kończy transmisję
- nadajnik w przypadku kolizji wyśle co najmniej 96 bitów: 64 bity preambuły i 32 bity sekwencji zagłuszającej
aby wiedzieć na pewno, że ramkę, którą nadajnik właśnie nadaje, nie kolidowała z inną ramką, nadajnik musi nadać aż 512 bitów
- ten minimalny czas zagłuszenia (jam time) 512 bitów wynika z faktu, że w Ethernecie o maksymalnym rozmiarze, opóźnienie od jednego końca do drugiego wynosi 51,2 us
- jest t czas wystarczający w sieci 10 Mb/s na transmisje 512 bitów
- 512 bitów oznacza, że każda ramka musi posiadać co najmniej 46 bajtów danych:
  
  14 bajtów nagłówka + 46 bajtów danych + 4 bajty CRC = 64 bajty = 512 bitów
gdy adapter wykrył kolizję i wstrzymał transmisje, wtedy czeka pewną ilość czasu i próbuje znowu
- za każdym razem, gdy próbuje nadawać i mu się nie udaje, to podwaja ilość czasu jaką czeka przed następną próbą jest to tzw. wycofywanie się wykładnicze (exponential bachoff)
- dokładniej, adapter na początku wprowadza opóźnienie albo 0 albo 51,2 us wybrane losowo
- jeżeli próba zawodzi, adapter czeka 0, 51.2, 102,4 albo 204,8 us, itd.
- adapter rezygnuje po określonej liczbie prób, zwykle 16, i powiadamia komputer o błędzie nadawania

Doświadczenia z Ethernetu

najlepiej pracuje on w warunkach niewielkiego obciążenia
- przy dużych obciążeniach, a jest to dla niego już wykorzystanie rzędu 30%, w wyniku kolizji traci się zbyt wiele na przepustowości
liczba komputerów w sieciach Ethernet jest jednak zwykle poniżej 200 komputerów, chociaż maksymalna ich liczba na którą pozwala norma to 1024
wiele sieci jest zwykle znacznie krótszych niż 1500 m, z opóźnieniem propagacji bliższym 5us niż 51,2 us
Ethernet odniósł sukces, bo :
- jest nadzwyczajnie łatwy w administracji i konserwacji : nie ma komutatorów, wyboru trasy, tablic konfiguracyjnych, łatwo przyłączyć nowy komputer
- jest tani : niedrogi kabel + koszt adaptera przy każdym komputerze

Pierścień ze znacznikiem (FDDI)

pierścienie ze znacznikiem to druga, obok Ethernetu, klasa sieci współdzielących medium transmisji
istnieje więcej różnych typów pierścieni ze znacznikiem niż typów Ethernetu; jednym z nich jest FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - interfejs rozprowadzania danych światłowodami.
wcześniejsze sieci ze znacznikiem, to
- PRONET o szybkości 10 Mb/s i 80 Mb/s
- sieć firmy IBM o szybkości 4 Mb/s
- sieć IEEE 802.5 o szybkości 16 Mb/s
szybkość FDDI: 100 Mb/s

Pierścień ze znacznikiem

sieć FDDI składa się ze zbioru węzłów połączonych w pieścień
- dane zawsze przepływają w określonym kierunku wokół pierścienia
- każdy węzeł odbiera ramki od swojego poprzednika (upstream neighbor) i przekazuje je do swojego następnika (downstream neighbor)
- pierścień ze znacznikiem, mimo odmiennej topologii niż topologia szyny Ethernetu, posiada jednak kluczowe cechy Ethernetu
  - korzysta z rozproszonego algorytmu kontrolującego, kiedy każdemu węzłowi wolno nadawać
  - wszystkie węzły widzą wszystkie ramki a węzeł - odbiorca zachowuje kopię ramki, kiedy ona przepływa obok
znacznik (token) w pierścieniu to pomysł na zarządzanie dostępem do współdzielonego pierścienia
- jest to specjalna sekwencja bitów (np. 01111110), która porusza się dookoła pierścienia, a każdy węzeł odbiera i przekazuje go dalej
- kiedy węzeł, który ma ramkę do nadania, spostrzeże znacznik, to pobiera go z pierścienia (czyli nie przekazuje dalej specjalnego wzoru bitów), a zamiast niego umieszcza w pierścieniu swoją własną ramkę
- każdy węzeł po drodze przekazuje dalej, ramkę; węzeł odbiorczy przechowuje jej kopię i przekazuje dalej ramkę
- kiedy ramka wraca do nadawcy, to węzeł usuwa swoją ramkę z pierścienia i ponownie wprowadza znacznik do pierścienia
- algorytm dostępu do łącza jest sprawiedliwy - znacznik porusza się cyklicznie, a węzły są obsługiwane w trybie karuzelowym

Pierścień z podwójnym światłowodem

Cechy fizyczne

sieć FDDI w rzeczywistości składa się z dwóch niezależnych pierścieni nadających w przeciwnych kierunkach
drugi pierścień jest wykorzystywany tylko wtedy, gdy pierścień pierwotny (primary ring) ulega awarii (patrz rysunek)
każdy węzeł jest dołączony do pierścienia za pomocą czterech światłowodów, umieszczonych w dwóch kablach; kable te przyłączają adapter sieci (a nie sam komputer)
ze względu na koszt konfiguracji podwójnego pierścienia, FDDI dopuszcza, aby węzły były dołączone jednym kablem

Stacje SAS dołączone do koncentratora

takie węzły są nazywane stacjami z pojedynczym przyłączaniem (single attachment stations - SAS); ich odpowiedniki dołączone podwójnym kablem to stacje z podwójnym przyłączeniem (dual attachment stations - DAS )
do dołączenia kilku stacji SAS stosuje się koncentrator (dołączenie do podwójnego pierścienia)
gdy stacja SAS ulegnie awarii, koncentrator wykrywa tę sytuację i wykorzystuje obejście optyczne (optical bypass)
każda stacja posiada niewielki bufor o zmiennej pojemności (elasticity buffer), który tymczasowo przechowuje bity ramki przechodzące przez stację
- dzięki niemu ramki mogą być przesyłane w pierścieniu bez konieczności synchronizacji wszystkich stacji
- odseparowuje on bowiem odbiór bitów poprzednika od nadawania bitów do następnika
- musi on być w stanie przechować co najmniej 9 bitów, a czasami nawet 80 bitów
- istnienie bufora powoduje, że każda stacja wprowadza opóźnienie do czasu, jaki danym zajmuje przechodzenie przez pierścień
  - czas zajmowany przez jeden bit wynosi 10 nanosekund (szerokość bitu)
  - jeżeli stacja posiada bufor 10 - bitowy i czeka aż bufor wypełni się do połowy, zanim zacznie nadawanie, wtedy każda stacja wprowadza opóźnienie 5 * 10 = 50ns do całkowitego czasu przejście przez sieć
inne cechy fizyczne FDDI
- do 500 komputerów w jednej sieci
- maksymalna odległość 2 km pomiędzy dowolną parą stacji
- sieć jest ograniczona do maksymalnie 200 km światłowodów (podwójny pierścień)
- norma opisująca standard sieci dopuszcza jako medium fizyczne nie tylko światłowód, ale wiele innych mediów, z kablem koncentrycznym i skrętką włącznie
FDDI stosuje kodowanie 4B/5B

Algorytm czasowego posiadania znacznika

jak wiele danych określony węzeł może nadać, że za każdym razem, gdy posiada znacznik?
mówiąc inaczej, jak długo węzeł może przetrzymywać znacznik; ten czas nazywamy czasem posiadania znacznika (token holding time - THT)
zauważmy, że:
- im więcej bajtów może węzeł nadać za każdym razem, tym większe jest wykorzystanie pierścienia
- taka ewentualna strategia faworyzowałaby jednak węzły, które mają wiele danych do nadania, w stosunku do węzłów, które mają tylko małe komunikaty
definiuje się czas powrotu znacznika (token rotation time - TRT) jako ilość czasu, którą znacznikowi zajmuje przejście przez pierścień widziane z określonego węzła:

TRT<= Active Nodes * THT + Ring Latency,

gdzie:

Ring Latency (opóźnienie pierścienia) oznacza ile czasu zajmuje znacznikowi przejście przez pierścień, gdy nikt nie ma danych do nadania, a

Active Nodes (węzły aktywne) oznacza liczbę węzłów, które mają dane do nadania,

THT - czas posiadania znacznika przez węzeł

aby zapewnić górną granicę na czas powrotu TRT, definiujemy docelowy czas powrotu znacznika (target token rotation time - TTRT), a wszystkie węzły godzą się na to, aby istnieć w granicach określonych TTRT (patrz niżej)
w tym celu każdy węzeł mierzy czas między kolejnymi przejściami znacznika, tzw. zmierzony TRT (measured TRT) węzła
jeżeli zmierzony TRT jest większy niż uzgodniony TTRT, wtedy znacznik jest opóźniony i węzeł nie nadaje żadnych danych
jeżeli zmierzony TRT jest mniejszy niż TTRT, wtedy dopuszczalne jest, aby węzeł posiadał posiadał znacznik przez czas różnicy między TTRT i zmierzonym TRT
w rzeczywistości powyższa reguła jest modyfikowana poprzez wprowadzenie dwóch klas ruchu: synchronicznej i asynchronicznej
- kiedy węzeł odbiera znacznik, to zawsze ma pozwolenie na nadawanie danych synchronicznych (głos na wideo)
- węzeł może nadawać ruch asynchroniczny tylko wtedy, gdy otrzymany znacznik jest przedwczesny (przesyłanie plików)
czy docelowy czas powrotu znacznika będzie bez znaczenia, jeżeli każdy węzeł będzie miał sporą ilość danych synchronicznych do nadania?
- całkowita ilość danych synchronicznych, które mogą być nadane podczas jednego przejścia znacznika, jest również ograniczona TTRT
- to oznacza w najgorszym wypadku, węzły o asynchronicznym ruchu wpierw wykorzystają czas w wartości jednego TTRT a następnie węzły o ruchu synchronicznym konsumują czas o wartości następnego TTRT
- oznacza to, że zmierzony TRT w dowolnym węźle może osiągnąć wielkość równą 2 * TTRT

Zwalnianie znacznika : (a) natychmiastowe; (b) opóźnione

zauważmy, że jeżeli ruch synchroniczny już skonsumował czas o wartości jednego TTRT, to węzły o ruchu asynchronicznym nie nadzą żadnych danych
kiedy węzeł nadający zwalnia znacznik?
- (a) natychmiast po wysłaniu swojej ramki (patrz rysunek) - jest to zwolnienie natychmiastowe
- (b) po tym, jak ramka, którą nadaje przejdzie przez cały pierścień i zostanie usunięta - jest to zwolnienie opóźnione
w FDDI stosuje się natychmiastowe zwolnienie; norma IEEE 802.5 początkowo stosowała opóźnione zwolnienie
w jaki sposób węzeł określa, czy może nadawać ruch asynchroniczny?
- co będzie, jeżeli zmierzony TRT jest mniejszy niż TTRT, ale o tak małą wartość, że nie jest możliwe przesłanie pełnego komunikatu bez przekroczenia TTRT?
- węzłowi wolno nadawać w takim przypadku; w rezultacie zmierzony TRT jest w rzeczywistości ograniczony przez TTRT plus czas, jaki węzłowi zajmuje nadanie pełnej ramki FDDI

Konserwacja znacznika

znacznik jest jedynie specjalnym wzorcem bitów, więc gdy zdarzy się błąd bitu, możliwe jest, że nastąpi strata znacznika
znacznika może być również stracony, gdy węzeł, który go posiada, ulegnie awarii
niezbędne są więc metody monitorowania ważności znacznika i generacji nowego

Generowanie znacznika

nowy znacznik jest generowany, kiedy nowy węzeł wchodzi do pierścienia, albo węzeł podejrzewa, że wystąpił pewien rodzaj błędu
podczas procesu generacji znacznika dochodzi do uzgodnienia przez węzły w pierścieniu, co do bieżącej wartości czasu TTRT

# algorytm procesu uzgadniania znacznika (token claim process)

każdy węzeł nadaje specjalną ramkę uzgadniania, która zawiera ofertę danego węzła na TTRT, czyli czasu powrotu znacznika, który jest potrzebny węzłowi, aby wykonać aplikację
węzeł może nadać ramkę bez posiadania znacznika i zazwyczaj to robi, kiedy podejrzewa awarię albo pierwszy raz włącza sie do sieci
jeżeli ta ramka wróciła do węzła nadającego, wtedy węzeł ją usuwa wiedząc że, jego oferta na TRT jest mniejsza
węzeł ten posiada teraz znacznik, jest odpowiedzialny za wprowadzenie znacznika do pierścienia i może kontynuować normalny algorytm posiadania znacznika

kiedy węzeł odbiera ramkę uzgadniania, to wpierw sprawdza, czy oferta na TTRT jest nmiejsz od jego własnej
- jeżeli tak jest to węzeł ustawia lokalną definicję TTRT na tę umieszczoną w ramce uzgadniania i przekazuje tę ramkę do następnego węzła
- jeżeli oferta na TTRT jest większa niż wymagane minimum dla TTRT przez ten węzeł, wtedy ramka uzgadniania jest usuwana z pierścienia i węzeł wchodzi ponownie w proces przedstawiania ofert przez umieszczenie swojej własnej ramki uzgadniania w pierścieniu
- jeżeli obie oferty są sobie równe, to węzeł porównuje swój adres z adresem węzła nadającego i wygrywa węzeł z wyższym adresem

Monitorowanie ważnego znacznika

każdy węzeł powinien obserwować, co jakiś czas, albo transmisję ramki z danymi, albo znacznika
największy czas bezczynności pomiędzy transmisjami uznanymi za ważne, dla danego węzła, jest równy opóźnieniu pierścienia plus czas jaki zajmuje jemu transmisja pełnej ramki
w pierścieniu o maksymalnym rozmiarze czas ten jest trochę mniejszy od 2.5 ms
jeżeli czas ten upłynął, to węzeł podejrzewa, że zaszło coś złego i nadaje ramkę uzgadniania

Format ramki FDDI

Format ramki (patrz rysunek)

FDDI stosuje kodowanie 4B/5B, co oznacza, że wiele z pól w jego nagłówku, np: znaczniki końca i początku ramki, są w rzeczywistości podane przez symbole sterujące schematu kodowania 4B/5B
adresy FDDI, podobnie do Ethernetu mają długość 48 bitów, chociaż norma dopuszcza adresy 16 bitowe
adresy 48 - bitowe są interpretowane dokładnie jak adresy w Ethernecie
podobnie jak w Ethernecie, FDDI stosuje bitowe rozpoznawanie ramek, z unikalną sekwencją bitów oznaczającą początek i koniec ramki
ramka FDDI zawiera również 32 - bitowe CRC (cyclic redudancy check - cykliczna kontrola dynamiczna) stosowane do wykrywania błędów transmisji
ramki FDDI mogą mieć długość do 4500 bitów, z nagłówkiem włącznie, co oznacza, że w ramce stosującej 48 0 bitowe adrsy można przesłać 4478 bajtów danych
8 - bitowe pole sterujące w nagłówku zawiera
- pierwszy bit wskazuje, czy ramka przenosi ruch asynchroniczny (0) czy synchroniczny(1)
- drugi bit informuje, czy stosuje się adresy 16 - bitowe (0) czy 48 - bitowe (1)
- ostatnie 6 bitów podaje klucz demultipleksacji (czyli te 6 bitów pełni tę samą rolę, co 8 bitowe pole typu w nagłówku Ethernetu) - identyfikator określający do jakiej aplikacji dana ramka należy
nagłówek FDDI zawiera równierz 24 - bitowe pole statusu ramki
- odbiorca ramki używa tego pola do podania informacji z powrotem do nadawcy, o tym czy w odebranej ramce nastąpił błąd, czy rozpoznał on adres czy nie rozpoznał, czy skopiował on ramkę, gdy przesyła
- tak więc to pole umożliwia odbiorcy nadawanie z powrotem do nadawcy informacji sterującej przepływem

Schemat blokowy typowego adaptera sieci.

Adaptery sieci

prawie wszystkie funkcje sieci, a więc rozpoznawanie ramek, wykrywanie błędów i protokół dostępu do medium są implementowane w adapterze sieci
- wyjątkiem są schematy automatycznego powtórzenia (ARQ), omawiane wcześniej, które są implementowane w protokole najniższego poziomu w komputerze

Składniki

adapter służy jako interfejs między komputerem a siecią i posiada
- interfejs szyny, który rozumie jak porozumieć się z komputerem
- interfejs łącza, który posługuje się poprawnym protokołem sieci
adaptery sieci są zawsze zaprojektowane dla konkretnej szyny wejścia / wyjścia - nie jest więc zwykle możliwe przeniesienie adaptera z komputera jednego dostawcy do komputera drugiego dostawcy
każda szyna definiuje
- protokół stosowany przez jednostkę centralną komputera do programowania adaptera
- protokół stosowany przez adapter do generowania przerwania do jednostki centralnej
- protokół stosowany przez adapter do odczytu i zapisu pamięci komputera
jedną z głównych cech szyny wejścia / wyjścia jest szybkość transmisji danych, jaką ona obsługuje
- np. typowa szyna może mieć ścieżkę danych o szerokość 32 bitów (tzn. przesyłać równolegle 32 bity), pracując z częstotliwością 25MHz ( czas cyklu szyny 40 ns), dając maksymalną szybkość transmisji 800 Mb/s wystarczającą do obsługi łącza STS - 12 o szerokości 800 Mb/s
część adaptera od strony łącza implementuje protokół poziomu łącza
- dla Ethernetu i FDDI część adaptera od strony łącza jest implementowana przez zestaw układów scalonych, które można kupić w handlu
- dla nowszych technik łączy, protokół na poziomie łącza może być zaimplementowany przez oprogramowanie na uniwersalnym mikroprocesorze; podnosi to koszt adaptera, ale czyni go bardziej elastycznym (łatwiej jest modyfikować oprogramowanie niż sprzęt)
ponieważ szyna komputera i łącze sieciowe działają zwykle z różnymi szybkościami, to istnieje potrzeba umieszczania niewielkiej liczby buforów między dwoma składnikami adaptera (patrz, rysunek)

Spojrzenie na adapter od strony komputera

#1: Rejestr stanu sterowania

adapter sieci jest sterowany oprogramowaniem uruchomionym w jednostce centralnej (CPU)
procesor i adapter komunikują się poprzez rejestr stanu sterowania - specjalną komurkę w pamięci komputera
- rejestr ten umożliwia procesorowi, poprzez odczytywanie zawartości rejestru, lub przez zapis do niego (a) poznanie aktualnego stanu adaptera (b) nakazanie mu nadania lub odbioru ramki

#2: Przerwania

jednostka centralna komputera znajduje się w pętli, czytając rejestr stanu sterowania i czeka, aż zdarzy się coś interesującego i następnie podejmuje odpowiednią akcję
- może to być np. obserwacja pojedynczego bity rejestru stanu, który identyfikuje nadejście nowej ramki
- nazywa się to odpytywaniem (pooling)
zamiast odpytywania, wiele komputerów zwraca uwagę na urządzenia sieciowe tylko wtedy, adapter generuje przerwanie do komputera
- architektura komputera posiada mechanizm powodujący wywołanie odpowiedniej procedury w systemie operacyjnym, kedy takie przerwanie występuje
- procedura ta nazywana programem obsługi przerwań, bada rejestr CSR, określa przyczynę przerwania i podejmuje odpowiednie działanie
przy obsłudze przerwania, komputer zazwyczaj wprowadza zakaz (disable) innych przerwań

Bezpośredni dostęp do pamięci a programowane wejście / wyjście

istnieją dwa podstawowe sposoby przesyłania bajtów ramek między adapterem a pamięcią komputera
- bezpośredni dostęp do pamięci (direct memory access - DMA)
  - adapter bezpośrednio czyta i zapisuje pamięć komputera bez żadnego zaangażowania jednostki centralnej
  - komputer po prostu podaje adapterowi adres pamięci, a adapter czyta do niego albo z niego zapisuje
- programowane wejście / wyjście (programmed input /output - PIO)
  - za przesyłanie danych jest odpowiedzialna jednostka centralna
  - aby nadać ramkę, jednostka centralna wchodzi w pętle, w której najpierw odczytuje słowo z pamięci komputera, a następnie zapisuje je do adaptera

Lista deskryptorów buforów.

przy korzystaniu z DMA jednostka centralna przekazuje adapterowi dwie listy deskryptorów buforów (do transmisji do sieci/z sieci)
lista jest tablicą par adres / długość (patrz, rysunek)
- przy odbiorze ramek adapter stosuje tyle buforów, ile jest mu potrzebne, aby przechować przychodzącą ramkę
- ramki są umieszczane w całości w buforach, albo jeśli się nie mieszczą, są rozrzucane między wiele buforów (odczyt rozrzucony)

Programowane wejście / wyjście.

w przypadku PIO , adapter sieci musi zawierać pewną liczbę buforów - jednostka centralna kopiuje ramki między pamięcią komputera a pamięcią adaptera ( patrz, rysunek )