计算机六大网络基本知识培训讲义

六大网络基本知识

★ARcnet简介

★TokenRing简介

★Switching网络简介

★FDDI网简介

★ATM网络简介

★Ethernet网简介

★ARcnet简介

ARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍

具有较大的使用范围，并作为NetwareLAN的敷缆系统.ARCnet使用

RG-62同轴电缆，而这种电缆刚好与IBM3270终端和IBM主机相连的

电缆相同,所以这种网络在大量IBM机的使用基地得到广泛应用.

ARCnet现在也可使用双绞线和光纤.新型的ARCnetplus速率已

从原来的2.5Mb/s增加到100Mb/s（使用光纤时）.这种网络使用的媒体

访问法为令牌总线.

ARCnet使用的媒体有同轴电缆和双绞线，它对双绞线要求较低,

电话线中多余的双绞线

便可作此用途，因为ARCnet仅需要一对线，而且数据速率较低.然而，最

好不要使用这种方式，因为当你要升级到也使用双绞线的其它技术时

会产生问题.

一、ARCnet的构件

在构造ARCnet网络时，所用关键硬件设备有两种:其一是有源Hub,其

二是无源Hub.所谓有源Hub是指一种设备，可对网络信号进行分裂信

号加以分裂.它无放大功能，不需要电源，只是将信号加以分裂.正因为

无放大功能，无源Hub的电缆长度远不如有源Hub.这是ARCnet网络

构成时的主要构件.

除Hub外,第二种构件是ARCnet网卡，通常能以同轴电缆和双绞

线两种方式之一进行工作.当同轴电缆卡要联接到双绞线网络时，必须

使用一种称作banlun的设备，这是一种小型设备，可将同轴电缆联接器

转换为双绞线联接器.

第三种构件是93Q的终结器。使用同轴电缆时，任何不用的无源

Hub端口或电缆都要用终端器终接;使用双绞线时，终接器插入位于电

缆末端的网卡上.

二、ARCnet的网络结构

ARCnet布缆方式有两种:一种是总线型,另一种是星型总线型.下面分

别介绍这两种类型的ARCnet.

1.总线结构

总线结构与Ethernet细缆方式相类似，如图1所示.ARCnet总线最

大长度为305m,可联接的设备最多8个.设备与总线的联接通过T型联

接器,该联接器的顶部与电缆相连，底部与网卡相连.电缆两端必须用

93Q的电阻终结.

以上是使用同轴电缆的情况，如果使用双绞线，上述规定会有一定

变化.在这种情况下使用菊链结构，即适合双绞线媒体的网卡有两个

端口:一个用于连接服务器，另一个用于连接下一个PC机.如此级链时

最多可连接10个PC机，双绞线最大距离不超过122m（400英尺）.第一

个网卡和第二个网卡都必须用93Q终接器终接.

2.星形总线结构

这种物理布线是以Hub为中心，形成一种多星形互连在一起的结

构，如图2所示.这种结构之所以称为总线是由于所有工作站共享公

共电缆.

这种结构可使用电缆，也可使用双绞线.在使用电缆时,星形总线通过

使用Hub分裂信号来形成.Hub可以是有源的，也可以是无源的.如果使

用有源Hub,有源电缆变插入其端口之一，其余的端口连接工作站.工作

站与有源Hub的最大距离为610m（2000英尺）.

当使用双绞线时,需要使用有源Hub,Hub与文件服务器相连，工作

站也与其直接相连.在这种方式下，服务器或工作站与有源Hub之间的

距离最大可为1220m（4000英尺）.网卡上不用的端口必须用93Q的终

接器短接.

三、ARCnet布线规则

ARCnet可以多种方式配置，因此，这里只能给出典型使用情况下

的方法.由于使用双绞线和同轴电缆有不同的规范，因此布线规则将分

别加以说明.然而，不管使用那种媒体,ARCnet应遵循下述通用规则：

①有源Hub可以连接到其它有源Hub或无源Hub,也可连接到工

作站.

②无源Hub可连接到有源Hub和工作站，但不能直接连接到其它

无源Hub.

③在ARCnet中不能形成环路.所谓环路是指一根电缆出自某一

Hub,经其它Hub,最后又连

回到起始Hub.

④必须对无源Hub不使用的端口进行终接.

1.ARCnet同轴电缆总线设计规则

ARCnet使用总线结构时，在305m（1000英尺）的最大距离上使用

RG-62型电缆最多可级连8个工作站.在总线结构下，使用T型连接器

连接工作站，一个总线段必须用93Q的终接器在两端加以终接.

ARCnet同轴电缆可与有源Hub提供的星型结构相结合.在这种情

况下,总线一端连接到有源Hub上.一个8端口的有源Hub可连接的工

作站总数为8X8=64.?如果要连接两个有源Hub,每个有源Hub的一个

端口可用来连接有源Hub,?那么每个有源Hub?可支持56个工作站,

两个有源Hub则可支持112个工作站.表1为同轴电缆总线的配置规

范.

表1ARCnet同轴电缆规范

参数规范

电缆类型RG-62

电缆物理布局星型总线

最大节点数254

最大有源Hub数每有源电缆一个

有源Hub和节点间的最大距离610m（2000英尺）

有源Hub和无源Hub间的最大距离30.5（100英尺）

无源Hub和节点间的最大距离30.5（100英尺）

数据传输速率2.5Mb/s

2.ARCnet双绞线总线设计规则

首先指出,使用双绞线在功能和逻辑上都有等价于同轴电缆总线.

用于双绞线的网板备有两个6插针的模块化插座，用来菊链ARCnet

网板，最大可菊链10个工作站，长度不超过122m（400英尺）.工作站之

间的最小间隔为1.8m（6英尺）.

双绞线结构可与有源Hub提供的星型拓扑结构组合湍总线的一

端连接到有源Hub便可进行这种组合.表2示出了ARCnet双绞线规

范.

表2ARCnet双绞线规范

参数规则

电缆类型双绞线

电缆物理结构星型总线

最大节点数254

最大有源Hub数10

有源Hub和节点间的最大距离122m（400英尺）

数据传输速率2.5Mb/s

四、ARCnet的操作

ARCnetLAN的站传输像总线型LAN一样是广播式的,但对总线的访

问决定于令牌.为说明这种网络的操作机制,假定在一条总线上有4个

节点,其地址分别为1,10,25和255.

在启动网络时，这四个工作站形成一个逻辑环.每个站都跟踪两个

信息：

•谁是后继者；

•谁是前驱者.

这两种信息分别由字母S(后继者)和P(先驱者)代表.一个工作站的

后继者定义为逻辑环上具有较高地址的站;先驱者则定义为逻辑环上

具有较低地址的站.

在ARCnet中,站地址0用于广播地址，因此最小站地址为1,最大站

地址为255.在构成逻辑环时规定,工作站地址为255的后继站地址为

1,站地址为1的前驱站地址为255.工作站前驱者和后继者的地址如

表3所示.

表3工作站的前驱站和后继站地址

工作站地址前驱工作站地址(p)后继工作站地址(s)

125510

10125

2510255

255251

1.ARCnet帧结构

像Ethernet一样,ARCnet传输单位也称为帧.帧结构如图3所示.图

3(a)所示为邀请发送

(ITT)令牌帧总是传递给它的后继工作站.

(a)ITT帧

ALERTEOTDIDDID

(b)FBE帧

ALERT

ENQ

DID

DID

(c)ACK帧

ALERT

ACK

(d)NAK帧

ALERT

NAK

(e)PAC帧

ALERT

SOH

SID

DID

DID

CP

DATA

CRC

CRC

ARCnet帧不管是哪种帧，都由ALERT引导,类似于Ethernet中使用

的前导码(见本刊今年第3期的局域网技术系列文章3).ALERT由6

比特间隔的传号(1)组成.传号(1)由正脉冲后跟负脉冲组成的双脉冲表

示.空号(0)由无脉冲表示.EOT是ASCII码中的传输结束控制符

(04hex).

后跟的两个字节都是DID(终点标识符)，即后继工作站的信息.重复使

用DID的目的是增加可靠性.

图3(b)是空闲缓冲器询问(FBE)帧.ENQ是ASCII字符集中的询问

字符(05hex).它后跟的两个字节DID是想通过询问了解空闲缓冲器状

态的工作站标识.DID重复使用也是为提高寻找终点工作站的可靠性.

ACK(确认顺由ALERT和ACK组成.ALERT的构成前面已有叙

述,ACK是ASCII字符集中的确认字符(06hex).当响应FBE帧而发送

ACK时，表示接收工作站具有可供使用的缓冲器空间.

ACK帧所以没有DID字段，是因为这种帧是作为广播方式发送的。

ACK帧如图3(c)所示。NAK(否认)帧如图3(d)所示.NAK是ASCII字

符集中的否认字符(15hex).当响应FBE帧而发送NAK时一，表示接收

工作站不具有可供使用的缓冲空间.NAK帧也没有DID字段,其原因

与ACK帧相同.

图3(e)所示为数据帧。帧中SOH(标题开始)是ASCII字符集中的

标题开始字符(Olhex)。

SID(源点ID)和(终点ID)表示源点和终点工作站的地址CP(连续指针)

字段指示工作站在存储器中找到的传输数据的起点.数据字段DATA

具有可变长度，处于1字节和508字节之间，用以携带用户数据.2字

节的CRC字段由发送站添加，用来保护Data字段.

2.操作过程

在启动时,首先要构成逻辑次序，即逻辑环，每个站都不断跟踪保

持其前驱工作站和后继工作站的站标识.关于前驱和后继工作站的规

定如表3所示，每个工作站将其自身的后继者(NID)设置为自身站地

址(ID)加1,并按下述公式设置超时值

(TimeOutt):

TimeOut=146X(255-ID)gS

具有最大地址值的工作站首先超时，于是它创建ITT帧，并将该令

牌帧发送给它的后继站.

如果在74us后没有响应，最大地址值的工作站便认为具有后继NID地

址的站不存在，随后便将NID值增加1,再次发送DID为新值的ITT.

这种过程重复直至该最大地址值的工作站找到自己的后继者为止.被

找到的后继工作站像前驱工作站一样,重复此过程.

一旦找到所有活动工作站，正常的令牌传递操作便可开始.配置时

间在24到61us范围，取决于活动站的数目和工作站地址的值.为使

TimeOut初始值为0和将配置时间减至最小,至少将ARCnet一个工作

站地址设置为255.

具有ITT帧的工作站在将令牌帧传递给后继站之前最多发送一

帧.在数据帧被发送到终点节点之前，必须询问是否有足够的缓冲空间

来接受帧.执行这种询问功能的是FBE帧.被询问的站如果有缓冲器可

用,便发回ACK帧，否则发回NAK帧.

发送FBE帧后一旦收到ACK帧，便可发送数据帧PAC.

如果因为故障破坏了令牌的正确传递，网络必须进行重新配置。产

生另一种重新配置的情况是在令牌传递环上增加工作站或去掉工作

站.因此重新配置是难以避免的事情.

如果一个活动工作站在840ms后未接收到ITT帧，由8个传号间隔

组成的RECON图样,后跟一个空号便发送765次.RECON图样持续

2754us,以确保破坏传输中的任何令牌帧，其结果是使令牌帧丢

失.78us无活动后，所有工作站都会认识到，重新配置正在发生.于是每

个站都将其自身的后继者设置为自身地址(ID)力口1,并设置超时值.以

后的过程与启动时一样.

在ARCnet技术中，删除一个工作站是一个较简单的过程，不需调用

全部重新配置机制.如果地址为10的工作站从环上已撤离，而且只要

对其前驱者工作站1发来的ITT帧不响应的时间超过74us.工作站1

便认为工作站10不再存在.工作站1便对其NID值增加1(新值为11),

并

将ITT发到工作站11.如果在74us后还是没有响应，则重复上述过程.

下一个站地址为25,工作站1需要(25-10)X74us=l.lms的时间，才能

发现它的后继工作站为25.

如果工作站10想重新进入环，它必须等待令牌的时间为840ms.

如果它还未经过ITT帧被邀请发送，它必须调用全部重新配置机制.

五、ARCnetplusARCnetplus是ARCnet的第二代产品，比ARCnet性

能有显著提高，单从传输速率看，提高到原来2.5Mb/s的8倍，即20Md/s,

而且还与ARCnet向下兼容.

要了解性能提高的机制，必须清楚ARCnet传递速率低的原因。

ARCnet的工作站使用5MHz的一个周期后跟等长的静止期来表示逻

辑”「，.逻辑”0”则由两个静止间隔组成。一个间隔是l/5MHz=200ns.由

此可看出，发送1比特(0或1)信息需要两个这样的间隔.

ARCnet以多个整数个字节发送数据，每一字节由3比特较准图样

(110)来使接受器与发送器同步.这表明每8个数据比特就有3比特的

额外开销,因此,ARCnet的有数据速率为8/11X25Mb/s=1.82Mb/so显

然对带宽有较大的浪费.静止期是一种浪费，较准额外开销占总带宽的

27%.

ARCnetplus增加带宽利用效率通过下述二种途径实现：

•消除静止周期；

•将每个字节使用3比特较准比特改为每8个字节使用3比特较准

比特.

ARCnetplus使用的精巧技术是使用幅度调制在每200ns间隔中挤

出4比特信息.脉冲可以是正的或负的正弦波,具有从0到12V的8个

可能的幅度，从而给出总数为2X8=16的脉冲组合，足以代表4比特的

数据.

因此,ARCnetplus的数据速率为4比特x5M脉冲/秒=20(Mb/s).然

而这个数据率未包括额外开销，如果考虑较准所用的额外开销,其有效

数据率为16.8Mb/s.

在ARCnetplus初始化期间,一个工作站发送一特殊信号，通知其它

站要以ARCnetplus的高速方式操作.当工作站传递令牌时，也发送这

种特殊信号.当ARCnetplus工作站与ARCnet工作站通信时，则要降至

2.5Mb/s.

★TokenRing简介

令牌环是IBM公司于80年代初开发成功的一种网络技术。之

所以称为环，是因为这种网络的物理结构具有环的形状。环上有多个

站逐个与环相连，相邻站之间是一种点对点的链路，因此令牌环与广

播方式的Ethernet不同，它是一种顺序向下一站广播的LAN。与

Ethernet不同的另一个诱人的特点是，即使负载很重，仍具有确定的

响应时间。令牌环所遵循的标准是IEEE802.5,它规定了三种操作速

率:IMb/s、4Mb/s和16Mb/s。开始时，UTP电缆只能在1Mb/s的

速率下操作，STP电缆可操作在4Mb/s和16Mb/s,现已有多家厂商

的产品突破了这种限制。

本期将通过以下八个部分介绍令牌环网的基本知识：

一、令牌环网的物理结构

令牌环的基本结构如图1(a)所示，工作站以串行方式顺序相连，

形成一个封闭的环

路结构。数据顺序通过每一工作站，直至到达数据的原发者才停止。

图1(b)是基本环形

结构的改进型，在此结构中，工作站未直接与物理环相连，而是连接

到一种多站访问单元

(MAU),称为IBM8228。MAU可连接8个工作站。

构成令牌环物理结构的传输媒体有屏蔽双绞线(STP)和无屏蔽

双绞线(UTP)o

图1(a)图1(b)

二、令牌环网的组成部件

从令牌环物理结构可以看出，组成令牌环网需要的主要部件包括：1、

网卡；2、多站访

问单元（MAU）；3、传输媒体；4、连接附件。

网卡是计算机连入网络的必备硬件，制造令牌环网卡的厂商很

多，选购时首先要弄清所

适应的总线以及要安装在具有何种总线的计算机上，例如，对于ISA

总线的工作站，适用的

网卡有：

.IBMToken-RingPCAdapter

.IBMToken-Ring16/4Adapter

.IBMToken-RingPCAdapterII

.3ComTokenLinkIII16/4-3C619

对于具有微通道结构的PC机，适用的网卡有：

.IBMToken-RingPCAdapter/A

.IBMToken-Ring16/4Adapter/A

.IBMToken-Ring16/4BusmasterServerAdapter

.3ComTokenLinkIII16/4-3C629

MAU在令牌环网络中类似于集线器或集中器。最常用的MAU

为IBM8228,可连接8工作站,

MAU的两个末端端口分别称为RI（入环）和R0（出环）端口，不

能用来连接工作站，而是用

于MAU的互连，如图2所示。在使用屏蔽双绞线条件下的一个网络

上可连接260个工作站。

图2

令牌环网所用的媒体最初是150Q的屏蔽双绞线（STP）。目前除这种

媒体外，通过使用

无源滤波设备也可使用100Q的无蔽双绞线（UTP）用以实现4Mb/s

和16Mb/s的传输。由于这

种网络技术是IBM公司发明的,所以令牌环用的媒体通常是经过IBM

认证的、并按照TypeX加

以编号。

Typel,Type2,Type6和Type9在令牌环网络中都可使用，但使用地

点不同。Typel,Type2,

Type9可用于连接MAU和信息座；Type6可用于连接适配器（网卡）。

用于令牌环的UTP最好是

第4类双绞线。

三、令牌环的构造规则

根据IEEE802.5确定的规范，在规划令牌环网络时应遵循下述通用规

则：

1、工作站距MAU应处于2.4m（8英尺）范围内，并可使用2.4m

（8英尺）长的网

卡电缆相连。

2、当工作站与MAU之间的距离大于2.4m（8英尺）时，可使

用扩充的软线相连。

3、为将多个MAU构成环形，使用软线电缆将第一个MAU的

R0（出环）连接到第二个MAU的RI（入环）。依此方式逐个相连，

直至最后一个MAU,并将最后一个MAU的R0连接到第一个MAU

的RE

4、工作站绝不能连接到RI和R0端口，RI和RO的作用是互

连MAU。

5、MAU互连电缆（Type6）不能拼接。

6、MAU与MAU间的距离要根据所用电缆类型。MAU的数目

等参数来确定。

除遵循这六项通用规则外，电缆敷设的规则随UTP或STP以及

设备的不同而异。附表示出了敷设STP和UTP电缆的规范。

附表令牌环网的规范

令牌环网的双绞线类型永久安装的

STP电缆小型可移动

STP电缆UTP电缆

MAU之间的电缆类型TYPE1或

TYPE2TYPE1或

TYPE2TYPE1

跳线面板和信息座间的

电缆类型同上同上TYPE3

跳线电缆的电缆类型TYPE6TYEP6TYEP3

网卡电缆类型TYPE6TYPE6TYPE3力口

媒体滤波器

电缆连接结构星形环星形环星形环

最大节点数目260个96个72个

最大MAU数目33个12个9个

两个MAU的最大间隔100m

（330英尺）45m

（150英尺）

MAU和节点之间的

最大距离100m

（330英尺）45m

（150英尺）45m

（150英尺）

数据传输速率4Mb/s

或16Mb/s4Mb/s

或16Mb/s4Mb/s

四、令牌环网的操作原理

令牌环网的操作原理可用图3来说明。当环上的一个工作站希望好

送帧时，必须首先等待令牌。所谓令牌是一组特殊的比特，专门用来

仲裁由哪个工作站访问网环。一旦收到

令牌，工作站便可启动发送帧。帧中包括接收站的地址，以标识哪一

站应接收此帧。帧在

环上传送时，不管帧是否是针对自己工作站的，所有工作站都进行转

发，直到待回到帧的始发站，并由该始发站撤消该帧。帧的意图接收

者除转发帧外，应针对自身站的帧维持一个副本，并通过在帧的尾部

设置“响应比特”来指示已收到此副本。

工作站在发送完一帧后，应该释放令牌，以便出让给它站使用。

出让令牌有两种方式，并与所用的传输速率相关。一种是低速操作

（4Mb/s?）时只有收到响应比特才释放，我们称之为常规释放。第二

种是工作站发出帧的最后一比特后释放，我们称之为早期释放。

现在就图3进行一些说明，开始时，假定工作站A想向工作站C

发送帧，其过程如图3所标出的序列。

第1步：工作站A等待令牌从上游邻站到达本站，以便有发送

机会。

第2步：工作站A将帧发送到环上，工作站C对发往它的帧进

行拷贝，并继续将该帧转发到环上。

第3步：工作站A等待接收它所发的帧，并将帧从环上撤离，

不再向环上转发。

第4步a：当工作站接收到帧的最后一比特时，便产生令牌，并

将令牌通过环传给下游邻站，随后对帧尾部的响应比特进行处理。

第4步b：当工作站A发送完最后一个比特时，便将令牌传递给

下游工作站，所谓早期

释放。

第4步分a、b两种方式,表示选择其中之一。如前所述，在常规释放

时选择第4步a,在早期释放时选择第4步b。还应指出，当令牌传

到某一工作站，但无数据发送时一，只要简单地将令牌向下游转发即可。

五、环接口

网板与媒体的连接通过接口电缆和干线耦合单元（TCU）实现，

如图4所示。TCU由一组继电器和电子线路组成，用来与电缆形成

收发通路。继电器的使用结构要使工作站在不加电情况下，TCU处

于旁路状态，维持环的连续通路。TCU?的结构如图4所示。图中左

侧为工作站不加电时的旁路方式，右侧为工作站在环方式。工作站入

环是在MAC单元控制下通过对继电器的激励来实现的。在工作站插

入环的条件下，接收的所有信号都进入网板中的MAC单元，由该单元

中的接收/发送电子线路对接收的信号进行读取，并将接收的信号转

发到发送侧（当该工作站不是帧的发起者时）或将接收的信号从环

上撤离（当该工作站是帧的发起者时）。

上述方式使用两对继电器意味着MAC单元可以检测发送线对

或接收线对有无开路和

短路故障。在旁路状态下，MAC单元可进行自测试功能，因为发送

线对TxD的输出可返回到接收线对。

MAC单元的主要功能是：

.帧的封装和解封装；

.FCS（帧检验序列）的生成；

.差错检验；

.媒体访问控制算法的实现；

.向环提供主时钟；

.对发送的比特流进行曼彻斯特编码；

.确保环具有小的时延。

环的时延是指信号绕环一周所需的传播时间，其单位为环数据传

输速率下的比特时

间。环的时延包括信号传播时间与经过每一MAC单元的传播时间之

和。当环上所有工作

站都不使用环时一，令牌绕环连续传输最小时延至少是令牌序列的比特

数时间，以确保令

牌不受损坏。

六、MAC帧格式

令牌环上传输的数据格式（帧）有两种：一种是令牌，另一种是常规

帧。令牌是占有发送权的标志，占有令牌的站才能发送。常规帧用来

发送数据或控制信息。两种帧的格式如图5所示。

SD=帧首定界符I=信息字段

人©=访问控制FSC=帧检验序列

FC=帧控制ED=帧尾定界符

口人=终点地址FS=帧状态字段

5人=源点地址

图5

帧首定界符(SD)和帧尾定界符(ED)字段分别是一种专门标志

帧首和帧尾的特殊字段，段1个字节。为了使用户数据获得透明性，

应采取某种机制，使信息字段不会出现与SD或ED相同的比特序列。

在令牌环网中所用的机制是除SD和ED字段外，其它所有信息比特都

使用曼彻斯特编码，也就是说通过不同的编码方法来获得专门的标

志。从图5的字段描述可知，要作到这一点，J.K符号必须与常规编

码规则不同，即J符号与其前面的符号具有相同的极性，K符号与前

面的符号具有相反的极性。使用这种方式，接收机便可可靠地鉴别帧

或令牌帧的开始和结束。

访问控制(AC)字段由优先权比特(P)、令牌(T)和监视(M?)

比特以及保留比特(R)组成。由该字段的名字可知，基功能是控制对

环的访问。在其出现在令牌帧时，P比特表示令牌的优先权，因此指

示工作站收到该令牌后便可发送那些帧。T比特用来区分令牌帧和常

规。M比特由活动监视器用来防止帧绕环连续散发。R比特用来使

工作站指示高优先权帧的请求，请求发出的下一个令牌具有请求的优

先权。

帧控制（FC）字段定义帧的类型和控制功能如果帧类型（F）

指示MAC帧，环上所有工作站都对其接收和解释，并根据需要对控

制比特（Z）进行动作。如果它是工帧，控制比特

公由终点地址字段标识的工作站解释。

源点地址（SA）和终点地址（DA）字段可为16比特或48比

特。对于特定的令牌环网，应有一致的地址长度。DA标识帧意图发

往的工作站，可以是一个站或多个站。源点地址（SA）字段表示发送该

帧的站。

信息（I）字段用来载携用户数据或附加控制信息。I字段中最

大长度虽无限制，但由于允许DTE发送帧时有时间限制，所以也就

限制了I字段的长度，通常最大值的5000个字节。

帧检验序列（FCS）是32比特的循环冗余检验用来检验FC,

DA,SA和I各字段在传输中有无差错。最后一个字段为帧状态（FS）。

FS由两个字段组成：地址识别比特（A）和帧拷贝比特（C）。如果

该帧要由一个或多个工作站识别，则将A比特置为1。如果它拷

贝了该帧，便将C比特置1。使用这种方法，发起工作站可了解下述

状态：

.被寻址的工作站是否存在或关闭；

.被寻址的工作站在工作，但未拷贝帧；

.被寻址的站工作且拷贝了帧。

七、令牌环网的帧收发操作

帧的发送和接收所遵循的规则称为MAC算法。为了简化和易于理解

其基本操作，下面的过程不考虑优先权机制。

1、帧的发送

MAC单元收到发送数据请求后，首先将数据封装为MAC帧，

参见图5所示。？随后，MAC单元等待令牌到来。如果到来帧的AC

字段中的T比特为“0”，？则表明令牌已到，并通过将T比特置“1”来

抓住令牌，随后将其余字段FC,DA,SA,I,FCS,ED和FS（见

图5）添加在AC字段后，形成一个完整的帧发送到环上。同时被抓住

的令牌帧中的ED字段被该站吸收。抓往令牌的站可连续发送直至无

数据可发，或令牌保持计时器期满为止。该站可通过将ED字段中I比

特置1的方法连续发送多个帧（多帧中的最后一帧除外）。

发送出帧的工作站要负责清除绕环一周回至源发点的帧，并检查

帧ED和FS中的状态比特，判断传输的结果。值指出的是，如果状

态表明有错，MAC并不重传，而是向高层报告，发送过程图解见图

6o

图6

2、帧的接收

令牌环上的工作站除对进入的信号转发外，通过识别帧首定界符

SD来监视帧的开始。

如果FC字段中的F比特指示它是MAC帧，便对其进行拷贝，并对

FS?字段中的C比特进行解释，并按需要进行动作。如果该帧为常规

的数据载携帧，并与该接收站的地址符合，帧内容将拷贝到帧缓冲器,

以便进一步处理。？在任何一种情况下，？FS字段中的A和C比特都

要在转发前根据情况进行设置。接收过程的流程图如图7?所示。

八、优先权和环的管理

前面所描述的发送和接收帧的过程是一种简化了的基本方式，在令牌

环LAN?的标

准IEEE802.5中，还引入了优先权机制，旨在确保：

.优先权高于当前环服务的优先权的帧能首先发送到环上；

.当数据站保存的帧具有相同的优先权时，这些数据站对环的访

问有相等的权力。

优先权是通过AC字段中的P和R比特来实现的。对具体实现机

制有兴趣的读者可查阅IEEE802.5标准。

在令牌环正常操作之前，首先要进行建立。如果一个工作站希望

加入业已运行的环，也必须先经过初始化过程，才能保证在入环时不

影响原来环的操作。此外，在正常操作期间，环上每个活动工作站还

必须监视其正确操作。如果出现故障，必须采取纠正动作，以维持环

的正确操作。从总体上来说，这些功能都属于环的管理范畴。不

难看出，令牌环网络使用的媒体访问控制机制是很复杂的，所幸的是

大部分规程都可使用特殊的集成电路芯片实现，其操作细节上对用户

是完全透明的，又考虑到令牌环网络市场远比Ethernet小得多，所以,

这里也就不再进一步描述了。

★Switching网络简介

随着多媒体通信以及客户/服务器（Client/Server）体系结构的发

展，网络传输变得越来越拥挤，传统的共享LAN难以满足用户需要,

曾经采用的网络区段化，由于区段越多，路由器等连接设备投资越

大，同时众多区段的网络也难于管理。

当网络用户数目增加时一，如何保持网络在拓展后的性能及其可管

理性呢？网络交换技术就是一个新的解决方案。

传统的共享媒体局域网依赖桥接/路由选择，交换技术却为终端

用户提供专用点对点连接，它可以把一个提供“一次一用户服务”的

网络，转变成一个平行系统，同时支持多对通信设备的连接，即每个

与网络连接的设备均可独立与换机连接。

一、两种网络交换技术

1.帧交换技术

传统的以太网和令牌环网在逐级链路的传送交换过程中，包含执

行链路协议设备和网络层协议的大量运算操作。随着光纤的普及和网

络传输速度与质量的提高，为了使网络的每个传送环节上通信协议简

化，提高通信效率，产生了帧中继交换技术。

帧中继开始是在ISDN标准化过程中在1.122协议中提出来的，

它保存了X.25链路层HDLC帧格式，但不采用LAPB规程，而按照

ISDN标准使用独立于用户数据信道的呼叫控制信令，即LAPD规程,

在链路级（帧级）实现交换（X.25在网络层实现）。图1为LAPD和

LAPB两种帧格式的比较。

在帧中继网内，帧的长度是可变的，最大长度可达1000字节以

上，每帧含有“数据链路连接标识符"，从源点DTE到终点DTE之间

所有途径的结点根据此标识符指明信道。当FCS校验发现有错时,

分组即被丢弃并由终点和源点设备间负责检错重图1发。帧交换类

似于路由器/桥接器，在工作站或网络区段之间传递以太网或令牌环

网，只需要一个以太网或令牌环接口，帧交换器便可与任何网络设备

连接（如个人机、工作站、集线器等），无须再配置接口。帧交换器

可以辨认每个终端站的地址，当收到信息以后，便会审查其终点MAC

地址，然后把信息包前送至终站上拥有相同MAC地址的输出端口。

该输出端口可直接与终端站连接，或连接多个用户的公共区段，或另

一个与终端站连接的交换器。

2.ATM交换技术

ATM（即异步传输模式）交换称为信无交换，它是在光纤大容量

传输媒体的环境中分组交换技术的新发展。ATM中把数字化的语音、

数据及图像信息分成固定长度的若干段，称为信元，由用户信息字段

和信元头组成，如图2。信元数据根据信源动作按需分配。同一个虚

信道上的信元整体性由ATM层保持，而源信号与信元号之间由适配

层来控制。

图2

ATM技术与帧交换之间主要有两大区别：第一，ATM交换由53

字节组成的固定长度的信元，不同于帧中继技术交换长度不一的以太

网和令牌环帧。第二，ATM传送速度更高，可在155至622Mb/s之

间，适合于B-ISDN的多种业务信号混合传输，而帧中继属于局域网

与广域网的通信范围。可延展性是ATM交换技术的内在特点。

当有终站加进ATM交换时，交换机制便自动扩张以适应需要，使每

个终站都获得一条通道（即专用带宽）。由于ATM所传送的信元

长度固定，ATM交换速度比一般路由器快。因此，ATM技术实现的

通信网可支持语音、数据以及图像传送，提供专用高带宽以及可预测

性能

,适合企业局域网使用，并可直接支持多媒体计算机。

二、交换技术的优点

由于交换机提供与工作站的专有连接，所有连接设备均可获得

10Mb/s以太网或16Mb/s令牌环带宽。专用连接加上交换技术使网络

设备以适合个别设备的数据速度与交换机连接。比如一个连同一个服

务器的以太网工作组连接到建筑物的中枢链路，用户计算机可通过专

用10Mb/s以太网与交换机连接，而与服务器与中枢链路的连接可支

持lOOMb/s快速以太网，由于交换机为每个终站提供专用连接，所

有用户均可相互发收信息而不会发会碰撞。以lOOMb/s速度与服务

器及中枢链路连接使每个使用lOOMb/s的用户，可同时存取资源而不

会产生搦挤。

交换技术的最大好处是帧交换及信元交换均可与现有的共用媒

体局域网一同动作。共用媒体局域网在网络连接性能要求不很高以及

用户较分散的环境里十分适合。

帧交换通常用作网络共用媒体区段间的高速互连，或在工作组层

提供与高性能工作站及服务器的专用连接。交换式100Mb/s快速以

太网更可提供与工作站服务器、中枢链路网络集线器之间更高带宽的

连接。

ATM信元交换器通常放置在带宽要求非常高及可延展性的网络

中心。在一个大园区中心，ATM交换器将互连数个单元交换器、集

线器、服务器、帧交换机及路由器，并同时与ATM广域网连接。

帧交换与信元交换技术可在工作组与中枢链路间联合使用，把以

太网及令牌环帧转变成固定长度ATM信元的过程称为“自适应”，也

即把不同长度的信息包分割至较小的信息包，然后再组合成ATM信

元，这个过程可在网络上的任何部分进行。

三、交换式互连网的发展

如今的网络模式大部分是基于IEEE8O2.3以太网和IEEE8O2.5令牌环

网的共享介

质LAN互连，通过桥接/路由器，共享LAN上的所有终端站接收所

有的传输帧，忽略

不是自己的那些帧。

采用交换式互连技术可动态地为终端站增加网络容量，实现独占

LAN在这种情况下，今天的IEEE8O2.3和IEE802.5共享LAN在终

端站和Hub间将作为点对点协议使用。在独占LAN中，Hub的集中

器模块实际是多端口接力器，它们代替了多端口网桥和路由器，能够

以LAN的线速度进行快速帧交换，为所有的终端口服务，采用这种

模式，共享LAN变成独占LAN,其优点的于它具有潜力给每个终端

以独占的10Mb/s容量，而无须对终端机和网卡作任何变动。

通常网络的主干网有两种设计：集中式和分布式。集中式的主干

网将所有楼层的LAN连到单个的交换机，它的总线成为主干网。它

使用现有的LAN技术，如通过Hub将以太网同主干网路由器相连。

分布式主干网以比较对等的形式互联楼层，使用较快的主干网互连

所有Hub,基于Hub的lan被桥接或路由器连到主干LAN上，这样

没有中心路由器，路由被分解了。采用FDDI这样的共享LAN分布

式主干网要求在每个楼层都设有网桥或路由器，而集中式主干网集

中了LAN的互联功能。

随着交换式LAN成为智能Hub的基础，使用交换技术将成为主

要的设计问题，某些Hub厂商正将包和帧交换用作硬件和固件处理,

或是将进入Hub的帧换成信元，然后让信元交换，以获得大的交换

容量。

在未来的交换式互连网发展中，今天的集中式主干网路由器将由

信元交换代替。然而这并不意味着数据包路由器的淘汰，它们将被做

进智能Hub中实现LAN间的互联以及同信元交换主干网的互联。在

过渡的信元交换期间，路由和桥接将用于互联数据包领域及正在增长

的信元交换领域。

作为一种商业开发技术，网络交换技术还面临许多问题，例如阻

塞与流量控制、交换效率与生产成本、带宽节省等。

从管理角度上，交换技术产生一个新的概念：虚拟局域网。虚拟

局域网是各终端站组合而无须经路由器也可直接通信，是用户与相关

资源的逻辑组合，交换式虚拟网络是一个通过在不同的LAN网段上

的节点之间建立高速的交换连接来消除LAN的物理拓扑结构所固有

的阻塞的一种技术。交换是指提供所需要的高速度，虚拟是指用逻辑

智能来构造网络，以取代实际的物理连接，并保证网络的稳定性和安

全性。

只要终端站与支持虚拟局域网的交换机或集线器连接，网络的任何部

分或设备均可能是虚拟局域网成员。LAN交换和ATM及路由选择的

结合构成了交换式虚拟网络的基础，减轻网络管理负担是虚拟局域网

的一个重要优点，今后几年它将成为网络生产厂商开发的重点。

★FDD1网简介

光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率

最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是

ANSIX3T9.5o该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构,

传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：

1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM,最大站间距

离为200KM。

2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/So

3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频

噪声的影响,也不影

响其设备。

4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因

而是最安全的传输媒

体。

由光纤构成的FDDL其基本结构为逆向双环，如图1所示。一

个环为主环，另一个环为备用环。当主环上的设备失效或光缆发生故

障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种

故障容错能力是其它网络所没有的。本期将就FDDI的基本构件，拓

扑结构以及操作原理等进行介绍。

图1

一、FDDI的构件

图1

从图1可初步看到，构成FDDI的构件至少应具有下述部分：

1、光纤电缆。

2、FDDI适配器。

3、FDDI适配器与光纤相连的连接器。

然而，为了使该网络具有很强的适应性，并能将作为骨干网的

FDDI与部门较低速的20Mb/sEthernet相连，还需多种互连设备。？

属于这种类型的构件有下述儿种：

1、FDDI-Ethernet网桥。

2、FDDI集中器。

3、光旁路器。

1、光纤电缆（第一期的解释）

我们知道，按照光在光纤中的传播方式划分，光纤可分为多模

光纤和单模光纤；单模光纤比多模光纤具有更高的传输速率和更长的

传输距离。单模光纤的纤芯直径为8到10pm,包层直径为125Plm；

多模光纤纤芯直径为62.5pm,包层直径为125Hm,并通常写为

62.5/125nmo包层对光具有不同的折射率（R1）,其值通常小于纤

芯的1%。如果光线以小于临界角的入射角射到纤芯和包层界面，光

线将会通过包层进入外套而被吸收。

使用光纤作为传输媒体必须具备光电变换设备，即光发送器和

光接收器。光发送器将要发送的编码数据转换为一串光信号，用来携

带数据。FDDI标准X3T9.5规定，光发送器使用光二极管(LED)或

激光二极管(LD)OLED用于多模光纤，LD用于单模光纤。接收器

通常为光检测器，用于将外来的光信号转换为电信号。光检测器的一

个重要性质是接收灵敏度，它是外入光信号使接收器工作必须具有的

最小功率。应该指出，接收器灵敏度是针对一定范围的光波长而言的。

光波长是指在光纤上用来携带数据的光射线的近似波长.光源

以一定的一组波长发射光线。波长度量单位为nm。在FDDI技术中，

光发送器发出的光，其波长约为1300nm,如图2所示。

光发送器发射的光功率散射在一定范围内，其中心波长则为标称光波

长。从图2可看出，光散射的范围在LD作光源时较窄，而在LED作

光源时较宽。

图2

光在沿光纤传输时与电在导体中传输一样，其强度会逐渐减弱,

这就是衰减。光纤链路的衰减由单位衰减量和链路长度决定。单位

衰减量是经过规定的单位长度时的衰减，单位为dBo根据FDDI标

准，在波长为1300nm时，1km的最大衰减量为1.为B。

衡量光纤衰减的另一种参数是功率预算，其功率预算值由最小

发送功率和接收器灵敏度决定。FDDI标准规定功率预算为UdB。

应该强调指出，光功率的衰减除在沿光纤传输时有损耗外，光

经过连接器和接头同样也会产生损耗。在连接器和和接头处引入的损

耗称为功率恶化(powerpenalty)。在上述各

环节引入的最大损耗量下仍能维持系统工作的总损耗称为链路损耗

预算，它是最小发送器功率与接收器灵敏度减去任何功率恶化之差。

2、光纤媒体连接器

FDD1网络节点与光纤相连需要连接器，连接器有两种：

1、MIC媒体接口连接器。

2、ST型连接器。

MIC连接器如图3(a)所示。MIC的结构可确保光纤与节点

中的发送/接收光学器件对

准。该连接器由带锁的插头和带销的插座组成。锁的作用是保证插头

安装不会出错，因为安装不正确将使FDDI构成的环失效。

ST型连接器也可用于连接光纤和FDDI节点，但这种连接器

的插座未提供带锁机构，如不小心，有可能反接。显而易见，这种连

接器具有较低的费用。ST型连接器如图3(b)所示。

图3(a)图3(b)

3、FDDI端口类型

FDDI标准对如何与光纤的连接规定了一些规则，旨在防止构成

错误的拓扑结构。在FDDI标准中，规定了四种端口类型：

1、端口类型A。

2、端口类型B。

3、端口类型M。

4、端口类型S。

同时具备这四种端口类型的FDDI设备是集中器，如图4所示。

端口用于连接FDDI的主环入和备环出；端口B用于连接FDDI双

环中和环出和备环入；端口M用于连接单连接站(SAS),

双连接站(DAS)或另外的集中器；端口S用于连接到集中器上。

图4

FDDI标准规定了两类站，即上述的单连接站(SAS)和双连接

站(DAS)。所谓DAS是具有两个FDDI端口，因而能直接与双环相

连的工作站；单连接站(SAS)只有一个FDDI端口，要与FDDI环相

连必须经过集中器。两类站在FDDI双环结构中的连接如图5所示。

图中数据站1、数据站2和集中器都具有双环连接的能力，所以是双

环连接站(DAS),通过集中器只与主环相连的数据站A、B和C都

属于单连接站(SAS)o

图5

二、FDDI适配器

FDDI适配器虽然按所用机器总线不同各有差异，但与光纤接口部分

原理是相同的。

为了解这种适配器的结构，先要了解FDD1技术所遵循的标准。

1、FDDI网络体系结构

FDD1是在OSI参考模型出现后发展起来的一种高速网络技术。

它所遵循的标准完全处于OSI框架下，如图6所示。由图可以看出，

FDDI将OSI模型的物理层和数据链路层分别分成了两个子层。物理

层分割成的两个子层是：

图6

1、物理层协议层(PHY)o

2、物理媒体相关层(PMD)o

PHY子层规定了传输编码和译码、时钟要求及符号集合；PMD

规定了光纤媒体应具备的条件以及连接器等。

数据链路层分割成的两个子层为媒体访问控制(MAC)和逻辑

链路控制(LLC)o这两个子层的功能与ISO8802.3(Ethernet),IEEE

802.5(TokenRing)相似。MAC子层规定了FDDI定时令牌协议所

需要的帧格式、寻址和令牌处理。LLC子层为LLC用户提供了交换

数据的手段。

FDD1的站管理(SMT)标准定义如何对物理媒体相关层、物理

层协议层和媒体访问控制部分进行控制和管理。

按照FDDI网络体系结构层次构成的连接模型，如图7所示.由图

7可以更清楚地看到，每个子层所处的地位和应承担的功能。

图7

为便于读者查阅标准，现将每个子层的ANSI和ISO标准号码

列于附表中。

附表FDDI标准

ANSI/IS0FDD1标准

X3.166-1990/

1SO9314-3:1990PMD（物理媒体相关）

X3.148-1988/

ISO9314-1:1989PHY（物理层协议）

X3.139-1987/

ISO9314-2:1989MAC（媒体访问控制）

X3T9.5/84-49SMT（站管理）

2、单连接站和双连接站

单连接站（SAS）是连接到环上的最简形式，但只能连接到主

环上，要连到双环则必

须经过集中器。

SAS的结构如图8（a）所示，由MAC,PHY和PMD实体组

成。MAC（媒体访问控制）主要

功能是构造帧，用于携带用户数据或管理信息；PHY的主要功能是

执行与媒体无关的数据编

码/译码和同步等功能；PMD的主要功能前面已介绍，是与媒体相

关的功能。从图8

（a）可以看到，与光纤相连的只有两条，一条用于发送，另一条用于

接收。这表明SAS只能

连接到主环上。显而易见,史连接到主环的让不管是光纤或站如果失

效，都无法切换到备用

环。解决这一问题的方法是将SAS连接到集中器上，由集中器来实

现这种功能。

DAS与SAS相反，它可连接到主环和备用环上，因为DAS内

包括2个PHY,2个PMD和2个MAC

和一个可选择的光旁路中继器，如图8(b)所示。DAS可以在设备

失效时，从主环切换到备

用环。

图8(a)图8(b)

SAS和DAS都含有一个处于重要位置的站管理实体。这一实体

的作用，顾名思义是对FDD1

网络、诊断故障站之类的连接管理功能，以及环管理和监视，都是该

实体的功能。

3、FDDI适酉己器

FDDI适配器根据所用的计算机总线有同而有差异，但这些差异

只反映在与主机的接口

上，其它部分基本上相同。FDDI适配器通常由下述功能块组成：

1、FDDI功能块。

2、帧缓冲寄存器。

3、节点核心块。

4、系统总线接口单元块。

前三个功能块是FDDI的核心，可用于任何系统总线的FDDI

适配器。图9示出的是VMEbus

FDDI适配器框图。

图9

FDDI功能块具有双连接站的功能，带有一个MAC。光纤发送器用于

连接外部光纤。该模

块对系统的接口使用Abus（32位）与帧缓冲器相接。与节点处理器

接口则通过Cbus（8位）实

现。该功能块全部由FDDI基本媒体访问控制器、节点处理器和

VMEbus.3端口帧缓冲器具有双端口的VRAM（映像RAM）。该功

能块还含有其它多种接口。

节点核心包括节点处理器、EPROM、本地存储器、DUART、

本地总线和系统总线接口.这是FDDI适配器的控制中心。

系统总线接口单元经过各自的Mbus接口单元,Vbus接口单元和

VMEbus接口单元将这三个总线集成在一起。

三、FDDI集中器

FDDI集中器在FDDI网络中起着重要作用。其一是提供了布线的灵

活性；其二是增加了网络的可靠性和连通性。

像单连接站一样，集中器也有单连接和双连接之分。同样地，

也将前者称为SAC,后者称为DACoFDDI集中器的作用是连接多个

SAC,DAS或其它集中器到FDDI双环上。通过级连集中器，可构成

双环树结构。当以单独一台形式使用时，可形成类似EthernetHub式的

工作组结构。

集中器的结构与连接站类似，所有同的是有多个端口，如图10

所示。

图10

从网络体系结构看，不管是M、S还是A、B端口，都是PMD和PHY

实体的组合。PMD实体的功能是实现从电气信号到光信号的转换或

反转换。PHY实体实现4B/5B编码/译码，监视链路差错等。媒

体访问控制(MAC)是可选的，它在集中器中主要提供附加的管理

服务，使其本身作为可管理的元素。MAC实体能使集中器参与基于

SMT帧的协议操作，从而可方便地隔离故

障，易于从故障状态下恢复。

图10中示出的配置开关在集中器的站插入和站旁路两项功能中

起着重要的作用。配置开

关的功能是通过对FDDI连接管理协议的控制，或从网管站发布命令

来实现对端口入环和出环操作。

站旁路的功能是在所连接的站失效情况下，使集中器能将故障

站在逻辑上与环断开。

四、FDDIMAC帧

在FDDI逆向双环或其它结构下，光纤上传输的数据单元称为媒体访

问控制(MAC)帧，如图11所示。

PASDFCDASAIFCSEDFS

PA:帧首序列I:信息

SD:帧首定界符FCS:帧检验序列

FC:帧控制(2个符号)ED:帧尾定界符

DA:终点地址FS:帧状态

SA:源点地址

(a)帧格式

PASDFCED

(b)令牌格式图11

帧由9个字段组成，每个字段各有其自身的功能。现将这些功能

简述如下：

1、前导码(PA)

用来使帧与每一站的时钟进行同步。帧起始站发出的前导码由

64比特的16个空闲符号

组成。随后的站可改变字段长度，以适应时钟的要求。

2、帧首定界符(SD)

指示帧的开始，长总是以民于数据的信号码型组成。其编码为

JK,其中J和K均为非数

据符号。

3、帧控制(FC)

其比特格式为CLFFZZZZ。C表明帧类型，L表明16比特或48

地址,FF表明该帧是LLC帧还

是MAC控制帧。

4、终点地址(DA)

表明帧欲发往的站。该地址可为单站地址，组播地址或广播地址。

5、源点地址(SA)

发出该帧的站地址。

6、包括LLC数据和与操作有关的信息。

7、帧检验序列

长度为32位，用于对FC,DA,SA和信息字段进行保护。

8、帧尾定界符(ED)

由一些非数据符号组成。对于令牌，ED的长度为8比特，对其

它帧则为4比特。

9、帧状态(FS)

由差错位，地址识别、帧被拷贝等指示位组成。每一指示由一

个符号表示。FS还可包

括附加控制位，其使用由实现者来确定。

五、FDDI的操作原理

FDDI建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空闲时一，小令牌帧沿环

运行。当某一站有数据要发送这