数据通信与网络-8章-令牌环

数据通信与网络基础第八章令牌环网和城域网8.1

IEEE802.5令牌环介质访问控制8.1.1访问控制方式：令牌传递在以太网的访问控制方式（CSMA/CD）中所使用的网络访问机制并不是绝对可靠的，它仍然会造成冲突。站点可能需要重试若干次之后才能成功发送数据。与之相比，令牌环通过要求站点轮流发送数据，解决了系统的不确定性。每个站点只有在轮到自己的时候才能发送数据，同时每次轮到时只能发送一帧。这种循环相协调的机制称为令牌传递。令牌环网允许每个站点每轮到一次发送一帧令牌环网通过要求站点轮流发送数据解决了以太网网竞争共享信道机制带来的不确定性1数据通信与网络基础令牌传递CDABTa令牌在环中循环CDABCDABCDABATODb站点A获取令牌，并传送数据到Dc站点D复制数据帧，然后将数据发送回环d站点A接收帧并释放令牌ATODT2数据通信与网络基础8.1.2例令牌传递如上图所示。当网络空闲时，它便传播一个简单3字节令牌。这个令牌按顺序从一个NIC传递到下一个NIC，直到遇到一个有数据要传送的站点。这个站点等待令牌进入它的NIC。如果令牌是空闲的，这个站点就可以发送一个数据帧。这个站点保留这个令牌，并在自己的NIC中设置一位作为提示，然后站点开始发送数据帧。数据帧将继续沿环前进，由每个站点重新生成。每个中间站点都检查帧的目标地址，发现帧的目标地址是其它站点，于是发给下个站点。当数据帧到达接收站点时，该站点识别出自己的地址，同时拷贝该帧，检测错误，并改变帧最后4位以表示地址已被识别，帧被拷贝，整个包接着继续沿环前进，直到回到发送点，吸收该帧，将令牌释放回环。3数据通信与网络基础8.1.3令牌环要素优先级和保留通常，一旦令牌被释放，在环中下一个有数据要发送的站点就拥有了获取令牌的权利。但在IEEE802.5模型中还有另一个选择。忙的令牌可以被一个等待发送的站点所预留。每个站点都有一个优先级码，当一帧经过时，等待发送的站点可以通过将自己的优先级码添入令牌或数据帧的访问控制（AC）字段的方法，来预留下一个开放的令牌。一个有更高优先级的站点可以删除一个低优先级的预留。时间限制为了保持通信的进行，令牌环在每个等待使用环的站点上加了一个时间限制。起始分界符必须在指定的时间间隔（通常是10ms）内到达每个站点。4数据通信与网络基础8.1.3令牌环要素监控站点有若干个出现的问题可能会导致令牌环的中断，使其不能正常工作。为了处理这些异常情况，在环中的某个站点必须设计为监控站点。每当令牌经过时，就设置一个定时器，如果令牌在分配的时间间隔内没有重现，便假设是丢失了，监控站点将重新生成一个令牌，并把它引入环中寻址令牌环使用六字节的地址，这个地址写在NIC上，与以太网地址相类似。电气规范信令：令牌环使用差分曼彻斯特编码数据速率：令牌环支持高达16Mbps的数据速率（最初设计规范是4Mbps）5数据通信与网络基础8.1.3令牌环要素帧格式令牌环提供3种类型的帧格式：数据命令帧、令牌帧、异常终止帧。数据/命令帧：该帧是3种帧中唯一可以携带PDU的帧，同时也是唯一可以写明目标站点地址的帧。帧的9个字段是起始分界符（SD）、访问控制（AC）、帧控制（FC）、目标地址（DA）、源地址（SA）、802.2PDU帧、CRC、结束分界符（ED)、帧状态（FS）。令牌帧：包含3个字段。SD指明帧即将到来、AC在指明帧是令牌的同时还包括一个优先级域和预留域、ED指明帧的结束。异常终止帧：该帧不包含任何信息，仅仅作起始和结束分界符。可以由发送方产生，用来停止自己的传输，也可以由监控站点产生，用来清除线路上旧的传输。6数据通信与网络基础令牌环帧结构SDACFC源地址数据CRC1B2-6B多至4500B4BDSAPSSAP控制信息目标地址EDFS1B1B2-6B4B4BSDEDSDACED令牌异常终止数据命令帧SD：起始分界符（标记）AC：访问控制（优先级）FC：帧控制（帧类型）ED：结束分界符（标志）FS：帧状态7数据通信与网络基础8.1.4实现环令牌环中包含了一系列150欧姆、屏蔽双绞线所构成的段，将站点连接到紧接着它的邻居上。每个段将一个站点上的输出端口连接到另一个站点的输入端口，通过单向的通信形成一个环。最后一个站点上的输出端口连接到第一个站点的输入端口上，构成一个完整的环。帧将按顺序传送给每个站点，在每个站点上它将被检测，重新生成，然后传送到下一个站点。注意：令牌环中的每个站点都重新生成帧。8数据通信与网络基础8.1.4实现交换机将网络配置成环可能带来一个问题：一个停止工作的站点将使整个网络的传输终止。为了解决这个问题，每个站点都连接到一个自动交换机上，这个交换机可以跳过不活跃的站点。当一个站点停止时，交换机跳过它，组成一个不包括它的封闭环；当新站点到来时，NIC向交换机发送一个信号，交换机会将站点重新加入到环中。9数据通信与网络基础令牌环交换机示意10数据通信与网络基础8.2光纤分布式数据接口（FDDI）光纤分布式数据接口（FDDI）是一个由ANSI和ITU-T标准化的局域网协议。它支持100Mbps的数据速率，提供一种对以太网和令牌环的高速替代协议。8.2.1访问方式：令牌传递在FDDI中，访问是由时间来限制的。一个站点在它所分配的访问时间间隔中可以发送任意多的帧，附带条件是实时数据先发送。为了实现这种访问机制，FDDI区分了两种不同的数据帧：同步帧和异步帧。同步指实时信息（S帧），异步指非实时信息（A帧）。FDDI基本要素：时间寄存器：FDDI定义了3种时间寄存器来控制令牌循环并在节点之间公平地分配链路访问权利。11数据通信与网络基础8.2.1访问方式：令牌传递时间寄存器同步分配（SA）：SA寄存器指明站点发送同步数据的时间；目标令牌循环时间（TTRT）：TTRT寄存器指明令牌绕环一周所需要的平均时间；绝对最大时间（ATM）：ATM寄存器保留了两倍于TTRT的一个值。记时器：每个站点都保留一系列记时器，这些记时器使它能够将寄存器中的值和实际时间进行比较。有两个记时器：令牌循环记时器（TRT）：TRT持续不断的运行，测量令牌实际循环一周所需要的时间。令牌持有者记时器（THT）：一旦令牌收到，THT就开始运行。其功能是显示当同步帧发送完毕之后，还有多少时间留给发送异步帧。12数据通信与网络基础8.2.1访问方式：令牌传递站点过程：当令牌到达时，每个站点做以下几件事：THT设置为TTRT与TRT之间的差值（THT=TTRT-TRT）；TRT复位成零（TRT=0）；站点发送它的同步数据（S帧）只要THT值为正，站点就发送异步数据（A帧）。实例假设网络只有四个站点，TTRT是30个时间单元，令牌从一个站点到另一个站点所需要的时间是1个时间单元，每个站点每次允许发送2个同步帧，每个站点有许多异步数据帧需要发送（等待在缓冲区中）。13数据通信与网络基础FDDI工作过程节点2节点1节点3节点414圈站点1到达时间：0TRT=00站点2站点3站点4到达时间：1TRT=0到达时间：2TRT=0到达时间：3TRT=0到达时间：4TRT=4THT=30-4=26TRT=0同步数据2THT=24异步数据24到达时间：31TRT=30THT=30-30=0TRT=0同步数据2THT=-2异步数据0到达时间：34TRT=32THT=30-32=-2TRT=0同步数据2THT=-4异步数据0到达时间：37TRT=34THT=30-34=-4TRT=0同步数据2THT=-6异步数据01到达时间：40TRT=36THT=30-36=-6TRT=0同步数据2THT=-8异步数据0到达时间：43TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步数据2THT=16异步数据

16到达时间：62TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：65TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0215圈站点1站点2站点3站点4到达时间：68TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：71TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：74TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步数据2THT=16异步数据16到达时间：93TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据03到达时间：96TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：99TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：102TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步数据2THT=0异步数据0到达时间：105TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步数据2THT=16异步数据16416数据通信与网络基础8.2.2寻址

FDDI使用一个6字节的地址，地址写在NIC上，类似于以太网地址。8.2.3电气规范信令（物理层）：FDDI使用一种特殊的编码机制称为4比特5比特（4B/5B）数据速率：FDDI支持高达100Mbps的数据传输速率。8.2.4帧格式

FDDI标准将传输功能划分为个协议：物理介质依赖（PMD）、物理（PHY）、介质访问控制（MAC）、逻辑链路控制（LLC）。这些协议对应于OSI模型的物理层和数据链路层。

逻辑链路控制：该层与IEEE802.3协议中定义的类似。17数据通信与网络基础8.2.4帧格式介质访问控制：FDDI的MAC层几乎和令牌环所定义的相同。每个帧由16个空闲符号作为前导，总共是64个比特，用于初始化和接受方向的时钟同步。帧字段共有8个：起始分界符（SD）帧控制（FC）地址CRC结束分界符（ED）帧状态（FS）18数据通信与网络基础SDFCFDDI帧结构源地址0至4500BCRC1B2-6B多至4500B1.5BDSAPSSAPCNTR信息目标地址EDFS1B2-6B0.5B4BSDACED令牌111LLC数据单元19数据通信与网络基础数据链路层LLCMAC物理层PHYPMD站点管理FDDI层次20数据通信与网络基础8.2.5实现：物理介质依赖层物理介质依赖（PMD）层定义了所需要的连接和电子部件。这层的规范