令牌環(huán)工作原理

1、令牌環(huán)工作原理1.令牌環(huán)的結構如圖4.13所示,令牌環(huán)在物理上是一個由一系列環(huán)接口和這些接口間的點一點鏈路構成的閉合環(huán)路,各站點通過環(huán)接口連到網(wǎng)上。對媒體具有訪問權的某個發(fā)送站點,通過環(huán)接口出徑鏈路將數(shù)據(jù)幀串行發(fā)送到環(huán)上;其余各站點邊從各自的環(huán)接口人徑鏈路逐位接收數(shù)據(jù)幀,同時通過環(huán)接口出徑鏈路再生、轉發(fā)出去,使數(shù)據(jù)幀在環(huán)上從一個站點至下一個站地環(huán)行,所尋址的目的站點在數(shù)據(jù)幀經(jīng)過時讀取其中的信息:最后,數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回發(fā)送站點,并由其從環(huán)上撤除所發(fā)的數(shù)據(jù)幀。  由點一點鏈路構成的環(huán)路雖然不是真正意義上的廣播媒體,但環(huán)上運行的數(shù)據(jù)幀仍能被所有的站點接收到,而且任何時刻僅允許一

2、個站點發(fā)送數(shù)據(jù),因此同樣存在發(fā)送權競爭問題。為了解決競爭,可以使用一個稱為令牌(Token)的特殊比特模式,使其沿著環(huán)路循環(huán)。規(guī)定只有獲得令牌的站點才有權發(fā)送數(shù)據(jù)幀,完成數(shù)據(jù)發(fā)送后立即釋放令牌以供其它站點使用。由于環(huán)路中只有一個令牌,因此任何時刻至多只有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù),不會產(chǎn)生沖突。而且,令牌環(huán)上各站點均有相同的機會公平地獲取令牌。2.令牌環(huán)的操作過程令牌環(huán)的操作過程如圖4.14所示。(1)網(wǎng)絡空閑時,只有一個令牌在環(huán)路上繞行。令牌是一個特殊的比特模式,其中包含一位"令牌/數(shù)據(jù)幀"標志位,標志位為"曠表示該令牌為可用的空令牌,標志位為"1"表

3、示有站點正占用令牌在發(fā)送數(shù)據(jù)幀。 (2)當一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)時,必須等待并獲得一個令牌,將令牌的標志位置為"1",隨后便可發(fā)送數(shù)據(jù)。(3)環(huán)路中的每個站點邊轉發(fā)數(shù)據(jù),邊檢查數(shù)據(jù)幀中的目的地址,若為本站點的地址,便讀取其中所攜帶的數(shù)據(jù)。(4)數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周返回時,發(fā)送站將其從環(huán)路上撤消。同時根據(jù)返回的有關信息確定所傳數(shù)據(jù)有無出錯。若有錯則重發(fā)存于緩沖區(qū)中的待確認幀,否則釋放緩沖區(qū)中的待確認幀。(5)發(fā)送站點完成數(shù)據(jù)發(fā)送后,重新產(chǎn)生一個令牌傳至下一個站點,以使其它站點獲得發(fā)送數(shù)據(jù)幀的許可權。3.環(huán)長的比特度量環(huán)的長度往往折算成比特數(shù)來度量,以比特度量的環(huán)長反映了環(huán)上能

4、容納的比特數(shù)。假如某站點從開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀到該幀發(fā)送完畢所經(jīng)歷的時間,等于該幀從開始發(fā)送經(jīng)循環(huán)返回到發(fā)送站點所經(jīng)歷的時間,則數(shù)據(jù)幀的所有比特正好布滿整個環(huán)路。換言之,當數(shù)據(jù)幀的傳輸時延等于信號在環(huán)路上的傳播時延時,該數(shù)據(jù)幀的比特數(shù)就是以比特度量的環(huán)路長度。實際操作過程中,環(huán)路上的每個接口都會引人延遲。接口延遲時間的存在,相當于增加了環(huán)路上的信號傳播時延,也即等效于增加了環(huán)路的比特長度。所以,接口引人的延遲同樣也可以用比特來度量。一般,環(huán)路上每個接口相當于增加1位延遲。由此,可給出以比特度量的環(huán)長計算式:環(huán)的比特長度=信號傳播時延×數(shù)據(jù)傳輸速率+接口延遲位數(shù)=環(huán)路媒體長度5(us/Km)

5、×數(shù)據(jù)傳輸速率+接口延遲位數(shù)式中5us/km即信號傳播速度200m/us的倒數(shù)。例如,某令牌環(huán)媒體長度為1OKm,數(shù)據(jù)傳輸速率為4Mbps,環(huán)路上共有50個站點,每個站點的接口引人1位延遲,則可計算得:環(huán)的比特長度=10(Km)×5(s/km)×4(Mbps)+1(bit)×50=10×5×10-6×4×106+1×50=200+50=250(bit)如果由于環(huán)路媒體長度太短或站點數(shù)太少,以至于環(huán)路的比特長度不能滿足數(shù)據(jù)幀長度的要求,則可以在每個環(huán)接口引人額外的延遲,如使用移位寄存器等。4.令牌環(huán)的維護令

6、牌環(huán)的故障處理功能主要體現(xiàn)在對令牌和數(shù)據(jù)幀的維護上。令牌本身就是比特串,繞環(huán)傳遞過程中也可能受干擾而出錯,以至造成環(huán)路上元令牌循環(huán)的差錯;另外,當某站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀后,由于故障而無法將所發(fā)的數(shù)據(jù)幀從網(wǎng)上撤消時,又會造成網(wǎng)上數(shù)據(jù)幀持續(xù)循環(huán)的差錯。令牌丟失和數(shù)據(jù)幀無法撤消,是環(huán)網(wǎng)上最嚴重的兩種差錯,可以通過在環(huán)路上指定一個站點作為主動令牌管理站,以此來解決這些問題。主動令牌管理站通過一種超時機制來檢測令牌丟失的情況,該超時值比最長的幀為完全遍歷環(huán)路所需的時間還要長一些。如果在該時段內(nèi)沒有檢測到令牌,便認為令牌已經(jīng)丟失,管理站將清除環(huán)路上的數(shù)據(jù)碎片,并發(fā)出一個令牌。為了檢測到一個持續(xù)循環(huán)的數(shù)據(jù)幀,管理站在經(jīng)過的任何一個數(shù)據(jù)幀上置其監(jiān)控位為1,如果管理站檢測到一個經(jīng)過的數(shù)據(jù)幀的監(jiān)控位已經(jīng)置為1,便知道有某個站未能清除自己發(fā)出的數(shù)據(jù)幀,管理站將清除環(huán)路上的殘余數(shù)據(jù),并發(fā)出一個令牌。5.令牌環(huán)的特點令牌環(huán)網(wǎng)在輕負荷時,由于存在等待令牌的時間,故效率較低;但在重負荷時,對各站公平訪問且效率高?？紤]到幀內(nèi)數(shù)據(jù)的比特模式可能會與幀的首尾定界符形式相同,可在數(shù)據(jù)段采用比特插入法或違法碼法,以確保數(shù)據(jù)的透明傳輸。采用發(fā)送站點從環(huán)上收回幀的策略,具有對發(fā)送站點自動應