第五章 環(huán)網(wǎng)課件

第五章環(huán)網(wǎng)環(huán)網(wǎng)的發(fā)展令牌環(huán)網(wǎng)媒體訪問控制技術FDDI媒體訪問控制技術和物理層結(jié)構環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)技術5.1概述傳統(tǒng)以太網(wǎng)的弱點不適應重負荷應用環(huán)境無實時性能和優(yōu)先權機制在拓撲結(jié)構為公共總線的以太網(wǎng)上，媒體使用光纖比較困難共享型以太網(wǎng)的覆蓋范圍受限于碰撞域，無法進一步拓展20世紀80年代中期，IEEE802.5標準出世20世紀80年代后期，使用光纖的高速環(huán)網(wǎng)FDDI出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的特點適應重負荷應用環(huán)境具實時性能和優(yōu)先權機制媒體可以使用光纖覆蓋范圍較大，可達數(shù)公里5.2令牌環(huán)網(wǎng)媒體訪問控制技術IEEE802.5標準定義了令牌環(huán)網(wǎng)的媒體訪問控制(MAC)技術和物理層結(jié)構令牌環(huán)操作MAC幀MAC基本操作5.2.1令牌環(huán)操作基礎是使用了一個稱之為令牌的特定比特串當環(huán)上所有的站都處于空閑時，令牌沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)當環(huán)上一個站想發(fā)送幀時必須等待直至檢測到經(jīng)過該站的令牌為止該站抓住令牌并改變令牌中的一個比特，然后將令牌變成一幀的幀首，這時，該站可以在幀首后面加掛上幀的其余字段并進行發(fā)送，此時，環(huán)上不再有令牌這個幀將在環(huán)上環(huán)行一整周后由發(fā)送站將它清除，發(fā)送站在下列兩個條件都符合時將在環(huán)上插進一個新的令牌該站已完成其幀的發(fā)送該站所發(fā)送的幀的前沿已回到了本站(在繞環(huán)運行一整圈后)令牌環(huán)圖示令牌環(huán)操作的特點任一時刻只有一個站可以發(fā)送在輕負載的條件下，它的效率比較低，但是在重負載的條件下，環(huán)的作用是依次循環(huán)傳遞，因此既有效又公平5.2.2MAC幀幀首定界符(SD)：指出令牌或幀的開始，使用獨特的符號與幀的其余部分進行區(qū)分。訪問控制(AC)：包含被用于優(yōu)先機制中的優(yōu)先級和預留比特以及監(jiān)控比特，這一字段還包括令牌比特幀控制(FC)：指出該幀是一個LLC的數(shù)據(jù)幀(FF=1)還是一個MAC控制幀(FF=0)。目的地址(DA)：表明幀欲發(fā)往的目標站。該地址可為單站地址，組播地址或廣播地址，選擇16比特還是48比特由實現(xiàn)來決定源地址(SA)：幀的始發(fā)站地址。位數(shù)與DA相同信息：包括LLC數(shù)據(jù)或與MAC協(xié)議的控制操作的有關信息幀檢驗序列(FCS)：是32比特的循環(huán)冗余檢驗序列幀尾定界符(ED)：指明幀結(jié)束的非數(shù)據(jù)符號。幀狀態(tài)(FS)：由地址識別，幀被復制等指示位組成IEEE802.5幀格式IEEE802.5MAC幀的控制比特地址字段源地址字段中的第一個比特總是“0”目的地址字段中第一個比特置成“0”表示是一個單地址，置成“1”則表示一組地址全“1”的組地址是對環(huán)上所有工作的站的廣播地址對于48比特的地址字段，其源和目的地址字段中的第二個比特置成“0”，表示是一全局管理地址，置成“1”則表示是一局部管理地址MAC幀信息字段：在某些MAC幀中，信息字段被用于攜帶有關特定控制用的控制信息，控制信息作為維護環(huán)路使用IEEE802.5地址字段格式I：獨立地址；G：組地址；U：全局管理；L：局部管理5.2.3MAC基本操作幀的發(fā)送MAC單元收到發(fā)送數(shù)據(jù)請求后，首先將數(shù)據(jù)封裝為MAC幀，隨后，MAC單元等待令牌到來如果到來幀的AC字段中的T比特為“0”，則表明令牌已到，并通過將T比特置“1”來抓住令牌隨后將其余字段(FC、DA、SA、INFO、FCS、ED、FS)添加在AC字段后,形成一個完整的幀發(fā)送到環(huán)上，同時被抓住的令牌幀中的ED字段被該站吸收抓往令牌的站可連續(xù)發(fā)送直至無數(shù)據(jù)可發(fā)，或令牌保持計時器計滿為止。該站可通過將ED字段中I比特置1的方法連續(xù)發(fā)送多個幀（多幀中的最后一幀除外）。MAC基本操作(二)幀的接收令牌環(huán)上的其他工作站在環(huán)上監(jiān)聽，并不斷轉(zhuǎn)發(fā)著通過的幀為了檢查、復制或改變一個比特必須有一定的時間，每個站都要對環(huán)引進約一比特的時延每個站都能對通過的幀進行差錯校驗，如果檢驗到一個差錯就應將E比特置位每個站通過識別幀首定界符SD來監(jiān)視幀的開始。如果該幀為常規(guī)的數(shù)據(jù)載攜幀，并與該接收站的地址符合，在該站有足夠緩存空間的情況下，該站就復制該幀。FS字段中的A和C比特都要在轉(zhuǎn)發(fā)前進行重置，這使得源站可以區(qū)別三種情況目的站不存在/未被復制目的站存在但幀未被復制幀已被目的站復制MAC基本操作(三)幀的清除發(fā)送出幀的工作站要負責清除繞環(huán)一周回至源發(fā)點的幀，當每個發(fā)出去的幀回到源站時，應被吸收掉并檢查幀ED和FS中的狀態(tài)比特，判斷傳輸?shù)慕Y(jié)果。如果狀態(tài)表明有錯，MAC并不重傳，而是向高層報告，這是LLC或某些高層協(xié)議的職責5.3差分曼徹斯特編碼令牌環(huán)網(wǎng)標準規(guī)定使用的數(shù)據(jù)速率時4Mbps和16Mbps，采用差分曼徹斯特編碼“0”為比特時間開始和中間均跳變，“1”為比特時間中間跳變非數(shù)據(jù)符號J和K的比特時間的中央沒有跳變對于J，在比特時間開始時沒有跳變對于K，在比特時間開始時有一個跳變符號J和K通常是以“J－K”成對方式發(fā)送，以避免累積的直流分量差分曼斯斯特編碼5.4FDDI網(wǎng)媒體訪問控制技術光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FiberDistributedDataInterface，簡稱FDDI)傳輸速率高達100Mb/s的光纖環(huán)形局域網(wǎng)網(wǎng)絡技術所依據(jù)的標準是ANSIX3T9.5以采用IEEE802.2的邏輯鏈路控制(LLC)標準為前提FDDI標準的范圍令牌環(huán)操作MAC幀基本操作5.4.1FDDI標準的范圍FDDI標準包含了MAC子層和物理層該標準是以采用IEEE802.2LLC標準作為前提的FDDI的MAC子層MAC子層是用MAC服務與MAC協(xié)議來加以規(guī)定的MAC服務MAC服務規(guī)范從功能上定義了FDDI向LLC或其他較高層用戶提供的服務，接口包括發(fā)送與接收協(xié)議數(shù)據(jù)單元的設施它還提供每次操作的狀態(tài)信息，為高層的差錯恢復規(guī)程所用。在任何情況下，對MAC用戶(例如某個高層應用)來說，這一服務規(guī)范將MAC與物理層的細節(jié)遮掩了起來。尤其是采用各種各樣的傳輸媒體，除了影響性能外，對MAC用戶應成為不可見的MAC協(xié)議是FDDI標準的核心規(guī)范定義了幀結(jié)構規(guī)范定義了在MAC實體間所發(fā)生的交互作用FDDI的物理層協(xié)議、物理媒體相關子層以及層管理物理層協(xié)議與物理媒體相關子層物理層協(xié)議(PHY)是物理層中與媒體無關的部分，它包括與MAC子層間的服務接口規(guī)范。這一接口規(guī)范定義了在MAC與PHY之間傳遞一對串行比特流所需的設施PHY還規(guī)定了數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸用的編碼PMD子層是物理層中與媒體相關的部分，它對用于光纖的激勵器和接收器的特性做了規(guī)定，同時還對站到環(huán)的連接、環(huán)所用的光纜和連接器等與媒體相關的特性做了規(guī)定。層管理(LMT)提供了一個站FDDI各層中正在進行的進程進行管理所必需的控制功能，從而使站在環(huán)上能協(xié)調(diào)地工作。LMT是一種更廣泛的，稱做站管理(SMT)的概念的一部分，后者包括對LLC于層及更高層中的進程的管理5.4.2令牌環(huán)操作令牌環(huán)的基本操作對802.5與FDDI來說是十分相似的FDDI建立在小令牌幀的基礎上，當所有站都空閑時，小令牌幀沿環(huán)運行。當某一站有數(shù)據(jù)要發(fā)送這時，必須等待有令牌通過時才可能。一旦識別出有用的令牌，該站便將其吸收，隨后便可發(fā)送一幀或多幀。這時環(huán)上沒有令牌后，便在環(huán)上插入一新的令牌，不必像802.5令牌環(huán)那樣，只有收到自己發(fā)送的幀后才能釋放令牌。因此，任一時刻環(huán)上可能會有來自多個站的幀運行。FDDI令牌工作與802.3令牌環(huán)操作的區(qū)別一個FDDI站并不是通過改變一個比特來抓住令牌的在FDDI中，一個站一旦完成其幀的發(fā)送后，即使它尚未開始收到它自己發(fā)出的幀，也立即送出一新的令牌5.4.3MAC幀前導碼(PA)：用來使幀與每一站的時鐘進行同步。幀起始站發(fā)出的前導碼由64比特的16個空閑符號組成。隨后的站可改變字段長度，以適應時鐘的要求。幀首定界符(SD)：指示幀的開始，且總是以區(qū)別于數(shù)據(jù)的信號碼型組成。其編碼為JK，其中J和K均為非數(shù)據(jù)符號。幀控制(FC)：其比特格式為CLFFZZZZ。C表明幀類型，L表明16比特或48地址，F(xiàn)F表明該幀是LLC幀還是MAC控制幀。目的地址(DA)：表明幀欲發(fā)往的站。該地址可為單站地址，組播地址或廣播地址。源地址(SA)：發(fā)出該幀的站地址。信息：包括LLC數(shù)據(jù)和與操作有關的信息。幀檢驗序列(FCS)：長度為32位，用于對FC，DA，SA和信息字段進行保護。幀尾定界符(ED)：由一些非數(shù)據(jù)符號組成。對于令牌，ED的長度為8比特，對其它幀則為4比特。幀狀態(tài)(FS)：由差錯位，地址識別、幀被復制等指示位組成。每一指示由一個符號表示。FS還可包括附加控制位，其使用由實現(xiàn)者來確定。FDDI幀格式地址字段和幀控制字段地址字段同令牌環(huán)網(wǎng)幀控制字段；指明幀的形式LLC數(shù)據(jù)幀MAC控制幀站管理幀為實現(xiàn)者保留的幀和為將來標準化保留的幀F(xiàn)DDI地址字段格式FDDI幀的類型5.4.4MAC基本操作幀的發(fā)送一個想要發(fā)送的站需要等待一個令牌幀經(jīng)過，令牌幀的FC字段中的FF比特置為“00”，ZZZZ比特置為“0000”該站在重復整個FC字段前，將令牌從環(huán)上吸收掉，以此抓住這一令牌抓往令牌的站可連續(xù)發(fā)送直至無數(shù)據(jù)可發(fā)，或令牌保持計時器計滿為止。MAC基本操作(二)幀的接收環(huán)上的其他工作站在環(huán)上監(jiān)聽，并重復通過的幀為了檢查、復制或改變一個比特必須有一定的時間，每個站都要對環(huán)引進約一比特的時延每個站都能對通過的幀進行差錯校驗，如果檢驗到一個差錯就應將E比特置位每個站通過識別幀首定界符SD來監(jiān)視幀的開始。如果該幀為常規(guī)的數(shù)據(jù)載攜幀，并與該接收站的地址符合，該站就復制該幀。FS字段中的A和C比特都要在轉(zhuǎn)發(fā)前進行重置，這使得源站可以區(qū)別三種情況目的站不存在/未被復制目的站存在但幀未被復制幀已被目的站復制MAC基本操作(三)幀的清除發(fā)送出幀的工作站要負責清除繞環(huán)一周回至源發(fā)點的幀，當每個發(fā)出去的幀回到源站時，應被吸收掉并檢查幀F(xiàn)S中(E、A、C)的狀態(tài)比特，判斷傳輸?shù)慕Y(jié)果。如果狀態(tài)表明有錯，MAC并不重傳，而是向高層報告，這是LLC或某些高層協(xié)議的職責5.5FDDI網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)編碼物理層中與媒體相關的部分5.5.1數(shù)據(jù)編碼其他編碼的缺點FSK與PSK：在高數(shù)據(jù)率下很難實現(xiàn)強度調(diào)制：缺少同步信息曼斯斯特編碼：低效率帶寬編碼方法。每比特需要2波特4B/5B編碼把輸入碼流中每4比特數(shù)據(jù)碼分為一組，然后變換為5比特。這樣就使得變換后的碼流有了冗余度，利用它即可在碼流中除了傳輸原來的信息以外，還可以傳送與誤碼監(jiān)測等有關的信息。另一方面，經(jīng)過適當編碼后，還可以改善定時信號的提取和直流分量的起伏問題。第二級編碼，即將4B/5B碼流中的每一個碼元作為一個二進制對待，并采用一種稱為不歸零反相(NRZI在一個單位時間內(nèi)用是否有跳變來編碼）或不歸零－傳號的編碼技術來編碼4B/5B編碼的特點不采用簡單的強度調(diào)制編碼，因為當遇到一串“1”或“0”時將不存在躍變，因而不能提供同步信息選用4B/5B編碼而不用曼斯斯特編碼，因為前者更有效將4B/5B編碼進一步編成NRZI碼。這樣可使所得到的差分碼有利于改善接收的可靠性選擇用于16個4bit數(shù)據(jù)碼組編碼有的特定碼型是基于這樣一個保證：在一行中不出現(xiàn)多于3個“0”的情況，從而能提供適當?shù)耐叫畔?B/5B編碼5.5.2物理層中與媒體相關的部分光纜的選擇使用多模光纖傳輸，規(guī)定的尺寸為62.5/125μｍ或85/125μｍ，另兩種為可選使用，即50/125μｍ和100/140μｍ光發(fā)送器和光接收器發(fā)送器將要發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一串光信號，用來攜帶數(shù)據(jù)。FDDI標準X3T9.5規(guī)定，光發(fā)送器使用發(fā)光二極管（LED）接收器通常為光檢測器，用于將外來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。光的波長采用的波長為1300nm本規(guī)范的制定基礎是考慮環(huán)上最多能有1000處物理連接和200km的光纖總長度，相鄰轉(zhuǎn)發(fā)器間的最大距離定為2kmFDDI物理層框圖加強可靠性的技術規(guī)范站旁路：對一個存在故障或電源中繼的站，可利用一自動的光旁路開關加以旁路布線集中器：布線集中器能用于星型布線方式中雙環(huán)：采用雙環(huán)來連接各站，當任何一站或一條鏈路發(fā)生中斷時，網(wǎng)絡結(jié)構可重新組織，以保持連接主環(huán)和副環(huán)，MAC連接只發(fā)生在主環(huán)(順時針)運行時當鏈路發(fā)生中斷或某個站發(fā)生故障時，則位于該站兩側(cè)的相鄰站就設法重新構形A類站和B類站A類站(雙連接站DAS)：有兩個FDDI端口，可同時連接主環(huán)和副環(huán)，當出現(xiàn)故障時，在這類站內(nèi)部可利用主環(huán)與副環(huán)工作鏈路的組合，使網(wǎng)絡重新構形B類站(單連接站SAS)：只有一個FDDI端口,要與FDDI環(huán)相連必須經(jīng)過布線集中器連接主環(huán)，當出現(xiàn)故障時，可將其隔離FDDI雙環(huán)工作FDDI的兩類站5.6令牌環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術令牌環(huán)網(wǎng)基本組成星——環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構交換型令牌環(huán)網(wǎng)5.6.1令牌環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術基本組成令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)卡MAC子層PHY子層環(huán)路插入器插入器電纜環(huán)路電纜節(jié)點的插入和退出節(jié)點插入環(huán)路節(jié)點退出環(huán)路布線方式復雜，在每個環(huán)路插入器中包括兩個方向上的媒體段,在物理上看似一種公共總線，而邏輯上是一個環(huán)型拓撲結(jié)構一種令牌環(huán)網(wǎng)工程組網(wǎng)結(jié)構為了考慮到實現(xiàn)節(jié)點構成環(huán)路工程上鋪設媒體的方便每個環(huán)路插入器中包括兩個方向上的媒體段，看似總線結(jié)構，邏輯上仍然是一個環(huán)型拓撲結(jié)構5.6.2星——環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構為了符合綜合布線系統(tǒng)標準以集中器作為星型結(jié)構中心由集中器、網(wǎng)卡、網(wǎng)卡連線和環(huán)路電纜段組成5.6.3交換型令牌環(huán)網(wǎng)以令牌環(huán)網(wǎng)交換器為中心，構成星型拓撲結(jié)構交換器上每個端口連接一個令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段，獨享端口帶寬5.7FDDI網(wǎng)組網(wǎng)技術應用領域后端局域網(wǎng)高速辦公室網(wǎng)主干局域網(wǎng)FDDI組網(wǎng)技術要點星——環(huán)型拓