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(shù)FDDI媒體訪問控制技術(shù)和物理層結(jié)構(gòu)環(huán)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)5.1概述傳統(tǒng)以太網(wǎng)的弱點(diǎn)不適應(yīng)重負(fù)荷應(yīng)用環(huán)境無實(shí)時(shí)性能和優(yōu)先權(quán)機(jī)制在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jìn)一步拓展20世紀(jì)80年代中期，IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)出世20世紀(jì)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(diǎn)適應(yīng)重負(fù)荷應(yīng)用環(huán)境具實(shí)時(shí)性能和優(yōu)先權(quán)機(jī)制媒體可以使用光纖覆蓋范圍較大，可達(dá)數(shù)公里5.2令牌環(huán)網(wǎng)媒體訪問控制技術(shù)IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)定義了令牌環(huán)網(wǎng)的媒體訪問控制(MAC)技術(shù)和物理層結(jié)構(gòu)令牌環(huán)操作MAC幀MAC基本操作5.2.1令牌環(huán)操作基礎(chǔ)是使用了一個(gè)稱之為令牌的特定比特串當(dāng)環(huán)上所有的站都處于空閑時(shí)，令牌沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)當(dāng)環(huán)上一個(gè)站想發(fā)送幀時(shí)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(gè)比特，然后將令牌變成一幀的幀首，這時(shí)，該站可以在幀首后面加掛上幀的其余字段并進(jìn)行發(fā)送，此時(shí)，環(huán)上不再有令牌這個(gè)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(gè)條件都符合時(shí)將在環(huán)上插進(jìn)一個(gè)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(yùn)行一整圈后)令牌環(huán)圖示令牌環(huán)操作的特點(diǎn)任一時(shí)刻只有一個(gè)站可以發(fā)送在輕負(fù)載的條件下，它的效率比較低，但是在重負(fù)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(dú)特的符號(hào)與幀的其余部分進(jìn)行區(qū)分。訪問控制(AC)：包含被用于優(yōu)先機(jī)制中的優(yōu)先級(jí)和預(yù)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(gè)LLC的數(shù)據(jù)幀(FF=1)還是一個(gè)MAC控制幀(FF=0)。目的地址(DA)：表明幀欲發(fā)往的目標(biāo)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(shí)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(guān)信息幀檢驗(yàn)序列(FCS)：是32比特的循環(huán)冗余檢驗(yàn)序列幀尾定界符(ED)：指明幀結(jié)束的非數(shù)據(jù)符號(hào)。幀狀態(tài)(FS)：由地址識(shí)別，幀被復(fù)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(gè)比特總是“0”目的地址字段中第一個(gè)比特置成“0”表示是一個(gè)單地址，置成“1”則表示一組地址全“1”的組地址是對(duì)環(huán)上所有工作的站的廣播地址對(duì)于48比特的地址字段，其源和目的地址字段中的第二個(gè)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(guān)特定控制用的控制信息，控制信息作為維護(hù)環(huán)路使用IEEE802.5地址字段格式I：獨(dú)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(qǐng)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(gè)完整的幀發(fā)送到環(huán)上，同時(shí)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(jì)時(shí)器計(jì)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(gè)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(fù)制或改變一個(gè)比特必須有一定的時(shí)間，每個(gè)站都要對(duì)環(huán)引進(jìn)約一比特的時(shí)延每個(gè)站都能對(duì)通過的幀進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，如果檢驗(yàn)到一個(gè)差錯(cuò)就應(yīng)將E比特置位每個(gè)站通過識(shí)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(fù)制該幀。FS字段中的A和C比特都要在轉(zhuǎn)發(fā)前進(jìn)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(fù)制目的站存在但幀未被復(fù)制幀已被目的站復(fù)制MAC基本操作(三)幀的清除發(fā)送出幀的工作站要負(fù)責(zé)清除繞環(huán)一周回至源發(fā)點(diǎn)的幀，當(dāng)每個(gè)發(fā)出去的幀回到源站時(shí)，應(yīng)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(cuò)，MAC并不重傳，而是向高層報(bào)告，這是LLC或某些高層協(xié)議的職責(zé)5.3差分曼徹斯特編碼令牌環(huán)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用的數(shù)據(jù)速率時(shí)4Mbps和16Mbps，采用差分曼徹斯特編碼“0”為比特時(shí)間開始和中間均跳變，“1”為比特時(shí)間中間跳變非數(shù)據(jù)符號(hào)J和K的比特時(shí)間的中央沒有跳變對(duì)于J，在比特時(shí)間開始時(shí)沒有跳變對(duì)于K，在比特時(shí)間開始時(shí)有一個(gè)跳變符號(hào)J和K通常是以“J－K”成對(duì)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(shù)光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FiberDistributedDataInterface，簡稱FDDI)傳輸速率高達(dá)100Mb/s的光纖環(huán)形局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是ANSIX3T9.5以采用IEEE802.2的邏輯鏈路控制(LLC)標(biāo)準(zhǔn)為前提FDDI標(biāo)準(zhǔn)的范圍令牌環(huán)操作MAC幀基本操作5.4.1FDDI標(biāo)準(zhǔn)的范圍FDDI標(biāo)準(zhǔn)包含了MAC子層和物理層該標(biāo)準(zhǔn)是以采用IEEE802.2LLC標(biāo)準(zhǔn)作為前提的FDDI的MAC子層MAC子層是用MAC服務(wù)與MAC協(xié)議來加以規(guī)定的MAC服務(wù)MAC服務(wù)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(wù)，接口包括發(fā)送與接收協(xié)議數(shù)據(jù)單元的設(shè)施它還提供每次操作的狀態(tài)信息，為高層的差錯(cuò)恢復(fù)規(guī)程所用。在任何情況下，對(duì)MAC用戶(例如某個(gè)高層應(yīng)用)來說，這一服務(wù)規(guī)范將MAC與物理層的細(xì)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(duì)MAC用戶應(yīng)成為不可見的MAC協(xié)議是FDDI標(biāo)準(zhǔn)的核心規(guī)范定義了幀結(jié)構(gòu)規(guī)范定義了在MAC實(shí)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(guān)子層以及層管理物理層協(xié)議與物理媒體相關(guān)子層物理層協(xié)議(PHY)是物理層中與媒體無關(guān)的部分，它包括與MAC子層間的服務(wù)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(duì)串行比特流所需的設(shè)施PHY還規(guī)定了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸用的編碼PMD子層是物理層中與媒體相關(guān)的部分，它對(duì)用于光纖的激勵(lì)器和接收器的特性做了規(guī)定，同時(shí)還對(duì)站到環(huán)的連接、環(huán)所用的光纜和連接器等與媒體相關(guān)的特性做了規(guī)定。層管理(LMT)提供了一個(gè)站FDDI各層中正在進(jìn)行的進(jìn)程進(jìn)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(duì)LLC于層及更高層中的進(jìn)程的管理5.4.2令牌環(huán)操作令牌環(huán)的基本操作對(duì)802.5與FDDI來說是十分相似的FDDI建立在小令牌幀的基礎(chǔ)上，當(dāng)所有站都空閑時(shí)，小令牌幀沿環(huán)運(yùn)行。當(dāng)某一站有數(shù)據(jù)要發(fā)送這時(shí)，必須等待有令牌通過時(shí)才可能。一旦識(shí)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(shí)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(shí)刻環(huán)上可能會(huì)有來自多個(gè)站的幀運(yùn)行。FDDI令牌工作與802.3令牌環(huán)操作的區(qū)別一個(gè)FDDI站并不是通過改變一個(gè)比特來抓住令牌的在FDDI中，一個(gè)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(dǎo)碼(PA)：用來使幀與每一站的時(shí)鐘進(jìn)行同步。幀起始站發(fā)出的前導(dǎo)碼由64比特的16個(gè)空閑符號(hào)組成。隨后的站可改變字段長度，以適應(yīng)時(shí)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(hào)碼型組成。其編碼為JK，其中J和K均為非數(shù)據(jù)符號(hào)。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(guān)的信息。幀檢驗(yàn)序列(FCS)：長度為32位，用于對(duì)FC，DA，SA和信息字段進(jìn)行保護(hù)。幀尾定界符(ED)：由一些非數(shù)據(jù)符號(hào)組成。對(duì)于令牌，ED的長度為8比特，對(duì)其它幀則為4比特。幀狀態(tài)(FS)：由差錯(cuò)位，地址識(shí)別、幀被復(fù)制等指示位組成。每一指示由一個(gè)符號(hào)表示。FS還可包括附加控制位，其使用由實(shí)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(shí)現(xiàn)者保留的幀和為將來標(biāo)準(zhǔn)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(gè)想要發(fā)送的站需要等待一個(gè)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(fù)整個(gè)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(jì)時(shí)器計(jì)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(fù)通過的幀為了檢查、復(fù)制或改變一個(gè)比特必須有一定的時(shí)間，每個(gè)站都要對(duì)環(huán)引進(jìn)約一比特的時(shí)延每個(gè)站都能對(duì)通過的幀進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)，如果檢驗(yàn)到一個(gè)差錯(cuò)就應(yīng)將E比特置位每個(gè)站通過識(shí)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(fù)制該幀。FS字段中的A和C比特都要在轉(zhuǎn)發(fā)前進(jìn)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(fù)制目的站存在但幀未被復(fù)制幀已被目的站復(fù)制MAC基本操作(三)幀的清除發(fā)送出幀的工作站要負(fù)責(zé)清除繞環(huán)一周回至源發(fā)點(diǎn)的幀，當(dāng)每個(gè)發(fā)出去的幀回到源站時(shí)，應(yīng)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(cuò)，MAC并不重傳，而是向高層報(bào)告，這是LLC或某些高層協(xié)議的職責(zé)5.5FDDI網(wǎng)物理層數(shù)據(jù)編碼物理層中與媒體相關(guān)的部分5.5.1數(shù)據(jù)編碼其他編碼的缺點(diǎn)FSK與PSK：在高數(shù)據(jù)率下很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)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?cái)?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(guān)的信息。另一方面，經(jīng)過適當(dāng)編碼后，還可以改善定時(shí)信號(hào)的提取和直流分量的起伏問題。第二級(jí)編碼，即將4B/5B碼流中的每一個(gè)碼元作為一個(gè)二進(jìn)制對(duì)待，并采用一種稱為不歸零反相(NRZI在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)用是否有跳變來編碼）或不歸零－傳號(hào)的編碼技術(shù)來編碼4B/5B編碼的特點(diǎn)不采用簡單的強(qiáng)度調(diào)制編碼，因?yàn)楫?dāng)遇到一串“1”或“0”時(shí)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?yàn)榍罢吒行?B/5B編碼進(jìn)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(gè)4bit數(shù)據(jù)碼組編碼有的特定碼型是基于這樣一個(gè)保證：在一行中不出現(xiàn)多于3個(gè)“0”的情況，從而能提供適當(dāng)?shù)耐叫畔?B/5B編碼5.5.2物理層中與媒體相關(guān)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(hào)，用來攜帶數(shù)據(jù)。FDDI標(biāo)準(zhǔn)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光的波長采用的波長為1300nm本規(guī)范的制定基礎(chǔ)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(qiáng)可靠性的技術(shù)規(guī)范站旁路：對(duì)一個(gè)存在故障或電源中繼的站，可利用一自動(dòng)的光旁路開關(guān)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(dāng)任何一站或一條鏈路發(fā)生中斷時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(shí)針)運(yùn)行時(shí)當(dāng)鏈路發(fā)生中斷或某個(gè)站發(fā)生故障時(shí)，則位于該站兩側(cè)的相鄰站就設(shè)法重新構(gòu)形A類站和B類站A類站(雙連接站DAS)：有兩個(gè)FDDI端口，可同時(shí)連接主環(huán)和副環(huán)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(luò)重新構(gòu)形B類站(單連接站SAS)：只有一個(gè)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(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(shù)令牌環(huán)網(wǎng)基本組成星——環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)交換型令牌環(huán)網(wǎng)5.6.1令牌環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)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(diǎn)的插入和退出節(jié)點(diǎn)插入環(huán)路節(jié)點(diǎn)退出環(huán)路布線方式復(fù)雜，在每個(gè)環(huán)路插入器中包括兩個(gè)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(gè)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一種令牌環(huán)網(wǎng)工程組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為了考慮到實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成環(huán)路工程上鋪設(shè)媒體的方便每個(gè)環(huán)路插入器中包括兩個(gè)方向上的媒體段，看似總線結(jié)構(gòu)，邏輯上仍然是一個(gè)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5.6.2星——環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為了符合綜合布線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以集中器作為星型結(jié)構(gòu)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(gòu)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換器上每個(gè)端口連接一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)段，獨(dú)享端口帶寬5.7FDDI網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)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(shù)要點(diǎn)星——環(huán)型拓