數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡-8章-令牌環(huán)

數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)第八章令牌環(huán)網(wǎng)和城域網(wǎng)8.1

IEEE802.5令牌環(huán)介質(zhì)訪問控制8.1.1訪問控制方式：令牌傳遞在以太網(wǎng)的訪問控制方式（CSMA/CD）中所使用的網(wǎng)絡訪問機制并不是絕對可靠的，它仍然會造成沖突。站點可能需要重試若干次之后才能成功發(fā)送數(shù)據(jù)。與之相比，令牌環(huán)通過要求站點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)，解決了系統(tǒng)的不確定性。每個站點只有在輪到自己的時候才能發(fā)送數(shù)據(jù)，同時每次輪到時只能發(fā)送一幀。這種循環(huán)相協(xié)調(diào)的機制稱為令牌傳遞。令牌環(huán)網(wǎng)允許每個站點每輪到一次發(fā)送一幀令牌環(huán)網(wǎng)通過要求站點輪流發(fā)送數(shù)據(jù)解決了以太網(wǎng)網(wǎng)競爭共享信道機制帶來的不確定性1數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)令牌傳遞CDABTa令牌在環(huán)中循環(huán)CDABCDABCDABATODb站點A獲取令牌，并傳送數(shù)據(jù)到Dc站點D復制數(shù)據(jù)幀，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送回環(huán)d站點A接收幀并釋放令牌ATODT2數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.2例令牌傳遞如上圖所示。當網(wǎng)絡空閑時，它便傳播一個簡單3字節(jié)令牌。這個令牌按順序從一個NIC傳遞到下一個NIC，直到遇到一個有數(shù)據(jù)要傳送的站點。這個站點等待令牌進入它的NIC。如果令牌是空閑的，這個站點就可以發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀。這個站點保留這個令牌，并在自己的NIC中設(shè)置一位作為提示，然后站點開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀將繼續(xù)沿環(huán)前進，由每個站點重新生成。每個中間站點都檢查幀的目標地址，發(fā)現(xiàn)幀的目標地址是其它站點，于是發(fā)給下個站點。當數(shù)據(jù)幀到達接收站點時，該站點識別出自己的地址，同時拷貝該幀，檢測錯誤，并改變幀最后4位以表示地址已被識別，幀被拷貝，整個包接著繼續(xù)沿環(huán)前進，直到回到發(fā)送點，吸收該幀，將令牌釋放回環(huán)。3數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.3令牌環(huán)要素優(yōu)先級和保留通常，一旦令牌被釋放，在環(huán)中下一個有數(shù)據(jù)要發(fā)送的站點就擁有了獲取令牌的權(quán)利。但在IEEE802.5模型中還有另一個選擇。忙的令牌可以被一個等待發(fā)送的站點所預留。每個站點都有一個優(yōu)先級碼，當一幀經(jīng)過時，等待發(fā)送的站點可以通過將自己的優(yōu)先級碼添入令牌或數(shù)據(jù)幀的訪問控制（AC）字段的方法，來預留下一個開放的令牌。一個有更高優(yōu)先級的站點可以刪除一個低優(yōu)先級的預留。時間限制為了保持通信的進行，令牌環(huán)在每個等待使用環(huán)的站點上加了一個時間限制。起始分界符必須在指定的時間間隔（通常是10ms）內(nèi)到達每個站點。4數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.3令牌環(huán)要素監(jiān)控站點有若干個出現(xiàn)的問題可能會導致令牌環(huán)的中斷，使其不能正常工作。為了處理這些異常情況，在環(huán)中的某個站點必須設(shè)計為監(jiān)控站點。每當令牌經(jīng)過時，就設(shè)置一個定時器，如果令牌在分配的時間間隔內(nèi)沒有重現(xiàn)，便假設(shè)是丟失了，監(jiān)控站點將重新生成一個令牌，并把它引入環(huán)中尋址令牌環(huán)使用六字節(jié)的地址，這個地址寫在NIC上，與以太網(wǎng)地址相類似。電氣規(guī)范信令：令牌環(huán)使用差分曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)速率：令牌環(huán)支持高達16Mbps的數(shù)據(jù)速率（最初設(shè)計規(guī)范是4Mbps）5數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.3令牌環(huán)要素幀格式令牌環(huán)提供3種類型的幀格式：數(shù)據(jù)命令幀、令牌幀、異常終止幀。數(shù)據(jù)/命令幀：該幀是3種幀中唯一可以攜帶PDU的幀，同時也是唯一可以寫明目標站點地址的幀。幀的9個字段是起始分界符（SD）、訪問控制（AC）、幀控制（FC）、目標地址（DA）、源地址（SA）、802.2PDU幀、CRC、結(jié)束分界符（ED)、幀狀態(tài)（FS）。令牌幀：包含3個字段。SD指明幀即將到來、AC在指明幀是令牌的同時還包括一個優(yōu)先級域和預留域、ED指明幀的結(jié)束。異常終止幀：該幀不包含任何信息，僅僅作起始和結(jié)束分界符?？梢杂砂l(fā)送方產(chǎn)生，用來停止自己的傳輸，也可以由監(jiān)控站點產(chǎn)生，用來清除線路上舊的傳輸。6數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)令牌環(huán)幀結(jié)構(gòu)SDACFC源地址數(shù)據(jù)CRC1B2-6B多至4500B4BDSAPSSAP控制信息目標地址EDFS1B1B2-6B4B4BSDEDSDACED令牌異常終止數(shù)據(jù)命令幀SD：起始分界符（標記）AC：訪問控制（優(yōu)先級）FC：幀控制（幀類型）ED：結(jié)束分界符（標志）FS：幀狀態(tài)7數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.4實現(xiàn)環(huán)令牌環(huán)中包含了一系列150歐姆、屏蔽雙絞線所構(gòu)成的段，將站點連接到緊接著它的鄰居上。每個段將一個站點上的輸出端口連接到另一個站點的輸入端口，通過單向的通信形成一個環(huán)。最后一個站點上的輸出端口連接到第一個站點的輸入端口上，構(gòu)成一個完整的環(huán)。幀將按順序傳送給每個站點，在每個站點上它將被檢測，重新生成，然后傳送到下一個站點。注意：令牌環(huán)中的每個站點都重新生成幀。8數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.1.4實現(xiàn)交換機將網(wǎng)絡配置成環(huán)可能帶來一個問題：一個停止工作的站點將使整個網(wǎng)絡的傳輸終止。為了解決這個問題，每個站點都連接到一個自動交換機上，這個交換機可以跳過不活躍的站點。當一個站點停止時，交換機跳過它，組成一個不包括它的封閉環(huán)；當新站點到來時，NIC向交換機發(fā)送一個信號，交換機會將站點重新加入到環(huán)中。9數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)令牌環(huán)交換機示意10數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）是一個由ANSI和ITU-T標準化的局域網(wǎng)協(xié)議。它支持100Mbps的數(shù)據(jù)速率，提供一種對以太網(wǎng)和令牌環(huán)的高速替代協(xié)議。8.2.1訪問方式：令牌傳遞在FDDI中，訪問是由時間來限制的。一個站點在它所分配的訪問時間間隔中可以發(fā)送任意多的幀，附帶條件是實時數(shù)據(jù)先發(fā)送。為了實現(xiàn)這種訪問機制，F(xiàn)DDI區(qū)分了兩種不同的數(shù)據(jù)幀：同步幀和異步幀。同步指實時信息（S幀），異步指非實時信息（A幀）。FDDI基本要素：時間寄存器：FDDI定義了3種時間寄存器來控制令牌循環(huán)并在節(jié)點之間公平地分配鏈路訪問權(quán)利。11數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2.1訪問方式：令牌傳遞時間寄存器同步分配（SA）：SA寄存器指明站點發(fā)送同步數(shù)據(jù)的時間；目標令牌循環(huán)時間（TTRT）：TTRT寄存器指明令牌繞環(huán)一周所需要的平均時間；絕對最大時間（ATM）：ATM寄存器保留了兩倍于TTRT的一個值。記時器：每個站點都保留一系列記時器，這些記時器使它能夠?qū)⒓拇嫫髦械闹岛蛯嶋H時間進行比較。有兩個記時器：令牌循環(huán)記時器（TRT）：TRT持續(xù)不斷的運行，測量令牌實際循環(huán)一周所需要的時間。令牌持有者記時器（THT）：一旦令牌收到，THT就開始運行。其功能是顯示當同步幀發(fā)送完畢之后，還有多少時間留給發(fā)送異步幀。12數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2.1訪問方式：令牌傳遞站點過程：當令牌到達時，每個站點做以下幾件事：THT設(shè)置為TTRT與TRT之間的差值（THT=TTRT-TRT）；TRT復位成零（TRT=0）；站點發(fā)送它的同步數(shù)據(jù)（S幀）只要THT值為正，站點就發(fā)送異步數(shù)據(jù)（A幀）。實例假設(shè)網(wǎng)絡只有四個站點，TTRT是30個時間單元，令牌從一個站點到另一個站點所需要的時間是1個時間單元，每個站點每次允許發(fā)送2個同步幀，每個站點有許多異步數(shù)據(jù)幀需要發(fā)送（等待在緩沖區(qū)中）。13數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)FDDI工作過程節(jié)點2節(jié)點1節(jié)點3節(jié)點414圈站點1到達時間：0TRT=00站點2站點3站點4到達時間：1TRT=0到達時間：2TRT=0到達時間：3TRT=0到達時間：4TRT=4THT=30-4=26TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=24異步數(shù)據(jù)24到達時間：31TRT=30THT=30-30=0TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=-2異步數(shù)據(jù)0到達時間：34TRT=32THT=30-32=-2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=-4異步數(shù)據(jù)0到達時間：37TRT=34THT=30-34=-4TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=-6異步數(shù)據(jù)01到達時間：40TRT=36THT=30-36=-6TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=-8異步數(shù)據(jù)0到達時間：43TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=16異步數(shù)據(jù)

16到達時間：62TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：65TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0215圈站點1站點2站點3站點4到達時間：68TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：71TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：74TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=16異步數(shù)據(jù)16到達時間：93TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)03到達時間：96TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：99TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：102TRT=28THT=30-28=2TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=0異步數(shù)據(jù)0到達時間：105TRT=12THT=30-12=18TRT=0同步數(shù)據(jù)2THT=16異步數(shù)據(jù)16416數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2.2尋址

FDDI使用一個6字節(jié)的地址，地址寫在NIC上，類似于以太網(wǎng)地址。8.2.3電氣規(guī)范信令（物理層）：FDDI使用一種特殊的編碼機制稱為4比特5比特（4B/5B）數(shù)據(jù)速率：FDDI支持高達100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。8.2.4幀格式

FDDI標準將傳輸功能劃分為個協(xié)議：物理介質(zhì)依賴（PMD）、物理（PHY）、介質(zhì)訪問控制（MAC）、邏輯鏈路控制（LLC）。這些協(xié)議對應于OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。

邏輯鏈路控制：該層與IEEE802.3協(xié)議中定義的類似。17數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2.4幀格式介質(zhì)訪問控制：FDDI的MAC層幾乎和令牌環(huán)所定義的相同。每個幀由16個空閑符號作為前導，總共是64個比特，用于初始化和接受方向的時鐘同步。幀字段共有8個：起始分界符（SD）幀控制（FC）地址CRC結(jié)束分界符（ED）幀狀態(tài)（FS）18數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)SDFCFDDI幀結(jié)構(gòu)源地址0至4500BCRC1B2-6B多至4500B1.5BDSAPSSAPCNTR信息目標地址EDFS1B2-6B0.5B4BSDACED令牌111LLC數(shù)據(jù)單元19數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)鏈路層LLCMAC物理層PHYPMD站點管理FDDI層次20數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡基礎(chǔ)8.2.5實現(xiàn)：物理介質(zhì)依賴層物理介質(zhì)依賴（PMD）層定義了所需要的連接和電子部件。這層的規(guī)范