令牌环网学习笔记1

注：参考原文网址：http://218.94.65.67:8028/ebook/4/juyuwan/jy073.htm

  令牌环网成为环是因为网络的物理结构有环的形状，环上有多个站与环相连，相邻的站之间是点对点的链路，因此令牌环 与广播方式的以太网不同，他是一种顺序向下一站广播的LAN。构成令牌环物理结构的传输媒体有屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），用于令牌环的UTP最好是第四类双绞线。

令牌环基本结构如图a ，工作站以串行方式连接，形成封闭环路结构，数据顺序通过每一站，直到到达数据的原发者才停止。

                                                                                

       

     图a：令牌环网基本结构                                    图b：令牌环网基本环形的改进型                                  

     

                     图c

图b是基本环形结构的改进型，工作站没有与物理环相连，而是连接到多路访问单元（MAU），最常用的MAU为IBM8228，可以连接8个工作站。MAU在令牌环网络中类似集线器，两个末端口分别为RI（入环）和RO（出环），

不能用来连接工作站，而是MAU之间的互连，如图c.

根据IEEE802.5确定的规范，令牌环的通用构造规则：

１、工作站距MAU应处于2.4m（8英尺）范围内，并可使用2.4m（8英尺）长的网卡电缆相连。
２、当工作站与MAU之间的距离大于2.4m（8英尺）时，可使用扩充的软线相连。

３、为将多个MAU构成环形，使用软线电缆将第一个MAU的RO（出环)连接到第二个MAU的RI（入环）。依此方式逐个相连，直至最后一个MAU，并将最后一个MAU的RO连接到第一个MAU的RI。
４、工作站绝不能连接到RI和RO端口，RI和RO的作用是互连MAU。
５、MAU互连电缆（Type6）不能拼接。
６、MAU与MAU间的距离要根据所用电缆类型。MAU的数目等参数来确定。

令牌环网的操作原理：

  当环上的一个工作站希望送帧时，需要首先等待令牌，令牌是一组特殊的比特，专门用来仲裁哪个工作站访问网环，当收到令牌时，工作站就启动发送帧，帧中包括接收站的地址，标识那个站接受这个帧。帧在环上传送时，不管针对自己工作站，所有工作站都会转发，直到回到帧的始发站，由该始发站撤销该帧，帧的接受者除了转发帧，还针对自身站的帧维持一个副本，并通过在帧的尾部设置“响应比特”指示已收到副本。

  工作站发送完一帧，应该释放令牌，以便让它站使用。出让令牌有两种方式，与所用的传输速率相关。一种是低速操作只有收到响应比特才释放，这种成为常规释放。第二种是工作站发出帧的最后一比特释放，称为早期释放。

设工作站A向工作站C发送帧 具体步骤：

1.工作站等待令牌从上游邻站到达本站。

2工作站A将帧发送到环上，工作站对发往它的帧进行拷贝，继续把帧转发到环上。

3.工作站A等待接受自己刚发送的帧，并将帧从环上撤离，不再向环上转发。

4.工作站A接受到帧的最后一比特时，产生令牌，并将令牌通过环传给下游邻站，随后对帧尾部响应比特进行处理

令牌环上传输的数据格式（帧）有两种：令牌和常规帧。令牌是占有发送权的标志，占有令牌的站才能发送。常规帧用来发送数据或控制信息。帧格式如图：

SD：帧首定界符       AC：访问控制　　FC：帧控制　　　DA：终点地址　　　SA：源地址　　Ｉ：信息字段　　FSC：帧检验序列　　ED：帧尾定界符　FS：帧状态字段

　　SD和ED是分别专门标志帧首和帧尾的特殊字段，令牌环网除了中所用除了SD和ED字段外，其他信息比特都用曼彻斯特编码，即帧首和帧尾用不同的编码获得专门的标志。要作到这一点，J.K符号必须与常规编码规则不同，即J符号与其前面的符号具有相同的极性，K符号与前面的符号具有相反的极性。使用这种方式，接收机便可可靠地鉴别帧令牌帧的开始和结束。

　　访问控制（AC）由优先权比特（ＰＴ），令牌（T）和监视（M）和保留比特组成。 基功能是控制对环的访问。在其出现 在令牌帧时，P比特表示令牌的优先权，因此指示工作站收到该令牌后便可发送那些帧。T比特用来区分令牌帧和常规。 M比特由活动监视器用来防止帧绕环连续散发。R比特用来使工作站指示高优先权帧的请求，请求发出的下一个令牌具有请求的优先权。

　　帧控制（FC）字段定义帧的类型和控制功能如果帧类型（F）指示MAC帧，环上所有工作站都对其接收和解释，并根据需要对控制比特（Z）进行动作。
　　 源点地址（SA）和终点地址（DA）字段可为16比特或48比特。对于特定的令牌环网，应有一致的地址长度。DA标识帧意图发往的工作站,可以是一个站或多个站。源点地址(SA)字段表示发送该帧的站。
　　 信息（I）字段用来载携用户数据或附加控制信息。I字段中最大长度虽无限制，但由于允许DTE发送帧时有时间限制，所以也就限制了I字段的长度，通常最大值的5000个字节。
　　 帧检验序列（FCS）是32比特的循环冗余检验用来检验FC，DA，SA和I各字段在传输中有无差错。最后一个字段为帧状态（FS）。FS由两个字段组成：地址识别比特（A）和帧拷贝比特（C）。如果该帧要由一个或多个工作站识别，则将A比特置为1。如果它拷贝了该帧，便将C比特置1。使用这种方法，发起工作站可了解下述状态：
　　．被寻址的工作站是否存在或关闭；
　　．被寻址的工作站在工作，但未拷贝帧；
　　．被寻址的站工作且拷贝了帧。

帧的收发操作：

１.帧的发送：

   当MAC单元收到发送的数据请求后，先将数据封装为MAC帧，然后等待令牌的到来。如果到来帧的AC字段中T比特为”０“，表明令牌到了，通过将T比特置”１“来抓住令牌，然后将其余字段ＦＣ，ＤＡ，Ｉ，ＦＣＳ，ＥＤ，ＦＳ加到AC字段后，形成完整的帧发送到环上。同时被抓住令牌帧中ED字段被该站吸收。抓住令牌的站可以连续发送直到无数据可发，或令牌保持计时器期满为止，该站可以通过将ED字段中I比特置1,的方法连续发送多个帧。

  发送出帧的工作站负责清除绕环一周回到源发点的帧，并确定帧ED和FS中的状态比特，判断传输结果。。若状态表明有错，MAC不重发，而是向高层报告。

2.帧的接收：

令牌环上的工作站除了对进入信号转发外，通过识别帧首定界符SD来监视帧的开始。如果FC字段中的F比特只是它是MAC帧，便对其拷贝，并对FS字段中的C比特进行解释，按需要进行动作。如果该帧为常规的主句载携帧，而且与该接收站的地址符合，帧的内容将拷贝到帧缓冲器，以便进一步处理，在任何一种情况下，FS字段中A和C比特都要在转发前根据情况进行设置。

令牌环的维护：

  令牌环故障处理功能体现在对令牌和数据帧的维护上。令牌本身是比特串，绕环过程可能受到干扰而出错，造成环路无令牌循环差错。另外，站点发送数据帧后，由于故障无法将发出的数据帧从网上撤销，造成网上数据帧持续循环差错。令牌丢失和帧无法撤销是环网上最严重的两种差错，可通过环路上指定的一个站点作为主动令牌管理站，解决问题。

  主动令牌管理站通过一种超过机制检测令牌丢失情况，该超时值比最长帧为完全遍历环路所需的时间还长一点。如果该段时间没有检测到令牌，则认为令牌丢失，管理站清除环路上的数据碎片，发出一个令牌。

  为检测到一个持续循环的数据帧，管理站经过任何一个数据帧上置其监控位为1，如果管理站检测到一个经过的数据帧监控为已经置1，便知道某个站未能清除自己发出的数据帧，管理站将清除环路的残余数据，并发出一个令牌。