局域网 以太网 令牌环网(二)

一.令牌总线

     ARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍具有较大的使用范围,
并作为Netware LAN的敷缆系统.ARCnet使用RG-62同轴电缆,而这种电缆刚好与IBM3270
终端和IBM主机相连的电缆相同,所以这种网络在大量IBM机的使用基地得到广泛应用.
ARCnet现在也可使用双绞线和光纤.新型的ARCnet plus速率已从原来的2.5Mb/s增加
到100Mb/s(使用光纤时).这种网络使用的媒体访问法为令牌总线

 2) ARCnet 的网络结构

 ARCnet布缆方式有两种:一种是总线型,另一种是星型总线型.下面分别介绍这两种类型
的ARCnet.

 1.总线结构

  总线结构与Ethernet细缆方式相类似,如图1所示.ARCnet总线最大长度为305m,可联接
的设备最多8个.设备与总线的联接通过T型联接器,该联接器的顶部与电缆相连,底部与网
卡相连.电缆两端必须用93Ω的电阻终结.

  以上是使用同轴电缆的情况,如果使用双绞线,上述规定会有一定变化.在这种情况下使
用菊链结构,即适合双绞线媒体的网卡有两个端口:一个用于连接服务器,另一个用于连接
下一个PC机.如此级链时最多可连接10个PC机,双绞线最大距离不超过122m(400英尺).第一
个网卡和第二个网卡都必须用93Ω终接器终接.

 2.星形总线结构

  这种物理布线是以Hub为中心,形成一种多星形互连在一起的结构,如图2所示.这种结构
之所以称为总线是由于所有工作站共享公共电缆.

  这种结构可使用电缆,也可使用双绞线.在使用电缆时,星形总线通过使用Hub分裂信号
来形成.Hub可以是有源的,也可以是无源的.如果使用有源Hub,有源电缆变插入其端口之一,
其余的端口连接工作站.工作站与有源Hub的最大距离为610m(2000英尺).
  当使用双绞线时,需要使用有源Hub,Hub与文件服务器相连,工作站也与其直接相连.在
这种方式下,服务器或工作站与有源Hub之间的距离最大可为1220m(4000英尺).网卡上不用
的端口必须用93Ω的终接器短接.

  4) ARCnet的操作

  ARCnet LAN 的站传输像总线型LAN一样是广播式的,但对总线的访问决定于令牌.为
说明这种网络的操作机制,假定在一条总线上有4个节点,其地址分别为1,10,25和255.
  在启动网络时,这四个工作站形成一个逻辑环.每个站都跟踪两个信息:
  ·谁是后继者;
  ·谁是前驱者.
  这两种信息分别由字母S(后继者)和P(先驱者)代表.一个工作站的后继者定义为逻辑
环上具有较高地址的站;先驱者则定义为逻辑环上具有较低地址的站.
  在ARCnet中,站地址0用于广播地址,因此最小站地址为1,最大站地址为255.在构成逻
辑环时规定,工作站地址为255的后继站地址为1,站地址为1的前驱站地址为255.工作站
前驱者和后继者的地址如表3所示.


 表3    工作站的前驱站和后继站地址

工作站地址

前驱工作站地址(p)

后继工作站地址(s)

1

255

10

10

1

25

25

10

255

255

25

1



  1.ARCnet 帧结构
  像Ethernet一样,ARCnet传输单位也称为帧.帧结构如图3所示.图3(a)所示为邀请发送
(ITT)令牌帧总是传递给它的后继工作站.
    
 (a) ITT帧 

ALERT
EOT
DID
DID

    
    
 (b) FBE帧    
ALERT
ENQ
DID
DID
ALERT
ACK
ALERT
NAK
ALERT
SOH
SID
DID
DID
CP
DATA
CRC
CRC

  ARCnet帧不管是哪种帧,都由ALERT引导,类似于Ethernet中使用的前导码( 见本刊今年
第3期的局域网技术系列文章3).ALERT由6比特间隔的传号(1)组成.传号(1)由正脉冲后跟
负脉冲组成的双脉冲表示.空号(0)由无脉冲表示.EOT是ASCII码中的传输结束控制符(04hex).
后跟的两个字节都是DID(终点标识符),即后继工作站的信息.重复使用DID的目的是增加
可靠性.
  图3(b)是空闲缓冲器询问(FBE)帧.ENQ是ASCII字符集中的询问字符(05hex).它后跟的
两个字节DID是想通过询问了解空闲缓冲器状态的工作站标识.DID重复使用也是为提高寻
找终点工作站的可靠性.
  ACK(确认)帧由ALERT和ACK组成.ALERT的构成前面已有叙述,ACK是ASCII字符集中的确
认字符(06hex).当响应FBE帧而发送ACK时,表示接收工作站具有可供使用的缓冲器空间.
ACK帧所以没有DID字段,是因为这种帧是作为广播方式发送的。ACK帧如图3(c)所示。NAK
(否认)帧如图3(d)所示.NAK是ASCII字符集中的否认字符(15hex).当响应FBE帧而发送NAK
时,表示接收工作站不具有可供使用的缓冲空间.NAK帧也没有DID字段,其原因与ACK帧相
同.
  图3(e)所示为数据帧。帧中SOH(标题开始)是ASCII字符集中的标题开始字符(01hex)。
SID(源点ID)和(终点ID)表示源点和终点工作站的地址.CP(连续指针)字段指示工作站在存
储器中找到的传输数据的起点.数据字段DATA具有可变长度,处于1字节和508字节之间,用
以携带用户数据.2字节的CRC字段由发送站添加,用来保护Data字段.
 2.操作过程
  在启动时,首先要构成逻辑次序,即逻辑环,每个站都不断跟踪保持其前驱工作站和后
继工作站的站标识.关于前驱和后继工作站的规定如表3所示,每个工作站将其自身的后继
者(NID)设置为自身站地址(ID)加1,并按下述公式设置超时值
   (TimeOutt):
   TimeOut=146X(255-ID)μS
  具有最大地址值的工作站首先超时,于是它创建ITT帧,并将该令牌帧发送给它的后继站.
如果在74us后没有响应,最大地址值的工作站便认为具有后继NID地址的站不存在,随后便
将NID值增加1,再次发送DID为新值的ITT.这种过程重复直至该最大地址值的工作站找到自
己的后继者为止.被找到的后继工作站像前驱工作站一样,重复此过程.
  一旦找到所有活动工作站,正常的令牌传递操作便可开始.配置时间在24到61us范围,取
决于活动站的数目和工作站地址的值.为使TimeOut初始值为0和将配置时间减至最小,至少
将ARCnet一个工作站地址设置为255.
  具有ITT帧的工作站在将令牌帧传递给后继站之前最多发送一帧.在数据帧被发送到终
点节点之前,必须询问是否有足够的缓冲空间来接受帧.执行这种询问功能的是FBE帧.被询
问的站如果有缓冲器可用,便发回ACK帧,否则发回NAK帧.
  发送FBE帧后一旦收到ACK帧,便可发送数据帧PAC.
  如果因为故障破坏了令牌的正确传递,网络必须进行重新配置。产生另一种重新配置的
情况是在令牌传递环上增加工作站或去掉工作站.因此重新配置是难以避免的事情.
  如果一个活动工作站在840ms后未接收到ITT帧,由8个传号间隔组成的RECON图样,
后跟一个空号便发送765次.RECON图样持续2754us,以确保破坏传输中的任何令牌帧,其结
果是使令牌帧丢失.78us无活动后,所有工作站都会认识到,重新配置正在发生.于是每个站
都将其自身的后继者设置为自身地址(ID)加1,并设置超时值.以后的过程与启动时一样.
  在ARCnet技术中,删除一个工作站是一个较简单的过程,不需调用全部重新配置机制.如
果地址为10的工作站从环上已撤离,而且只要对其前驱者工作站1发来的ITT帧不响应的时
间超过74us.工作站1便认为工作站10不再存在.工作站1便对其NID值增加1(新值为11),并
将ITT发到工作站11.如果在74us后还是没有响应,则重复上述过程.下一个站地址为25,工
作站1需要(25-10)X74us=1.1ms的时间,才能发现它的后继工作站为25.
  如果工作站10想重新进入环,它必须等待令牌的时间为840ms.如果它还未经过ITT帧被
邀请发送,它必须调用全部重新配置机制.

 5)ARCnet plus

   ARCnet plus是ARCnet的第二代产品,比ARCnet性能有显著提高,单从传输速率看,提
高到原来2.5Mb/s的8倍,即20Md/s,而且还与ARCnet向下兼容.
   要了解性能提高的机制,必须清楚ARCnet传递速率低的原因。ARCnet的工作站使用
5MHz的一个周期后跟等长的静止期来表示逻辑"1".逻辑"0"则由两个静止间隔组成。一个
间隔是1/5MHz=200ns.由此可看出,发送1比特(0或1)信息需要两个这样的间隔.
  ARCnet以多个整数个字节发送数据,每一字节由3比特较准图样(110)来使接受器与发
送器同步.这表明每8个数据比特就有3比特的额外开销,因此,ARCnet的有数据速率为8/11
×25Mb/s=1.82Mb/s。显然对带宽有较大的浪费.静止期是一种浪费,较准额外开销占总带
宽的27%.
  ARCnet plus增加带宽利用效率通过下述二种途径实现:
  ·消除静止周期;
  ·将每个字节使用3比特较准比特改为每8个字节使用3比特较准比特.
  ARCnet plus使用的精巧技术是使用幅度调制在每200ns间隔中挤出4比特信息.脉冲可
以是正的或负的正弦波,具有从0到12V的8个可能的幅度,从而给出总数为2X8=16的脉冲组
合,足以代表4比特的数据.
  因此,ARCnet plus的数据速率为4比特×5M脉冲/秒=20(Mb/s).然而这个数据率未包括
额外开销,如果考虑较准所用的额外开销,其有效数据率为16.8Mb/s.
  在ARCnet plus初始化期间,一个工作站发送一特殊信号,通知其它站要以ARCnetplus
的高速方式操作.当工作站传递令牌时,也发送这种特殊信号.当ARCnet plus工作站与
ARCnet工作站通信时,则要降至2.5Mb/s.



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