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.
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
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(b) FBE帧
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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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