1、第第4 4章章 局域网技术局域网技术 引言引言 LLCLLC协议协议 以太网以太网 令牌环网令牌环网&内容提要内容提要 FDDI FDDI网网 无线局域网无线局域网 交换式网络交换式网络 局域网互连局域网互连美国电气与电子工程协会美国电气与电子工程协会IEEE于于1980年年2月成立了月成立了局域网标准化委员会局域网标准化委员会(简称简称IEEE 802 委员会委员会)，专门进行，专门进行局域网标准的制订。经过多年的努力，局域网标准的制订。经过多年的努力，IEEE 802 委员会委员会公布了一系列标准，称为公布了一系列标准，称为IEEE 802 IEEE 802 标准标准。IEEE 802委委
2、员会分成三个分会：员会分成三个分会：(1)通信介质通信介质(或称媒体或称媒体)分会分会。该分会的研究领域对。该分会的研究领域对应于应于ISO的的OSI参考模型的物理层。主要涉及局域网通信参考模型的物理层。主要涉及局域网通信的物理传输特性以及标准的物理介质与链路接口的性质的物理传输特性以及标准的物理介质与链路接口的性质;(2)信号存取控制分会信号存取控制分会。该分会的研究领域对应于。该分会的研究领域对应于ISO的的OSI参考模型的数据链路层。主要涉及逻辑链路控参考模型的数据链路层。主要涉及逻辑链路控制协议和介质访问控制协议，以及与物理层制协议和介质访问控制协议，以及与物理层(在其下面在其下面)和
3、网络层和网络层(在其上面在其上面)的接口的接口;&引言引言(3)高层接口分会高层接口分会。该分会负责检查局域网对。该分会负责检查局域网对ISO的的OSI参考模型高层参考模型高层(即从网络层到应用层即从网络层到应用层)的影响。的影响。&引言引言n 802802标准系列标准系列 IEEE 802 标准包括以下内容：标准包括以下内容：IEEE802.1 系统结构与网际互连；系统结构与网际互连；IEEE802.2 逻辑链路控制；逻辑链路控制；IEEE802.3 CSMA/CD总线访问方法与物理层技术总线访问方法与物理层技术规范；规范；IEEE802.4 Token Passing Bus访问方法与物理
4、层访问方法与物理层技术规范；技术规范；IEEE802.5 Token Passing Ring访问方法与物理层访问方法与物理层技术规范；技术规范；&引言引言 IEEE 802标准主要规定了标准主要规定了物理层物理层和和数据链路层数据链路层两个两个层次，并将数据链路层分成层次，并将数据链路层分成逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)(LLC)和和介质介质访问控制访问控制(MAC)(MAC)两个子层，参见图两个子层，参见图4-1。n 局域网的体系结构局域网的体系结构n 物理层的主要功能物理层的主要功能 物理层由物理层由四个部分组成四个部分组成：物理介质；物理介质；物理介质连接设备物理介质连接设备(PM
5、A)或接口或接口;接口电缆接口电缆;物理收发信号物理收发信号(PLS)。&引言引言图图4-14-1&引言引言 其主要功能包括：其主要功能包括：把计算机要发送的数据编码成信号，或把从通信介把计算机要发送的数据编码成信号，或把从通信介质上接收的信号译码成数据；质上接收的信号译码成数据；处理用于发送与接收同步的前同步码；处理用于发送与接收同步的前同步码；编码信号对应的比特流的发送与接收。编码信号对应的比特流的发送与接收。n 数据链路层数据链路层 数据链路层包含了两个子层：数据链路层包含了两个子层：逻辑链路控制逻辑链路控制(LLC)(LLC)子子层层和和介质访问控制介质访问控制(MAC)(MAC)子层
6、子层。n 逻辑链路控制逻辑链路控制LLCLLC子层子层 定义了定义了LAN公共的网络服务，服务类型有面向连接公共的网络服务，服务类型有面向连接的服务和不连接的服务两种。网络服务功能包括数据帧的服务和不连接的服务两种。网络服务功能包括数据帧&引言引言的封装和拆封，为高层提供网络服务的逻辑接口等。的封装和拆封，为高层提供网络服务的逻辑接口等。n 介质访问控制介质访问控制MAC子层子层 集中了与接入介质有关的部分，定义了特定的介质集中了与接入介质有关的部分，定义了特定的介质访问控制方法；访问控制方法；负责在物理层的基础上进行无差错通信，维护数据负责在物理层的基础上进行无差错通信，维护数据链路功能，并
7、为链路功能，并为LLC子层提供服务；子层提供服务；发送信息时负责把发送信息时负责把 LLC 帧组装成带有地址和差错帧组装成带有地址和差错校验段的校验段的 MAC 帧，接收数据时对帧，接收数据时对MAC帧进行拆卸，执帧进行拆卸，执行地址识别和循环冗余码校验行地址识别和循环冗余码校验(CRC)功能。功能。&LLCLLC协议协议n LLCLLC帧格式帧格式 LLC协议定义了协议定义了LLC层之间通信的帧格式，参见图层之间通信的帧格式，参见图4-2。LLC帧格式中各个字段的含义如下：帧格式中各个字段的含义如下：SSAP和和DSAP地址字段分别定义了源地址字段分别定义了源 LLC SAP地址和目的地址和
8、目的LLC SAP地址，其中地址，其中DSAP的最高位为地址的最高位为地址类型标志类型标志(I/G)位，位，I/G=0表示表示DSAP地址是单地址，为地址是单地址，为1表示表示DSAP地址为组地址；地址为组地址；SSAP的最高位为命令的最高位为命令/响应响应标志标志(C/R)位，位，C/R=0表示表示LLC帧是命令帧；帧是命令帧；C/R=1表表示示LLC帧是响应帧帧是响应帧;控制：用于定义控制：用于定义LLC帧类型。帧类型。LLC定义了三种定义了三种帧，即信息帧帧，即信息帧(I帧帧)、监控帧、监控帧(S帧帧)和无编号帧和无编号帧(U帧帧);&LLCLLC协议协议图图4-2 LLC4-2 LLC
9、层之间通信的帧格式层之间通信的帧格式&LLCLLC协议协议 信息：用于传送用户数据。信息字段长度为信息：用于传送用户数据。信息字段长度为 8 的的整数整数(M)倍，倍，M上限取决于所采用的上限取决于所采用的MAC协议；协议；LLC帧必须封装在帧必须封装在MAC帧中进行传输，因此帧中进行传输，因此LLC中没有用于帧同步和校验的字段；中没有用于帧同步和校验的字段；LLC帧中的服务访问点地址是一种逻辑地址，节帧中的服务访问点地址是一种逻辑地址，节点的物理地址是由点的物理地址是由MAC帧来指示的；帧来指示的；LLC 为所有局域网提供公共的服务，而每一种局为所有局域网提供公共的服务，而每一种局域网域网(
10、如以太网、令牌环网等如以太网、令牌环网等)都定义了各自的都定义了各自的MAC层和层和物理层。物理层。n LLCLLC协议与协议与HDLCHDLC协议的比较协议的比较 LLC协议与协议与HDLC协议相比较，有以下不同：协议相比较，有以下不同：在在IEEE 802局域网体系结构中，数据局域网体系结构中，数据链路层功能链路层功能由由LLC和和MAC两个子层实现，两个子层实现，LLC帧必须封装在帧必须封装在MAC帧中进行传输，而不能单独地通过物理层传输；帧中进行传输，而不能单独地通过物理层传输；LLC帧地址字段指示的是服务访问点地址，是一种帧地址字段指示的是服务访问点地址，是一种逻辑地址，而不是指示网
11、络节点的物理地址的，节点的逻辑地址，而不是指示网络节点的物理地址的，节点的物理地址同样是由物理地址同样是由MAC帧指示的；帧指示的；由于由于IEEE 802局域网采用平衡式链路结构，局域网采用平衡式链路结构，LLC协议只定义了一种数据传送操作方式：扩展的异步平衡协议只定义了一种数据传送操作方式：扩展的异步平衡方式方式(ABME)。因此，简化了。因此，简化了LLC帧的种类，帧的种类，LLC 帧只帧只有有14种，而种，而HDLC帧有帧有24种。种。LLC帧种类如表帧种类如表4-1所示。所示。&LLCLLC协议协议n LLCLLC服务服务在在LLC协议中定义了两种服务方式：协议中定义了两种服务方式：
12、表表4-1 4-1 LLC帧类型帧类型&LLCLLC协议协议 不确认无连接服务。它是在无连接的数据链路上不确认无连接服务。它是在无连接的数据链路上提供数据传输服务的，因此不保证数据传输的正确性。提供数据传输服务的，因此不保证数据传输的正确性。数据传输模式可以是单播数据传输模式可以是单播(点对点点对点)方式、组播方式、组播(点对多点点对多点)方式和广播方式和广播(点对全体点对全体)方式方式;面向连接服务。它是在面向连接的数据链路上提面向连接服务。它是在面向连接的数据链路上提供数据传输服务的，因此必须提供建立、使用、终止以供数据传输服务的，因此必须提供建立、使用、终止以及复位数据链路层连接所需的操
13、作手段，并且还要提供及复位数据链路层连接所需的操作手段，并且还要提供数据链路层的定序、流控和错误恢复等功能。这是一种数据链路层的定序、流控和错误恢复等功能。这是一种虚电路服务虚电路服务;LLC协议通过不同的操作类型来标识这两种服务：协议通过不同的操作类型来标识这两种服务：类型类型操作：采用不确认无连接的服务方式，使操作：采用不确认无连接的服务方式，使用无编号的信息用无编号的信息(UI)帧实现数据传输。作有关的帧实现数据传输。作有关的LLC帧帧&LLCLLC协议协议有有UI、XID和和TEST;类型类型操作操作:采用面向连接的服务方式，在建立连采用面向连接的服务方式，在建立连接时使用接时使用SA
14、BME帧；在数据传输时使用有编号的信息帧；在数据传输时使用有编号的信息(I)帧；在断开连接时使用帧；在断开连接时使用DISC帧；在数据传输过程中使用帧；在数据传输过程中使用RR、RNR和和REJ帧实施定序、流控和错误恢复等功能。帧实施定序、流控和错误恢复等功能。除了除了UI、XID和和TEST三种帧外，其余的三种帧外，其余的LLC帧都是在类帧都是在类型型操作中使用的。操作中使用的。&LLCLLC协议协议&以太网以太网 IEEE802.3 制定了以太网制定了以太网CSMA/CD总线访问方法与总线访问方法与物理层技术规范；物理层技术规范；各种以太网的各种以太网的MAC层都使用层都使用CSMA/CD
15、协议，而物协议，而物理层协议根据使用介质的不同，制定的了不同的子标理层协议根据使用介质的不同，制定的了不同的子标准准，IEEE802.3以太网物理层标准如图以太网物理层标准如图4-3所示。所示。n 以太网标准以太网标准n CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制协议介质访问控制协议 带有冲突检测的载波侦听多路访问带有冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD 含有含有两个方面的内容：载波侦听和冲突检测。两个方面的内容：载波侦听和冲突检测。n 侦听总线侦听总线&以太网以太网图图4-34-3&以太网以太网 查看信道上是否有信号；查看信道上是否有信号；CSMA技术中要解决当侦听到信道已被占用时，等技
16、术中要解决当侦听到信道已被占用时，等待的一段时间如何确定的问题。通常有两种方法：待的一段时间如何确定的问题。通常有两种方法：(1)持续的载波侦听多点访问；持续的载波侦听多点访问；(2)非持续的载波侦听多点访问。非持续的载波侦听多点访问。n 冲突检测冲突检测 CSMA/CD发送流程可简单概括为发送流程可简单概括为“先听再发，边听先听再发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发边发，冲突停止，随机延迟后重发”，如图，如图4-4所示，其所示，其具体工作过程如下：具体工作过程如下：(1)先侦听信道，如果信道空闲则发送信息；如果信先侦听信道，如果信道空闲则发送信息；如果信道忙，则继续侦听直到信道空闲；道忙，
17、则继续侦听直到信道空闲；&以太网以太网图4-4 CSMA/CD工作流程&以太网以太网 (2)发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停发送信息后进行冲突检测，如发生冲突，立即停止发送，并向总线上发阻塞信号通知总线上各节点冲突止发送，并向总线上发阻塞信号通知总线上各节点冲突已发生，使各节点重新开始侦听与竞争；已发生，使各节点重新开始侦听与竞争；(3)已发出信息的各节点收到阻塞信号后，等待一段已发出信息的各节点收到阻塞信号后，等待一段随机时间，重新进入侦听发送阶段。随机时间，重新进入侦听发送阶段。n 如何检测冲突如何检测冲突 方法：发送者把从信道上收到的信号的特性，如方法：发送者把从信道上收到的信
18、号的特性，如电压值、脉冲宽度等，与发送的信号的特性作比较，如电压值、脉冲宽度等，与发送的信号的特性作比较，如果一致，则认为无冲突，否则认为发生了冲突；果一致，则认为无冲突，否则认为发生了冲突；发送冲突信号时，要启动一个定时器对冲突的次发送冲突信号时，要启动一个定时器对冲突的次数计数。当冲突次数超过一个门限值时，就要放弃发送。数计数。当冲突次数超过一个门限值时，就要放弃发送。&以太网以太网在在IEEE 802.3的的CSMA/CD协议中，定义了如图协议中，定义了如图4-5所所示的帧格式。示的帧格式。帧格式中的各个字段的意义如下：帧格式中的各个字段的意义如下：n CSMA/CDCSMA/CD帧帧P
19、A(前导码前导码)：帧同步序列，：帧同步序列，7字节，每个字节的字节，每个字节的内容是内容是10101010。使接收方与发送方的时钟同步；。使接收方与发送方的时钟同步；SFD(帧帧开始开始定界符定界符)：表明：表明MAC帧即将开始，其帧即将开始，其格式为格式为10101011；DA/SA(目的地址目的地址/源地址源地址)：分别表示目的节点和：分别表示目的节点和源节点源节点(发送节点发送节点)地址，唯一地标识地址，唯一地标识MAC帧的发送者帧的发送者和接收者，和接收者，26字节。两个地址长度必须保持一致。字节。两个地址长度必须保持一致。DA可以是单地址、多播地址或广播地址，可以是单地址、多播地址
20、或广播地址，SA必须是单必须是单图图4-5 CSMA/CD4-5 CSMA/CD的帧格式的帧格式&以太网以太网地址。地址。FL(帧长度帧长度)：占：占2字节。由于字节。由于IEEE 802.3 MAC帧数帧数据字段是变长的，因此要指明其实际的长度据字段是变长的，因此要指明其实际的长度;PDU(协议数据单元协议数据单元)：占：占01500字节。该字段存放字节。该字段存放MAC帧封装的上层协议的数据，即帧封装的上层协议的数据，即LLC帧帧;PAD(填充填充)：限定：限定MAC帧的最小帧长为帧的最小帧长为64个字节，个字节，当数据字段的长度小于当数据字段的长度小于46（64-18=46，有，有18个
21、字节是固个字节是固定长度的帧头）字节时，就在该字段填充多个定长度的帧头）字节时，就在该字段填充多个0使得数据使得数据长度不小于长度不小于46字节，否则接收节点会把超短帧作为因冲字节，否则接收节点会把超短帧作为因冲突产生的碎片滤掉，不予接收突产生的碎片滤掉，不予接收;FCS(帧校验序列帧校验序列)：4字节，采用字节，采用32位位CRC校验，校验，用规定的生成多项式去除数据信息，获得的余数用规定的生成多项式去除数据信息，获得的余数作为校作为校&以太网以太网验验序列填入序列填入FCS字段。字段。&以太网以太网 MAC层定义了两个与相邻层的接口：层定义了两个与相邻层的接口：MAC与与LLC之间的接口。
22、之间的接口。MAC层通过该接口向层通过该接口向LLC层提供层提供LLC帧的发送与接收服务。该接口定义了两帧的发送与接收服务。该接口定义了两个功能，即帧发送和帧接收；个功能，即帧发送和帧接收；MAC与与PLS之间的接口。之间的接口。PLS 子层通过该接口向子层通过该接口向MAC层提供层提供MAC 帧的发送与接收服务。该接口定义了帧的发送与接收服务。该接口定义了两个功能，即位发送与位接收；另外还定义了三个状态两个功能，即位发送与位接收；另外还定义了三个状态变量，即冲突检测、载波监听和发送正在进行中。变量，即冲突检测、载波监听和发送正在进行中。MAC层通过该接口使用物理层设施，并根据物理层提供的介层
23、通过该接口使用物理层设施，并根据物理层提供的介质状态，对介质访问实施相应的控制。质状态，对介质访问实施相应的控制。n MACMAC层与相邻层的接口层与相邻层的接口&以太网以太网n 1010Mb/s以太网标准以太网标准 10 Mb/s Ethernet是过去广泛使用的一种网络。在其是过去广泛使用的一种网络。在其物理层，定义了多种传输介质和拓扑结构，形成一个物理层，定义了多种传输介质和拓扑结构，形成一个10 Mb/s Ethernet物理层标准系列，参见图物理层标准系列，参见图4-6。图图4-6 4-6 10 Mb/s Ethernet物理层标准系列物理层标准系列 n 物理层规范物理层规范n 传输
24、介质传输介质&以太网以太网 最初的物理层规范定义的传输介质是粗同轴电缆即最初的物理层规范定义的传输介质是粗同轴电缆即10 BASE5。后来又定义了细同轴电缆。后来又定义了细同轴电缆(10BASE2)、UTP 双绞线双绞线(10BASE-T)、光纤、光纤(10BASE-F)以及宽带同轴电缆以及宽带同轴电缆(10BROAD3)，形成了一个物理层标准系列。，形成了一个物理层标准系列。n 介质访问单元介质访问单元介质访问单元介质访问单元(Medium Access Unit，MAU)包含了包含了介质相关接口介质相关接口(Media Dependent Interface，MDI)和物和物理介质连接设备
25、理介质连接设备(Physical Media Attachment，PMA)两两部分。它是连接传输介质的物理接口，具有物理信号的部分。它是连接传输介质的物理接口，具有物理信号的发送、接收和冲突检测等功能。发送、接收和冲突检测等功能。n 访问单元接口访问单元接口访问单元接口访问单元接口(Access Unit Interface，AUI)是物理是物理收收发信号发信号(PhysicaL Signaling，PLS)子层和子层和MAU之间的接之间的接口。口。PLS 子层可以通过子层可以通过 AUI选择选择 MAU去驱动相应的传去驱动相应的传输介质。输介质。&以太网以太网n 物理收发信号子层物理收发信
26、号子层 物理收发信号物理收发信号(PLS)子层是物理层和子层是物理层和MAC层之间的层之间的接口，主要完成复位和识别、输出、输入、操作方式选接口，主要完成复位和识别、输出、输入、操作方式选择、冲突检测和载波监听等功能。择、冲突检测和载波监听等功能。n 以太网络组网技术举例以太网络组网技术举例n 10base-T10base-T1990年年IEEE通过通过10BASE-T标准。标准。&以太网以太网n 网络硬件网络硬件 10BASE-T使用使用3类或更高的类或更高的UTP线缆作为通信介线缆作为通信介质，质，UTP的四对线中只使用了两对。一对双绞线发送数的四对线中只使用了两对。一对双绞线发送数据，另
27、一对双绞线接收数据，连接器是据，另一对双绞线接收数据，连接器是RJ-45标准标准8针插针插头；头；带带RJ-45插口的以太网卡和插口的以太网卡和10base-T集线器。集线器。n 拓扑规则拓扑规则 10BASE-T最大网段长度是最大网段长度是100米，网络拓扑结构米，网络拓扑结构为星型结构；为星型结构；由于通信介质最大长度的限制，因此，通过中继由于通信介质最大长度的限制，因此，通过中继器器(或或Hub)连接构成较大范围的以太网时，参加联网的连接构成较大范围的以太网时，参加联网的&以太网以太网网网段和中继器段和中继器(或或Hub)的数量是有限制的，它们的数量和的数量是有限制的，它们的数量和连接方
28、法遵守连接方法遵守5-4-3规则：规则：(1)“5”是指网段的最大个数；是指网段的最大个数；(2)“4”是指连接网段的中继器的最大个数；是指连接网段的中继器的最大个数；(3)“3”是指只有是指只有3个网段上有主机。个网段上有主机。以太网互联的以太网互联的5-4-3规则如图规则如图4-7所示。所示。10 BASE-T集线器是集线器是 10BASE-T网络技术的核心，是网络技术的核心，是一个具有中继器特性的有源多口转发器，其功能是接收从一个具有中继器特性的有源多口转发器，其功能是接收从某一端口发送来的信号，经过重新整形后再转发给其他的某一端口发送来的信号，经过重新整形后再转发给其他的端口。集线器有
29、多种类型，有些集线器除了提供多个端口。集线器有多种类型，有些集线器除了提供多个 RJ 45端口外，还提供端口外，还提供 BNC和和DIX(即即AUI)插座，支持插座，支持UTP、细同轴电缆和粗同轴电缆的混合网络连接。细同轴电缆和粗同轴电缆的混合网络连接。&以太网以太网图图4-74-7&令牌环网令牌环网 IEEE802.5 Token Ring访问方法与物理层技术规范；访问方法与物理层技术规范；网络拓扑结构为环形布局，数据传送速率为网络拓扑结构为环形布局，数据传送速率为4Mbps、16Mbps。但在同一环网内各个节点必须设置相同的传输。但在同一环网内各个节点必须设置相同的传输速率。只有一条环路，
30、信息单向沿环流动。用令牌来控速率。只有一条环路，信息单向沿环流动。用令牌来控制节点对介质的访问。制节点对介质的访问。n 令牌环网标准令牌环网标准n 令牌环基本原理令牌环基本原理 在令牌环网中，令牌有在令牌环网中，令牌有“忙忙”和和“空闲空闲”两种状态。两种状态。令牌沿环单向循环。要发送数据的节点必须获取到令牌令牌沿环单向循环。要发送数据的节点必须获取到令牌之后，将令牌置为之后，将令牌置为“忙忙”状态，在发送数据帧；状态，在发送数据帧；每一节点随时检测经过本站的信息，当查到数据帧每一节点随时检测经过本站的信息，当查到数据帧&令牌环网令牌环网指定的地址与本站地址相符时，将数据拷贝下来，并继指定的地
31、址与本站地址相符时，将数据拷贝下来，并继续转发该数据帧给下游节点；数据帧绕网一周后，由源续转发该数据帧给下游节点；数据帧绕网一周后，由源发送点予以收回，并置令牌为发送点予以收回，并置令牌为“空闲空闲”状态发给下游点，状态发给下游点，使下游节点获得数据发送机会；使下游节点获得数据发送机会；每个节点都有一个令牌持有计时器每个节点都有一个令牌持有计时器THT，当发送数，当发送数据帧后开始计时，当数据循环一周后回到发送节点，如据帧后开始计时，当数据循环一周后回到发送节点，如果果THT没有超时，该节点可以继续发送数据，否则，必没有超时，该节点可以继续发送数据，否则，必须停止数据发送，让下游节点获得发送机
32、会。须停止数据发送，让下游节点获得发送机会。n 令牌环网的特点令牌环网的特点 每个节点访问介质的机会是均等的，并且等待访问每个节点访问介质的机会是均等的，并且等待访问介质的时间是可以测算的介质的时间是可以测算的确定性；确定性；可以设置节点访问介质的优先级，使高优先级的可以设置节点访问介质的优先级，使高优先级的节节&令牌环网令牌环网点能够连续获得令牌来发送数据点能够连续获得令牌来发送数据可调整性；可调整性；缺点：令牌维护比较复杂。缺点：令牌维护比较复杂。n 令牌环的维护令牌环的维护 令牌丢失和数据帧绕环循环，是环网上最严重的两令牌丢失和数据帧绕环循环，是环网上最严重的两种差错，种差错，IBM T
33、oken Ring采用集中式的维护机制，通过采用集中式的维护机制，通过在环路上指定一个站点作为主动令牌管理站，以此来解在环路上指定一个站点作为主动令牌管理站，以此来解决这些问题。决这些问题。主动令牌管理站通过一种超时机制来检测令牌丢主动令牌管理站通过一种超时机制来检测令牌丢失的情况；失的情况；为了检测到一个持续循环的数据帧，管理站在经为了检测到一个持续循环的数据帧，管理站在经过的任何一个数据帧上置其监控位为过的任何一个数据帧上置其监控位为 1，如果管理站检，如果管理站检测到一个经过的数据帧的监控位已经置为测到一个经过的数据帧的监控位已经置为1，便知道有某，便知道有某&令牌环网令牌环网个站未能清
34、除自己发出的数据帧。这时就由管理站清除数个站未能清除自己发出的数据帧。这时就由管理站清除数据帧，并发送一个新的令牌；据帧，并发送一个新的令牌；802.5采用的是采用的是分散式的维护机制分散式的维护机制(略略)。n IBMIBM令牌环网的组成部件令牌环网的组成部件 网卡：计算机连入网络的必备硬件；网卡：计算机连入网络的必备硬件；网卡电缆：一端接在网络的网卡电缆：一端接在网络的9芯芯 D 形连接器，一端形连接器，一端接接MAU；多站访问单元多站访问单元MAU在令牌环网络中类似于集线器。在令牌环网络中类似于集线器。MAU的两个末端端口分别称为的两个末端端口分别称为RI(入环入环)和和 RO(出环出环
35、)端端口，不能用来连接工作站，而是用于口，不能用来连接工作站，而是用于MAU的互连；的互连；网络连接电缆：环网主干电缆，用于网络连接电缆：环网主干电缆，用于 MAU之间的之间的连接。连接。&令牌环网令牌环网n 令牌环网的令牌环网的拓扑规则拓扑规则 MAU的最大数量为的最大数量为12个；个；每个每个MAU可以连接的计算机最多有可以连接的计算机最多有8个，整个环上个，整个环上最多可以连接最多可以连接96台计算机；台计算机；计算机与计算机与MAU，MAU与与MAU之间的最大距离为之间的最大距离为45m；令牌环网所用的传输介质最初是令牌环网所用的传输介质最初是 150的有屏蔽双的有屏蔽双绞线绞线(ST
36、P)。目前除这种传输介质外，通过使用无源滤波。目前除这种传输介质外，通过使用无源滤波设备也可使用设备也可使用100的非屏蔽双绞线的非屏蔽双绞线UTP用以实现用以实现 4Mb/s和和16Mb/s 的传输。的传输。n 令牌环网的令牌环网的帧格式帧格式&令牌环网令牌环网 图图4-8为为Token Ring 的的MAC帧格式。帧格式。帧中各个字段帧中各个字段的意义如下：的意义如下：SD(起始定界符起始定界符)：表示一个帧的开始。它是一个：表示一个帧的开始。它是一个特殊的特殊的 8 位二进制序列，其格式为位二进制序列，其格式为“JK0JK000”，其中，其中，J、K为非数据符号为非数据符号;AC(访问控
37、制访问控制)：表示介质访问控制状态，其格式：表示介质访问控制状态，其格式为为“PPPTMRRR”，其中，其中，PPP为帧优先级变量，指明为帧优先级变量，指明当前令牌帧的优先级；当前令牌帧的优先级；RRR为预约优先级变量，指明希为预约优先级变量，指明希望得到令牌帧节点的优先级，都用望得到令牌帧节点的优先级，都用3位二进制表示的；位二进制表示的；M为监控位，用于监测重复帧，如果采用集中环监控器，为监控位，用于监测重复帧，如果采用集中环监控器，就可能用到监控位；就可能用到监控位；T指是令牌帧指是令牌帧(T=0)还是数据帧还是数据帧(T=1)。在令牌帧的情况下，后随的是。在令牌帧的情况下，后随的是ED
38、字段字段;FC(帧控制帧控制)：指明该数据帧是：指明该数据帧是LLC层数据帧还是层数据帧还是MAC层控制帧层控制帧;DA(目的地址目的地址)，SA(源地址源地址)：表示目的节点和：表示目的节点和源节点源节点(发送节点发送节点)的地址，可以选择的地址，可以选择16位或位或48位，但位，但这两个地址长度必须保持一致。这两个地址长度必须保持一致。DA可以是单地址，也可以是单地址，也可以是多播地址或广播地址；而可以是多播地址或广播地址；而SA必须是单地址。必须是单地址。&令牌环网令牌环网图图4-8 4-8 Token Ring的的MAC帧格式帧格式 PDU(协议数据单元协议数据单元)：要传送的：要传送
39、的LLC层数据，最层数据，最大数据长度为大数据长度为5000个字节个字节;FCS(帧校验序列帧校验序列)：它采用：它采用32位位CRC校验校验;ED(结束定界符结束定界符)：表示一个帧的结束，其格式为：表示一个帧的结束，其格式为“JK1JK11E”，其中，其中，J、K为非数据符号；为非数据符号；E为错误为错误检测位，任何节点发现错误后都可以将检测位，任何节点发现错误后都可以将E位置位位置位;FS(帧状态帧状态)：接收节点返回的帧状态，其格式为：接收节点返回的帧状态，其格式为“ACrrACrr”，其中，其中，r为保留位、为保留位、A为地址识别位、为地址识别位、C为帧拷贝位，由目的节点来设置为帧拷
40、贝位，由目的节点来设置A和和C位。位。&令牌环网令牌环网n 令牌环网的令牌环网的优先级访问控制优先级访问控制 Token Ring优先级调度算法的基本原理是：优先级调度算法的基本原理是：在令牌帧或数据帧中的在令牌帧或数据帧中的P和和R字段为当前令牌的字段为当前令牌的优优先级先级Pr和预约级和预约级Rr，用三个二进制位表示八个优先级。，用三个二进制位表示八个优先级。当一个节点接收一个令牌帧时，并不立即发送数当一个节点接收一个令牌帧时，并不立即发送数据帧，而是先比较本节点优先级据帧，而是先比较本节点优先级Pm和令牌优先级和令牌优先级Pr：如果如果PrPm，则表示本节点优先级高于当前令，则表示本节点
41、优先级高于当前令牌优先级，允许截获令牌来发送数据帧；牌优先级，允许截获令牌来发送数据帧；如果如果PrPm，则说明网上有高优先级的节点在，则说明网上有高优先级的节点在等待令牌，应当立即将令牌发送出去。这时，如果等待令牌，应当立即将令牌发送出去。这时，如果RrPm，则可以进行优先级预约，即用该节点的，则可以进行优先级预约，即用该节点的Pm 值值设置令牌的设置令牌的R字段：字段：R=Pm。当一个节点接收或转发数据帧时，则可以进行当一个节点接收或转发数据帧时，则可以进行优优先级预约，如果先级预约，如果RrPr或或PmPr，则表示有高优先级的节，则表示有高优先级的节点在等待令牌。这时，应当提高令牌的优先
42、级，即点在等待令牌。这时，应当提高令牌的优先级，即P=MAX(Rr，Pm)，以便使令牌能够尽快地传递到与，以便使令牌能够尽快地传递到与其优先级相匹配的节点；其优先级相匹配的节点；如果在由本节点抬高的优先级上已无任何节点如果在由本节点抬高的优先级上已无任何节点请求令牌，则应当降低优先级，即请求令牌，则应当降低优先级，即P=Pr-1，以便让低，以便让低优先级的节点也有机会获取令牌发送数据。优先级的节点也有机会获取令牌发送数据。典型的典型的IBM Token Ring网络如图网络如图4-9所示。所示。&令牌环网令牌环网图图4-9 4-9 IBM Token Ring网络组成网络组成&令牌环网令牌环网
43、&FDDI FDDI网网 光纤分布式数据接口是一种采用令牌传递访问控光纤分布式数据接口是一种采用令牌传递访问控制协议、环形拓扑和光纤介质的制协议、环形拓扑和光纤介质的100Mb/s高速局域网；高速局域网；双环结构，主环进行正常的数据传输，次环备用；双环结构，主环进行正常的数据传输，次环备用；因此因此FDDI网络具有较强的容错性。网络具有较强的容错性。n FDDIFDDI的特点的特点n FDDIFDDI与与Token RingToken Ring的区别的区别 FDDI获得令牌之后，将令牌取下，独立发送数据获得令牌之后，将令牌取下，独立发送数据帧，而帧，而Token Ring则将数据插在则将数据插
44、在“忙忙”令牌后发送；令牌后发送；FDDI采用多令牌机制，允许发送节点在发送数据采用多令牌机制，允许发送节点在发送数据帧之后，立即产生新的令牌发送到环上，而帧之后，立即产生新的令牌发送到环上，而Token Ring则必须等到数据帧回到发送点之后，再产生新的令牌。则必须等到数据帧回到发送点之后，再产生新的令牌。&FDDI FDDI网网 FDDI标准由介质访问控制标准由介质访问控制(MAC)层和物理层组成，层和物理层组成，参见图参见图4-10。n 介质访问控制协议介质访问控制协议 FDDI的的MAC帧格式如图帧格式如图4-11所示。所示。帧中各个字段的意义如下：帧中各个字段的意义如下：PA：帧前导
45、码，用于和节点的局部时钟保持同步；：帧前导码，用于和节点的局部时钟保持同步；SD：帧起始定界符，用于标志帧有效信息的开始；：帧起始定界符，用于标志帧有效信息的开始；FC：帧控制，由：帧控制，由8位组成，其格式为位组成，其格式为CLFFZZZZ，用于指明帧类型有关特征。其中，用于指明帧类型有关特征。其中，C指示数据帧是同步帧指示数据帧是同步帧还是异步帧；还是异步帧；L指示地址字段使用的是指示地址字段使用的是16位地址还是位地址还是48位位n FDDIFDDI帧格式帧格式图图4-10 4-10 FDDI标准的组成标准的组成&FDDI FDDI网网图图4-11 4-11 FDDI的的MAC帧格式帧格
46、式 地址；地址；FF定义了四种帧类型即令牌帧、数据帧、定义了四种帧类型即令牌帧、数据帧、MAC帧和站管理帧；帧和站管理帧；ZZZZ则根据不同帧类型来取值；则根据不同帧类型来取值；DA、SA：目的地址目的地址、源地址源地址。长度取决于。长度取决于FC的的值，可以是值，可以是16位或位或48位。位。SA只能是单地址；只能是单地址；DA可以是可以是单地址、多播地址或广播地址单地址、多播地址或广播地址(全全“1”地址地址)；INFO：要传送的：要传送的LLC层数据，最大数据长度为层数据，最大数据长度为4500个字节个字节(基本基本FDDI)或者或者8600个字节个字节(增强增强FDDI)；FCS：帧校
47、验序列，采用：帧校验序列，采用32位循环冗余校验码位循环冗余校验码(CRC)；ED：帧结束定界符，令牌帧：帧结束定界符，令牌帧8位，其他帧位，其他帧4位；位；FS：帧状态，用于指示检错、识别地址以及帧复：帧状态，用于指示检错、识别地址以及帧复制等状态。制等状态。&FDDI FDDI网网 定时令牌循环协议规定每个节点都设有两个计时器：定时令牌循环协议规定每个节点都设有两个计时器：(1)令牌循环时间令牌循环时间(Token Rotation Time，TRT)：指：指从一个节点最后一次见到令牌后到该节点下一次得到令从一个节点最后一次见到令牌后到该节点下一次得到令牌之间所用的时间。它的大小间接反映了
48、当前网络的负牌之间所用的时间。它的大小间接反映了当前网络的负载情况，载情况，TRT值越大，说明网络的负载也越大；值越大，说明网络的负载也越大；(2)令牌持有时间令牌持有时间(Token Holding Time，THT)：指：指一个节点得到令牌后能够用于发送数据帧的时间。即使一个节点得到令牌后能够用于发送数据帧的时间。即使THT用尽时，发送节点还有数据未发送完，也要立即生用尽时，发送节点还有数据未发送完，也要立即生成一个新令牌发送到环上，供其他节点使用，剩余的数成一个新令牌发送到环上，供其他节点使用，剩余的数据只能等待下一次获取令牌时再发送。据只能等待下一次获取令牌时再发送。THT随着随着TR
49、T值值增大而减小。增大而减小。&FDDI FDDI网网n 定时令牌循环协议定时令牌循环协议THT和和TRT之间存在如下的关系：之间存在如下的关系：THTTTRT-TRT 式中，式中，TTRT(Target Token Rotation Time)为目标令牌循为目标令牌循环时间，在环路初始化时被设置，且固定不变。环时间，在环路初始化时被设置，且固定不变。对于每个节点，按下列方式计算时间量：对于每个节点，按下列方式计算时间量：同步时间片：同步时间片：T=TTRT/n(n为环中同步节点数为环中同步节点数)；异步时间片：异步时间片：THT+TRTTTRT。FDDI所采用的定时令牌循环协议是为了适应所采
50、用的定时令牌循环协议是为了适应 FDDI高带宽的需要。高带宽的需要。&FDDI FDDI网网n 异步和同步通信异步和同步通信 为了支持为了支持数据流式通信数据流式通信和和猝发式通信猝发式通信两种通信方式，两种通信方式，FDDI定义了两种节点的通信频带：一种是定义了两种节点的通信频带：一种是同步频带同步频带，其，其带宽和响应时间是保证的；另一种是带宽和响应时间是保证的；另一种是异步频带异步频带，可动态地，可动态地共享该频带。通常，同步频带用于发送用户数据，所发送共享该频带。通常，同步频带用于发送用户数据，所发送的帧称为的帧称为同步帧同步帧；异步频带用于发送系统控制信息，所发；异步频带用于发送系统
