第五章 环网

第五章环网

环网的发展

令牌环网媒体访问控制技术

FDDI媒体访问控制技术和物理层结构

环网的组网技术

5.1 概述

•传统以太网的弱点

不适应重负荷应用环境

无实时性能和优先权机制

在拓扑结构为公共总线的以太网上，媒体使用光纤

比较困难

共享型以太网的覆盖范围受限于碰撞域，无法进一

步拓展

•20世纪80年代中期，IEEE802.5标准出世

•20世纪80年代后期，使用光纤的高速环网FDDI出现

•环网的特点

适应重负荷应用环境

具实时性能和优先权机制

媒体可以使用光纤

覆盖范围较大，可达数公里

5.2 令牌环网媒体访问控制技术

•IEEE802.5标准定义了令牌环网的媒体访问控制

(MAC)技术和物理层结构

•令牌环操作

•MAC帧

•MAC基本操作

5.2.1 令牌环操作

•基础是使用了一个称之为令牌的特定比特串

•当环上所有的站都处于空闲时，令牌沿着环旋转

•当环上一个站想发送帧时必须等待直至检测到经过该站

的令牌为止

•该站抓住令牌并改变令牌中的一个比特，然后将令牌变

成一帧的帧首，这时，该站可以在帧首后面加挂上帧的

其余字段并进行发送，此时，环上不再有令牌

•这个帧将在环上环行一整周后由发送站将它清除，发送

站在下列两个条件都符合时将在环上插进一个新的令牌

该站已完成其帧的发送

该站所发送的帧的前沿已回到了本站(在绕环运行一

整圈后)

令

牌

环

图

示

令牌环操作的特点

•任一时刻只有一个站可以发送

•在轻负载的条件下，它的效率比较低，但是在

重负载的条件下，环的作用是依次循环传递，

因此既有效又公平

5.2.2 MAC帧

•帧首定界符(SD)：指出令牌或帧的开始，使用独特的符

号与帧的其余部分进行区分。

•访问控制(AC)：包含被用于优先机制中的优先级和预

留比特以及监控比特，这一字段还包括令牌比特

•帧控制(FC)：指出该帧是一个LLC的数据帧(FF=1)还是

一个MAC控制帧(FF=0)。

•目的地址(DA)：表明帧欲发往的目标站。该地址可为

单站地址，组播地址或广播地址，选择16比特还是48比

特由实现来决定

•源地址(SA)：帧的始发站地址。位数与DA相同

•信息：包括LLC数据或与MAC协议的控制操作的有关

信息

•帧检验序列(FCS)：是32比特的循环冗余检验序列

•帧尾定界符(ED)：指明帧结束的非数据符号。

•帧状态(FS)：由地址识别，帧被复制等指示位组成

IEEE802.5帧格式

IEEE802.5MAC帧的控制比特

地址字段

•源地址字段中的第一个比特总是“0”

•目的地址字段中第一个比特置成“0”表示是一

个单地址，置成“1”则表示一组地址

•全“1”的组地址是对环上所有工作的站的广播

地址

•对于48比特的地址字段，其源和目的地址字段

中的第二个比特置成“0”，表示是一全局管理

地址，置成“1”则表示是一局部管理地址

•MAC帧信息字段：在某些MAC帧中，信息字段

被用于携带有关特定控制用的控制信息，控制

信息作为维护环路使用

IEEE802.5地址字段格式

•I：独立地址；G：组地址；U：全局管理；L：局部管理

5.2.3 MAC基本操作

•帧的发送

MAC单元收到发送数据请求后，首先将数据封装为

MAC帧，随后，MAC单元等待令牌到来

如果到来帧的AC字段中的T比特为“0”，•则表明令

牌已到，并通过将T比特置“1”来抓住令牌

随后将其余字段(FC、DA、SA、INFO、FCS、ED、

FS)添加在AC字段后,形成一个完整的帧发送到环上，

同时被抓住的令牌帧中的ED字段被该站吸收

抓往令牌的站可连续发送直至无数据可发，或令牌

保持计时器计满为止。该站可通过将ED字段中I比特

置1的方法连续发送多个帧（多帧中的最后一帧除

外）。

MAC基本操作(二)

•帧的接收

令牌环上的其他工作站在环上监听，并不断转发着

通过的帧

为了检查、复制或改变一个比特必须有一定的时间，

每个站都要对环引进约一比特的时延

每个站都能对通过的帧进行差错校验，如果检验到

一个差错就应将E比特置位

每个站通过识别帧首定界符SD来监视帧的开始。如

果该帧为常规的数据载携帧，并与该接收站的地址

符合，在该站有足够缓存空间的情况下，该站就复

制该帧。FS字段中的A和C比特都要在转发前进行重

置，这使得源站可以区别三种情况

•目的站不存在/未被复制

•目的站存在但帧未被复制

•帧已被目的站复制

MAC基本操作(三)

•帧的清除

发送出帧的工作站要负责清除绕环一周回至

源发点的帧，当每个发出去的帧回到源站时，

应被吸收掉

并检查帧ED和FS中的状态比特，判断传输的

结果。如果状态表明有错，MAC并不重传，

而是向高层报告，这是LLC或某些高层协议

的职责

5.3 差分曼彻斯特编码

•令牌环网标准规定使用的数据速率时4Mbps和

16Mbps，采用差分曼彻斯特编码

•“0”为比特时间开始和中间均跳变，“1”为比

特时间中间跳变

•非数据符号J和K的比特时间的中央没有跳变

对于J，在比特时间开始时没有跳变

对于K，在比特时间开始时有一个跳变

符号J和K通常是以“J－K”成对方式发送，

以避免累积的直流分量差分曼斯斯特编码

5.4 FDDI网媒体访问控制技术

•光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data

Interface，简称FDDI)

•传输速率高达100Mb/s的光纤环形局域网网络技

术所依据的标准是ANSIX3T9.5

•以采用IEEE802.2的逻辑链路控制(LLC)标准为

前提

•FDDI标准的范围

•令牌环操作

•MAC帧

•基本操作

5.4.1 FDDI标准的范围

•FDDI标准包含了MAC子层和物理层

•该标准是以采用IEEE802.2LLC标准作为前提的

FDDI的MAC子层

•MAC子层是用MAC服务与MAC协议来加以规定的

MAC服务

•MAC服务规范从功能上定义了FDDI向LLC或其

他较高层用户提供的服务，接口包括发送与接收

协议数据单元的设施

•它还提供每次操作的状态信息，为高层的差错恢

复规程所用。

•在任何情况下，对MAC用户(例如某个高层应用)

来说，这一服务规范将MAC与物理层的细节遮掩

了起来。尤其是采用各种各样的传输媒体，除了

影响性能外，对MAC用户应成为不可见的

MAC协议是FDDI标准的核心

•规范定义了帧结构

•规范定义了在MAC实体间所发生的交互作用FDDI的物理层协议、物理媒体相关子

层以及层管理

•物理层协议与物理媒体相关子层

物理层协议(PHY)是物理层中与媒体无关的部分，它

包括与MAC子层间的服务接口规范。这一接口规范

定义了在MAC与PHY之间传递一对串行比特流所需

的设施

PHY还规定了数字数据传输用的编码

PMD子层是物理层中与媒体相关的部分，它对用于

光纤的激励器和接收器的特性做了规定，同时还对

站到环的连接、环所用的光缆和连接器等与媒体相

关的特性做了规定。

•层管理(LMT)提供了一个站FDDI各层中正在进行的进

程进行管理所必需的控制功能，从而使站在环上能协调

地工作。LMT是一种更广泛的，称做站管理(SMT)的概

念的一部分，后者包括对LLC于层及更高层中的进程的

管理

5.4.2 令牌环操作

•令牌环的基本操作对802.5与FDDI来说是十分相

似的

•FDDI建立在小令牌帧的基础上，当所有站都空

闲时，小令牌帧沿环运行。当某一站有数据要

发送这时，必须等待有令牌通过时才可能。一

旦识别出有用的令牌，该站便将其吸收，随后

便可发送一帧或多帧。这时环上没有令牌后，

便在环上插入一新的令牌，不必像802.5令牌环

那样，只有收到自己发送的帧后才能释放令牌。

因此，任一时刻环上可能会有来自多个站的帧

运行。

F

D

D

I

令

牌

工

作

与802.3令牌环操作的区别

•一个FDDI站并不是通过改变一个比特来抓住令

牌的

•在FDDI中，一个站一旦完成其帧的发送后，即

使它尚未开始收到它自己发出的帧，也立即送

出一新的令牌

5.4.3 MAC帧

•前导码(PA)：用来使帧与每一站的时钟进行同步。帧起始站发出的前导码由64比特的16个空闲符号组成。随后的站可改变字段长度，以适应时钟的要求。

•帧首定界符(SD)：指示帧的开始，且总是以区别于数据的信号码型组成。其编码为JK，其中J和K均为非数据符号。

•帧控制(FC)：其比特格式为CLFFZZZZ。C表明帧类型，L表明16比特或48地址，FF表明该帧是LLC帧还是MAC控制帧。

•目的地址(DA)：表明帧欲发往的站。该地址可为单站地址，组播地址或广播地址。

•源地址(SA)：发出该帧的站地址。

•信息：包括LLC数据和与操作有关的信息。

•帧检验序列(FCS)：长度为32位，用于对FC，DA，SA和信息字段进行保护。

•帧尾定界符(ED)：由一些非数据符号组成。对于令牌，ED的长度为8比特，对其它帧则为4比特。

•帧状态(FS)：由差错位，地址识别、帧被复制等指示位组成。每一指示由一个符号表示。FS还可包括附加控制位，其使用由实现者来确定。