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  • 2022-01-12 09:16:49

    令牌环是基于轮询的介质访问控制方法。令牌沿着环网单向流动,依次通过各站点。一个站点若想要发送数据,必须持有令牌,否则只能等待空令牌的到达。因其受控接入特点,所以避免了冲突的发生。

    (1).获取空令牌并发送数据:一个站点需要发送数据时,首先等待空令牌的到达,并取得令牌,将其状态设置为“忙”,并紧接着在令牌帧后添加数据,传至环网上。

    (2).接收与转发:数据沿环网传输时,所经过的每个站点都会将本机的MAC地址与数据帧的目的地址进行比对,若匹配则接收,若不匹配则转发给下一个站点。

    (3).撤销数据并释放令牌:令牌帧在网上流动一圈后回到发送端,由发送站点将数据取下,并释放令牌。将令牌发送给下游站点,使下游站点获取发送数据的权利。

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    描述
      令牌环网是一种以环形网络拓扑结构为基础发展起来的局域网,如图1-12所示。虽然它在物理组成上也可以是星型结构连接,但在逻辑上仍然以环的方式进行工作。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。 令牌环网的媒体接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递,令牌实际上是一个特殊格式的帧,本身并不包含信息,仅控制信道的使用,确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时,令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧,因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的,因此对所有入网计算机而言,访问权是公平的。

    令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用,即网中没有计算机在传送信息;“忙”表示令牌已被占用,即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌,将它置为“忙”的状态,然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后,数据被从网中除去,令牌被重新置为“闲”。令牌环网的缺点是需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作,需要选择专门的节点监视和管理令牌。

    令牌环网的基本工作原理
      谁有令牌谁就有传输权限。如果环上的某个工作站收到令牌并且有信息发送,只不过由于使用所谓多站接入单元的设备,可以实现星形的布线。这样一个设备具有一定智能,网络中没有令牌。

    信息帧沿着环传输直到它到达目的地,目的地创建一个副本以便进一步处理。

    与以太网 CSMA/,使令牌能畅通。IEEE 802,这意味着任意终端站能够传输之前可以计算出最大等待时间。该特征结合另一些可靠性特征,使得令牌环网络适用于需要能够预测延迟的应用程序以及需要可靠的网络操作的情况。

    令牌环网络是上世纪80年代中期由IBM开发出,这就意味着其它工作站想传输数据就必须等待。因此令牌环网络中不会发生传输冲突.5标准是主要基于IBM的令牌环网络的,但是也有一些细微的差别。

    令牌环网是一种以环形网络拓扑结构为基础发展起来的局域网。虽然它在物理组成上也可以是星型结构连接,但在逻辑上仍然以环的方式进行工作,它就改变令牌中的一位(该操作将令牌变成一个帧开始序列);CD 网络不同,被所有IBM生产的计算机支持。令牌环可以桥接器或 router 连接其他网路。令牌环网络在实际应用中确确实实是“环”形网络,添加想传输的信息,然后将整个信息发往环中的下一工作站。当这个信息帧在环上传输时,会将不用的端口环接起来,很长一段时间是IBM的网络标准。信息帧继续沿着环传输直到到达发送站时便可以被删除。发送站可以通过检验返回帧以查看帧是否被接收站收到并且复制,令牌传递网络具有确定性令牌环上传输的小的数据(帧)叫为令牌

    令牌环网是一种以环形网络拓扑结构为基础发展起来的局域网。虽然它在物理组成上也可以是星型结构连接,但在逻辑上仍然以环的方式进行工作。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。

    令牌环网的媒体接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递,令牌实际上是一个特殊格式的帧,本身并不包含信息,仅控制信道的使用,确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时,令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧,因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的,因此对所有入网计算机而言,访问权是公平的。

    令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用,即网中没有计算机在传送信息;“忙”表示令牌已被占用,即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌,将它置为“忙”的状态,然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后,数据被从网中除去,令牌被重新置为“闲”。令牌环网的缺点是需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作,需要选择专门的节点监视和管理令牌。

    它是一个环路,在环路有好象现实中的一个指令的,有且只有一个指令的,大家都是在等那个指令,这样的话就不存在冲突的问题了。

    令牌环网是一种以环形网络拓扑结构为基础发展起来的局域网。虽然它在物理组成上也可以是星型结构连接,但在逻辑上仍然以环的方式进行工作。其通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。

    令牌环网的媒体接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线在入网节点计算机间依次传递,令牌实际上是一个特殊格式的帧,本身并不包含信息,仅控制信道的使用,确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时,令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧,因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的,因此对所有入网计算机而言,访问权是公平的。

    令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用,即网中没有计算机在传送信息;“忙”表示令牌已被占用,即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌,将它置为“忙”的状态,然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后,数据被从网中除去,令牌被重新置为“闲”。令牌环网的缺点是需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作,需要选择专门的节点监视和管理令牌。

    通俗的说就是:它是一个环路。。。在环路有好象现实中的一个指令的。。有且只有一个指令的。。。大家都是在等那个指令。。这样的话就不存在冲突的问题了。

    简单来说就是它是一个环路。。。在环路有好象现实中的一个指令的。。有且只有一个指令的。。。大家都是在等那个指令。。这样的话就不存在冲突的问题了。

    令牌环网Token Ring协议
      1、令牌环网工作过程

    令牌环Token Ring协议是环型网中最普遍采用的介质访问控制,它在环中加入一特殊的MAC控制帧,即令牌帧,用于控制结点有序访问介质。其工作过程如下:

    环初始化后,令牌总是沿着物理环单向逐站传输。

    如果结点A有数据要发送,它必须等待空闲令牌到达本站,当获得空闲令牌后,它将令牌标志位由“闲”置为“忙”,并构造成数据帧进行传输。

    数据帧在环上做广播传输,其他结点可依次接收到数据帧,但只有目的地址相匹配的结点才复制。

    数据帧遍历环后,回到结点A,由A回收数据帧,并将令牌状态改为空闲,然后将空闲令牌传送到下一结点。

    每个结点都有一个令牌持有计时器THT (Token Holding Timer),当发送结点数据帧后,THT开始计时。当数据帧在环上循环一周返回到发送结点后,如果THT未超时,该结点可继续发送数据;如果THT超时,该结点即使有数据要传送,也必须向下游结点发送令牌帧,要传送的数据必须等到再次获得令牌帧才能发送。THT反映了网络负载状况,网络负载越重,各个结点在THT内所发送的数据帧越少。通过THT可以控制各个结点占有介质的时间长度,并且各个结点可以通过THT测算出需要等待多长时间才能获得令牌帧访问介质。

    2、令牌环网帧格式

    令牌环存在两种格式的帧,一种是令牌帧,一种是信息帧。

    3、令牌环的维护

    令牌丢失和数据帧无法撤消,是环网上最严重的两种差错,可以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失的情况,该超时值比最长的帧为完全遍历环路所需的时间还要长一些。如果在该时段内没有检测到令牌,便认为令牌已经丢失,管理站将清除环路上的数据碎片,并发出一个令牌。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1,如果管理站检测到一个经过的数据帧的监控拉的已经置为1,便知道有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。

    Token Ring协议的特点是在轻载时,由于一个工作站在发送前必须等待空令牌到来,故效率很低;在重载时,各站访问机会均等,效率较高;访问方式具有可调整性和确定性,各站既具有同等的介质访问权,也可以有优先级操作和带宽保护;主要缺点是有较复杂的令牌维护要求。

    令牌环网和以太网的区别
      以太网是这样通信的,每台电脑位于同一个主干中都可以向主干线路中发信息串。假如a吧,它先监听主干线路上有没有人在发信息,如果有它就等一会儿,在它发现没有人发言后它将发言,但这时有可能另一台电脑也和它同时发言(想象一下在课堂上两个学生向老师同时提问),这样它们会同时停止发言,并在等待了一个随机时间后继续发言,当然它们的随机时间是不同的,并且在再次发言前仍需监听主干上是否有其它主机在发言。其它的电脑读取数据包,检查mac地址和ip地址乃至端口号看是不是发给自已的,如果不是便丢弃。它的mac 算法是csma/cd算法。

    令牌环网的结构是组成一个环形,环形的一圈是主机,主机中存在一个令牌,由一号机向下传,每个主机只有在自已有令牌时才能向主线路中发数据。

    为什么令牌环网应用的不如以太网多?
      我觉得令牌环网最大的缺点是需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作,需要选择专门的节点监视和管理令牌。而现在的PC机之间都是对等,每建一个局域网都需要选择专门的节点来监视和管理,这是无法忍受的。

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  • 计算机网络:令牌环网IEEE 802.5

    千次阅读 2021-01-25 16:44:24
    对于令牌环网的工作原理、具体工作过程、物理层、MAC子层等进行了介绍!

    1969年在美国贝尔实验室的Newhall环上首次采用;1971年又提出一种时分环的改进算法;1985年IBM公司推出了IBM令牌环网;该网络后来成为IEEE 802.5标准的基础。

    环形网络广泛地用于局域网和广域网中,“环”并不是指广播介质,而是指一系列点到点链路组成闭合环路;因此可以使用多种传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤等),环网络接口之间通过点到点线路连接而成,每一段也可以使用不同的介质帧沿环的某一方向传递

    环形网络工作原理:

    尽管环是由一系列的点-点链路组成的,但是环上传输的数据能被所有的站点接收到,而且任何时候允许一个站点发送,因此也存在着竞争发送权的问题。为了解决竞争,使用一个称为令牌(Token)的特殊标记,规定只有获得令牌的站点次才有权利发送数据。由于环中只有一个令牌,因此任何时候只有一个站发送数据,不会产生冲突;同时,令牌周而复始地在环中轮转,各个站点捕获令牌的机会相同,因此,环是公平的。

    具体工作过程:

    1. 网络空闲时,只有令牌在环上轮转;令牌是一个特殊的比特模式,其中有 1 比特称为令牌比特,当其为 0 时表示该令牌可用,当其为 1 时,表示某个站正在发送数据。

    2. 站点要发送数据时,必须等待令牌通过且其令牌比特为 0 ,这时发送站将令牌比特翻转成 1 ,然后发送数据;如果令牌比特为 1 ,则只有等待。

    3. 每一个站一边转发数据,一边检查帧中的目的地址,如果自己正好是接收站则同时将数据接受下来。

    4. 当数据转回到发送站时,发送站点将其从环上面撤销;对于撤销下来的数据,发送站将其丢弃或者与保存在缓冲区内的数据进行比较,以检查是否有传输错误。

    5. 发送站发完数据之后,重新产生出令牌。这里的处理有两种策略

    当一个站点发出一个长度比环网的比特长度更加长的帧,那么传输尚未完全结束的时,帧的头部已经回到了传输站点;这种情况下,发送站点在完成传输之后可以马上发出一个令牌。如果数据帧的长度比环网的比特长度小,那么发送站点在发出令牌之前必须等待该帧的头部返回。

    (个人理解:为什么一定要帧的头部回到发送站点才可以呢?因为回到时说明除发送站点外其余站点已经“查看”过数据了;不满足这一点的话,将令牌发出去了,新发送站点发出的数据可能会残余在环上的数据“冲突”。)

     

    环形网络有一个很大的弊端,当环中的某一个链路中断或者环接口故障时,整个网络就不能工作了!为此提出了星形环网的概念!

     

    星形环网:

     基本构造:星形环逻辑上仍保持为环形网络,物理上每一个站点通过(至少)含有两对双绞线的电缆与线路中心相连,分别用作进出线路中心得物理信道。在线路中心内部,这些电缆连接成一个闭合的环路。从接线路方式上来看,所有的站点都接到一个中央集线器上,从表面上看是一种星形结构,但是实际上这些站连接成了一个环,因此这种结构被称为星形环网。

    当环中的某一个链路中断或者环接口故障时的解决机制:在线路中心设有旁路中继器,由各个站点供电。如果环断开或者站点发生故障,没有了驱动电源,旁路中继器释放,从而将该站点旁路。旁路中继器也可由诊断程序控制,当检测到出错站点或者出错链路时,便由程序将其从环中移去。出错站点或者出错链路被旁路之后环仍然可以被使用。

     

    IEEE 802.5 令牌环物理层:

    IEEE 802.5 标准提供了多种数据传输速率(1Mbit/s、4Mbit/s、16Mbit/s等),可以使用屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线、光纤等作为传输介质,数据编码采用差分曼切斯特编码,其高低电平分别使用+3.5V~+4.5V和-4.5V~-3.5V来表示。

    如果你对于差分曼切斯特编码不甚了解的话,可以翻阅我的往期内容,旁边链接直达——计算机网络:四类数据编码技术(点击这里👈哦!)。

     

    IEEE 802.5 令牌环MAC子层:

    如下图所示,IEEE 802.5 有两种帧格式:令牌帧和数据帧。

    接入控制(Access Control,AC):用于MAC帧的控制描述,由四部分组成。

    • PPP是优先级比特,当一个站点想要发送优先级为n的数据帧时,必须捕获到优先级小于或者等于n的令牌才能发送。

    • T是令牌比特,T=0时表示该帧是令牌帧,T=1时表示该帧是数据帧。当一个站点想要发送数据并且捕获到一个令牌帧时,将T翻转为1,然后就丢弃令牌的结束字符,并把数据帧的第三个字节起的各字段都加上去,成为一个要发送的数据帧,这个过程被称为“截获令牌”。

    • M是监控比特,由监控站来检测那些未被发送站点撤销的数据帧。数据帧发送时令M=0;当数据帧第一次通过监控站时,监控站置M=1,;当数据帧第二次经过监控站时,监控站发现盖比特已经被置为1,说明环中出现异常,该数据帧未被发送站撤销,于是监控站将其从环中删除,避免数据永远在环上循环。

    • RRR是预约比特,当一个站点想要发送数据但是信道又很忙时,可以在数据帧通过的时候,将自己想要发送的帧的优先级写入到预约比特中去。当然,如果预约比特已经被其他站预约了更高优先级那就不能预约了。当一帧数据发送完之后,新产生的令牌就具有已预约的优先级。

    这里存在一个问题:这种预约机制使得令牌的优先级会逐渐提高,显然对于那些低优先级的帧是不公平的,有些低优先级的帧可能很长一段时间内都得不到发送。因此那些将优先级提升了的站点在发送完数据之后,还要负责将令牌的优先级降回到原先的级别,这有低优先级的站点就有机会发送数据帧了。

    帧控制(Frame Control,FC):

    • 前2比特表示帧的类型,00表示为MAC控制帧,01表示为数据帧,即数据字段为LLC子层传下来的LLC PDU;后面的6比特为控制帧的种类。

    • 控制帧中没有数据字段

    • 数据帧只发送给地址字段所表示的目的站点,而控制帧则发送给环上所有的站点

    数据(Data):字段长度没有下限值,但是上限值受到令牌轮转一圈的最大时间限制。(有上限无下限!)

    帧校验序列(FCS):作用范围是从FC字段到FCS字段。

    结束定界符(End Delimiter,ED):用于指示帧的结束。其中最后一位比特E为用于差错控制。当一个帧在发送时,置该比特为0,此后若任何一个站点在转发时通过FCS发现此帧出现错误,都将该比特置为1。当发送站点收回所发送的帧时,分析比特E以及随后的帧状态字节中的A和C比特,就此判断该帧的传送情况。

    帧状态(Frame State,FS):

    在这一字段中设置了2个A比特(地址识别比特)和2个C比特(帧复制比特),另外4个比特未作规定。但当一个发送数据帧之后,将A和C都置为0。当一个站点识别出来该帧的目的地址与本站点的地址相符合时,则将A置为1.若该接收站点已经将此帧复制下来,则将C置为1。当发送出去的数据帧最终又回到发送站点时,根据A和C比特 的状态信息就可以了解传送情况:

    1. A=0:目的站点不存在或者未加入到环路中。

    2. A=1且C=0:目的站位于环中,但是未接收该帧,可能是缓冲区容量不够或者其他原因。过一段时间再重试

    3. A=1且C=1:目的站点工作且成功接收该帧。

    A和C出现两次是为了增加可靠性,因为该字段不在帧校验的范围内。

     

    每一个站点获得令牌之后都会有一个令牌持有时间(Token Holding Time,THT),默认值为10ms,也可以设定为其他值。在发送完第一个帧之后,剩余的时间足够用来发送其他的帧的话,就进行相应的发送;当待发送数据帧全部发送完毕或者在发送另一帧将超过令牌持有时间时,站点就会重新产生一个令牌并且放入环中。(其实就是在持有环路使用权时尽可能的发送更多的数据,以提高效率。)

     

    令牌环的维护:

    令牌环网采用集中监控的方法对于环进行维护,环上有一个监控站负责网络的运行管理。环上的每一个站点都可以成为监控站(监控功能内置与每一个站中),但是任何时候环上只能有一个监控站。当原有监控站失效时,任何站发现环上没有监控站时,可以发送一个Claim-Token的控制帧,当该控制帧绕环一周并且发现没有其他站点发送此类控制帧时,该站点即成为新的监控站点;当出现冲突时采用高地址优先。

    监控站的功能:处理令牌丢失和环中断,检测并且清除环中的坏帧和孤儿帧(因发送站出现故障而未被取消的帧),以保证环的最小比特长度等。

    1. 为了检测令牌丢失,监控站利用一个计时器来统计环上无令牌的时间。正常情况下,无令牌的时间最大值=令牌持有时间x站数,超过该时间,监控站将环上的数据全部清除,然后产生一个新的令牌。

    2. 通过检查帧的格式以及计算帧的校验和,可以发现环上的坏帧;通过AC字段中M比特可以发现孤儿帧(因发送站出现故障而未被取消的帧)。发现坏帧和孤儿帧之后,同样先将环上的数据全部清除之后,然后产生一个新的令牌。

    3. 令牌帧的长度为24比特,因此环的比特长度至少必须达到24比特,方能容纳一个完整的令牌在其上面周游;当环的长度达不到24比特时,监控站就必须插入额外的延迟以满足环的最小长度

     

    令牌环的性能特点:

    最大的优点就是在重载时可以高效工作。整个网络不会有多个站点同时向网络发送数据,因此,令牌环不会因为冲突而降低效率。当每一个站点依次截获令牌并发送数据时,整个网络的工作情况和时分复用相似。

     

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    一个动画看懂网络原理之令牌环网的工作原理

    一、令牌环网的历史

    令牌环网络是1984年由IBM开发出,很长一段时间是IBM的网络标准,进入21世纪后这种网络比较少见。在老式的令牌环网中,数据传输速度为4Mbps或16Mbps,新型的快速令牌环网速度可达100Mbps。令牌环网的传输方法在物理上采用星型拓扑结构,但逻辑上仍是环型拓扑结构,可以称之为物理星型逻辑环型拓扑。

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    令牌环网

    二、令牌环网的工作原理及过程

    令牌环网的媒体接入控制机制采用的是分布式控制模式的循环方法。在令牌环网中有一个令牌(Token)沿着环形总线以逆时针方向在入网节点计算机间依次传递,令牌实际上是一个特殊格式的帧,本身并不包含信息,仅控制信道的使用,确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时,令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧,因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的,因此对所有入网计算机而言,访问权是公平的。

    令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用,即网中没有计算机在传送信息;“忙”表示令牌已被占用,即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌,将它置为“忙”的状态,然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后,数据被从网中除去,令牌被重新置为“闲”。

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    令牌环网的工作原理及过程

    三、令牌环网的缺点

    令牌环网的缺点是需要维护令牌,一旦失去令牌就无法工作,需要选择专门的节点监视和管理令牌。 由于以太网技术发展迅速,令牌网存在固有缺点,令牌在整个计算机局域网已不多见,原来提供令牌网设备的厂商多数也退出了市场,所以在局域网市场中令牌网可以说是“明日黄花”了。

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  • 局域网 以太网 令牌环网(一)

    万次阅读 2013-07-15 18:32:29
     从令牌环物理结构可以看出,组成令牌环网需要的主要部件包括:1、网卡;2、多站访 问单元(MAU);3、传输媒体;4、连接附件。   四、令牌环网的操作原理  令牌环网的操作原理可用图 3来说明。当环上的...
  • 以太网和令牌环网的区别

    千次阅读 2017-01-12 18:14:21
    摘自百度知道 以太网是这样通信的,每台电脑位于同一个主干中都可以... 令牌环网的结构是组成一个环形,环形的一圈是主机,主机中存在一个令牌,由一号机向下传,每个主机只有在自已有令牌时才能向主线路中发数据。
  • 以太网和令牌环网

    千次阅读 2018-04-23 16:16:48
    以太网Ethernet 、令牌环网、ATM网、FDDI网可以算作一类,按照传输技术来分类,属于OSI参考类型的数据链路层 以太网:就是指总线型网络,它的名字是从光学上得来的 (科学家幻想出一中叫以太的物质)网络中大家...
  • 令牌环网的结构是一个环形,环中存在一个令牌,令牌在环中循环依次传递,环中主机只有在自已拿到令牌时才能向主线路中发数据; 其使用IEEE 802.5标准 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)(光纤分布式数据接口...

空空如也

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令牌环网

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