第5章 环 网
目前常用的环网包括令牌环网和光纤分布式数据接口两种。
5.1 概述
1.以太网(10BASE5、10BASE2)的不足：
（1）不适应重负荷应用环境；
（2）无实时性能和优先权机制；
（3）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；
（4）共享型以太网的覆盖范围受限于冲突域，无法进一步拓展。
2.环网的优点：
（1）适应重负荷应用环境；
（2）具有实时性能和优先权机制；
（3）环网的媒体可以使用光纤；
（4）覆盖范围较大，可达数十公里。
5.2 令牌环网媒体访问技术
5.2.1 令牌环*作
（1）令牌环技术的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。
（2）当某站想发送帧时，必须等待直至收到空令牌才可发送。
（3）在轻负荷时，效率较低；
（4）在重负荷时，既公平又有效，各站按顺序发送。
5.2.2 MAC帧
1.帧格式
SD帧首定界符（1个8位位组）AC访问控制（1个8位位组）FC帧控制（1个8位位
组）DA目的地址2~6个8位位组）SA源地址2~6个8位位组）INFO 信息0或多个8位位组）FCS 帧检验序列
(4个8位位组）ED帧尾定界符（1个8位位组）FS帧状态（1个8位位组）帧首序列 I FCS作用范围 I 帧尾序列
2.令牌格式
SDACED
3.帧首定界符（SD）
JK0JK000
J—非数据，与发送的“0”、“1”不同的编码，
K—非数据，与发送的“0”、“1”不同的编码，
4.访问控制（AC）
PPPTMRRR
PPP—优先级比特，共有8级优先级。当某站发送优先级为n的帧时，它必须等待，直到截获了优先级比n小或者
等于n的空令牌，这九保证了高优先级的帧有更多的机会发送帧。为了避免各站将优先级抬高，
在将令牌提升的站，发送完数据后，必须将令牌减下来。
T—令牌比特：令牌时，T=0；传输帧时，T=1。
M—监控比特：令牌环的维护是一种集中式管理，由一个监控站来管理，用于防止持久的数据帧或令牌帧，
从令牌到帧时，M比特的数字转换。
在源站发出某帧时，，M=0，当一个帧第一次经过监控站时，M被置为1，当M=1的帧再次经过监控站时，
该帧即被清除。 保证环路的最小时延，令牌的长度为24字节，这就要求环路至少应能容纳24比特，如长度不够，
监控站就插入延时比特。
为了保证令牌的不丢失，每个监控站都设有一计时器，它设置为最长令牌持有时间，当在此时间内没有收到令牌时，
即判定令牌丢失，这时监控站收回环路上的数据（若有），并发出一个新令牌。
RRR—预留比特
5.帧控制（FC）
FFZZZZZZ
FF=01 LLC数据帧
FF=00 MAC控制帧
当FF=00 时，ZZZZZZ 指出的是MAC帧的类型
6.帧尾定界符（ED）
JK1 JK1IE
J—非数据
K—非数据
I—中间帧比特（I=1，后面还有帧；I=0，后面没有帧了）
E—差错检验比特，检测出错，将E置位。
7.帧状态（FS）
ACrrACrr
A—地址识别比特，识别出地址，将A置位，否则，将A不置位；
C—帧已复制比特，帧已复制，将C置位，否则，将C不置位；
r—预留比特，一般置为“0”。
由于帧状态在FCS之外，因此重复一次，进行检错。
8.地址字段（MAC）
（1）源地址字段中的第一个比特总是为“0”。
目的地址中的第一个比特置成“0”，表示一个单地址；
目的地址中的第一个比特置成“1”，表示一个组地址；
全“1”的组地址是对环上所有工作的站的广播地址。
（2）对于48比特的地址字段，将其源和目的地址字段中的第2个比特置为“0”，
表示是一全局管
理地址；
置为“1”，表示局部管理地址；
16比特地址：
15bit
I/G
16比特局部管理格式：
7bit环编号8bit站编号
I/G
48比特地址：
46bit地址
I/G U/L
48比特局部管理格式：
14bit环编号32bit站编号
I/G U/L
注意：令牌环规定使用屏蔽双绞线。
5.2.3 MAC基本*作
（1）一个站要发送，要等到令牌经过，它由AC字段中的令牌比特置为“0”来表明空令牌，
被捕获得令牌的ED字段被该站吸收和丢弃；
（2）然后将其他都接在后面发送；
（3）该站可以连续地发送直到无数据或到令牌计时器满为止。（将ED字段中的I置为“1”）。
各站的情况：
每个站引入一比特的时延，
每个站都对通过帧进行差错检查，如果出错，就将ED字段中的E置位
每个站检测目的地址，如果是本站地址，就将A比特置“1“；
如果该站有足够的空间，就复制该帧，并将C比特置“1”。
源站能区别以下三种情况：
（1）目的站不存在/未被复制；
（2）目的站存在但帧未被复制；
（3）帧已被目的站复制。
发出帧的站应该将该帧从环上清除。
如果报告有错，MAC并不再重传，这是LLC层协议的职责。
5.3 差分曼彻斯特码
标准规定使用的数据速率是：4Mbps或16Mbps，采用曼彻斯特编码，编码规则为：“0”
为比特时间开始和中间均跳变，“1”只在比特中间跳变。
J——比特开始时没有跳变，
K——比特开始时有跳变。
5.4 FDDI网媒体访问控制技术
5.4.1 FDDI 标准的范围
FDDI 标准的包含了MAC子层和物理层。标准分为四部分：
（1）媒体访问控制（MAC）
（2）物理层协议（PHY）
（3）物理媒体相关子层（PMD）
（4）层管理（LMT）
5.4.2 令牌环*作
注意：令牌环网与FDDI存在的差别:
（1）FDDI并不是通过改变一个比特来抓住令牌的;
（2）FDDI在一个站完成其帧发送后,即使尚未开始收到它发送的帧,也立即送出一新令牌.在环上可以有多个帧。
5.4.3 MAC帧
注意：对于FDDI的MAC实体间交换是以符号为单位的，每一符号对应4比特。这是因为FDDI是
采用4B/5B的方式进行信息交换的。
1.FDDI的帧格式
（1）帧格式
PA前导码（16或更多个符号）SD帧首定界符（2个符号）FC帧控制（2个符号）
DA目的地址（4或12个符号）SA源地址（4或12个符号）INFO 信息0或更多个符号对）FCS
帧检验序列 ED帧尾定界符（1个符号）FS帧状态（3或更多个符号）
帧首序列 FCS作用范围 帧尾序列
（2）令牌格式
PASDFCED
（3）帧首定界符（SD）
J K
J—非数据（1个符号）
K—非数据（1个符号）
（4）帧控制（FC）
CLFFZZZZ
C—类别比特
L—地址长度比特
FF—格式比特
ZZZZ —控制比特
（5）帧尾定界符（ED）
T
T—终止符号
（6）令牌尾定界符（ED）
TT
T—终止符号
注意：帧尾定界符（ED）与令牌尾定界符（ED）的区别。
（7）帧状态（FS）
E A C
R/SR/SR/SR/SR/SR/ST
A—地址识别符
C—帧已复制符
E—检测到差错
注意：
Ø如果附加的符号为奇数个，结尾用一个“T”结束；使总长度为8比特的整数倍.
Ø如果附加的符号为偶数个，结尾用两个“T”结束。使总长度为8比特的整数倍.
（8）地址字段
（1）源地址字段中的第一个比特总是为“0”。
目的地址中的第一个比特置成“0”，表示一个单地址；
目的地址中的第一个比特置成“1”，表示一个组地址；
全“1”的组地址是对环上所有工作的站的广播地址。
（2）对于48比特的地址字段，将其源和目的地址字段中的第2个比特置为“0”，表示全局管理地址；
置为“1”，表示局部管理地址；
16比特地址：
15bit
I/G
48比特地址：
46bit地址
I/G U/L
I/G=0 单地址
I/G=1 组地址
U/L=0 全局管理地址；
U/L=1 局部管理地址。
FDDI帧的类型：详见P。73（由FC字段确定的各种类型）
各字段的说明:
1.前导码(PA):用来使帧与每一站的时钟建立同步,帧的始发为16个空闲符号,后继的转
发站可以改变字段的长度以与时钟同步.
2.帧首定界符(SD):表示一帧的开始.
3.帧控制(FC):
C——指明是同步还是异步；C=1，同步，C=0异步。
L——指明地址是16比特还是48比特；
FF——指明是LLC帧还是MAC帧，在MAC帧中，ZZZZ表示帧的形式；
4.目的地址(DA)
5.源地址（SA）
6.信息：0~n
7.帧检验序列（FCS）
8.帧尾定界符（ED）
9.帧状态（FS）
（1）E——检测到差错
（2）A——地址被识别
（3）C——帧以被识别
其中：R——表示断或假；
S——表示通或真。
如果附加的符号为奇数个，则FS以一个T结束。
FS字段还包括附加的控制字符。
*FDDI的类型 （P。73）
5.4.4 基本*作
1.一个站要发送，要等到令牌经过，它由FC字段中的FF比特置为“00“和ZZZZ比特置为“0000”来表明；
2.该站在重复整个FC字段前，将令牌从环上吸收掉，以此来抓住令牌。
3.然后将其他都接在后面发送；
4.该站可以连续地发送直到无数据或到令牌计时器满为止。
*各站的情况：
每个站引入一比特的时延，作为检查、复制或者改变一比特所需的时间。
每个站都对通过的帧进行差错检查，如果出错，就将ED字段中的E置位；
每个站检测目的地址，如果是本站地址，就将A比特置“1“，还可将该帧复制下来，并将C比特置“1”。
如果该站有足够的空间，就复制该帧，并将C比特置“1”。
*源站能区别以下三种情况：
Ø目的站不存在/未被复制；
Ø目的站存在/未被复制；
Ø帧已被目的站复制。
*发出帧的站应该将该帧从环上清除。
每个发送帧当其回到源站时都被该站吸收。通过检查帧尾序列中的状态指示符（E、A、C）来确定传输的结果。
如果报告有错，MAC并不再重传，这是LLC层协议的职责。
5.5 FDDI网物理层
5.5.1 数据编码
几种常用的数字到模拟的编码技术
ØASK
ØFSK
ØPSK
为了提取定时时钟，需对脉冲进行编码。（如将数据进行曼彻斯特编码，但效率不高。）
FDDI使用4B/5B编码
FDDI的编码方案如下：
（1）不采用简单的强度调制编码（用有无载波来确定），因同步信号难于提取；
（2）FDDI采用两级编码的方式，第一级选用4B/5B码，效率高，并保证出现跃变；
（3）第二级编码，将4B/5B码进一步编成NRZI（非立即归零码），改善接收的可靠性；NRZI（非立即归零码）为差分编码。
（4）NRZI（非立即归零码）的编码规则：“1”用跃变表示，“0”则不跃变。
（5）4B/5B码的选择基于这样一个保证，采用NRZI（非立即归零码），在一行中不允许出现多于3个“0”的情况，提供同步信息。
（6）关于4B/5B码：除0~15数字外，其他的码还可代表其他意义，见P。75。
5.5.2 物理层中与媒体相关的部分
1．标准中含有加强可靠性的技术规范，为以下三项技术：
Ø站旁路：对故障站旁路；
Ø布线集中器：用于星型布线中；
Ø双环：使网络自动恢复。
2．关于光源与光纤
Ø光源：可以为激光器和发光二极管；
Ø光纤：用光纤直径与围绕纤芯包层的外径来确定。
62.5/125、85/125 一般用这种。
50/125、100/140
3．站的分类
ØA站：同时连接主环和副环的站；
ØB站：只连接主环的站。
令牌环网组网技术
5.5.3 令牌环网基本组成
5.5.4 星—环形组网结构
5.5.5 交换型令牌环网
FDDI网组网技术
5.5.6 应用领域
Ø后端局域网：连接主服务器和大容量存储设备；
Ø高速办公室网：他们要求从低速到高速的数据传输；
Ø主干局域网：用一个大容量的局域网连接若干各集中器或交换器。
5．7．2 FDDI组网技术要点
星—环形拓扑结构
（1）单连接站和双连接站A、B站的结合
（2）园区主干网将集中器、交换器、服务器、网桥等按需要进行连接。
（30CDDI（TPDDI）
在不易用光缆连接的地方，用双绞线连接。
光缆口往往用作集中器之间的远距离连接，而双绞线用作近距离连接。