令牌环和IEEE 802.5

令牌环和IEEE 802.5

背景

令牌环网是由IBM于1970年代开发的，现在它仍然是IBM主要的局域网技术，IEEE 802.5几乎和令牌环网标准完全一样或完全兼容。实际上这个标准就是根据令牌环制订的。令牌环这个词通常表示IBM的令牌环网和IEEE 802.5标准。本文就主要说明这两个东西（实际上我看是一个东西）。这两个东西是完全兼容的，虽然在一些微小的地方上还有所不同。IBM的令牌环指的是星型结构，所有的计算机都连接到一个MSAU的设备上。而IEEE 802.5未说明拓朴结构，但几乎所有对IEEE 802.5的实现都是基于星型结构的。另外，IEEE 802.5未指定介质类型，而IBM令牌环则使用双绞线。下表中还有一些不同。

	IBM令牌环	IEEE 802.5
传输速率	4Mbps或16Mbps	4Mbps或16Mbps
每网段计算机数	STP时260台，UTP时72台	250
拓朴结构	星型	未指定
传输介质	双绞线	未指定
信号	基带	基带
访问方法	令牌传送	令牌传送
编码	差量曼彻斯特制	差量曼彻斯特制

物理连接

IBM令牌环网计算机直接连接到MSAU上，MSAU组成一个大环，连接计算机与MSAU的电缆称为lobe cable，连接MSAU与相邻MSAU的电缆称为patch cable。

物理连接

令牌环内部操作

令牌传送网络内部传送一个小小的帧，称为令牌，有这个令牌的才能权利传送数据，如果一个结点（计算机）接到令牌但是没有数据传送，则把令牌传送到下一个结点（计算机）。每个结点（计算机）能够保留令牌的时间是有限制的。如果结点确实有数据要发送，它获得令牌，修改令牌中的一位，把令牌作为一个帧的开始部分，然后把数据（和目的地址）放在令牌后面传送到下一个结点，下一个结点看到令牌上被标记的那一位就明白现在有人在用令牌，自己不能用，使用令牌使得有数据传送的结点在没有令牌时除了等待什么也不能做，这就避免了冲突。令牌带着数据在环网上传送，直到到达目的结点，目的结点发现目的地址和自己的地址相同，将把帧中的数据复制下来，并在数据帧上作好标记说明此帧已经被读过了。这个令牌继续在网上传送，直到回到发送结点，发送结点删除数据，并检查相应的位，看数据是否被目的结点接收并复制。与以太网不同，令牌环中的等待时间是有限的，而且是决定好的了，这对于一些要求可靠性和需要保证响应时间的网络来说至关重要。工厂自动化系统就是一个例子。

优先级系统

令牌环有一个复杂的优先级系统，可以让用户指定的结点经常发送数据，令牌环帧中有两个域用于控制优先级：优先级域和保留域。只有当结点的优先级大于等于令牌中的优先级时能才取得令牌发送数据。在形成数据帧以后，只有高于令牌优先级的结点能够使令牌在下一个循环中一定到自己的手中。在下一个令牌产生时，它的优先级高于本站的优先级。在数据传输完成后，被抬高的优先级必须返回原优先级。

差错管理机制

令牌环网络采用一些措施防止和修正网络错误。在网络中的一个结点可以做为活动监视器，它可以是网络中的任何一个结点，它监视网络性能和其它结点的动作。其中一项工作就是把持续在网上循环的帧删除，有些机器在发送完数据帧后失败了，那这个帧就成了没娘的孩子在网上乱转，这会使其它结点无法发送数据，因此必须把这个帧收回，并重要产生令牌，这任务就是活动监视器的工作了。

因为采取星型结点，所以网络从结构上来说也是安全的。可以选择活动的MSAU，让它监视其它的MSAU，如果其它的MSAU出了问题，就把它们从环中分离出去。在令牌环中有一个错误检测机制称为烽火检测，它用于修复特定的网络错误。当一个结点检测到网络有严重问题时，它可以发送烽火帧，帧中定义了失败域，这个域包括报告失败的结点，和最近的活动上级邻居（NAUN），以及NAUN和它之间的所有设备。烽火过程启动称为自动重新配置的过程，这一过程中，所有在失败域中的结点执行诊断程序，以重新配置网络命使网络重新形成环，绕过失败区域。物理上，MSAU可以完成这一任务。

帧格式

令牌环和IEEE 802.5支持两种帧格式：令牌帧和数据/命令帧。令牌为3字节，包括开始标记，访问位和结束标记；数据/命令帧因信息域的不同而大小不一，数据帧为上层协议传送数据，而命令帧则传送控制命令，并没有包括提供给上层协议的数据，格式如下图所示：

帧格式

令牌帧的就三个域，它们的意义如下：

开始标记	通知每个结点，有帧来了
访问控制	它由高三位的优先级域，低三位的保留域，还有一位令牌标记位（和数据/命令帧区别）和一位监视位（供活动监视器确定此帧的发送者是不是失败）组成。
结束标记	通知每个结点，帧结束了，它还包括一些指示位指示损坏的帧或是逻辑序列中的最后一帧

数据/命令帧的格式意义如下表：

开始标记	通知每个结点，有帧来了
访问控制	它由高三位的优先级域，低三位的保留域，还有一位令牌标记位（和数据/命令帧区别）和一位监视位（供活动监视器确定此帧的发送者是不是失败）组成。
帧控制	指出帧包括的是数据还是控制信息，在控制帧中，此帧表示控制信息的类型
目的和源地址	两个6字节地址域指出了源地址和目的地址
数据	此域的长度受限于结点保存令牌的最长时间
帧校验序列（FCS）	由源结点根据数据内容计算得到，目的结点根据内容再进行计算以决定帧内数据是否正确，如果不正确，目的结点抛弃此帧
结束标记	通知每个结点，帧结束了，它还包括一些指示位指示损坏的帧或是逻辑序列中的最后一帧
帧状态	结束命令/数据帧的一位数据，它包括地址识别标记和帧复制标记

网络拓朴结构介绍