令牌环访问控制和IEEE802.5标准.ppt

数据通信与计算机网络（第二版）电子教案,第十三讲 令牌环访问控制和IEEE802.5标准,本讲内容,第四章 局域网 4.3 令牌环访问控制和IEEE 802.5标准 4.3.1 令牌环概述 4.3.2 令牌环媒体访问控制协议 优先级机制 4.3.3 IEEE 802.5标准,4.3.1 令牌环概述,令牌环控制技术最早于1969年在贝尔实验室研制的Newhall环上采用 IEEE802采纳了令牌环技术作为局域网介质访问方法的一个标准，即IEEE 802.5标准 环并不是真正的广播介质，而是单个的点到点的连接组合在一起形成了一个圆环。,4.3.1 令牌环概述,设计分析中的主要论题：“一位”的物理长度： CR Mb/s ，意味着 发送一位 一般而言信号传播速度为 ,环中一位物理长度为 当C1Mb/s，环周长 L1000m时 同一时刻只能有5位在环上,4.3.1 令牌环概述,每位到达接口后，先复制一位到缓冲区，再重新输出到环上，在输出到环上之前，这一个比特在缓冲区被检查，并有可能被更改。 这个过程造成了在接口处的1个比特（位）的延迟。,4.3.1 令牌环概述,当C2Mb/s，环周长 L5000m，信号传播速度5s/km，有50个活动的站点时，同一时刻有多少b在环上？,4.3.1 令牌环概述,当C2Mb/s，环周长 L5000m，信号传播速度5s/km，有50个活动的站点时，同一时刻有多少b在环上？ 1/R = 0.5s 发送 1b 5s/km 5km25 s 站点延迟，1b 50个站点 50b 答案：同一时刻有100b在环上,25 s可以发送50b,4.3.1 令牌环概述,接口,站,令牌环网络接口之间通过点到点线路连接而成。帧沿某一固定的方向绕环传递，每个站点从它的上游邻居接收帧，然后转发给下游邻居站点。 (顺时针 / 逆时针),4.3.1 令牌环概述,采用环拓扑，环被看作一个单一的共享媒体，所以他也具有和以太网类似的两个特点: 1）首先它包括了一个分布的媒体访问协议来控制站点的传输 2）其次所有站点都会收到任一站点发送的帧，只有目的地址相符的站点会把帧拷贝下来。,4.3.1 令牌环概述,令牌 在令牌环中，当多有站点都空闲时（没有数据需要发送），有一种特殊的位格式（令牌）总在绕环运行 当需要发送时，必须抓住令牌，并且将令牌从环中删除，之后再开始发送数据，当发送完数据后，由这个站点产生一个新的令牌。,4.3.1 令牌环概述,环网的问题之一是如果某处电缆断裂，则整个环都无法工作。这个问题可通过线路中心（wire center）来很好地解决。,4.3.1 令牌环概述,4.3.1 令牌环概述,这个线路中心有四个 接头，连接了四个站 点，其间的旁路中继 器由各个站点供电,接头,站点,旁路中继器,4.3.1 令牌环概述,当故障发生时，没有 了驱动电流，旁路中 继器释放，将这个站 点旁路,4.3.1 令牌环概述,当故障发生时，没有 了驱动电流，旁路中 继器释放，将这个站 点旁路,本讲内容,第四章 局域网 4.3 令牌环访问控制和IEEE 802.5标准 4.3.1 令牌环概述 4.3.2 令牌环媒体访问控制协议 优先级机制 4.3.3 IEEE 802.5标准,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,令牌环设计中隐含的问题： 当环中所有站点空闲时，环本身必须有足够的时延来容纳一个完整令牌在环中流通。 时延组成：每站中确定的一位时延 信号传播时延 对于这一位确定的在站点中的时延，如果站点关闭时可以通过旁路使得站点的关闭对环不造成影响，但是时延呢，同样必须去掉，谁来做？监控站点来完成,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,当环上无信息传输时，令牌就不停地在环网上转，等待站点将其抓获。 需要传输数据的站点，抓住令牌后，将令牌中的某个特定位由0变为1，将令牌改造成一个数据帧的起始序列。得到令牌后，填写并发送组成数据帧的余下字段部分。,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,通常情况下，发送的帧的第一位将在整个帧发送完毕之前就历遍了整个环回到发送站点（很短的帧也必须很长的环容纳） 正在发送的站点想继续发送必须把环内内容吸光。 一个站点可在令牌持有时间THT内拥有令牌 通常为10ms 发送完毕或超过THT，站点将产生一个新令牌,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,站点的令牌持有时间（THT） 令牌轮转时间TRT：令牌环绕一周传递的时间,环接口有两种操作模式：侦听模式 发送模式 侦听模式中，站点接收到的比特流以一位的时延复制并输出 发送模式，当站点抓住令牌后进入这种模式，在这个模式下，该站点将自己的数据输出到环上 为了在一位的时间内从侦听模式切换到发 送模式，接口通常在缓冲区保留一帧或多帧 而不是临时从站点里去抓令牌来组装成帧,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,令牌环中还提供了一种帧的递交的确认机制，它是利用令牌环的帧中的帧状态字段的A（访问）与C（拷贝）两个比特 发送初始A、C都置于0，当该帧通过目的站点时，A置1；目的站点的接口复制该帧，则C置1 接受站点的接口缺乏缓冲区时，即使到达站点，C也不会置1 A0，C0：目的站点不存在或者未加电 A1，C0：目的站点存在但帧未被接收 A1，C1：目的站点存在且帧被复制。 A0，C1：这种组合是无意义的,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,自动确认机制,C为0时，发送站点稍后重发,轻负载下，因站点必须等待令牌而使得利用率有所降低 在重负载下，却是高效、公平的,4.3.2 令牌环媒体访问控制协议,优先级机制,802.5提供优先级机制 在令牌和数据帧中包含两个字段： 优先级字段(3位) 预约字段(3位) 提供8种优先级 环中的令牌有一定的优先级n 每个发送的帧都被分配一个优先级,优先级机制,当站点要发送的数据帧的优先级高于或等于当前令牌的优先级时才能抓住令牌 例如：站点A想发送一个优先级为n的数据帧， 发现这时经过自己，正在环上发送的数据帧的 预约字段比n低，将这个数据帧的预约字段置 为n，表示预约优先级n的令牌（如果原预约字 段比n高，这个站点将无动作），持有令牌的 站点发送完毕后产生优先级为n的令牌,优先级机制,定义以下变量： Pf=站点要发送的帧的优先级 Ps=服务优先级即当前令牌的优先级 Pr=本站点接收的最后一个令牌的Ps值 Rs=当前令牌的预定字段的值 Rr=在最近一次令牌轮转中本站点接收到的所有帧中的最大预约字段取值,优先级机制的基本规则如下： 欲传输的站点必须等待一个RsPf的令牌 等待时，站点可以为将来预约一个优先级为Pf的令牌。如果一个数据帧经过且其预约字段比站点的优先级低(RsPf)，此站点可以将这个数据帧的预约字段置为站点的优先级(RsPf)。如果经过的是一个令牌且Rs Pf，Pf Ps，站点将令牌的预约字段置为站点的优先级(Rs Pf)。这样可以比任何其他低优先级数据首先占据预约机会。,优先级机制,3. 当一个站点获得令牌后，它将令牌位置为1，并开始一个数据帧，且将此数据帧的预约字段清0，而优先字段不改变(仍旧保持与收到的令牌优先字段一样). 4. 当传输完一个或多个帧后，站点发出一个新令牌，其优先字段和预约字段的设置如表4.6所示。,优先级机制,早释令牌,早释令牌(ERT)允许一个站点完成传输后马上释放令牌，而不管此时帧的头部是否已经回来了。 当环网上有很多短帧时，ERT会导致高优先级的访问延迟增加。,令牌环维护,令牌环网的主要缺点:需要对令牌进行维护 必须选一个站点作为环上的监控站点来总管全环 当一个站点被选取为监控站后，它完成如下维护功能： 1）确保令牌不被丢失； 2）在环断开时采取行动； 3）当有混淆的帧出现时清除环中坏帧； 4）查看是否有无主帧出现。 监控站无法做到的维护功能：确定环断点的位置,本讲内容,第四章 局域网 4.3 令牌环访问控制和IEEE 802.5标准 4.3.1 令牌环概述 4.3.2 令牌环媒体访问控制协议 优先级机制 4.3.3 IEEE 802.5标准,4.3.3 IEEE 802.5标准,802.5标准提供多种数据速率（4Mbps、16Mbps),和多种传输媒体(屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线、光纤) IEEE 802.5 LAN的帧格式,起始定界符(SD)：指示帧的开始。 访问控制(AC)：PPPTMRRR，PPP和RRR分别是3位的优先级和预约优先级，M是监督位；T表明此帧是数据帧还是令牌 帧控制(FC)：提示此帧是否一个LLC数据帧 目的地址(DA)、源地址(SA)、数据单元(Data Unit)、帧检验序列(FCS) 结束定界符(ED)：包括错误检测位(E)，如果任一转发站发现错误则置此位。 帧状态(FS):包含地址辩认位(A)和帧拷贝位(C)，它们均为双份以提供冗余检测。,考过的题目： 已知有1个1Mbps速率的令牌环长度为1000 米，上有20个站点，问同时存在环上的位 数有几位？（提示：线路传播延迟5s/km 每个站点延迟1位）,作业： P184 4.11在一个4Mb/s的令牌环中，令牌持有时间为10ms，可在环上发送的最大帧长是多长？（补充问题：要达到这个帧长，环周长至少需要多少米？） 4.13一个1km长、10Mb/s的令牌环，传播速度为200m/s,在环上有50个等距站点、数据帧为256位，包括32位额外开销。确认帧在数据帧中，基本上说没有确认帧、令牌为8位（补充问题：令牌持有时间至少是多少？） 这个环的有效数据传输率是多少？ 4.20,