9.1.6　其他类型局域网

当前局域网主要采用以太网和WLAN。关于局域网类型，还出现过令牌总线网络、令牌环网、FDDI网络，现如今此三种网络很少提及，已被淘汰，这里我们仅作简单了解。

1．令牌总线

IEEE 802.4规定了令牌总线访问控制。令牌总线媒体访问控制是将局域网物理总线上的站点构成一个逻辑环，每个站点都在一个有序序列中被指定一个逻辑位置，序列中最后一个站点的后面又跟着第一个站点。每个站点都知道在它之前的前驱和在它之后的后继站的标识，如图9-17所示。

图9-17　令牌总线媒体访问控制

从图9-17中可以看出，在物理结构上它是一个总线结构局域网，但在逻辑结构上，又成了一个环形结构的局域网。和令牌环网一样，站点只有得到令牌后才能发送帧，而令牌在逻辑环上依次（A→B→C→D→E→A）循环传递。因为在任一时刻都只有一个站掌握令牌，故不会发生冲突。

在正常运行时，当站点做完该做的工作或者时间终了时，它将令牌传递给逻辑序列中的下一个站点。从逻辑上看，令牌是按地址的递减顺序传送到下一个站点的，但从物理上看，带有目的地址的令牌帧广播到总线上所有的站点，当目的地址识别出符合它的地址，即把该令牌帧接收。总线上站点的实际顺序和逻辑顺序并没有对应关系。

（1）令牌总线的主要操作

下面，结合图9-17来说明令牌传递配置的部分操作。T0时刻，站A传出令牌，现在的序列中它的后继是站B，所以站A发出的令牌的目的地址是站B；T1时刻，这个令牌被网络上所有站点看到，除了与目的站点地址符合的站B，它被所有的站点忽略。一旦站B获得令牌，它就可以自由地发送数据帧。T2时刻，它向站F发送一个数据帧。注意，站F并不一定要成为逻辑环中的成员才能接收帧；但是，逻辑环以外的成员不能自己发起传输。T3时刻，站B完成了自己的传输，它将令牌传递给逻辑环中的后继站点。

令牌总线的主要操作如下。

①初始化。如果LAN刚刚开始运行或者令牌丢失了，整个网络会因为没有令牌而不能运转。当一个或多个站点在比超时值更长的时间被没有检测到任何活动，便会触发环初始化操作。初始化的操作是一个争用的过程，争用的结果只有一个站得到令牌，其他的站点用站插入算法插入。

②插入环。必须周期性地给未加入环的站点以机会，将它们插到逻辑环的适当位置中。如果同时有几个站点要插入，可以采用带有响应窗口的争用处理算法。

③退出环。如果一个站点想要退出环，它只要在令牌传到它手上时，向它的前驱发出一个包括后继地址的后继帧。这会使前驱站点更新其后继站点。然后再将令牌传给它的后继站。在令牌的下一次轮转中，退出站点的前任将会把令牌传给退出站点的后继站点。收到令牌的站点将其前驱更新为传给它令牌的那个站点的MAC地址，这样退出的站点就被排除在环外了。

④故障处理。网络可能出现错误，这包括令牌丢失引起断环、地址重复、产生多令牌等。网络都需要对这些故障做出相应的处理。

（2）令牌总线的特点

·由于只有收到令牌帧的站点才能将信息帧送到总线上，所以令牌总线不可能产生冲突，因此也没有最短帧长度的要求。

·由于每个站点接收到令牌的过程是依次序进行的，因此对所有站点都有公平的访问权。

·由于每个站点发送的最大长度可以加以限制，所以每个站点传输之前必须等待的时间总量总是“确定”的。

（3）令牌总线的MAC帧格式

令牌总线的MAC帧格式如图9-18所示。

图9-18　令牌总线的MAC帧格式

帧校验序列FCS使用32位的CRC码，校验范围为SD与ED之间的帧内容。数据字段包括LLC协议数单元、MAC管理数据和用于MAC控制帧的数据三类。在SD和ED之间的字节数应少于8191。另外，还有异常终止序列格式，仅由SD和ED两个字节组成。

（4）令牌传递算法的步骤

令牌传递算法的步骤如下。

①Ts站在发送完整个数帧后，发出带有地址DA=Ns的令牌传递给下一个站，DA为目的地址。Ts站监听总线，若监测到的信息为有效帧，则传递令牌成功。

②若Ts站未监测到总线上的有效帧，且已超时，则重复前一步骤。

③此后若Ts站仍未监测到有效帧，即第二次令牌传递仍然失败，则原发送站判定后继站有故障，就发送“Who Follows”MAC控制帧，并将它的后继地址Ns放在数据字段中。所有站与该地址相比较，若某站的前趋站是发送站的后继站，则该站发送一个“Set Successor”MAC控制帧来响应“Who Follows”帧，在“Set Successor”帧中带有该站的地址，于是该站点取得令牌。如此，便将故障的站点排除在逻辑环之外，建立了一个新的连环次序。然后返回第①步。

④如Ts站未监听到响应“Who Follows”控制帧的“Set Successor”帧，则重复第③步，再发“Who Follows”帧。

⑤如果第二次“Who Follows”帧发出后，仍得不到响应，则该站就尝试另一策略来重建逻辑环，即再发送请求后继站“Solicit Successor2”MAC控制帧，并将本站地址作为DA和SA放入控制帧内，询问环中哪一个站要响应它。收到该询问请求后就会有站点响应。然后，使用响应窗口处理算法来重新建立逻辑环。最后返回第①步。

⑥如果发送“Solicit Successor2”控制帧后仍无响应，则断定发生发故障。此时，就需要维护逻辑环，使其重新正常工作。

2．令牌环

IEEE 802.5规定了令牌环访问控制，令牌环用于环形拓扑的局域网。

（1）令牌环的结构

令牌环在物理上是一个由一系列环接口和这些接口间的点到点链路构成的闭合环路，各站点通过环接口连接到网上。对媒体具有访问权的某个发送站点，通过环接口链路将数据帧串行发送到环上；其余各个站点边从各自的环接口链路逐位接收数据帧，同时通过环接口链路再生、转发出去，使数据帧在环上从一个站点至下一个站点环行，所寻址的目的站点在数据帧经过时读取信息；最后数据帧环绕一周返回发送站点，并由发送站撤除所发送的数据帧。

由点到点链路构成的环路虽然不是真正意义上的广播媒体，但环上运行的数据帧仍能被所有的站点接收到，而且任何时刻仅允许一个站点发送数据。因此同样存在发送权竞争问题。为了解决竞争，可以使用一个称为令牌的特殊位模式，使其沿着环路循环。规定只有获得令牌的站点才有权发送数据帧，完成数据发送后立即释放令牌以供其他站点使用。由于环路上只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个站点发送数据，不会产生冲突。而且令牌环上各个站点均有相同的机会公平地获取令牌。

（2）令牌环的操作过程

令牌环的操作过程如下所述。

①网络空闲时，只有一个令牌在环路上绕行。令牌是一个特殊的位模式，其中包含一位“令牌/数据帧”标志位，标志位为“0”表示该令牌为可用空令牌，标志位为“1”表示有站点正在占用令牌在发送数据帧。

②当有一个站点要发送数据时，必须等待并获得一个令牌，将令牌的标志位置为“1”，随后便可发送数据。

③环路中的每个站点边转发数据，边检查数据帧中的目的地址，若为本站点地址，便读取其中的数据。并设置相应的标识位，说明数据已经被接收。

④数据帧环绕一周返回时，发送站将其从环路上撤销。同时根据返回的有关信息确定所传数据有无出错。若有错则重发存于缓冲区的待确认帧。否则释放缓冲区中的待确认帧。

⑤发送站点完成数据发送后，重新产生一个令牌传至下一个站点，以便其他站点获得发送数据的许可权。

（3）令牌环MAC帧格式

IEEE 802.5令牌环的MAC帧有两种基本格式为令牌帧和数据帧，如图9-19所示。

图9-19　令牌环MAC帧格式

1）SD和ED

令牌帧和数据帧都有一对起始定界符SD和结束定界符ED用于确定帧的边界，它们中各有4位采用曼彻斯特编码中不使用的违法码（“高—高”电平对和“低—低”电平对），以实现数据的透明传输。

2）AC

访问控制（Access Control，AC）字段的格式如图9-20所示。

·T为令牌/数据标志，该位为“0”表示令牌，为“1”表示数据帧。当某个站点要发送数据并获得一个令牌后，将AC字段的T位置“1”。此时SD、AC字段就作为数据帧的头部，随后便可发送数据帧的其余部分了。

·M为监控位，用于检测环路上是否存在持续循环的数据帧。

·PPP为优先级编码，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，这就保证了高优先级的帧有更多的机会发送帧。

·RRR为预约编码，当某个站点要发送数据而信道不空时，可以在转发其他站点数据帧时将自己的优先级编码填入RRR中，待该数据发送完毕，产生的令牌便具有了预约的优先级。若RRR已经被其他站点预约了更高的优先级，则不可再预约。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。这就使优先级较低的站点也有发送数据帧的机会。

3）帧控制字段FC

帧控制字段的前两位标志帧的类型。

·“01”表示为一般信息帧，即其中的数据是上层提交的LLC帧。

·“00”表示MAC控制帧，此时其后的6位用以区分控制帧的类型。信息帧只发送给地址字段所指示的目的站点，控制帧则发送给所有的站点。控制帧中不含数据字段。

4）帧状态字段格式如图9-21所示。

图9-20　访问控制字段格式

图9-21　帧状态字段格式

字段设置了A、C两位，其余4位没有定义。A位为地址识别位，发送站发送数据帧时将该位置“0”，接收站确认目的地址与本站相符后将该位置“1”。C为帧复制位，发送站发送数据帧时将该位置“0”，接收站接收数据时将该位置“1”。当数据帧返回发送站时，A、C位作为应答信号使发送站了解数据的发送情况。若返回AC=11，表示接收站已经收到并复制了数据帧；若AC=00，表示接收站不存在（目的地址错误或接收站不工作），此时不必再重发；若AC=10，表示接收站存在，但由于缓冲区不够或其他原因未接收数据帧，可等待一段时间后再重发。

3．光纤分布式数据接口

FDDI采用了与令牌环类似的环形结构，通过光纤将多个节点环接起来，环上的节点依次获得对环路的访问权。为了提高可靠性，并获得较高的数据传输速率，FDDI采用了双环结构，两个环路一个按顺时针方向、一个按逆时针方向传输信息，同时工作，互为备份。在实际应用中，经常将一个环作为主环，用于在正常工作时的数据传输；另一个环作为冗余的副环，在主环故障或者节点故障时形成新的环路以支持正常的工作。FDDI的数据传输速率可达l00Mbit/s。采用多模光纤时，两个节点最大距离为2km，支持500个站点，整个环长200km，若使用双环，每个环最大距离为100km。

（1）MAC层协议

FDDI中令牌和帧的格式如图9-22所示。

图9-22　FDDI令牌格式和帧格式

·前导码：用以在收发双方间实现时钟的同步。

·SD：起始定界符，1Byte。

·FC：帧控制字段，1Byte。其格式为“CLFFZZZZ”。C表示是同步帧还是异步帧；L表示使用16位地址还是48位地址；FF表示是数据帧（LLC帧）还是MAC控制帧；最后几位表示控制帧的类型。

·目的地址和源地址字段：可以是2字节或6字节地址。

·数据：用于装载LLC数据或与控制操作有关的信息。FDDI标准规定最大帧长为4500Byte。

·FCS：帧校验序列。4Byte。

·ED：结束定界符。对令牌帧来说，为2个MAC控制符号（8bit）。其他帧则仅为一个MAC控制符号（即4bit）。

·FS：帧状态字段。用于返回地址识别、数据差错及数据复制等状态，每种状态用一个4比特MAC控制符号来表示。

由此可见，FDDI的MAC帧和令牌环的MAC帧十分相似，不同之处是FDDI帧含有前导码，这对高数据传输速率下时钟同步十分重要。允许在网络内使用16位和48位地址，比令牌环更灵活。它们的令牌帧也不同，FDDI没有优先位和预约位，它用别的方法分配容量。

虽然FDDI和令牌环都采用令牌传递的协议，但两者还是存在着一个重要的差别，即FDDI协议规定发送站发送完数据帧后，立即释放令牌，因此在所发帧尚未返回源节点时，相邻的节点可能掌握令牌，发送数据。换言之，在任一时刻，环中允许有多个数据帧被传输。而在令牌环中，仅在所发帧返回源节点之后，该节点才释放令牌，即在任一时刻.环中只有一个数据帧被传输。因此，FDDI协议具有较高的利用率，特别在大的环形网络中显得更为明显。

（2）物理层

FDDI的物理层被分为两个子层。

1）PMD子层

它在FDDI网络的节点之间提供点到点的数字基带通信。原来的PMD标准规定了多模光纤的连接，现在已有关于单模光纤连接的SMF-PMD，并正在开发与同步光纤网连接的PMD子层标准。

2）物理层协议

它提供PMD子层与数据链路层之间的连接。