令牌环

什么是令牌环?

令牌环是局域网 (LAN) 的数据链路,其中所有设备都以环形或星形拓扑连接,并在主机之间传递一个或多个令牌。令牌是在网络点之间传输的数据帧。只有持有令牌的主机才能发送数据,并且在确认收到数据时释放令牌。IBM 在 1980 年代开发了令牌环技术作为以太网的替代方案

什么是令牌环网络?

也称为IEEE(电气和电子工程师协会)802.5,令牌环网络以循环或闭环方式连接所有设备,包括计算机。在此方案中,单词令牌描述通过网络发送的数据段。
令牌环网络可防止数据包在网段上发生冲突,因为只有令牌持有者才能发送数据,并且还可以控制可用的令牌数量。当网络上的设备成功解码该令牌时,它将接收编码的数据。

令牌环发展历程

附加的资源计算机网络、光纤分布式数据接口 (FDDI) 和令牌总线使用令牌环。但部署最广泛的令牌环协议是 IBM 在 1980 年代中期发布的协议,以及 1980 年代后期出现的标准化版本,称为 IEEE 802.5。
令牌环和 802.5 的使用在 1990 年代开始下降。今天,它们被认为是不活跃和过时的。企业组织逐渐淘汰了令牌环,并采用了以太网技术,该技术在当今的LAN设计中占主导地位。IEEE 802.5 工作组现在被列为已解散。
令牌环很受欢迎,因为它们可以很好地处理大量流量,但它们不太适合大型网络,特别是如果这些网络分布广泛或具有物理远程节点。为了克服其中一些限制,增加了多站接入单元(MSAU),就像以太网上的集线器一样。MSAU是集中式布线集线器,也称为集中器

什么是令牌环星形拓扑?

在星形拓扑中,令牌环访问可以以每秒 400 万、1600 万或 1 亿比特的速度连接多达 225 个节点,符合 IEEE 802.5 标准。MSAU 使用双绞线电缆连接所有站点。例如,用户可以将六个节点连接到一个办公室中的 MSAU,并将该 MSAU 连接到另一个办公室中为其他八个节点提供服务的 MSAU。反过来,该 MSAU 可以连接到连接到第一个 MSAU 的另一个 MSAU。
这种物理配置称为星形拓扑。但是,实际配置是环形拓扑,因为每条消息一次通过每台计算机,直到形成环形。
MSAU 的一个优点是,如果一台计算机在环中出现故障,MSAU 可以绕过它,并且环将保持不变。通常,每个节点连接不能超过 382 英尺,具体取决于电缆类型。但是,您可以使用令牌环中继器将此距离最多增加一英里半。
网络架构

什么是类型 1 和类型 3 令牌环网络?

令牌环网络通常被视为类型 1 或类型 3 配置。1 类网络每个网络环最多可支持 255 个站点,并使用带有 IBM 型 1 型连接器的屏蔽双绞线。
3 类网络每个网络最多可支持 72 个站点,并使用带有 RJ-45 连接器的 Cat3、Cat4 或 Cat5 的非屏蔽双绞线。与以太网一样,令牌环在开放系统互连 (OSI) 模型的第 1 层和第 2 层运行。

什么是全双工令牌环?

在专用令牌环(也称为全双工令牌环)中,交换集线器使工作站能够在网络上同时发送和接收数据。在这种情况下,令牌环交换集线器将网络划分为较小的段。传输数据包时,令牌环交换机读取数据包的目标地址,并将信息直接转发到接收站。
交换机在两个站之间建立专用连接。这使得数据可以同时发送和接收。但是,在全双工令牌环中,令牌传递协议被挂起,使网络成为“无令牌”令牌环。全双工令牌环旨在通过增加已连接站点的发送和接收带宽来提高网络性能。
OSI 模型的层
令牌环与以太网一样,在 OSI 模型的第 1 层和第 2 层运行。

令牌环与以太网相比如何?

令牌环网络中的设备可以共享相同的媒体访问控制地址而不会发生冲突。这在以太网网络中是不可能的。管理员还可以通过以非交换以太网不允许的方式配置令牌环网络来确保特定节点优先于其他节点。
令牌环拓扑曾经在 1980 年代和 1990 年代广泛用于 LAN。然而,由于以太网的成本较低,它几乎完全被以太网取代。当时,令牌环网络的布线成本远高于以太网 Cat3/Cat5e 电缆。令牌环网卡和端口也很昂贵。
在以太网交换和全双工链路发展之后,以太网取代了令牌环技术,因为它最大限度地减少了冲突的实际问题。
IEEE 802.3 标准中指定的载波检测多址与冲突检测 (CSMA/CD) 是以太网网络中载波传输接入的协议。在以太网上,任何设备都可以随时尝试发送帧。每个设备都会感知线路是否空闲,从而可以使用。如果可用,设备将开始传输其第一帧。如果另一个设备尝试同时发送数据,则称为发生冲突,帧将被丢弃。CSMA/CD旨在防止此类碰撞。
IEEE 802.5 标准中指定的令牌环是双绞线屏蔽铜缆的原始令牌传递(访问方法)标准。对铜缆和光纤布线的支持使容量从每秒 4 兆比特增加到 100 Mbps。它有时被称为IBM Token-Ring。

什么是令牌传递?

令牌环拓扑使用称为令牌传递的访问方法。对于环上的任何站进行传输,它必须首先拥有一个令牌。它作为一个单元发送,包括地址和必要的协议控制信息,由环上循环的三个字段组成,直到一个站捕获并删除它。
令牌帧中的第一个字段称为起始分隔符,包含指示帧开始的位模式。
第二个字段是访问控制字段。此字段中的位控制等待传输的位的优先级。每个令牌的站点都享有从 0 到 7 的优先级。当帧通过所谓的活动监视器时,该位设置为 1,用于检测环上连续循环的帧。
令牌环网络中的每个工作站都是活动监视器或备用监视器。一个环上一次只能有一个活动监视器。主动监视器执行多个振铃管理功能。例如,它作为环的主时钟运行,以提供信号同步。它将 24 位延迟插入环形以确保足够的缓冲。
此外,它还确保在没有帧传输时循环一个令牌。它还可以检测到损坏的环并从环中移除循环框架。令牌帧中的第三个字段是结束分隔符。
网络电缆类型
令牌环是双绞线屏蔽铜缆的原始令牌传递标准。

什么是FDDI?

FDDI是美国国家标准协会和国际标准化组织的一套标准,用于光纤线路上的数据传输。FDDI 协议的基础是令牌环协议。您可以将其范围扩展到 200 公里或 124 英里。
除了地理上广泛之外,FDDI 局域网还可以支持数千个用户。因此,FDDI通常构成广域网的骨干。

什么是令牌总线?

如上所述,令牌环是 IEEE 802.5 标准,通过物理令牌环网络而不是虚拟环传递。令牌总线网络标准沿虚拟环传递令牌。
虚拟环由在虚拟环中的序列中传递令牌的工作站组成。令牌总线网络中的每个节点或站都知道前置站和后置站的地址。在此方案中,节点仅在具有令牌时才传输数据。虽然它是一个虚拟环,但它的工作规则是类似的。

令牌环的优点和缺点

令牌环有优点和缺点。

令牌环的优点

  • 令牌环可减少数据冲突的机会。
  • 在流量大的情况下,令牌传递的性能优于总线拓扑。
  • 不需要服务器来控制节点之间的连接。

令牌环的缺点

  • 数据包必须通过所有节点,从而减慢路由速度。
  • 令牌环网络一直存在网络管理问题和网络容错能力差的问题。
  • 令牌环被认为是过时的,以太网和IEEE工作组的主导地位已经解散。

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