1、第II部分局域网（LAN ）第3章 以太网第4章 令牌环和 FDDI网第5章 LANELAN仿真第3章 以太网本章阅读前提在阅读本章之前，首先要通过第一章“通用网络概览”，熟悉一下OSI网络模型和第2层网络标准。本章导读1. 以太网，快速以太网以及千兆以太网的介质速率是多少？2. 路由器上的以太连接器的类型有哪些？3. 描述一下单播，多播和广播数据的区别。4. MAC地址的那个字段是用于通用管理的？5. 描述一下CSMA/CD网络的工作情况。6. 4种以太IPX封装类型是什么？7. 这些封装类型的区别是什么？ 实践部分请参考附录 F。定义与结构以太网是采用 带有冲突检测的载波侦听多路存取 （C
2、SMA/CD）访问方式的一种 局域网（LAN）结构。最初的以太网结构是由DEC，Intel和Xerox (DIX) 提出的，当时是叫做Ethernet Version II。后来，电气和电子工程师协会（ IEEE）将以太结构作为了IEEE 802标准的一部分，称为IEEE 802.3。而更使人混淆的是， “以太”这个词通常是用来指这两种标准的。IEEE 802.3标准是与 开放式系统互联参考模型 （OSI）的第 1层以及第2层的一部分相对应的。而OSI第2层没有包括在IEEE 802.3里的内容则是由 IEEE 802.2的 逻辑链路控制（LLC）和IEEE 802.1d的桥路，也称为 跨越树
3、协议 （STP）进行了补充的。第6章“LAN交换” 中会讨论STP的相关问题。而Ethernet Version II标准是对应于OSI/RM的第1层和第2层的。图3.1给出了OSI/RM，Ethernet Version II和IEEE 802.3之间的关系一个描述。图 3.1OSI/RM，Ethernet Version II和 IEEE 802.3之间的关系关键概念IEEE 802.3支持 OSI模型的全部第1层和部分第2层的内容。Ethernet Version II既包括第1层，也包括第 2层。IEEE 802.3中定义了几种物理层介质的速率，包括_ 10Mb 的以太网速率_ 100
4、Mb 的以太网速率_ 1000Mb 或 1Gb 的千兆以太网速率就如存在着这几种不同的介质速率一样，同样也存在着几种不同的物理介质。IEEE 802.3为每种速率与物理介质的组合类型都指定了一个名称。这名称是将速率（单位是兆位Mb）添加在单词BASE 的后面，再加上一个物理介质的类型名来构成的。举个例子，10BASE-T就是以双绞电话线为物理介质的10Mb以太网。下面就是一些以太网和快速以太网常用的物理介质：_ 10BASE-2和10BASE-5采用的是同轴电缆（也称为thinnet和thicknet）。_ 10BASE-T采用的是具有RJ-45连接器的双绞电话线。_ 100BASE-T是采用
5、具有RJ-45连接器的双绞电话线的快速以太网。_ 100BASE-FX是采用光纤的快速以太网。在路由器上包含所有可能物理介质类型的接口是不现实的。这样就出现了通配型的接口，这类接口能够支持类型的几种物理接口。而利用收发器就可以将通配型接口转换为下面的某一种物理接口：_ 用于10Mb以太网的连接单元接口（AUI）。_ 用于10Mb以太网和快速以太网的媒体无关接口（MII）。_ 用于千兆以太网的千兆媒体无关接口（GMII ）。关键概念IEEE 802.3支持多种速率（像 10Mb以太网，100Mb快速以太网，1000Mb千兆以太网）。Ethernet Version II则只支持10Mb以太网的工
6、作。这两种标准都支持多种物理介质类型。下面是一个配置实例，所配置的路由器是具有一个带MII连接器的100Mb快速以太接口和一个带AUI 连接器的 10Mb以太接口的一台路由器。interface Ethernet0media-type auiinterface FastEthernet0media-type mii介质访问控制（MAC）层MAC层的功能就是通过物理介质在两台工作站之间传输LLC数据。在这一层中指定了MAC地址和数据帧的结构。每一个数据帧都要包含一个源MAC 地址和一个目的MAC地址，这个地址是48位长的。MAC地址的最高位是 个体 /组地址位 （I/G 地址位 ），如果这一位是
7、0，这个地址就是一个个体地址，也就是说数据帧是发往某一台工作站的，这样的数据也就称为 单 播数据。如果I/G 地址位为 1，这就是一个组地址，数据帧是发往多个工作站的。组地址有两种类型，或者是 功能地址 ，或者是 广播地址 。如果MAC地址的所有位都是1，那这就是一个广播地址，否则就是一个功能地址，或者是称为多播地址。MAC地址的次最高位是所谓的 通用或典型执行地址位 （U/L 地址位 ）。如果这一位是0，那这个地址就是一个通用管理的地址。IEEE是通过将 MAC地址的数据块分配给不同的以太供应商来实现这一方式的。在这种方式中，MAC地址的前24位称为 组织特有标识（OUI）。分配给供应商之后
8、，OUI 又对MAC地址的后24位进行管理，以保证地址的全球唯一性。个人是无需采用全球范围内唯一的地址的，这种地址就称为burnedin地址，是通过将U/L地址位设置为1而在本地范围内进行管理的地址。本地管理的这些地址也应该是唯一的。关键概念每一台工作站的MAC地址都必须确保其唯一性以支持单播，多播和广播数据。载波侦听与冲突检测以太网采用的访问方式是带有冲突检测的载波侦听多路存取（CSMA/CD）。把CSMA/CD分解成下面的组成部分更易于大家的理解：_ 载波侦听_ 多路存取_ 冲突检测载波侦听 的含义就是以太网中的工作站都对以太网段进行侦听，除非是检测到没有别的工作站在发送数据，否则是不会进
9、行数据的发送的。这种方式也称为“先听后说”的方式，它避免了工作站在别的工作站正在发送数据的时候也进行数据的发送。多路存取 是指两台以上的工作站共享同样的以太网段。这种方式也称为介质共享。在拥有10台工作站的一个10Mb的以太网段上，介质共享就意味着所有这10台工作站会共享这10Mb的带宽，这样的方式其实也就是半双工的工作方式。相比之下，通过点对点方式连接的两台工作站则是以全双工的方式工作的，这两台工作站都能够使用整个网段的所有带宽。全双工的工作方式还允许工作站同时进行数据的接收和发送。第6章会深入的讨论全双工工作方式的问题。在以太网这样的半双工介质共享环境中，多个工作站会对同一段带宽进行争夺。
10、即使具有了载波侦听功能，两台工作站还是有可能会同时进行数据的发送。这样就会在以太传输介质上产生冲突，从而导致冲突双方的数据都会损坏。用于确定网络中冲突的存在与否的方法就是 冲突检测 。在冲突检测过程中，数据发送工作站会对网段中刚刚发送出去的数据帧进行侦听，如果数据帧是损坏了的，发送工作站通过发现 数据帧校验序号 （FCS）非法就会检测到这一问题。接着，工作站就会继续发送一段指定的时间以便网段上所有别的工作站都可以检测到这一数据帧的非法性。数据帧的损坏就称为一次冲突。发生冲突之后，发送工作站在重新发送数据帧之前会等待一段随机的时间，这一时间段称为随机补偿实践。同时发送数据的两台工作站都发生了冲突
11、的时候，如果它们在重新发送数据之前等待的是一个固定的时间长度，那下一次它们进行数据发送的时候仍然是会发生冲突的。关键概念以太网是使用CSMA/CD协议并支持半双工和全双工工作方式的网络。Cisco路由器的快速以太接口既支持半双工工作方式也支持全双工工作方式。此外，这类接口也支持速率和双工方式的自动检测。下面是一台路由器的3个快速以太接口的配置情况第一个接口是配置为10Mb的半双工工作方式，第二个接口是100Mb全双工工作方式，而第三个接口则是配置为自动检测速率和双工方式：interface FastEthernet0speed 10duplex halfinterface FastEthern
12、et1speed 100duplex fullinterface FastEthernet2speed autoduplex autoIEEE 802.3的MAC 数据帧和地址格式下面来讨论一下IEEE 802.3的MAC数据帧格式以及相应的字段情况。图中每个字段内的数字是该字段的字节长度。图3.2就是IEEE 802.3数据帧的格式。图 3.2IEEE 802.3的数据帧格式，包括IEEE 802.2 LLC的协议数据单元 (PDU).字段preamble使得硬件部分可以据此建立起数据帧的时序。字段Start of Frame(SOF)是固定的设为10101011形式，以此表明IEEE 80
13、2.3数据帧的开始。数据帧中的目的和源MAC地址如图3.3所示。图 3.3MAC的地址格式，包括I/G地址位，U/L地址位和OUI.以太数据帧的大小有一个最小值和一个最大值。数据帧大小是从目的MAC地址的第一个字节开始直到FCS的最后一个字节为止的。数据帧最小字节数是64，如果小于这个最小值，在数据帧中数据的最后一个字节之后与FCS之前就会插入填充字符，以使数据帧长度不小于64个字节。数据帧的最大长度是1,518字节。字段length 是指 length字段之后 FCS之前的数据的长度，这一长度也称为传输单元， 最大传输单元 （MTU）的值是1,500，这个传输单元中也包含了一个IEEE 80
14、2.2的LLC 协议数据单元 (PDU)。关键概念以太网的MTU是 1,500字节，数据帧最小长度是64字节，而最大长度是1,518字节。LLC通过 服务访问点 （SAP）为OSI/RM的上级网络层提供了一个接口。SAP 是一个单字节的字段，它的作用是将工作站内部软件的数据帧导向适当的进程或者是应用程序。LLC PDU中包含了一个目的和一个源SAP以及一个单字节或双字节的控制字段。FCS则是一个 循环冗余码校验（ CRC） ，用于验证传输数据的完整性。Ethernet II 和 IEEE 802.3Ethernet Version II的数据帧结构与 IEEE 802.3的数据帧结构有很少的一
15、点不同之处。Ethernet Version II的数据帧结构如图 3.4所示。图 3.4Ethernet Version II的数据帧结构在Ethernet Version II 的数据帧中没有 SOF字段，而preamble字段则扩展到了8个字节。原来IEEE 802.3的Length 字段现在成了一个字节的字段用于描述数据帧的协议类型。此外，数据帧中也没有了LLC PDU。通过相应的封装命令，Cisco路由器支持4种不同类型的数据帧类型：_ Ethernet Version II数据帧的ARPA封装方式_不含有LLC PDU的IEEE 802.3数据帧的NOVELL-ETHER封装方式（
16、默认）_含有IEEE 802.2 LLC PDU的IEEE 802.3数据帧的SAP封装方式_含有IEEE 802.2 LLC PDU和一个SNAP 报头的IEEE 802.3数据帧的 子网访问协议 (SNAP)封装方式SNAP格式是IEEE 802.3格式的一种扩展，它在LLC报头之后还包含了一个SNAP 报头。LCC报头是通过特殊方式编码了的。目的SAP和源SAP都是设置为0xAA的，一个字节的控制字段的值设置为0x03。SNAP报头长度是5个字节，前3个字节是0，后2个字节则是用于定义适当的协议的EtherType字段。关键概念以太网支持数据链路层上的多种封装类型。下面是将一台路由器的以
17、太接口设置为SAP封装方式，快速以太接口配置为 SNAP封装方式的例子：interface Ethernet0encapsulation sapinterface FastEthernet0encapsulation snap千兆以太网千兆以太网是在IEEE 802.3z作为IEEE 802.3标准的扩展进行定义的，其介质速率是1000Mb，也就是1Gb。千兆以太网采用的数据帧和MAC 地址格式都是和以太网一样的，其工作方式可以是半双工方式也可以是全双工方式。此外千兆以太网还有一个可选的IEEE 802.3x数据流控制标准。在千兆以太网的物理层上有几种不同的介质类型：_ 1000BASE-LX
18、采用的介质是单模式或多模式光纤上的长波激光。_ 1000BASE-SX采用的介质是多模式光纤上的短波激光。_ 1000BASE-CX采用的介质是平衡屏蔽的150欧姆铜线。_ 1000BASE-T采用的 非屏蔽双绞线 （UTP）。在千兆以太网中，在每个端口上都可以对所要采用的物理介质类型进行选择，这是通过 千兆以太网接口载体 （GBIC）来完成的。每种不同的物理介质类型都有对应的一个GBIC。GBIC 是直接插入路由器中的。关键概念千兆以太网支持现有的以太数据帧结构和封装形式，也就意味着那些支持以太网的应用无需更改就可以支持千兆以太网的运行。缺陷和故障排除CSMA/CD的主要缺陷就是冲突。随着以
19、太网段利用率的增加，冲突出现的几率也会增大。在利用率很高的情况下，冲突的程度甚至会对上层协议形成影响，造成应用的超时和性能的下降。将主要的服务器和路由器以全双工的方式连接有助于减轻这一问题。这里最常见的问题就是速率，双工方式和封装形式的不匹配。速率和双工方式的自动选项使得路由器可以自动的对速率和双工方式进行检测。我们最好还是要检查一下连接双方设备都已经设定在了适当的速率和双工方式上。一些工作站可以接收多种封装格式，但是只能对特定的封装形式做出响应。如果使用的封装方式不是默认的类型，一定要确保网段上所有工作站都能够支持所用的封装类型。总结以太网是采用CSMA/CD访问方式的一种 LAN结构。以太
20、网有两种标准Ethernet Version II (DIX提出的)和IEEE 802.3。Ethernet Version II对应于OSI/RM模型的第1层和第2层，其介质速率是10Mb。IEEE 802.3则对应于OSI/RM模型的第1层和部分的第2层，其及至速率包括以太网的10Mb，快速以太网的100Mb 和千兆以太网的1000Mb 。IEEE 802.3还定义了物理介质类型以及这些介质类型的通配接口。以太网段上的工作站是用MAC地址来唯一标识的。MAC地址中的数据位对单播，多播和广播数据进行了定义。CSMA/CD以太物理介质的访问方式，它的特点就是在发送数据之前会对物理介质进行侦听，
21、在发送的时候也会进行侦听以监测冲突的发生。此外，以太网还定义了半双工共享介质环境和点对点全双工的工作方式。路由器中允许的4种封装类型包括ARPA，NOVELL-ETHER，SAP和SNAP。数据帧的最小长度是64字节，最大长度则是1，518字节。以太网的最大传输单元（MTU）是1，500字节。千兆以太网支持现有以太和快速以太网的数据帧格式，这样就保证了需要更多带宽的用户可以平稳的进行过渡和升级。问题与答案：1. 以太网、快速以太网和千兆以太网的介质速率是多少？答案：以太网的介质速率是10Mb，快速以太网的介质速率是100Mb，千兆以太网的介质速率是1,000Mb，也就是1Gb。2. 路由器的以
22、太连接器类型有哪些？答案：_ AUI_ 10BASE-T for RJ-45 on 10Mb Ethernet_ 100BASE-T for RJ-45 on Fast Ethernet_ MII3. 单播，多播和广播数据之间的区别是什么？答案：单播数据是从单一的源MAC地址传向单一的目的MAC地址的数据。多播数据是通过功能地址从单个源MAC地址传向很多个目的MAC地址的数据。广播数据则是从单个的源MAC 地址传向以太网段上所有设备的数据。这是通过指定一个全1的目的MAC地址来实现的。4. MAC地址中的哪个字段是用于通用管理用途的？答案： 组织特殊标识 （OUI）是MAC地址的前24位。OU
23、I是分配给每一个以太适配器供应商的。这些供应商会利用后半部分MAC地址的设置以确保整个地址的全球唯一性。5. 描述一下CSMA/CD网络的工作情况。答案：载波侦听的含义就是，以太网工作站在发送数据之前，会对以太介质进行侦听以确保没有别的工作站在发送数据。多路存取是指两个以上的工作站可以共享同样的以太介质。这就是所谓的半双工工作方式，或者是说共享介质方式。它和点对点交换介质中的全双工工作方式是不同的。冲突检测则是指发送工作站对它自身的数据发送进行检测以确保它可以没有错误的进行接收。如果出现了错误，那就说明另一台工作站也正在同时发送数据，从而与第1台发送数据的工作站发生了冲突。6. 以太网的4种封
24、装形式是什么？答案：这些Cisco的IPX封装形式包括ARPA，NOVELL-ETHER，SAP和SNAP。ARPA封装形式对应于Ethernet Version II数据帧， NOVELL-ETHER封装形式对应于不含有 LLC PDU的IEEE 802.3数据帧，SAP 对应于含有IEEE 802.2 LLC PDU的IEEE 802.3数据帧，而SNAP 则对应于含有IEEE 802.2 LLC PDU和一个额外的SNAP报头的IEEE 802.3数据帧。7. 这些封装形式的区别是什么？答案：这3种封装形式都是从目的和源MAC地址字段开使的。Ethernet Version II，或者是
25、说ARPA封装形式在MAC地址后面跟着的是一个双字节的字段用于指定上层的协议。NOVELL-ETHER和SAP封装方式后面则是跟着一个双字节的 length字段。SAP 封装方式是在IEEE 802.3数据帧中加上了一个LLC PDU字段。LLC PDU中的目的和源SAP地址都是设为0xAA的，还有一个单字节的控制字段是设为0x03了的。模拟试题1. 哪一个IEEE标准中定义了CSMA/CD的访问方式？A. 802.1B. 802.2C. 802.3D. 802.4E. 802.5答案A不正确，802.1定义的是MAC桥路的内容。答案B也不正确， 802.2定义的是LLC的内容。答案C是正确的
26、，802.3中就定义了CSMA/CD的访问方式。答案D不正确，802.4定义的是令牌总线的结构。答案E也不正确，802.5定义的是令牌环的结构。2. IEEE 802.3定义的是 OSI/RM的哪些部分？A. 第1层的全部，没有第2层内容。B. 第1层的全部和第2层的一部分。C. 第1层的全部和第2层的全部。D. 没有第1层的内容和第2层的全部。答案A不正确，这是OSI/RM物理层完成的工作。答案B是正确的，IEEE 802.3就是定义了OSI/RM模型第 1层的全部和第2层的一部分内容。答案C不正确，这是Ethernet Version II所完成的，不是IEEE 802.3。答案D也不正确
27、，这实际上就是OSI/RM的数据链路层了。3. IEEE 802.3指定了哪些介质速率？（选出所有适合的。）A. 10MbB. 16MbC. 100MbD. 155MbE. 1,000Mb答案A是正确的，10Mb是一种IEEE 802.3的介质速率。答案B是不正确的，16Mb是IEEE 802.5的介质速率。答案C是正确的，100Mb是IEEE 802.3快速以太网的介质速率。答案D是不正确的，155Mb，或者是说OC-3，通常是用在ATM网络中的。答案E是正确的，1,000Mb就是IEEE 802.3 中定义的1Gb介质速率。4. MAC地址中定义了哪些数据类型？（选出所有正确的。）A. 单
28、播B. 半双工工作方式C. 多播D. 全双工工作方式E. 广播答案A是正确的，I/G地址位为0的时候就是单播数据。答案B不正确，双工方式只是物理层的一个特性。答案C是正确的，I/G地址位为1并且地址的各位不全是1的数据就是多播数据。答案D是不正确的，双工方式只是物理层的一个特性。答案E是正确的，全为1的MAC地址就代表着广播数据。5. 下面关于CSMA/CD的半双工工作方式的叙述，哪些是正确的？（选出所有正确的。）A. 工作站在发送数据之前会对介质进行侦听。B. 工作站在发送数据的同时别的工作站也可以进行数据的发送。C. 工作站会等到别的工作站不在发送数据的时候才会进行数据的发送。D. 工作站
29、会对介质进行检测以发现冲突的存在。E. 在发现冲突之后，工作站每过一个固定的补偿时间就会重新发送一次数据。答案A是正确的，这一个过程就是载波侦听。答案B不正确，这是双工方式的工作过程。答案C是正确的，这也是载波侦听的一部分。答案D也是正确的，这是冲突检测的过程。答案E不正确，如果网络中的补偿时间是固定的，冲突仍然是会出现的。实际使用的冲突时间长度是随机的。6. 以太网中的MTU是什么？A. 64B. 512C. 1,500D. 1,518E. 2,048答案A是不正确的，这是最小的数据帧大小。答案B也不对，这是一个有效的传输单元大小，但不是最大的。答案C是正确的，以太网的MTU就是1,500。
30、答案D不正确，这是最大的数据帧大小。答案E也是不对的，这个值已经超过了最大数据帧大小了。7. Ethernet Version II的数据帧包括哪些字段？（选出所有正确的答案）A. preambleB. SOFC. destination/source MAC addressD. lengthE. LLC PDUF. SNAP header答案A是正确的。答案B不正确，这是IEEE 802.3的有效字段。答案C是正确的。答案D是不正确的，Ethernet Version II 中有的是一个type字段而不是length字段。答案E也不正确，这也是IEEE 802.3的有效字段。答案F也不正确，
31、这是SNAP 封装中的一个字段。8. IEEE 802.3数据帧包括哪些字段？（选出所有的正确答案）A. preambleB. SOFC. destination/source MAC addressD. lengthE. LLC PDUF. SNAP header答案A，B，C，D，E都是正确的，它们都是IEEE 802.3的有效字段。答案F 是不正确的，这是这是SNAP封装中的一个字段。9. SNAP类型的封装包括哪些字段？（选出所有正确的答案）A. preambleB. SOFC. destination/source MAC addressD. lengthE. LLC PDUF. S
32、NAP header答案A，B，C，D，E和F都是正确的，它们都是SNAP封装形式中的有效字段。10. 下面关于千兆以太网的论述中，哪些是正确的？（选出所有正确的答案）A. 千兆以太网支持1,000Mb的介质速率B. 千兆以太网具有可选的IEEE 802.3x数据控制功能C. 千兆以太网支持全双工和半双工的工作模式D. 千兆以太网使用的是扩展型超级数据帧格式E. 千兆以太网支持在单模式或多模式光纤介质上的长波激光传输答案A是正确的，1,000Mb就是1Gb。答案B也是正确的，如果是快速以太网，那就没有此功能了。答案C是正确的，千兆以太网支持全双工和半双工工作模式。答案D不正确，千兆以太网使用的
33、是现有的以太数据帧格式。第4 章本章阅读前提大家在阅读本章内容之前，应该先熟悉一下第一章“通用网络概览”的内容。令牌环网络和FDDI网络本章导读1. 以太网与令牌环网/FDDI之间的主要区别是什么？2. 令牌环网与FDDI的工作速率是多少？3. 基于令牌的网络对哪种应用最为有用？4. 在令牌环网络环境中，工作站如何才能获得更多的带宽？5. 令牌环网络采用的3 种主要故障管理技术是什么？6. 令牌环网络采用的网络拓扑是什么？7. 在令牌环网络环境中，某种类型的网络数据如何才能获得更多的带宽？8. FDDI网络采用的网络拓扑是什么？9. FDDI最重要的特点是什么？10. DAS 与 SAS 之间
34、的区别是什么？ 实践部分请参见附录 F。与第3章中讨论的以太网不同，令牌环网络和 光纤分布式数据接口 （FDDI）网络的工作站是依靠令牌的处理来在网络介质中传输数据的。如果没有获得令牌环中循环流动着的令牌，工作站是不能进行任何数据的传输的。极为严格的以令牌为基础的网络协议可以确保网络中不会出现以太网中常见的工作站冲突和带宽争夺现象。事实上，这样的机制可以保证每台工作站都会获得平等的发送数据的机会。这种介质的访问时间我们称之为确定性的，这是因为在这种类型的网络中，每台工作站要过多少时间才能进行数据的发送是可以确定得了的。以令牌为基础的网络同时还具有优先级机制和故障管理机制。这一系列的特性使得以令
35、牌为基础的网络非常适用于那些对延时很敏感并且需要可靠的网络工作性能的应用场合。关键概念以令牌为基础的网络要求工作站在发送数据之前一定要获得令牌，并且采用了一些机制对数据进行优先级排序以便从错误中恢复过来。由于令牌环网和FDDI最根本的原理都是类似的，因而我们把这二者安排在一章中进行讨论。令牌环网络令牌环 既是指最初由IBM提出的规范，同时也指后来出现的IEEE 802.5标准。这里最重要的区别就是802.5中并没有指定物理拓扑结构，而IBM的令牌环则指定所有相连的工作站都是以星型结构连接到一台多工作站访问单元（MAU）的。令牌环结构有时也称为物理星型结构或者是逻辑环。早期的MAU只是一些电机设
36、备，有些甚至连电源线都没有。MAU是通过按线电缆连接在一起的，而各个工作站则是通过圆形电缆与MAU连接的。新的一些令牌环应用中对那些智能程度更高的设备则是采用双绞线来连接的，这样的设备包括活性MAU以及功能与以太交换机很相似的令牌环交换机，以太交换机的内容会在第6章“LAN交换”中进行讨论。令牌环上的所有工作站都必须是4Mbps或16Mbps的。关键概念令牌环标准和IEEE 802.5都是工作在物理星型结构中，而逻辑环则是工作在4Mbps或16Mbps的工作站上。令牌环网的工作方式不论物理连接或令牌环速率如何，令牌环局域网中所有工作站必须要形成一个逻辑环并最终构成一个闭合的环路。在这个环路中，
37、一个称为 令牌 的小数据帧会沿着环路顺序的从一台工作站传递到下一台工作站。一台工作站如果要发送数据，它必须要抓住或者说是获得这个令牌并且将报头中的一个数据位取反，以此作为一个数据帧起始（SOF）的定界符。而工作站就会把它要发送的数据放置在这个新的报头和 EOF定界符之间。这样操作完成之后得到的 信息数据帧 就会发送到连接电缆上去，而且这一数据帧只能为令牌环上的下一台工作站（也称为 下游工作站 ）所接收。每一台工作站都负责将数据帧传送到其下游工作站去，这一过程会一直持续下去直到数据帧传到了目的地址为止。为了表明接收到了数据帧，目的主机会将 数据帧状态字段 的A和C位设为1，然后再将整个数据帧发送
38、到它的下游工作站去。最初发出数据帧的工作站接收到数据帧的时候，该工作站就会将A和C位解析为目的主机确认（Acknowledge）数据帧已经发送到了目的主机的MAC地址处，而且目的主机还还将数据拷贝（Copy）到了它的缓冲区中以备上层协议（TCP，IPX 和NetBIOS）进行处理。这之后，发送工作站就会将一个新的令牌放到令牌环上去，下一个需要发送数据的工作站会继续这一过程。关键概念在获得令牌之后，工作站就会创建一个数据帧以便在令牌环中从一台工作站传到另一台工作站，直到它到达墓地工作站为止。目的工作站会将数据帧标记为已经复制过，然后将数据帧再在环中的剩余部分进行传递直到它到达最初发出数据帧的工作
39、站为止。最初发出数据帧的工作站在接收到标记为已经复制过的数据帧之后就会将另一个令牌放到环上去。在令牌环网络中还可以设置成发送工作站已经发送出数据之后就把令牌释放掉，而不是要等到数据帧从目的工作站返回之后再释放，这称为 早期释放 。数据整格式图4.1就是令牌的帧格式和数据的帧格式。图 4.1令牌帧和数据/命令帧的格式下面是对图4.1中字段的一个总结：_ 起始定界符 Start Delimiter以帧中别的地方不会使用的代码表示令牌帧或者是数据帧的起始。_ 访问控制 Access Control访问控制字段的属性决定了令牌环设备对传输数据的介质的访问方式。 优先级字段 Priority field
40、 (最高三位) 允许管理员为某些工作站设置更高的优先级以便它们能够更多的访问介质。 保留字段 Reservation field (最第三位)优先级高的工作站在自身的优先级提升之后以此字段来获取令牌。 令牌位 Token bit用于识别令牌帧和数据帧。 监视位 Monitor bit监控设备以此位来判断数据帧是否在无限的循环。_ 帧控制 Frame Control表明帧中所含的是数据还是控制信息。_ 目的/源地址 Destination/Source Address包含的是6个字节的源工作站和目的工作站的MAC地址。_ 数据 Data一台工作站能够保留一个数据帧的最长时间就确定了数据（Data
41、 ）字段的长度。_ 帧校验序号 Frame Check Sequence (FCS)和以太网一样，源工作站和目的工作站会对这一序号进行计算以确定数据帧是否存在着错误。含有错误的数据帧是会给丢弃掉的。_ 结束定界符 End Delimiter该定界符表明数据帧的结束，同时也能够表明数据帧是否有损坏，是否是数据帧逻辑序列中的最后一个。_ 帧状态 Frame Status最为重要的功能就是这里的 A位和 C位（ 分别是地址确认和数据帧已拷贝的意思 ）。令牌环网的故障管理机制令牌环网中提供了好几种机制以检测并纠正网络中的问题。令牌环网的星型拓扑结构有助于保证网络的可靠性。由于活性MAU（以及令牌环工作
42、站）都能够看到令牌环网中所有的数据，因而可以将这些设备配置来检测网络中的问题，如果需要，还可以将工作站从令牌环中删除出去。令牌环网还利用了一种称为 信标 的算法以对别的一些网络问题进行纠正。通常是工作站检测到了非常严重的问题（如线缆中断）的时候才会发送出信标数据帧去。在这种情况下，工作站发送出一个信标数据帧以确定报告问题的工作站以及它的 最近上游相邻工作站 （NAUN）。接收到信标数据帧的工作站会试图对问题发生区域附近的网络进行重新配置，这以过程称为 自动重配置 。活性MAU或令牌环交换机就可以对信标数据帧进行侦听并通过对故障区域进行电气重配置以到达纠正问题的目的。关键概念在检测到严重的问题的
43、时候（如线缆中断），令牌环就会发出信标数据帧。最为成熟的故障管理机制是将一台工作站作为能动监视器使用。每一台进入令牌环的工作站都会试图成为能动监视器。能动监视器最突出的故障管理功能就是将令牌环中无限循环的数据帧给删除掉。比方说，如果工作站在将它发出的数据帧从环中删除并且发送出另一个令牌之前就离开了令牌环，数据帧就会在令牌环中无限的循环下去，令牌环就会停止正常的工作。在这种情况下，能动监视器就会将数据帧删除并往环中放入一个新的令牌。关键概念能动监视器的作用就是将孤立数据帧从环中删除并将一个新的令牌放到环中去。优先级方案令牌环规范允许管理员对某些工作站进行配置，以使它们对网络的使用比通常情况下更多
44、一些。令牌环数据帧中的两个字段可以对优先级进行控制：优先级字段和保留字段，这两个字段都是在访问控制字节中（请参考图4.1）。只有那些优先级比令牌帧中的优先级字段值相等或者更高的工作站才能获取令牌和发送数据。数据帧发送到网络上去之后，也只有那些优先级等于或高于数据帧中优先级字段值的工作站才能保留令牌以用于环中下一次的传递。令牌在环中延迟之后，高优先级的工作站就会负责恢复先前的优先级或者是不用对优先级进行改变。关键概念通过令牌帧中的优先级和保留字段的配置可以改变工作站访问网络的频率。光纤分布式数据接口（FDDI）在上个世纪八十年代中期，ANSI X3T9.5标准委员会发布了光纤分布式数据接口（FD
45、DI）标准。尽管从来没有获得过以太网和令牌环网那样的广泛应用，但是FDDI以其卓越的性能和可靠性成为了当时骨干网络的理想选择，而那些高性能的工作站也从FDDI的独特性能中获益匪浅。但是，最近却有消息说FDDI芯片已经不再生产了。和以太网以及令牌环网一样，FDDI也是对OSI/RM模型的物理层和介质访问部分进行了定义。但是，曾经有一段时间，以太网和令牌环网只能提供10Mbps和16Mbps 的带宽，而FDDI标准则能提供100Mbps的带宽。和令牌环网一样， FDDI也采用了一种令牌传递的方案，但是它还加上了一个令牌环以提供一定的冗余度。此外，顾名思义，FDDI网络是以光纤线缆为基础的，这使得F
46、DDI的数据传输不会受到干扰，而由于光纤线缆的数据无法截获或跟踪，因而安全性能方面也大大加强了。一些后来的100Mbps以太标准也是建立在FDDI（以及铜线分布式数据接口CDDI）的信令规范之上的。关键概念FDDI也是基于令牌的网络，为了能够提供冗余度，它采用了一对100Mbps的单向令牌环。FDDI规范FDDI规范包括四个方面的内容，这里我们就讨论一下这方面的内容，首先从最底层开始。图4.2是FDDI规范与OSI参考模型的相应关系。_ 物理层介质(PMD)指定线缆的特性，包括连接器，电源标准，误码率以及所有光学器件的性质。图 4.2FDDI规范与OSI参考模型的关系_ 物理层协议(PHY)指
47、定数据帧格式，数据编码与解码以及时序关系。_ 介质访问控制(MAC)指定介质的访问方式，包括寻址方式，令牌的传递，数据帧格式，CRC校验以及别的一些检错纠错方式。_ 工作站管理(SMT)指定工作站的配置情况，包括工作站的初始化，加入，去除，令牌环的控制与配置，错误检测与纠正以及统计信息的采集等。物理特性FDDI最为有用的特性就是其双环结构。每个环上的数据都是在两个终端工作站向相反方向传输的。 主环 上承载的是数据，而 次环 则是用于提供冗余度的。FDDI工作站是通过它们与令牌环连接的方式来区分的。类A或者是称双连接工作站（DAS）是与两个环相连的。类B ，也就是单连接工作站（SAS），则是与一
48、个集中器相连的，而这个集中器本身就是一个DAS。通常情况下，PC是与集中器连接在一起的，这样在 PC频繁重启的时候令牌环也不至于退出工作状态。图4.3就是FDDI令牌环的一个基本示意图。图 4.3FDDI的DAS ，SAS，连接器以及单向环的情况关键概念FDDI的工作站或者是和两个环连接在一起（DAS），或者是与一个集中器连接在一起（ SAS）。FDDI的故障管理特性FDDI的一对单向环是最重要的故障管理特性的实现。在出现故障的时候，比如连接线路中断，或者是DAS发生硬件错误，双环结构就会自动的组成一个单环结构。在图4.4中，有一个DAS发生了故障，但是环路的工作仍然正常的在进行。线缆故障发生
49、时的情况也是类似的。图 4.4FDDI从DAS 故障中恢复的情况关键概念在FDDI网络中发生故障的时候，次环会在发生故障处的两端形成一个环，从而维持环路的正常工作。较大型的网络则面临着多个工作站，多处线缆出现故障的问题。在这种情况下，令牌环是划分成两个相互独立部分的。为了避免这种情况的发生，就必须采用 光旁路交换机 。如果与光旁路交换机相连的接口发生故障或者是关闭之后，旁路交换机就会自动的启动，使得光信号可以直接通过交换机进行传输，从而就完全绕过了发生故障的接口。带宽特性和令牌环一样，FDDI的SMT规范定义了优先级的方式。这里的数据是划分成了同步数据和异步数据的。100Mbps的带宽有一部分是用于同步数据，一部分是用于那些需要连续的数据传输（如语音和视频数据）的应用。异步数据会使用剩下的那些带宽，并且还采用了一种分为8个级别的优先级方案来确定带宽的使用情况。帧结构FDDI令牌和数据帧的结构和令牌环网是类似的。图4.5列出的就是令牌帧和数据帧的结构图。图 4.5FDDI令牌帧和数据帧的帧结构下面是对图4.5中各个字段的总结：_ 前同步符 Preamble通知工作站下面有令牌帧或者是数据帧到来。_ 起始定界符 Start Delimiter使用与帧中别的部分不相同的字符来表示令牌或者是数据帧的起始。_ 帧控制 Frame Control
