任务二 Token Ring 网络
知识点
1.令牌环技术是怎么来的？
令牌环介质访问控制技术最早开始于 1969 年贝尔实验室的 Newhall 环网，最有影响的令牌环网是 IBM Token Ring。在 IEEE 802.5 中标准化的环叫令牌环，它是在 IBM Token Ring 协议的基础上发展与形成的。
| 时间/主体 | 事件 |
|---|---|
| 1969 年，贝尔实验室 | Newhall 环网——令牌环技术的起点 |
| IBM | IBM Token Ring——最有影响的令牌环网 |
| IEEE 802.5 | 在 IBM Token Ring 协议基础上标准化，称令牌环 |
2.IEEE 802.5 标准定义了哪些内容？
IEEE 802.5 标准定义了 1Mb/s 和 4Mb/s 带宽下使用屏蔽双绞线在客户机和介质之间的连接，用于处理令牌环传送访问方式以及与之相关的物理层标准和介质访问控制方法。
概念上包括 4 个部分：
| 组成部分 | 对应 OSI |
|---|---|
| 逻辑链路控制（LLC） | 与 MAC 一起等效于 OSI 的第 2 层（数据链路控制） |
| 介质访问控制（MAC） | 同上 |
| 物理层 | 相当于 OSI 的第 1 层（物理层） |
| 传输介质 | 本身并不包含在物理层之内 |
注意这个易错点：很多教材把"传输介质"算作物理层的一部分，而 802.5 的表述是四部分并列，介质不含在物理层之内。
3.IEEE 802.5 规定了哪四项技术？
| 技术 | 内容与作用 |
|---|---|
| （1）单令牌协议 | 环中只能存在一个令牌，这样可以简化优先级与环出错恢复功能的实现 |
| （2）优先级位 | 令牌环支持多优先级方案，它通过优先级位来设定令牌的优先级 |
| （3）监控站 | 环中设置一个中央监控站，通过令牌监控位执行环维护功能 |
| （4）预约指示器 | 通过令牌预约，控制每个站点利用空闲令牌发送不同优先级的数据帧所占用的时间 |
为什么强调"单令牌"：环上如果同时存在两个令牌，就会出现两个站点同时发送、数据互相破坏——单令牌是"无冲突"的前提，也让优先级和差错恢复的逻辑大大简化。
4.IEEE 802.5 定义了多少种 MAC 帧？用来做什么？
IEEE 802.5 标准定义了 25 种 MAC 帧，用于完成环维护功能，这些功能主要包括：
- 环监控器竞争
- 环恢复
- 环查询
- 新站点入环
- 令牌丢失处理
- 多令牌处理
- 站点撤出
- 优先级控制
这 8 项就是"令牌环为什么复杂"的答案——环是一个闭合回路，任何一处站点故障、令牌丢失或多出令牌，都必须有专门的机制把环"救回来"。
5.Token Ring 的工作原理是怎样的？
Token Ring 网络采用 802.5 标准，在令牌环中，站点通过环接口连接成物理环形。
令牌的本质：令牌是一种特殊的 MAC 控制帧，令牌帧中有一位表示令牌忙/闲的标志位。
正常工作时：令牌总是沿着物理环单向、逐站传送，传送顺序与站点在环中排列的顺序相同（图 5-7：A → B → C → D → E → A）。
一次完整的数据传送过程（以 A 站向 C 站发送为例）：
| 步骤 | 动作 |
|---|---|
| ① 等待令牌 | 如果站点 A 有数据要发送，它必须等待空闲令牌的到来 |
| ② 置忙 | 当站点 A 获得空闲令牌后，它将令牌的忙/闲标志位由"闲"置为"忙" |
| ③ 传送数据 | 然后把数据帧送上环传送 |
| ④ 逐站转发 | 站点 B、C、D 将依次接收到数据帧（环上逐站传递） |
| ⑤ 目标站确认 | 如该数据帧的目标地址是 C 站点，则 C 站点在正确接收该数据帧后，在帧中标志出帧已被正确接收和复制 |
| ⑥ 源站回收 | 当 A 站点重新接收到自己发出的、并已被目标站点正确接收的数据帧时，它将回收已发送的数据帧 |
| ⑦ 释放令牌 | 并将"忙"令牌改成"空闲"令牌，再将空闲令牌向它的下一站点传送 |
这个机制的精妙之处：
- 数据帧绕环一周回到源站才被回收 → 源站能确认对方是否收到（"已被正确接收和复制"的标志就是确认）
- 令牌只有一个 → 任何时刻至多一个站点在发送 → 不会冲突
- 传递顺序固定 → 每个站点获得令牌的最大等待时间可计算 → 实时性可保证
6.Token Ring 与 Token Bus 有什么共同点和不足？
相似的特点：
- 网络中站点两次获得令牌之间的最大间隔时间是确定的，因而适用于对数据传输实时性要求较高的应用环境
- 网络通信和负荷较重时表现出很好的吞吐率与较低的传输延迟，因而适用于通信和负荷较重的应用环境
共同的不足：它们都需要实现复杂的环维护功能（令牌丢失、多令牌、站点入环/退环、环恢复等）。
7.令牌环与令牌总线对比
| 比较项 | Token Bus（802.4） | Token Ring（802.5） |
|---|---|---|
| 物理拓扑 | 总线型 | 环型（站点经环接口连成物理环） |
| 逻辑结构 | 逻辑环（顺序由协议配置，与物理连接顺序无关） | 物理环即逻辑环（传送顺序＝站点排列顺序） |
| 令牌传递 | 按逻辑环顺序 | 沿物理环单向、逐站 |
| 传输介质 | 同轴电缆、双绞线 | 屏蔽双绞线（1Mb/s、4Mb/s） |
| 标准 | IEEE 802.4 | IEEE 802.5 |
| 典型实现 | ARCNet | IBM Token Ring |
| 共同优点 | 令牌间隔确定、重载吞吐率高延迟低 | 同左 |
| 共同缺点 | 环维护复杂 | 环维护复杂 |
8.令牌环为什么不会发生冲突？
根本原因有三条：
- 令牌唯一（单令牌协议）——同一时刻只有一个站点持有令牌
- 持有才能发送——没有令牌的站点只能接收、转发，不能发送
- 环上单向逐站传递——数据沿固定方向流动，不存在两路信号在同一介质上叠加的场合
对比 CSMA/CD：以太网站点"听到空闲就发"，而传播延时会让两个站点同时误判为空闲，于是冲突不可避免；令牌环是"拿到令牌才发"，访问权是授予的而不是争来的。
9.本任务的任务实施做什么？
- 启动计算机，在搜索工具中以"令牌环网"为关键词进行搜索
- 浏览搜索结果中关于令牌环网协议的叙述
- 搜索令牌环网中令牌个数异常情况的协议处置情况与处理过程
- 分析在令牌环网中有无严格意义上的服务器与客户机的划分
第 4 题的思路：令牌环是共享介质的对等访问机制，令牌在各站点间平等轮流；"服务器/客户机"是高层应用角色的划分，与介质访问控制层无关——所以从 MAC 层看没有严格的服务器与客户机之分，从应用层看仍然有。
10.速查表
| 问题 | 答案 |
|---|---|
| 令牌环技术起点 | 1969 年贝尔实验室的 Newhall 环网 |
| 最有影响的令牌环网 | IBM Token Ring |
| 令牌环的标准化组织/标准号 | IEEE 802.5 |
| 802.5 定义的速率 | 1Mb/s 和 4Mb/s |
| 802.5 使用的介质 | 屏蔽双绞线 |
| 令牌环的四个组成部分 | LLC、MAC、物理层、传输介质 |
| 传输介质是否属于物理层 | 不属于（四部分并列） |
| 四项技术 | 单令牌协议、优先级位、监控站、预约指示器 |
| MAC 帧数量 | 25 种 |
| 令牌是什么 | 一种特殊的 MAC 控制帧，含忙/闲标志位 |
| 令牌传递方向 | 沿物理环单向、逐站，顺序＝站点排列顺序 |
| 发送数据的前提 | 获得空闲令牌，并把标志位由"闲"置为"忙" |
| 何时回收数据帧 | 数据帧绕环一周回到源站、且已被目标站正确接收后 |
| 释放令牌的方式 | 把"忙"改回"空闲"，传给下一站 |
| Token Ring/Token Bus 的共同优点 | 令牌间隔确定（实时性好）、重载吞吐率高延迟低 |
| 共同不足 | 环维护功能复杂 |