2.2.4 IEEE 802.5令牌环网

（1）令牌环网

令牌环网最早起源于1985年IBM推出的环状基带网络，IEEE 802.5标准定义了令牌环网的国际规范。

令牌环网在物理层提供4 Mb/s和16 Mb/s两种传输速率；支持屏蔽/非屏蔽双绞线和光纤作为传输介质，但较多的是采用屏蔽双绞线，使用屏蔽双绞线时计算机和集线器的最大距离可达100 m，使用非屏蔽双绞线时最大距离为45 m。

在构建令牌环网络时，需要令牌环网卡、令牌环集线器和传输介质等。图2.7给出了一个令牌环组网的示例。其物理拓扑在外表上为星状结构，星状拓扑的中心是一个被称为介质访问单元（media access unit，MAU）的集线装置。MAU有增强信号的功能，它可以将前一个结点的信号增强后再送至下一个结点，以稳定信号在网络中的传输。从图2.7中也可以看出，从MAU的内部看，令牌环网集线器上的每个端口实际上是用电缆连接在一起的，即当各结点与令牌环网集线器连接起来后，就形成了一个电气网环。所以很多人认为令牌环网采用的仍是一个物理环的结构。

图2.7 令牌环网内部结构

集线器可以拥有4、8、12或16个连接端口，还有两个名为入环（ring－in，RI）和出环（ring－out，RO）的专用端口。如果要建立的环网结点数大于集线器的端口数，则使用集线器上的RI和RO端口进行集线器的互连以扩大网络规模。有些集线器如MAU多站访问部件具有容错功能，即当某个网卡出现故障时，这种集线器可以从环中将该故障结点删除，并维护原来的环路，从而隔离故障结点。

令牌环网在MAC子层采用令牌传输的介质访问控制方式，所以在令牌环网中有两种MAC层的帧，即令牌帧和数据/命令帧。

（2）令牌环网工作原理

令牌环网利用一种称之为“令牌”的短帧来选择拥有传输介质的站，只有拥有令牌的工作站才有权发送信息。令牌平时不停地在环路上流动，当一个站有数据要发送时，必须等到令牌出现在本站时截获它，即将令牌的独特标志转变为信息帧的标志（或称把闲令牌置为忙令牌），然后将所要发送的信息附在其后发送出去。

由于令牌环网采用的是单令牌策略，因此环路上只能有一个令牌存在，只要有一个站发送信息，环路上就不会再有空闲的令牌流动。采取这样的策略，可以保证任一时刻环路上只有一个发送站，因此不会出现像以太网那样的竞争情况，环网不会因发生冲突而降低效率，所以说令牌环网的一个很大的优点就是在重载时可以高效率地工作。

在环上传输的信息逐个站点地、不断地向前传输，一直到达目的站。目的站一方面复制这个帧（接收这个帧），另一方面要将此信息帧转发给下一个站，并在其后附上已接收标志。信息在环路上转了一圈后，最后必然会回到发送数据的源站点，信息回到源站点后，源站点对返回的数据不再进行转发，而对返回的数据进行检查，查看本次发送是否成功。当所发信息的最后一个比特绕环路一周返回到源站时，源站必须生成一个新的令牌，并将令牌发送给下一个站，环路上又有令牌在流动，等待某个站点去截获它。总之，截获令牌的站点要负责在发送完信息后再将令牌恢复出来，发送信息的站点要负责从环路上收回它所发出的信息。图2.8归纳了上述令牌环的工作过程。

图2.8 令牌环工作过程

第一步：令牌在环中流动，C站有信息发送，截获令牌。

第二步：C站发送数据给B站，B站接收并转发数据。

第三步：C站等待并接收它所发送的帧，并将该帧从环上撤离。

第四步：C站收完所发帧的最后一字节后，重新产生令牌并发送到环上。

与CSMA/CD不同，令牌环网是延迟确定型网络。也就是说，在任何站点发送信息之前，其可以计算出信息从源站到目的站的最长时间延迟。这一特性及令牌环网的可靠性，使令牌环网特别适用于那些需要预知网络延迟和对网络的可靠性要求高的场合，如工厂自动化环境。

采用确定型介质访问控制机制的令牌环网适用于传输距离远、负载重和实时要求严格的应用环境。但其缺点是令牌传输方法实现较复杂，所需硬件设备也较为昂贵，网络维护与管理较复杂。