ARCnet网络.doc

ARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍具有较大的使用范围,并作为Netware LAN的敷缆系统.ARCnet使用RG-62同轴电缆,而这种电缆刚好与IBM3270终端和IBM主机相连的电缆相同,所以这种网络在大量IBM机的使用基地得到广泛应用.ARCnet现在也可使用双绞线和光纤.新型的ARCnet plus速率已从原来的2.5Mb/s增加到100Mb/s(使用光纤时).这种网络使用的媒体访问法为令牌总线.ARCnet使用的媒体有同轴电缆和双绞线,它对双绞线要求较低,电话线中多余的双绞线便可作此用途,因为ARCnet仅需要一对线,而且数据速率较低.然而,最好不要使用这种方式,因为当你要升级到也使用双绞线的其它技术时会产生问题一、 ARCnet 的构件在构造ARCnet网络时,所用关键硬件设备有两种:其一是有源Hub,其二是无源Hub.所谓有源Hub是指一种设备,可对网络信号进行分裂信号加以分裂.它无放大功能,不需要电源,只是将信号加以分裂.正因为无放大功能,无源Hub的电缆长度远不如有源Hub.这是ARCnet网络构成时的主要构件.除Hub外,第二种构件是ARCnet网卡,通常能以同轴电缆和双绞线两种方式之一进行工作.当同轴电缆卡要联接到双绞线网络时,必须使用一种称作banlun的设备,这是一种小型设备,可将同轴电缆联接器转换为双绞线联接器. 第三种构件是93的终结器。使用同轴电缆时,任何不用的无源Hub端口或电缆都要用终端器终接;使用双绞线时,终接器插入位于电缆末端的网卡上.二、 ARCnet 的网络结构ARCnet布缆方式有两种:一种是总线型,另一种是星型总线型.下面分别介绍这两种类型的ARCnet.1.总线结构 总线结构与Ethernet细缆方式相类似,如图1所示.ARCnet总线最大长度为305m,可联接的设备最多8个.设备与总线的联接通过T型联接器,该联接器的顶部与电缆相连,底部与网卡相连.电缆两端必须用93的电阻终结. 以上是使用同轴电缆的情况,如果使用双绞线,上述规定会有一定变化.在这种情况下使用菊链结构，即适合双绞线媒体的网卡有两个端口:一个用于连接服务器,另一个用于连接下一个PC机.如此级链时最多可连接10个PC机,双绞线最大距离不超过122m(400英尺).第一个网卡和第二个网卡都必须用93终接器终接.2.星形总线结构 这种物理布线是以Hub为中心,形成一种多星形互连在一起的结构，如图2所示.这种结构之所以称为总线是由于所有工作站共享公共电缆.这种结构可使用电缆,也可使用双绞线.在使用电缆时,星形总线通过使用Hub分裂信号来形成.Hub可以是有源的,也可以是无源的.如果使用有源Hub,有源电缆变插入其端口之一,其余的端口连接工作站.工作站与有源Hub的最大距离为610m(2000英尺). 当使用双绞线时,需要使用有源Hub,Hub与文件服务器相连，工作站也与其直接相连.在这种方式下,服务器或工作站与有源Hub之间的距离最大可为1220m(4000英尺).网卡上不用的端口必须用93的终接器短接.三、 ARCnet布线规则ARCnet可以多种方式配置,因此,这里只能给出典型使用情况下的方法.由于使用双绞线和同轴电缆有不同的规范,因此布线规则将分别加以说明.然而,不管使用那种媒体,ARCnet应遵循下述通用规则: 有源Hub可以连接到其它有源Hub或无源Hub,也可连接到工作站. 无源Hub可连接到有源Hub和工作站,但不能直接连接到其它无源Hub. 在ARCnet中不能形成环路.所谓环路是指一根电缆出自某一Hub,经其它Hub,最后又连回到起始Hub. 必须对无源Hub不使用的端口进行终接. 1.ARCnet同轴电缆总线设计规则 ARCnet使用总线结构时,在305m(1000英尺)的最大距离上使用RG-62型电缆最多可级连8个工作站.在总线结构下,使用T型连接器连接工作站,一个总线段必须用93的终接器在两端加以终接. ARCnet同轴电缆可与有源Hub提供的星型结构相结合.在这种情况下,总线一端连接到有源Hub上.一个8端口的有源Hub可连接的工作站总数为8X8=64.?如果要连接两个有源Hub,每个有源Hub的一个端口可用来连接有源Hub,?那么每个有源Hub?可支持56个工作站,两个有源Hub则可支持112个工作站.表1为同轴电缆总线的配置规范. 表1ARCnet同轴电缆规范参 数规范电缆类型RG-62电缆物理布局星型总线最大节点数254最大有源Hub数每有源电缆一个有源Hub和节点间的最大距离610m(2000英尺)有源Hub和无源Hub间的最大距离30.5(100英尺)无源Hub和节点间的最大距离30.5(100英尺)数据传输速率2.5Mb/s2.ARCnet双绞线总线设计规则首先指出,使用双绞线在功能和逻辑上都有等价于同轴电缆总线.用于双绞线的网板备有两个6插针的模块化插座,用来菊链ARCnet网板,最大可菊链10个工作站,长度不超过122m(400英尺).工作站之间的最小间隔为1.8m(6英尺).双绞线结构可与有源Hub提供的星型拓扑结构组合,将总线的一端连接到有源Hub便可进行这种组合.表2示出了ARCnet双绞线规范.表2 ARCnet双绞线规范 参数规则电缆类型双绞线电缆物理结构星型总线最大节点数254最大有源Hub数10有源Hub和节点间的最大距离122m(400英尺)数据传输速率2.5Mb/s四、 ARCnet的操作ARCnet LAN 的站传输像总线型LAN一样是广播式的,但对总线的访问决定于令牌.为说明这种网络的操作机制,假定在一条总线上有4个节点,其地址分别为1,10,25和255. 在启动网络时,这四个工作站形成一个逻辑环.每个站都跟踪两个信息: 谁是后继者; 谁是前驱者. 这两种信息分别由字母S(后继者)和P(先驱者)代表.一个工作站的后继者定义为逻辑环上具有较高地址的站;先驱者则定义为逻辑环上具有较低地址的站. 在ARCnet中,站地址0用于广播地址,因此最小站地址为1,最大站地址为255.在构成逻辑环时规定,工作站地址为255的后继站地址为1，站地址为1的前驱站地址为255.工作站前驱者和后继者的地址如表3所示. 表3工作站的前驱站和后继站地址工作站地址前驱工作站地址(p)后继工作站地址(s)125510101252510255255251 1.ARCnet 帧结构 像Ethernet一样,ARCnet传输单位也称为帧.帧结构如图3所示.图3(a)所示为邀请发送(ITT)令牌帧总是传递给它的后继工作站.(a) ITT帧ALERT EOT DID DID (b) FBE帧 ALERT ENQ DID DID (c) ACK帧 ALERT ACK (d) NAK帧 ALERT NAK (e) PAC帧 ALERT SOH SID DID DID CP DATA CRC CRC ARCnet帧不管是哪种帧,都由ALERT引导,类似于Ethernet中使用的前导码(见本刊今年第3期的局域网技术系列文章3).ALERT由6比特间隔的传号(1)组成.传号(1)由正脉冲后跟负脉冲组成的双脉冲表示.空号(0)由无脉冲表示.EOT是ASCII码中的传输结束控制符(04hex).后跟的两个字节都是DID(终点标识符)，即后继工作站的信息.重复使用DID的目的是增加可靠性. 图3(b)是空闲缓冲器询问(FBE)帧.ENQ是ASCII字符集中的询问字符(05hex).它后跟的两个字节DID是想通过询问了解空闲缓冲器状态的工作站标识.DID重复使用也是为提高寻找终点工作站的可靠性. ACK(确认)帧由ALERT和ACK组成.ALERT的构成前面已有叙述,ACK是ASCII字符集中的确认字符(06hex).当响应FBE帧而发送ACK时,表示接收工作站具有可供使用的缓冲器空间.ACK帧所以没有DID字段,是因为这种帧是作为广播方式发送的。ACK帧如图3(c)所示。NAK(否认)帧如图3(d)所示.NAK是ASCII字符集中的否认字符(15hex).当响应FBE帧而发送NAK时，表示接收工作站不具有可供使用的缓冲空间.NAK帧也没有DID字段,其原因与ACK帧相同. 图3(e)所示为数据帧。帧中SOH(标题开始)是ASCII字符集中的标题开始字符(01hex)。SID(源点ID)和(终点ID)表示源点和终点工作站的地址.CP(连续指针)字段指示工作站在存储器中找到的传输数据的起点.数据字段DATA具有可变长度,处于1字节和508字节之间，用以携带用户数据.2字节的CRC字段由发送站添加,用来保护Data字段.2.操作过程在启动时,首先要构成逻辑次序,即逻辑环，每个站都不断跟踪保持其前驱工作站和后继工作站的站标识.关于前驱和后继工作站的规定如表3所示，每个工作站将其自身的后继者(NID)设置为自身站地址(ID)加1,并按下述公式设置超时值(TimeOutt):TimeOut=146X(255-ID)S 具有最大地址值的工作站首先超时,于是它创建ITT帧,并将该令牌帧发送给它的后继站.如果在74us后没有响应,最大地址值的工作站便认为具有后继NID地址的站不存在，随后便将NID值增加1,再次发送DID为新值的ITT.这种过程重复直至该最大地址值的工作站找到自己的后继者为止.被找到的后继工作站像前驱工作站一样,重复此过程. 一旦找到所有活动工作站,正常的令牌传递操作便可开始.配置时间在24到61us范围,取决于活动站的数目和工作站地址的值.为使TimeOut初始值为0和将配置时间减至最小,至少将ARCnet一个工作站地址设置为255.具有ITT帧的工作站在将令牌帧传递给后继站之前最多发送一帧.在数据帧被发送到终点节点之前,必须询问是否有足够的缓冲空间来接受帧.执行这种询问功能的是FBE帧.被询问的站如果有缓冲器可用,便发回ACK帧,否则发回NAK帧. 发送FBE帧后一旦收到ACK帧,便可发送数据帧PAC. 如果因为故障破坏了令牌的正确传递,网络必须进行重新配置。产生另一种重新配置的情况是在令牌传递环上增加工作站或去掉工作站.因此重新配置是难以避免的事情. 如果一个活动工作站在840ms后未接收到ITT帧,由8个传号间隔组成的RECON图样,后跟一个空号便发送765次.RECON图样持续2754us,以确保破坏传输中的任何令牌帧，其结果是使令牌帧丢失.78us无活动后,所有工作站都会认识到,重新配置正在发生.于是每个站都将其自身的后继者设置为自身地址(ID)加1,并设置超时值.以后的过程与启动时一样. 在ARCnet技术中,删除一个工作站是一个较简单的过程,不需调用全部重新配置机制.如果地址为10的工作站从环上已撤离，而且只要对其前驱者工作站1发来的ITT帧不响应的时间超过74us.工作站1便认为工作站10不再存在.工作站1便对其NID值增加1(新值为11)，并将ITT发到工作站11.如果在74us后还是没有响应,则重复上述过程.下一个站地址为25，工作站1需要(25-10)X74us=1.1ms的时间,才能发现它的后继工作站为25.如果工作站10想重新进入环,它必须等待令牌的时间为840ms.如果它还未经过ITT帧被邀请发送,它必须调用全部重新配置机制.五、 ARCnet plusARCnet plus是ARCnet的第二代产品,比ARCnet性能有显著提高,单从传输速率看,提高到原来2.5Mb/s的8倍,即20Md/s,而且还与ARCnet向下兼容. 要了解性能提高的机制，必须清楚ARCnet传递速率低的原因。ARCnet的工作站使用5MHz的一个周期后跟等长的静止期来表示逻辑1.逻辑0则由两个静止间隔组成。一个间隔是1/5MHz=200ns.由此可看出,发送1比特(0或1)信息需要两个这样的间隔.ARCnet以多个整数个字节发送数据,每一字节由3比特较准图样(110)来使接受器与发送器同步.这表明每8个数据比特就有3比特的额外开销,因此,ARCnet的有数据速率为8/1125Mb/s=1.82Mb/s。显然对带宽有较大的浪费.静止期是一种浪费,较准额外开销占总带宽的27%. ARCnet plus增加带宽利用效率通过下述二种途径实现: 消除静止周期; 将每个字节使用3比特较准比特改为每8个字节使用3比特较准比特. ARCnet plus使用的精巧技术是使用幅度调制在每200ns间隔中挤