ARCnet网络.doc

1、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 A

2、RCnet 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

3、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

4、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

5、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

6、 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

7、 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 1 ARCnet 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 3

8、0.5(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

9、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

10、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)1 255 1010 1 2525 10 255255 25 11.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

11、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

12、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。

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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 AR

18、Cnet 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

19、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 间隔中挤出 4 比特信息.脉冲可以是正的或负的正弦波,具有从 0 到 12V 的 8 个可能的幅度,从而给出总数为 2X8=16 的脉冲组合,足以代表 4 比特的数据.因此,ARCnet plus 的数据速率为 4 比特5M 脉冲/秒=20(Mb/s).然而这个数据率未包括额外开销,如果考虑较准所用的额外开销,其有效数据率为 16.8Mb/s.在 ARCnet plus 初始化期间,一个工作站发送一特殊信号 ,通知其它站要以 ARCnet plus的高速方式操作.当工作站传递令牌时,也发送这种特殊信号.当 ARCnet plus 工作站与ARCnet 工作站通信时,则要降至 2.5Mb/s.