理解IEEE802.5：令牌环网络的工作原理与结构

"本文主要介绍了工业控制网络技术中的一个重要概念——令牌环网，包括其基本原理、工作过程、网络拓扑、传输媒体、站点数量限制、数据帧的处理以及MAC帧结构。" 在工业控制网络中，令牌环网是一种有效的访问控制机制，它通过在环形网络中传递一个特殊标记（即令牌）来决定哪个站点可以发送数据。这种网络架构在早期局域网技术中广泛使用，尤其是在需要高可靠性和低冲突性的应用中。 4.4 IEEE 802.5标准定义了令牌环网的规范，它采用了点到点链路连接形成的闭合环状拓扑结构。传输媒体通常使用屏蔽双绞线（STP）或光纤，数据传输速率可达到4兆比特每秒（Mbps）或16Mbps。在最大配置下，一个令牌环网可以支持多达250个站点，并且使用差分曼彻斯特编码进行信号传输。 令牌环的工作过程是这样的：当网络空闲时，一个特殊帧（即令牌）在环中循环，它的其中一个比特（T比特）为0，表示令牌是空闲的。当某个站点需要发送数据时，它会捕获这个空闲令牌，将其T比特置为1，然后将自己的数据帧发送出去。如果遇到的令牌T比特已经是1，说明其他站点正在发送数据，此时该站点必须等待。每个站点都会检查经过的数据帧的目的地址，如果匹配则复制并转发，否则直接转发。数据帧返回到发送站时，发送站会检查接收情况，清除帧并重新生成新的令牌，再次将其发送到环上，保持环路中的令牌流动。 在令牌环网络中，每个站点都连接到一个叫做干线耦合器（TCU）的设备，它负责数据的再生和转发，同时监测是否有站点地址和令牌出现。TCU有两种工作模式：收听/转发方式和发送方式。在收听方式下，TCU监听环路中的位流，如果发现是自己的地址或令牌且有数据要发送，就进入发送模式，将数据帧发送到下一个TCU。发送方式下，数据帧按帧从TCU输出到下一个节点。 令牌帧和数据帧构成了令牌环的MAC帧结构。令牌帧用于在网络中传递控制信息，而数据帧则携带实际的应用层数据。这两种帧的格式和用途是不同的，但都是令牌环网络正常运行的关键组成部分。 令牌环网技术以其独特的访问控制和错误检测机制，确保了网络通信的高效和可靠性，尤其适用于需要严格顺序和确定性传输的工业控制系统。然而，随着以太网技术的发展，尽管令牌环网在某些特定领域仍有所应用，但其在现代网络中的使用已经逐渐减少。