"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。