令牌环网（Token Ring）：基于令牌传递的局域网协议详解

令牌环网（Token Ring）：基于令牌传递的局域网协议详解

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/blog_programb/article/details/142871470

令牌环网（Token Ring）是一种基于令牌传递的局域网协议，广泛应用于需要高可靠性和实时性的场景。本文将详细介绍令牌环网的工作原理、特点以及与以太网的主要区别。

令牌环网通过在网络中传递一个称为“令牌”的特殊帧来控制访问权限。令牌是一种简短的帧，通常为24位长，包含首定界符、访问控制和终定界符三部分。当一个节点希望发送数据时，必须等待空令牌的到来，然后将令牌的状态改为“忙”，并在其后附上要发送的数据帧。数据帧依次经过网络中的每个节点，直到到达目标节点。目标节点会复制数据并可能修改令牌状态，然后继续传递令牌。发送节点在收到自己的数据帧后，将令牌状态改回“空”，以便其他节点可以继续使用。

令牌环网的主要特点

1. 高可靠性：由于令牌环网采用令牌传递机制，避免了数据碰撞的发生，提高了传输的可靠性。
2. 实时性：适用于需要实时数据传输的应用，如工业控制网络。
3. 公平性：所有节点平等地获取令牌，确保了公平的访问机会。
4. 灵活性：可以使用多种传输介质，如双绞线、同轴电缆和光纤等。

尽管令牌环网有诸多优点，但其实现较为复杂，维护成本较高，且随着以太网技术的发展，逐渐被以太网取代。

令牌环网的优点

1. 确定性访问延迟：由于每个节点必须持有令牌才能发送数据，因此访问延迟是可预测的。这对于需要实时通信的应用非常重要。
2. 公平访问：令牌环网确保所有节点有平等的机会发送数据，避免了某些节点因频繁发送数据而占用过多带宽的情况。
3. 低冲突概率：由于令牌机制的存在，减少了多个节点同时发送数据的可能性，从而降低了冲突概率。

令牌环网的缺点

1. 复杂性：令牌环网的实现较为复杂，维护和管理成本较高。
2. 单点故障：如果令牌丢失或者某个节点故障，整个网络可能会受到影响。虽然有些协议提供了令牌恢复机制，但这增加了系统的复杂性。
3. 扩展性问题：随着网络规模的扩大，令牌在各个节点间传递的时间也会增加，这会影响网络的效率。

令牌环网与以太网的区别

1. 拓扑结构

• 令牌环网：采用环形拓扑结构，每个节点连接成闭合的环路。数据在环中按顺序传递，必须经过每个节点。
• 以太网：通常采用总线型或星型拓扑结构。在总线型以太网中，所有节点共享同一条通信线路；在星型拓扑中，所有节点通过一个中央交换机连接。

2. 访问控制机制

• 令牌环网：使用令牌传递机制来控制访问权限。只有持有令牌的节点才能发送数据，从而避免了碰撞问题。令牌在网络中依次传递，确保了公平的访问机会。
• 以太网：采用载波监听多点接入/碰撞检测（CSMA/CD）机制。节点在发送数据前先监听信道是否空闲，如果空闲则开始发送数据，否则等待。这种方式可能导致数据碰撞，需要通过碰撞检测和重传机制来解决。

3. 传输效率

• 令牌环网：由于令牌机制的存在，数据传输的确定性较高，适用于对实时性要求较高的应用环境。然而，令牌的传递过程可能会引入一定的延迟。
• 以太网：以太网的效率较高，特别是在轻负载情况下表现优异。但在高负载时，碰撞和重传可能会影响效率。现代以太网技术（如全双工以太网）已经大幅减少了这些问题。

令牌环网的优缺点总结

优点：

1. 确定性访问时间：由于令牌环网采用令牌传递机制，每个节点只有在持有令牌时才能发送数据，因此访问时间是可预测的，适用于需要实时性较高的应用。
2. 低冲突：令牌环网通过令牌机制有效避免了数据碰撞，因为每次只有一个节点可以发送数据。
3. 公平性：所有节点有均等的机会获取令牌，从而发送数据，确保了网络资源的公平分配。
4. 适合重载环境：在高负载情况下，令牌环网的性能较为稳定，不会出现因碰撞导致性能急剧下降的问题。

缺点：

1. 复杂性：令牌环网的实现和管理相对复杂，需要维护令牌的传递和处理各种边缘情况。
2. 延迟问题：由于令牌需要在各个节点之间依次传递，如果网络中有多个节点，数据发送前的等待时间可能会较长。
3. 单点故障：如果某个节点出现故障，可能会导致整个网络无法正常工作，因为令牌无法继续传递。
4. 扩展性差：随着网络规模的扩大，令牌传递的时间也会增加，影响网络的整体性能。

令牌环网与以太网的对比

1. 介质访问控制方式

• 令牌环网：使用令牌传递机制来控制介质访问。只有持有令牌的节点才能发送数据，从而避免了碰撞。
• 以太网：使用载波监听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）机制。如果两个节点同时发送数据导致碰撞，则会进行重传。

2. 拓扑结构

• 令牌环网：通常采用环形拓扑，每个节点连接成一个闭合的环路。
• 以太网：主要采用总线型或星形拓扑，特别是在现代以太网中，交换机的使用使得星形拓扑成为主流。

3. 性能

• 令牌环网：由于其令牌传递机制，理论上可以避免碰撞，提供更稳定的传输速率。
• 以太网：虽然有碰撞风险，但通过高效的CSMA/CD机制和交换机的应用，实际性能也非常出色。

4. 可靠性与故障恢复

• 令牌环网：如果一个节点出现故障，整个网络可能会受到影响，因为令牌无法继续传递。
• 以太网：现代以太网使用交换机和冗余设计，即使某些部分出现问题，网络也能保持运行。

5. 应用场景

• 令牌环网：在一些需要高可靠性和实时性的环境中仍有应用，如工业控制网络。
• 以太网：广泛应用于办公、家庭和企业等各种场景，是最常见的局域网技术之一。

本文原文来自CSDN