[科普中国]-令牌总线技术

令牌总线技术是由IEEE802委员会定义的一种局域网技术，其标准是IEEE802.4。令牌总线（Token Bus）是一种在总线拓扑结构中利用令牌（Token）作为控制节点访问公共传输介质的控制方法。在令牌总线网络中，任何一个节点只有在拿到令牌后才能在共享总线上发送数据。若节点不需发送数据，则将令牌交给下一个节点。

简介IEEE 802 指IEEE标准中关于局域网和城域网的一系列标准。更确切的说，IEEE 802标准仅限定在传输可变大小数据包的网络。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。IEEE 802中定义的服务和协议限定在OSI模型的最低两层（即物理层和数据链路层）。事实上，IEEE 802将OSI的数据链路层分为两个子层，分别是逻辑链路控制（LLC, Logical Link Control）和介质访问控制（MAC, Media Access Control）。

令牌总线技术是一种用于实现局域网的技术，标准是IEEE802.4，IEEE 802.4令牌总线网在概念上可理解为一逻辑令牌环网，它提供1个任选的4级优先级控制机制：级别0(最低级)、2、4、6(最高级)。图1是由N个站点构成的IEEE 802。4令牌总线网示意图，图中每一站点包含4个排队缓冲区，分别表示优先级6到0。当某一工作站点接到令牌，在把令牌往下一相邻工作站传送前，令牌在站点内部从最高优先级传往最低优先级。当某一级别接到令牌后，在此级别缓冲区排队的信息将被传送，直到队长为0或计时器到。在最高级别6，设置1个令牌保持时间计时器，对级别4、2、0分别设有令牌循环时间计时器，当级别6接到令牌，最高优先级令牌保持时间计时器被置为最高优先级令牌保持时间。在最高优先级缓冲区内的信息开始传送直到级别6的队长为0或令牌保持时间到最长时间。继而，令牌被传至级别4.对3个较低级别分别有其各自的令牌循环时间参数1。

与CSMA/CD方法相比，令牌总线技术比较复杂，需要完成大量的环维护工作，包括环初始化、新结点加入环、结点从环中撤出、环恢复和优先级服务。

工作状态令牌总线是指连接在物理总线上的各节点组成一个逻辑环，让一个令牌在逻辑环中按一定方向依次流动，获得令牌的节点就取得了总线使用权，令牌总线存取控制方式限定每个节点持有令牌时间一定，保证在令牌循环一周时每个节点都有机会获得总线使用权，并提供优先级服务，因此令牌总线存取控制方式具有较好的实时性，并且令牌总线局域网(ARCNET，Attached Resource Computer NET)具有可靠性高、通信速率高、可确定的传输时延以及远距离通信能力等特点，是一种理想的现场总线技术。

令牌总线网类似于令牌环网，其中，站点可与在网络上进行发送之前，必须拥有一个令牌。但是，它们的拓扑结构和令牌传递方式是不同的。电气电子工程师协会(IEEE)802．4委员会已经定义了令牌总线标准是宽带网络标准，以与以太网的基带传输技术区别。令牌总线网络通过总线拓扑结构，使用75欧姆CATV同轴电缆构造。802．4标准的宽带特性，支持在不同的信道上同时进行传输。宽带电缆有较长的传输能力，传输率可达10Mbps。在生产厂房的网络中，令牌总线网有时采用生产自动化协议来实现。令牌按照站点地址的序列号，从一个站点传送到另外一个站点。这个令牌实际上是按照逻辑环而不是物理环进行传递。在数字序列的最后一个站点将令牌返回到第一个站点。这个令牌并不遵照连接到这条电缆的工作站的物理顺序进行传递。可能站点1在一条电缆的一端，而站点2在这条电缆的另外一端，站点3却在这条电缆的中间。 电缆的拓扑结构可以包括被长干线电缆连接的工作站的一些组。这些工作站从一种星形配置的集线器中分支出来，所以这个网络既是一个总线拓扑又是一个星形拓扑的网络。ARCNET是一个令牌总线网络，但是它不承认IEEE802．4标准。令牌总线拓扑结构的例子有“ARCNET”。令牌总线拓扑对于组织分离在较远地点的用户是很适合的。虽然在一些生产环境使用令牌总线结构，但是以太网和令牌环标准却已经在办公室环境起着决定性的作用。

令牌总线主要用于总线形或树形网络结构中。它的访问控制方式类似于令牌环，但它是把总 线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力。信息是双向传送，每个站都可检测到其它站 点发出的信息。在令牌传递时，都要加上目的地址，所以只有检测到并得到令牌的工作站， 才能发送信息，它不同于CSMA/CD方式，可在总线和树形结构中避免冲突。  这种控制方式的优点是各工作站对介质的共享权力是均等的，可以设置优先级，也可以不设 ；有较好的吞吐能力，吞吐量随数据传输速率增高而加大，连网距离较CSMA/CD方式大。缺点是控制电路较复杂、成本高，轻负载时，线路传输效率低。

几种局域网令牌总线网络

令牌总线网络在物理总线上建立一个逻辑环。从物理上来看，这是一种总线结构的局域网，和总线一样，站点共享的传输介质为总线。但是，从逻辑上来看，是一种环型结构的局域网，接在总线上的站组成一个逻辑环，每个站被赋予一个顺序的逻辑位置。和令牌环类似，只有取得令牌的站点才有权发送帧，当取得令牌的站点没有帧需要发送时，立刻把令牌发送至下一站点，使令牌在逻辑环上依次传递。由于令牌是顺序传递的，因此对所有的站点都有公平的访问权。

CSMA/CD

在IEEE802.3中给出了标准定义，所谓CSMA/CD是指载波侦听多路访问/冲突检测，它是一种介质访问方式，允许两台或者多台工作站共享一公共总线传输介质。发送站要等待或延迟发送，直到介质上出现一个空闲周期;而当空闲周期出现时，发送站将一条消息以位串的形式发送。当由于两台或多台工作站同时发送消息而产生冲突时，每一发送站要有意发送几个附加的字节，以保证其它工作站识别出冲突的发生。冲突发生后，一个工作站在再次发送之前要保持一段随机长度的空闲时间(称为退避)，这样可以保证两台(或多台)工作站不致再重复冲突。

令牌环网络

令牌环网络是用传输介质将一批站点串接起来，信息从一个站传送到后继站是一位一位串行传输的，在物理环上的每一个站一方面再生和重复每个位，另一方面将一些设备连接到环上。令牌环网络使用一个特定的标记(令牌)沿着环循环。当站点需要发送信息时，必须等待空标记(空令牌)的到来，并将它设置为忙标一记(忙令牌)，紧接着忙标一记(忙令牌)将信息帧发送到环上。此时，标记(令牌)是忙标记(忙令牌)，所以其它各个站点不能发送帧，只能侦听等待，并将地址符合的站传送的信息复制下来。发送的帧在环上循环一周后，再次回到发送站，将环上的帧信息收回，同时将忙标记(忙令牌)改为空标记(空令牌)，传送到下一站点，使之取得环的访问权和帧的发送权。一个站不能独占标记控制介质访问，标一记控制计时器控制一个站使用介质访问权的最长时间。

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学