ARCNET 阿克网

2024年2月9日发(作者：)

ARCNET 阿克网

Network（ARCNET）是一个基带、令牌传递的网络系统，它是具有灵活的星形和总线拓扑结构和传输速度为2．5Mbps的廉价网。ARCNET在令牌总线网络拓扑结构中使用令牌传递协议，但它本身并不是IEEE标准。ARCNET由Datapoint于1977年开发，并被特许给其它一些公司。1981。年，标准微系统公司（SMC）开发了第一个基于令牌传递协议的单片LAN控制器，1986年又推出了支持总线拓扑结构的新型芯片集，现在的大部分工业标准ARCNET配置是基于这种新型芯片集技术的。

典型的ARCNET配置如图A9所示。虽然普遍认为ARCNET吞吐量较低，但是若使用有源Hub，它可以支持的电缆长度达2000英尺。ARCNET适用于基于文本的应用以及用户很少访问文件服务器的办公环境。新版本的ARCNET支持光纤和双绞线电缆。由于它灵活的布线方案允许使用长干线，并能在同一局域网上采用星形配置，所以在更多地考虑价格而非速度因素时，ARCNET是一非常好的选择。另外，ARCNET电缆与IBM 3270终端和IBM主机之间相连的电缆类型相同，所以在有些建筑中可能已经铺设了这种电缆。

ARCNET是一个非常强健的网络，并不象同轴电缆以太网只要电缆松了或没有连接就容易出错。这部分是由于它的拓扑结构，部分是由于它较低的传输速率所造成的。如果将工作站连接到Hub

的电缆没有连接或断了，只有该工作站联网瘫痪而不是整个网络瘫痪。令牌传递协议要求每个事务都被应答，所以实际上不会发生错误。不过ARCNET的吞吐量较其它网络方案要小得多。

注意图A－9中工作站电缆布线的灵活性。首先，ARCNET采用的是分布式星形拓扑结构，也就是说工作站连接到Hub，Hub也可以连接到其它Hub。这种布局非常适用于多楼层办公方案，其中可以使用长干线连接不同楼层和部门，然而部门从有源或无源Hub可分枝用线连成星形配置。这种用一根主干线连接一组工作站的性能节省了开支。

虽然ARCNET具有灵活性的特点，但它没有象以太网和令牌环网一样成为主要网络产品，部分原因是它从未标准化，也没有由主要公司推向市场。最近几个ARCNET供应商推出了ARCNET plus，速率为20Mbps的ARCNET版本，它与速率为2．5Mbps的ARCNET兼容，可以用于同一LAN上。基本做法是：每个节点都能“通知”其它节点自己的传输能力，这样如果快节点需要与慢节点通信，快节点将逐步降低速度以便进行对话。ARCNET plus支持更大的报文分组，是ARCNET工作站的8倍。另外它能利用桥接器和路由器与以太网、令牌环网以及TCP／IP网络相联，这是因为ARCNET

plus支持IEEE 802．2逻辑链路控制标准。

标准ARCNET网络的典型组成部分如下所述。

网络接口板

ARCNET板可以从许多供应商，包括标准微系统公司和Thomas－Conrad公司处得到。标准同轴电缆接口板后部应带有一个BNC连接器，当ARCNET配置成线性总线时，T型连接器用于与卡上BNC连接器相连，卡上跳线跨接成指明这种总线配置。如果卡安装于无盘工作站，卡上必须装有远程启动芯片。ARCNET接口板上具有能为工作站设置节点地址的双列直插开关，必须为网络上每一个节点分配一个1～255范围内的唯一地址。如果准备增添更多的工作站，则应该将工作站号码记录在接口卡的面板和日志本中。号码最小的工作站将向所有工作站广播一个允许令牌，准许它们使用电缆，其它工作站则根据它们的地址号码来使用电缆。

有源Hub

有源Hub是调整和放大信号强度的网络中继装置。工作站与有源Hub之间的距离可达2000英尺。大部分有源Hub有8个端口与工作站、无源Hub或另外的有源Hub相连。有源Hub是自己终结的，不需要终结端口。

无源HUB

无源Hub是一个带有BNC插孔的四端口连接器，用作连线中心和

简单的信号分路器。工作站与无源Hub之间的相距不得超过100英尺，它的每一个不用端口必须被终结。图A10所示为采用无源Hub的三工作站网络。

ARCNET布线

虽然许多供应商提供了双绞线和光缆，ARCNET的标准布线是93欧姆的RG－62A／U同轴电缆。在有源Hub间使用光缆主干道。并供外部使用的配置是可能的。可以用BNC连接器将同轴电缆连到有源Hub、无源Hub和网络接口卡。从供应商处可以买到便于传送的预先切好标准长度的ARCNET同轴电缆，还可以采用整捆电缆，但是必须利用供应商那里买来的同轴电缆剥线和压接工具安装BNC连接器。注意同样可买到填充有防火介质电缆、非填充内部电缆、地下标称电缆和架空标称电缆。如果使用了不同介质的电缆，就需要相应的电缆连接器。

BNC同轴电缆连接器

连接器用来安装在专门截断的电缆末端。BNC同轴电缆连接器包括一个中心插针，一个机套以及一个强制执行套筒。

BNCT型连接器

在总线拓扑结构中，T型连接器连到ARCNET网卡后部的BNC连接器上，它提供信号入和出两个电缆连接口。每个工作站需要一个T

型连接器，每个中断器需要二个T型连接器。

BNC终结器

所有未用的无源Hub端口上都需安装93欧姆的BNC终结器。

下面是ARCNET网的规则与限制：

□大多数有源Hub有8个端口，连接的节点工作站可与之相距600米（2000英尺）远。

□能将有源Hub连接成分层结构，有源Hub间距离最大为600米（2000英尺）。

□四端口的无源Hub可以与最多3台工作站相连，另一个连到有源Hub或文件服务器。每个工作站与无源Hub相距不得超过30．5米（100英尺）。

□无源Hub不能连接到其它无源Hub上，但可以连接到有源Hub，其距离不得超过30．5米（100英尺）。

□必须用93欧姆终结器来终止无源Hub的未用端口。

□多段网络最远端点的工作站间最大距离为20，000英尺，大约4英里。

□如果工作站连成总线结构，总线段的最大干线长度为305米（1000英尺）。

□工作站点的最大数目为255。

ARCNET网络的问题相对而言容易隔离。这些问题有时是因为没有安装终结电阻，或者是网络地址有重复，所以首先应检查上述几项，还要检查一下Hub的指示灯，保证站点间的连接有效。问题还可能是有源Hub或无源Hub，或网卡出现了故障，它们可以通过对网络分段的方法来隔离，包括在必要的地方断开与Hub相连的电缆，并加上终结器。如果问题解决了，就可以定位问题出现在哪个分支；如果问题还没有解决，就需要在另一位置分段网络，继续上述过程直到找到出现问题的地方为止。必要时换掉出问题的网络接口卡、电缆段或Hub。当然，大部分的ARCNET供应商提供了网络管理软件，可以更加方便地发现出错节点及其它问题。

ARCNET Frame Formats ARCNET帧格式

□应邀传送（ITT）帧是令牌帧，工作站想发送时可获得一个令牌。

□空闲缓冲区查询（FBE）帧决定目的节点是否能够接收发送节点的数据。

□确认（ACK）帧是对FBE的肯定应答。

□不确认（NAK）帧由目的节点传送给发送结点，表明它不能接收数据。

□如图A－11所示，数据分组帧包含要传送的数据、源及目的节点地址、错误检测信息。

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93Ω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.

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

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 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。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)μS

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.

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.电缆两端必须用93Ω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93Ω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93Ω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:

① 有源Hub可以连接到其它有源Hub或无源Hub,也可连接到工作站.

② 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.

③ 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.

④ 必须对无源Hub不使用的端口进行终接.

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93Ω的终接器在两端加以终接.

ARCnet同轴电缆可与有源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 30.5(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/s

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

1 255 10

25

前驱工作站地址(p) 后继工作站地址(s)

10 1

25 10 255

255 25 1

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 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。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)μS

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