[发明专利]一种基于令牌帧的以太网传输方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于网络通信领域，具体涉及一种基于令牌帧的以太网传输方法和系统。

背景技术

目前存在多种传输网技术：以太网、令牌网、时间驱动以太网(TTE)。

广泛使用的以太网是自由竞争网络，各个终端可以任意向网络发送数据包，网络向终端提供best-effort服务，造成终端之间的网络资源不公平，带宽滥用，链路拥塞，端到端服务质量无法保证的问题。

令牌网络采用令牌来控制信道的使用，确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时，令牌绕环行进。节点计算机只有取得令牌后才能发送数据帧，因此不会发生碰撞。由于令牌在网环上是按顺序依次传递的，因此对所有入网计算机而言，访问权是公平的。但令牌网最大的缺点是令牌的维护困难，必须设置专门的主机来检测和管理令牌，令牌的丢失会导致网络不可用的问题。

时间触发以太网(TTE)在以太网的基础上使用同步协议，采用时分多路方式，将信道的使用权划分为多个相等的时间片TS(timeslice)，每个节点在一个时间周期T内都能够获得一个时间片TS用于发送数据，从而保证各个节点的公平性和避免同时发送的冲突。该技术能够实现公平传输，也能够避免拥塞，但缺点在于时钟同步困难而且精度不高，而且空闲的节点会浪费大量的时间片TS，导致资源利用率不高。

在目前的传输网络环境下，现有的网络传输协议不能很好的利用通信信道，如何合理而方便地共享通信信道资源，为用户提供更加富有确定性、高效率的数据传输服务，成为研究的热点。

目前广泛使用的以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问(CSMA/CD)机制。CSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网络中的各个节点都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个站在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个站必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息，因此，我们说以太网是一种广播网络。当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：

1)监听信道上是否有信号在传输。如果有的话，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止；

2)若没有监听到任何信号，就传输数据；

3)传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1(当冲突发生时，涉及冲突的计算机会返回到监听信道状态。注意：每台计算机一次只允许发送一个包，一个拥塞序列，以警告所有的节点)

4)若未发现冲突则发送成功，所有计算机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6微秒(以10Mbps运行)。

以太网的这种尽力而为的工作方式会造成终端之间的网络资源不公平，带宽滥用，链路拥塞，端到端服务质量无法保证的问题。

令牌网使用一种标记数据作为令牌，它始终在环上传输。由A、B、C三台计算机组成的一个令牌网。如果A、B、C要同时往外发送数据包，就会形成冲突，所以必须要有令牌。哪台机器获得令牌便能发送数据，数据发送完成后，再把令牌送给要发送数据的那台机器。令牌在工作中有“闲”和“忙”两种状态。“闲”表示令牌没有被占用，即网中没有计算机在传送信息；“忙”表示令牌已被占用，即网中有信息正在传送。希望传送数据的计算机必须首先检测到“闲”令牌，将它置为“忙”的状态，然后在该令牌后面传送数据。当所传数据被目的节点计算机接收后，数据被从网中除去，令牌被重新置为“闲”。令牌环网的缺点是需要维护令牌，一旦失去令牌就无法工作，需要选择专门的节点监视和管理令牌。由于目前以太网技术发展迅速，令牌网存在固有缺点，令牌在整个计算机局域网已不多见。