《動車組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（第2版）》課件 第六節(jié) ARCnet總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）

動車組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一章列車網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識第一章列車網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識第一節(jié)國內(nèi)外列車信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展第二節(jié)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識及概念第三節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸方式第四節(jié)串行通信接口技術(shù)第五節(jié)令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)（IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)）第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）ARCNET最初由美國Datapoint公司于1977年成功開發(fā)并用于辦公局域網(wǎng)中，后來以太網(wǎng)以其更快的傳輸速率和大量的數(shù)據(jù)傳輸量使辦公室網(wǎng)絡(luò)的需求由ARCNET轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)。而ARCNET時間的確定性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院徒M網(wǎng)的靈活性，使其在工業(yè)實時控制系統(tǒng)中找到了新的應(yīng)用途徑—嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）ARCNET使用的傳輸媒介：RG-62同軸電纜雙絞線光纖第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）除了具有令牌總線網(wǎng)的一般特點外，還具有如下特點：①網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點保存有下一個節(jié)點的邏輯地址，可以生成一個網(wǎng)絡(luò)活動節(jié)點地址表。②為了避免目的節(jié)點沒有空閑緩沖區(qū)而引起信息的丟失，設(shè)置了空閑緩沖區(qū)查詢幀，通過查詢可以減少不必要的數(shù)據(jù)重傳，提高了網(wǎng)絡(luò)運行效率。ARCNET是一個真正開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，1999年成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ATA-878.1。從OSI參考模型來看，它提供了網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)，說明ARCNET能方便地在兩個節(jié)點之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收。一、ARCNET

局域網(wǎng)的工作特點第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）二、令牌總線網(wǎng)工作原理物理連接：令牌總線網(wǎng)（也可采用星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)等）邏輯環(huán)：每個節(jié)點保存有下一個節(jié)點的邏輯地址邏輯環(huán)為：A→C→D→B→E→A→第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）二、令牌總線網(wǎng)工作原理令牌總線網(wǎng)的原理是使用一個稱為令牌的特殊比特組合，作為控制介質(zhì)訪問權(quán)力的唯一標(biāo)志。當(dāng)總線上所有的站點都處于空閑時，令牌沿著總線各個節(jié)點順序傳遞。當(dāng)某一站點想發(fā)送數(shù)據(jù)時必須等待，直至檢測到該站點接收到令牌為止。這時，該站點可以用改變令牌中特定位的值的方式將令牌抓住，并將令牌轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)幀的一部分，同時，該站點將自己要發(fā)送的數(shù)據(jù)附帶上去發(fā)送。由于網(wǎng)上只有一個令牌，因此一次只能有一個站點發(fā)送數(shù)據(jù)。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）二、令牌總線網(wǎng)工作原理用令牌控制對介質(zhì)的訪問，持令牌的站暫時控制了介質(zhì)，并可以發(fā)送數(shù)據(jù)；令牌按一定的規(guī)則在網(wǎng)上的各站之間循環(huán)地傳遞，從而形成了一個邏輯環(huán)。除總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)外，樹狀網(wǎng)、星狀網(wǎng)等其他拓?fù)涞木W(wǎng)也可組成邏輯環(huán)路。實際上，網(wǎng)絡(luò)中令牌的傳送按虛線邏輯環(huán)路進行，而數(shù)據(jù)幀的傳送仍在兩站點間直接進行，這種結(jié)構(gòu)叫做邏輯環(huán)網(wǎng)。一個站點要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須持有令牌，持有令牌的站發(fā)完數(shù)據(jù)幀或發(fā)送的數(shù)據(jù)幀到達(dá)規(guī)定的個數(shù)，必須將發(fā)送控制權(quán)傳送給邏輯環(huán)的下游站。這樣，網(wǎng)上各站都有平等的發(fā)送數(shù)據(jù)幀的機會，網(wǎng)上允許只有一個令牌，沒有發(fā)送時的競爭現(xiàn)象。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）三、令牌總線MAC幀格式IEEE802．4令牌總線MAC幀的一般格式如下:第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）三、令牌總線MAC幀格式PA：前導(dǎo)碼SD：幀開始定界符FC：幀控制字段DA：目標(biāo)地址SA：源地址。SA和DA必須等長。DATA-UNIT：MAC數(shù)據(jù)單元字段(LLCPDU)FCS：幀校驗序列ED：幀結(jié)束定界符，ED出現(xiàn)就結(jié)束該幀，并決定了FCS的位置。由SD，ED聯(lián)合組成異常終止序列，一個站發(fā)送終止序列可以停止已經(jīng)開始幀的發(fā)送。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）四、ARCnet幀結(jié)構(gòu)雖然ARCnet遵從IEEE802.4的協(xié)議，但是在具體幀結(jié)構(gòu)上還是存在著差異。ARCnet信息幀類型有：令牌幀空閑緩沖區(qū)詢問幀確認(rèn)幀否認(rèn)幀數(shù)據(jù)傳輸幀第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）四、ARCnet幀結(jié)構(gòu)（1）令牌幀（ITT）ALERTEOTDIDDID（2）空閑緩沖區(qū)詢問幀（FBE）ALERTENQDIDDID（3）確認(rèn)幀（ACK）（4）否認(rèn)幀（NAK）（5）數(shù)據(jù)傳輸幀（PAC）ALERTACKALERTNAKALERTSOHSIDDIDDIDCPDATACRCCRC第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）四、ARCnet幀結(jié)構(gòu)（1）令牌幀（ITT）邀請發(fā)送（ITT）令牌幀總是傳遞給它的后繼工作站。EOT是ASCII碼中的傳輸結(jié)束控制符（04hex）。后跟的兩個字節(jié)都是DID（終點標(biāo)識符），即后繼工作站的地址。重復(fù)使用DID的目的是增加可靠性。（2）空閑緩沖區(qū)詢問幀（FBE）ENQ是ASCII字符集中的詢問字符（05hex）。它后跟的兩個字節(jié)DID是想通過詢問了解空閑緩沖器狀態(tài)的工作站標(biāo)識。DID重復(fù)使用也是為提高尋找終點工作站的可靠性。（3）確認(rèn)幀（ACK）由ALERT和ACK組成。ACK是ASCII字符集中的確認(rèn)字符（06hex）。當(dāng)響應(yīng)FBE幀而發(fā)送ACK時，表示接收工作站具有可供使用的緩沖器空間。ACK幀所以沒有DID字段,是因為這種幀是作為廣播方式發(fā)送的。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）四、ARCnet幀結(jié)構(gòu)（4）否認(rèn)幀（NAK）NAK是ASCII字符集中的否認(rèn)字符（15hex）。當(dāng)響應(yīng)FBE幀而發(fā)送NAK時，表示接收工作站不具有可供使用的緩沖空間。NAK幀也沒有DID字段,其原因與ACK幀相同。（5）數(shù)據(jù)傳輸幀（PAC）幀中SOH（標(biāo)題開始）是ASCII字符集中的標(biāo)題開始字符（01hex）。SID（源點ID）和（終點ID）表示源點和終點工作站的地址。CP（連續(xù)指針）字段指示工作站在存儲器中找到的傳輸數(shù)據(jù)的起點。數(shù)據(jù)字段DATA具有可變長度，處于1字節(jié)和508字節(jié)之間，用以攜帶用戶數(shù)據(jù)。2字節(jié)的CRC字段由發(fā)送站添加,用來保護Data字段。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）五、ARCNET工作機制ARCnet的地址由8bit組成，其中地址0作為廣播地址。因此ARCnet上最多可以容納255個節(jié)點。ARCnetLAN節(jié)點之間的的數(shù)據(jù)傳輸像總線型LAN一樣是廣播式的，但對總線的訪問決定于令牌。為說明這種網(wǎng)絡(luò)的操作機制，假定在一條總線上有4個節(jié)點，其地址分別為1、10、25和255。在啟動網(wǎng)絡(luò)時，這四個工作站形成一個邏輯環(huán)，每個站都跟蹤兩個信息：

誰是后繼者；

誰是前驅(qū)者。這兩種信息分別由字母S（后繼者）和P（先驅(qū)者）代表。一個工作站的后繼者定義為邏輯環(huán)上具有較高地址的站；先驅(qū)者則定義為邏輯環(huán)上具有較低地址的站。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）五、ARCNET工作機制由于ARCnet中站地址0用于廣播地址，因此最小站地址為1，最大站地址為255。在構(gòu)成邏輯環(huán)時規(guī)定，工作站地址為255的后繼站地址為1，站地址為1的前驅(qū)站地址為255。工作站前驅(qū)者和后繼者的地址如下表所示。工作站地址前驅(qū)工作站地址（P）后繼工作站地址（S）125510101252510255255251第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）六、幀的發(fā)送與接收在啟動時，首先要構(gòu)成邏輯次序，即邏輯環(huán)，每個站都不斷跟蹤保持其前驅(qū)工作站和后繼工作站的站標(biāo)識。每個工作站將其自身的后繼者（NID）設(shè)置為自身站地址（ID）加1，并按下述公式設(shè)置超時值。TimeOut）：

TimeOut=146X(255-ID)μS具有最大地址值的工作站首先超時，于是它創(chuàng)建ITT幀，并將該令牌幀發(fā)送給它的后繼站。如果在74us后沒有響應(yīng),最大地址值的工作站便認(rèn)為具有后繼NID地址的站不存在，隨后便將NID值增加1，再次發(fā)送DID為新值的ITT。這種過程重復(fù)直至該最大地址值的工作站找到自己的后繼者為止。被找到的后繼工作站像前驅(qū)工作站一樣，重復(fù)此過程。第六節(jié)ARCNET總線工作原理（IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)）六、幀的發(fā)送與接收一旦找到所有活動工作站，正常的令牌傳遞操作便可開始。配置時間在24到61us范圍，取決于活動站的數(shù)目和工作