1989&，第2卷，第1期 重庆邮电学院学报 1989，VOL．2，No．1
Journal of ChongQing Institute of Posls and Telecommunications
令牌总线和令牌环中的
优先访问技术
陈 继 努
(科研所 )
【摘要】 优先访问艘术是指在厨部计算机嬉 阿申一些用户因传送莱些特殊信息
的需要 可 获得对访问媒质的优先权， 保证 获得 盎好 的侍精延迟特性。 有关扼先
留问控帚】的一些基本理论以麓在局部计算机网络中。的实现方法，已有-些文章进行
过分折讨谢。但 多数文章是涉麓用CSMA／CD带 冲突检测_的载波监听多址访问技术
中的优先访问技术，而对令牌总线和 令牌环 中所采用的优先访问技书计论尚少；本’
文将重点分析和神谐 令牌总线和夸牌环 网络 中的优先访问技朱 前原理覆性能。由_此
可 咀深八地 了解各种不同的媒质访 问技 术中所采用的优先访 问技术的特^。
关键调，令牌总线 令牌环 优先控制
引言
在 一个局部的计算机网络中存在有许多用户，它们通过传输信道进行彼此 间 的 信 息交
换，并实现资源共享。不少用户往往有多种不 同类型的信息需要传输，有的信息特别重要，
往往一旦出现就要求尽快挠传送到目的站，这就要求传输迟延要尽可能 。但是，在一个局
部的计算机网络中在同一时刻只允许其中一个用户拥有对媒质的控制权并在一定的时间范围
里传送信息。因此，在局部计算机网络中采用了不同的媒介访问技术，如轮询、CSMA／CD、
令牌总线以及令牌环等以保证网络中每一个用户都有一个对媒质公平访问的机会。但这样 的
结果就难 以实现用户对某些特殊信息优先传送的要求。为了满足用户对于不 同类型信息传送
的需要，在局部计算机网络中采用了优先访问控制技术，为一些特殊的信息提供足够的带宽
并保证尽可能小的传输迟延。
‘ 优先访问技术是根据信息的不同类型及重要性将信息分成不 同的优先级，最重要的信息
安排在最高优先级。网络会根据信息不同的优先级，控制信息的发送顺序。
在局部计算机网中，常采用迟延—— 网络吞吐量特性即D—s特性， 以及迟yg--媒介利用
奉文收 到 日期 l 1988—12—20
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1989年，第2卷，第 1期 重庆邮电学在字报 1989, ,
Jo山出1 01 ChongQing Institute of Posts and TelecolI四lunications
令牌总线和令牌玉手中的
优先坊闰技术
陈继努
〈科研所〉
E摘要】 优先访问技术是指在局部计算机给湾中一些药产离传送某些特殊信怎
的需要可以获得对访问肆磺鸽忧3主权，现保证获得良好的传输延边特性。一有关优先
彷问控制钩一些基本理论硝友在局部计算机网络中约实现方去，已有一些文章进3拧
过分析讨论。但多数文章是涉及用臼.MAjCD带 3中交捡泌的载这监听~泣访问技术
字的优先访问技术，，.，对令猝总线和令粹主在中所采用的优先访问技术诗击'高少@本，。
丈将重点分析和it*:今后丰总线和令将坏同络中钝优先访问技术传原理友拉拢。由主己言'
可以深入地，了解各种不同的模项访问技术守所采用约优先访问技术约特点e
关键饲z 今粹总辈革 令牌玉在 优先控制
主 i言
在一个局部的计算机河络中存在有许多用户，它们通过传输信道进行彼此阔的信息交
换，并实现资源共享e 不少用户往往有多种不同类型的信息需要传输，有的信息特别重要，
往往一旦出现就要求尽快结传送到自跑站，这就要求传输迟延安尽可能小e 但是，在一个局
部的计算机网络中在国-ll<[刻只允许其中一个用户拥有对揉质的控制权并在一定的时间范画
里传送信息.因此，在局部计算机网络中采用了不同的媒介访问技术，如轮沟、西双AJCD、
令牌总线以及令猝环等以保证网络中每一个月户都有一个对媒段公平访问的机会。但这样的
结果就难以实现用户对某些特殊信息优先传送的要求。为了满足用户对于不同类型信息传一送
幸亏需要，在局部计算机网络审采用了优先访问控制技术，为一些将殊的信息提供足够的带宽
并保证尽可能小的传输迟廷。
优先访问技术是极据信息舵不同类型及重安位将信怠会喝不同弱优先级，最重要的信息
安排在最高优先级a 网络会根据信息不同的优先级，控制信息的发送顺序@
在同部计算机网中，常采用运延-一-ì司络吞吐量特性目~D-S特性，以及这延-媒介利 tfl
本文熬到日黯， 1988-12-20
筘l期 陈继努 令牌总线和令脾环中的优老访问技术 1
一 ⋯ ⋯ ⋯ ～ L ～ ^ _ _ _ J _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ● _ ' ^ ' ● f _ _ ' r 一 ' ' 一 _ _ _ J - _ ●
率特性即D—u特性来衡量网络的迟延性能。因此，对获得优先权的用户应设有 良好 的D—s
和D— u特 性 。
1．对优先访问控制技术的基本要求
在局部计算机网中，优先访问控制是作为网络的一种信息传输功能米考虑的。因此，优
先访问控制技术必须满足下面几点要求：
(1)不同的优先级的性能应具 有相对的独立性。一旦优先级确定后，网络负载的变化应
对优先级的性能不产生影响，如 果具有低 优先级用户负载的增加，并不使具有较高优先级用
户的传输性能下降。
(2)在局部网内，如果同时具有相耐优先权的用户同时要求传送信息，对媒质访问的控
制权应具有平等竞争的机会。
(3)优先访问控制性能应稳定可靠，决不因状态信息错误而影响正确的运行及其性能。
(4)优先访问控制应具有一定的灵活性，在某些情况下应具备一些特殊功能，如抡 先功
能等。
(5)方案实现应简单易行，具有低 的开销。 ．
2． 优先方案
已有不少论文对CSMA／CD即带冲突检测的载波监听多址访问技术中的优先访问技术进
行了讨论【“，而对IEEE802标准中包括的令牌总线及令牌环网络所采用的优先访问技术讨论
较少，本文将较为详细的分析令牌总线和令牌环网络中的优先访问技术。
2．1 令牌总线的优先方案 。
IEEE802标准对令牌总线的优先方案进行了明确的规定。
令牌总线是总线或树 上的站用以构成 逻辑上的环的一种技术。在总线上的每一个站依据
其安排的逻辑顺序有一个逻辑位置，逻辑顺序与站的实际顺序并无关系。在网络中的每一个
Ts——本站 NS—一后继者站 (次站) PS—一前驱者站 (前站)
图 令牌总线
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17
对获得优先权的用户ÈY..设有良好均 D--S
令将总线和令牌坏宁的优先『结 i玛拉术;再 I扣 球继努
率特性{lpD-U特注来商量网络的迟廷性能。因此号
享pD-U特性。
对优先边黯控制技术的基本要求
在局部计算机网中，优先访问控制是作为同络的一种信息传输功能来考虑的。因此，
先访问控秘技术必须满足下面几点要求z
(1)不同的优先级的位能应具有相对的独立性e 二」且优先级确定后，河结负载的变化应
对优先级的性能不产生影响，如果具有低优先级用户负载的增加，并不使具有较高优先级用
户的传输性能下降。
(2) 在局部部内，如果同时具有裙民优先权的用户弱时要求传送信息，对媒质访问的控
制权应具有平等竞争的机会。
(3) 优先访问控制性能应稳定可靠，决不因状态结息错误而影碗正确的运行及其性能.
(4) 优先访f"iiJ控制应具有一定的灵活性，在某些信况下应具备一些特殊功能，如抡先功
能等。
(5) 方案实现应i司马王易行，具有低的开销，
优
1.
已有不少论文琦CSMAjCD郎带冲突捡泌的载波监听多址访问技术中的优先访问技术进
行了讨i告[11 ， jf哥对IEEE802标准中包括出令牌总线及令串串环网络所采用的优先访问技术讨论
较少，本文将较为详细的分析令牌总线祀令斜环网络中剖优先访问技术.
令藕总结葛优先方寨e
lEEES02标准对令牌总线始优先方案进行了碗碗的规定。
令I津总线是总线或树上的鸟古用以构成逻辑上的环的一种技术。在总线上约每一个站依据
其安排的逻键瓶序有一个逻键位置，逻辑贩序与站的实际贩序并无关系。在同络中的每一个
r - - - -- --- -寸
tr寸 啧才寸 i
2. 优先方案
Ifit
PS--一前驱者站 (1W直在〉NS-→-后继者站〈次站〉
图J 令牌总线
TS--本沾
1 8 重庆邮电学院学报 $989点
站都宝知道它前后的前驱者站和 继者站。序列 申最后一个成员的后面又跟着第一个成员。
令牌总线中任一个站一旦收到令牌时，它就获得了在指定时间内对媒质的控制权，该站
可以发送信息到其他站 。当该站完成信息传送或者拥有的传送时间到期，该站将令牌 传送到
逻辑序列中下一站 下一站一且获得对媒质的控莉权即可以进行信息传送。如图1所示。
令牌总线 中优先访问分为四级，即：
6级为最高优先级，即同步服务级。
4级为异步 紧急服务级。
2级为异步常规服务。
0级为异步定时服务。具有较低 的优先 。
在同一网中的用户，由于具有不同类型 的数据需要传送。因此，可以拥有一个 以上的优
先级，即可 以拥有四级中任何几个优先级。
在令牌总线网中，任何一个用户一旦获得对媒质控制的优先权，就可 以获得足够的带宽
来传送信息， 以保证得到 良好的迟延特性。
令牌总线的优先程序实现方法已在有关 文献中【 讨论过。在此不在累述。如果将其优先
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18 重庆邮电学院学校 1串串9年
站都应知道它前后的前驱者菊和军继者站。序列中最后一个成员的后丽又跟着第一个成员。
令耳卑总线中任-"1主占一旦收到j令将时，它就获得了在指定时间内对媒康的控和i权，该站
可以2呈送信怠到其他站 e 当该站完成信息传送或者揭有的传送ll-tfi每到期，该站将令牌传送到
逻辑序列中下一站ω 下一站一旦获得对媒质的控盘西权即可以进行信息传送n 主E图1五号示@
令弄卑总线中优先访问分为匹级，到2
8级为最高优先级， ~p同步服务级。
是级为异步紧急服务级。
2级为异步常规服务。
。级为异步定对服务。具有较低的优先。
在同-网中泊用户，由于具有不同类型的数据需要传送a 因此，可以部有一个以上的优
先级，重型可以拥有吕级中任何几个优先级2
在令牌总线网中，任何一个用户一且获得对稳质控制的优先权，就可以获得足够的带宽
来传送信息，以保证得到良好的迟延特性。
令草草总线的优先程序实现方法已在有关文献中 [2]讨论过a 在此不在累述e 如果将其优先
是
是
是
是
'"
j 斗2 争耳串 tå线优先方案
第1期 胨继努 争牌总线和令牌环 中的优先访问技术 19
⋯ — — — — — — — — 一 — — —
控制程序用一个流程图来表示。如圈2所示。
2．2 令牌环的优先方案
令牌环的工作方式是。在环网中任何 一个站希望发送数据时，必须等待一个空闲令牌通
过，该站抓住这个空闲令牌后将帧格式中访问控制 (Ac)较中令牌位 T由O变1，空闲令牌
图3 令脾环
被吸收。然后该站获得对媒质的控制权就可
以发送一帧或多帧信 息 这一过程要持续到
该站全部数据发送完或者令牌持有计时器的
时满为止。当该站发送的最后一帧即忙令牌
返回 ，该站会重新释放出一个空闲令牌到
环内并依次传到下一站 如下一站有数据要
传送则重复上述过程。如下一站 无 数 据 传
送，空闲令牌沿着环网再传到下一站。如图
3示 。
令牌环的优先级控制可以提供八级优先
权，它的优先方案的实现是通过令牌帧格式
及信息帧格式中的访问控制(Ac)段来实现
的。
令牌环的帧格式如图4所示
图中由于 AC段既存在于空闲令牌 中也
存在于信息顿 中，令牌环可以通过预约方式
来保证优先级用户可 以尽快的抓获空闲令牌
而得到对媒质的控制权。用这种方式来实现
优先方案不仅十分方便而且可 以实现一些特
殊的功能，如抢先功能等。见图5。
有关令牌环的优先控制方式有一些论述
r1]已有讨i仑 1，但有些问题，应进一步进行
分析 。
、
其中最重要的一个问题是棘轮 (Ralchet
作用。如果按照令牌环实现优先控制的算法，
具有最 高 优 先 级的站，当其最高优先级的
信息发送完后，有可能一直保持 最高优先级
而下不来，这将严重影响具有较低优先级的
数据传送。为了避免棘轮作用，要求提高优先
级的站(发出的令牌具有 比接收到的 令 牌有
较高的优先)，具有降低到他前面原有 优先级
的功能。任何一个站都必须具有这种功能。因
此，令牌环申具有优先权的站都应该能够记
忆住他原来的优先级以及提高的优先级，并
在适当的时候能降低令牌到原有的优先级
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第 1窃 冻结芳 令猝总吉慧和令挣到:中约先克希 j可技术 19
控制程序用一个流程图来表示。如图2所于'0
~.2 令篇环的优先贡鑫
令粹环的工作方式是军在环网中任何一个主占希望发送数据时，必须等待一个空闵令想通
过，该站吉Jt住这个空间令烧宿将恢格式串访问控制 (AC) 较中令牌位 TE封 O 变 1 ，空闲令牌
俨
医2 令膊环
被吸收。然后该站获得对媒质的控叙权就可
以发送一顿或多帧信息，也一过程要持续到
该主占全部数据发送完或者令牌持有计时器的
时满为止。当该站发送的最后-1括:邵忙令牌
运i司后，该站会重新释放出一个空两令想到
环内并依次传我下一姑"如下一站有数据要
传送重1]重复上述过程。如下一始无数据传
送，空间令牌捂着环同再传到下一站e 主日留
3 耳飞。
令牌环的优先级控制可以提供八级优先
权，它的优先方案的实现是通过令牌锁格式
及信息帧格式中的访问控制 (AC) 段来实现
的。
令牌环码1睡?格式在口国 4所示。
国申富于 AC段既存在于空闲令牌申也
存在子信息领毕，令草草环可以通过预约方式
来保证优先级用户可以尽快的抓获空f*j令将
而得到对察衷的控制权。用这种方式来实现
优先方案不仅十分方便而且可以实现-些特
殊的功能，如抢先功能等，见图 50
有关令牌环的优先控制方式有一些论述
中已有讨 ìí:肉，但有些问题范进一步进行
当〉白?。
其中最重要的一个问题是棘轮(Ra!chet)
作用。如果按照令牌环实现优先控制的算法·
具有最惠优先级的站，当其最高优先级的
信息发送完后，有可能一直保持最高优先级
而下不来，这将严重影响具有较低优先级的
数据传送。为了避免魏轮作用，要求提高优先
级的站〈发出的令牌具有比接收到自号令辟有
较高的优先)，具有降低到他前面原有优先级
的功能。任何一个站都必须具有这种功能。因
此，令辉环申具有优先权的站都应该能够记
忆位很原来的优先级以及提高的优先缀，并
在适当的时候能降低令辉到原有抱优先缕e
20 重庆邮电学院学报
l
———下 霭磊 —一
图4 令牌环帧格式
PPP 优先比特位
T=令牌 比特位
M=监控 比特位
RRR 预约比特位
采用堆栈(即储存器)就可 以解决这一问题。 。
如果设t
s0用于存储原有令牌优先值的堆栈 。
s 用于存储提高优先值后新的令牌值堆栈。刚当令牌环中的某一站因传送数据的需要抓
住一个令牌并以某一个优先级传送信息，在帻返回发送站发送新的令牌之前，首先要捡查返
回帧的预约字段，并按图6示的算法来确定新令牌的发送。
广 一
I
J
l
I
I
L 一
和
— _ ● 。 — _ — _ ‘ ‘
Rr<Pm I 。
图5 令牌环的发送
一 优 先预选
『
I
1
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20 重庆部电学范学报 1989年
E)S AC FC
SD=起始分界符
AC~音同控制
FC=侦控制
DA=目约地注
SA=董事地址
DA SA lNFO FCS ED FS 丁
lNFO=信息
FCS~蜓校验序列
罢工在若辜界符
(a)幌格式
I pPP T M 丑RR
(b)AC段
PPP=优先出将位
T=令粹比特位
M=监控比特拉
RRR=王理约比特位
fsD I AC I ED 1
(c)令脖格式
理4 令Z阜窍:帧格式
采用堆钱〈部储存器〉就可以解决这-rJ司题 E
如果设，
S.男子存储原有令牌优先佳的堆找 e
乌黑子存储提育优先值店主暗的令癖德堆枝。到]当令牌王手中的某一站民传送数据的需要抓
住一个令牌并以某一个优先级传送信息，在领返回发送站发送新的令辨之前，首先要检查返
回锁的责约字段，并按图§示的算法来确定新令碎的发送。
等待发送去言息站
P. ‘;;P回
----1 m AV
和
-h
Rr <Prn
1←优先ffil垂Pm<Pr
- -‘- - - -
发送f耳主主
图s 令牌环的发i主
第1期 陈继努 争牌总线和争牌环中的优先访问技术 21
采用 这一方 法就避免 了 棘轮 作川 。 ·
对于令牌环网，如果出现在刷 一环中有两个 以上的相同优先级用户，．这些具有相同优先
级的用户一般情况下仍按令牌循环规律发送数据帧
3． 对令牌总线优先性能的分析
采用优先控制的实质是为了使持有优先权的用户能优先获得对媒质的控制权， 以实现信
息的优先传送。那吗，究竟对性能有 多少改善呢?我们举一实例进行分析
设令牌环内一共有四个站，站9和站1持有最高优先级即6级，站7和站5持有低的优先级，
各站发送数据的顺序依次为站 9，站 7、站 5、站 1。
图6 空间令牌发送
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第 1期 将继努 今料，主线和今粹主革中的优先f寺河技术 21
主任甩过一方法就避免了陈轮作 JH 0
对于令牌环!吨，如果出现在 [t'[-;f，手中有两个以上的相同优先级用户.，主些具有相网优先
吸的用户一般情况下仍按令粹德环奴辛苦发送数据锁￥
3. 封令牌总结优先佳能的分析
采用优先控市]约实质是为了使持有优先权的羽卢能优先获得对媒质的控极权，以实现信
息的使先传送。那鸣，究竟对没能有多少改善呢?我们举一实倒进行分析p
设令将环内一共有四个站，站§和主占1持有最高优先主1H!]l 6缀，主主7和站5持有低灼优先去睡，
各站发送数据的顺序依次为主占g 、站 7 、站 5 、站 1 0
R.‘三 P.
草鞋Pm唱Pr
P-Pr
E ←最大 (Rr. Pm)
传辘帧
(Rr>Pr) 或， Pm>Pr)
和Sx<Pr
F ←最主 (Rr. Pm)
R ←。
Sr• Pr
Sx-p
同6 空间寺辑发送
(Rr>Pr)
事lSx=Pr
F ←最大 (Rr. Pm)
R-O
POP Sx
Sx-P
22 重庆邮电学院学报 1989年
在一些论述中 ，虽从简单的数字进行了一些计算，但没有详细的讨论计算方法。
我们假设令牌中环THT——一个站能够持有令牌来进行6级数据发送的最大时间为610字
节。TRT4=TRT2=TRT0分别为优先级别4、优先级别2，优先级别O的令牌循环时间为I600
字节。令牌通过时间X=I9字节。
我们设站9总是传送最高优先级数据，每抓获一个空闲令牌，传送帧长为128字节的信息
帧3个，站1也持有晟高优先级，当每抓获一个空闲令牌时只发送帧长为305字节帧2个。而站
7和站5持 有较低的优先级，每 当抓获空闲令牌后尽可能送发帧长为400或356字节长的帧。
根据令牌总线实现优先方案的程序我们可 以分别计算出每一个工作站在令牌循环一周内
该站的下列参数。
TRTC令牌上次循环时间
Ⅺ T该站实际发出的信息帧数。
我们 设Fi为令牌环中工作站发送数据的帧长。
令牌循环时间的计算如下t
令牌第一个循环周期内，站9所观测到的令牌上次循环时间实 际 上 是 空 闲令牌运行时
间。
TRTC (9) = 4×X= 4×I9=76 (1)
由于站9具有最高优先级，它可传送3个帧的6级数据，则t
TRTC(7)= 4X+3F
= 4×19× 3X 128
=460 (2)
根据规则， 由于TRTC(7)~．TRT4=TRT2=TRTO，站7可以发送3个帧的数据，站5测得
的令牌 上次循环时间为；
TRTC(5)=4X+3FD+3F
一 4×1 9+ 3× 128+ 3× 400
=1 660 (3)
显然，根据规则，由于TRT<(5)>TRT4=TRT2=TRTo。站5不能发送任何数据。
站1在第一个令牌循环时间，在该站收到令牌时，所测 得 的 令 牌 上次循环时间为1660
字节 由于站1拥有最高优先级，可 以按原安排发送2帧最高优先级数据。
令牌完成第一十循环，站9、站7，站1分别根据优先程序发送了一定数量的信息帧。
令牌进入第二个循环周期，根据 上述的计 算 方法可 以分别计算出各个站的TRTC以及发
送帧的值。
TRTC(9)一 4X+3F。+ 3F +OF +2F1
= 4× I9+ 3×I28+ 3× 400+ 2×305
= 2270 (4)
站9仍发送3个帧的数据。
TRTC= 4X +3F7+OF5+2F1+3Fg
= 4× I9+ 3×400-I-2× 305-I-3× 128
=2270 (5)
显然站7不能传送任何数据。即在令牌的第二个循环周期xM玎=0。
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22 重庆部电学院学报 1989年
在一些论途中刀，虽从简单的数字进行了一些计算，但没有详细的讨论计算方法e
我们假设令膊中环THT--一个站能静持有令牌来进行6级数据友送的最大时间为610字
节。 TRT4=TRT2=TRTO分别为优先级署114，优先级别2，优先级别。约令牌循环对I司为16奇。
字节。令脖透过时间X=19字节。
我们设主占目，总是传送最高优先级数据，每抓获一个空闲令膊，传送帧长为 12垂字节的信息
~M3个，站1也持有最高优先级，当每抓获一个空闲令牌时只发送帧长为305字节锁2个。而却[
7和培5持有较低的优先缀，每当事K获空降令碎后尽可能送发帧长为400或356字节长的帧 e
根据令牌总线实现优先方案的程序我们可以分别计算出每一个工作站在令脾循环一周内
该站的下列参数。
TRTC令牌上次摇玉手时间
XMIT该站实际发出的信息帧数。
我们没Fi为令弹环中工作站发送数据的帧长。
令膊循环时间前计算如下z
令界第一个循环周期内，站9所观测到的令牌上次循环时间实际上是空民令粹运行时
间。
TRTC (9) =4XX=4XI9=76
出于站B具有最离优先级，它可传送2个帧的8级数据，要11 ，
TRTC(7) =4X十3F，
=4X19X3X128
=460
(1)
(2)
根据规剿，由于TRTC(7)<TRT4=TRT2=TRTO. 站7可以发送3个赖的数据，主占5测得
的令牌上次循环时间为z
TRTC(5) =4X+3F.+3F7
=4 X19+3X 128+3X 400
=1660 (3)
显然，根据规则，由于TRT<(5)>TRT4=TRT2 =TRTO. 站5不能发送任何数据。
主的在第一个令粹德环对阂，在该站收到令牌时，所测得的令 3草上次循环R苦闷为1660
字节，由于站1拥有最高优先级，可以按原安排发送2帧最高优先级数据。
令牌完成第一个循环，沾2、岛的，主占1分那根据优先程序发送了一定数量的信息顿。
令牌进入第二个循环周期，根据上述的计算方按可以分别计算出各个站的TRTC以及发
送锁的值。 I
TRTC(9)=4X+3F.+3F7 +OF,+2F,
=4XI9+3XI28十3X 400+2 X 305
=2270
主占9仍发送3个帧的数据e
TRTC=4X+3F.+OF.+2F， 十3F，
=4X19十3X4(陆+2X 305+3X 128
(0
=227号 (5)
显然站7不能传送任何数据g 黯1在令膊的第二个循环周期XMIT=口。
第1期 陈继努 伞牌总鳗和 令牌环 中的优先访问技 术 23
TRTC(5)= 4×X+O×F + 2×F1+ 3×目+ oF
一 4×1 9+2×305+ 3×128
=1070 (6)
由于TRrc(5)<TRr4一TRT2=TRT0，站5最多可 以发送帧长为3O6字节的两个帧。
TRTC(1)= 4X+2F +3F。+OF7+ 2
一 4× 19+ 2× 305+ 3×128+ 2×356
— 1782 (7)
站1仍发送两个帧的6级数据。
根据这一规则，可 以计算出令牌其他循环周期各个站的值，如表1所示。
毫1 单位，字节
令牌循 站 。 I 站＼’ 站 5 站 1
期 TRTC j XMIT：TRTC l XMIT l TRTC j XMIT l TRTC l XMIT
1 76 3 460 ： 18fi。O 0 }1660 2 2 I I『82 2
0 1 1070 2
0 187O 2
2 l 782 2
2 2270 3 2270
0
1 2
1。7。
0 l 070 2
3 I780 3 I782
4 1070 3 1070
5 I870 3 l870
6 I782 3 I782
7 1070 3 1070 0 1870 2
从表l可以看出令牌5到7个循环基本上与2到4个循环周期规律相同。具有最高优先级6级
的站 占用的带宽显然远远高于其他站，由稳定的带宽分配规律可 以计算出6级数据所 占 用带
宽的百分比。以令牌循环2到4循环周期为例 。设M为所 占带宽的百分比。
M一 三(XMIT。，XMIT1)
三(XMIT日，XMIT7，XMIT ，x JT L) (8)
： 一 —
j5
9+2+2+6 19
— 80％
从上面分析可 以看出，具有最高优先级的站 占用了80％的帝宽j保证了最高优先级数据
的传送。
文献 详细讨论了令牌总线采用 优先存取控制后平均延迟特性。并给出了计算机模拟
试验 结果 。
计算机网络的延迟实际上应包括三部份内容j排队延迟，传输延迟和访问延迟。传输延
迟是用于传输信息的时间，包括任何形式的开销和传播延迟。访问延迟是指令牌到达这段时
间。前面已提及，一般是用DmU特性即延迟媒介利用率特性来衡量其网络延迟性能。
文献【 通过分析得到了令牌总线采用优先存取控制技术后的平均延迟特性，
D= +x (9)
上式中N表示具有N个相同介质存取控制(MAC)的无误差网络 。 ，
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第 v棋 路继号子 今牌总线和令梓.中的优先击者饲技术 23
TRTC(5)=4 XX+OX F, +2 X F，十 3 X , +OF,
=4 X 19+2 X 305+ 3 X 128
=1070 (创
由于TRTC(5) <TRT4=TRT2=TRTO， 站5最多可以发送锁长为306字节的两个核.
TRTC(I )=4X+2F,+3F.+OF 7 +2F5
=4X19十2 X 305+3 X128+2 X 356
==1782. (7)
主占1仍发送两个帧灼S级数据。
根据这一规则，可以计算出令膊其他裙环周颠各个站的值，如表l所示。
寝1
令牌锯
琼房郑
主占 9 量占飞 7 主占 5
单位2 字节
主占 1
TRTC TR咒 I XMIT I 宝宝TC XMIT I TR咒 XMIT
;iz;i;i::::|;j::;! '-a句，"qdwdazauau
臂，
76
2270
1780
1070
1870
1782
1070
qnwqdqdqd@
。
1782
1070
1870
1782
1070
nu
均JunununJh
1782
1870
1070
1782
1870
00208 1070
1870
1782
1070
1870
22222
从表1可以看出令牌5~部7个裙J;f基本上与2至1]4个裙环湾照规律相同。具有最高优先级在级
的结占用的带宽显然远远离于其他站，出稳定的带宽分配规律可以计算出8级数据所占用带
宽恕百分比.以令牌循环2jl] 4循环周郎为例。 1主M为所占带宽的百分[-l: •
M= 2:; (XMIT 且 XMJT，)
三 (XMIT" XMIT" XMIT õ • X~HT，)
(8)
9+6 15
9+2十2+6 1 ♀
=80q奋
从上百分析可以看出，具有最高í"it先级的站占用了 80镑的辛苦宽 s 保证了最高优先级数据
的传送。
文截[3J详细讨论了令粹总线采用了优先存取控都后平均延迟特性，并给出了计算机模拟
试验结果。
计算机网络的延迟实际上应包括三部份内容，排队延迟，传输延迟和访问延迟。传输延
迟是用于传输信息的时弱，包括任何形式的开箱和传播延迟。访问延迟是指令得到这这段射
间。前西己提及，一般是用D-U将注部延迟媒介利用率特拉来衡量其网络延迟性能。
文献['J透过分析得到了令牌总线录用优先存取控告IJ技术后的平均延迟待栓，
NX+XU 一一←一一一一十X，2(I -U)
上式中N表示具有N个相罚介质存取控制 (MA功的无误差网络。
(9)
i
24 重 庆邮 电学院学报
E，为每一个MAC的利用率
x为令牌传输时间
x。为每一个MAC要求传输时间。
通过计算机模 拟得到如图7所 示 的 D —
u特性。我们因篇幅关系没有论讨令牌总线
没有采用优先存取技术时的网络延迟特性，
但从图7可以看 出， D／x—．U特性随u的增
大变化并不是很急剧的，这正是我们期望的
结果 。
4． 讨 论
上面我们分析了令牌总线采用了优先服
务后，拥有最高优先权的用户确实获得了一
定利益。但有几个问题是值得注意的。
1989年
图7 令牌总线的延迟特性
(1)令牌总线的优先存取控制没有抢先功能。所谓抢先功能，是指拥有最高优先级的站
可以抢先具有较低优先绿的站获得对媒质的控制权。正如图所示，虽然站9具有最高优先权，
但它必须等到令牌站逻辑环一站一站的传递，只有符~IEEE802协议中有关 令牌总线优先服
务规则，具有较低优先级的站也可 以发送信息，而 具 有 最 高优先级的站也只有等到具有较
低 优先级的站发送完信息或定时器中断后，可以获得令牌。而令牌环则是有抢先控制功能，
因为他是采用预约方式 具有最高优先级的站可以通过帧中的 控制段(AC)预约字段RRR进
行预约，以获得对空间令牌的优先控制权。这一功能在具有较低优先级信息量大的网络系统
是十分重要的。 ‘
(2) 影响最高优先级占用带宽的因素很多，其中主要是TRT值以 及最高优先级一旦抓
获令牌后发送愤的数量。
如果在前例中，我们将站1的发送帧数量由每次2帧下降到每次1帧，或者将TRT4，TRT2，
TRT0值增大，均将影响最高优先级占用的带宽比例。我们得到如表2的一 组数据。表2中我
们仅改变了站1发送帧的数量。
裹2 单位。字节
令牌循 站 9 站 7 站 5 站 1
环周期 TRTC j XMIT TRTC XMrr TRTC XMIT TRTC XMIT
l 76 3 460 3 l660 0 j 1600 l
l965 3 1965 0 705 3 1 1833
3 1833 3 l833 0 l833 0 785
4 765 3 765 3 l833 0 1833
l833 3 l833 0 765 3 1833
6 l833 3 l833 0 l833 0 765
根据上表可以计算出6级数据所占用的带宽百分比，以令牌4到5个循环为例。
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24 重庆邮电学 J完学报 1989年
U为每一个耳IAC的利用二字L
X为令辨传输对阿
X，为每一个MAC要求传输时间。
透过计算机模拟得到如图7所示的D-
U 特性e 我们因篇幅关系没有论讨令牌总线
没有采用优先存取技术时的凋络延迟特性，
但从图7可以看出， DjX-U特性提 U 的增
大变化并不是很急剧的，这更是我们在吕望的
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4. 讨论
~面我们分析了令牌总线采用了优先服
务后，拥有最高优先权的用户确实获得了一
定利益，但有几个问题是值得注意的。
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(1)令碑总线的优先存取控制没有捻先功能。所谓抢先功能，是指拥有最高优先级鸪站
可以抢先具有较低优先缘部主占获得对露质的控制权e 正如画所示，虽然站9具有最高优先权，
但它必须等到令牌站逻辑环一站一站的传递，只有符合1回E802协议中有关令辈革总线优先隐
务规则，具有较低优先级的站也可以发送信息，而具有最离优先级的站也只有等到具有较
低优先级的站发送完信息或定时器阜新后，可以获得令牌。而令膊环则是有抢先控制功袋，
因为他是采用预约方式。具有最高优先级自号站可以通过祯中的控制段(AC)预约字段RRR进
行预约，以获得对空间令膊的优先控制权。这一功能在具有较低优先级信息量大的网络系统
是十分重要的a
〈幻 影哥哥最高优先级占用带宽的因素很多，其中主要是TRT徨以及最高优先级一旦抓
获令膊启发送顿的数量。
如果在前例中，我们将主占1的发送帧数量涌每次2帧下降到每次1帧，或者将TRT4 ， TRT2 ,
T丑TO值增大，均将影响最离优先级占用的带宽比例。我们得到如表2的一级数据。表2rp我
们仅改变了站1发送锁的数量。
襄主 单位 z 字节
令牌循 量占 9 j自 7 量占 g 主古 l
环麟 咀TC XMIT TRTC XMIT TRTC XMIT 四咒 XMIT
E 76 3 460 3 1660 。 1660
2 1965 2 1965 o τ05 3 1833
3 1833 2 1833 。 1833 。 765
4 765 3 765 3 IS33 。 1833
5 1833 2 1833 o 765 3 1833
6 1833 3 1833 。 1833 。 766
根据上表可以计算出奇级戮摞砖占用的带宽百分比，以令牌4到5个循环为例，
1
1
1
第!期 陈继努 令牌总线和令牌环中的优先访 问技术 25
M 一 ( MI1r ，
⋯
X M
—
IT}，
⋯ ∑(XMIT“，XNIT ，XMIT6， XMIT1)
1 9
= ：：=60％ ，
1O ’
品高优先级6级数据所 占的带宽比例明显的 降 低了 。 显然如果TRT4， TRT2，TRT0增
太，也必会导致最高优先级所 占带宽的降低 。 一
(3) 令牌环采用的优先存取方案较之令牌总线性能更好一些。 由 于优先控制程序的实
现是通过帧结构 中的控制段(Ac)来实现的，因此开销显然较低 。而且 由于采用了预 约 方式
来保证最高优先级的站能够及时抓获空间令牌，这就具有抢先功能。这一特点在重负载即信
息量大大的地方具有十分重要的意义 。
IEEE802．5协议中巳明确规定： ．
当令牌通 过时，如 果R <P 和P <P，预约字段RRR就要建 立为P 值。这就保 证 了抢先
功能的实现。
5． 结束语
上面我们仅讨论了令牌总线和令牌环网中优先存取控制技术中一些使人感兴趣的问题，
从中可以看出采用优先存取控制技术可以使计算机网的性能进一步得到提高。
令牌总线 网多用于工厂 自动化系统和工业控制系统，而令牌环网多用于办公自动化。这
两种网络较之csMA／cD在负载量增加时延迟性能的变化要平稳得多 这主要是采 用了令牌
控制技术 。采用了优先存取控制，会更一进改进网络性能。在实际设计网l髂 优先方式时，可
以通过公理选取THT，TRT以及其他参数，可 以获得满意的结果。保证最高优先级以获 得足
够的带宽，而这种带宽分配的规律一旦THt，TRT等参数确定后不 会受负载变化的影 响，也
就是说用户负载增加不会降低最高优先级的性能。
参考资料
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2; 1都 立在继努 今牌总线和令牌坏中约优先访问才主导主
1';.1= 二: (~1I'r，)
二二L二电气(XMIT俨2飞 XN习 IT，巧， XMIT，时， XMITιJ y
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18
25
最高优先级在级数据所占的带宽 1-1:{9Ij军在显的降低了 D 在然如果TRT4 ， TRT2, T豆T在培
犬，也必会导致最高优先级所占带宽灼降低 e
(3) 令牌环采用的优先存取方案较之令牌总线性能更好一些 o 由于优先控制程序的实
现是通过被结构中的控制段(AC)来实现的，因此开销显然较低。而且由于采用了预约方式
来保证素裹优先级的站能够及时抓获空间令牌，这就具有抢先功能。这一转卢‘在重负载即信
息量大大部地方真有十分重要的意义a
协议中已领确规定z
当令}悍通过量寺，如果R，<P.租人<P ，预约字段RRR就要建立为P.值。这就保证了抢先
功能的实现e
5. 结束语
上面我们仅讨论了令牌总线和今愕环网中优先存取控制技术中一些使人感兴趣的问题，
从中可以看出采用优先存取控制技术可以使计算机网约性能进一步得到提高。
令牌总线向多用于工厂自动化系统布工业主主刽系统，而令牌环网多用于办公自动化e 这
两种网络较之臼MAjCD在负我量增加对廷迟佳能的变化要平稳得多。这主要是采用了令!需飞
往摇技术。采用了优先存取控制，会更一进改进网络位能。在实际设计网络优先方式时，可
以通过合理迄l\'{THT， TRT以及其他参数，可以获得满意灼结果。保证最高优先级以获得足
够的带宽，而这矜带宽分F廷的规律一旦nft'， TRT等参我确定后不会受负我变化的影响，也
就是说用户负我增加不会降低最高优先级泊性忧。
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muunication Sy翠tem勺 Co田p时errr挝白布世主飞 ， May 1981.
26 重废邮 电学院学报
The Priority Access Control In
Token Bus And Token Ring
Chen JiNu
(Institute of research)
ABSTRACT
1 989丰
The priority access contro l means SOHle subcribers can obtain priority ao~ss
night to medium in order to transmit any spe cia1 information in Local area net-
work。 It ∞ n guarantee to get better transm ission delay／or subcribers． SOm e basic
theory and implement method of the priority access has already had a 1ot of dis-
cussion~ but the m ost Of paper have dealt with the priority acos ss contro l in th e
CSMA／CD There were Only a few paper have dealt with the prmrity aose~ con—
tro1 in the Token bus and Tl en ring． Th招 pa per wil1 do detailed discusson and
analysis about the principle and pe rformance of the pr iority aCos SS Contro1 in th e
Tokcn bus and Token ring, This pa per wil1 Contribute to know Characteristics of
the priovity acosss control in the different medium access cohtro1．
Keywordsl token bus， token ring, priority acccess control
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26 重庆邮电学院学报
The Priority Access Control In
Token Bus And Token Ring
Cl卫en JiNu
(In目itute of research)
ABSTRACτ
19伪年
The priority access control 盟国在s some subcr油田's can obtain priority 曲目E
night to medium in order to transniit any special information in Local area net-
胃。汰。It国n guar混血臼 to get better t目nsmi蹈。n delay!，但回民主ibers. Some 泊.sic
theory and implement melhod of the priority access has alr国dy had a 10量。，f dis-
cussion. but the m曲t of paper have dealt with t主e priority ac出器 contml ln the
臼MA/CD. There were Only a few pa阳 have dealt with the priority a自由 con
tml in the Token bus and Token ring. τbis paper 曹il1 do de坦iled disc也嚣抽血 and
analysis about 由e principle and perform扭ce of the priority access Control in lhe
Token bus and Token ring. This paper wi l1 Contribute to know Characleristics of
the priovity ac回ss control in thεdifferent medium access cohtrol.
Keywords, token b时， 民到I<en ring, priority acccess control
