Token Ring

TMP

Token Ring

Das Token-Ring-Netzwerk wurde ursprünglich 1972 von IBM konzipiert.

• Es besitzt grundsätzlich eine ringförmige Topologie, wobei dies heute nur noch den logischen Aufbau betrifft, während die physikalische Topologie sternförmig ist: Die Rechner werden über die bei Ethernet beschriebenen Twisted-Pair-Kabel an einen speziellen Token-Ring-Hub angeschlossen; innerhalb dieses Gerätes sind die Anschlüsse ringförmig miteinander verbunden.

Die Datenübertragungsrate von Token Ring betrug anfangs 4 MBit/s, wurde jedoch später auf 16 MBit/s erhöht.

• Auch wenn diese Geschwindigkeiten im Vergleich zu Fast Ethernet sehr gering erscheinen, kann Token Ring in gewisser Hinsicht dennoch damit konkurrieren.
• Es verwendet ein wesentlich ausgeklügelteres Netzzugangsverfahren als Ethernet, das Token-Passing-Verfahren.
• Dieses funktioniert schematisch gesehen folgendermaßen:

1. In Datenstromrichtung reichen die einzelnen Stationen ein spezielles Datenmuster weiter, das sogenannte Frei-Token.
2. Eine Station kann nur senden, wenn sie das Token erhalten hat.

• Sie wandelt das Frei-Token in ein Besetzt-Token um, hängt die zu übertragenden Daten an und sendet sie in Datenstromrichtung weiter.

1. Die Empfängerstation sendet nach erfolgreichem Empfang der Daten eine Bestätigung an den Absender.
2. Nach Erhalt der Bestätigung erzeugt der ursprüngliche Absender ein neues Frei-Token und versendet es wiederum in Datenstromrichtung.

Durch dieses Konzept können in einem solchen Netz grundsätzlich keine Datenkollisionen auftreten.

• Andere Probleme müssen dagegen speziell behandelt werden: * Eine Station muss in der Lage sein, zu erkennen, dass ihr Nachfolger in Datenstromrichtung ausgefallen ist, um einen neuen Nachfolger zu bestimmen.
• Dazu wartet sie nach der Weitergabe des Tokens eine bestimmte Zeitspanne – die sogenannte Slot-Time – auf eine Bestätigung ihres Nachfolgers.
• Bleibt diese aus, sendet sie ein neues Token aus.
• Wird auch dieses nicht bestätigt, versendet die Station ein spezielles Who_Follows-Frame (»Wer folgt«) mit der Adresse ihres bisherigen Nachfolgers.
• Jeder Rechner kontrolliert diese Adresse; derjenige, um dessen Vorgänger es sich handelt, sendet ein Set_Successor-Frame (»Setze Nachfolger«) an den ursprünglichen Absender, der diesen Rechner als seinen neuen Nachfolger einträgt.
• Es muss die Möglichkeit geben, nachträglich hinzugekommene Rechner in den Ring aufzunehmen.
• Dazu sendet die Station, die gerade das Token besitzt, von Zeit zu Zeit eine Solicit_Successor-Anfrage aus.
• Eine neu in Betrieb genommene Station ist in der Lage, normale Frames zu empfangen, kann jedoch nur auf dieses spezielle Frame antworten, und zwar mit der Set_Successor-Meldung.
• Falls mehrere Stationen gleichzeitig dem Netz beitreten möchten und deshalb auf dieselbe Solicit_Successor-Anfrage antworten, versendet deren Absender ein Resolve_Contention-Frame (»Beendet Auseinandersetzung«).
• Daraufhin berechnet jeder Rechner aus seiner Adresse eine spezifische Wartezeit, sodass die Stationen letztlich nacheinander bei späteren Solicit_Successor-Anfragen dem Netzwerk beitreten.

Heute werden kaum noch neue Token-Ring-Netzwerke eingerichtet, im LAN-Bereich wird fast nur noch Ethernet eingesetzt.

Wikipedia

Token-Ring mit AppleTalk-
Protokollstapel (TokenTalk)

Anwendung		AFP	ADSP
Management	ZIP	ASP		NBP	RTMP	AEP
Transport	ATP
Netz	DDP
Netzzugang	TLAP					AARP
	Token-Ring

Token Ring ist eine Vernetzungstechnik für Computernetzwerke, festgelegt in der Spezifikation IEEE 802.5. Sie definiert Kabeltypen und Signalisierung für die Bitübertragungsschicht, Paketformate und Protokolle für die Medienzugriffskontrolle (Media Access Control, MAC)/Sicherungsschicht des OSI-Modells. Sie ist eine der beiden Realisierungsformen des Token-Passing-Verfahrens.

Die Token-Ring-Technik wurde praktisch vollständig von den verschiedenen Ethernet-Varianten verdrängt. Sie wird technisch nicht weiterentwickelt und hat in der Netzwerktechnik keine Bedeutung mehr.

Geschichte

Implementierungen

Aufbau und Grundschema

Erste Implementierungen waren Cambridge Ring und StarNET der englischen Firma Procom.

1981 führte Apollo Computer sein 12 Mbit/s Apollo Token Ring (ATR) und 1984 Proteon das 10 Mbit/s ProNet-10 Token Ring Netzwerk ein.

Token Ring wurde am IBM Zurich Research Laboratory Mitte 1980 weiterentwickelt und war lange Zeit Standard bei Netzwerken von IBM und damit auch bei allen, die Rechner von IBM einsetzten. IBM weicht in Einzelheiten vom Standard IEEE 802.5 ab.

Seit IBM, Hauptvertreter des Token-Ring-Verfahrens, aufgrund des Aufkommens günstiger Ethernet-Vernetzungstechnik die Vermarktung und den Vertrieb von Token Ring beendet hat, gilt diese Technik als veraltet.

Übertragung (technisch)

Grundprinzip ist die kollisionsfreie Übertragung der Datenpakete zwischen den einzelnen Stationen.

Der Name Token Ring rührt daher, dass das Netz mit dem Token-Passing-Zugriffsverfahren arbeitet und dem Aufbau einer logischen Ring-Topologie entspricht. Die Anschlussart an das Medium ist damit aktiv (beispielsweise im Gegensatz zum passiven Ethernet), das heißt die Netzwerkstationen beteiligen sich fortwährend aktiv an der Weitergabe des Tokens (siehe unten) und werden nicht nur dann aktiv, wenn sie selbst senden wollen. Token-Passing ist ein Protokoll der Schicht 2 (Datensicherungsschicht) im OSI-Modell.

Der verwendete Leitungscode ist der differentielle Manchester-Code.

Topologie-Eigenschaften

IBM MAU 8228

Die logische Topologie von Token Ring ist ein Ring. Eingesetzt wurden aber sogenannte MAUs (= Multistation Access Unit, auch MSAU, deutsch RLV = Ringleitungsverteiler) oder auch CAUs (Controlled Access Unit), die eine sternförmige (bei Verwendung mehrerer Ringleitungsverteiler eine Stern-Ring) Verkabelung ermöglichen. Diese Verteiler sind nur soweit intelligent, als dass sie nicht belegte Ports bzw. mit ausgeschalteten Stationen belegte Ports durchschleifen, um den Ring zu erhalten. Im Vergleich zum Ethernet-Switch, der eine Kollisionserkennung verlangt, sind die Anforderungen an den Verteiler minimal. Es wurden auch Switches für Übertragungsgeschwindigkeiten von 4, 16 oder auch 100 Mbit/s hergestellt.

Übertragung (logisch)

Token-Passing-Verfahren

Ein Token kreist bei Token-Ring-Netzen über den Ring: Das Token wird stets von einem Knoten an den nächsten weitergereicht. Selbst im Leerlauf geben die Stationen das Paket fortwährend weiter.

Möchte nun ein Computer Daten versenden, wartet er, bis das Token ihn erreicht hat, dann hängt er seine Nutzdaten daran an. Zugleich ergänzt er das Token um Steuersignale und setzt außerdem das Token-Bit von 0 (für „freies Token“) auf 1, aus dem Frei-Token wird also ein Datenrahmen.

Nach dem Vorgang setzt der Computer den Datenrahmen wieder auf den Ring, wo dieser genau wie das Frei-Token zuvor von den einzelnen Knoten weitergereicht wird. Jeder Rechner prüft, ob das Paket an ihn adressiert ist, und setzt es anderenfalls zurück auf den Ring. Erhält der vorgesehene Empfänger den an ihn adressierten Datenrahmen, kopiert er die Nutzdaten und quittiert den Datenempfang. Der Sender erhält die Quittung und sendet das Token mit den nächsten Nutzdaten oder setzt ein Frei-Token auf den Ring. Dabei darf ein Sender das Token nur eine bestimmte Zeit für sich in Anspruch nehmen, bevor er es wieder freigeben muss. Dadurch wird jedem Knoten in einem Ring garantiert, dass er nach Ablauf dieser festgelegten Zeit ("Token Holding Time") in einem Ring senden darf.

Aufbau des Token-Frames

Ein freies Token besteht aus drei Bytes mit folgendem Aufbau:

Startbegrenzer (SD, Start Delimiter):	J K 0 J K 0 0 0
Zugriffskontrolle (AC, Access Control):	P P P T M R R R
Endbegrenzer (ED, End Delimiter):	J K 1 J K 1 I E

• J und K bedeuten Codeverletzungen im differentiellen Manchester-Code, d. h. in der Taktmitte tritt kein Polaritätswechsel auf.
• I – Zwischenrahmenbit – 1: weitere Rahmen folgen; 0: letzter Rahmen
• E – Fehlerbit – 0: am Anfang; 1: Falls Fehler entdeckt wurde
• P – Zugriffspriorität
• T – Tokenbit – 0: freies Token; 1: Rahmen (Frame)
• M – Monitorbit – 1: Monitor 0: Erzeuger
• R – Reservierungsbit – Das nächste Token wird mit diesem Bit im Prioritätsbit erzeugt

Arten von Token Ring

• Single Frame: Tokenfreigabe nach Erhalt des letzten Bits des eigenen Frames.
• Single Token: Tokenfreigabe nach Erhalt des ersten Bits des eigenen Frames.
• Multiple Frame: Tokenfreigabe nach Senden des letzten Bits des eigenen Frames.

Fehlersituationen

Fehlersituationen im Token Ring werden in der Regel von einer sogenannten Monitorstation (AM, Activity Monitor) behoben. Dieser AM muss nicht zwingend der Server sein, es ist meist vielmehr der Adapter, der das erste Token generiert hat. Das kann auch eine ganz normale Workstation sein:

• Verlust des Tokens: Nach dem Ablauf einer Kontrollzeit (Timeout) erzeugt die Monitorstation ein neues Frei-Token.
• Endlos kreisendes Paket: Fällt eine Senderstation aus, noch bevor sie das von ihr gesendete Paket vom Ring genommen hat, würde es ohne Fehlerbehandlung endlos kreisen. Um das zu verhindern, setzt die Monitorstation das M-Bit im AC-Bereich des Tokens (s. o.), wenn das Token bei ihr vorbeikommt. Erhält die Station dasselbe Token wieder, ohne dass der Empfänger es vom Netz genommen hat, vernichtet die Monitorstation das Token und erzeugt ein neues Frei-Token.
• Doppeltes Token: Die sendende Station bricht ab, sobald sie ein fremdadressiertes Token erhält.
• Ausfall des Monitors: Fällt ausgerechnet die oben genannte Monitorstation aus, handeln die verbleibenden Stationen untereinander einen neuen Monitor aus.
• Ausfall einer Netzschnittstelle: Bei Einsatz eines Ringleitungsverteilers überbrückt dieser die betroffene Stelle.

Siehe auch

• Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
• Token Bus

Literatur

• Hans-Georg Göhring, Franz-Joachim Kauffels: Token Ring: Grundlagen, Strategien, Perspektiven. Datacom 1990, ISBN 3-89238-026-0.
• Carlo, Love, Siegel, Wilson: Understanding Token Ring Protocols and Standards. Artech House 1998, ISBN 0-89006-458-X.
• IBM Token-Ring Network Architecture Reference. SC30-3374.
• IBM Token-Ring Network Introduction and Planning Guide. GA27-3677.
• IBM Token-Ring Network Installation Guide. GA27-3678.
• IBM Token-Ring Network Problem Determination Guide. SX27-3710.
• LAN Technical Reference: 802.2 and NetBIOS Application Programming Interface. SC30-3587.

Weblinks

• Offizielle IEEE 802 Standards
• Offizielle IEEE 802.5 Webseite (wird nicht mehr gepflegt)
• comp.dcom.lans.token-ring Frequently Asked Questions (englisch)
• Animation des Token-Ring-Verhaltens
• Ausführliche Erklärung von Source Route Bridging (englisch)