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Token-Ring

Dieses Netz wurde von IBM entwickelt. Alle Rechner sind hintereinandergeschaltet und somit ringförmig verbunden. Im "Ruhezustand" (keine Station will senden) zirkuliert eine spezielle Nachricht im Netz, das sogenannte "Token" (genauer "Frei-Token", "free token"). Diese Nachricht wird von einem Rechner an den nächsten weitergegeben. Der Rechner, der im Besitz des Frei-Tokens ist, kann senden, indem er an dieses die Nachricht anhängt ("busy token"). Dieser Datenblock wird von Station zu Station weitergereicht, bis sie beim Empfänger angekommen ist. Der Empfänger bestätigt die Nachricht durch eine Acknowledge-Meldung, die mit dem Token weiter auf den Ring geschickt wird und schließlich wieder beim Absender eintrifft. Dieser schickt nun wieder ein Frei-Token auf die Reise.

Token-Ring-Struktur

In der Regel berechtigt der Besitz des Tokens nur zur Sendung eines Blocks (non exhaustive), im anderen Extremfall könnte auch definiert werden, daß die Station soviele Datenblöcke senden kann, wie sie möchte (exhaustive). Damit könnte aber eine Station, die den Token besitzt, alle anderen dominieren. Normalerweise wird deshalb nur ein Block gesendet. Außerdem wird die Dauer der Sendeberechtigung befristet (Token Holding Time, z. B. 10 ms). Solange das Netz fehlerfrei funktioniert, stellt Token-Ring ein sehr einfach handzuhabendes Verfahren dar. Komplexer sind die Aufgaben beim Initieren des Netzes und bein Ein- oder Auskoppeln von Stationen. Token-Ring ist das einzige Netz mit aktiven Stationen, die aus Eingabe- und Ausgabeeinheit bestehen. Grundsätzlich sind alle Stationen gleichberechtigt, jedoch übernimmt eine von ihnen als "aktiver Monitor" besondere Überwachungsaufgaben im Netz. Eine andere Station überwacht als "passiver Monitor" den aktiven Monitor und kann gegebenenfalls dessen Aufgaben übernehmen. Die Aufgaben des aktiven Monitors sind:

  • Erzeugen des Ringtaktes
  • Überwachen des Tokens (Neuen Token erzeugen, falls er verloren geht, Verhindern mehrerer Tokens)
  • Unterbinden permanent kreisender Blöcke oder Tokens erhöhter Priorität. (Generell: Ring säubern durch Senden eines "Purge Ring Frame" an alle Stationen und Erzeugen eines neuen Frei-Tokens).
  • Verhindern, daß mehrere Monitore aktiv sind.
  • Verzögerung des Token-Rahmens um 24 Bit-Zeiten (die Länge des Token-Rahmens beträgt 24 Bit). Auch bei extrem kleinem Ring wird so sichergestellt, daß eine Station den Token-Rahmen vollständig senden kann, bevor sie ihn wieder empfängt.

In regelmäßigen Abständen sendet der aktive Monitor einen "Active Monitor Present Frame" an alle Stationen im Ring. Gleichzeitig wird dadurch eine Prozedur in Gang gesetzt, die allen Stationen die Adresse des jeweiligen Vorgängers im Ring liefert (NAUN = Nearest Active Upstream Neighbour) - eine Information, die nur im Fehlerfall wichtig ist. Ein Fehler auf Empfangsseite bedeutet, daß der eigene Empfänger oder der Sender des NAUN defekt ist. Die Auswahl des aktiven Monitors geschieht per "Claim-Token Process" durch:

  • den derzeit aktiven Monitor, wenn dieser Probleme bei der Durchführung seiner Aufgaben hat,
  • einen passiven Monitor, wenn der aktive Monitor nicht korrekt arbeitet (z. B. Timeout auftritt).
  • eine neu eingegliederte Station, wenn diese das Fehlen des aktiven Monitors feststellt.

Token-Ring-Netze werden normalerweise als Stern-Ring-Verbindungen mit passiven Ringleitungsverteilern aufgebaut. In den Ringleitungsverteilern befinden sich Relais (die von den Stationen gesteuert werden) zur Eingliederung von Stationen und zur Schaltung von Ersatzringen bei Defekten.

Ringleitungsverteiler

Die Eingliederung einer Station erfolgt in fünf Schritten:

  1. Ist ein Adapter vom Ring getrennt, sind gleichzeitig Eingangs- und Ausgangsleitung kurzgeschlossen. Es erfolgt zunächst ein Adaptertest. Nach dem Test versorgt der Adapter die Relais mit Strom und wird in den Ring eingegliedert.

  2. Die Station hört nun den Ring ab. Wenn sie innerhalb einer festgelegten Zeit keine Aktivität des aktiven Monitors wahrnimmt, startet sie den Prozeß zur Auswahl des aktiven Monitors.

  3. Durch Aussenden eines "Duplicate Address Test Frame" prüft die Station die Eindeutigkeit ihrer Adresse. Ist sie nicht eindeutig, koppelt sich die Station wieder ab.

  4. Durch den NAUN-Prozeß erfährt die Station die Adresse ihres Vorgängers und ist nun ins Netz eingegliedert.

  5. Von den Voreinstellungen abweichende Parameter können nun bei einer Server-Station abgefragt werden, sofern dies nötig ist.

    Die Funktionen von Monitor und der eingegliederten Stationen müssen nicht nur einmalig initiiert, sondern auch ständig überwacht werden. In vielen Fällen sind dies zahlreiche Aktionen, die auch viele Blöcke auf dem Netz zur Folge haben und in deren Verlauf auch Fehler- und Ausnahmebedingungen auftreten können. Der Nachteil von Token-Ring liegt darin, daß beim Ausfall einer Station oder bei Kabeldefekten das Netz unterbrochen wird. Wird die defekte Station hingegen abgeschaltet, schalten die Relais im Ringleitungsverteiler die Leitung durch. Token Ring ist genormt nach IEEE 802.5.

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