Rechnernetze

Token Ring

Das Konzept des Token Ring-Verfahren ist im Prinzip ein dezentrales Zuteilungssystem. Die in einem physikalischen Ring angeordneten Stationen senden sich ständig ein "Freitoken" zu, wobei eine sendebereite Station dieses Freitoken vom Ring nehmen darf und statt dessen ihre Daten an jede andere Station im Ring sendet. In der Regel nimmt die sendende Station selbst die von ihr gesendeten Daten vom Ring und ersetzt sie durch ein neues Freitoken, so dass die nächste Station senden kann usw.

Technisch beruht das Token Ring-Protokoll auf einer topologischen Ringstruktur, bei der nur reine Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen jeweils zwei Stationen verwendet werden, die ihre Daten über einfache oder verdrillte Kupferleitungen, Koaxialkabeln oder Lichtwellenleiter übertragen. Innerhalb einer Station wird eine bestimmte Verzögerung von einem Bit bis zu mehreren Bytes benötigt, um vorbeifließende Token erkennen und verändern zu können.

Das relativ einfache Konzept des Token Rings erfordert allerdings einige spezielle technische Maßnahmen, damit der Ring mindestens ein vollständiges Token (24 Bits beim Token Passing nach IEEE 802.5) speichern kann. Verzögerungen entstehen durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals im Übertragungsmedium und durch eine 1 Bit-Verzögerung in der Ringanbindung der Station. In der Regel wird eine ausgezeichnete Station, die Monitorstation, verwendet, welche ständig ein Freitoken generiert (außer, sie will selbst senden). Da jede Station Monitorstation werden kann, gibt es ein eigenes Verfahren zur Auswahl einer solchen Monitorstation bei der Inbetriebnahme eines Rings und falls die aktuelle Monitorstation ausfällt.

Sobald eine Station ein Freitoken empfangen hat, erhält sie die Erlaubnis zur Datenübertragung. Dazu verändert sie das drei Byte lange Token so, dass es von anderen Stationen als Rahmenstart-Sequenz erkannt werden kann und der Ring als belegt gekennzeichnet ist. Unmittelbar im Anschluss an die Rahmenstart-Sequenz sendet die Station dann die zu übertragenden Daten auf den Ring. Diese bestehen aus der Ziel- und der Quelladresse, den eigentlichen Nutzdaten, der Prüfsumme, dem Endebegrenzer und einem Rahmenstatusfeld, in das andere Stationen während der Übertragung Kontrollinformationen (Rahmen kopiert, Prüfsummenfehler entdeckt, Adresse erkannt) ablegen. Alle Stationen, die an den Ring angeschlossen sind, empfangen die eingehenden Daten und leiten sie unmittelbar an die nächste Station im Ring weiter. Erkennt eine Station ihre eigene Adresse im Übertragungsrahmen, so kopiert sie diesen vom Ring und setzt die entsprechenden Bits im Rahmenkontrollfeld, um der sendenden Station den Empfang mitzuteilen. Nachdem der Übertragungsrahmen den Sender wieder erreicht hat, entfernt dieser die Daten vom Ring und generiert ein neues Freitoken für die Übertragung an die nachfolgende Station. 

Durch die geringe Speicherkapazität des Rings ist es nahezu ausgeschlossen, dass ein kompletter Rahmen mit Nutzdaten auf dem Ring Platz findet. Aus diesem Grund muss eine Station noch während der laufenden Übertragung eines Nutzdatenrahmens die ersten Bits des Nutzdatenrahmens wieder empfangen. Eine Station darf nach dem Empfang eines Freitokens für die Dauer der sogenannten Token Hold Time (ca. 10 ms) Daten übertragen. Der Wert kann jedoch vom Netzwerkadministrator verändert werden, um etwa eine spezielle Anpassung an einen bestimmten Dienst zu erreichen.

Neben der oben beschriebenen Variante (4 MBit/sec), bei der das Token erst dann wieder freigegeben wird, wenn alle Daten vom Ring entfernt worden sind, existiert noch ein anderes Verfahren, das bei der 16 MBit/sec Variante des Token Rings eingesetzt wird. Diese Verfahren wird als Early (Token) Release bezeichnet und erlaubt einer sendenden Station, unmittelbar nach dem Empfang des letzten Bits der Nutzdaten das Freitoken an den Nachfolger zu übertragen.