Token Ring (nach IEEE 802.5)

Weitere Informationen über diesen IEEE Standard finden Sie hier:  www.ieee.org

Obwohl das original IBM Token Ring der typische Vertreter eines Ringnetzwerkes ist, basiert es auf einer Sternverkabelung. Im Gegensatz zu billigeren Lösungen (Busnetz) sind bei Token Ring je eine Sende- und eine Empfangsleitung integriert (Ring Out und Ring In). Diese Aus- und Eingänge sind definiert und unverwechselbar. Auch in der Multi Station Access Unit, der MAU (oder MSAU) sind diese beiden Kanäle vorhanden. Die einzelnen Signale verlaufen nunmehr wie in der Grafik zu entnehmen entgegen dem Uhrzeigersinn.

Wie klappt es mit den Nachbarn ?

Die Netzwerkkarten haben im Gegensatz zu den Karten bei Standard Ethernet (CSMA/CD) wesentlich mehr Steuerungselektronik on Board. Die Netzwerkkarten nehmen das ankommende Signal vom Netz, werten es aus ob es für sie bestimmt ist oder nicht, generieren es neu und geben es wieder in das Netz zurück. Daher sind die Signale im Token Ring Netz wesentlich klarer als bei Ethernet üblich.

Beim Einschalten des Rechners überprüft sich die Karte selbstständig. Sollte ein Hardwarefehler auftreten, erhält der Anwender eine Fehlermeldung auf seinem Bildschirm!

Ergab die eingebaute Prüfroutine keinen Fehler erfolgt die Netzanmeldung in dem (zumeist schon) laufenden Netzwerk. Dabei erfolgt eine Neuinitialisierung des Netzes, einfach ausgedrückt bedeutet das, die angeschlossenen Stationen werden über den Neuankömmling informiert. Somit werden die Zeiten im Netz neu geordnet um Senden und empfangen zu können.

Und wenn es doch einmal kracht ?

Wie schon beschrieben sind die eingesetzten Netzwerkkarten mit relativ viel technischer Intelligenz ausgestattet. Bei den kreisförmig verlaufenden Signalen kann jede angeschlossene Station feststellen, ob beispielsweise sein Vorgänger im Ring noch vorhanden ist, ob diese Station einwandfrei sendet oder nicht.

Beispiel:

Wir nehmen ein kleines virtuelles Token Ring Netzwerk an bestehend aus acht Rechnern. Die einzelnen Stationen sind der Einfachheit halber alphabetisch durchnumeriert. Station "H" sei der Server, alle anderen Stationen seien einfache Clients, also Standard PC. Aktive Monitor Station "H" ist als erste am Netz, ist damit der Aktive Monitor und generiert das freie Token. Ein Token ist ein 3 Mbit/s großer MAC-Rahmen.

Dies wird ins Netz gesendet. Geschieht nichts überprüft jede Station das Token und gibt es wieder ins Netz. Jede einzelne Station meldet sich alle 7 Sekunden.

Station "C" sendet

Station "C" will an Station "G" senden und nimmt das freie Token vom Netz, sobald es bei ihr ankommt. Die Datensendung wird zumeist in Stücken in das Netz gesendet. Die Stationen "D", "E" und "F" werten die Signale aus und erkennen, dass sie nicht für sie bestimmt sind, generieren die Signale neu und geben das Signal wieder ins Netz. Station "G" erkennt, dass die Lieferung für sie bestimmt ist, nimmt die Daten vom Netz und quittiert an Station "C". Quittierungen werden in das Token eingetragen. Da das Token über das Netz gesendet wird erkennt jede Station, wer sendet, wer frei ist usw.

Station "C" sendet solange, bis entweder die maximale Zeit abgelaufen ist, oder alles gesendet ist, was zu senden war. Dann generiert sie ein freies Token und gibt es auf das Netz. Kommt nach Ablauf der maximalen Sendezeit kein freies Token ins Netz erfolgt eine Aufforderung durch den Aktive Monitor an Station "C". "Sendebetrieb einstellen – Netz freimachen".

Ausfall Station "C"

Kann Station "C" nicht (mehr) antworten, wirft der Aktive Monitor sie aus dem Netz heraus, indem die Netzwerkkarte der Station "C" angewiesen wird den Sendebetrieb einzustellen und das Relais in der MAU mit Spannung zu versorgen. Es erfolgt eine Neuinitialisierung und ein neues freies Token wird vom Aktive Monitor ins Netz geschickt.

Kabelbruch bei Station "B"

Gehen wir nun von einem Kabelbruch bei Station "B" aus. Station "B" generiert ein Signal, welches das Relais in der MAU öffnet. Bei einem Kabelbruch kann daher das Relais nicht offen gehalten werden und das Netz ist wieder geschlossen. Die Netzwerkkarte von Station "B" erkennt normalerweise den Fehler und informiert den Anwender über den Kabelbruch.

Da der Ring durch das geschlossene Relais bei Station "B" wieder geschlossen ist, fließen die Daten wieder problemlos durch das Netz. Station "C" erkennt allerdings, dass die Station "B" nicht gesendet hat und informiert alle Teilnehmer im Netz "Station B ist ausgefallen". Der Aktive Monitor veranlasst eine Neuinitialisierung des Ringes, die Zeiten werden neu geordnet, ein neues freies Token wird generiert und es geht weiter. Dieser Vorgang wird auch als Beaconing bezeichnet.

Fehlerhafte Netzwerkkarte bei Station "F"

Die Netzwerkkarte von Station "F" ist defekt und sendet Müll. Die nachfolgende Station "G" erkennt dass nur noch Müll kommt und sendet eine Nachricht bzw. ein Fehlersignal in den Ring, dass sie keine Nachricht von ihrem nächsten aktiven vorgelagerten Nachbarn (NAUN = Nearest Active Upstream Neighbor) empfangen hat. Diese Nachricht bzw. das Fehlersignal beinhaltet die eigene Adresse, die Adresse des defekten Senders sowie den Typ des Fehlers. Diese Nachricht kann die defekte Station auswerten und kann automatisch vom Netz gehen. Auch kann der Aktive Monitor die defekte Station auffordern den Sendebetrieb einzustellen und vom Netz zu gehen. Alle anderen Rechner erhalten die Nachricht, dass die Sendungen der Station "F" zu bis zur Neuinitialisierung ignorieren sind. Normalerweise rennt zu diesem Zeitpunkt der/die Administrator/in zur MAU oder zum HUB und nimmt die defekte Station vom Netz.

Von all diesen Vorgängen bemerken die Anwender gewöhnlich nichts, die betroffenen Stationen einmal ausgenommen. Der Administrator Rechner erhält über all diese Fehler Nachrichten und kann sie turnusgemäß auswerten. Entsprechende Verwaltungssoftware vorausgesetzt. Moderne Token Ring Systeme lassen es sogar zu, über Fernzugriff eine defekte Station vom Netz zu nehmen.

All diese Eigenschaften machen Token Ring zu einem idealen Netzwerk bei zeitkritischen Anwendungen oder im Bereich der Sicherheitsaufgaben. Weshalb solche Netze wesentlich teurer sind als einfache Cheapernetze dürfte nun klar sein.

Vorteile:

• Sehr guter Datendurchsatz, auch bei hoher Netzlast
• Anbindungsmöglichkeit zwischen LAN und (IBM) Großrechner
• Tauglichkeit für Twisted Pair Verkabelungen
• Integriertes Fehlersuchverfahren
• Automatische Rekonfiguration des Ringes
• Garantierte Antwortzeiten im Netz

Nachteile

• Es ist relativ teuer
• Die Systemverwaltung muss über beträchtliche fundierte Sachkenntnisse verfügen.

Einsatzgebiete

Aus den Vorteilen entnehmen wir einige der Einsatzgründe für Token Ring. Das eingesetzte Token Passing Verfahren ermöglicht eine sehr gute Reglung von Senden und Empfangen. Die automatisch generierte Überwachungseinrichtung (Aktive Monitor das bedeutet der erste Rechner der sich anmeldet ist der Aktive Monitor, alle anderen sind Passive Monitor) sorgt u.a. für eine Neugenerierung des Token, sollte es "verloren gehen". Der gute Datendurchsatz bei hoher Netzlast, sowie die garantierte Antwortzeit machen das Netz zur ersten Wahl bei zeitkritischen Anwendungen. Nicht umsonst wurden und werden viele Krankenhäuser mit Token Ring verkabelt.