Token Ring

Token Ring was traditioneel de grote concurrent van Ethernet. Ondertussen is de glorieperiode van Token Ring voorbij. Toch zijn er nog heel wat bedrijven met een dergelijke netwerkinfrastructuur. Hieronder vertellen we je er alles over.

Token Ring is een LAN-technologie net zoals Ethernet er een is. De bedoeling van een LAN-technologie is informatie te versturen tussen computers met een bepaalde snelheid. Token Ring werd oorspronkelijk ontwikkeld door IBM in de jaren ྂ, net zoals Xerox in die tijd bezig was met Ethernet. IBM gebruikt het nog steeds als haar voornaamste LAN-technologie en wereldwijd wordt het zoveel gebruikt dat het alleen Ethernet in populariteit moet laten voorgaan. Net zoals Ethernet mettertijd gestandaardiseerd werd voor algemeen gebruik in de IEEE-standaard 802.3, heeft men dat ook voor Token Ring gedaan. De gestandaardiseerde Token Ring heet IEEE 802.5. In essentie is de LAN-technologie normaal niet afhankelijk van de gebruikte fysieke media, wat wil zeggen dat je voor Token Ring en voor Ethernet bijvoorbeeld dezelfde bekabeling kan toepassen. In de praktijk maakt men geen onderscheid tussen Token Ring (dat nog altijd in zijn pure vorm door IBM verzorgd wordt) en IEEE 802.5. Het belangrijkste verschil bestaat erin, dat Token Ring een sterstructuur vereist en dat IEEE 802.5 geen structuur oplegt. Het prille begin van Token Ring werkte met 4 Mbit/s, maar dat werd later uitgebreid naar 16 Mbit/s. Tegenwoordig bestaat er ook een ‘High Speed Token Ring’ voor 100 Mbit/s (IEEE 802.5t) en werkt men aan een ‘Giga Token Ring’ met 1 Gbit/s.

Ik zie een ster
Token Ring en IEEE 802.5 zijn dus uitwisselbaar. Hoewel IEEE 802.5 geen netwerktopologie oplegt, blijken zowat alle bestaande systemen de IBM-sterstructuur te volgen. Hierbij verbindt men alle eindstations aan een MSAU (MultiStation Access Unit), vandaar de sterstructuur. De te gebruiken bekabeling laat IEEE 802.5 vrij, maar IBM geeft voor Token Ring gevlochten paren (Twisted Pair of TP) op. De Token Ring implementatie met UTP- of STP-bekabeling in een centraal netwerkstation (de MSAU) doet heel erg denken aan een Ethernet netwerk met UTP-bekabeling en hubs. Er is echter een groot verschil tussen Token Ring en Ethernet, en daar komen we zodadelijk op terug. Er zijn nog een paar kleinere verschillen tussen Token Ring en IEEE 802.5. Behalve de reeds genoemde halen we de omvang van het routeringsinformatieveld aan. Zie de paragraaf over Token Ring frames voor meer informatie hierover.

Fysieke verbindingen
Zoals je kunt zien in de bijgaande figuur (opent nieuw venster) worden alle IBM Token Ring netwerkstations direct verbonden met de MSAU’s. De MSAU’s kunnen op hun beurt samen verbonden worden om één grote ring te vormen. De kabels die je gebruikt om MSAU’s met elkaar te verbinden heten ‘patch cables’ en de kabels die eindstations met een MSAU verbinden heten ‘lobe cables’. In feite lijkt dat erg op de ‘crosslinked’ (gekruist) en ‘straight-through’ (rechtdoor) kabels die we ook kennen uit de Ethernet-wereld: met de gewone rechtdoor lopende kabels koppel je eindstations aan hubs en je gebruikt de gekruiste kabels (‘patch cables’) om hubs met elkaar te verbinden. MSAU’s hebben ‘bypass’-relais aan boord zodat stations uit de ring gehaald kunnen worden.

Werking
De naam zegt het al: Token Ring (en IEEE 802.5) is hét voorbeeld van een zogenaamd symbooluitwisselend netwerk (FDDI is het andere grote voorbeeld hiervan). Een symbooluitwisselend netwerk schuift een symbool of ’token’ van een netwerkstation naar een ander. Het is dus de tokenuitwisseling die de ring gestalte geeft en niet de fysieke topologie van het netwerk. Alleen als een netwerkstation het token in bezit heeft, mag het zenden. Als een netwerkstation het token ontvangen heeft maar niets wil zenden, schuift het het token gewoon door naar het volgende station. Elk station kan het token maar voor een beperkte tijd bijhouden. Als een station het token heeft en wel informatie wil zenden dan haalt het het token van het netwerk, wijzigt één bit zodat het een ‘start-of-frame’-betekenis krijgt (zie verder), voegt er de te verzenden informatie aan toe en zendt het hele zootje naar het volgende station in de ring. Zolang het informatiepakket zich op de ring bevindt, is er geen token in het netwerk. Dat betekent dat elk ander station dat wil zenden zal moeten wachten. En hier hebben we het reuzegrote verschil met Ethernet: bij Token Ring kunnen er zo geen collisies voorkomen. Dat betekent meteen ook dat er normaal slechts zelden hertransmissies nodig zijn en in totaal veel minder uitbundig netwerkverkeer.

Efficiënter
Token Ring is dus efficiënter dan Ethernet. Voor kleinere netwerken maakt dat echter niet zoveel uit en aangezien een Ethernet-netwerk goedkoper te construeren is dan Token Ring, verklaart dat waarom Ethernet het populairst werd. Een optie op Token Ring is het vroegtijdig loslaten van een nieuw token (‘early token release’) en dan kan een nieuw token het netwerk op zodra de informatiepakkettransmissie volledig is. Het informatiepakket stroomt doorheen de ring tot het bij het bestemmingsstation komt. Dat station kopieert het informatiepakket voor verdere verwerking, maar schuift het origineel door naar het volgende station. Zo cirkelt het informatiepakket verder rond tot het weer terug bij het zendstation komt. Dat haalt het van de ring en kan de pakkethoofding controleren om te zien of het pakket inderdaad gelezen werd door de bestemmeling. Een tokenuitwisselend netwerk is in tegenstelling met een CSMA/CD-netwerk zoals Ethernet deterministisch van aard, wat wil zeggen dat het mogelijk is om te berekenen hoeveel tijd er maximaal overheen gaat voordat een willekeurig netwerkstation kan uitzenden. Dit betekent dat Token Ring inherent veel betrouwbaarder en robuuster is dan Ethernet. Bijgevolg zal men Token Ring toepassen in situaties waar dat van belang is, zoals bijvoorbeeld bij het netwerken van allerlei machines in productie-omgevingen.

Token Ring Frame
In tegenstelling tot Ethernet is er niet slechts één soort pakket (al heeft dat bij Ethernet een aantal mogelijke definitievarianten), maar twee. Er is een tokenpakket en een informatiepakket. Dat laatste heet ook wel een gegevens- en bevelenpakket (data/command frames). Een token is exact drie bytes lang en bestaat uit een startscheidingsbyte, een toegangscontrolebyte en een eindscheidingsbyte (zie DIGItaal linksonder bij dit artikel). Een informatiepakket varieert in omvang afhankelijk van de omvang van het eigenlijke informatieveld. Gegevenspakketten dragen informatie voor protocols van hogere OSI-lagen, terwijl bevelenpakketten alleen beheerinformatie aan boord hebben en helemaal geen informatie voor hogere-laagprotocols. In de bijgaande figuur (opent nieuw venster) zie je de samenstelling van zowel een token- als een informatiepakket. De uitleg van de diverse velden vind je in DIGItaal.