Was ist Token Ring?

Token Ring ist eine Technologie für lokale Netzwerke (LAN) , die ein Token-Passing-Protokoll zur Zugriffsverwaltung im Netzwerk verwendet. Im Gegensatz zu Ethernet , wo Geräte um Bandbreite konkurrieren , gewährleistet Token Ring eine geordnete Kommunikation, indem nur das Gerät, das das Token besitzt, Daten senden darf.

Was ist Token Ring?

Token Ring ist ein Netzwerkprotokoll und eine Netzwerktopologie, die den Netzwerkzugriff mittels Token-Passing-Verfahren steuert. Es wurde Anfang der 1980er-Jahre von IBM entwickelt, wurde zum IEEE-802.5-Standard und war in Unternehmensumgebungen weit verbreitet, bevor es von Ethernet abgelöst wurde. Die Technologie basiert auf einer Ringtopologie, bei der Netzwerkgeräte kreisförmig angeordnet sind und Daten unidirektional entlang des Rings fließen.

Ein zentrales Merkmal des Token-Ring-Verfahrens ist sein deterministisches Zugriffsverfahren, das Datenkollisionen verhindert und eine vorhersehbare Netzwerkleistung gewährleistet. Anstatt dass mehrere Geräte um Übertragungsmöglichkeiten konkurrieren, zirkuliert ein spezielles Kontrollpaket, das sogenannte Token, im Netzwerk. Nur das Gerät, das im Besitz des Tokens ist, darf Daten senden und gibt das Token anschließend für das nächste Gerät frei. Dieser kontrollierte Zugriffsmechanismus erhöht die Effizienz in Umgebungen mit hohem Datenverkehr und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Paketverlusten oder erneuten Übertragungen.

Arten von Token Ring

Token-Ring-Netzwerke gibt es hauptsächlich in unterschiedlichen Implementierungen, basierend auf Geschwindigkeit, Topologie und physischer Konnektivität. Hier sind die wichtigsten Arten von Token-Ring-Netzwerken.

1. 4 Mbit/s Token Ring

Dies war der ursprüngliche IBM Token Ring-Standard mit einer Datenübertragungsrate von 4 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Er nutzte eine sternförmige Ringtopologie, bei der die Geräte über eine zentrale Multistation Access Unit (MAU) verbunden waren, aber dennoch einer logischen Ringstruktur für die Datenübertragung folgten . Diese Implementierung fand in den Anfangsjahren der Token-Ring-Netzwerke weite Verbreitung in Unternehmensumgebungen.

2. 16 Mbit/s Token Ring

Als Weiterentwicklung des 4- Mbit/s -Standards verbesserte der 16-Mbit/s-Token-Ring die Netzwerkleistung deutlich und wurde Ende der 1980er und in den 1990er Jahren zur dominierenden Implementierung. Diese Version führte Verbesserungen wie die frühzeitige Token-Freigabe ein, wodurch das Netzwerk effizienter arbeiten konnte, da ein neues Token gesendet werden konnte, sobald die Übertragung des vorherigen Datenframes abgeschlossen war.

3. 100 Mbit/s Hochgeschwindigkeits-Token-Ring (HSTR)

IBM entwickelte später den 100 Mbit/s High-Speed ​​Token Ring (HSTR), um mit Fast-Ethernet-Technologien zu konkurrieren. Diese Version erhöhte die Datenübertragungsraten erheblich, konnte sich jedoch aufgrund der schnellen Weiterentwicklung und der Kostenvorteile Ethernet-basierter Lösungen nicht auf breiter Front durchsetzen.

4. FDDI (Glasfaser-verteilte Datenschnittstelle)

FDDI ist zwar keine Token-Ring-Implementierung im engeren Sinne, aber eine verwandte Netzwerktechnologie, die einem Dual-Ring-Token-Passing-Mechanismus folgt. FDDI arbeitet mit 100 Mbit/s über Glasfaserkabel und wurde hauptsächlich für Backbone-Netzwerke in großen Organisationen eingesetzt. Es bietet Redundanz durch zwei gegenläufige Ringe, um die Netzwerkkontinuität im Fehlerfall zu gewährleisten.

5. Token-Bus (IEEE 802.4)

Obwohl es sich nicht um einen echten Token-Ring handelt, ist Token-Bus ein weiterer Token-Passing-Netzwerkstandard, der auf einer Bustopologie statt auf einem Ring basiert. Er wurde für industrielle Anwendungen entwickelt und verwendet ein logisches Token-Passing-Schema, hat sich jedoch nie so weit verbreitet wie Ethernet oder Token-Ring.

Wie funktioniert Token Ring?

Token Ring arbeitet mit einem Token-Passing-Protokoll, das eine geordnete und kollisionsfreie Kommunikation zwischen Geräten in einem Netzwerk gewährleistet. Das Netzwerk folgt einer logischen Ringtopologie, bei der Daten in eine Richtung durch verbundene Knoten fließen. Und so funktioniert es:

1. Token-Umlauf. Ein kleines Datenpaket, ein sogenanntes „Token“, zirkuliert kontinuierlich durch das Netzwerk. Das Token ist ein spezieller Rahmen, der die Berechtigung zur Datenübertragung erteilt. Wenn kein Gerät Daten senden muss, zirkuliert das Token weiterhin frei.
2. Datenübertragungs. Wenn ein Gerät Daten zu senden hat, wartet es auf das Eintreffen des Tokens. Sobald es das Token empfängt, ändert es das Token, um anzuzeigen, dass es verwendet wird, und hängt die Daten zusammen mit der Adresse des Empfängers an. Der geänderte Frame wird dann über den Ring übertragen.
3. Frame-Empfang und -Bestätigung. Der Datenrahmen durchläuft nacheinander alle Geräte im Ring, bis er den beabsichtigten Empfänger erreicht. Das empfangende Gerät kopiert die Daten und markiert den Rahmen als „gelesen“. Der Rahmen durchläuft weiterhin den Ring, bis er wieder den Absender erreicht.
4. Rahmenentfernung und Token-Freigabe. Sobald der Sender den zurückgegebenen Frame empfängt, entfernt er ihn aus dem Netzwerk und generiert ein neues freies Token, sodass das nächste Gerät im Netzwerk bei Bedarf Daten übertragen kann.
5. Fehlermanagement und Wiederherstellung. Token-Ring-Netzwerke verfügen über integrierte Mechanismen zur Erkennung von Fehlern, wie z. B. verlorene Token oder inaktive Knoten. Wenn das Netzwerk einen fehlenden Token erkennt, wird von einer bestimmten Überwachungsstation ein neuer generiert, um den kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen.

Token Ring-Beispiel

Stellen Sie sich eine Firmenzentrale vor, in der mehrere Mitarbeiter Desktop-Computer verwenden, die an ein Token-Ring-Netzwerk angeschlossen sind, um Dateien gemeinsam zu nutzen und auf eine zentrale Datenbank zuzugreifen. Das Netzwerk besteht aus 10 Computern, die über eine Multistation Access Unit verbunden sind und einen logischen Ring bilden.

So funktioniert es in der Praxis:

1. Token-Umlauf. Ein Token bewegt sich kontinuierlich im Netzwerk und wird in sequenzieller Reihenfolge von einem Computer zum nächsten weitergegeben.
2. Daten senden. Wenn Mitarbeiter A ein Dokument an Mitarbeiter B senden möchte, wartet dessen Computer auf das Token. Sobald das Token eintrifft, ändert der Computer es, um die Übertragung anzuzeigen, und hängt das Dokument an.
3. Datenübertragung. Die Daten wandern durch den Ring und durchlaufen alle angeschlossenen Computer. Wenn sie den Computer von Mitarbeiter B erreichen, kopiert die Netzwerkschnittstelle die Datei, während der Frame seine Reise fortsetzt.
4. Bestätigung und Token-Freigabe. Der Computer von Mitarbeiter B markiert den Frame als „empfangen“ und wenn er Mitarbeiter A erneut erreicht, wird er aus dem Netzwerk entfernt. Anschließend wird ein neues Token freigegeben, sodass ein anderer Computer Daten senden kann.
5. Kollisionsfreie Kommunikation. Da immer nur ein Gerät gleichzeitig übertragen kann, kommt es zu keinen Datenkollisionen, wodurch eine stabile und vorhersehbare Netzwerkleistung gewährleistet wird.

Die Vor- und Nachteile eines Token-Ring-Netzwerks

In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Vor- und Nachteile von Token Ring untersucht, um ein klares Verständnis seiner Effektivität und Herausforderungen zu vermitteln.

Was sind die Vorteile von Token Ring?

Token Ring bietet mehrere Vorteile, insbesondere bei der Aufrechterhaltung einer stabilen und kollisionsfreien Netzwerkkommunikation. Dazu gehören:

• Kollisionsfreie Datenübertragung. Token Ring verwendet einen kontrollierten Token-Passing-Mechanismus, der sicherstellt, dass immer nur ein Gerät gleichzeitig überträgt. Dadurch werden Datenkollisionen vermieden und die Netzwerkleistung wird stabiler und vorhersehbarer, insbesondere bei starkem Datenverkehr.
• Effiziente Bandbreitennutzung. Anders als bei Ethernet, wo Geräte um Bandbreite konkurrieren, bietet Token Ring eine strukturierte Kommunikationsmethode. Dies führt zu einer effizienten Nutzung der Netzwerkressourcen, reduziert erneute Übertragungen und verbessert den Gesamtdurchsatz.
• Deterministischer Netzwerkzugriff. Da Geräte nur dann Daten übertragen, wenn sie das Token besitzen, bietet Token Ring deterministischen Zugriff, sodass Netzwerkverzögerungen genau vorhergesagt werden können. Dies macht es ideal für zeitkritische Anwendungen wie etwa industrielle Automatisierung und Finanztransaktionen.
• Bessere Leistung in Umgebungen mit hohem Datenverkehr. Während Ethernet-Netzwerke aufgrund kollisionsbasierter Übertragungen überlastet werden können, sorgt Token Ring für eine gleichbleibende Leistung, selbst wenn die Netzwerklast zunimmt. Dadurch eignet es sich für Unternehmensanwendungen, die eine stabile und vorhersehbare Kommunikation erfordern.
• Integrierte Fehlererkennung und -behebung. Token Ring enthält Mechanismen zur Erkennung von Netzwerkfehlern, wie z. B. verlorene Token oder inaktive Knoten. Eine spezielle Überwachungsstation hilft bei der Verwaltung der Token-Generierung und der Netzwerkintegrität und gewährleistet einen unterbrechungsfreien Betrieb.
• Fairer Zugriff für alle Geräte. Da das Token sequenziell zirkuliert, erhält jedes Gerät die gleiche Möglichkeit, Daten zu übertragen. Dies verhindert die Bandbreitenmonopolisierung durch ein einzelnes Gerät und fördert eine faire Nutzung im gesamten Netzwerk.

Was sind die Nachteile von Token Ring?

Token Ring bietet zwar eine zuverlässige und kollisionsfreie Datenübertragung, weist jedoch auch Einschränkungen auf, die zu seinem Niedergang zugunsten von Ethernet beigetragen haben. Dazu gehören:

• Höhere Kosten. Token Ring erfordert spezialisierte Hardware, einschließlich Netzwerkadaptern und einer MAU, wodurch es teurer ist als Ethernet-basierte Alternativen. Die Kosten für die Wartung und Aktualisierung des Netzwerks erhöhen ebenfalls die finanzielle Belastung.
• Komplexe Einrichtung und Wartung. Im Gegensatz zu Ethernet, das einfachere Plug-and-Play-Konfigurationen unterstützt, erfordern Token-Ring-Netzwerke eine sorgfältige Einrichtung und Verwaltung. Die Fehlerbehebung bei Problemen wie Token-Verlust oder Netzwerkfehlern kann im Vergleich zu Ethernet komplizierter sein.
• Langsamere Geschwindigkeiten im Vergleich zu Ethernet. Frühe Token-Ring-Netzwerke arbeiteten mit 4 oder 16 Mbit/s, während spätere Versionen 100 Mbit/s erreichten. Ethernet übertraf diese Geschwindigkeiten jedoch schnell und erreichte 1 Gbit/s und mehr, wodurch Token-Ring für Hochleistungsnetzwerke überflüssig wurde.
• Skalierbarkeit Einschränkungen. Die Erweiterung eines Token-Ring-Netzwerks erfordert zusätzliche MAUs und eine strukturierte Neukonfiguration, was es komplexer und weniger flexflexibler als Ethernet, was eine einfache Netzwerkerweiterung mit Switches und Hubs ermöglicht.
• Der Punkt des Versagens Risiken. Da Token Ring auf einem kontinuierlichen Datenpfad basiert, kann ein Ausfall eines einzelnen Geräts oder einer Verbindung das gesamte Netzwerk stören. Obwohl einige Implementierungen Fehlertoleranzmechanismen verwenden, erhöhen diese die Gesamtkosten und die Komplexität.
• Schwindende Unterstützung durch die Industrie. Mit dem Aufstieg von Ethernet zum dominierenden Netzwerkstandard stellten die Hersteller nach und nach die Token-Ring-Hardware und den Support ein. Dies machte es für Unternehmen zunehmend schwieriger, ihre Token-Ring-Netzwerke zu warten und zu aktualisieren.

Token Ring Geschwindigkeit

Token-Ring-Netzwerke waren ursprünglich für Geschwindigkeiten von 4 Mbit/s ausgelegt und wurden später auf 16 Mbit/s verbessert, was zum am weitesten verbreiteten Standard wurde. Um mit den zunehmenden Geschwindigkeiten von Ethernet konkurrieren zu können, führte IBM 100 Mbit/s HSTR ein, das sich jedoch aufgrund der zunehmenden Dominanz von Ethernet-basierten Lösungen, die kostengünstiger und skalierbarer waren, nicht auf breiter Front durchsetzen konnte.

Im Gegensatz zu Ethernet, das sich kontinuierlich weiterentwickelte und 1 Gbit/s und mehr unterstützte, führten die Geschwindigkeitsbeschränkungen von Token Ring zusammen mit den höheren Infrastrukturkosten und der Komplexität zu seinem Niedergang. Während sein strukturierter Token-Passing-Mechanismus eine stabile und kollisionsfreie Kommunikation gewährleistete, machte ihn seine Unfähigkeit, mit den schnellen Fortschritten von Ethernet in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz mitzuhalten, in modernen Netzwerkumgebungen letztlich obsolet.

Token Ring-Vergleich

Hier ist eine vergleichende Übersicht über Token Ring und andere Netzwerkprotokolle.

Was ist der Unterschied zwischen Token Ring und Ethernet?

Der Hauptunterschied zwischen Token Ring und Ethernet besteht in der Art und Weise, wie sie den Netzwerkzugriff und die Datenübertragung verwalten.

Token Ring verwendet einen kontrollierten Token-Passing-Mechanismus, bei dem nur das Gerät, das das Token besitzt, Daten übertragen kann. Dadurch wird ein kollisionsfreier und geordneter Kommunikationsprozess gewährleistet. Im Gegensatz dazu arbeitet Ethernet mit einer konkurrenzbasierten Methode, bei der ursprünglich Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionserkennung (CSMA/CD) verwendet wurde, bei dem Geräte um den Zugriff konkurrieren und im Falle von Kollisionen Daten erneut übertragen.

Token Ring bietet zwar vorhersehbare Leistung und fairen Zugriff, erfordert jedoch spezielle Hardware, was die Skalierung teurer und komplexer macht. Ethernet hingegen wurde aufgrund seiner geringeren Kosten, höheren Geschwindigkeiten und größeren flexund übertraf schließlich Token Ring in Leistung und Akzeptanz.

Was ist der Unterschied zwischen Token Ring und Bus?

Der Unterschied zwischen einer Token-Ring- und einer Bus-Topologie liegt hauptsächlich in der Netzwerkstruktur und den Datenübertragungsmethoden.

Token Ring folgt einer logischen Ringtopologie, bei der Daten auf einem kreisförmigen Pfad fließen und Geräte über ein Token-Passing-Protokoll kommunizieren. Dadurch wird sichergestellt, dass immer nur ein Gerät gleichzeitig überträgt, um Kollisionen zu vermeiden.

Im Gegensatz dazu besteht eine Bustopologie aus einem einzigen zentralen Kabel (Bus), das alle Geräte verbindet, wobei Daten an alle Knoten gesendet werden. In einem Busnetzwerk können Kollisionen auftreten, wenn mehrere Geräte gleichzeitig senden. Dafür sind Kollisionserkennungs- oder -vermeidungsmechanismen wie CSMA/CD erforderlich.

Token Ring ermöglicht zwar strukturierte, kollisionsfreie Kommunikation, erfordert jedoch spezielle Hardware und ist teurer in der Implementierung. Bustopologien sind einfacher und billiger, können jedoch bei zunehmendem Datenverkehr unter Leistungseinbußen leiden. Darüber hinaus kann ein Fehler im Hauptkabel das gesamte Netzwerk stören.

Was ist der Unterschied zwischen Token Ring und FDDI?

Der Hauptunterschied zwischen Token Ring und FDDI (Fiber Distributed Data Interface) liegt in ihrer Topologie, Übertragungsgeschwindigkeit und ihrem physischen Medium. Token Ring wird normalerweise mit einer Single-Ring-Topologie implementiert und über Twisted Pair- oder geschirmte Kupferkabel mit Geschwindigkeiten von 4 Mbit/s oder 16 Mbit/s betrieben (spätere Versionen erreichen 100 Mbit/s). Im Gegensatz dazu verwendet FDDI eine Dual-Ring-Topologie, bei der Daten in zwei gegenläufigen Ringen fließen, was Fehlertoleranz bietet, und wird mit 100 Mbit/s über Glasfaserkabel betrieben, wodurch es besser für Hochgeschwindigkeits-Backbone-Netzwerke geeignet ist.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied liegt in der Netzwerkgröße und -zuverlässigkeit. Token Ring ist auf eine begrenzte Anzahl von Geräten pro Ring beschränkt und kann Netzwerkausfälle erleiden, wenn ein Gerät oder eine Verbindung ausfällt, sofern keine fehlertolerante Konfiguration verwendet wird. FDDI hingegen, mit seiner redundanten Doppelringarchitektur , kann den Betrieb auch bei Ausfall eines Rings aufrechterhalten und ist daher zuverlässiger für große Unternehmens- und Metropolnetzwerke.

Aufgrund dieser Vorteile wurde FDDI häufig für Hochgeschwindigkeits-Netzwerk-Backbones verwendet, während Token Ring hauptsächlich in Büroumgebungen eingesetzt wurde. Beide Technologien wurden jedoch schließlich durch Gigabit-Ethernet ersetzt, das höhere Geschwindigkeiten, niedrigere Kosten und größere Skalierbarkeit bot.