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Token Ring: Funktionsweise einfach erklärt
Bei Token Ring darf immer nur die Station senden, die ein umlaufendes Token besitzt. Dadurch greifen die Stationen nacheinander auf das gemeinsame Übertragungsmedium zu und verursachen keine Medienkollisionen. Token Ring war vor allem in IBM-geprägten lokalen Netzwerken verbreitet, ist heute aber veraltet und weitgehend durch Ethernet ersetzt.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Warum verhindert ein Token Kollisionen?
In einem Local Area Network (LAN) tauschen Geräte innerhalb eines begrenzten Bereichs Daten aus. Nutzen mehrere Geräte dasselbe Übertragungsmedium, brauchen sie eine Regel dafür, wer wann senden darf.
Token
Ein Token ist ein kurzer Steuerrahmen, der durch das Netzwerk wandert. Ein freies Token erteilt genau einer Station die Sendeberechtigung.
Bei Token Ring heißt diese Zugriffsregel Token Passing: Die Stationen reichen das Token in einer festgelegten logischen Reihenfolge weiter. Eine Station ohne freies Token darf nicht senden. Deshalb beginnen nicht mehrere Stationen gleichzeitig mit der Übertragung.
Das freie Token besteht aus drei Byte: Start Delimiter (SD), Access Control (AC) und End Delimiter (ED). Ein Bit im Access-Control-Feld unterscheidet das freie Token von einem Datenrahmen.
Das Token funktioniert wie ein einzelner Redestab: Nur wer ihn besitzt, darf senden. Da es nur eine Sendeberechtigung gibt, entstehen keine Medienkollisionen.
Wie gelangt eine Nachricht zum Empfänger?
Eine Übertragung durchläuft einen vollständigen Umlauf im logischen Ring:
- Ein freies Token erreicht eine Station, die Daten senden möchte.
- Die Station kennzeichnet das Token als belegt und bildet einen Datenrahmen mit Zieladresse, Quelladresse, Nutzdaten und Steuerinformationen.
- Jede nachfolgende Station prüft die Zieladresse, regeneriert das Signal und leitet den Rahmen weiter.
- Die Zielstation erkennt ihre Adresse, kopiert die Nutzdaten und markiert den Empfang im Rahmen.
- Der Rahmen läuft weiter, bis er wieder den Sender erreicht.
- Der Sender prüft die Empfangsmarkierung, entfernt seinen Rahmen und gibt wieder ein freies Token aus.
Die Station A möchte eine Nachricht an C senden. Die logische Reihenfolge lautet A → B → C → D → A.
A wartet zunächst auf das freie Token. Danach sendet A einen an C adressierten Datenrahmen. B erkennt, dass die Zieladresse nicht zu B gehört, und leitet den Rahmen weiter. C kopiert die Nachricht und markiert sie als empfangen. D leitet den markierten Rahmen weiter zu A. Erst A entfernt den zurückgekehrten Rahmen und gibt das freie Token wieder frei.
Der entscheidende Gedanke: C entnimmt die Daten, aber der Rahmen beendet seinen Umlauf beim ursprünglichen Sender A.
Jede Station beteiligt sich aktiv an der Weiterleitung. Sie wirkt dabei wie ein Repeater: Sie liest das ankommende Signal, regeneriert es und sendet es an die nächste Station weiter.
Wie kann ein Stern zugleich ein Ring sein?
Token Ring besitzt zwei verschiedene Topologien:
Logische Topologie
Die logische Topologie beschreibt den Weg der Daten. Bei Token Ring werden Token und Rahmen in einer festen Reihenfolge von Station zu Station weitergereicht. Dieser Weg bildet einen Ring.
Physische Topologie
Die physische Topologie beschreibt die tatsächliche Verkabelung. Häufig sind die Stationen sternförmig mit einem zentralen Ringleitungsverteiler verbunden.
Der zentrale Verteiler heißt Multistation Access Unit (MAU oder MSAU). Er verbindet seine Anschlüsse intern so, dass ein logischer Ring entsteht. Bei mehreren Verteilern kann eine Stern-Ring-Struktur entstehen.
Freie Anschlüsse und Anschlüsse ausgeschalteter Stationen werden überbrückt. So kann der logische Ring geschlossen bleiben, obwohl ein Gerät nicht teilnimmt. Das mindert die Störanfälligkeit, macht das Netzwerk aber nicht fehlerfrei.
Vier Computer sind mit einzelnen Kabeln an eine MAU angeschlossen. Von außen sieht die Verkabelung wie ein Stern aus. Intern leitet die MAU das Signal jedoch in der Reihenfolge Computer 1 → Computer 2 → Computer 3 → Computer 4 → Computer 1 weiter. Der Datenweg ist daher ein logischer Ring.
Wie bleibt der Zugriff fair?
Eine Station könnte nach der Rückkehr ihres Rahmens sofort weitere Daten senden. Damit sie das Netzwerk nicht dauerhaft belegt, begrenzt die Token Holding Time ihre Sendedauer.
Ist die erlaubte Zeit verbraucht, muss die Station die Sendeberechtigung abgeben. Andere Stationen erhalten dadurch ebenfalls eine Gelegenheit zum Senden. Der Zugriff wird geordnet und besser vorhersagbar.
Token Passing verhindert Kollisionen. Die Token Holding Time verhindert, dass eine einzelne Station die Sendeberechtigung unbegrenzt behält.
Token-Ring-Rahmen können außerdem Prioritätsfelder besitzen. Eine höhere Priorität kann wichtigen Übertragungen bevorzugten Zugang geben. Das ändert nichts am Grundprinzip: Senden darf weiterhin nur eine dazu berechtigte Station mit Token.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Nur die Station mit dem darf senden. Die begrenzt ihre Sendedauer. Danach kann eine die Sendeberechtigung erhalten.
Was geschieht bei einem Fehler?
Ein Token Ring benötigt eine Monitorstation, auch Activity Monitor oder Active Monitor genannt. Grundsätzlich kann eine gewöhnliche Station diese Aufgabe übernehmen. Fällt der Monitor aus, bestimmen die übrigen Stationen einen neuen.
Der Monitor erkennt und behandelt typische Störungen:
- Verlorenes Token: Kommt innerhalb der vorgesehenen Zeit kein Token vorbei, erzeugt der Monitor ein neues freies Token.
- Endlos umlaufender Rahmen: Beim ersten Durchlauf setzt der Monitor eine Markierung. Trifft derselbe Rahmen erneut ein, entfernt er ihn und erzeugt ein freies Token.
- Ausgefallener Monitor: Die verbleibenden Stationen handeln eine neue Monitorstation aus.
- Ausgefallene oder abgeschaltete Station: Die MAU kann den betroffenen Anschluss überbrücken, damit der Ring geschlossen bleibt.
Eine sendende Station fällt aus, bevor ihr Datenrahmen zu ihr zurückkehrt. Niemand entfernt deshalb den Rahmen. Der Monitor markiert ihn beim ersten Vorbeilauf. Taucht der markierte Rahmen erneut auf, erkennt der Monitor die Endlosschleife, entfernt den Rahmen und stellt mit einem freien Token den geregelten Betrieb wieder her.
Was unterscheidet Token Ring von klassischem Ethernet?
Token Ring wurde besonders mit dem klassischen, gemeinsam genutzten Ethernet verglichen. Dort verwendeten Stationen CSMA/CD: Sie hörten das gemeinsame Medium ab und begannen bei einem freien Medium zu senden. Starteten mehrere Stationen nahezu gleichzeitig, konnte eine Kollision entstehen. Die beteiligten Stationen brachen dann ab und versuchten es später erneut.
| Merkmal | Token Ring | Klassisches gemeinsam genutztes Ethernet |
|---|---|---|
| Medienzugriff | umlaufendes Token | Abhören und konkurrierender Zugriff mit CSMA/CD |
| Gleichzeitiges Senden | durch die Sendeberechtigung verhindert | konnte Kollisionen verursachen |
| Reihenfolge | geregelt und besser vorhersagbar | abhängig von Zugriff und Wiederholungsversuchen |
| Fehlerkontrolle | unter anderem durch Monitorstation | Kollisionserkennung durch sendende Stationen |
Dieser Vergleich gilt für klassisches Ethernet mit gemeinsam genutztem Medium und CSMA/CD. Er beschreibt nicht jede spätere Ethernet-Ausprägung.
Token Ring arbeitete häufig mit 4 oder 16 Mbit/s und wurde besonders in IBM-Netzen eingesetzt. Trotz seines geordneten Zugriffs war die Technik aufwendig und teuer. Günstigere und weiterentwickelte Ethernet-Technik setzte sich durch; Token Ring wird heute nicht mehr weiterentwickelt und hat kaum noch praktische Bedeutung.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Token Ring
- Medienzugriff: freies Token erteilt Sendeberechtigung
- Übertragung: Rahmen läuft vom Sender über das Ziel zurück zum Sender
- Topologie: physischer Stern bildet einen logischen Ring
- Fairness: Token Holding Time begrenzt die Sendedauer
- Fehlerbehandlung: Monitor ersetzt Token und entfernt Endlosrahmen
- Einordnung: historische LAN-Technik nach IEEE 802.5
Die Kernbeziehung lautet:
Freies Token → eine sendeberechtigte Station → keine gleichzeitigen Sender → keine Medienkollision.
MAU, Token Holding Time und Monitorstation ergänzen dieses Grundprinzip: Die MAU hält den logischen Ring bei bestimmten Stationsausfällen geschlossen, die Zeitbegrenzung verteilt den Zugriff, und der Monitor stellt den Betrieb nach typischen Fehlern wieder her.
Abschluss-Check
Wenn du alle drei Antworten begründen kannst, kannst du das Token-Prinzip, den vollständigen Rahmenumlauf und den Unterschied zwischen physischer und logischer Topologie erklären.