Token Ring

Termín "Token Ring" se dnes běžně používá jako označení dvou různých věcí: jednoho ze standardů lokálních sítí společnosti IEEE (konkrétně IEEE 802.5), a jedné konkrétní síťové technologie, pocházející od firmy IBM.

Začněme nejprve ujasněním terminologické zvláštnosti, naznačené v podtitulku dnešního dílu: jde v jistém smyslu o paralelu s Ethernetem, který také byl vyvinut třemi firmami (Digital, Intel a Xerox), a posléze byl standardizován společností IEEE. Technologie Token Ring byla vyvinuta firmou IBM, v sedmdesátých letech, a tedy ještě před nástupem osobních počítačů (se záměrem propojování střediskových počítačů mezi sebou). Později byly specifikace této sítě předloženy společnosti IEEE a její pracovní skupině 802, která si na Token Ring zřídila samostatnou podskupinu 802.5. Ta pak také přijala řešení navržené firmou IBM jako svůj standard, a vydala jej pod "názvem" IEEE 802.5. Mezi oběma verzemi je téměř dokonalá shoda, jsou vzájemně kompatibilní, ale přesto mezi nimi existují i některé drobné rozdíly - například IEEE 802.5 nespecifikuje konkrétní druhy kabeláže, zatímco IBM Token Ring ano. Zajímavým rozdílem IBM Token Ringu a Ethernetu je i jejich další vývoj - zatímco v případě Ethernetu se vývoj u původních autorů v podstatě zastavil a vše se odehrává výhradně v rámci IEEE, v případě Token Ringu se další vývoj odehrává spíše u firmy IBM, přičemž standardy IEEE tento vývoj v zásadě pouze kopírují.

Filosofie Token Ringu

Jak už její název napovídá, síť Token Ring má kruhovou architekturu (Ring je prstenec, resp. kruh), a její přístupová metoda je založena na principu postupného předávání oprávnění (anglicky: token, česky též: pešek) mezi jednotlivými uzly v kruhu. Jde tedy o řízenou přístupovou metodu, která na rozdíl od Ethernetu vykazuje deterministické chování. V prvním přiblížení je vše báječně jednoduché - ten, kdo vlastní oprávnění (peška, neboli token) smí vysílat, a všichni ostatní musejí čekat. Aby se zabránilo monopolizaci práva vysílat, má každý uzel shora omezenou dobu, po kterou si smí oprávnění podržet, a po jejím uplynutí musí peška předat dál, dalšímu uzlu v kruhu. Navíc je Token Ring schopen implementovat i systém priorit, na základě kterého uzly s vyšší prioritou mají přednost v získávání oprávnění před uzly s nižší prioritou. Díky takovémuto chování dokáže Token Ring mnohem lépe využít celkovou přenosovou kapacitu sdíleného přenosového média, které má k dispozici - jestliže u neřízeného Ethernetu se obvykle udává jako maximum 60 až 80 procent teoretické vytížitelnosti, v případě řízeného Token Ringu je to 90 až 95 procent, navíc s garancí práva přístupu v závislosti na konkrétních prioritách. Nominální přenosová rychlost u původní verze Token Ringu jsou 4 Mbps, od roku 1989 je k dispozici verze pracující s rychlostí 16 Mbps.

Automatická rekonfigurace

Daň, kterou síť Token Ring platí za svůj řízený (deterministický) charakter a dokonalejší využití dostupné přenosové kapacity, je jeho výrazně vyšší složitost (ve srovnání s Ethernetem). Samotná metoda předávání peška (Token Passing), používaná v Token Ringu, ke svému fungování vyžaduje, aby byly ošetřeny nejrůznější singulární situace - co se například má stát, jestliže se přeruší kruh, v rámci kterého se postupně předává oprávnění? Nebo co když je zapotřebí kruh rozšířit o nově zapojenou stanici? Nebo co když se ztratí samotné oprávnění (pešek)? Právě kvůli takovýmto situacím je vždy v kruhu jeden z uzlů, který plní roli tzv. monitoru (monitorovací stanice). Může to být kterýkoli z uzlů, neboť všechny mají schopnost plnit roli monitoru, ale v každém okamžiku by jím měl být vždy právě jeden (a proto musí být definován i postup zaručující jak se při momentální neexistenci monitorovací stanice ustanoví do této role některý konkrétní počítač). Některé nestandardní situace však nezvládne ošetřit ani tato monitorovací stanice sama, a pak si musí pomáhat rozesíláním speciálních monitorovacích rámců (tzv. beacon frames), které mají za úkol shromáždit informace vedoucí k odhalení příčiny nestandardního stavu a jeho ošetření.

Složitost těchto rekonfiguračních mechanismů sice v praxi zajišťuje dostatečnou robustnost sítě Token Ring, která se dokáže sama "vzpamatovat" z nejrůznějších nestandardních situací, ale na druhé straně značně zvyšuje složitost implementace této technologie, a tím současně i její cenu. Pravdou je, že technologie Token Ring je obecně dražší než Ethernet.

Topologie Token Ringu

Představa propojení do kruhu v rámci MSAU

Technologie Token Ring si svou topologii nese již přímo ve svém názvu - je to topologie kruhová. Je to nutné jednak kvůli logickému pořadí, v rámci kterého si jednotlivé uzly předávají mezi sebou oprávnění, ale je to nutné i kvůli samotnému přenosu dat. Data v Token Ringu totiž "cirkulují" jeho kruhem - v "klidovém" stavu takto cirkuluje jen malý (tříbytový) údaj, představující samotné oprávnění. Jakmile některý uzel má zájem začít vysílat, počká si až kolem něj "projde" prázdné oprávnění, a "vezme si jej" (ve skutečnosti jej přemění na začátek datového rámce, do kterého vloží to co potřebuje odeslat). Výsledek dále putuje kruhem, až se dostane k určenému příjemci. Ten si převezme datový obsah, ale rámec nezmění (a pouze do něj poznačí, že data převzal). Datový rámec s takovýmto potvrzením pak dále putuje kruhem, až se dostane ke svému původnímu odesilateli, a teprve ten jej zruší (resp. přemění na původní tříbytové oprávnění, které nechá dále putovat kruhem, kde si jej může "odchytit" další zájemce).

Zajímavé je, že síť IBM Token Ring ve skutečnosti předepisuje nikoli kruhovou, ale hvězdicovou topologii. Není to ale ve sporu s tím, co jsme si právě řekli - ve středu hvězdy je totiž propojovací jednotka, označovaná jako MSAU (MultiStation Access Unit), a tajemství jejího fungování naznačuje obrázek (v rámci MSAu jsou jednotlivé uzly propojeny do kruhu). Princip jednotek MSAU připomíná podstatu rozbočovačů (hub-ů) v Ethernetu při použití kroucené dvoulinky (resp. standardu 10BaseT), přičemž analogie zde jde až tak daleko, že i jednotka MSAU může podobně jako hub sama fyzicky odpojit z kruhu takové uzly, které vykazují nějaké závady ve svém fungování.

DTR, neboli Dedicated Token Ring

Klasický Token Ring, tak jak jsme si jej právě popsali, je typickým příkladem sdílené přenosové technologie, v rámci které se všechny uzly zapojené do kruhu musí spolu dělit o jeho celkovou přenosovou kapacitu (vyjádřenou nominální přenosovou rychlostí 16 Mbps). Kolem roku 1995 byl skupinou IEEE 802.5 připraven standard definující obdobu přepínání v prostředí Token Ringu - jednotlivé uzly jsou zde napojeny paprskovitě (neboli do hvězdy) k centrálním jednotkám, fungujícím jako koncentrátory (DTR Concentrator). Přípojka každého jednotlivého koncového uzlu (DTR Station) se přitom chová jako samostatný kruh, který ale má jen dva uzly, a díky tomu si může odpustit většinu z regulačních mechanismů původního Token Ringu - oba uzly zde například mohou začít kdykoli vysílat, a příjemce už nemusí vracet datový rámec zpět odesilateli. Díky tomu pak každý uzel má plně ke své dispozici plně duplexní 19 megabitový kanál ke koncentrátoru, jehož fungování je pak v principu velmi podobné fungování Ethernetového switche.

---