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Token Ring




IBM Token-Ring

1 Einleitung

Einführung

Die Architektur des Token Ring ist ein Ergebnis europäischer Forschung. Das ganze wurde in



Rüschlikon - CH, im IBM-Labor entwickelt und später dann von den Normenausschüssen der ECMA und IEEE in USA und Europa übernommen.

Der Token Ring ist ein physikalisch sternförmige Verkabelungsstruktur, die durch spezielle Verkabelungskomponenten einen Ring bilden.

Zugriffsverfahren:    Token Passing

Kabeltyp:                   Twisted-Pair / unshielded-Twisted-Pair / Glasfaserkabel

Maximale Ausbaufähigkeit (einzelnen Token-Ring):        260 Komponenten

           

ECMA standard:      89       

IEEE standard:                     802.5

2 Token-Ring im OSI-Layer-Model

Token Ring - LANs arbeiten auf den ersten zwei Schichten des OSI-Referenzmodell. Die MAC-Teilschicht regelt den Netzzugriff über das Token-Passing-Verfahren. Die Bitübertagungsschicht stellt die Schnittstelle zum Netz dar. Sie besteht aus zwei weitern Teilschichten, dem PSC-Sublayer und dem PMC-Sublayer. Die PMC ist die Schnittstelle zum Uebertragungsmedium, indem sie Signale vom Ring empfängt und Signale auf den ring setzt. Sie regelt auch den Ringzugang. Die PSC-Sublayer verabeitet Signalteile von der PMC-Sublayer, die an den MAC-Layer gerichtet sind. Die PSC übernimmt die Kodierung und Dekodierung  vom PMC an den MAC-Layer und umgekehrt.

3 Token-Passing

Ein Token ist ein spezielles Bitmuster (Datenstruktur), die das Zugriffsverfahren in einem Ring steuern.

Paketaufbau:

                                                Token-Format

          1          1            1

 

 


                                                                                                            Nachrichten-Format

           1         1         1         6          6                            4          1         1

Die Länge eines Token beträgt 24 Bit. Die Maxmimale Länge eines Token mit Daten liegt bei 4Mbps 4463 Bytes und bei 16 Mbps 17967 Bytes.

SD       Starting Delimiter = Zeigt den Beginn des Token oder Paketes an

AC      Access Control            = Prioritätssteuerung, Token oder Paket

FC       Frame Control = ist es MAC oder LLC

DA      Destination Adress = Zieladresse

SA       Source Adress = Absenderadresse

INFO  Die Daten, die Länge wird durch THT ( Token Hold Time ) festgelegt und diese beträgt 10ms

FCS    Frame Check Sequence = Korrektheitskontrolle

ED      Ending Delimiter        = Anzeige der nachfolgenden Paketen, Fehlerkontrolle

FS       Frame Status   = Zeigt ob Zieladresse erkannt wurde und ob die Pakete kopiert wurden

Was nicht zu vergessen ist:

Diese Werte sind vom THT ( Token Hold Time ) abhängig. ( Bei Token Ring beträgt dies 10ms )

Die Umlaufzeit wird berechnet durch die Laufzeit auf dem Medium und der Verzögerung der einzelnen Clients. 

4 Token-Ring Ablauf

Stellen wir uns mal vor, wir haben jetzt einen Token-Ring vor uns. Einige wichtige Sachen wissen wir ja schon über das Token-Ring, doch wie funktioniert das ganze ??

In einem Token-Ring kreist ein Token (Berechtigungsmarke), (es kann immer nur ein Token zu einem Zeitpunkt im Ring kreisen da es sonst zu Kollisionen führen kann),  im Ring herum und gibt den jeweiligen Stationen eine Berechtigung etwas zu senden. Wenn jetzt z.B. Station X etwas senden möchte muss diese das Token, das ja im Ring herumkreist, 'einfangen',

- schauen ob es sich hier um ein besetztes oder freies Token handelt

Ist dieses Token jetzt frei, so ändert die Station X den Zustand dieses Token in besetzt und sendet ihre Daten im Anschluss an das belegte Token weiter. Sind keine Daten zum verschicken vorhanden so wird das freie Token weitergesendet.




Empfängt jetzt z.B. Station Y ein Token das belegt ist, so weiss diese Station Y dass anschliessend Daten eintreffen werden. Also prüft es, ob die mitgesendete Empfängeradresse mit der ihrer Stationsadresse übereinstimmt.

Ist dies der Fall, so kopiert die betroffene Station den Frame in den Pufferbereich und sendet anschliessend den ganzen Nachrichten-Frame (Token und Nachricht) weiter, jedoch mit einem Antwortbit (Bestätigung: 'Ich bin angekommen') angefügt das für den Absender des Nachrichten-Frames (Token und Nachricht) wichtig ist.  Diese gesendete Nachricht kreist genau einmal im Ring herum, bis es schliesslich beim Absender wieder vorbeikommt. Dieser Absender nimmt das Frame vom Ring runter und setzt anschliessend ein freies Token auf den Ring. Empfängt der Absender ein Frame das nicht die eigene Quellenadresse enthält, so können wir dies auf einen Fehler zurückführen => Es existieren mehr als ein Token im Ring !

Somit wird kein frei Token erzeugt, und die Fehlerbeseitigung übernimmt die Monitorstation.

5 Fehlerkorrekturen

Was ist eine Monitorstation ?

Die Monitorstation ist, anders ausgedrückt, eine aktive Station die als Monitorstation bestimmt wird.

Bestimmt wir dieser Status, im Normalfall, durch die erste aktivierte Station im Ring.

Anders gesagt, die Station die zuerst im Ring eingeschaltet wurde. Diese Station ist zuständig für die Erkennung von Fehlern. Diese Fehler sind entweder:

- Verlust eines Tokens

- Ein ständig kreisendes bezetztes Token im Ring

Ein Verlust eines Tokens wird ganz einfach über ein Zeitüberwachungsmechanismus erkannt. Wie wir ja wissen, ist die maxmiale Zeit die ein Token zur einmaligen Umkreisung des Rings benötigt, bekannt. Ist nun, innerhalb dieser bekannten maxmialen Umlaufszeit eines Tokens, kein Token durch die Monitorstation 'durchgewandert', so erzeugt die Monitorstation ein neues freies Token damit das Netz wieder funktionieren kann. Diese Funktion wird auch beim Erst-Aufstart des Token-Rings benützt.

Ein besetztes Token das bei der Monitorstation 'vorbeirauscht' wird durch ein bestimmtes Bit im Token auf 1 markiert. Erkennt die Monitorstation ein besetztes Token, dass schon markiert wurde, merkt es dass das Paket schon den Ring einmal umkreist hat. D.h.:

Der Sender bzw. die Quelle hat das Paket nicht vom Ring entfernt. Also wandelt die Monitorstation dieses besetzte Frame in ein freies Token um und setzt es wieder auf den Ring.

Im Token Ring kann jede Station ein aktiver Monitor werden. Einer Vermeidung das jede Station eine aktive wird, können spezielle Wettbewerbs-Algorithmen oder unterschdieliche Timeout-Zahlen verwendet werden.

Durch einen Protokollmechansimus wird verhindert dass das Netz ausfällt. Nehmen wir mal an die Monitorstation macht einen Ausfall, durch den Protokollmechanismus wird gesorgt das eine andere Station deren Aufgabe übernimmt.

5.1 Sicherstellung des Rings

Damit der Ring immer funktionsbereit ist sind folgende Funktionen vorgesehen:

- Stationen senden BCN-Frames

Empfängt eine Station lange kein Signal, so sendet sie das BCN-Frame, das die Nummer der vorhergehenden Station beinhaltet. Die betroffene Station schliesst sich aus dem Ring aus und führt einen Selbsttest aus.

Der Ring bleibt weiter betriebsfähig. Ist der Anschluss nicht fehlerhaft so fügt sich die betroffene Station wieder von selbst in den Ring ein.

-          Recovery durch LLC - Logical Link Control

- Bypass-Relays

Zur Ueberbrückung von fehlerhaften oder 'off'  Stationen. Die Relais werden so geschlossen das die betreffende Stationen ausgegliedert wird. Die Wiedereinstellung der Station erfolgt nach einem Loop-Test.

5.2 Support-Frames

Bei Fehlern im Token Ring werden die unten aufgeführten Frames ins Netz gesetzt:

BCN - Beacon MAC Frame

Wird gesendet durch Stationen die durch abhanden kommende Input-Signale einen Ringfehler aufdecken.

SMP - Standby Monitor Present MAC Frame

Ein Frame das von passiven Monitorstation/-en ausgestrahlt wird damit ihre Präsenz aufgezeigt wird.

AMP - Active Monitor Present MAC Frame

Um die Präsenz des aktiven Monitor anzuzeigen.

CL-Tk - Claim Token MAC Frame

Wird ausgesendet von passiven Monitoren die sich durch einen Timeout um den Job des aktiven Monitor bewerben.

DAT - Duplicate Adress Test MAC Frame

Wird während der Initialisierung von den Stationen ausgesendet um festzustellen ob die eigene Adresse schon im Ring existiert.

PRG - Purge MAC Frame

Nach einem Cleaning von Fehlern im Ring vom akitven Monitor gesendet.


6 Anschluss und Verkabelungsarten

6.1 Anschluss an einer Station

Die Endgeräte werden entweder direkt an den Ringverteiler oder über die Gebäudeverkabelung in die vorgesehenen Dosen mit dem Adapterkabel verbunden.

6.2 Der Stecker

Der Stecker hat eine Abschirmung und verfügt über vier Kontakte.

6.3 Verkabelung mit Ringverteiler

6.4 Inbetriebaufnahme eines Token Ring Netz

Wir fügen eine Station in den Ring ein !

1.         - Self-test vor dem Einfügen

2.         - Einfügen und Prüfung von vorhandener Monitorstation

3.         - Adressen-Test (Ist meine Adresse richtig ?)

4.         - Neighborhood Notification Teilnahme










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