Wat is een tokenring? | phoenixNAP IT-woordenlijst

Tokenring is een lokaal netwerk (LAN) technologie die een token-passing protocol gebruikt om de toegang tot het netwerk te beheren. In tegenstelling tot Ethernet, waar apparaten concurreren om bandbreedte, token ring zorgt voor ordelijke communicatie door alleen het apparaat dat het token vasthoudt toe te staan gegevens verzenden.

Wat is Token Ring?

Token ring is een netwerkprotocol en topologie die werkt met een token-passingmethode om toegang tot het netwerk te beheren. Het werd begin jaren 1980 ontwikkeld door IBM en werd een IEEE 802.5-standaard. Het werd veel gebruikt in bedrijfsomgevingen voordat het werd ingehaald door Ethernet. De technologie is gebaseerd op een ringtopologie, waarbij netwerkapparaten in een cirkelvormige configuratie zijn aangesloten en gegevens in één richting langs de ring stromen.

Een belangrijk kenmerk van token ring is de deterministische toegangsmethode, die databotsingen voorkomt en voorspelbare netwerkprestaties garandeert. In plaats van dat meerdere apparaten concurreren om transmissiemogelijkheden, circuleert een speciaal controlepakket, bekend als een token, rond het netwerk. Alleen het apparaat dat in het bezit is van het token mag data verzenden, waarna het het token vrijgeeft voor het volgende apparaat om te gebruiken. Dit gecontroleerde toegangsmechanisme verbetert de efficiëntie in omgevingen met veel verkeer en vermindert de kans op pakketverlies of heruitzendingen.

Soorten Token Ring

Token ring-netwerken bestaan voornamelijk in verschillende implementaties op basis van snelheid, topologie en fysieke connectiviteit. Hier zijn de belangrijkste typen token ring-netwerken.

1. 4 Mbps-tokenring

Dit was de originele IBM Token Ring-standaard, die werkte met een gegevensoverdrachtssnelheid van 4 megabits per seconde (Mbps). Het gebruikte een stervormige ringtopologie, waarbij apparaten via een centrale Multistation Access Unit (MAU) werden verbonden, maar nog steeds een logische ringstructuur volgden voor dataoverdrachtDeze implementatie werd in de beginjaren van token ring-netwerken op grote schaal toegepast in bedrijfsomgevingen.

2. 16 Mbps-tokenring

Een verbeterde versie van de 4 Mbps standaard, de 16 Mbps token ring verbeterde de netwerkprestaties aanzienlijk en werd de dominante implementatie in de late jaren 1980 en 1990. Deze versie introduceerde verbeteringen zoals vroege token release, waardoor het netwerk efficiënter werd door een nieuw token te kunnen verzenden zodra het vorige dataframe de transmissie had voltooid.

3. 100 Mbps hogesnelheids-tokenring (HSTR)

IBM ontwikkelde later de 100 Mbps High-Speed Token Ring (HSTR) om te concurreren met snelle Ethernet-technologieën. Deze versie verhoogde de gegevensoverdrachtssnelheden aanzienlijk, maar slaagde er niet in om wijdverspreide acceptatie te krijgen vanwege de snelle vooruitgang en kostenvoordelen van Ethernet-gebaseerde oplossingen.

4. FDDI (glasvezel gedistribueerde data-interface)

Hoewel het strikt genomen geen token ring-implementatie is, FDDI is een verwante netwerktechnologie die een dual-ring token-passing mechanisme volgt. FDDI werkte op 100 Mbps via glasvezelkabels en werd voornamelijk gebruikt voor backbone-netwerken in grote organisaties. Het zorgde voor redundantie door twee tegen elkaar in draaiende ringen te gebruiken om netwerkcontinuïteit te garanderen in geval van een storing.

5. Tokenbus (IEEE 802.4)

Hoewel het geen echte token ring is, is token bus een andere token-passing netwerkstandaard die werkt op een bustopologie in plaats van een ring. Het werd ontworpen voor industriële toepassingen en gebruikte een logisch token-passing schema, maar het heeft nooit brede acceptatie gekregen zoals Ethernet of token ring.

Hoe werkt Token Ring?

Token ring werkt met een token-passing protocol dat zorgt voor ordelijke en botsingsvrije communicatie tussen apparaten in een netwerk. Het netwerk volgt een logische ringtopologie, waarbij data in één richting door verbonden knooppunten reist. Dit is hoe het werkt:

Tokencirculatie. Een klein datapakket, een "token" genaamd, circuleert continu door het netwerk. Het token is een speciaal frame dat toestemming geeft om data te verzenden. Als geen enkel apparaat data hoeft te verzenden, blijft het token vrij circuleren.
Datatransmissie. Wanneer een apparaat gegevens moet verzenden, wacht het tot het token arriveert. Zodra het het token ontvangt, wijzigt het het token om aan te geven dat het in gebruik is en voegt het de gegevens toe samen met het adres van de ontvanger. Het gewijzigde frame wordt vervolgens rond de ring verzonden.
Frame-ontvangst en -bevestiging. Het dataframe reist sequentieel door elk apparaat in de ring totdat het de beoogde ontvanger bereikt. Het ontvangende apparaat kopieert de data en markeert het frame als "gelezen". Het frame blijft rond de ring reizen totdat het de verzender weer bereikt.
Frame verwijderen en token vrijgevenZodra de verzender het geretourneerde frame ontvangt, verwijdert hij het uit het netwerk en genereert hij een nieuw vrij token, zodat het volgende apparaat in het netwerk indien nodig gegevens kan verzenden.
Foutbeheer en herstel. Token ring-netwerken bevatten ingebouwde mechanismen voor het detecteren van fouten, zoals verloren tokens of inactieve knooppunten. Als het netwerk een ontbrekend token detecteert, wordt er een nieuw gegenereerd door een aangewezen monitorstation, wat zorgt voor continue werking.

Token Ring-voorbeeld

Stel je een bedrijfskantoor voor waar meerdere werknemers desktopcomputers gebruiken die zijn verbonden met een token ring-netwerk om bestanden te delen en toegang te krijgen tot een gecentraliseerde database. Het netwerk bestaat uit 10 computers die zijn verbonden via een Multistation Access Unit, die een logische ring vormen.

In de praktijk werkt het als volgt:

Tokencirculatie. Een token beweegt voortdurend door het netwerk en wordt in een bepaalde volgorde van de ene computer naar de andere doorgegeven.
Gegevens verzenden. Als werknemer A een document naar werknemer B wil sturen, wacht zijn computer op het token. Zodra het token arriveert, wijzigt de computer het om transmissie aan te geven en voegt het document toe.
Dataoverdracht. De data reist langs de ring, en passeert elke aangesloten computer. Wanneer het de computer van werknemer B bereikt, kopieert de netwerkinterface het bestand terwijl het frame zijn reis voortzet.
Erkenning en tokenvrijgave. De computer van werknemer B markeert het frame als "ontvangen" en wanneer het werknemer A weer bereikt, wordt het uit het netwerk verwijderd. Vervolgens wordt een nieuw token vrijgegeven, waardoor een andere computer gegevens kan verzenden.
Botsingsvrije communicatie. Omdat er maar één apparaat tegelijk gegevens kan verzenden, zijn er geen gegevensconflicten en bent u verzekerd van stabiele en voorspelbare netwerkprestaties.

De voor- en nadelen van een Token Ring-netwerk

In dit gedeelte worden de belangrijkste voor- en nadelen van token ring besproken om een duidelijk inzicht te geven in de effectiviteit en uitdagingen ervan.

Wat zijn de voordelen van Token Ring?

Token ring biedt verschillende voordelen, met name in het onderhouden van stabiele en botsingsvrije netwerkcommunicatie. Deze omvatten:

Botsingsvrije gegevensoverdracht. Token ring gebruikt een gecontroleerd token-passing mechanisme, wat ervoor zorgt dat er maar één apparaat tegelijk verzendt. Dit elimineert databotsingen, waardoor de netwerkprestaties stabieler en voorspelbaarder worden, vooral bij zwaar verkeer.
Efficiënt bandbreedtegebruik. In tegenstelling tot Ethernet, waar apparaten concurreren om bandbreedte, biedt token ring een gestructureerde communicatiemethode. Dit resulteert in efficiënt gebruik van netwerkbronnen, waardoor hertransmissies worden verminderd en de algehele doorvoer wordt verbeterd.
Deterministische netwerktoegang. Omdat apparaten alleen gegevens verzenden als ze het token bezitten, biedt token ring deterministische toegang, wat betekent dat netwerkvertragingen nauwkeurig kunnen worden voorspeld. Dit maakt het ideaal voor tijdsgevoelige toepassingen zoals industriële automatisering en financiële transacties.
Betere prestaties in omgevingen met veel verkeer. Terwijl Ethernet-netwerken overbelast kunnen raken door collision-based transmissie, behoudt token ring consistente prestaties, zelfs als de netwerkbelasting toeneemt. Dit maakt het geschikt voor bedrijfsapplicaties die stabiele en voorspelbare communicatie vereisen.
Ingebouwde foutdetectie en herstel. Token ring omvat mechanismen voor het detecteren van netwerkstoringen, zoals verloren tokens of inactieve knooppunten. Een aangewezen monitorstation helpt bij het beheren van tokengeneratie en netwerkgezondheid, en zorgt voor ononderbroken werking.
Eerlijke toegang voor alle apparaten. Omdat het token sequentieel circuleert, krijgt elk apparaat een gelijke kans om data te verzenden. Dit voorkomt bandbreedtemonopolisering door een enkel apparaat, wat eerlijk gebruik in het netwerk bevordert.

Wat zijn de nadelen van Token Ring?

Hoewel token ring betrouwbare en botsingsvrije gegevensoverdracht biedt, kent het ook beperkingen die hebben bijgedragen aan de achteruitgang ten gunste van Ethernet. Deze omvatten:

Hogere kosten. Token ring vereist gespecialiseerde hardware, inclusief netwerkadapters en een MAU, waardoor het duurder is dan op Ethernet gebaseerde alternatieven. De kosten voor het onderhouden en upgraden van het netwerk dragen ook bij aan de financiële last.
Complexe installatie en onderhoud. In tegenstelling tot Ethernet, dat eenvoudigere plug-and-play-configuraties ondersteunt, vereisen Token ring-netwerken zorgvuldige installatie en beheer. Problemen oplossen, zoals tokenverlies of netwerkstoringen, kan ingewikkelder zijn vergeleken met Ethernet.
Lagere snelheden vergeleken met Ethernet. Vroege token ring-netwerken werkten op 4 of 16 Mbps, terwijl latere versies 100 Mbps bereikten. Ethernet overtrof deze snelheden echter snel en bereikte 1 Gbps en hoger, waardoor token ring overbodig werd voor high-performance netwerken.
Schaalbaarheid beperkingen. Het uitbreiden van een token ring-netwerk vereist extra MAU's en gestructureerde herconfiguratie, waardoor het complexer en minder flexeenvoudiger dan Ethernet, waardoor het netwerk eenvoudig kan worden uitgebreid met switches en hubs.
Eén punt van falen risico's. Omdat token ring afhankelijk is van een continu datapad, kan een storing in een enkel apparaat of verbinding het hele netwerk verstoren. Hoewel sommige implementaties gebruikmaken van fouttolerantiemechanismen, dragen ze bij aan de algehele kosten en complexiteit.
Afnemende steun van de industrie. Met de opkomst van Ethernet als dominante netwerkstandaard, stopten fabrikanten geleidelijk met de token ring-hardware en -ondersteuning. Dit maakte het steeds moeilijker voor organisaties om hun token ring-netwerken te onderhouden en te upgraden.

Token Ringsnelheid

Token ring-netwerken waren aanvankelijk ontworpen om te werken op snelheden van 4 Mbps en werden later verbeterd tot 16 Mbps, wat de meest gebruikte standaard werd. Om te concurreren met de toenemende snelheden van Ethernet introduceerde IBM 100 Mbps HSTR, maar het slaagde er niet in om wijdverbreide acceptatie te krijgen vanwege de groeiende dominantie van Ethernet-gebaseerde oplossingen, die kosteneffectiever en schaalbaarder waren.

In tegenstelling tot Ethernet, dat voortdurend evolueerde om 1 Gbps en meer te ondersteunen, leidden de snelheidsbeperkingen van token ring, in combinatie met de hogere infrastructuurkosten en complexiteit, tot de achteruitgang ervan. Hoewel het gestructureerde token-passingmechanisme stabiele en botsingsvrije communicatie garandeerde, maakte het onvermogen om de snelle vooruitgang van Ethernet in snelheid en efficiëntie te evenaren het uiteindelijk overbodig in moderne netwerkomgevingen.

Token Ring-vergelijking

Hier is een vergelijkend overzicht van token ring en andere netwerkprotocollen.

Wat is het verschil tussen Token Ring en Ethernet?

Het belangrijkste verschil tussen token ring en Ethernet ligt in de manier waarop ze de netwerktoegang en gegevensoverdracht beheren.

Token ring gebruikt een gecontroleerd token-passing mechanisme, waarbij alleen het apparaat dat het token vasthoudt data kan verzenden, wat zorgt voor een botsingsvrij en ordelijk communicatieproces. Ethernet daarentegen werkt op een op concurrentie gebaseerde methode, oorspronkelijk gebruikmakend van carrier sense multiple access met botsingsdetectie (CSMA/CD), waarbij apparaten concurreren om toegang en data opnieuw verzenden in geval van botsingen.

Hoewel token ring voorspelbare prestaties en eerlijke toegang biedt, vereist het gespecialiseerde hardware, waardoor het duurder en complexer is om te schalen. Ethernet werd daarentegen de dominante netwerkstandaard vanwege de lagere kosten, hogere snelheden en grotere flexen zal uiteindelijk Token Ring overtreffen in zowel prestaties als acceptatie.

Wat is het verschil tussen Token Ring en Bus?

Het verschil tussen een tokenring- en een bustopologie ligt voornamelijk in de netwerkstructuur en de methoden voor gegevensoverdracht.

Tokenring volgt een logische ringtopologie, waarbij gegevens in een cirkelvormig pad stromen en apparaten communiceren via een token-passingprotocol. Hierdoor kan er slechts één apparaat tegelijk gegevens verzenden, zodat botsingen worden voorkomen.

Daarentegen bestaat een bustopologie uit één centrale kabel (bus) die alle apparaten verbindt, waarbij gegevens naar alle knooppunten worden uitgezonden. In een busnetwerk kunnen botsingen optreden als meerdere apparaten tegelijkertijd verzenden, waarvoor botsingsdetectie- of vermijdingsmechanismen zoals CSMA/CD nodig zijn.

Hoewel token ring gestructureerde, botsingsvrije communicatie biedt, vereist het gespecialiseerde hardware en is het duurder om te implementeren. Bustopologie is eenvoudiger en goedkoper, maar kan last hebben van prestatieproblemen naarmate het verkeer toeneemt. Bovendien kan een storing in de hoofdkabel het hele netwerk verstoren.

Wat is het verschil tussen Token Ring en FDDI?

Het belangrijkste verschil tussen token ring en FDDI (fiber distributed data interface) ligt in hun topologie, transmissiesnelheid en fysieke medium. Token ring wordt doorgaans geïmplementeerd met behulp van een single-ring topologie en werkt via twisted-pair of afgeschermde koperkabels met snelheden van 4 Mbps of 16 Mbps (met latere versies die 100 Mbps bereiken). FDDI daarentegen gebruikt een dual-ring topologie, waarbij gegevens in twee tegengesteld draaiende ringen stromen, wat fouttolerantie biedt, en werkt met 100 Mbps via glasvezelkabels, wat het geschikter maakt voor snelle backbone-netwerken.

Een ander belangrijk verschil is hun netwerkgrootte en betrouwbaarheid. Token ring is beperkt tot een kleiner aantal apparaten per ring en kan netwerkfalen ervaren als een apparaat of verbinding wordt verbroken, tenzij een fouttolerante configuratie wordt gebruikt. FDDI, met zijn dual-ring overtolligheidkan de werking behouden, zelfs als er één ring uitvalt, waardoor het betrouwbaarder is voor grootschalige bedrijfs- en grootstedelijke netwerken.

Vanwege deze voordelen werd FDDI veel gebruikt voor snelle netwerkbackbones, terwijl token ring voornamelijk werd ingezet in kantooromgevingen. Beide technologieën werden echter uiteindelijk vervangen door Gigabit Ethernet, dat hogere snelheden, lagere kosten en grotere schaalbaarheid bood.