Token Ring ist zunächst nur ein Zugriffsverfahren, das ebenso wie CSMA/CD in einer IEEE ­Norm festgehalten wurde. Bei Token Ring ist dies die IEEE 802.5. Ein populärer Netzwerkstandard wurde daraus jedoch erst mit der Markteinführung der Implementierung der Firma IBM im Jahr 1985. Es war als Hochgeschwindigkeitsnetz mit Basisbandübertragung für die Bürokommunikation gedacht. Auch IBM versuchte einen weithin unterstützten, offenen Standard daraus zu machen, dies gelang jedoch nur in weit bescheidenerem Maße als bei Ethernet.

Somit blieb Token Ring weitgehend mit der IBM‑Welt verbunden. In den Anfangsjahren der Arbeitsplatzvernetzung konnte es aufgrund der starken Dominanz von IBM in mittleren und größeren Firmen sehr gut mit der Ausbreitung von Ethernet mithalten, mittlerweile geht seine Bedeutung immer mehr zurück.

Dabei sind einige Konzepte bei Token Ring verblüffend einfach und effizient. Der Medienzugriff erfolgt nach einem faireren Verfahren als bei Ethernet und lässt auch eine höhere Gesamtbelastung zu, da es prinzipbedingt zu keinen Kollisionen kommen kann. Umgekehrt erfordert das Token – Ring ‑ Protokoll eine sehr aufwendige Verwaltung, wodurch den Netzwerkkarten eine gewisse "Eigenintelligenz" abverlangt wird. Dadurch und durch die geringeren Stückzahlen sind Token – Ring ‑ Komponenten deutlich teurer als solche für Ethernet.

Token Ring ‑ Übertragungsmedien:

Token Ring arbeitete ursprünglich mit 113M Typ V‑Kabeln mit einer Datenrate von 4 Mbit/s. Später kam noch eine Variante mit 16 Mbit/s dazu, die heute überwiegend eingesetzt wird. Als Kabel kommen mittlerweile überwiegend UTP ‑ Kabel zum Einsatz. Die Mindestanforderung für 4 Mbit/s sind dabei Cat2, für 16 Mbit/s Cat4. Typischerweise werden heute jedoch Cat5‑Kabel eingesetzt, die später eine problemlose Migration z.B. auf Fast Ethernet ermöglichen.

Als Steckverbinder wurden ursprünglich solche des IBM Cabling System verwendet. Diese sind hermaphroditisch gestaltet und können damit nicht nur in Wanddosen und Geräte gesteckt werden, zwei Stecker passen auch zusammen, z.B. um Kabel zu verlängern. Endgeräte haben eine 9‑polige D‑Sub‑Buchse, da der ICS‑Stecker zu groß wäre. Mittlerweile werden meist RJ‑45­Stecker verwendet, so dass eine Token Ring ‑ Netzwerkkarte äußerlich nicht von einer Ethernet ­Karte zu unterscheiden ist.

Für Token Ring gibt es auch die Möglichkeit Glasfasern mit einer Obertragungsrate von 100 Mbit/s einzusetzen. Das wird z. B. für einen ebenfalls ringförmig ausgelegten Backbone genutzt, an den über Bridges kleinere Ringe mit 16 Mbit/s angeschlossen sind. Es gibt allerdings auch einen Standard für Tast Token Ring", das 100 Mbit/s über Kupferkabel realisiert. "Gigabit Token Ring" ist ebenfalls spezifiziert, wird sich aber aller Voraussicht nach nicht mehr durchsetzen.

Token Ring hat in weit geringerem Maß als Ethernet mit Längenbeschränkungen aufgrund der Signallaufzeiten zu kämpfen. Dadurch kann ein Netz mit Zwischenverstärkern auch ohne Bridges eine Ausdehnung von mehreren Kilometern erreichen.

Token Ring – Netztopologie:

Ein Token – Ring ‑ Netzwerk hat die Struktur eines Doppelringes. Die Verbindungen werden gerichtet betrieben, d.h. die Daten können sich im einen Ring nur im Uhrzeigersinn bewegen, im anderen entsprechend in Gegenrichtung. Der zweite Ring wird normalerweise nicht benutzt sondern dient als Backup, wenn der Ring an einer Stelle unterbrochen wird‑.

Token - Doppelring

In der Praxis wäre die obige Anordnung kaum realisierbar, da jedes Endgerät mit zwei Nachbarn verbunden sein müsste und dies mit Leitungen für Hin‑ und Rückrichtung. IBM hat sich deswegen eine Mischung aus Ring‑ und Sternverkabelung ausgedacht, einen sogenannten "Star Shaped Ring". Herzstück dieser Topologie sind Ringleitungsverteiler ‑passive Komponenten, die ansonsten in etwa die Aufgabe von Hubs im Ethernet wahrnehmen:

Ringleitungsverteiler ermöglichen also den Anschluss von mehreren Endgeräten an den Ring, wobei die doppelte Auslegung des Rings nur für die Verbindung der Ringleitungsverteiler untereinander gilt. Dafür steuert jedes Endgerät ein Relais im Ringverteiler, mit dem es sich in den Ring einklinkt. Ist kein Gerät angeschlossen, das Gerät abgeschaltet oder das Kabel defekt, wird das Relais nicht angesprochen und koppelt das Gerät vom Ring ab, schließt den Ring und verbindet die zum Endgerät führenden Leitungen miteinander. Dadurch kann ein neu angeschlossenes oder eingeschaltetes Gerät zunächst sich selbst und seine Verbindung zum Ringleitungsverteiler testen, bevor es die Spannung für das Relais einschaltet und sich damit in den Ring einbindet.

Durch mehrere im Ring verschaltete Ringleitungsverteiler entsteht so ein Netz der oben links abgebildeten Topologie. Fällt eine Verbindung aus, wird der Ring über die zweite Ringleitung wieder geschlossen (siehe oben rechts).

Bridges ermöglichen die Kopplung von je zwei Ringen, so dass Strukturen aus zahlreichen miteinander verbundenen Ringnetzen entstehen können:

Token Ring – Medienzugriff:

Im Token – Ring ‑ Netz wird der Medienzugriff über eine spezielle Signalfolge gesteuert, die Token genannt wird. Das Token wird immer im Kreis herumgereicht, solange keine Daten zu senden sind. Sobald ein Endgerät senden möchte, wartet es den Empfang des Tokens ab und sendet dann seine Daten. Das Datenpaket wird auf seinem Weg irgendwann beim Empfänger vorbeikommen. Dieser setzt in dem Paket ein Statusbit, sendet das Paket aber ansonsten unverändert weiter. Der ursprüngliche Sender erhält nach einer kompletten Runde sein eigenes Paket wieder und kann an dem gesetzten Statusbit sehen, dass das Paket gut angekommen ist. Er nimmt das Paket nun vom Netz und setzt wieder ein freies Token ein ‑ auch dann, wenn er selbst noch etwas zu senden hätte. Dadurch haben zuerst alle anderen Stationen die Chance, ihre Sendedaten loszuwerden. Auf diese Art wird eine faire Verteilung des Medienzugriffs erreicht.

Falls das Token verloren geht, steht schlagartig das gesamte Netz. Für solche Fälle gibt es immer einen Monitor, d.h. ein Endgerät ist für die Überwachung des Tokens zuständig. Wenn ein neues Gerät ins Netz kommt, fragt es zunächst an, wer der Monitor ist. Erhält es keine Antwort, erklärt es sich selbst zum Monitor. Nur der Monitor ist berechtigt, ein neues Token zu generieren, wenn für eine bestimmte Zeit keines mehr vorbeigekommen ist. Alle anderen Endgeräte werden als "Standby Monitor" bezeichnet: Der Monitor muss in regelmäßigen Abständen ein bestimmtes Paket als Lebenszeichen absenden. Bleibt dieses aus, konkurrieren alle Standby Monitore in einem Auswahlverfahren um die Rolle des neuen Monitors.

Token Ring Paketaufbau:

Das Token ist drei Bytes lang und folgendermaßen aufgebaut:

Alle drei Bytes sind auch in einem normalen Datenpaket enthalten, die beiden ersten am Anfang, das dritte am Ende. Daher haben einige der enthaltenen Bits auch nur bei Datenpaketen eine Bedeutung:

J und K: Im Token Ring wird als Leitungscodierung das Manchesterverfahren verwendet, bei dem immer in der Mitte eines übertragenen Bits ein Pegelsprung vorkommt ‑ bei einer übertragenen "0" von Hi auf Lo, bei einer 'T' von Lo auf Hi. J und K sind nun bewusste Verletzungen dieser Regel‑. Bei J wird der letzte Pegel des vorherigen Bits über die ganze Bitzeit gehalten, bei K wird der vorherige Pegel am Beginn der Bitzeit gewechselt. Durch diese Verletzung der Codierung kann das Token bereits am ersten übertragenen Byte sicher erkannt werden.

P und IR: P ist ein 3‑Bit‑Wert (also eine Zahl zwischen 0 und 7), der die Priorität des Datenpakets angibt. Eine Station darf das Token nur dann einziehen und seine Daten senden, wenn diese mindestens die hier angegebene Priorität haben. Nach einer Übertragung hoher Priorität folgt immer mindestens eine mit Priorität Null. Das wird über die R‑Bits gesteuert. Hier kann ein Endgerät in einem vorbeikommenden Token oder Datenpaket (auch dort ist das Access Control Byte enthalten) die Priorität für die nächste "Runde" festlegen. Die hohe Priorität wird also erst eingesetzt, nachdem das aktuelle Datenpaket vom Ring genommen wurde.

T und M:

Das T‑Bit gibt an, dass es sich bei dem Paket um ein Token handelt. M ist das

Monitor‑Bit

1: Das Intermediate Bit besagt bei Datenpaketen, dass es sich um ein Paket aus einer mehrere Pakete langen Übertragung handelt. Im Token ist es "0".

E:

Das Error‑Bit wird gesetzt, wenn das Paket fehlerhaft ist. Beim Token ist es immer “0“.

Ein Datenpaket sieht im Token Ring folgendermaßen aus:

Start Delimiter, Access Control und End Delimiter haben die gleiche Funktion wie im Token.

Frame Control:

Die beiden F‑Bits geben an, um was für ein Paket es sich handelt‑.

00: Mac‑Paket, d.h. ein Steuerpaket für das Token – Ring ‑ Protokoll

01.‑ LLC‑Paket, d.h. ein Paket mit Anwenderdaten

Die vier Z‑Bits enthalten Informationen, wie das Paket zu puffern ist, die r‑Bits sind für zukünftige Anwendungen reserviert.

Adressen:

Jedes Gerät im Token Ring hat eine vom Hersteller festgeschriebene, eindeutige Hardwareadresse. Man kann aber zudem jedem Gerät eine Adresse zuweisen und es gibt verschiedene Spezialadressen, z.B. für Broadcasts (Pakete, die alle empfangen sollen) oder Pakete, die für den Monitor bestimmt sind. Um welchen Adresstyp es sich handelt geht aus den ersten Bits der Adresse hervor.

Prüfsumme:

FCS (Frame Check Sequence) genannt, wird über alle zwischen Start und End Delimiter gelegenen Bytes berechnet.

Frame Status:

A und C sind beim Versand eines Pakets auf Null gesetzt. Beide Bits sind zur Sicherheit doppelt vorhanden, da sie nicht von der Prüfsumme erfasst werden. Der Empfänger des Pakets setzt das A‑Bit, wenn er das Paket als für ihn bestimmt erkannt hat und das C‑Bit, wenn er das ganze Paket korrekt empfangen hat. Das Paket kommt nach einer Runde durch den Ring wieder beim Sender an. Dieser kann an den beiden Bits erkennen, ob das Paket gut angekommen ist. Die r - ­Bits werden nicht benutzt.

Zusammenfassung Ring - Topologie:

Eigenschaften:

• alle Netzknoten sind zu einem Kreis zusammengeschlossen
• jeder Knoten leitet die Daten über repeater weiter Signalverstärkung
• Daten durchlaufen Ring unidirektional
• Ring erfordert eine verteilte Kontrolle des Netzwerkzugriffes, um Konflikte auf den Ring zu vermeiden

Anwendungsgebiet:

• große Netze (strenge Zugangsregelung keine Datenkollisionen)

Beispiele:

• Token Ring
• FDDI