5 Token Ring. 5.1 Varianten des Token Ring. 5.2 Codierung. 5.3 Grundalgorithmus. 5.4 Rahmenaufbau. 5.5 Verwaltung

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1 5 Token Ring 5.1 Varianten des Token Ring 5.2 Codierung 5.3 Grundalgorithmus 5.4 Rahmenaufbau 5.5 Verwaltung Standarderarbeitung in IEEE Token Ring Working Group. Der Token Ring existiert in vier Varianten: (a) Datenrate: 4 Mb/s Übertragungsmedium: UTP, STP, LWL Signalisierung: Differentielles Manchester Maximale Rahmengröße: Oktette Zugriffskontrolle: Token oder DTR (b) Datenrate: 16 Mb/s Übertragungsmedium: UTP, STP, LWL Signalisierung: Differentielles Manchester Maximale Rahmengröße: Oktette Zugriffskontrolle: Token oder DTR (c) Datenrate: 100 Mb/s Übertragungsmedium: UTP, STP Signalisierung: MLT-3 Maximale Rahmengröße: Oktette Zugriffskontrolle: DTR (d) Datenrate: 100 Mb/s Übertragungsmedium: LWL Signalisierung: 4B5B, NRZI Maximale Rahmengröße: Oktette Zugriffskontrolle: DTR Bemerkungen: (i) (ii) DTR = Dedicated Token Ring Die Standardisierung einer Token Ring Variante mit 1 Gb/s Übertragungsleistung wurde im Mai 2001 von IEEE abgeschlossen.

2 Einbettung des Token-Ring-Modells in das OSI-Referenzmodell: OSI- Schichten > 2 Schicht 2 Schicht 1 Logical Link Control Sublayer Medium Access Control Sublayer Physical Layer Management Medium Probleme der einfachen Ringverkabelung: = Network Interface Card Beispiele problematischer Ereignisse: Ein wird abgeschaltet. Bruch eines Kabels zwischen n. Fehlerhaftes Netzwerkinterface in einem. Erweitern des Ringes um einen.

3 Lösen der Probleme der einfachen Ringverkabelung durch Zentralisierung: Beispiel zur differentiellen Manchestercodierung: Bit: NRZI: Mnch: DM: DM: In der zentralen Verkabelungseinheit kann man en einfach vom Ring trennen bzw. wieder in den Ring aufnehmen. Änderungen im Ring können ohne Störung des laufenden Betriebs erfolgen. Legende: NRZI = Nonreturn to zero, invert on ones Mnch = Manchester encoding DM = Differential Manchester encoding Bemerkung: Differentielle Codierungen sind immun gegen Belegungsvertauschungen, wie man am Beispiel sieht.

4 Codierung für differentielles Manchester: Codierung der Anfangs- und Endekennungen: Bei Datenzellen wird in der Mitte einer Bitzelle immer ein Wechsel durchgeführt, er dient der Uhrsynchronisation. Starting Delimiter: Symbol: J K 0 J K Codierungsvorschrift: Bit 0: Wechsel zu Beginn des Signalintervalls Wechsel in der Mitte des Signalintervalls. Bit 1: Kein Wechsel zu Beginn des Signalintervalls, Wechsel in der Mitte des Signalintervalls. Symbol K: Wechsel zu Beginn des Signalintervalls, kein Wechsel in der Mitte des Signalintervalls. Ending Delimiter: Symbol: J K 1 J K 1?? Symbol J: Kein Wechsel zu Beginn des Signalintervalls, kein Wechsel in der Mitte des Signalintervalls. Bemerkung: Innerhalb des Token Ring Verfahrens treten die Symbole J und K immer gemeinsam auf, so daß ein Signalwechsel innerhalb eines Symbolpaares garantiert ist. Strenggenommen begeht man bei der Festlegung der Symbole J und K eine Verletzung der Codiervorschrift. Bemerkung: Die beiden letzten Bit des "ending delimiters" enthalten Informationen über entdeckte Fehler und Rahmenstellung.

5 Datenübertragung im Token-Ring: Verwendung der Priorität: A S X A Pr = 0 S Pr = 0 B Pr = 4 E Grundablauf: G a) Ein Token (Nutzungserlaubnis) kreist im Ring. b) S will senden. c) S ergreift das Token. d) S setzt Datenpaket mit Empfängeradresse E auf den Ring. e) E kopiert Daten. f) S entfernt Datenpaket vom Ring. g) S setzt Token wieder auf den Ring. Bemerkung: Ein wichtiger Zeit-Parameter ist Token Holding Time: Sie wird in Oktetten gemessen und sollte etwa einer Dauer von 9,1 ms entsprechen. D Pr = 3 C Pr = 6 Randbedingungen: (i) Jedes Token führt eine Priorität. (ii) Eine darf nur dann ein Token vom Ring nehmen, falls die spriorität mindestens der Priorität des Tokens entspricht. (iii) Eine kann einen prioritätsbehafteten Sendewunsch in ein Token oder einen Datenrahmen eintragen, falls dem kein höher priorisierter Übertragungswunsch entgegensteht. (iv) Jede, die die Priorität eines Tokens anhebt, ist verpflichtet, diese Priorität zu senken.

6 Beispiel zur Verwendung der Priorität: 1. en A, B, C möchten Daten übertragen. Auf dem Ring befindet sich ein Token T0,0 der Priorität A ergreift das Token T0,0 und sendet einen Datenrahmen DA. 3. B setzt die Reservierungspriorität in DA auf C setzt die Reservierungspriorität in DA auf DA kehrt zur A zurück; A erzeugt ein neues Token T6,0 mit Priorität 6 und Reservierungspriorität B ändert das Token T6,0 auf T6,4. 7. C nutzt das vorbeikommende Token und führt ihre Datenübertragung DC durch, die Reservierungspriorität ist B sieht die eigene Priorität in DC, sie unternimmt nichts. 9. C nimmt DC vom Ring und plaziert ein Token T6, A nimmt Token T6,4 vom Ring und plaziert seinerseits ein Token T4, B nutzt T4,0 zur Datenübertragung; anschließend plaziert sie wiederum ein Token T4,0 auf den Ring. 12. A ersetzt das Token T4,0 durch ein Token T0,0; der ursprüngliche Zustand ist wiederhergestellt. Drei Rahmenformate: (1) Allgemeines Rahmenformat für Token Ring: SD AC FC DA SA RI Info. FCS ED FS Bemerkung: Einem allgemeinen Rahmen folgt eine Rahmenlücke von mindestens einem Oktett Größe. (2) Token-Rahmen: SD AC ED (3) Abbruch-Rahmen: SD ED Bemerkung: Ein Abbruchrahmen wird gesendet, falls die sendende ihre Nachricht unvollendet abbricht; der Empfänger erkennt am Abbruchrahmen, daß der vorher empfangene Rahmen unvollständig ist.

7 Abkürzungen: SD: Starting Delimiter ( 1 Oktett ) AC: Access Control ( 1 Oktett ) FC: Frame Control ( 1 Oktett ) DA: Destination Address ( 6 Oktette ) SA: Source Address ( 6 Oktette ) RI: Routing Information ( 0-30 Oktette ) Info.: Information Field ( variabel ) FCS: Frame Check Sequence ( 4 Oktette ) ED: Ending Delimiter ( 1 Oktett ) FS: Frame Status ( 1 Oktett ) Bemerkungen: (i) (ii) Token Ring verwendet die gleichen Adreßformate wie Ethernet, nur ist die Codierung in diesem Fall "big endian". Es existieren mehrere Sonderadressen: Broadcast address = X'FF FF FF FF FF FF', MAC broadcast address = X'C0 00 FF FF FF FF', Null address = X' ', zusätzlich gibt es 31 weitere reservierte funktionale Adressen. Auch das Prüfpolynom ist das gleiche, es ist: CRC-32 = x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x 11 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 2 + x + 1 (iv) (v) (vi) Codierung der Startkennung: J K 0 J K J und K sind Nichtdatensymbole, 0 ist ein Datensymbol. Codierung der Endekennung: J K 1 J K 1 I E I "Intermediate Frame Bit" I = 0: Letzter Rahmen einer Rahmenfolge. I = 1: Es folgt ein weiterer Rahmen. E "Error Bit" E = 0: Kein Fehler entdeckt. E = 1: Ein Fehler entdeckt. Codierung des Zugriffskontrollfeldes: AC-Bitbelegung = P P P T M R R R, wobei PPP T M RRR Priorität, die Priorität wächst von 0 nach7. Tokenkennung, T = 0: Token, T = 1: normaler Rahmen. Monitorkennung. Reservierungspriorität. (iii) Die Prüfsumme erstreckt sich nur vom Feld FC bis zum Feld FCS.

8 (vii) Codierung des Rahmenkontrollfeldes: FC-Bitbelegung = F F Z Z Z Z Z Z, wobei FF Rahmentyp, 00 = MAC-Rahmen, 01 = LLC-Rahmen, 1x = undefiniert. ZZZZZZ Verwaltungsbit. Bild eines Token Ring: (viii) Frame Status = A C RR A C RR, wobei A = Anzeige, ob Adresse erkannt wurde, C = Anzeige, ob Inhalt kopiert wurde, RR = reserviert. Die A- und C-Bit im Rahmenstatus erlauben dem Sender die folgenden Fälle zu unterscheiden: - Empfänger ist inaktiv oder nichtexistent, - Empfänger existiert, konnte aber Daten nicht übernehmen, - Empfänger übernahm Daten. Bemerkung: Zu jeder Zeit kann ein den Ring verlassen oder den Ring betreten. Der Standard sieht bis zu 250 en pro Ring vor.

9 Bitlänge und Ringlänge: Anbindung der en an Token Ring: angekoppelte abgekoppelte angekoppelte Anschluß- Kabel Ring in TUC TUC TUC Konzentrator (TCU = Trunk Coupling Unit) Konzentrator Ring out Physikalische Ausdehnung eines Bit: bei 4 Mbit/s ~ 50 m, bei 16 Mbit/s ~ 12,5 m. (Signalgeschwindigkeit etwa 2/3 Lichtgeschwindigkeit) Ein Token umfaßt 24 Bit, seine Ausdehnung beträgt daher 1200 m im 4 Mbit/s Ring, 300 m im 16 Mbit/s Ring. Es wird daher ein 24-Bit-Schieberegister in einer ausgewählten, dem aktiven Ringverwalter, eingefügt. Bemerkung: Zum Ausgleich von Jittereffekten enthält der aktive Ringverwalter zusätzlich ein elastisches Schieberegister von 6 Bit.

10 Überblick Verwaltung: Ringverwaltung: System Manager Es existieren mehrere Monitore zur Verwaltung des Rings: Aktiver Ringverwalter, es existiert genau ein aktiver Ringverwalter. Passive Ringverwalter, jede im Ring, die nicht aktiver Verwalter ist, ist passiver Verwalter. Configuration Report Server Ring Error Monitor Ring Parameter Server Fehler-Monitor, Parameter-Server, Konfigurationsmonitor. Aufgaben des aktiven Ringverwalters: Einfache Bemerkung: Etwa alle 10 ms sollte ein Token oder ein Datenrahmen den aktiven Monitor passieren. Hieraus ergibt sich die maximale Rahmengröße von Byte bei 4 Mbit/s bzw Byte bei 16 Mbit/s. Erzeugung des Ringtaktes, Zurverfügungstellung eines mindestens 24 Bit ( = Größe eines Tokens) großen Wartepuffers, Prüfung der Funktionsfähigkeit des Ringes, indem der Ringüberwacher in regelmäßigen Abständen einen Testrahmen ( = Active Monitor Present Frame) über den Ring sendet, Erzeugung eines neuen Tokens bei Verlust des einen Tokens, Entfernung eines "ewig kreisenden" Datenpakets, Entfernung "ewiger" hochpriorer Token.

11 Aufgaben der passiven Ringverwalter: Gemeinsame Überwachung, daß der Ringverwalter seinen Pflichten nachkommt. Claim Token Process: Aufgabe: Bestimmung eines aktiven Ringverwalters. Start bei einem der Ereignisse: Spezielle Verwaltungsprozesse: Claim Token Process, Ring Purge Process, Beacon Process, Neighbor Notification Process. Auswahl funktionaler Adressen: Aufgabe Funktionale Adresse Active Monitor C Ring Parameter Server C Ring Error Monitor C Configuration Report Server C NETBIOS C Source Route Bridge C Ring Authorization Server C LAN Gateway C LAN Manager C Ringverwalter arbeitet nicht ordentlich. Ein Ring Purge Process ist nicht erfolgreich. Eine erhält die eigene "Beacon"- Nachricht im "Transmit Beacon"-Zustand. Ablauf: Die mit der numerisch höchsten Adresse wird als Ringverwalter ausgewählt. Hierzu durchläuft eine spezielle "Claim Token"-Nachricht den Ring, eventuell mehrmals. Ring Purge Process: Aufgabe des Ring Purge Process ist die Schaffung eines neuen Token, nachdem festgestellt wurde, daß das normale Ringprotokoll fehlerhaft arbeitet.

12 Beacon Process: Aktivierung einer zur Teilnahme am Ringverkehr: Entdeckt eine einen schwerwiegenden Fehler, z. B. einen Verlust einkommender Signale, dann sendet sie eine "Beacon"-Nachricht. Diese dient dazu, den Fehler zu lokalisieren und den Fehlerverursacher vom Netz zu nehmen. Neighbor Notification Process: Jede kennt die Identität ihrer Vorgängerin im Ring. Diese wird periodisch bestimmt durch Versenden der "Active Monitor Present"- und der "Standby Monitor Present"-Rahmen. Mit Hilfe der A- und C- Bit im Rahmenstatus wird die Adresse der Vorgängerin bestimmt. Phase 1: Phase 2: Phase 3: Phase 4: Phase 5: Kabeltest Prüfung, ob aktiver Monitor existiert Prüfung auf eindeutige Adresse Teilnahme am Prozeß zur Bestimmung der stromaufwärts liegenden Nachbarn Anfordern der Initialisierungsparameter vom Verwalter der Ringparameter Spezielle Verwaltungsrahmen: FC = FC = FC = FC = FC = FC = Test auf Addressengleichheit "Beacon Frame" "Claim Frame" "Purge Frame" "Active Monitor Present" "Standby Monitor Present"

13 Einige Zeitbegrenzer: Valid Transmission Timer: Dieser Timer wird vom aktiven Ringverwalter genutzt, um das Fehlen eines Tokens oder Datenrahmens zu erkennen, die Zeitdauer beträgt 10 ms bis 11 ms. Active Monitor Timer: Zeit, nach der eine neue "Active Monitor Present"-Nachricht gesendet wird, etwa 6,8 s bis 7,0 s. Standby Monitor Timer: Innerhalb einer Zeitdauer von 14,8 s bis 15 s sollte die Existenz eines aktiven Ringverwalters bestätigt werden. Beacon Repeat Timer: Nach Erhalt eines "Beacon" - Rahmens wird dieser Timer gestartet, Zeitdauer etwa 200 ms bis 400 ms. Transmit Beacon Timer: Start bei Übergang in den "Transmit Beacon"-Zustand, Dauer etwa 15,8 s bis 26 s, Claim Token Timer: Zeitbegrenzung für den Claim Token Process, etwa 1 s bis 1,2 s. Join Ring Timer: Die Aufnahme einer in den Ring sollte höchstens 17,8 s bis 18 s dauern. No Token Timer: Zeitintervall von 2,6 s bis 5,2 s.