Token Ring

A differenza di Ethernet, Token Ring utilizza una topologia ad anello dove i dati vengono spediti circolarmente da una macchina a quella successiva finchè non ritornano al punto di partenza. Nell'anello circola anche un particolare segnale chiamato Token (Letteralmente gettone) che ha il ruolo del testimone nella corsa a staffetta. Il suo scopo è quello di autorizzare soltanto la macchina che lo possiede, in un certo istante, ad impegnare la linea in trasmissione. Questo assicura l'assenza di collisioni perchè in ogni istante c'è solo una macchina che ha il controllo del Token.

Le immagini GIF animate seguenti aiutano a spiegare il funzionamento di base di Token Ring, sotto ognuna di esse c'è una descrizione di ciò che accade. Si tenga presente che i terminali possono trovarsi in uno dei tre stati:

terminale in ascolto

terminale in trasmissione

terminale che conferma

e che per avviare l'animazione dall'inizio occorre premere sul pulsante Via oppure sul pulsante di aggiornamento del browser.

Tipico funzionamento del Token Ring

Benchè la velocità standard nell'anello sia oggi di 16 Mbps (mentre viene sviluppato il Fast Token Ring) noi, per spiegare i concetti base, supporremo di far funzionare un Token Ring a 4 Mbps.

All'inizio il Token comincia a circolare liberamente nell'anello, si tratta di un pacchetto con una struttura (frame) per i dati completa, praticamente priva soltanto dei dati. Una macchina che vuole utilizzare la rete deve prima impossessarsi del token libero e inserirvi i dati con il suo messaggio.

Nell'esempio illustrato, la macchina numero 1 desidera inviare dei dati alla macchina numero 4, quindi deve per prima cosa catturare il Token libero. Poi scriverà i suoi dati e l'indirizzo del destinatario nel Token (flusso di colore giallo).
Il pacchetto con i dati viene quindi spedito verso la macchina numero 2, che legge l'indirizzo di destinazione e realizza che non gli compete. Il pacchetto prosegue verso la macchina numero 3, subisce lo stesso destino e finalmente giunge alla macchina numero 4.
Questa volta l'indirizzo è quello giusto e la macchina numero 4 legge il contenuto del messaggio. Il ciclo non è ancora finito, prima di rilasciare il Token libero, la macchina numero 4 deve spedire un messaggio di conferma (acknolewdge) alla macchina trasmittente numero 1 (flusso di colore fucsia).
La ricevuta di conferma viene spedita alla macchina adiacente, la numero 5, che legge l'indirizzo di destinazione e realizza che non gli compete, il pacchetto prosegue con lo stesso meccanismo fino alla macchina numero 1 che, finalmente, verifica l'avvenuta ricezione da parte della macchina numero 4 e libera il Token che ritorna a circolare lungo l'anello in attesa di essere nuovamente utilizzato.

Questo è il funzionamento base del Token Ring per la parte che riguarda come i dati vengono inviati, ricevuti e riconosciuti. Ma Token Ring ha anche incorporato un sistema di autocontrollo e verifica del corretto funzionamento che lo rende molto robusto ai possibili guasti (fault tolerant). Nel seguito viene descritto brevemente questo sistema di autoregolazione del Token Ring.

Sistema di automanutenzione del Token Ring
Quando si avvia una rete Token Ring tutte le macchine partecipano ad una negoziazione per decidere chi controllerà l'anello della rete, e diventare il Monitor Attivo ('Active Monitor') acquisendone il titolo. Vince la macchina che ha il numero di indirizzo MAC più alto, mentre tutte le altre macchine diventano Monitor in attesa ('Standby Monitors').

Il compito del Monitor Attivo è di assicurarsi che nessuna macchina stia causando problemi nella rete, ristabilendo l'ordine dopo una fermata o il verificarsi di un errore.
Il Monitor Attivo effettua un Polling del ring ogni sette secondi e lo ripulisce quando sembra che ci sia un problema. Questo meccanismo di interrogazioni consente alle macchine di conoscere i partecipanti e di imparare l'indirizzo del proprio vicino attivo (NAUN = Nearest Active Upstream Neighbour). L'anello viene sempre ripulito e riavviato quando si verifica una interruzione o una perdita di dati.

Ogni macchina conosce l'indirizzo del suo vicino attivo a monte, questa è una funzione importante nel Token Ring in quanto consente l'aggiornamento delle informazioni necessarie per ristabilirsi quando entrano od escono delle macchine dall'anello. Quando una macchina entra nell'anello viene eseguito un test per verificare che la propria connessione funziona correttamente, se l'esito è positivo viene inviato un impulso di tensione all'hub che attiva un relè per inserirlo nell'anello. Quando si verifica un problema nell'anello, la macchina che si trova immediatamente dopo il guasto cesserà di ricevere i segnali. Se questa situazione permane, dopo un breve periodo di tempo viene avviata una procedura che presuppone che il proprio vicino (NAUN) è difettoso. La conseguenza di questa procedura può essere sia la rimozione del vicino dall'anello sia la propria rimozione..

Token Ring con Hub

L'utilizzo di un hub, nel Token Ring, cambia la topologia della rete trasformandola da anello a stella. Il Token continuerà a circolare all'interno dell'anello e sarà controllato sempre allo stesso modo, tuttavia l'uso di un hub o di uno switch migliora grandemente l'affidabilità perchè l'hub può aggirare (bypass) ogni porta che viene disconnessa o ha il cavo difettoso.

Negli ultimi anni ci sono stati ulteriori progressi nella tecnologia del Token Ring, come il rilascio anticipato del Token o la commutazione del Token Ring, ma l'intento di questi appunti è solo quello di mostrare le principali problematiche legate al cablaggio e pertanto non entreremo in maggiori dettagli.