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Dos ejemplos de redes Token Ring: a) Utilizando una única MAU b) Utilizando varias MAU conectadas entre sí
Red Token Ring
Red Token Ring: explicación del funcionamiento de una MAU
Conector hermafrodita IBM con clip de bloqueo. Los contactos de pantalla son claramente visibles, mientras que los contactos de señal chapados en oro lo son menos.

Token Ring es una tecnología de redes informáticas de capa física y de enlace de datos que se utiliza para construir redes de área local . Fue introducida por IBM en 1984 y estandarizada en 1989 como IEEE 802.5 . Utiliza una trama especial de tres bytes llamada token que se transmite a través de un anillo lógico de estaciones de trabajo o servidores . Este paso de tokens es un método de acceso al canal que proporciona un acceso equitativo para todas las estaciones y elimina las colisiones de los métodos de acceso basados ​​en contención .

Tras su introducción, la tecnología Token Ring se adoptó ampliamente, sobre todo en entornos corporativos, pero fue gradualmente eclipsada por versiones más recientes de Ethernet . El último estándar formalizado de Token Ring que se completó fue Gigabit Token Ring (IEEE 802.5z), publicado el 4 de mayo de 2001. [ 1 ]

Historia

A principios de la década de 1970 se desarrolló una amplia gama de tecnologías de redes de área local , de las cuales una, el Cambridge Ring , había demostrado el potencial de una topología de anillo de paso de testigo , y muchos equipos en todo el mundo comenzaron a trabajar en sus propias implementaciones. En el Laboratorio de Investigación de IBM en Zúrich, Werner Bux y Hans Müller, en particular, trabajaron en el diseño y desarrollo de la tecnología Token Ring de IBM, [ 2 ] mientras que los primeros trabajos en el MIT [ 3 ] llevaron a la red Proteon 10 Mbit/s ProNet-10 Token Ring en 1981 [ 4 ] , el mismo año en que el proveedor de estaciones de trabajo Apollo Computer presentó su red propietaria Apollo Token Ring (ATR) de 12 Mbit/s que funcionaba sobre cableado coaxial RG-6U de 75 ohmios . Posteriormente, Proteon desarrolló una versión mejorada de 16 Mbit/s que funcionaba con cable de par trenzado sin blindaje. 

Lanzamiento de IBM en 1985

IBM lanzó su propio producto propietario Token Ring el 15 de octubre de 1985. [ 5 ] [ 6 ] Funcionaba a 4 Mbit/s , [ 7 ] y era posible la conexión desde PC, computadoras de gama media y mainframes de IBM. Utilizaba una topología física conveniente con cableado en estrella y funcionaba sobre cableado de par trenzado blindado. Poco después, se convirtió en la base del estándar IEEE 802.5. [ 8 ]

Durante este tiempo, IBM argumentó que las LAN Token Ring eran superiores a Ethernet , especialmente bajo carga, [ 9 ] pero estas afirmaciones fueron debatidas. [ 10 ]

En 1988, el grupo de trabajo 802.5 estandarizó el protocolo Token Ring de 16 Mbit/s, más rápido. [ 11 ] Durante el declive de Token Ring, se estandarizó y comercializó un aumento a 100 Mbit/s , pero nunca se generalizó su uso. [ 12 ] Si bien en 2001 se aprobó un estándar de 1000 Mbit/s , no se lanzó ningún producto al mercado y la actividad de estandarización se paralizó [ 13 ] debido al dominio de Fast Ethernet y Gigabit Ethernet en el mercado de redes de área local.

Comparación con Ethernet

Tanto Ethernet como Token Ring en sus inicios utilizaban un medio de transmisión compartido. Se diferenciaban en sus métodos de acceso al canal . Estas diferencias se han vuelto irrelevantes, ya que las redes Ethernet modernas constan de conmutadores y enlaces punto a punto que operan en modo dúplex completo .

Token Ring y Ethernet tradicional presentan algunas diferencias notables:

  • El acceso mediante Token Ring es más determinista , en comparación con el protocolo CSMA/CD basado en contención de Ethernet .
  • Ethernet admite una conexión directa por cable entre dos tarjetas de interfaz de red mediante un cable cruzado o mediante detección automática, si esta lo admite. Token Ring no admite esta función de forma nativa y requiere software y hardware adicionales para funcionar con una configuración de conexión directa por cable. [ 14 ]
  • Token Ring elimina las colisiones mediante el uso de un token de un solo uso y la liberación temprana del token para mitigar el tiempo de inactividad. Ethernet tradicional mitiga las colisiones mediante el acceso múltiple con detección de portadora y el uso de un conmutador inteligente ; los dispositivos Ethernet primitivos, como los concentradores, podrían precipitar colisiones debido a la repetición ciega del tráfico. [ 15 ]
  • Las tarjetas de interfaz de red Token Ring contienen toda la inteligencia necesaria para la autodetección de velocidad y el enrutamiento, y pueden funcionar de forma autónoma en muchas Unidades de Acceso Multiestación (MAU) que operan sin alimentación (la mayoría de las MAU funcionan de esta manera, requiriendo únicamente una fuente de alimentación para los LED ). En teoría, las tarjetas de interfaz de red Ethernet pueden funcionar hasta cierto punto en un concentrador pasivo, pero no como una LAN grande, y el problema de las colisiones sigue presente. [ 16 ]
  • Token Ring emplea prioridad de acceso, donde ciertos nodos pueden tener prioridad sobre el token. Ethernet sin conmutación no contaba con un sistema de prioridad de acceso, ya que todos los nodos tienen el mismo acceso al medio de transmisión .
  • Se admiten múltiples direcciones MAC idénticas en Token Ring (una función utilizada por los mainframes S/390 ). [ 12 ] Ethernet conmutada no puede admitir direcciones MAC duplicadas sin consecuencias. [ 17 ]
  • Token Ring era más complejo que Ethernet, ya que requería un procesador especializado y firmware MAC/ LLC con licencia para cada interfaz. En cambio, Ethernet incluía tanto el firmware (más sencillo) como el menor coste de licencia en el chip MAC. El coste de una interfaz Token Ring que utilizaba el MAC y el PHY TMS380C16 de Texas Instruments era aproximadamente tres veces superior al de una interfaz Ethernet que utilizaba el MAC y el PHY 82586 de Intel.
  • Inicialmente, ambas redes utilizaban cables costosos, pero una vez que Ethernet se estandarizó para par trenzado sin blindaje con 10BASE-T ( Cat 3 ) y 100BASE-TX ( Cat 5(e) ), tuvo una clara ventaja y sus ventas aumentaron notablemente.
  • Aún más significativo al comparar los costos totales del sistema fue el costo mucho mayor de los puertos del enrutador y las tarjetas de red para Token Ring en comparación con Ethernet. La aparición de los conmutadores Ethernet pudo haber sido la gota que colmó el vaso.

Operación

Las estaciones en una LAN Token Ring están organizadas lógicamente en una topología de anillo , donde los datos se transmiten secuencialmente de una estación a otra mediante un token de control que circula por el anillo controlando el acceso. Mecanismos similares de paso de token son utilizados por ARCNET , Token Bus , 100VG-AnyLAN (802.12) y FDDI , y presentan ventajas teóricas sobre el CSMA/CD de las primeras versiones de Ethernet. [ 18 ]

Control de acceso

El proceso de transmisión de datos se desarrolla de la siguiente manera:

  • Los marcos de información vacíos circulan continuamente por el anillo.
  • Cuando un ordenador tiene un mensaje que enviar, toma el token. Entonces, el ordenador podrá enviar la trama.
  • A continuación, cada estación de trabajo examina la trama. La estación de trabajo que se identifica como destino del mensaje lo copia de la trama y cambia el valor del token a 0.
  • Cuando la trama regresa al remitente, este ve que el token se ha cambiado a 0 y que el mensaje se ha copiado y recibido. Elimina el mensaje de la trama.
  • El marco continúa circulando como un marco vacío , listo para ser tomado por una estación de trabajo cuando tenga un mensaje que enviar.

Unidades de acceso multiestación y unidades de acceso controlado

La unidad de acceso multiestación IBM 8228 incluye una guía de configuración para activar los relés de cada puerto. La unidad es totalmente pasiva y no requiere alimentación eléctrica.

Físicamente, una red Token Ring está cableada como una estrella , con 'MAU' en el centro, 'brazos' que se extienden hacia cada estación y el bucle que va y viene a través de cada una. [ 19 ]

Una MAU podía presentarse como un concentrador o un conmutador; dado que Token Ring no tenía colisiones, muchas MAU se fabricaron como concentradores. Aunque Token Ring funciona con LLC , incluye enrutamiento de origen para reenviar paquetes más allá de la red local. La mayoría de las MAU están configuradas en una configuración de "concentración" por defecto, pero las MAU posteriores también admiten una función para actuar como divisores y no exclusivamente como concentradores, como en el IBM 8226. [ 20 ]

Unidades de administración de materiales (MAU) que funcionan como concentradores o divisores.

Más tarde, IBM lanzó Unidades de Acceso Controlado (CAU) que podían admitir múltiples módulos MAU, conocidos como Módulos de Conexión de Lóbulos (LAM). Las CAU admitían funciones como redundancia de doble anillo para enrutamiento alternativo en caso de un puerto inactivo, concentración modular con LAM y múltiples interfaces, como la mayoría de las MAU posteriores. [ 21 ] Esto ofrecía una configuración y administración remota más confiables que con un concentrador MAU no administrado.

Cableado e interfaces

El cableado generalmente es IBM "Tipo-1", un cable de par trenzado blindado de dos pares y 150  ohmios de gran resistencia. Este era el cable básico para el "Sistema de Cableado IBM", un sistema de cableado estructurado que IBM esperaba que se adoptara ampliamente. Se utilizaban conectores hermafroditas únicos , denominados conectores de datos IBM en la documentación formal. Estos conectores tienen la desventaja de ser bastante voluminosos, requiriendo al menos 3 cm × 3 cm (1,2 pulg. × 1,2 pulg.) de espacio en el panel, y de ser relativamente frágiles. Las ventajas de los conectores son que son unisex y tienen un blindaje superior al de los cables 8P8C estándar sin blindaje. Los conectores en la computadora solían ser hembra DE-9 . Existían otros tipos de cable, como el tipo 2 y el tipo 3. [ 22 ]      

En implementaciones posteriores de Token Ring, también se admitía el cableado Cat 4 , por lo que se utilizaron conectores 8P8C (RJ45) tanto en las MAU, CAU como en las NIC; muchas de las tarjetas de red admitían tanto 8P8C como DE-9 para garantizar la retrocompatibilidad. [ 19 ]

Detalles técnicos

Tipos de marco

Simbólico

Cuando ninguna estación envía una trama, una trama de token especial recorre el bucle. Esta trama de token especial se repite de estación en estación hasta llegar a una estación que necesita enviar datos.

Los tokens tienen una longitud de tres octetos y constan de un delimitador de inicio, un octeto de control de acceso y un delimitador de fin.

Marco de aborto

Utilizado por la estación emisora ​​para abortar la transmisión.

Datos

Los marcos de datos transportan información para los protocolos de capa superior, mientras que los marcos de comandos contienen información de control y no incluyen datos para dichos protocolos. El tamaño de los marcos de datos y de comandos varía según el tamaño del campo de información.

delimitador de inicio
El delimitador de inicio consiste en un patrón de bits especial que indica el comienzo de la trama. Los bits, de mayor a menor importancia, son J, K, 0, J, K, 0, 0, 0. J y K representan violaciones de código en la codificación Manchester diferencial . Esta codificación tiene una transición a mitad de símbolo para cada 0 o 1 codificado; sin embargo, los códigos J y K no la tienen. Tanto el campo Delimitador de inicio como el Delimitador de fin se utilizan para marcar los límites de la trama.
Control de acceso
Este campo de bytes consta de los siguientes bits, del más significativo al menos significativo: P, P, P, T, M, R, R, R. Los bits P son bits de prioridad, T es el bit de token que, al activarse, especifica que se trata de una trama de token, M es el bit de monitor que activa la estación de Monitor Activo (AM) cuando detecta esta trama, y ​​los bits R son bits de reserva, que indican que el siguiente token debe emitirse con esa prioridad.
Control de fotogramas
Un campo de un byte que contiene bits que describen la parte de datos del contenido de la trama e indican si la trama contiene datos o información de control. En las tramas de control, este byte especifica el tipo de información de control.
Tipo de trama: 01 indica trama LLC IEEE 802.2 (datos) e ignora los bits de control;
00 indica la trama MAC y los bits de control indican el tipo de trama de control MAC.
Dirección de destino
Un campo de seis bytes utilizado para especificar la(s) dirección(es) física(s) de destino.
Dirección de origen
Contiene la dirección física de la estación emisora. Es un campo de seis bytes que corresponde a la dirección asignada localmente (LAA) o a la dirección asignada universalmente (UAA) del adaptador de la estación emisora.
Datos
Un campo de longitud variable de 0 o más bytes, cuyo tamaño máximo permitido depende de la velocidad del anillo y que contiene datos de gestión MAC o información de la capa superior. Longitud máxima de 4500 bytes.
secuencia de comprobación de fotogramas
Un campo de cuatro bytes utilizado para almacenar el cálculo de un CRC para la verificación de la integridad de la trama por parte del receptor.
Delimitador final
Como contraparte del delimitador de inicio, este campo marca el final de la trama y consta de los siguientes bits, del más significativo al menos significativo: J, K, 1, J, K, 1, I, E. I es el bit de trama intermedia y E es el bit de error.
Estado del marco
Un campo de un byte utilizado como un esquema de confirmación primitivo para determinar si la trama fue reconocida y copiada por su receptor previsto.
A = 1, Dirección reconocida
C = 1, Marco copiado

Monitores activos y en espera

En una red Token Ring, cada estación es un monitor activo (AM) o un monitor en espera (SM). Solo puede haber un monitor activo en un anillo a la vez. El monitor activo se elige mediante un proceso de elección o contención de monitores .

El proceso de contención del monitor se inicia cuando ocurre lo siguiente:

  • Se detecta una pérdida de señal en el anillo.
  • Una estación de monitoreo activa no es detectada por otras estaciones en el anillo.
  • Un temporizador específico en una estación final expira, como por ejemplo cuando una estación no ha recibido una trama de token en los últimos 7 segundos.

Cuando se da alguna de las condiciones anteriores y una estación decide que se necesita un nuevo monitor, transmite una trama de token de reclamación , anunciando que desea convertirse en el nuevo monitor. Si el token regresa al remitente, la estación puede convertirse en el monitor. Si otra estación intenta convertirse en el monitor al mismo tiempo, la estación con la dirección MAC más alta ganará el proceso de elección. Las demás estaciones se convierten en monitores de reserva. Todas las estaciones deben ser capaces de convertirse en estaciones monitoras activas si fuera necesario.

El monitor activo realiza varias funciones de administración del anillo. La primera es actuar como reloj maestro para sincronizar la señal de las estaciones conectadas. Otra función del AM es insertar un retardo de 24 bits en el anillo para garantizar que siempre haya suficiente espacio de almacenamiento para que el token circule. Una tercera función del AM es asegurar que circule exactamente un token cuando no se transmite ninguna trama y detectar una interrupción en el anillo. Por último, el AM se encarga de eliminar las tramas circulantes del anillo.

Proceso de inserción de tokens

Las estaciones Token Ring deben completar un proceso de inserción en el anillo de 5 fases antes de poder participar en la red. Si alguna de estas fases falla, la estación Token Ring no se insertará en el anillo y el controlador Token Ring podría reportar un error.

  • Fase 0 (Verificación de lóbulos): La estación realiza primero una verificación de medios de lóbulos. La estación se conecta a la MSAU y puede enviar 2000 tramas de prueba a través de su par de transmisión, las cuales regresan a su par de recepción. La estación verifica que pueda recibir estas tramas sin errores.
  • Fase 1 (Inserción física): A continuación, una estación envía una señal de 5 voltios a la MSAU para abrir el relé.
  • Fase 2 (Verificación de dirección): Una estación transmite tramas MAC con su propia dirección MAC en el campo de dirección de destino de una trama Token Ring. Cuando la trama regresa y si los bits de Dirección reconocida (AR) y Trama copiada (FC) en el estado de la trama están establecidos en 0 (lo que indica que ninguna otra estación en el anillo utiliza esa dirección), la estación debe participar en el proceso de sondeo periódico (cada 7 segundos) del anillo. En este proceso, las estaciones se identifican en la red como parte de las funciones de gestión MAC.
  • Fase 3 (Participación en el sondeo del anillo): Una estación aprende la dirección de su vecino ascendente activo más cercano (NAUN) y comunica su dirección a su vecino descendente más cercano, lo que da lugar a la creación del mapa del anillo. La estación espera hasta recibir una trama AMP o SMP con los bits AR y FC establecidos en 0. Cuando la recibe, la estación cambia ambos bits (AR y FC) a 1, si dispone de recursos suficientes, y pone en cola una trama SMP para su transmisión. Si no recibe ninguna trama de este tipo en 18 segundos, la estación informa de un fallo en la apertura y se desinserta del anillo. Si la estación participa con éxito en un sondeo del anillo, pasa a la fase final de inserción: la inicialización de la solicitud.
  • Fase 4 (Inicialización de la solicitud): Finalmente, una estación envía una solicitud especial a un servidor de parámetros para obtener información de configuración. Esta trama se envía a una dirección funcional especial, normalmente un puente Token Ring, que puede contener información sobre el temporizador y el número de anillo que la nueva estación necesita conocer.

Esquema de prioridad opcional

En algunas aplicaciones, resulta ventajoso poder asignar una mayor prioridad a una estación. Token Ring especifica un esquema opcional de este tipo, al igual que el bus CAN (ampliamente utilizado en aplicaciones automotrices), pero Ethernet no.

En el protocolo MAC de prioridad Token Ring, se utilizan ocho niveles de prioridad, del 0 al 7. Cuando la estación que desea transmitir recibe un token o trama de datos con una prioridad menor o igual a la solicitada, ajusta los bits de prioridad a la deseada. La estación no transmite inmediatamente; el token circula por el medio hasta que regresa a la estación. Al enviar y recibir su propia trama de datos, la estación restablece la prioridad del token a su valor original.

A continuación se muestran los ocho tipos de prioridad de acceso y tráfico para dispositivos que admiten 802.1Q y 802.1p :

Interconexión con Ethernet

El modelo 2210-24M cuenta con interfaces Token Ring y Ethernet.

Las soluciones de puenteo para redes Token Ring y Ethernet incluían el puente AT&T StarWAN 10:4, [ 23 ] el puente LAN IBM 8209 [ 23 ] y el puente LAN Microcom. Las soluciones de conexión alternativas incorporaban un enrutador que podía configurarse para filtrar dinámicamente el tráfico, los protocolos y las interfaces, como el enrutador multiprotocolo IBM 2210-24M, que contenía interfaces Ethernet y Token Ring. [ 24 ]

Soporte del sistema operativo

En 2012, David S. Miller fusionó un parche para eliminar el soporte de redes de anillo de token del kernel de Linux . [ 25 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Actividades IEEE 802.5" . ieee802.org . IEEE . Consultado el 29 de octubre de 2023 .
  2. ↑ «IEEE homenajea a los pioneros de las redes LAN de Zúrich» (Comunicado de prensa). Zúrich, Suiza: IBM . 14 de abril de 2003.
  3. ↑ J. Noel Chiappa (abril-junio de 2014). "Primeros trabajos sobre Token Ring en el MIT" . IEEE Annals of the History of Computing . 36 (2): 80– 85. doi : 10.1109/MAHC.2014.14 . S2CID 30761524 . 
  4. ↑ Pelkey, James. "14.18 Proteon en el capítulo 14 - Interconexión de redes: surgimiento 1985-1988" . La historia de las comunicaciones informáticas . Archivado del original el 9 de mayo de 2023. Consultado el 9 de mayo de 2023 .
  5. ↑ "RED DE TOKEN-RING DE IBM" . IBM . 15 de octubre de 1985. Consultado el 11 de marzo de 2021 .
  6. ↑ Crabb, Don (24 de marzo de 1986). "Los principales proveedores difieren en su enfoque de red" . InfoWorld . Vol. 8, n.º 12, pág. 27.   
  7. ↑ "InfoWorld" . 21 de noviembre de 1988.
  8. ↑ Estándares IEEE: Área del Grupo de Trabajo P802.5 . Ieee802.org. Consultado el 30 de octubre de 2011.
  9. ↑ Consideraciones sobre redes de área local IEEE 802.3 . IBM . GG22-9422-0.
  10. ↑ David R. Boggs; Jeffrey C. Mogul; Christopher A. Kent (1988). "Capacidad medida de un Ethernet: mitos y realidad" (PDF) . ACM SIGCOMM Computer Communication Review . 25 (1): 123– 136. doi : 10.1145/205447.205460 . S2CID 52820607. Archivado del original (PDF) el 2 de marzo de 2012. Recuperado el 4 de diciembre de 2007 . 
  11. ↑ Urs Von Burg; Martin Kenny (diciembre de 2003). "Patrocinadores, comunidades y estándares: Ethernet frente a Token Ring en el negocio de las redes de área local" (PDF) . Industria e innovación . 10 (4). Taylor & Francis Ltd : 351–375 . doi : 10.1080/1366271032000163621 . S2CID 153804163. Archivado del original (PDF) el 19 de febrero de 2018. 
  12. 1 2 Jonathan Follows (2000). Soluciones Token Ring (PDF) (Documento técnico). Organización de Soporte Técnico Internacional de IBM . Archivado del original (PDF) el 6 de agosto de 2016. IBM no considera que la alta velocidad de Token Ring sea un requisito para la mayoría de sus clientes y, por lo tanto, se ha decidido no proporcionar enlaces ascendentes Token Ring de alta velocidad de 100 Mbps en sus productos... 
  13. ↑ "Actividades IEEE 802.5" . Comité de Estándares IEEE 802 LAN/MAN . Consultado el 9 de mayo de 2023 .
  14. ↑ Louis Ohland. "Unidad de acceso multiestación 8228" . Ps-2.kev009.com . Archivado del original el 28 de marzo de 2018. Consultado el 3 de agosto de 2016 .
  15. ↑ "¿Cuál es la diferencia entre un concentrador Ethernet y un conmutador?" . Archivado del original el 14 de marzo de 2017. Recuperado el 10 de mayo de 2016 .
  16. ↑ "Un concentrador Ethernet pasivo" . Zen22142.zen.co.uk . Archivado del original el 24 de agosto de 2016. Consultado el 3 de agosto de 2016 .
  17. ↑ "redes - ¿Es posible que haya direcciones MAC duplicadas en la misma LAN?" . Server Fault. 2013-01-03 . Consultado el 2016-08-03 .
  18. ↑ Sheesley, John (2 de abril de 2008). "¿Alguien sigue usando Token Ring?" . TechRepublic . Archivado del original el 9 de octubre de 2013.
  19. 1 2 "¿Por qué comprar a IBM?" (PDF) . IBM . Archivado del original (PDF) el 16 de junio de 2020. Consultado el 3 de agosto de 2016 .
  20. ↑ Louis Ohland. "8226 TR RJ45 Connection /Model 001" . Ardent Tool of Capitalism . Consultado el 9 de mayo de 2023 .
  21. ↑ "Unidad de acceso controlado IBM 8230" (PDF) . Public.dhe.ibm.com . Archivado del original (PDF) el 16 de junio de 2020. Consultado el 3 de agosto de 2016 .
  22. ↑ "Network World" . 25 de abril de 1988.
  23. 1 2 Mier, Edwin (1991-06-03). "Comprar de forma inteligente" . Network World . Vol. 8, n.º 21. IDG Network World Inc. pág. 56. Recuperado el 2016-08-03 .   
  24. ↑ Descripción y escenarios de configuración del enrutador multiprotocolo IBM 2210 Nways - Volumen I (PDF) (Tercera edición). Organización de soporte técnico internacional de IBM , Centro de Raleigh. Junio ​​de 1997. SG24-4446-02 . Consultado el 3 de agosto de 2016 . 
  25. ↑ Corbet, Jonathan. "¿El fin de la era de los sistemas de fichas?" . LWN.net . Consultado el 22 de septiembre de 2023 .

General

  • Castelli, Matthew (2002). Manual para consultores de redes . Cisco Press. ISBN 978-1-58705-039-8.
  • Gallo, Michael; Hancock, William M. (2001). Explicación de las redes . Digital Press. ISBN 978-1-55558-252-4.
  • Sitio web IEEE 802.5
  • Solución de problemas de las interfaces Token Ring de los routers Cisco
  • En Futureobservatory.org se analiza el fracaso de IBM en la tecnología Token Ring.
  • ¿Qué habría pasado si Ethernet hubiera fallado?