Token Bus

Unter dem Token Bus ist eine Form des Zugriffsverfahrens Token-Passing zu verstehen. Der Bus sorgt als Bestandteil des TCP/IP-Protokollstapels für den Netzzugang in einem Computernetzwerk. In diesem Beitrag wird auf die grundlegende Funktionsweise und den Anwendungsbereich des Token Bus eingegangen.

Funktionsweise des Token Bus

Der Token Bus ist, als Zugriffsverfahren auf ein Computernetzwerk, in dem IEEE-Standard 802.4 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) spezifiziert. Die Grundlage des Verfahrens basiert auf dem Token, das zwischen zwei Stationen in einem Netzwerk weitergeleitet wird. Dabei handelt es sich, anders als beim Token Ring, stets um die nächstgelegene Station, die anhand einer Adresse bestimmt wird. Zur Adressierung des Nachbarn, erhöht der Sender die Knoten-ID um den Wert eins.

Wie sich an dem Namen Bus bereits erkennen lässt, wird das Token über das gesamte Netzwerk gesendet und auch von allen Stationen empfangen. Die Entgegennahme des Token kann jedoch nur von der Station mit der nächsthöheren Knoten-ID vollzogen werden. Sollte eine Station das Token nicht benötigen, wird der Wert der Knoten-ID um eins erhöht und ein neues Token weitergeschickt.

Das Token Bus-Netzwerk wird durch das Abhören des Busses durch alle Stationen gestartet. In dem Fall, dass eine Station innerhalb eines festgelegten Zeitraums keine Informationen erhalten hat, wird diese das Token beanspruchen und anschließend versuchen einen logischen Ring aufzubauen. Bei der Erweiterung zum Ring prüfen die Stationen in periodischer Reihenfolge, ob die Aufnahme in den Ring von der benachbarten Station erwünscht wird. Wird dies bestätigt, dann wird das Token an diese Station weitergegeben und ihr die Eingliederung in den Ring gestattet.

Sollte eine Station den Ring verlassen wollen, so muss diese warten bis sie das Token erhält. Durch das Token kann die Station ihrem Vorgänger dann die Adresse ihres Nachfolgers mitteilen und dadurch den Ring verlassen. Durch die Weitergabe des Token bleibt der logische Ring auch nach Verlassen einer Station erhalten.

Token und Token-Passing in Rechnernetzwerken

Um das Verständnis über das Token zu erhöhen, wird gesondert darauf eingegangen. Das Token dient in EDV-Netzwerken zur Synchronisation paralleler Prozesse. Die Funktionsweise ist relativ einfach. Der Teilnehmer des Netzwerks, der im Besitz des Tokens ist, hat die Erlaubnis auf eine Ressource, wie eine Schnittstelle oder einen Speicherbereich, zuzugreifen. Sobald er das Token freigegeben hat, bekommt ein anderer Teilnehmer den Zugriff auf die Ressource.

In dem Fall von Token Bus (und auch in Rechnernetzwerken allgemein) wird das Token eingesetzt, um Kollisionen beim Zugriff auf Datenframes zu verhindern. Es soll gewährleistet werden, dass alle sich im Netzwerk befindlichen Computer die Möglichkeit haben, ihre Nachricht zu senden. Das angewendete Verfahren des Token-Passing wird benutzt, um zwischen konkurrierenden Prozessen umzuschalten.

Unter dem Begriff Token-Passing wird ein Medienzugriffsverfahren verstanden, das auf der Weitergabe des Token basiert. Beim Token-Passing wird ein, aus drei Bytes bestehendes Freitoken, von einem Punkt zum nächsten geschickt. Dabei haben die angeschlossen Computer die Gelegenheit, Datenpakete an das Token anzuhängen und dieses dann als besetzt zu markieren.

Solange das Token als besetzt gekennzeichnet ist, können keine weiteren Daten angehangen werden, bis der eingetragene Empfänger das Datenpaket erhalten hat. Sobald das Token zum Ausgangscomputer zurückgekehrt ist, überprüft dieser, ob die Daten abgeliefert wurden und setzt das Token wieder frei.

Auch ein exklusiver Zugriff auf ein Objekt kann durch ein Token modelliert werden. Dies kann der Fall sein, wenn der Zugriff auf eine Datenbanktabelle oder einen Speicherbereich benötigt wird. Es gibt bei der Objektsteuerung über Token unterschiedliche Verfahren, die auch als Mutex bezeichnet werden.

Anwendung des Token Bus

Die Anwendungsbereiche für den Token Bus sind vielfältig. Typischerweise wird dieser in den Feldbus Profibus oder ARCNET (Attached Resource Computer Network) eingesetzt. Besonders häufig ist die Realisierung in der Produktionstechnik zu finden, speziell in der Fertigungs- und Verfahrenstechnik. In diesen Bereichen werden deterministische Antwortzeiten und Datenraten gefordert. Nur Echtzeit-Varianten von Ethernet sind in der Lage diese Anforderungen nach maximalen Antwortzeiten und minimalen Datenraten zu garantieren. Dies können beispielsweise RTnet, PROFINET oder EtherCAT sein.

Ein weiterer großer Vorteil des Token Bus besteht im geringen Ausfallrisiko beim Trennen einer Station. Beim Token Ring ist das Netzwerk nach der Trennung einer Station nicht mehr arbeitsfähig, was bei der Bus-Topologie nicht passieren kann. Zudem ist die Leitungslänge beim Token Bus deutlich geringer, als bei dem geschlossenen Token Ring, was letztendlich in Kostenvorteilen resultiert.

Der Zugriff beim Token Bus wird über das Token Passing geregelt, wobei das Netz eine Baum- oder Busstruktur besitzt. Dadurch setzt die logische Ringstruktur auf eine physikalische Busstruktur auf. Besonders in der industriellen Automatisierung wird dieses Verfahren genutzt. Der Vorteil dabei ist der nahezu zeitgleiche Empfang von Daten durch die angeschlossenen Stationen. Die Reihenfolge der Stationen wird durch die Adresszuordnung festgelegt und anders als beim Token Ring, muss keine Station auf den Vorgänger warten.