O que é Token Ring?

Token ring é um rede local (LAN) tecnologia que usa um protocolo de passagem de token para gerenciar o acesso à rede. Ao contrário Ethernet, onde os dispositivos competem por largura de banda, o token ring garante uma comunicação ordenada permitindo que apenas o dispositivo que contém o token transmitir dados.

O que é Token Ring?

Token ring é um protocolo de rede e topologia que opera usando um método de passagem de token para controlar o acesso à rede. Desenvolvido pela IBM no início dos anos 1980, tornou-se um padrão IEEE 802.5 e foi amplamente usado em ambientes corporativos antes de ser ultrapassado pela Ethernet. A tecnologia é baseada em uma topologia de anel, onde os dispositivos de rede são conectados em uma configuração circular, e os dados fluem em uma direção ao longo do anel.

Uma característica fundamental do token ring é seu método de acesso determinístico, que previne colisões de dados e garante desempenho de rede previsível. Em vez de vários dispositivos competindo por oportunidades de transmissão, um pacote de controle especial, conhecido como token, circula pela rede. Somente o dispositivo em posse do token tem permissão para enviar dados, após o que ele libera o token para o próximo dispositivo usar. Este mecanismo de acesso controlado aumenta a eficiência em ambientes de alto tráfego e reduz a probabilidade de perda de pacotes ou retransmissões.

Tipos de Token Ring

Redes token ring existem principalmente em diferentes implementações baseadas em velocidade, topologia e conectividade física. Aqui estão os principais tipos de redes token ring.

1. Anel de Token de 4 Mbps

Este era o padrão original do IBM Token Ring, operando a uma taxa de transferência de dados de 4 megabits por segundo (Mbps). Ele usava uma topologia de anel com fio estrela, onde os dispositivos eram conectados por meio de uma Unidade de Acesso Multiestação (MAU) central, mas ainda seguiam uma estrutura de anel lógica para transmissão de dados. Essa implementação foi amplamente adotada em ambientes corporativos nos primeiros anos da rede token ring.

2. Anel de Token de 16 Mbps

Uma versão atualizada do 4 Mbps padrão, o token ring de 16 Mbps melhorou significativamente o desempenho da rede e se tornou a implementação dominante no final dos anos 1980 e 1990. Esta versão introduziu melhorias como o lançamento antecipado de token, que permitiu que a rede fosse mais eficiente ao habilitar um novo token a ser enviado assim que o quadro de dados anterior concluísse a transmissão.

3. Token Ring de alta velocidade de 100 Mbps (HSTR)

Mais tarde, a IBM desenvolveu o 100 Mbps High-Speed ​​Token Ring (HSTR) para competir com tecnologias Fast Ethernet. Esta versão aumentou as taxas de transferência de dados significativamente, mas não conseguiu obter ampla adoção devido aos rápidos avanços e vantagens de custo das soluções baseadas em Ethernet.

4. FDDI (Interface de Dados Distribuídos por Fibra)

Embora não seja estritamente uma implementação de token ring, FDDI é uma tecnologia de rede relacionada que segue um mecanismo de passagem de token de anel duplo. Operando a 100 Mbps em cabos de fibra óptica, o FDDI foi usado principalmente para redes de backbone em grandes organizações. Ele forneceu redundância usando dois anéis contrarrotativos para garantir a continuidade da rede em caso de falha.

5. Barramento de tokens (IEEE 802.4)

Embora não seja um verdadeiro token ring, o token bus é outro padrão de rede de passagem de token que opera em uma topologia de barramento em vez de um anel. Ele foi projetado para aplicações industriais e usou um esquema lógico de passagem de token, mas nunca ganhou ampla adoção como Ethernet ou token ring.

Como funciona o Token Ring?

O Token Ring opera usando um protocolo de passagem de token que garante uma comunicação ordenada e sem colisões entre dispositivos em uma rede. A rede segue uma topologia de anel lógico, onde os dados viajam em uma direção por nós conectados. Veja como funciona:

1. Circulação de tokens. Um pequeno pacote de dados chamado "token" circula continuamente pela rede. O token é um quadro especial que concede permissão para transmitir dados. Se nenhum dispositivo precisar enviar dados, o token continua circulando livremente.
2. Transmissão de dados. Quando um dispositivo tem dados para enviar, ele espera o token chegar. Uma vez que ele recebe o token, ele o modifica para indicar que ele está em uso e anexa os dados junto com o endereço do destinatário. O quadro modificado é então transmitido ao redor do anel.
3. Recepção e reconhecimento de quadros. O quadro de dados viaja sequencialmente por cada dispositivo no anel até chegar ao destinatário pretendido. O dispositivo receptor copia os dados e marca o quadro como "lido". O quadro continua viajando pelo anel até chegar ao remetente novamente.
4. Remoção de quadros e liberação de tokens. Assim que o remetente recebe o quadro retornado, ele o remove da rede e gera um novo token gratuito, permitindo que o próximo dispositivo na rede transmita dados, se necessário.
5. Gerenciamento e recuperação de falhas. Redes Token Ring incluem mecanismos internos para detectar falhas, como tokens perdidos ou nós inativos. Se a rede detectar um token ausente, um novo é gerado por uma estação de monitoramento designada, garantindo operação contínua.

Exemplo de Token Ring

Imagine um escritório corporativo onde vários funcionários usam computadores de mesa conectados a uma rede token ring para compartilhar arquivos e acessar um banco de dados centralizado. A rede consiste em 10 computadores conectados por meio de uma Multistation Access Unit, formando um anel lógico.

Veja como funciona na prática:

1. Circulação de tokens. Um token se move continuamente pela rede, passando de um computador para outro em uma ordem sequencial.
2. Envio de dados. Se o Empregado A quiser enviar um documento para o Empregado B, seu computador aguarda o token. Uma vez que o token chega, o computador o modifica para indicar a transmissão e anexa o documento.
3. Transmissão de dados. Os dados viajam ao longo do anel, passando por cada computador conectado. Quando chegam ao computador do Employee B, a interface de rede copia o arquivo enquanto deixa o frame continuar sua jornada.
4. Reconhecimento e liberação de token. O computador do funcionário B marca o quadro como "recebido" e, quando ele chega ao funcionário A novamente, ele é removido da rede. Um novo token é então liberado, permitindo que outro computador envie dados.
5. Comunicação sem colisões. Como apenas um dispositivo pode transmitir por vez, não há colisões de dados, garantindo um desempenho de rede estável e previsível.

As vantagens e desvantagens de uma rede Token Ring

Esta seção explora as principais vantagens e desvantagens do token ring para fornecer uma compreensão clara de sua eficácia e desafios.

Quais são as vantagens do Token Ring?

Token ring fornece vários benefícios, particularmente na manutenção de comunicação de rede estável e livre de colisões. Eles incluem:

• Transmissão de dados sem colisões. Token ring usa um mecanismo de passagem de token controlado, garantindo que apenas um dispositivo transmita por vez. Isso elimina colisões de dados, tornando o desempenho da rede mais estável e previsível, especialmente sob tráfego pesado.
• Utilização eficiente da largura de banda. Ao contrário da Ethernet, onde os dispositivos competem por largura de banda, o token ring fornece um método estruturado de comunicação. Isso resulta em uso eficiente de recursos de rede, reduzindo retransmissões e melhorando o throughput geral.
• Acesso de rede determinístico. Como os dispositivos transmitem dados somente quando possuem o token, o token ring fornece acesso determinístico, o que significa que os atrasos da rede podem ser previstos com precisão. Isso o torna ideal para dispositivos sensíveis ao tempo aplicações como automação industrial e transações financeiras.
• Melhor desempenho em ambientes de alto tráfego. Enquanto redes Ethernet podem ficar congestionadas devido à transmissão baseada em colisões, o token ring mantém desempenho consistente, mesmo quando a carga da rede aumenta. Isso o torna adequado para aplicativos empresariais que exigem comunicação estável e previsível.
• Detecção e recuperação de erros integradas. O Token Ring inclui mecanismos para detectar falhas de rede, como tokens perdidos ou nós inativos. Uma estação de monitoramento designada ajuda a gerenciar a geração de tokens e a saúde da rede, garantindo operação ininterrupta.
• Acesso justo para todos os dispositivos. Como o token circula sequencialmente, cada dispositivo tem uma oportunidade igual de transmitir dados. Isso previne a monopolização da largura de banda por um único dispositivo, promovendo o uso justo em toda a rede.

Quais são as desvantagens do Token Ring?

Embora o token ring ofereça transmissão de dados confiável e sem colisões, ele também vem com limitações que contribuíram para seu declínio em favor do Ethernet. Elas incluem:

• Custo mais alto. O token ring requer especialização Hardwares, incluindo adaptadores de rede e um MAU, tornando-o mais caro do que alternativas baseadas em Ethernet. O custo de manutenção e atualização da rede também aumenta seu fardo financeiro.
• Configuração e manutenção complexas. Ao contrário da Ethernet, que suporta configurações plug-and-play mais simples, as redes Token ring exigem configuração e gerenciamento cuidadosos. Solucionar problemas como perda de token ou falhas de rede pode ser mais complicado em comparação à Ethernet.
• Velocidades mais lentas em comparação com Ethernet. As primeiras redes token ring operavam a 4 ou 16 Mbps, enquanto versões posteriores atingiam 100 Mbps. No entanto, a Ethernet rapidamente ultrapassou essas velocidades, atingindo 1 Gbps e além, tornando o token ring obsoleto para redes de alto desempenho.
• Escalabilidade limitações. A expansão de uma rede token ring requer MAUs adicionais e reconfiguração estruturada, tornando-a mais complexa e menos flexmais fácil que Ethernet, o que permite fácil crescimento da rede com switches e hubs.
• Ponto unico de falha riscos. Como o token ring depende de um caminho de dados contínuo, uma falha em um único dispositivo ou conexão pode interromper toda a rede. Embora algumas implementações usem mecanismos de tolerância a falhas, eles aumentam o custo e a complexidade geral.
• Apoio decrescente da indústria. Com a ascensão da Ethernet como o padrão de rede dominante, os fabricantes gradualmente descontinuaram o hardware e o suporte de token ring. Isso tornou cada vez mais difícil para as organizações manterem e atualizarem suas redes de token ring.

Velocidade do Token Ring

As redes Token Ring foram inicialmente projetadas para operar em velocidades de 4 Mbps e posteriormente aprimoradas para 16 Mbps, que se tornou o padrão mais amplamente adotado. Para competir com as velocidades crescentes da Ethernet, a IBM introduziu o HSTR de 100 Mbps, mas não conseguiu obter adoção generalizada devido ao crescente domínio de soluções baseadas em Ethernet, que eram mais econômicas e escaláveis.

Ao contrário da Ethernet, que evoluiu continuamente para suportar 1 Gbps e além, as limitações de velocidade do token ring, juntamente com seus maiores custos de infraestrutura e complexidade, levaram ao seu declínio. Enquanto seu mecanismo estruturado de passagem de tokens garantiu uma comunicação estável e livre de colisões, sua incapacidade de corresponder aos rápidos avanços da Ethernet em velocidade e eficiência, em última análise, tornou-o obsoleto em ambientes de rede modernos.

Comparação de Token Ring

Aqui está uma visão geral comparativa do token ring e outros protocolos de rede.

Qual é a diferença entre Token Ring e Ethernet?

A principal diferença entre token ring e Ethernet está na forma como eles gerenciam o acesso à rede e a transmissão de dados.

Token ring usa um mecanismo de passagem de token controlado, onde apenas o dispositivo que contém o token pode transmitir dados, garantindo um processo de comunicação ordenado e sem colisões. Em contraste, a Ethernet opera em um método baseado em contenção, originalmente usando acesso múltiplo de detecção de portadora com detecção de colisão (CSMA/CD), onde os dispositivos competem por acesso e retransmitem dados em caso de colisões.

Embora o token ring forneça desempenho previsível e acesso justo, ele requer hardware especializado, o que o torna mais caro e complexo de escalar. A Ethernet, por outro lado, tornou-se o padrão de rede dominante devido ao seu menor custo, maiores velocidades e maior flexibilidade, eventualmente superando o Token ring em desempenho e adoção.

Qual é a diferença entre Token Ring e Bus?

A diferença entre uma topologia de token ring e uma topologia de barramento está principalmente na estrutura de rede e nos métodos de transmissão de dados.

O Token Ring segue uma topologia de anel lógico, onde os dados fluem em um caminho circular e os dispositivos se comunicam usando um protocolo de passagem de token, garantindo que apenas um dispositivo transmita por vez para evitar colisões.

Em contraste, uma topologia de barramento consiste em um único cabo central (barramento) que conecta todos os dispositivos, com dados sendo transmitidos para todos os nós. Em uma rede de barramento, colisões podem ocorrer se vários dispositivos transmitem simultaneamente, exigindo mecanismos de detecção ou prevenção de colisões como CSMA/CD.

Embora o token ring forneça comunicação estruturada e sem colisões, ele requer hardware especializado e é mais caro de implementar. A topologia de barramento é mais simples e barata, mas pode sofrer com problemas de desempenho conforme o tráfego aumenta. Além disso, uma falha no cabo principal pode interromper toda a rede.

Qual é a diferença entre Token Ring e FDDI?

A principal diferença entre token ring e FDDI (fiber distributed data interface) está na topologia, velocidade de transmissão e meio físico. Token ring é tipicamente implementado usando uma topologia de anel único e opera em cabos de cobre blindados ou de par trançado a velocidades de 4 Mbps ou 16 Mbps (com versões posteriores atingindo 100 Mbps). Em contraste, FDDI usa uma topologia de anel duplo, onde os dados fluem em dois anéis contra-rotativos, fornecendo tolerância a falhas, e opera a 100 Mbps em cabos de fibra óptica, tornando-o mais adequado para redes de backbone de alta velocidade.

Outra diferença fundamental é o tamanho e a confiabilidade da rede. O Token Ring é limitado a um número menor de dispositivos por anel e pode apresentar falha de rede se um dispositivo ou conexão for interrompido, a menos que uma configuração tolerante a falhas seja usada. FDDI, com seu anel duplo redundância, pode manter a operação mesmo se um anel falhar, tornando-o mais confiável para redes metropolitanas e empresariais de grande porte.

Devido a essas vantagens, o FDDI era comumente usado para backbones de rede de alta velocidade, enquanto o token ring era implantado principalmente em ambientes de escritório. No entanto, ambas as tecnologias foram eventualmente substituídas pelo Gigabit Ethernet, que fornecia velocidades mais altas, custos mais baixos e maior escalabilidade.