Le token ring : la norme IEEE 802.5

Le token ring est une technologie de réseau désuète : de nos jours, c’est la technique de l’Ethernet qui domine les réseaux LAN filaires. Cela ne rend pas moins intéressante une autre technique, devenue pourtant obsolète. Un peu d’histoire pourra vous aider à mieux comprendre le fonctionnement de réseaux plus modernes, et ce qui a influencé l’évolution de ces technologies. Et qui sait ? Peut-être tomberez-vous un jour encore sur un token ring ?

Contrairement à ce que pourrait le laisser supposer son appellation, le token ring n’est pas véritablement un réseau de forme circulaire (en anneau). À vrai dire, il présente un anneau logique, et non physique. Nous reviendrons plus tard sur cette distinction.

Comprendre ce qu’est un réseau token ring est peut-être plus facile si on explique d’abord ce qu’il n’est pas : ce n’est pas un réseau en forme de cercle. Prise au sens physique, une topologie en anneau est composée de plusieurs ordinateurs disposés en forme de cercle ou d’anneau. Chaque ordinateur est alors relié à son voisin de droite et de gauche, ce qui permet d’obtenir un réseau composé d’un anneau fermé. Dès qu’un ordinateur de ce réseau local cesse de fonctionner, la connexion est interrompue, et l’ensemble du réseau est alors en panne, car les connexions ne sont plus assurées. Pour ajouter un ordinateur supplémentaire à un tel réseau, il vous faut suspendre (au moins temporairement) le fonctionnement du réseau.

Un token ring fonctionne autrement, et c’est pourquoi on dit que cette technologie est basée sur la logique d’une topologie en anneau. La topologie du token ring est basée sur des Multistation Access Units (MAUs) qui permettent une connexion en étoile des différents participants au réseau. Le « nœud » représente le point qui permet à toutes les stations de travail d’être reliées les unes aux autres. Il n’y a pas de connexion directe entre les différents ordinateurs.

On évoque pourtant un anneau logique, basé sur une structure physique en forme d’étoile, car la transmission des données se fait de manière circulaire, mais à un niveau abstrait. Les données sont certes toujours orientées vers le MAU (Concentrateur). Mais celui-ci ne les redirige pas directement vers un destinataire spécifique il les fait tout simplement passer à l’ordinateur suivant dans une suite clairement définie.

Tous les réseaux sont susceptibles d’être confrontés à des situations inattendues, pouvant aller jusqu’à compromettre leur fonctionnement. Une bonne norme anticipe au mieux ce genre de situations et prévoit des mécanismes qui permettent d’éviter la panne. Dans un token ring, tous les ordinateurs sont par défaut des moniteurs en veille (SM). Il y en a un cependant qui assume généralement le rôle d’Active Monitor (AM) et qui supervise le réseau. Chaque ordinateur peut assumer ce rôle de contrôleur de réseau. Savoir quel ordinateur est AM, et quels ordinateurs restent SM est une décision qui est prise au moyen d’une procédure fixe : il s’agit du Monitor Contention, appelé aussi le Token Claiming. Cette procédure est lancée dès qu’un ordinateur constate que l’AM ne transmet plus dans l’anneau la trame « Active Monitor Present » qui est pourtant obligatoire.

Face à une telle situation, le protocole exigera la sélection d’un nouveau moniteur actif (AM) : La première station qui constate l’erreur de la part du moniteur actif (AM) commence à émettre la trame, appelée le Claim Token Frame. La station suivante de l’anneau compare l’adresse MAC de l’expéditeur avec sa propre adresse. Si cette adresse a une valeur plus élevée que celle du deuxième ordinateur, il remplace la trame par sa propre trame. À la fin, il ne reste plus qu’une seule station : si sa trame a fait trois fois le tour de l’anneau sans qu’aucune station ne soit intervenue, un nouveau moniteur actif sera désigné.

Le moniteur actif est responsable du bon fonctionnement du token ring, bien qu’il arrive parfois aussi que des moniteurs en veille (standby) soient obligés d’intervenir. Un réseau de token ring est capable de s’auto-guérir dans les scénarios suivants :

Dès qu’un jeton passe auprès d’un moniteur actif (AM), celui-ci déclenche un Timer (temporisateur). Si dans un délai de 10 millisecondes, le jeton ne lui est par revenu, le moniteur actif en déduit que le réseau présente un problème, et délivre un nouveau jeton libre.

Si une station émet un paquet de données, et que son destinataire tombe en panne au même moment, le paquet risque de tourner indéfiniment en rond dans l’anneau, car aucune station ne s’identifiera comme étant son destinataire. Dès que le paquet franchit le moniteur actif pour la première fois, celui-ci modifie un bit spécifique. Si le paquet repasse devant lui une deuxième fois, grâce à ce bit identifiable, le moniteur actif comprendra que le paquet n’a pas réussi à trouver son destinataire. Comme le moniteur actif est le seul à pouvoir changer le bit en 1, il comprend aussitôt qu’il a déjà eu affaire à ce paquet. Dans ce cas, le moniteur actif détruit le paquet et délivre un nouveau jeton libre.

Dans une topologie en anneau classique, la panne d’un ordinateur du réseau entraîne la panne complète du réseau. Avec un réseau de type token ring, le concentrateur MAU pourra très simplement combler l’interface en défaut. Les stations défectueuses sont identifiées par une station voisine : Pour ce faire, le poste situé juste après l’ordinateur en panne envoie des trames de test à son voisin. Toutes les autres stations se mettent en mode pause. Aucune station n’envoie de données pendant ce temps. Si le nœud en défaut comprend de lui-même que son voisin émet des réclamations, il lance une analyse de défaut et s’extrait lui-même du réseau.

Le défaut peut cependant se trouver chez la station d’origine. Le fait que les ordinateurs ne reçoivent plus de données peut être lié à une carte-réseau défectueuse. Le poste démarre alors un temporisateur, qui laisse suffisamment de temps à son voisin d’exécuter un auto-test. Si à l’issue de ce délai, la station ne reçoit toujours pas de trame, elle part du principe que l’erreur est chez elle, et lance un test de son côté.

Sauf si la station défectueuse est le moniteur actif, elle sera tout simplement contournée par la suite jusqu’à ce qu’une solution soit trouvée. S’il s’agit du moniteur actif (AM), un Token Claiming sera lancé. Une fois que tout est entré dans l’ordre, le moniteur actif (AM) délivre un nouveau jeton et l’activité du réseau peut reprendre.

Pour mesurer les forces et les faiblesses du token ring, il convient de le comparer à l’Ethernet. Le fait que les collisions ne soient pas possibles est un élément qui rend le concept du token ring particulièrement intéressant : dans des réseaux Ethernet (Half-Duplex), on admet comme tout à fait normales des collisions liées à l’émission de données simultanée par plusieurs stations. Le recours au CSMA/CD permet de gérer de telles collisions, bien qu’elles aient un impact sur la vitesse. Dans un token ring, les collisions restent toutefois impossibles. Le principe de circulation du jeton permet à plusieurs stations d’émettre en même temps. Les informations circulent toujours dans un seul sens.

Cela compense au moins en partie le problème de la vitesse réduite d’un tel réseau. Alors que la technologie du token ring est restée à 16 Mo/s, les réseaux Ethernet fonctionnaient déjà avec des vitesses de 100 Mo/s. Si l’on compare cependant un simple réseau en forme d’anneau avec un token ring géré par des MAUS, ce dernier vous séduira par la souplesse de ses nœuds. Ajouter ou supprimer des ordinateurs du réseau ne présente aucun problème. Même si certains postes venaient à tomber en panne, le fonctionnement n’est pas compromis. Si on ajoute sa capacité à réparer ses propres défauts, le token ring est un système très fiable.