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.