정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 43. Token Passing 방식의 동작

43. Token Passing 방식의 동작

 

가. 토큰패싱 방식의 개요
토큰패싱 방식은 네트워크에 연결된 각 스테이션 사이를 순차적으로 토큰(Token)
이 순환하면서, 토큰을 입수한 스테이션에게만 데이터 프레임의 송신 권한을 주는 방
식이며, 데이터 프레임의 전송이 완료되면 갖고 있던 토큰을 반납하는 방식으로 동작
된다. 토큰은 미리 결정된 특정의 비트 패턴으로 구성된 패킷으로서 스테이션이 전송
매체를 접근할 있도록 해주며, 전송할 데이터 프레임을 가지고 있는 스테이션은 항상
토큰을 가지고 있어야만 데이터의 전달이 가능하다. 토큰패싱 방식은 네트워크 구성방
식에 따라 토큰링 방식과 토큰버스 방식으로 대별된다. [그림 4-20]은 토큰링 방식의
데이터 프레임 구조를 나타낸 것이다.
토큰패싱 방식에서 데이터 전송과정은 다음과 같다. 먼저, 전송할 데이터 프레임을
가지고 있는 스테이션(노드)은 전송채널이 비어(idle) 있음을 나타내는 프리(free)토큰
을 기다린다. 프리토큰을 입수한 스테이션은 이 토큰을 사용 중임을 나타내는 비지

(busy)토큰 상태로 바꾼 후에 수신측 주소를 첨가하고 데이터를 추가하여 전체 스테
이션으로 전송한다. 이후, 데이터 프레임의 전송이 완료되면, 갖고 있던 토큰을 다시
프리(free) 상태로 변환 후에 미리 정해진 다른 스테이션에 넘겨주게 된다.
이 과정에서는 데이터 프레임을 가지고 있는 스테이션이라도 토큰을 입수하지 못하
면, 데이터 프레임을 전송할 수 없게 된다. 또한 전송되는 데이터 프레임의 목적지에
해당되는 스테이션일 경우에는 수신되는 데이터 프레임을 자신의 메모리에 복사하여
저장한 후에 수신확인 여부를 데이터 프레임에 표시하여 다음의 스테이션으로 재전송
한다. 그러나, 목적지가 아닌 다른 스테이션은 수신되는 프레임에 대해 복사하지 않고
그대로 재생한 후에 다음의 스테이션으로 재전송하게 된다. 이후 데이터 프레임이 한
바뀌 돌아서 송신한 노드로 되돌아오면, 이 데이터 프레임은 제거된다.

나. 토큰패싱 방식의 동작 과정
[그림 4-21]은 토큰링 방식의 동작과정으로서, 스테이션 A에서 스테이션 E로 데이
터 프레임을 보내는 경우이다. [그림 4-21] (a)에서는 채널이 휴지(idle) 상태일 때 프
리(free)토큰이 링의 한쪽 방향으로 돌고 있다. (b)에서는 데이터 프레임의 전송을 원
하는 스테이션 B가 프리토큰이 자신에게 왔을 때, 이를 비지(busy)토큰으로 바꾼 후
전송할 데이터 프레임에 비지토큰을 덧붙여 보내게 된다. (c)에서는 데이터를 수신할
스테이션 D에서 수신된 데이터 프레임을 복사하여 저장하고, 원래의 프레임을 링을
따라 재전송한다. (d)에서는 데이터를 송신한 스테이션 A가 자신이 전송한 데이터 프
레임이 다시 돌아오면 이 프레임을 제거하고, 프리토큰을 링으로 내보내어 다른 스테
이션들이 전송하도록 하는 과정이다.

토큰버스 방식은 물리적으로는 버스형 구조이지만, 논리적으로는 링형 형태의 동작
으로 이루어진다. 반면에 토큰링 방식은 물리적인 구조나 논리적인 동작 모두가 링형
형태이다.

토큰패싱 방식의 토큰 운용과정

제 망의 구성과 토큰의 순환 과정이 모두 링형 형태이다. 그러나, 토큰버스 방식은 실
제 망의 구성이 버스형이지만 토큰의 순환 과정은 링형 형태이다. 네트워크를 초기화
할 때 각 스테이션들이 토큰을 서로 송수신하기 위한 적절한 순서를 설정하게 되며,
스테이션에 장애가 발생할 경우에는 이들 순서를 조정하여 재설정할 수 있다.
다. 토큰패싱 방식의 특징
토큰링 방식은 LAN에서 널리 사용되는 MAC 방법으로서, IBM의 LAN 제품 역사
와 같이 하고 있는데, 기본적인 전송속도는 4~16Mbps이며 동축케이블과 광섬유케이
블 등을 전송매체로 사용한다. 토큰링 방식은 각 스테이션이 점대점으로 연결되고, 각
스테이션이 리피터 역할을 수행하므로 별도의 리피터 없이 비교적 먼거리까지 데이터
패킷을 전송할 수 있다.
특히, 토큰의 방출 시점에 따라 데이터가 링을 한바퀴 돌아 송신 노드로 다시 되돌
아 온 후에 방출하면 약 4Mbps의 전송속도를 갖지만, 데이터 프레임을 전송한 직후에
토큰을 방출하게 되면 16Mbps 이상의 전송속도를 갖는 고속 링의 구성이 가능하다.
토큰버스 방식은 버스형 토폴로지에 토큰방식을 채택하여 자유경쟁에 의한 충돌을
제거하면서 노드 간에 데이터 프레임을 전송하게 된다. 전송매체가 동축케이블로 주로
구성되며, 공장자동화에 많이 사용되고 있다. 토큰링 방식과는 달리 각 스테이션이 데이터 프레임에 대한 적극적인 중계기능을 수행하지 않지만, 스테이션의 추가 및 제거
가 용이하며, 스테이션 간에 토큰 전송순서를 자유롭게 설정할 수 있다.
토큰패싱 방식은 토큰을 이용하기 때문에 네트워크 상에서 스테이션 간에 데이터
프레임의 충돌현상이 발생하지 않고, 모든 스테이션이 동일한 전송 기회를 갖게 되므
로 부하의 증가에 따른 영향이 적다. 그러나, 낮은 부하에도 기본적인 오버헤드가 존
재하게 되고, 한 노드가 계속 토큰을 가지고 있으면 네트워크가 마비되는 데드록
(dead lock)이 발생하게 된다.
 

<CSMA / CD 방식과 토큰패싱 방식에 대한 특징 비교>

구분	CSMA / CD	토큰패싱
개요	•송신 전에 전송매체의 사용여부를 확인 •전송매체가 비어있을 때만 송신 •송신 중에 충돌 발생을 감지 •충돌 발생 시 송신 중지	•데이터 송신권을 갖는 토큰을 각 스테이 션에 순환 •송신하려는 노드는 토큰 확보 후 송신
장점	•전송량이 적을 때 유리 •저렴한 가격	•망내 스테이션의 데이터 전송 기회가 동일 •각 스테이션이 리피터 기능을 가지므로 데이터 전송품질이 양호
단점	•전송회선 사용률이 일정 비율 이상이면 (대개 10% 이상) 충돌이 많아지고, 망내 지연시간이 급속히 증가 •일정 길이 이하의 데이터 송신시 충돌 검출 불가	•낮은 부하에도 오버헤드가 큼 •장애의 검출 및 외부 처리가 매우 복잡 •토큰 메시지를 제거하기 위한 회로가 필요
주요 용도	•이더넷	•초고속 LAN