CN1268702A - 基于通用串行总线的网络和输入/输出集线器 - Google Patents

Abstract

一种系统和方法,它提供了使用USB通信在个人计算机系统间的网络通信。公开的USB网络集线器允许在基于USB的网络中存在多个主机。该网络集线器包括一个集成的虚拟网络适配器,它提供多个主机间的通信。

Description

基于通用串行总线的网络 和输入/输出集线器

本发明一般涉及计算机系统网络，更具体地涉及网络化个人计算机系统。再具体地，本申请涉及计算机网络使用基于通用串行总线的通信。

计算机联网在工业中是，并且多年来已经是，常见的。连接网络中的许多计算机系统的能力，不论是服务器/客户或点对点，已经成为商业中不可缺少的工具，并且近来已开始进入用户家庭。为了尽可能多的人可以使用计算机网络，希望尽可能简单地建立和操作网络。

当前网络设备一般包括网络接口卡(NIC)，它被安装到每个计算机系统上，之后连接至其它计算机系统。即使是安装NIC也是大多数计算机用户所不能完成的，因为这需要打开计算机机箱并将NIC亲自安装到系统板上。

之后，每个NIC必须连接至网络集线器或直接连接至串级链结构中的一个或多个其它系统，其中网络集线器允许多个系统在一个“集线器和通话”(hub and spoke)装置中联网。之后，每个系统必须被配置以使用适合的操作系统驱动程序进行相互通信。例如打印机的其它设备可以连接到网络上，并在网络上的计算机系统间进行共享。

由于计算机网络的建立相对复杂，它超出了大多数个人或小企业的能力，除非他们愿意并能够负担雇用技术人员以进行安装。因此希望有一种尽可能简单的联网计算机系统的方法和设备。

通用串行总线(USB)标准描述了一种电缆总线，它支持在主计算机与多种可同时访问的外设间进行数据交换。这种总线允许外设被连接，配置，使用，和分离而同时主机与其它外设正在运行，即，外设是“可热交换”的。由于多数个人计算机现在有一个已安装的USB端口，用户可以简单的插入任何数量的外设到主计算机系统上，使得多种设备方便地连接和断开。

主计算机系统是安装了USB主机控制器的系统。它包括主机硬件平台(CPU，总线，等)和使用的操作系统；它一般是实际计算机系统，带有所有其它连接的USB设备，USB设备可以是USB集线器或计算机系统的其它外设。应注意，USB标准要求在任何USB系统中只能有一个主机，USB标准可以从http：//www.usb.org得到并在此作为参考。

USB系统有3种基本类型，USB主机，上文已描述；一个或多个USB设备，例如打印机，扫描仪，和调制解调器；和USB互联，它是USB设备连接至主机并与其通信的方式。该互联包括总线拓扑，层间关系，数据流模型，和USB时间表。互联的细节和设备及主机的要求可以在USB标准中找到，并且不是一般用户所关心的。

由于对于一般用户来说，USB连接和设备的使用的很容易的，它是实现计算机系统与设备之间的通信的优选方式。由于USB标准要求在任何系统中只能有一个USB主机，但是，USB还不能用于多个计算机系统的联网。因此，希望提供一种方法，它将USB系统的易用性结合入计算机网络系统，以提供对于大多数用户在技术上是可用的改进的计算机网络系统。

本发明一个目的是提供改进的计算机系统网络。

本发明的另一个目的是个人计算机系统联网的改进的系统和方法。

本发明的进一步目的是提供使用基于通用串行总线的通信的个人计算机联网的改进的系统和方法。

因此，提供了使用USB通信在个人计算机系统间进行网络通信的系统和方法。公开的USB网络集线器允许多个主机存在于一个基于USB的网络中。该网络集线器包括一个集成虚拟网络适配器，它提供多个主机间的通信。

本发明的上述和其它目的，特征，和优点在以下的详细描述中变得更清楚。

在权利要求书中阐明了本发明的新颖性特征。但是，参考以下结合附图的对示意性实施例的详细描述可以更好的理解本发明本身，最佳使用方式，进一步的目的和它的优点，其中：

图1是根据本发明的最佳实施例的数据处理系统的方框图；

图2A描述根据本发明的最佳实施例的网络集线器的方框图；

图2B描述根据本发明的另一个实施例的网络集线器的方框图；

图3是根据本发明的最佳实施例的虚拟网络适配器更详细的方框图；

图4描述根据本发明的最佳实施例的虚拟网络适配器初始化过程的流程图；和

图5是根据本发明的最佳实施例的数据传输例程的流程图。

以下描述具体化本发明的一些最佳实施例的操作和特征，本领域的技术人员可以理解本发明的范围的定义是由权利要求所限定而不是由这里的描述限定。

现在参考这些附图，特别是图1，描述了根据本发明最佳实施例的数据处理系统的方框图。数据处理系统100可以是，例如，一个台式个人计算机，它可以由纽约州Armonk的国际商业机器公司提供。数据处理系统100包括处理器101和102，在这个示意性实施例中，每个处理器分别连接至第二级(L2)高速缓存103和104，它们依次连接至系统总线106。

连接至系统总线106的还有系统存储器108和基本主机桥(PHB)122。PHB122将I/O总线连接至系统总线106，从一个总线向另一个转发和/或发送数据交易。在一个示意性实施例中，数据处理系统100包括连接至I/O总线112的图形适配器118，接收显示器120的用户接口信息。外围设备，如可以是硬盘驱动器的非易失型存储器114，和可以是传统鼠标，跟踪球，或其他的键盘/指示设备116，通过一个工业标准结构(ISA)桥连接至I/O总线112。PHB122还通过I/O总线112连接至PCI槽124和USB控制器126。

图1示出的示意性实施例只是用于说明本发明的目的，本领域的技术人员可以理解在形式和功能上都可以有多种变化。例如，数据处理系统100可以还包括一个光盘只读存储器(CD-ROM)或数字视频盘(DVD)驱动器，声卡和音频扬声器，和多个其他可选部件。所有这些变化都被认为是在本发明的实质和范围内。以下的数据处理系统100和示意性网络集线器只是用于说明目的，并不用于限制本发明。

现在参考图2A，网络集线器200包括多个子集线器202，204，206，它们每一个都分别有相关的虚拟网络适配器(VNA)210，212，214。每个子集线器被连接至主机连接器220，222，224的单一上游主机，并被连接至端口230，232，234上的一个或多个USB设备。应注意，USB标准将USB外设称为“功能”，而术语“设备”和“功能”将在此互换使用。每个子集线器允许以传统方式在它各自的上游主机和连接至其端口的设备之间进行通信。虽然在这个示意性方框图中只有一个端口连接至每个子集线器，本领域的技术人员可以理解每个子集线器可以支持多个端口。

每个子集线器的各个VNA210，212，214通过逻辑互联器而互联，以提供每个子集线器间的通信。通过VNA系统的通信，提供了多个主机间的通信。每个子集线器能够容纳一个单一上游连接器，一个单一VNA，和一个或多个下游连接器。应注意，上游连接器220，222，224不需要直接连接至主机，但可以，例如，通过一系列互联的USB集线器而连接。

提供VNA系统是为了克服USB标准的一个限制，这种限制要求每个USB系统只可以连接一个主机。在最佳实施例中，VNA210，212，214对于每个主机作为连接在各自子集线器202，204，206的以太网适配器而出现。这样，每个主机能够通过各自子集线器的VNA上的通信而进行与每个其它子集线器进行通信，并与连接到其它子集线器的节点和设备进行通信。

现参考图2B，提供了另一种网络集线器250，其中一个单一的VNA控制器260管理每个子集线器252，254，256间的通信。在本实施例中，主机和USB设备与图2A中的在功能上是相同的，本实施例通过将多个VNA控制器210，212，214的功能结合到一个单一的VNA控制器260中而减少不必要的重复逻辑。单一的VNA对每个子集线器作为它自己的专用网络设备而出现。

这个系统的运行如上，允许上游附件270，272，274上的主机分别通过子集线器252，254，256与端口280，282，284上的USB设备进行通信。VNA250允许子集线器间的通信，使得每个主机能够与其它主机有效地通信。VNA间模块286和集线器间VNA连接器288允许多个网络集线器能够互联。

现参考图3，示出了一个示意性VNA300更详细的方框图。VNA300是如图2A所示的带有多个子集线器的输入端的单一的VNA。USB I/F块330，340，350是VNA互联的USB子集线器的USB接口连接器。它们被连接至微控制器310，微控制器310管理VNA的通信。VNA固件370最好存储于非易失型闪存中。随机存储器360用作缓冲区和便笺式存储器。

VNA间端口380是可选端口，用于直接连接至另一个VNA。在最佳实施例中，这个端口的通信是标准串行通信，可使用标准空调制解调器电缆连接多个VNA。当然，如果希望更高的带宽，这个端口可以用任何高速互联器实现。

USB I/F(VNA)块320是可选的专用USB端口，使VNA作为一个USB“功能”或设备。这可用于一个USB主机直接与VNA通信，例如更新VNA固件。

图4中，示出了详细描述网络集线器的初始化过程的流程图。启动(步骤410)后，VNA微控制器初始化和启动USB接口而被任何连接的子集线器所识别和连接(步骤420)。之后，连接的子集线器识别VNA并将它作为一个USB功能连接(步骤430)。其后，当主机通过它的USB上游连接器查询子集线器时(步骤440)，子集线器指示VNA作为一个连接的USB功能(步骤450)。之后，主机连接VNA作为一个USB/网络功能(步骤460)，因为它将VNA看作连接至USB子集线器的一个网络适配器。之后，主机调入VNA的适合的网络驱动程序(步骤470)，而初始化例程结束(步骤480)。

参考图5，示出了VNA数据传输例程的流程图。当系统运行时(步骤510)，VNA微控制器将通过子集线器在它的USB接口之一从主机接收一个数据包(步骤520)。数据包在VNA随机存储器中被缓冲(步骤530)，之后被发送出至目标子集线器(步骤540)。应注意，当数据包被重发送时，VNA控制器将只对非发起USB接口重广播该数据包；这防止发起子集线器接收重发送的包广播。下一步，如果VNA间端口被启动(步骤550)，数据包也通过VNA间连接器被发送(步骤560)。最后，当所有广播完成，VNA随机存储器缓冲区被清除(步骤570)而例程结束(步骤580)。

虽然本发明已参考最佳实施例进行了说明，但是本领域的技术人员可以理解在不背离本发明的实质和范围的情况下，可以对本发明在形式和细节上作出改变。例如，虽然上述讨论特别针对通用串行总线标准，所公开的网络系统和虚拟网络适配器可以为任何通信标准和不同的计算机结构和系统进行修改。其它变化当然也是本领域的技术人员可以实现的并属于权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种计算机系统网络，包括：多个计算机系统，每个系统都带有通信端口；一个设备集线器，连接至每个所述通信端口；和至少一个外围设备，连接至所示设备集线器；其中，所述设备集线器对于每个计算机系统作为一个带有网络适配器的集线器。

2.如权利要求1的网络，其中所述设备集线器有多个子集线器，每个子集线器连接至各自一个所述计算机系统。

3.如权利要求1的系统，其中所述设备集线器包括一个微处理器系统，它为每个所述计算机系统模拟一个专用网络适配器。

4.如权利要求1的网络，其中所述计算机系统根据通用串行总线标准与所述设备集线器进行通信。

5.如权利要求1的网络，其中所述通信端口是USB端口。

6.如权利要求1的网络，其中所述计算机系统通过所述设备集线器相互通信。

7.如权利要求1的网络，其中每个计算机系统可以操作至少一个所述外围设备。

8.一种通信集线器，包括：多个主机连接器，每个运行连接用于与一个主计算机系统进行通信；多个子集线器，每个连接至各自的一个所述主机连接器；和一个虚拟网络适配器，连接至每个所述子集线器，其中所述虚拟网络适配器模拟连接至每个子集线器的网络适配器，并启动所述子集线器间的通信。

9.如权利要求8的集线器，其中所述主计算机系统根据通用串行总线标准与所述通信集线器进行通信。

10.如权利要求8的集线器，其中其中所述主机连接器是USB端口。

11.如权利要求8的集线器，其中所述主计算机系统通过所述通信集线器相互进行通信。

12.如权利要求8的集线器，其中每个子集线器配置成与至少一个外围设备通信。

13.一种通信集线器，包括：多个主机连接器，每个运行连接用于与一个主计算机系统通信；多个子集线器，每个连接至各自的一个所述主机连接器；和多个虚拟网络适配器，每个连接至各自一个所述子集线器，其中每个所述虚拟网络适配器模拟一个连接至各自子集线器的网络适配器，并且所述虚拟网络适配器之间互联以启动所述子集线器间的通信。

14.如权利要求13的集线器，其中所述主计算机系统根据通用串行总线标准与所述通信集线器进行通信。

15.如权利要求13的集线器，其中主机连接器是USB端口。

16.如权利要求13的集线器，其中所述主计算机系统通过所述通信集线器相互进行通信。

17.如权利要求13的集线器，其中每个子集线器配置成与至少一个外围设备通信。

18.一种通信集线器，包括：多个主机连接器，每个运行连接用于与一个主计算机系统进行通信；多个子集线器，每个连接至各自的一个所述主机连接器；和一个虚拟网络适配器，连接至每个所述子集线器，其中所述虚拟网络适配器进行以下步骤：通过第一个所述子集线器从第一个主计算机系统接收数据；发送所述数据至所有其它主计算机系统，但不发送至所述第一个所述子集线器。

19.如权利要求18的集线器，其中所述主计算机系统根据通用串行总线标准与所述通信集线器进行通信。

20.如权利要求18的集线器，其中主机连接器是USB端口。

21.如权利要求18的集线器，其中所述主计算机系统通过所述通信集线器相互进行通信。

22.如权利要求18的集线器，其中每个子集线器配置成与至少一个外围设备通信。

23.如权利要求18的集线器，其中所述虚拟网络适配器能够连接至其它集线器的虚拟网络适配器，允许主机与它们进行通信。

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