DE10058457A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Multiplexen von Datenpaketen - Google Patents

Abstract

Mit einer Adressinformation (VPI, VCI) versehene Datenpakete werden an einem Eingangsanschluss (5a, 5b, 5c, 5d) eines Knotens (1) empfangen. Die Adressinformation wird in einen Anfangsteil und einen Folgeteil zerlegt (S1), und der Anfangsteil wird als Adresse zum Adressieren einer Zeigertabelle (15) verwendet (S2), die Einträge enthält, welche die Art und Weise definieren, in der der Folgeteil auszuwerten ist, um eine Leitweginformation für das Datenpaket zu finden. DOLLAR A Der Eintrag kann einen Zeiger auf eine Verbindungstabelle, die die Leitweginformation enthält (S4, V), oder auf einen weiteren Eintrag der Zeigertabelle (S43, Z) umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Multiplexen von Datenpake­ ten in einem Paketdatennetzwerk.

Eine bevorzugte, aber nicht ausschließliche Anwen­ dung des Verfahrens und der Vorrichtung liegt auf dem Gebiet der ATM-(Asynchronous Transfer Mode) Netzwerke. Der asynchrone Transfer-Modus (ATM) fin­ det in modernen, breitbandigen Telekommunikations­ netzen Anwendung. ATM basiert auf der Übertragung von Datenströmen und -paketen in Zellen konstanter Länge. ATM ist verbindungsorientiert, d. h. jede übertragene Zelle lässt sich eindeutig einer vorher aufgebauten oder eingerichteten Verbindung zuord­ nen. Diese Zuordnung erfolgt mit einer Adressinfor­ mation im Zellkopf, die gebildet wird aus dem Vir­ tual Path Identifier (VPI) und dem Virtual Channel Identifier (VCI).

Das VPI-Feld umfasst im NNI-(Network-Network-Inter­ face)-Betrieb 12, im UNI-(User-Network-Interface)- Betrieb 8 Bit. Das VCI-Feld umfasst 16 Bit. Insge­ samt sind somit bis zu 2²⁸ Verbindungen unter­ scheidbar. Die Zahl der möglichen Verbindungen in einem ATM-Multiplexer ist weitaus geringer als die­ ses theoretische Limit, bedingt durch die Tatsache, dass für jede aufgebaute Verbindung ein Eintrag in einer Tabelle benötigt wird, der diverse Parameter enthält, die im folgenden kurz als Leitweginforma­ tion bezeichnet werden sollen, z. B. die Werte des VPI bzw. VCI, die dem Paket bei seiner Weiterlei­ tung auf einem Ausgangskanal beigefügt werden müs­ sen, Routing-Informationen, Prioritäten etc.

Die große Zahl von durch VPI und VCI unterscheidba­ ren Verbindungen und die entsprechende Vielfalt ih­ rer Adressen führt zu technischen Problemen bei der Auffindung der Leitweginformationen für ein Daten­ paket. Wenn man die Adressinformation, mit der ein Datenpaket an einem Knoten des Netzwerks ankommt, direkt zum Adressieren einer die Leitweginformation enthaltenden Tabelle dieses Knotens benutzen woll­ te, so würde man eine Tabelle benötigen, deren Grö­ sse ausreicht, um für jeden möglichen Wert der Adressinformation die Leitweginformation darin un­ terzubringen. Um diesen Speicherbedarf zu reduzie­ ren, ist es bekannt, jeder Verbindung in einem Mul­ tiplexer eine sogenannte interne Adresse zuzuord­ nen, deren Länge sich nach der maximal erwarteten oder praktisch möglichen Zahl von gleichzeitig zu verarbeitenden Verbindungen richtet, und eine Ver­ bindungstabelle einzurichten, die die Leitweginfor­ mation für alle diese Verbindungen aufnimmt, und deren Größe entsprechend der Zahl der internen Adressen gewählt ist.

Eine solche Adresse kann mit z. B. 14 Bit halb so lang wie die ursprünglich mit einem ATM-Paket über­ tragene Adressinformation sein.

Um die Leitweginformation zu einer Verbindung zu finden, ist es notwendig, die mit einem Paket über­ tragene Adressinformation, gegebenenfalls unter Einbeziehung der Bezeichnung eines Eingangsan­ schlusses, an dem das Paket empfangen worden ist, in die interne Adresse umzusetzen. Diese Adressin­ formation wird im folgenden als Eingangsadresse be­ zeichnet. Für die Umsetzung der Eingangsadresse in die interne Adresse existieren im wesentlichen zwei Verfahren:
Das erste ist die Umsetzung mit Hilfe eines Asso­ ziativspeichers (Content Addressable Memory, CAM). Bei diesem Verfahren wird die Eingangsadresse einem Assoziativspeicher übergeben, und dieser liefert als interne Adresse die Adresse desjenigen seiner Speicherplätze zurück, an dem diese Eingangsadresse gespeichert ist. Die Zahl der Speicherplätze eines solchen Assoziativspeichers braucht nicht größer zu sein als die Zahl der maximal zu verarbeitenden Verbindungen; mögliche Werte von der Eingangsadres­ se, zu der keine Verbindung eingerichtet ist, sind in dem Assoziativspeicher nicht gespeichert.

Derartige Assoziativspeicher sind jedoch kostspie­ lig, und ihre Kosten nehmen mit zunehmender Größe überproportional zu.

Ein zweites, preiswerter zu realisierendes Verfah­ ren für die Adressumsetzung ist ein Tabellenverfah­ ren, bei dem nur ein Teil der Bits der Eingangs­ adresse ausgewertet wird. Wenn z. B. bekannt ist, dass alle virtuellen Pfade eines gegebenen ATM- Netzwerks maximal 64 Kanäle unterstützen, so werden zu deren eindeutiger Kennzeichnung 6 Bits benötigt. Dies bedeutet, dass 10 Bit von den 16 Bit des VCI- Feldes der Eingangsadresse bei der Umsetzung in die interne Adresse ignoriert werden können, was den Speicherbedarf der Umsetzungstabelle um einen Fak­ tor 2 ¹⁰ reduziert. Es liegt jedoch auf der Hand, dass mit einem solchen Verfahren eine erhebliche Einschränkung der Flexibilität des ATM-Netzwerks einher geht, und dass die Skalierbarkeit in Rich­ tung höherer Kanalzahlen verloren geht.

Diese Problematik ist hier zwar beispielhaft für ein ATM-Netzwerk dargelegt, sie tritt jedoch bei Netzwerken unterschiedlicher Art immer dann auf, wenn ein Knoten eines Datenübertragungsnetzwerks an empfangenen Datenpaketen Verarbeitungsschritte in Abhängigkeit von deren Adressinformation durchfüh­ ren muss und die Zahl der möglichen Werte dieser Adressinformation wesentlich größer ist, als die Zahl der Verbindungen oder Datenflüsse, die der Knoten gleichzeitig zu handhaben in der Lage ist.

Vorteile der Erfindung

Durch die vorliegende Erfindung werden ein Verfah­ ren zum Multiplexen von Datenpaketen und ein Multi­ plexer geschaffen, die kostengünstig und mit geringem Speicheraufwand realisierbar und gut skalierbar sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie transparente virtuelle Pfade zulässt, d. h., dass wahlweise die Auswertung eines VCI-Werts in dem Multiplexer zugelassen oder unterbunden werden kann.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie in der Lage ist, auf einfache Weise inho­ mogene Verbindungsszenarien zu unterstützen. Insbe­ sondere können in einem Multiplexer transparente und nichttransparente virtuelle Pfade sowie virtu­ elle Pfade mit stark unterschiedlichen Zahlen von virtuellen Kanälen bequem gehandhabt werden.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäss dadurch er­ reicht, dass zu einem mit einer Adressinformation versehenen, an einem Eingangsanschluss eines Multi­ plexers empfangenen Datenpaket Leitweginformation für das Datenpaket anhand der Adressinformation aus einer Verbindungstabelle ermittelt wird und das Pa­ ket anhand der ermittelten Leitweginformation an einem Ausgangsanschluss des Multiplexers ausgegeben wird, wobei die Adressinformation in einen An­ fangsteil und einen Folgeteil zerlegt wird, und der Anfangsteil als Adresse zum Adressieren einer Zei­ gertabelle verwendet wird, die Einträge enthält, welche die Art und Weise definieren, in der der Folgeteil zum Auffinden der Leitweginformation aus­ zuwerten ist, und anhand des so adressierten Ein­ trags eine Auswahl zwischen wenigstens zwei ver­ schiedenen Methoden zur Auswertung des Folgeteils getroffen wird.

Eine erste dieser Methoden kann zum Einsatz kommen, wenn der adressierte Eintrag der Zeigertabelle ei­ nen Verbindungszeiger auf einen Eintrag der Verbin­ dungstabelle beinhaltet. In diesem Fall wird ein anhand dieses Verbindungszeigers gefundener Ziel­ eintrag der Verbindungstabelle gelesen und ausge­ wertet. Dabei wird vorzugsweise die Adresse des Zieleintrags anhand des Verbindungszeigers und des Folgeteils berechnet. So kann z. B. der Verbindungs­ zeiger ein Zeiger auf den Anfang eines Bereichs der Verbindungstabelle sein, der eine Mehrzahl von Ein­ trägen enthält, und der Zahlenwert des Folgeteils kann jeweils als Offset zum Adressieren eines ein­ zelnen dieser Einträge dienen.

Eine zweite Methode kann zum Einsatz kommen, wenn der adressierte Eintrag der Zeigertabelle einen Zeigertabellenzeiger auf einen weiteren Eintrag der Zeigertabelle beinhaltet. In diesem Fall wird ein weiterer Eintrag der Zeigertabelle an einer anhand des Zeigertabellenzeigers gefundenen Stelle gelesen und ausgewertet wird.

Dabei wird zweckmäßigerweise zum Finden der Stelle zusätzlich zum Zeigertabellenzeiger auch der Folge­ teil herangezogen. Vorzugsweise geschieht dies da­ durch, dass der Folgeteil in einen neuen Anfangs­ teil und einen neuen Folgeteil zerlegt wird, und dass die Adresse des weiteren Eintrags anhand des Zeigertabellenzeigers und des neuen Anfangsteils berechnet wird. Die Zerlegung des Folgeteils in ei­ nen neuen Anfangsteil und einen neuen Folgeteil kann so oft wiederholt werden, bis schließlich die Adresse eines Eintrags erhalten wird, der einen Verbindungszeiger enthält, d. h. der auf die Verbin­ dungstabelle verweist.

Um die Zerlegung des Folgeteils in einen neuen An­ fangsteil und einen neuen Folgeteil durchführen zu können, ist bevorzugt, dass der adressierte Eintrag der Zeigertabelle ferner eine Angabe enthält, die definiert, welche Bits des Folgeteils dem neuen An­ fangsteil und welche dem neuen Folgeteil angehören sollen. Auf diese Weise wird eine große Flexibili­ tät bei der Adressauswertung erreicht, die das Ver­ fahren zur Anwendung in heterogenen Verbindungssze­ narien besonders gut geeignet macht.

Grundsätzlich könnten die Bits einer Eingangs- Adressinformation bzw. eines Folgeteils auf völlig beliebige Weise auf Anfangsteil und Folgeteil bzw. neuen Anfangsteil und neuen Folgeteil aufgeteilt werden. So ist es nicht ausgeschlossen, dass ein Bit der Eingangs-Adressinformation bzw. des Folge­ teils dem (neuen) Anfangsteil (oder Folgeteil) zu­ geordnet wird, während höher- und niedrigerwertige Bits dem (neuen) Folgeteil (bzw. Anfangsteil) zuge­ schlagen werden. Auch Permutationen von Bits bei der Aufteilung in Anfangs- und Folgeteil sind nicht ausgeschlossen.

Der Einfachheit halber ist jedoch bevorzugt, dass Anfangsteil und Folgeteil jeweils aufeinanderfol­ gende Bits der Adressinformation umfassen.

Wenn nicht die gesamte Adressinformation ausgewer­ tet werden muss, um eine Verbindung eindeutig zu identifizieren, so sind die Anfangs- und Folgeteile zweckmäßigerweise so begrenzt, dass sie durch nicht auszuwertende Bits getrennt sind, die bei der Zer­ legung in Anfangs- und Folgeteil weder dem einen noch dem anderen Teil zugeordnet werden.

Zur Erhöhung der Sicherheit kann vorgesehen werden, dass in dem jeweils adressierten Eintrag der Zei­ gertabelle und/oder der Verbindungstabelle ferner eine Angabe gelesen wird, die angibt, ob dieser Eintrag gültig ist oder nicht, und dass das Verfah­ ren abgebrochen wird, wenn der Eintrag sich als nicht gültig erweist. Falls dies geschieht, kann der Knoten daraus folgern, dass er eine fehlerhafte Adressinformation erhalten hat, und er kann eine erneute Übertragung des betreffenden Pakets anfor­ dern.

Zweckmäßigerweise wird die Adressinformation eines Datenpakets vor seiner erneuten Ausgabe durch den Knoten anhand der in der Verbindungstabelle gefun­ denen Leitweginformation aktualisiert. Dabei ist es nicht notwendig, alle Bits der Adressinformation zu verändern, vielmehr enthält vorzugsweise die Leit­ weginformation eine Information, die definiert, welche Bits der Adressinformation verändert werden sollen und welche nicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figu­ ren.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ATM- Knotens mit einem erfindungsgemäßen Mul­ tiplexer;

Fig. 2 den Aufbau des erfindungsgemäßen Multi­ plexers;

Fig. 3 das Format eines Eintrags in der Zeiger­ tabelle des Multiplexers;

Fig. 4 und 5 Beispiele für das Format eines Ein­ trags der Verbindungstabelle; und

Fig. 6 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein stark schematisiertes Blockdia­ gramm eines Knotens 1 eines ATM-Netzwerks, der ei­ nen erfindungsgemäßen Multiplexer 2 enthält. Der Knoten verbindet eine Mehrzahl von Eingangs- und Ausgangs-Übertragungsstrecken, hier jeweils vier Stück, die mit 3a, 3b, 3c, 3d bzw. 4a, 4b, 4c, 4d bezeichnet sind. Auf den Eingangs-Übertragungs­ strecken werden ATM-Zellen an den Knoten 1 gesen­ det, die jeweils eine Adressinformation enthalten, anhand derer der Knoten 1 die Ausgangs-Übertragungsstrecke bestimmen muss, auf der die Zelle wei­ ter gesendet werden muss. Diese Adressinformation umfasst einen Virtual Path Identifier VPI von je nach Betriebsmodus (UNI oder NNI) des ATM-Netzes 8 oder 12 Bit Länge und einen Virtual Channel Identi­ fier VCI von 16 Bit Länge.

Die auf den Übertragungsstrecken 3a, 3b, 3c, 3d eintreffenden ATM-Zellen durchlaufen Eingangs­ schnittstellen 5a, 5b, 5c, 5d des Knotens 1, die jede empfangene Zelle zusätzlich mit einer für die jeweilige Eingangsschnittstelle 5a, 5b, 5c oder 5d charakteristischen Port-Nummer verknüpft an den Multiplexer 2 weiterleiten. Die gesamte Eingangs- Adressinformation der vom Multiplexer 2 empfangenen Zellen umfasst also für jede Zelle VPI, VCI und Port-Nummer.

Aufgabe des Multiplexers 2 ist, anhand dieser Ein­ gangs-Adressinformation eine Ziel-Adressinformation zu erzeugen und zusammen mit der Zelle wieder aus­ zusenden, anhand derer die für die Weiterleitung der Zelle geeignete Ausgangs-Übertragungsstrecke 4a, 4b, 4c oder 4d ausgewählt werden kann und an­ hand derer gegebenenfalls ein entsprechend aufge­ bauter Knoten, der den anderen Abschluss der ausge­ wählten Ausgangs-Übertragungsstrecke bildet, sei­ nerseits wieder eine Adressübersetzung und -weiter­ leitung vornehmen kann. Jeder Ausgangs-Übertra­ gungsstrecke 4a, 4b, 4c bzw. 4d ist eine Ausgangs- Schnittstelle 6a, 6b, 6c, 6d zugeordnet, die unter den von dem Multiplexer 2 ausgegebenen ATM-Zellen anhand von deren Ziel-Adressinformation diejenigen bestimmt, die für die jeweils zugeordnete Übertra­ gungsstrecke bestimmt sind und diese auf die Über­ tragungsstrecke weiterleitet.

Der Aufbau des Multiplexers 2 ist in Fig. 2 im De­ tail gezeigt. Er umfasst ein Steuerwerk 11, ein kombinatorisches Netzwerk 12, zwei Gruppen von D- Flipflops 13, 14 und zwei Speicherelemente 15, 16, von denen im folgenden das Element 15 als Zeigerta­ belle und das Element 16 als Verbindungstabelle be­ zeichnet wird. Dabei versteht sich, dass der hier gezeigte Aufbau lediglich exemplarisch ist, und dass es eine Vielzahl anderer Schaltungsmöglichkei­ ten gibt, um das von dem Multiplexer 2 ausgeführte Multiplex-Verfahren zu realisieren.

Die Arbeitsweise des Multiplexers 2 wird im folgen­ den unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der Fig. 6 und die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Daten­ formate erläutert.

Das Verfahren geht aus von einer Eingangsadresse A einer ATM-Zelle, die dem kombinatorischen Netzwerk 12 über einen Eingang 17 zugeführt wird. Diese Ein­ gangsadresse A umfasst, wie oben angegeben, Port- Nummer, VPI und VCI einer ATM-Zelle. Die Länge der Port-Nummer beträgt allgemein P Bits, wenn die Zahl der Eingänge des Multiplexers 2 nicht größer ist als 2^P. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird diese Eingangsadresse A aufgespalten in einen Anfangsteil A0 und einen Folgeteil A1 von jeweils fest vorgegebener Länge. Dabei sind die Bezeichnun­ gen Anfangsteil und Folgeteil lediglich der Anschaulichkeit halber gewählt; es ist nicht erfor­ derlich, dass der Anfangsteil die ersten und der Folgeteil die darauffolgenden Bits der Eingangs- Adressinformation A umfasst, grundsätzlich können die Bits von Anfangs- und Folgeteil beliebig aus den Bits der Eingangs-Adressinformation zusammenge­ stellt sein.

Bei dem hier betrachteten Beispiel werden als An­ fangsteil A0 mit einer fest vorgegebenen Länge die P Bits der Port-Nummer abgespalten; VCI und VPI verbleiben als Folgeteil A1.

Das kombinatorische Netzwerk 12 gibt den so erhal­ tenen Anfangsteil A0 an den D-Eingang des D- Flipflops 13 aus, in das er, gesteuert durch ein am E-Eingang des D-Flipflops 13 anliegendes Steuersi­ gnal der Steuerschaltung 11 übernommen wird. Ge­ steuert durch einen externen Takt Clk wird dieser erste Anfangsteil als Adresse an die Verbindungsta­ belle 15 ausgegeben. Durch die Zwischenschaltung des D-Flipflops 13 zwischen kombinatorischem Netz­ werk 12 und Verbindungstabelle 15 ist es möglich, die Eingangsadresse der Verbindungstabelle 15 über mehrere Zyklen des Taktes Clk hinweg konstant zu halten, so dass für die umfangreiche Verbindungsta­ belle 15 preiswerte, mäßig schnelle Bausteine ein­ gesetzt werden können.

Das Format der Einträge in der Zeigertabelle 15 ist in Fig. 3 gezeigt. Jeder Eintrag enthält ein soge­ nanntes Used-Bit UB, ein einzelnes Bit, das angibt, ob der betreffende Eintrag gültig ist oder nicht.

Dieses Bit UB hat eine Kontrollfunktion; bei ord­ nungsgemäßem Funktionieren und wenn die Eingangs­ adresse fehlerfrei ist, muss das Used-Bit eines adressierten Eintrags dessen Gültigkeit anzeigen.

Ein wesentliches Element jedes Eintrags ist der Folgezeiger (Following-Pointer) F-PTR, der einen Zeiger auf einen weiteren Tabelleneintrag dar­ stellt. Auf welche der zwei Tabellen, Zeigertabelle 15 oder Verbindungstabelle 16, der Zeiger F-PTR zeigt, ist durch ein Pointer-Type-Bit PTB angege­ ben. Die Länge des Folgezeigers F-PTR ist deutlich geringer als die der Eingangs-Adressinformation, sie kann typischerweise etwa bei der Hälfte dieser Länge, z. B. bei 16 Bit liegen.

Der Ausgang der Zeigertabelle 15 ist mit dem Steu­ erwerk 11 und dem kombinatorischen Netzwerk 12 ver­ bunden, um diesen die Auswertung des Eintrags zu ermöglichen. So kann das Steuerwerk 11 in dem Fall, dass das Used-Bit UB die Ungültigkeit des Eintrags angibt, daraus folgern, dass beim Beschreiben der Zeigertabelle 15 ein Fehler aufgetreten sein muss, und die Erzeugung einer entsprechenden Fehlermel­ dung veranlassen.

Wenn das Pointer-Type-Bit angibt, dass es sich bei dem Folgezeiger F-PTR um einen Zeiger auf die Zei­ gertabelle 15 handelt (Schritt S4), so berechnet das kombinatorische Netzwerk 12 in den Schritten S5, S6 anhand des Folgezeigers F-PTR und des Folge­ teils A1 der Eingangs-Adressinformation die Adresse eines weiteren Eintrags deren Zeigertabelle 15, auf den in einem folgenden Zyklus zugegriffen wird. Zur Ermittlung dieser Adresse werden die Elemente F-LSB (Following LSB) und F-S (Following Size) des Ein­ trags im Schritt S5 herangezogen.

Diese zwei Elemente legen die Art und Weise fest, wie der Folgeteil, der gegenwärtig VPI und VCI der Eingangs-Adressinformation umfasst, in einen neuen Anfangsteil A0 und einen neuen Folgeteil A1 zerlegt wird. Genauer gesagt bezeichnet das Element F-LSB die Nummer desjenigen Bits in dem ursprünglichen Folgeteil, das zum niedrigst signifikanten Bit (Least Significant Bit, LSB) des neuen Anfangsteils A0' werden soll, und F-S gibt die Länge dieses An­ fangsteils in Bits an. Da der ursprüngliche Folge­ teil A1 28 Bits umfasst, genügt für F-LSB und F-S jeweils eine Länge von 5 Bit, um jedes dieser 28 Bits bzw. eine beliebige Länge des neuen An­ fangsteils zwischen 1 und 28 Bit spezifizieren zu können.

Als Beispiel wird angenommen, dass der neue An­ fangsteil A0' den VPI der Eingangs-Adressinforma­ tion enthalten soll. In diesem Fall hat F-LSB den Wert 16, und der Wert von F-S kann unterschiedlich sein, je nachdem, für welche Zahl von virtuellen Pfaden der ATM-Knoten 1 ausgelegt ist, in dem der Multiplexer 2 eingesetzt wird. Wenn der Knoten 1 NNI-Zellen vermitteln soll, erhält F-S den Wert 12, bei Vermittlung von UNI-Zellen hat es den Wert 8. Es ist aber ohne weiteres zu verstehen, dass durch Wahl anderer Werte von F-S die Auswertung von hö­ herwertigen Bits des VPI selektiv unterbunden werden kann. Denkbar ist auch, mit einem Wert des F- LSB von mehr als 16 zu operieren, um die Auswertung niedrig signifikanter Bits des VPI zu unterbinden.

Ergebnis der Zerlegung ist ein neuer Anfangsteil A1' von F-S Bit Breite, der in Schritt S6 als Offset-Wert zu dem zuvor ermittelten Folgezeiger F- PTR hinzu addiert wird, um eine Adresse A0 für ei­ nen erneuten Tabellenzugriff zu bilden.

Das Verfahren kehrt nun zurück zu Schritt S2, wo mit Hilfe der so gebildeten Adresse A0 erneut auf die Zeigertabelle 15 zugegriffen wird, um dort ei­ nen weiteren Eintrag zu lesen.

Wenn die Überprüfung des Used-Bits UB in Schritt S3 ergibt, dass der Eintrag ungültig ist, so muss ein Fehler bei der Übertragung der Adressinformation A an den Knoten 1 stattgefunden haben. Diese Informa­ tion kann vom Steuerwerk 11 genutzt werden, um eine neue Übertragung der Zelle von dem Knoten anzufor­ dern, der diese gesendet hat.

In Schritt S4 wird wiederum überprüft, ob der Fol­ gezeiger F-PTR ein Zeiger auf die Zeigertabelle 15 oder auf die Verbindungstabelle 16 ist. Falls es sich wiederum um einen Zeiger auf die Zeigertabelle 15 handelt, werden die Schritte S5, S6, S2, S3 wie­ derholt. Wenn es sich um einen Zeiger auf die Ver­ bindungstabelle 16 handelt, verzweigt das Verfahren zu Schritt S7. In diesem Schritt wird der Folgeteil A1 als Offset zu dem Folgezeiger F-PTR hinzu ad­ diert, um eine Adresse eines Eintrags in der Verbindungstabelle 16 zu erzeugen. In Schritt S8 gibt das kombinatorische Netzwerk 12 die so erhaltene Adresse über das D-Flipflop 14 an die Verbindungs­ tabelle 16 aus, um den betreffenden Eintrag zu le­ sen.

Ein erstes Beispiel für das Format eines solchen Eintrags ist in Fig. 4 gezeigt. Der Eintrag umfasst ein Used-Bit UB, das die gleiche Funktion wie das entsprechende Bit eines Eintrags der Zeigertabelle hat. Ein weiteres Element NH (New Header) von 28 Bit Länge enthält neue Werte von VPI und VCI, die im Falle einer nichttransparenten Übertragung zu der ATM-Zelle als neue Adressinformation bei ihrer Weitersendung über einen der Ausgänge 4a bis 4d beigegeben werden.

In Schritt S9 wird anhand dieses Used-Bits über­ prüft, ob der gefundene Eintrag gültig ist oder nicht. Wenn nicht, kann wie bei der Prüfung des Schritts S3 eine Neuübertragung angefordert werden. Wenn ja, wird der Eintrag ausgewertet, um eine Ziel-Adressinformation für das Paket zu erzeugen und das mit dieser Ziel-Adressinformation versehene Paket in Schritt S10 auszugeben.

Zwei weitere Elemente NH-LSB und NH-MSB (New Hea­ der-Least Significant Bit und New Header-Most Si­ gnifant Bit) werden als Teil der Leitweginformation in der Verbindungstabelle 16 benötigt, wenn der Multiplexer 2 auch in der Lage sein soll, Pakete transparent, d. h. unter wenigstens teilweiser Be­ lassung ihrer Eingangs-Adressinformation, zu vermitteln. Diese zwei jeweils 5 Bit langen Elemente bezeichnen jeweils das höchstwertige und das nied­ rigstwertige Bit, das von einer Adressänderung be­ troffen sein soll. Im Falle einer nichttransparen­ ten Übertragung haben diese Elemente jeweils den Wert 0 bzw. 27, mit der Folge, dass VPI und VCI ei­ ner Zelle in Schritt S10 komplett ersetzt werden. Wenn z. B. NH den Wert 16 hat, so bedeutet dies, dass in der von dem Knoten 1 ausgegebenen ATM-Zelle lediglich das VPI-Feld in Schritt S10 ersetzt wird, das - je nach Modus - den 8 oder 12 höchstwertigen Bits der Adressinformation entspricht, der VCI-Wert hingegen bleibt unverändert erhalten. Wenn das Ele­ ment NH-MSB den Wert 23 hat, so können nur 8 Bit des VPI verändert werden, was einen Betrieb des ATM-Netzes im UNI-Modus entspricht.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Format eines Eintrags in der Verbindungstabelle sind die zwei Elemente NH-LSB, NH-MSB durch ein 28 Bit langes Element NHM (New Header Mask) ersetzt. Der logische Zustand 0 oder 1 jedes Elements dieses Elements gibt an, ob das entsprechende Bit der Adressinformation in Schritt S10 durch den im Element NH eingetragenen Wert ersetzt werden soll, oder ob die Eingangs- Adressinformation für dieses Bit unverändert blei­ ben soll. Mit diesem Format lässt sich eine noch größere Flexibilität bei der Festlegung transparen­ ter Datenkanäle erreichen, da beliebige, auch nicht zusammenhängende Gruppen von Bits der Adressinfor­ mation als nicht zu verändernd definiert werden können.

Weitere, für die Formate von Fig. 4 und 5 identi­ sche Elemente eines Eintrags der Verbindungstabelle sind ein UPC-Bit, das angibt, ob eine UPC-Funktion auf diese Zelle anzuwenden ist, und ein UPC-Zeiger UPC-PTR, der ein Zeiger auf die der Eingangs- Adressinformation zugeordnete UPC-Funktion beinhal­ tet. Damit ist es möglich, die Zahl der unabhängi­ gen UPC-Einheiten (eine pro Verbindung wird benö­ tigt) kleiner zu halten als die Gesamtzahl der von dem Multiplexer bearbeiteten Verbindungen.

Als weitere Elemente können vorhanden sein: ein Routing Tag RT von z. B. 32 Bit Breite für internes Routing im Multiplexer, eine interne Verbindungs­ nummer ICN und ein Element PC, das eine Prioritäts­ klasse der Verbindung angibt.

Bei Inbetriebnahme des Multiplexers müssen Zeiger­ tabelle 15 und Verbindungstabelle 16 initialisiert werden. Da noch keine Verbindungen bestehen, werden die Used-Bits UB aller Einträge auf den logischen Wert "falsch" gesetzt. Wenn eine Verbindung einge­ richtet oder geschaltet wird, wird ein Eintrag in der Verbindungstabelle 15 sowie ein oder mehrere Einträge in der Zeigertabelle 16 geschrieben. Dies soll an einem Beispiel gezeigt werden. Dabei wird angenommen, dass eine Eingangs-Schnittstelle mit der Port-Nummer 27 virtuelle Pfade VP0 und VP1 nutzt. VP0 ist transparent, im VP1 sind virtuelle Kanäle VC64, VC66 und VC68 verwendet. Um zwischen den verschiedenen Verbindungen zu unterscheiden, genügt es, das Bit 0 des VP1 bzw. Bits 1 und 2 des VCI einer Adressinformation auszuwerten.

Ein erster für die Vermittlung der Zellen der Ein­ gangs-Schnittstelle 27 benötigter Eintrag wird an der Adresse 27 der Zeigertabelle eingerichtet. Sein Used-Bit UB erhält den logischen Wert "wahr", der Folgezeiger F-PTR erhält einen Wert X, und das Pointer-Type-Bit PTB erhält einen Wert, der angibt, dass es sich beim Folgezeiger um einen Zeiger auf einen Eintrag der Zeigertabelle handelt. Die Ele­ mente F-LSB und F-S haben jeweils Werte 16 bzw. 1, die angeben, dass in der folgenden Iterationsstufe der Auswertung der Adressinformation allein das 16te Bit berücksichtigt werden soll, das die Unter­ scheidung zwischen den virtuellen Pfaden VP0 und VP1 erlaubt.

Der Eintrag mit der Adresse X der Zeigertabelle 15 ist dem virtuellen Pfad VP0 zugeordnet. Er hat ein Used-Bit UB mit dem logischen Wert "wahr", einen Folgezeiger F-PTR mit dem Wert Y und ein Pointer- Type-Bit PTB, welches angibt, dass der Folgezeiger auf die Verbindungstabelle weist. Da mit dem Finden eines Verweises auf die Verbindungstabelle 16 die Auswertung der Eingangs-Adressinformation abge­ schlossen ist, hat das Element F-S den Wert 0, und F-LSB kann einen beliebigen Wert haben.

Die Adresse X + 1 der Zeigertabelle 15 ist dem virtu­ ellen Pfad VP1 zugeordnet. Sie umfasst ein Used-Bit UB mit dem logischen Wert "wahr", einen Folgezeiger F-PTR mit einem Wert Z, ein Pointer-Type-Bit PTB, das angibt, dass der Folgezeiger F-PTR auf die Ver­ bindungstabelle 16 weist, und die Elemente U-LSB und F-S mit den Werten 1 bzw. 2, die angeben, dass beim Zugriff auf die Verbindungstabelle das 0te Bit des VCI vernachlässigt wird und allein die Bits 1 und 2 ausgewertet werden.

Die Verbindungstabelle erhält Einträge an den Adressen Y, Z, Z + 1 und Z + 2. Dabei erhält die Adres­ se Y einen Eintrag mit den Daten der transparenten Verbindung VP0, die Adresse Z einen Eintrag mit den Daten der Verbindung VP1, VC64, die Adresse Z + 1 Da­ ten der Verbindung VP1, VC66 und die Adresse Z + 2 Daten der Verbindung VP1, VC68. Ein weiterer Ein­ trag an der Adresse Z + 3 ist nicht verwendet und be­ hält daher ein Used-Bit UB mit dem logischen Wert "falsch".

Beim Aufbau von Verbindungen kann es nötig sein, die Speicherbereiche neu zu ordnen, Einträge von Verbindungen zu verschieben und Verbindungsdaten an Speicherplätzen, die nicht mehr einer Verbindung zugeordnet sind, als ungültig zu kennzeichnen. Um Datenblöcke in der Verbindungstabelle zu verschie­ ben, wird der Datenblock zunächst an die neue Adresse kopiert, anschließend der auf diesen Block zeigende Zeiger in der Zeigertabelle geändert, und schließlich wird der ursprüngliche Block gelöscht. Das gleiche Verfahren wird zum Verschieben eines Blocks innerhalb der Zeigertabelle angewandt.

Wie das obige Beispiel gezeigt hat, ergibt sich die Zahl der Rekursionsschritte aus der Anzahl von Blöcken von auszuwertenden, zusammenhängenden Bits in der Eingangsadresse und kann von Zelle zu Zelle unterschiedlich sein, insbesondere kann diese Zahl auch größer als 2 sein.

Der Multiplexer und sein Betriebsverfahren sind oben zwar speziell mit Bezug auf ein ATM-Netzwerk beschrieben worden, es liegt aber auf der Hand, dass sie in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen anwendbar sind, wo Daten über Knoten vermittelt werden, die zur Kennzeichnung eines Datenstroms und zu seiner Vermittlung Adressen lokal vergeben, so dass diese Adressen bei der Weiterleitung der Daten von einem Knoten zum nächsten geändert werden müs­ sen. So käme eine Anwendung des Multiplexers und des Verfahrens insbesondere auch bei dem sogenann­ ten Multiprotocol Label Switching in Betracht.

Claims (30)

1. Verfahren zum Multiplexen von Datenpaketen in einem Knoten (1) eines Übertragungsnetzwerks, bei dem mit einer Adressinformation (A; VPI, VCI) versehene Datenpakete an einem Eingangs­ anschluss (5a, 5b, 5c, 5d) empfangen werden, Leitweginformation für ein Datenpaket anhand der Adressinformation aus einer Verbindungsta­ belle (16) ermittelt wird und das Paket anhand der ermittelten Leitweginformation an einem Ausgangsanschluss (6a, 6b, 6c, 6d) ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Adress­ information in einen Anfangsteil (A0) und ei­ nen Folgeteil (A1) zerlegt wird, und dass der Anfangsteil (A0) als Adresse zum Adressieren einer Zeigertabelle (15) verwendet wird, die Einträge enthält, welche die Art und Weise de­ finieren, in der der Folgeteil (A1) zum Auf­ finden der Leitweginformation auszuwerten ist, und dass anhand des so adressierten Eintrags eine Auswahl zwischen wenigstens zwei ver­ schiedenen Methoden zur Auswertung des Folge­ teils (A1) getroffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenn der adressierte Eintrag der Zeigertabelle (15) einen Verbindungszeiger (F-PTR) auf einen Eintrag der Verbindungsta­ belle (16) beinhaltet, eine erste Methode ge­ wählt wird, bei der Leitweginformation an einem anhand dieses Verbindungszeigers (F-PTR) gefundenen Zieleintrags der Verbindungstabelle (16) gelesen und ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Adresse des Zieleintrags anhand des Verbindungszeigers (F-PTR) und des Folgeteils (A1) berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der adressierte Ein­ trag der Zeigertabelle (15) einen Zeigertabel­ lenzeiger (F-PTR) auf einen Eintrag der Zei­ gertabelle (15) beinhaltet, eine zweite Metho­ de gewählt wird, bei der ein weiterer Eintrag der Zeigertabelle (15) an einer anhand des Zeigertabellenzeigers (F-PTR) gefundenen Stel­ le gelesen und ausgewertet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Folgeteil (A1) wiederum in einen Anfangsteil (A0') und einen Folgeteil (A1') zerlegt wird und dass die Adresse des weiteren Eintrags anhand des Zeigertabellen­ zeigers (F-PTR) und des neuen Anfangsteils (A0') berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die in Anspruch 5 genannten Schritte so oft wiederholt werden, bis die Adresse eines Eintrags erhalten wird, der ei­ nen Verbindungszeiger enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in dem adressierten Eintrag der Zeigertabelle (15) ferner eine Angabe (F- LSB, F-S) gelesen wird, die definiert, welche Bits des Folgeteils (A1) dem neuen Anfangsteil (A0') und welche dem neuen Folgeteil (A1') an­ gehören.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass An­ fangsteil und Folgeteil (A0, A1; A0', A1') je­ weils eine Anzahl aufeinanderfolgender Bits der Adressinformation (VPI, VCI) umfassen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass Anfangsteil (A0, A0') und Folgeteil (A1, A1') durch ein oder mehrere Bits getrennt sind, die unberücksichtigt blei­ ben.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem adressierten Eintrag der Zeigertabelle (15) und/oder der Verbindungstabelle (16) ferner eine Angabe (UB) gelesen wird, die angibt, ob der Eintrag gültig ist oder nicht, und dass das Verfahren abgebrochen wird, wenn der Ein­ trag sich als nicht gültig erweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adressinformation eines Datenpaketes vor der Ausgabe anhand der in der Verbindungstabelle (16) gefundenen Leitweginformation (NH, NH- LSB, NH-MSB; NH, NHM) aktualisiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in der Verbindungstabelle (16) eine Information (NH-LSB, NH-MSB; NHM) gelesen und ausgewertet wird, die die zu verändernden Bits der Adressinformation definiert.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Da­ tenpakete ATM-Zellen sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die empfangene Adressinformati­ on (A) eine Angabe über den Eingangsanschluss (5a, 5b, 5c, 5d), über den das Paket empfangen wurde, einen Virtual Path Identifier (VPI) und einen Virtual Channel Identifier (VCI) um­ fasst.

15. Multiplexer (2) für einen Knoten (1) eines Übertragungsnetzwerks, zum Ermitteln von Leit­ weginformation für die Weiterleitung von Da­ tenpaketen anhand von jedem Datenpaket zuge­ ordneter Adressinformation (A; VPI, VCI), mit einer Verbindungstabelle (16) zum Speichern der Leitweginformation, gekennzeichnet durch Mittel (11, 12) zum Zerlegen der Adressinfor­ mation in einen Anfangsteil (A0) und einen Folgeteil (A1) und eine anhand des An­ fangsteils adressierbare Zeigertabelle (15), die Einträge enthält, welche die Art und Weise definieren, in der der Folgeteil (A1) zum Auf­ finden der Leitweginformation auszuwerten ist.

16. Multiplexer nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass wenigstens ein Eintrag der Zei­ gertabelle (15) einen Verbindungszeiger (F- PTR) auf einen Eintrag der Verbindungstabelle (16) beinhaltet.

17. Multiplexer nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Adressengenerator (12) zum Berech­ nen der Adresse des Zieleintrags in der Ver­ bindungstabelle (16), der die Leitweginforma­ tion enthält, anhand des Verbindungszeigers (F-PTR) und des Folgeteils (A1).

18. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Eintrag der Zeigertabelle (15) einen Zei­ gertabellenzeiger (F-PTR) auf einen weiteren Eintrag der Zeigertabelle (15) beinhaltet.

19. Multiplexer nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch einen Adressengenerator (12) zum Berech­ nen der Adresse des weiteren Eintrages in der Zeigertabelle (15) anhand des Zeigertabellen­ zeigers (F-PTR) und eines von dem Folgeteil (A1) abgetrennten neuen Anfangsteils (A0').

20. Multiplexer nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine den Zeigertabellenzeiger (F-PTR) enthaltende Ein­ trag ferner eine Angabe (F-LSB, F-S) enthält, die definiert, welche Bits des Folgeteils (A1) dem von dem Folgeteil (A1) abzutrennenden neu­ en Anfangsteil (A0') und welche einem neuen Folgeteil (A1') angehören.

21. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Eintrag der Zeigertabelle (15) einen Zeiger (F-PTR) und ein Eigenschaftsbit (PTB) aufweist, das den Zeiger (F-PTR) als Zeigertabellenzeiger oder als Verbindungszeiger kennzeichnet.

22. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Anfangsteil (A0, A0') und Folgeteil (A1, A1') jeweils eine Anzahl aufeinanderfolgender Bits der Adressin­ formation (A) umfassen.

23. Multiplexer nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Eintrag der Zeigertabelle (15), der einen Zeigertabel­ lenzeiger enthält, ferner jeweils eine Angabe über das erste und das letzte Bit des neuen Anfangsteils oder eine Angabe über das erste oder das letzte Bit (F-LSB) und über die Bitzahl (F-S) des neuen Anfangsteils enthält.

24. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Eintrag der Zeigertabelle (15) und/oder der Verbin­ dungstabelle (16) ferner eine Angabe (UB) dar­ über enthält, ob der Eintrag gültig ist oder nicht.

25. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Verbindungstabelle (16) gespeicherte Leitweg­ information mit dem Datenpaket zu sendende Adressinformation (NH) umfasst.

26. Multiplexer nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Leitweginformation ferner eine Angabe (NH-LSB, NH-MSB; NHM) über die zu verändernden Bits der Adressinformation ent­ hält.

27. Multiplexer nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Angabe über die zu verän­ dernden Bits ein erstes und ein letztes zu veränderndes Bit (NH-LSB, NH-MSB) oder ein er­ stes oder letztes zu veränderndes Bit und de­ ren Zahl spezifiziert.

28. Multiplexer nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Angabe über die zu verän­ dernden Bits eine mit der empfangenen Adress­ information zu verknüpfende Bitmaske (NHM) um­ fasst.

29. Multiplexer nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er ein ATM- Multiplexer ist.

30. Multiplexer nach Anspruch 29, dadurch gekenn­ zeichnet, dass er zum Verarbeiten einer Adres­ sinformation (A) ausgelegt ist, die eine Anga­ be über den Eingangsanschluss (5a, 5b, 5c, 5d), über den das Paket empfangen wurde, einen Virtual Path Identifier (VPI) und einen Virtu­ al Channel Identifier (VCI) umfasst.