DE102011006109B3

DE102011006109B3 - Elektronische Schaltung und Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen

Info

Publication number: DE102011006109B3
Application number: DE102011006109A
Authority: DE
Inventors: Engelbert Freitag; Christian Hildner; Harald Karl; Marc Peuster
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2031-03-26
Also published as: EP2673707A1; WO2012130564A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem Speicherbereich zur Speicherung einer Adresstabelle (1) zur Zuordnung von Geräteadressen (A1, A2, A3) zu Netzwerkadressen (IP1, IP2, IP3, IP4) in einem Rechnernetz. Die elektronische Schaltung ist dazu ausgebildet, eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung der Prozessbearbeitung eines Prozessors zu erzeugen, wenn einer Netzwerkadresse (IP1, IP2, IP3, IP4) eine gültige Geräteadresse (A1, A2, A3) fehlt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz mittels einer derartigen elektronischen Schaltung. Dabei wird durch die elektronische Schaltung eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung einer Prozessbearbeitung eines Prozessors erzeugt, wenn einer Netzwerkadresse (IP1, IP2, IP3, IP4) eine gültige Geräteadresse (A1, A2, A3) fehlt. Nach der Unterbrechungsanforderung wird von dem Prozessor eine Unterbrechungsroutine zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse (A1, A2, A3) und zu deren Speicherung in der Adresstabelle (1) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem Speicherbereich zur Speicherung einer Adresstabelle zur Zuordnung von Geräteadressen zu Netzwerkadressen in einem Rechnernetz sowie ein Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz mittels einer derartigen elektronischen Schaltung.
In Rechnernetzen wird Geräten, die an das Netz angebunden sind, jeweils eine Netzwerkadresse zugewiesen. Die Geräteadressen der Geräte werden dazu Netzwerkadressen zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt dabei entweder mittels einer Software oder mittels einer Hardware. In Ethernetnetzen wird beispielsweise das Address Resolution Protocol (ARP) verwendet, um zu einer Netzwerkadresse eines Internetprotokolls (IP-Adresse, IP = Internet Protocol) eine Geräteadresse (z. B. MAC-Adresse = Media-Access-Control-Adresse) zu ermitteln. Dazu wird von einem anfragenden Rechner des Rechnernetzes mittels der Software oder der Hardware eine ARP-Anforderung (ARP-Request) mit der zu einer gesuchten Geräteadresse gehörenden Netzwerkadresse in das Rechnernetz gesendet. Die Geräteadresse wird mittels der Software oder der Hardware der ARP-Antwort (ARP-Reply) entnommen, die das Gerät mit der gesuchten Geräteadresse an den anfragenden Rechner sendet.
US 2005/0159181 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbindung eines Drahtlosen Netzwerkes mit einem drahtgebundenen Netzwerk. Dabei werden Aufgaben der Datenübertragung zwischen einem Hauptprozessor und einer Mehrzahl von Mikromaschinen aufgeteilt. Jede Mikromaschine weist einen Speicher zur Speicherung von Instruktionen zur Datenflusssteuerung von Datenpakten und nur der Hauptprozessor weist ein Betriebssystem auf.
Allgemeine Merkmale des ARP sind aus dem Wikipedia-Artikel Address Resolution Protocol, URL:http://de.wikipedia.org/wiki/Address_Resolution_Protocol, bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz und eine dazu geeignete Vorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch eine elektronische Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung umfasst einen Speicherbereich zur Speicherung einer Adresstabelle zur Zuordnung von Geräteadressen zu Netzwerkadressen in einem Rechnernetz. Die elektronische Schaltung ist dazu ausgebildet, eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung der Prozessbearbeitung eines Prozessors zu erzeugen, wenn einer Netzwerkadresse eine gültige Geräteadresse fehlt.
Die elektronische Schaltung ermöglicht somit einerseits die Zuordnung von Geräteadressen zu Netzwerkadressen in einem Speicherbereich und andererseits die Erzeugung einer Unterbrechungsanforderung im Falle einer fehlenden Geräteadresse. Durch den Speicherbereich kann die elektronische Schaltung vorteilhaft zu einer schnellen und einfachen Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz verwendet werden. Ferner ermöglicht die elektronische Schaltung, den Fall einer fehlenden oder ungültigen Geräteadresse über die Erzeugung einer Unterbrechungsanforderung zu behandeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektronische Schaltung ein so genanntes Field Programmable Gate Array (FPGA), das zur Erzeugung der Unterbrechungsanforderung ausgebildet ist. Die Verwendung eines FPGA ermöglicht vorteilhaft eine flexible und kostengünstige Realisierung einer erfindungsgemäßen Schaltung.
Weiterhin weist die elektronische Schaltung vorzugsweise eine Netzwerkschnittstelle zum Empfangen von Nachrichten aus dem Rechnernetz und/oder zum Senden von Nachrichten in das Rechnernetz auf. Dies ermöglicht vorteilhaft insbesondere das Senden und Empfangen von Nachrichten zur Ermittelung fehlender oder ungültiger Geräteadressen durch die elektronische Schaltung selbst. Dadurch wird die Funktionalität der elektronischen Schaltung vorteilhaft auf die Unterstützung einer Ermittelung von fehlenden oder ungültigen Geräteadressen durch einen Nachrichtenaustausch über ein Rechnernetz erweitert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz mittels einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung wird in deren Speicherbereich eine Adresstabelle gespeichert, mittels derer Netzwerkadressen und Geräteadressen einander zugeordnet werden. Durch die elektronische Schaltung wird eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung einer Prozessbearbeitung eines Prozessors erzeugt, wenn einer Netzwerkadresse eine gültige Geräteadresse fehlt. Nach der Unterbrechungsanforderung wird von dem Prozessor eine Unterbrechungsroutine zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse und zu deren Speicherung in der Adresstabelle ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen kombiniert eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung mit der Ausführung einer Unterbrechungsroutine und verteilt die Auflösung von Netzwerkadressen somit auf Hard- und Software. Dadurch werden vorteilhaft Geschwindigkeitsvorteile einer mittels Hardware realisierten Adressauflösung mit Kostenvorteilen einer mittels Software realisierten Adressauflösung kombiniert. Die Software in Form der Unterbrechungsroutine übernimmt dabei die Ermittelung einer fehlenden oder ungültigen Geräteadresse und macht damit eine relativ komplexe und kostspielige Hardware zur Durchführung dieser Aufgabe überflüssig. Die Hardware in Form der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung übernimmt die verbleibenden Aufgaben und erhöht die Geschwindigkeit der Adressauflösung gegenüber einem Verfahren, bei dem diese Aufgaben von Software übernommen werden. Insgesamt ermöglicht die Erfindung somit eine gleichzeitig schnelle und kostengünstige Auflösung von Netzwerkadressen in Rechnernetzen, die insbesondere nur einfache und damit kostengünstige Hardware erfordern.
Vorzugsweise liest die Unterbrechungsroutine die zu der fehlenden Geräteadresse gehörende Netzwerkadresse aus dem Speicherbereich der elektronischen Schaltung. Ferner wird die Speicherung der ermittelten Geräteadresse in der Adresstabelle vorzugsweise von der Unterbrechungsroutine veranlasst. Dadurch wird der Speicherbereich vorteilhaft von der Unterbrechungsroutine genutzt.
Zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse bildet die Unterbrechungsroutine vorzugsweise eine Suchnachricht mit der zu der fehlenden oder ungültigen Geräteadresse gehörenden Netzwerkadresse und diese Suchnachricht wird in das Rechnernetz gesendet. Durch die Bildung und das Versenden der Suchnachricht kann dem Gerät mit der gesuchten Geräteadresse mitgeteilt werden, dass seine Geräteadresse gesucht wird, und das Gerät aufgefordert werden, seine Geräteadresse zu übermitteln.
Dementsprechend wird die fehlende Geräteadresse vorzugsweise aus einer Antwort auf die Suchnachricht ermittelt. Auf diese Weise wird vorteilhaft die Netzwerkstruktur des Rechnernetzes genutzt, um eine fehlende oder ungültige Geräteadresse zu ermitteln.
Als Netzwerkadressen werden vorzugsweise Internet Protocol-Adressen verwendet. Aufgrund der weiten Verbreitung des Internet Protocol ermöglicht dies vorteilhaft eine einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorhandenen Rechnernetzen, sowie die Verwendung bekannter Anwendungen des Internet Protocol. Insbesondere wird die fehlende Geräteadresse dabei vorzugsweise mittels eines Address Resolution Protocol bestimmt.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
1 schematisch ein Ablaufdiagramm einer Unterbrechungsroutine zur Ermittelung einer fehlenden Geräteadresse, und
2 eine unvollständige Adresstabelle zur Zuordnung von Geräteadressen zu Netzwerkadressen in einem Rechnernetz.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Erfindungsgemäß werden Netzwerkadressen in einem Rechnernetz durch eine Kombination einer elektronischen Schaltung und einer Unterbrechungsroutine aufgelöst. Dabei wird die Unterbrechungsroutine ausschließlich zur Ermittelung fehlender gültiger Geräteadressen von mit dem Rechnernetz verbundenen Geräten eingesetzt. Die Geräteadressen werden mittels einer Adresstabelle Netzwerkadressen zugeordnet, wobei die Adresstabelle in einem Speicherbereich der elektronischen Schaltung gespeichert wird. Die elektronische Schaltung ist mit einem Rechner des Rechnernetzes verbunden oder in diesen integriert und verfügt über eine Netzwerkschnittstelle zum Empfangen von Nachrichten aus dem Rechnernetz und zum Senden von Nachrichten in das Rechnernetz.
1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer Unterbrechungsroutine (Interrupt Handler) für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt schematisch eine entsprechende Adresstabelle 1.
Die Adresstabelle 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Hashtabelle, mittels derer Geräteadressem A1 bis A3 Netzwerkadressen IP1 bis IP4 zugeordnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Netzwerkadressen IP1 bis IP4 Internet Protocol-Adressen und die Geräteadressem A1 bis A3 sind MAC-Adressen.
Im in 2 dargestellten Beispiel fehlt in der Adresstabelle 1 zu der Netzwerkadresse IP4 eine entsprechende Geräteadresse. Die elektronische Schaltung ist dazu ausgebildet, in einem solchen Fall eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung einer Prozessbearbeitung eines Prozessors des mit der elektronischen Schaltung verbundenen Rechners zu erzeugen. Nach der Unterbrechungsanforderung wird von dem Prozessor die Unterbrechungsroutine gemäß 1 zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse und zu deren Speicherung in der Adresstabelle 1 ausgeführt.
Die Unterbrechungsroutine verwendet in diesem Ausführungsbeispiel ein Address Resolution Protocol (ARP) zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse. Dazu liest die Unterbrechungsroutine in einem ersten Schritt die Netzwerkadresse IP4 der fehlenden Geräteadresse aus dem Speicherbereich der elektronischen Schaltung. Danach erzeugt sie in einem zweiten Schritt eine ARP-Anforderung (ARP-Request), die die gelesene Netzwerkadresse IP4 sowie die Netzwerkadresse und die Geräteadresse des mit der elektronischen Schaltung verbundenen Rechners (anfragender Rechner) enthält. In einem dritten Schritt veranlasst die Unterbrechungsroutine das Senden der ARP-Anforderung in das Rechnernetz über eine Netzwerkschnittstelle der elektronischen Schaltung. Sobald von der Netzwerkschnittstelle innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer (Timeout) eine ARP-Antwort (ARP-Reply) auf die ARP-Anforderung empfangen wird, liest die Unterbrechungsroutine die darin enthaltene gesuchte Geräteadresse und aktualisiert die Adresstabelle 1, indem sie diese Geräteadresse in die Adresstabelle 1 schreibt, wobei sie sie der entsprechenden Netzwerkadresse IP4 zuordnet. Nach der Aktualisierung der Adresstabelle 1 oder wenn innerhalb des Timeout keine ARP-Antwort empfangen wird, wird die Unterbrechungsroutine beendet und die unterbrochene Prozessbearbeitung fortgesetzt.

Claims

Elektronische Schaltung mit einem Speicherbereich zur Speicherung einer Adresstabelle (1) zur Zuordnung von Geräteadressen (A1, A2, A3) zu Netzwerkadressen (IP1, IP2, IP3, IP4) in einem Rechnernetz, wobei die elektronische Schaltung dazu ausgebildet ist, eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung der Prozessbearbeitung eines Prozessors zu erzeugen, wenn einer Netzwerkadresse (IP1, IP2, IP3, IP4) eine gültige Geräteadresse (A1, A2, A3) fehlt, gekennzeichnet durch ein Field Programmable Gate Array, das zur Erzeugung der Unterbrechungsanforderung ausgebildet ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Netzwerkschnittstelle zum Empfangen von Nachrichten aus dem Rechnernetz und/oder zum Senden von Nachrichten in das Rechnernetz.
Verfahren zur Auflösung von Netzwerkadressen in einem Rechnernetz mittels einer elektronischen Schaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Speicherbereich eine Adresstabelle (1) gespeichert wird, mittels derer Netzwerkadressen (IP1, IP2, IP3, IP4) und Geräteadressen (A1, A2, A3) einander zugeordnet werden, und wobei durch die elektronische Schaltung eine Unterbrechungsanforderung zur Unterbrechung einer Prozessbearbeitung eines Prozessors erzeugt wird, wenn einer Netzwerkadresse (IP1, IP2, IP3, IP4) eine gültige Geräteadresse (A1, A2, A3) fehlt, und wobei nach der Unterbrechungsanforderung von dem Prozessor eine Unterbrechungsroutine zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse (A1, A2, A3) und zu deren Speicherung in der Adresstabelle (1) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungsanforderung mittels eines Field Programmable Gate Array erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Unterbrechungsroutine die zu der fehlenden Geräteadresse (A1, A2, A3) gehörende Netzwerkadresse aus dem Speicherbereich gelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung der ermittelten Geräteadresse (A1, A2, A3) in der Adresstabelle (1) von der Unterbrechungsroutine veranlasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung der fehlenden Geräteadresse (A1, A2, A3) von der Unterbrechungsroutine eine Suchnachricht mit der zu der fehlenden Geräteadresse (A1, A2, A3) gehörenden Netzwerkadresse (IP1, IP2, IP3, IP4) gebildet wird und diese Suchnachricht in das Rechnernetz gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlende Geräteadresse (A1, A2, A3) aus einer Antwort auf die Suchnachricht ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Netzwerkadressen (IP1, IP2, IP3, IP4) Internet Protocol-Adressen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlende Geräteadresse (A1, A2, A3) mittels eines Address Resolution Protocol ermittelt wird.