DE10394291B4

DE10394291B4 - Datenschalter und Kommunikationssystem, das diesen Datenschalter verwendet

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Publication number: DE10394291B4
Application number: DE10394291T
Authority: DE
Inventors: Prashant Balakrishnan; Guruprasad Ardhanari
Original assignee: Lantiq Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: WO2005022827A3; AU2003263725A8; US20060146819A1; DE10394291T5; WO2005022827A2; US7778253B2; AU2003263725A1

Abstract

Datenschalter zum Vermitteln von Paketen mit einem Kopf, der eine Media-Access-Control-Adresse (MAC-Adresse) oder eine Internetprotokoll-Adresse (IP-Adresse) enthält, wobei der Schalter Folgendes enthält:
eine beschreibbare Speichereinheit (35);
eine MAC-Adressvermittlungseinheit (33) zum Verwenden einer MAC-Adresstabelle, die in dem beschreibbaren Speicher (35) gespeichert ist, zum Erhalten von Vermittlungsinformationen auf der Basis der MAC-Adresse im Kopf eines Paketes;
eine IP-Adressvermittlungseinheit (31) zum Verwenden einer IP-Adressnachschlagetabelle, die in dem beschreibbaren Speicher (35) gespeichert ist, zum Erhalten von Vermittlungsinformationen auf der Basis der IP-Adresse im Kopf eines Paketes; und
eine Speichersteuereinheit (39) zum Steuern der Zuweisung von beschreibbarem Speicher (35) zwischen der IP-Adressnachschlagetabelle und der MAC-Adresstabelle auf der Basis von Daten, die in einer Speichereinheit (37) gespeichert sind, welche wenigstens einen Parameter zum Steuern der Zuweisung des beschreibbaren Speichers (35) zwischen der IP-Adressnachschlagetabelle und der MAC-Adresstabelle speichert, so dass der Benutzer des Datenschalters die Anteile des gesamten beschreibbaren Speichers (35) auswählen kann,...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Datenschalter zum Vermitteln von Datenpaketen zwischen seinen Ports sowie ein Kommunikationssystem, das den Datenschalter verwendet. Insbesondere betrifft sie einen Vermittlungsschicht-Datenschalter mit verringertem Gesamtspeicherbedarf.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein lokales Adressnetz (LAN) enthält herkömmlicherweise wenigstens einen Ethernet-Datenschalter, der eine ”Überbrückungs”-Funktion hat, zum Leiten von Datenpaketen, die durch Computersysteme erzeugt wurden, die über das LAN mit anderen Computern, die an das LAN angeschlossen sind, verbunden sind (d. h. eine Vermittlung innerhalb des LAN selbst). Der Schalter hat Ports, die mit den verschiedenen Computersystemen des LAN verbunden sind, und bringt eine Zuordnung zwischen seinen Ports und den jeweiligen MAC-Adressen (Media Access Control – Medienzugriffssteuerung) der Computersysteme in Erfahrung, so dass bei Eintreffen eines bestimmten Paketes, das die MAC-Adresse eines der Computersysteme angibt, der Schalter die Zuordnung verwenden kann, um das Paket über den entsprechenden Port dem Computersystem zuzuleiten. Um die Zuordnung in Erfahrung zu bringen, enthält der Schalter eine MAC-Adresstabelle.
Zu diesem Zweck führt der Schalter das in 1(a) gezeigte Verfahren aus. Während der Phase des In-Erfahrung-Bringens wird, wenn es erforderlich ist, Vermittlungsdaten für eine bestimmte 48-Bit-MAC-Adresse zu speichern, die 48-Bit-MAC-Adresse 1 in eine Hash-Funktion 3 eingespeist, die sie verwendet, um eine n-Bit-Adresse auszugeben 5. Die Adresse wird in jeden von m Originalspeicherbereichen eingegeben, wobei es sich um ein beschreibbares Segment eines Speichers 9 handelt, das als MAC-Adresstabelle bezeichnet wird. Jeder Originalspeicherbereich besteht aus einer Anzahl Zeilen, und jede Zeile speichert Daten in dem in 1(b) gezeigten Format, wobei ein valides Bit, Steuerungsinformationen und ein Raum für eine 48-Hit-MAC-Adresse gespeichert werden. Die Adresse, die durch den Hashing-Algorithmus 3 für eine bestimmte MAC-Adresse erzeugt wurde, ist n Bit lang und wählt eine der Zeilen in jedem der m Originalspeicherbereiche 7 aus. Wenn eine MAC-Adresse in Erfahrung gebracht werden soll, so überprüft der Schalter nacheinander die Daten, die in jedem der m Originalspeicherbereiche gespeichert sind, um zu ermitteln, ob die Zeile des Originalspeicherbereichs, die der MAC-Adresse entspricht, frei ist (d. h. dass dort noch keine MAC-Adresse gespeichert ist). Wenn er eine findet, die frei ist, so speichert er dort die MAC-Adresse, die in Erfahrung gebracht wird, und speichert dort auch die Steuerungsinformationen, die der Schalter braucht, um Datenpakete zu leiten, die diese MAC-Adresse im Kopf haben (beispielsweise die Nummer des entsprechenden Ports). Der Gesamtspeicher, der von der MAC-Adresstabelle 9 beansprucht wird, ist somit die Anzahl m der Originalspeicherbereiche 7 mal der Anzahl (2a) der Zeilen je Originaispeicherbereich 7 mal der Anzahl der Bit, die je Originalspeicherbereich 7 gespeichert werden.
Während einer Datenpaketvermittlungsphase ermittelt der Schalter die MAC-Adresse im Kopf des Datenpaketes, gibt erneut diese Adresse 1 in die Hash-Funktion 3 ein, so dass die n-Bit-Adresse entsteht, und überprüft die m Originalspeicherbereiche nacheinander unter Verwendung von m Komparatoren 11, um festzustellen, ob eine dort gespeicherte MAC-Adresse derjenigen im Kopf des Datenpaketes gleicht. Wenn das der Fall ist, so werden die Steuerungsinformationen ausgegeben, so dass das Datenpaket mit ihrer Hilfe vermittelt werden kann.
Es ist ebenfalls allgemein bekannt, einen Router bereitzustellen, der das LAN mit dem Internet verbindet. Dieser Router (”IP-Router”) hat das IP-Routing auszuführen, wobei Pakete, die vom Router aus dem Internet empfangen wurden, untersucht werden, um festzustellen, ob ein erster Abschnitt des Kopfes des Paketes (der ”Netzwerkidentifikator”-Abschnitt) anzeigt, dass das Paket für das LAN vorgesehen ist. Nur in diesem Fall würde der Router weitere Sektionen des Kopfes des Paketes (den ”Stationsidentifikator”) untersuchen, um festzustellen, für welche Station im LAN das Paket vorgesehen war. Es ist zu beachten, dass innerhalb der 32-Bit-IP-Adresse der Netzwerk- und der Stationsidentifikator von variabler Länge sein können. So ist die IP-Adresse 172.120.14.15 mit einem Netzwerkidentifikator 172.120.14 nicht die gleiche IP-Adresse ist wie 172.120.14.15, wenn der Netzwerkidentifikator 172.120 ist.
Der vom IP-Router ausgeführte Algorithmus ist in 2 veranschaulicht. Die 32-Bit-IP-Adresse wird in 32/p Gruppen von jeweils p Bit aufgeteilt. Jede Gruppe wird nacheinander verwendet, um auf eine jeweilige von 32/p Sektionen 13 einer ”Nachschlagetabelle” 15 zuzugreifen. Jede Sektion 13 gibt, wenn sie die entsprechende Gruppe Bit erhält, eine Zeichenfolge 17 aus w Bit aus. Die Bit werden als Dateneingaben zu einer jeweiligen aus einer Gruppe von w AND-Einheiten 19 weitergeleitet. Die AND-Einheiten 19 geben ihr Ergebnis an einen jeweiligen Flip-Flop 21 aus, der seine Datenausgabe an die entsprechende AND-Einheit 19 zurückgibt. Die Datenausgaben der Flip-Flops 21 werden vor dem Nachschlagen auf ”1” initialisiert. Nachdem alle 32/p Gruppen nacheinander verwendet wurden, sind nun die Datenausgaben der Flip-Flops 23 nur 1, wenn die Datenausgabe des entsprechenden Bit des Speichers 15 für jede der Gruppen 1 war. Die Datenausgaben der Gruppe Flip-Flops 23 ist auf dieser Stufe eine Gruppe aus w Bit. Wie weiter unten noch erläutert wird, können ein oder mehrere dieser w Bit den Wert 1 haben, und von diesen Bit wird das niedrigstwertige durch einen Prioritätscodierer 25 extrahiert. Die Datenausgabe des Prioritätscodierers 25 ist eine Adresse in einer IP-Adresstabelle 27 mit einer Tiefe w. Die in der IP-Adresstabelle 27 gespeicherten Informationen können dafür verwendet werden, den Endzielort des Paketes zu bestimmen. Die typische Struktur einer Position in der IP-Adresstabelle ist in 2(b) gezeigt. Sie enthält Steuerungsinformationen und einen Zielport.
Es ist möglich, dass es mehrere Übereinstimmungen gibt (d. h. dass mehr als eines der w Bit, die in den Prioritätscodierer 25 eingegeben wurden, Eins ist). Die Nachschlagetabelle 15 ist so programmiert, dass die Adressen mit dem längsten Präfix-Übereinstimmungen die niedrigerwertigen Spalten des Nachschlagespeichers sind. Im Fall mehrerer Übereinstimmungen kann der Prioritätscodierer 25 somit die Übereinstimmung mit dem längsten Präfix wählen, indem er einfach die Spaltennummer auf der niedrigstwertigen Seite wählt. Somit nimmt ein Router eine Adressenübereinstimmung an, selbst wenn nur einige wenige Bit in dem höchstwertigen Abschnitt der 32-Bit-IP-Adresse mit einem Eintrag in seiner Tabelle übereinstimmen.
Normalerweise liegt die Anzahl der IP-Adressen, die von einem IP-Schalter unterstützt werden, in der Größenordnung von Tausenden, so dass es eventuell nicht möglich ist, einen einzigen Speicher für die Nachschlagetabelle zu verwenden. In diesem Fall kann die Nachschlagetabelle in eine Anzahl kleinerer Speicher s aufgeteilt werden, die jeweils eine Breite q haben, so dass s × q = w.
In dem Maße, wie Hardware preiswerter, intelligenter und schneller wurde, wurde es möglich, einen beträchtlichen Teil der Router-Software-Routinen in Hardware zu realisieren, so dass die Router schneller und intelligenter wurden. Der nächste logische Schritt bestand darin, IP-Router und MAC-Adressen-gestützte Überbrückungsschalter zu integrieren, um höhere Integrationsgrade zu erreichen und dadurch die Kosten zu senken. Diese Vorrichtungen werden hier ”Vermittlungsschichtschalter” genannt, um den Unterschied zwischen diesen Vorrichtungen und herkömmlichen Sicherungsschichtschaltern zu betonen (mitunter werden Vermittlungsschichtschalter in der Literatur ”Swooters” genannt, aus ”Switches” (Schalter) + ”Router”).
Derzeit kommen neue Anwendungen für Ethernet auf den Markt, wie beispielsweise sogenannte ”Ethernet in der ersten Meile” (”Ethernet in the first mile” – EFM), wobei Nutzer daheim Ethernet zur Verbindung ins Internet verwenden. Eine weitere neue Ethernet-Anwendung sind Zugangsmultiplexer für digitale Teilnehmeranschlussleitungen (Digital Subscriber Line Access Multiplexers – DSLAMs), die Funktionen wie beispielsweise das Zulassen von Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen über vorhandene Kupfertelefonkabel, das Trennen von Sprachfrequenzsignalen von Hochgeschwindigkeitsdatenverkehr sowie das Routen des Verkehrs auf digitalen Teilnehmeranschlussleitungen (xDSL) zwischen der Endnutzerausrüstung des Teilnehmers und dem Netz des Netzdiensteanbieters ermöglichen.
Um alle diese Anwendungen zu berücksichtigen, müssen sich Vermittlungsschichtschalter an zwei Märkten orientieren: dem Büromarkt, wo die Vermittlungsschichtschalter viel Überbrückungsarbeit und sehr wenig Routing leisten müssen, und dem Heimanwendermarkt, wo Vermittlungsschichtschalter viel Routing und – wenn überhaupt – nur sehr wenig Überbrückungsarbeit leisten.
Ein weiterer Datenschalter zum Vermitteln von Datenpaketen ist aus der US6094435A bekannt. Auch bei diesem Daten schalter sind jedoch die Problene der vorstehend beschrie
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine neue und nützliche Vermittlungsschichtschaltvorrichtung sowie ein Kommunikationssystem, das eine solche Vermittlungsschichtschaltvorrichtung beinhaltet, bereitzustellen.
Hinter der Erfindung steht die Beobachtung, dass – wenn ein Vermittlungsschichtschalter mit separaten beschreibbaren Speichersegmenten zum IP-Routing und MAC-Vermitteln versehen ist und wenn jede diese Nachschlagefunktionen in einem separaten Speicher implementiert ist – sehr viel Speicher in jedem der beiden oben genannten Märkte vergeudet wird. Im Büromarkt wird der Speicher für das IP-Routing kaum genutzt, und im Heimanwendermarkt wird der Speicher für das MAC-Vermitteln kaum genutzt.
Allgemein ausgedrückt, schlägt die Erfindung vor, dass der Vermittlungsschichtschalter einen beschreibbaren Speicher (RAM) enthält, auf den sowohl die IP-Routing-Einheit als auch die MAC-Vermittlungseinheit zugreift. Somit kann der Speicherbedarf sowohl des Routing als auch des Vermittelns gedeckt werden, sofern der Gesamtspeicherbedarf nicht den beschreibbaren Speicher überfordert, wobei ein beschreibbarer Speicher verwendet wird, der nur etwa so groß ist wie der erwartete Gesamtspeicherbedarf der beiden Funktionen.
Genauer gesagt, ist ein erster Aspekt der Erfindung ein Datenschalter zum Vermitteln von Paketen, die einen Kopf enthalten, der eine MAC-Adresse oder eine IP-Adresse enthält, wobei der Schalter die in Patentanspruch 1 beanspruchten Merkmale aufweist.
Die Vermittlungsinformationen können beispielsweise einen Port beinhalten, an den das Paket zu richten ist. Die Implementierung der Art und Weise der Vermittlung, nachdem die Vermittlungsinformationen erhalten wurden, kann wie in herkömmlichen Systemen erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kommunikationssystem vorgeschlagen, das einen solchen Datenschalter enthält (Patentanspruch 7).
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beispielhaft und unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1, die aus 1(a) und 1(b) besteht, veranschaulicht eine MAC-Operation, die in einer zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtung ausgeführt wird.
2, die aus 2(a) und 2(b) besteht, veranschaulicht eine IP-Nachschlageoperation, die in einer zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtung ausgeführt wird.
3 ist ein Schaubild einer Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Ausführungsform verwendet die Verfahren, die oben unter Bezug auf die 1 und 2 erläutert wurden, wobei aber der Speicher gemeinsam genutzt wird, der zum Speichern der MAC-Adresstabelle 9 und der Nachschlagetabelle 15 benutzt wird. Bei der Ausführungsform handelt es sich vorzugsweise um einen Vermittlungsschicht-Ethernetschalter, und die größte und die kleinste Anzahl von MAC-Adressen sowie die größte und die kleinste Anzahl von IP-Adressen, die in einem Vermittlungsschichtschalter unterstützt werden sollten, werden als Teil der Spezifikation angegeben. Im Rahmen dieser Vorgaben hat der Benutzer die Flexibilität, die benötigten Konfigurationen zu wählen – und so eine beträchtliche Menge Speicher einzusparen –, indem er die Anteile des gesamten beschreibbaren Speichers auswählt, die durch das Vermitteln bzw. das Routen verwendet werden.
Die Gesamtstruktur der Ausführungsform ist in 3 gezeigt. Der Vermittlungsschichtschalter enthält eine erste Verarbeitungseinheit (IP-Routing-Einheit) 31 zum Routen von Paketen mit einer IP-Adresse unter Verwendung einer IP-Adressnachschlagetabelle 15, die in einem beschreibbaren Speicher 35 gespeichert ist. Die IP-Routing-Einheit 31 enthält des Weiteren einen (nicht gezeigten) Speicher zum Speichern der IP-Adress-IP-Tabelle 27. Der Vermittlungsschichtschalter enthält des Weiteren eine zweite Verarbeitungseinheit (MAC-Vermittlungseinheit) 33 zum Vermitteln von Datenpaketen mit einer MAC-Adresse im Kopfabschnitt unter Verwendung einer MAC-Adresstabelle 9, die ebenfalls in dem beschreibbaren Speicher 35 gespeichert ist. Der beschreibbare Speicher besteht aus einer einzelnen Speicherstruktur, die gemäß einer Einstellung, die in einem nicht-löschbaren Speicher 37 gespeichert ist, zwischen der MAC-Adresstabelle und der Nachschlagetabelle zugewiesen wird. Die Anteile des beschreibbaren Speichers 35, die den beiden Verarbeitungseinheiten 31, 33 zugewiesen werden, und alle sonstigen Einzelheiten der Konfiguration der Speichernutzung werden durch den nicht-löschbaren Speicher 37 gespeichert. Der Speicher 37 wird als nicht-löschbar gewählt, so dass die Konfiguration auf Rücksetzung fixiert ist und nicht on-the-fly geändert werden kann.
Vorzugsweise enthält das System des Weiteren eine Speichersteuereinheit 39, der die Datenausgabe des nicht-löschbaren Speichers 37 zugeführt wird und die die gemeinsame Speichernutzung implementiert. Sie kann dies, wie weiter unten erläutert, so tun, dass die IP-Routing-Einheit 31 exakt wie in 2 implementiert werden kann und die MAC Vermittlungseinheit 33 exakt wie in 3 implementiert werden kann, wobei sich nur die Größen der MAC-Adresstabelle 9 und der Nachschlagetabelle 15 entsprechend den Daten, die in dem nicht-löschbaren Speicher 37 gespeichert sind, verändern.
Genauer gesagt, muss die IP-Routing-Einheit 31 Daten aus einer Adresse in der Nachschlagetabelle 15 lesen oder Daten in eine Adresse in der Nachschlagetabelle 15 schreiben, und sendet eine entsprechende Anweisung an die Speichersteuereinheit 39, einschließlich einer Adresse in der Nachschlagetabelle 15. Die Speichersteuereinheit 39 benutzt die Adresse in der Nachschlagetabelle 15 zum Bestimmen des entsprechenden Ortes in dem beschreibbaren Speicher 35 und implementiert die Anweisung an diesem Speicherort. Gleichermaßen sendet die MAC-Vermittlungseinheit 33, wenn sie Daten aus einer Adresse in der MAC-Adresstabelle 9 lesen oder Daten in eine Adresse in der MAC-Adresstabelle 9 schreiben will, eine entsprechende Anweisung an die Speichersteuereinheit 39, einschließlich einer Adresse in der MAC-Adresstabelle 9. Die Speichersteuereinheit 39 erhält die Anweisung von der MAC-Vermittlungseinheit und einen Wert in dem nicht-löschbaren Speicher 37 zum Bestimmen des entsprechenden Ortes in dem beschreibbaren Speicher 35 und implementiert die Anweisung an diesem Speicherort.
Der beschreibbare Speicher kann in Form mehrerer Speichersegmente implementiert werden, die zusammen einen einzelnen großen Adressbereich bilden. In diesem Fall kann die Speichersteuereinheit 39 eines dieser mehreren Speichersegmente auswählen und eine kürzere Adresse an sie senden, weil diese Speichersegmente physisch klein sind.
Es ist zu beachten, dass eine Veränderung der Größe der MAC-Adresstabelle 9 impliziert, dass sich die Tiefe der Originalspeicherbereiche 7 verändert, nicht die Anzahl der Originalspeicherbereiche m, die durch die Spezifikation, vorgegeben ist. Im Gegensatz dazu impliziert eine Veränderung der Größe der Nachschlagetabelle 15, dass sich die Breite w des Speichers verändert, nicht die Tiefe der Nachschlagetabelle 15, die ebenfalls durch die Spezifikation vorgegeben ist. Das bedeutet, dass die Speichersteuereinheit 39 immer Adresszeichenketten der gleichen Länge von der IP-Routing-Einheit 31 erhält. Im Gegensatz dazu ändert sich, wenn sich die Größe der MAC-Adresstabelle 9 ändert, auch die Länge der Adressen von der MAC-Vermittlungseinheit 33. Somit ändert sich entsprechend der Größe der MAC-Adresstabelle 9 in dem beschreibbaren Speicher 37 der Speicher und die Adresse, die ausgewählt werden.
Es ist zu beachten, dass, obgleich die Speichersteuereinheit 39 in 3 als eine separate Einheit veranschaulicht ist, dies nur eine Möglichkeit ist und das im Prinzip ihre Funktion aufgeteilt und in die Einheiten 31, 33 integriert werden kann.
Das System enthält des Weiteren eine Ausgabeeinheit 38, welche die Datenausgaben sowohl von der IP-Routing-Einheit 31 als auch von der MAC-Vermittlungseinheit 33 erhält.
Wenn, nachdem ein bestimmtes Paket durch die Einheiten 31, 33 interpretiert wurde, nur eine der Einheiten 31, 33 Vermittlungsanweisungen erzeugt, so übermittelt die Ausgabeeinheit 38 diese Anweisungen. Im Gegensatz dazu kann, wenn beide Einheiten 31, 33 Vermittlungsanweisungen erzeugen, die Ausgabeeinheit 38 die Ausgabedaten der Einheit 33 senden oder auch nicht, was von der Anweisung abhängt, die von der Einheit 31 kommt. Somit haben die Routing-Anweisungen Vorrang vor den Vermittlungsanweisungen.
Mit einigen Einschränkungen bezüglich der Größe und Anzahl der verwendeten Speichersegmente und der Anzahl der zulässigen Konfigurationen können Formeln abgeleitet werden, um die Anzahl und Größe der Speichersegmente zu berechnen, die zum Unterstützen der ausgewählten Konfiguration verwendet. werden. Die Berechnung der Konfigurationsparameter ist nachstehend angeführt. Nehmen wir an, dass:

1) die größte Anzahl von MAC-Adressen Mmax ist;
2) die größte Anzahl von IP-Adressen Imax ist;
3) die kleinste Anzahl von MAC-Adressen Mmin ist;
4) die kleinste Anzahl von IP-Adressen Imin ist;
5) die Anzahl der Zyklen für ein IP-Nachschlagen c ist, zuzüglich zweier Zyklen für Prioritätscodieren bzw. Lesen der IP-Adresstabelle 19, wobei c eine zweite Potenz ist und nicht mehr als 32 ist;
6) die Anzahl an Originalspeicherbereichen für ein MAC-Nachschlagen m ist, wie oben definiert;
7) die Breite des Originalspeicherbereichs in der MAC-Tabelle (d. h. die MAC-Adresse selbst und die Steuerungsinformationen) q ist.

Nehmen wir des Weiteren an, dass die Breite der Speichersegmente für das IP-Nachschlagen die gleiche ist wie die Breite der Originalspeicherbereiche, die für das MAC-Tabellennachschlagen verwendet werden (d. h. q), und dass die Tiefe d der Speichersegmente für das IP-Nachschlagen gleich der Tiefe D der Speichersegmente ist, die für das MAC-Tabellennachschlagen verwendet werden.
Mit diesen Annahmen ist der Wert p, bei dem es sich um die Anzahl der Bit handelt, in die die 32-Bit-IP-Adresse aufgeschlüsselt wird, um Gruppen zum Einfügen in die Tabelle 15 abzuleiten, gleich 32/c, und die Werte d und D sind beide gleich c × 2^p = c × 2^32/c.
Somit kann die Gesamtanzahl M der Speichersegmente, die für ein MAC-Tabellennachschlagen verwendet werden können, folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Gesamtanzahl I der Speichersegmente, die für ein IP-Nachschlagen verwendet werden können, ist:
Die Anzahl der Speichersegmente für ein dediziertes MAC-Nachschlagen:
Die Anzahl der Speichersegmente für ein dediziertes IP-Nachschlagen ist:
Die Anzahl der Speichersegmente für ein MAC-Nachschlagen, die als gemeinsam nutzbar konfiguriert werden können, ist:
Die Anzahl der Speichersegmente für ein IP-Nachschlagen, die als gemeinsam nutzbar konfiguriert werden können, ist:
Somit beträgt die tatsächliche Anzahl S gemeinsam nutzbarer Speichersegmente:

Wenn in keiner Konfiguration eine Vergeudung von Speicherplatz gewünscht ist, so sind die Werte m, Mmax, Mmin, c, q, Imax und Imin so zu wählen, dass die zwei Variablen in der obigen Gleichung gleich sind, wobei die Werte Mmax und Mmin Mehrfache von m sind und die Werte Imax und Imin Mehrfache von q sind. Mit diesen zusätzlichen Einschränkungen sind die Konfigurationen in Tabelle 1 möglich. Die Anzahl der gemeinsam nutzbaren Speichersegmente, die beim MAC-Tabellennachschlagen verwendet werden, ist ein Mehrfaches von m, da bei jedem MAC-Tabellennachschlagen immer auf m Speichersegmente (Originalspeicherbereiche) zugegriffen wird. Die Anzahl C an Konfigurationen, die mit gemeinsamer Speichernutzung möglich ist, wird berechnet als:

C = ⌈S/m⌈

Unterstützte Anzahl der MAC-Adressen	Unterstützte Anzahl der IP-Adressen
Mmax	Imin
Mmax – m × c × 2^32/c	Imin + m × q
Mmax – 2m × c × 2^32/c	Imin + 2 × m × q
⋮	⋮
Mmin + m × c × 2^32/c	Imax – m × q
Mmin	Imax

Tabelle 1: Liste der Konfigurationen, bei denen keine Speichervergeudung vorkommt

Tabelle 2 listet eine konkrete Realisierung dieser Konfiguration für den Fall m = 4, c = 8, Mmin = Imin = 0, q = 64 auf.

Unterstützte Anzahl der MAC-Adressen Unterstützte Anzahl der IP-Adressen

4,5 K 0

4 K 256

3,5 K 0,5 K

3 K 768

2,5 K 1 K

2 K 1280 1,5 K

1 K 1792

0,5 K 2 K

0 K 2304

Tabelle 2
Obgleich oben nur eine einzige Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, sind – wie dem Fachmann klar ist – viele Varianten innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung möglich. Obgleich zum Beispiel die Ausführungsform so beschrieben ist, dass sie ”Einheiten” enthält, versteht es sich, dass dies keine separaten integrierten Schaltkreise impliziert. Obgleich dies eine mögliche Implementierung der Erfindung wäre, ist vorzugsweise der gesamte Vermittlungsschichtschalter als ein einzelner integrierter Schaltkreis ausgeführt, wobei die oben angesprochenen ”Einheiten” verschiedene Schaltkreissektionen des integrierten Schaltkreises sind.

Claims

Datenschalter zum Vermitteln von Paketen mit einem Kopf, der eine Media-Access-Control-Adresse (MAC-Adresse) oder eine Internetprotokoll-Adresse (IP-Adresse) enthält, wobei der Schalter Folgendes enthält: eine beschreibbare Speichereinheit (35); eine MAC-Adressvermittlungseinheit (33) zum Verwenden einer MAC-Adresstabelle, die in dem beschreibbaren Speicher (35) gespeichert ist, zum Erhalten von Vermittlungsinformationen auf der Basis der MAC-Adresse im Kopf eines Paketes; eine IP-Adressvermittlungseinheit (31) zum Verwenden einer IP-Adressnachschlagetabelle, die in dem beschreibbaren Speicher (35) gespeichert ist, zum Erhalten von Vermittlungsinformationen auf der Basis der IP-Adresse im Kopf eines Paketes; und eine Speichersteuereinheit (39) zum Steuern der Zuweisung von beschreibbarem Speicher (35) zwischen der IP-Adressnachschlagetabelle und der MAC-Adresstabelle auf der Basis von Daten, die in einer Speichereinheit (37) gespeichert sind, welche wenigstens einen Parameter zum Steuern der Zuweisung des beschreibbaren Speichers (35) zwischen der IP-Adressnachschlagetabelle und der MAC-Adresstabelle speichert, so dass der Benutzer des Datenschalters die Anteile des gesamten beschreibbaren Speichers (35) auswählen kann, die durch das Vermitteln und das Routen verwendet werden.
Datenschalter nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (39) die den wenigstens einen Parameter speichernde Speichereinheit (37) umfasst.
Datenschauer nach Anspruch 2, wobei die den wenigstens einen Parameter speichernde Speichereinheit (37) dafür konfiguriert ist, die Parameter ohne Modifizierung während des Betriebes des Datenschalters zu speichern.
Datenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Speichersteuereinheit (39) Lese-/Schreibanweisungen von der MAC-Adressvermittlungseinheit (33) und der IP-Adressvermittlungseinheit (31) erhält, daraus einen entsprechenden Ort in dem beschreibbaren Speicher (35) ableitet und die Anweisungen an diesen Orten implementiert.
Datenschalter nach Anspruch 4, wobei die Speichersteuereinheit (39) den entsprechenden Ort in dem beschreibbaren Speicher (35) anhand einer Adresse ableitet, die in den Lese-/Schreibanweisungen enthalten ist, wobei der Ort von der Größe der IP-Adressnachschlagetabelle und der MAC-Adresstabelle abhängt.
Datenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, der des Weiteren eine Ausgabeeinheit (38) enthält, die dafür konfiguriert ist, die Vermittlungsinformationen von der MAC-Adressvermittlungseinheit (33) und der IP-Adressvermittlungseinheit (31) zu erhalten; wobei, wenn sowohl die IP-Adressvermittlungseinheit (31) als auch die MAC-Adressvermittlungseinheit (33) Vermittlungsinformationen aus einem bestimmten Datenpaket erzeugen, die Ausgabeeinheit (38) entsprechend den Vermittlungsinformationen arbeitet, die von der IP-Adressvermittlungseinheit (31) erzeugt wurden; und wobei, wenn nur die IP-Adressvermittlungseinheit (31) oder die MAC-Adressvermittlungseinheit (33) Vermittlungsinformationen aus einem bestimmten Datenpaket erzeugt, die Ausgabeeinheit (38) diese Vermittlungsinformationen übermittelt.
Kommunikationssystem, umfassend einen Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, mehrere Computersysteme, die über ein Local Area Network mit dem Datenschalter verbunden sind, und Mittel zum Verbinden des Datenschalters mit dem Internet.