DE19908685A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ablaufsteuerung in Netzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ablaufsteuerung in Netzen. Hierbei führt ein Zentralknoten (400) für eine oder mehrere Endstationen (420, 430, 440), die unter einem Mediumzugriffsteuerprotokoll arbeiten, eine Ablaufsteuerung aus. Der Zentralknoten sendet ein Signal an die Endstationen, das diese zu einer Verzögerung der Datenübertragung veranlaßt. Der Zentralknoten hält die Übertragung an, um einen Protokollzeitgeber in den Endstationen zurückzusetzen, ferner nimmt der Zentralknoten die Übertragung wieder auf, bevor ein weiterer Protokollzeitgeber, der die Endstationen veranlassen würde, eine Datenübertragung in einem Kommunikationsmedium (422, 432, 442) zu versuchen, abgelaufen ist, so daß die Endstationen ohne Verlust von Übertragungspaketen in einem Ablaufsteuerzustand gehalten werden können. Ferner wird ein Netz-Zentralknoten für die Ausführung des Verfahrens offenbart. Die Kanäle dieses Netz-Zentralknoten koppeln ein Kommunikationsmedium mit einer Endstation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablaufsteuerung in Netzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Ablaufsteuerung in Netzen nach dem Oberbegriff des Anspuchs 10.

Ein lokales Netz oder LAN ist ein System, das zwischen mehreren unabhängigen Computerstationen innerhalb eines Nahbereichs wie etwa eines einzigen Gebäudes oder einer Anlage benachbarter Gebäude eine Verbindung und ein Kommuni­ kationsprotokoll schafft. Ein Überblick über Konzepte und Techniken lokaler Netze ist aus William Stalling "Lokale Netze", 3. Auflage, MacMillan Publishing Company 1990, bekannt.

Netze sind typischerweise aus Netzverdichtern wie etwa Routern, Schaltern, Brücken, Verstärkereinheiten und Vertei­ lern konstruiert. Endanwender, die mit dem Netz verbunden sind, z. B. ein Desktop-Computer, bilden einen Netzknoten. Knoten sind typischerweise Arbeitsstationen, Server, Drucker usw., wobei Verdichter die Knoten zu einem gemeinsamen Netz verdichten. Router und Schalter/Brücken leiten intelligent oder blind den Netzverkehr. Auf der untersten Stufe sind Netzverdichter Vorrichtungen, die an einen strukturierten Verdrahtungsplan angeschlossene Netzknoten verbinden. Netz­ verdichter werden meist verwendet, um ankommende Signale zu verdichten, zu verstärken und umzustrukturieren; sie ermög­ lichen den verschiedenen Knoten, miteinander durch eine sämtlichen obenerwähnten Netzverstärkereinheiten gemeinsame Grundfunktion, nämlich die Verstärkung von von ihnen empfan­ genen Signalen an einige oder sämtliche an sie angeschlosse­ nen Knoten, zu kommunizieren.

Einfachheitshalber wird der Ausdruck Verstärkereinheit gewöhnlich in der gesamten Beschreibung verwendet, um auf Netzverdichter Bezug zu nehmen, die die Grundfunktion des Weitersendens eines von einem Knoten empfangenen Datenpakets ausführen, wobei selbstverständlich einige Typen von Netz­ verdichtern eine komplexere Verarbeitung von Netzknoten- Übertragungen ausführen können.

Die Daten werden über das Netz in Einheiten geschickt, die gewöhnlich als "Rahmen" oder "Pakete" bezeichnet werden. Zusätzlich zu den zu übertragenden Daten enthält jedes Paket Protokollsteuerinformationen wie etwa die Adresse der Paket­ quelle (Sendestation) und die Adresse des Paketziels (Empfangsstation).

Es gibt einige akzeptierte Begriffe, die verschiedene Arten von Netzverdichtern anhand ihrer Verarbeitung von Netzknoten-Übertragungen beschreiben. Beispielsweise sind Router, Schalter, Brücken, Verstärkereinheiten und Verteiler sämtlich physische Einheiten, die für die Verbindung von Knoten in einem LAN oder für die Verbindung von LANs selbst verwendet werden. Ein Verstärker ist der einfachste Typ einer Verbindungsvorrichtung, da ein Verstärker lediglich ankommende Pakete an seinen übrigen Kanälen repliziert. Schalter oder Brücken puffern Datenpakete, die sie empfangen, und durchsuchen das Adressenfeld jedes Datenpakets, um eine Lenkungsentscheidung zu treffen, wobei Pakete nur von ausgewählten Kanälen ausgeschickt werden. Router durchsuchen sowohl die Adresse als auch den Protokollkopfsatz jedes Pakets, um die Lenkung jedes Pakets zu bestimmen. Sämtliche dieser Verdichtervorrichtungen enthalten typischerweise mehrere Kanäle, manchmal mehrere hundert. Die Kanäle schaffen die physische Einrichtung für den Aufbau eines Netzes; genauer werden die Kanäle meist für die Schaffung von Netzverbindungspunkten für die Knoten verwendet. Wie jedoch oben erwähnt worden ist, kann ein Kanal auch dazu verwendet werden, einen Netzverdichter mit einem weiteren Netzverdichter zu verbinden.

Das Verbindungsmuster oder -layout eines Netzes wird Topolo­ gie genannt. Eine solche wohlbekannte Topologie hat eine Sternkonfiguration. In einem Sterntopologie-Netz besitzt jeder Knoten ein ihm gewidmetes Kommunikationsmedium, das an einen Kanal der Verstärkereinheit angeschlossen ist, z. B. besitzt jeder Knoten seine eigene Kabelverbindung mit der Verstärkereinheit. Ein vom Knoten gesendetes Paket pflanzt sich durch das Medium fort und wird von der Vestärkereinheit empfangen, die die im Paket enthaltenen Daten wiederher­ stellt und sie an die Zielstation weitersendet, an die sie adressiert sind. Ebenso sendet die Verstärkereinheit Pakete, die sich durch das Medium fortpflanzen und an einem ange­ schlossenen Knoten oder an einer weiteren Verstärkereinheit empfangen werden.

LANs verwenden einen von zwei Typen von Datenübertragungs­ techniken: entweder die Grundbandübertragung oder die Breit­ bandübertragung. Die Grundbandübertragung verwendet die Signalübermittlung, die den gesamten Frequenzbereich des Übertragungsmediums umfaßt und mit sämtlichen Typen von Medien implementiert werden kann, es wird jedoch typischer­ weise mit einem verdrillten Leitungspaar, einem Koaxialkabel oder einem Lichtleitfaserkabel implementiert. Die Breit­ bandübertragung verwendet eine Signalübermittlung, bei der das Signal in einem begrenzten Frequenzbereich codiert wird. Das Signal, das zum Modulieren eines Breitbandsignals in einen spezifischen Frequenzbereich verwendet wird, wird als "Träger" bezeichnet. Durch Beschränken des Frequenzbereichs können Breitbandsysteme viele unabhängige Kommunikationska­ näle auf einem einzigen Medium multiplexieren.

In einem Grundband-LAN werden digitale Daten typischerweise unter Verwendung der Richtungswechselschrift-Codierung (= NRZ = non-return-to-zero) in Signale umgesetzt. Die Signale werden auf dem Medium codiert als Spannungsimpulse übertragen, wofür typischerweise das wohlbekannte Manche­ ster-Codierungsverfahren verwendet wird. Die Übertragung ist bidirektional, d. h. ein Signal, das an irgendeinem Punkt im Medium eingegeben wird, pflanzt sich in beiden Richtungen bis zu den Enden des Mediums fort, wo es absorbiert wird. Grundbandsysteme können sich nur über eine begrenzte Entfer­ nung erstrecken, gewöhnlich ungefähr maximal 1,0 km für kupferbasierte Medien ohne Auffrischung, da das Signal gedämpft wird. Lichtleitfaser-Grundbandsysteme sind für Entfernungen von ungefähr 40 km geeignet.

Wegen der großen Vielzahl physischer, elektrischer, opti­ scher und prozeduraler Eigenschaften, die Entwurfsingenieu­ ren von Anlagen lokaler Netze zur Verfügung stehen, ist es weitgehend akzeptiert worden, daß bestimmte Standards einge­ halten werden müssen. Beispielsweise hat die internationale Organisation für Normung (ISO) ein willkürliches offenes Kommunikationssystem-Modell (OSI-Modell) entwickelt, das eine allgemeine Computernetzsystem-Architektur definiert. Im Prinzip kann ein "offenes" System in eindeutiger Weise entworfen sein und dennoch mit anderen offenen Systemen kommunizieren, sofern die Implementierung in einer minimalen Menge von OSI-Standards übereinstimmt. Das OSI-Modell ist allgemein und findet sowohl auf Weitverkehrsnetze als auch auf LANs Anwendung.

Das Problem der Komplexität in der Computernetzkommunikation wird am besten unter Verwendung einer Schichtarchitektur- Annäherung gehandhabt, in der sämtliche Netzfunktionen auf mehrere Gruppen, die Schichten genannt werden, in der Weise aufgeteilt werden, daß die oberen Schichten Dienste (oder Funktionen) nutzen, die von unteren Schichten bereitgestellt (oder ausgeführt) werden. Das OSI-Modell implementiert das Schichtarchitektur-Konzept und definiert eine Anzahl von Schichten, die, besonderen Funktionen, die von jeder Schicht ausgeführt werden, und Schnittstellen zwischen den Schich­ ten. Die Aufteilung sämtlicher Netzfunktionen auf Schichten wird durch zwei widersprüchliche Zwänge geleitet. Wenn mehrere Schichten verwendet werden, wird jede von ihnen kleiner und einfacher. Andererseits erzeugt die Verwendung vieler Schichten viele Schnittstellen zwischen den Schich­ ten, so daß der Verarbeitungsaufwand, der für die Handhabung zusätzlicher Schnittstellen erforderlich ist, die durch die Schichtvereinfachung erhaltenen Vorteile aufhebt.

Das OSI-Modell teilt die Netzfunktionen in sieben Schichten ein. Diese Schichten enthalten die Bitübertragungsschicht (oder das Medium) (= Physical Layer), die Sicherungsschicht ( = Data-Link Layer), die Vermittlungsschicht (= Network Layer), die Transportschicht (= Transport Layer), die Kommu­ nikationssteuerschicht (= Session Layer), die Darstellungs­ schicht (= Presentation Layer) und die Anwendungsschicht (= Application Layer). Wie oben erwähnt worden ist, defi­ niert das OSI-Modell auch die Schnittstellen zwischen den Schichten. Eine Nachricht, die von einem auf einem ersten Computer laufenden Programm an ein Programm geschickt werden soll, das auf einem zweiten Computer läuft, muß von der Anwendungsschicht des ersten Computers den gesamten Weg nach unten zur Bitübertragungsschicht des ersten Computers, über das Netzmedium und von der Bitübertragungsschicht des zwei­ ten Computers den gesamten Weg nach oben zur Anwendungs­ schicht des zweiten Computers geschickt werden. Daher müssen unter dem OSI-Modell vernetzte Computer den "Protokollstapel" der sieben Schichten implementieren, um die Kommunikation von Anwendungen zuzulassen.

Sobald das OSI-Modell übernommen war, konnten verfeinerte Standards entwickelt werden, die jede der OSI-Schichten definieren. Falls beispielsweise ein Standard für die Siche­ rungsschicht geschaffen wurde, der ihre Funktionen sowie Schnittstellen nach oben und nach unten spezifiziert, ist jedes Produkt das den Standard in irgendeiner Weise imple­ mentiert, mit anderen Produkten kompatibel, die dem gleichen Standard gehorchen. Mehrere Normungsorganisationen haben Implementierungsstandards für verschiedene OSI-Schichten entwickelt.

Eine Anzahl von Protokollstandards für lokale Netze, die eine oder mehrere Schichten des OSI-Modells implementieren, ist vom 802-Komitee des Internationalen Verbandes der Elek­ troingenieure und -techniker (= IEEE = Institute of Electri­ cal and Electronics Engineers) entwickelt worden. Einer der bekanntesten Standards, die von dem IEEE 802-Komitee veröf­ fentlicht wurden, ist der IEEE 802.3-Standard, der auf lokalen Ethernet-Netzen basiert, die von der Xerox Corpora­ tion Mitte der 70er Jahre entwickelt wurden. Dieser Stan­ dard, der von IEEE verfügbar ist, ist hiermit durch Litera­ turhinweis eingefügt. Die Ethernet-Architektur wurde als Basis für die Definition eines Bus- oder Baumtopologie-LANs verwendet, das häufig mit Sterntopologie-LANs verwendet wird, die annehmen, daß Stationen im Netz sich in verhält­ nismäßig kurzer Entfernung (von nicht mehr als 100 Metern) von der Verstärkereinheit befinden. Innerhalb des IEEE 802.3 10BASE-T-Standards ist eine Verstärkereinheit eine Vorrichtung, die dem Sterntopologie-Netz ermöglicht, die logische Operation seines Bustopologie-Gegenstücks nachzuahmen.

Wie im folgenden diskutiert wird, definiert der IEEE 802.3- Standard ein Protokoll, das das Verfahren des Mehrfachzu­ griffs mit Kollisionserkennung (= CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) für die Buskonkur­ renz implementiert. Der Standard definiert außerdem eine Implementierung einer ISO-konformen Medienzugangskontroll­ funktion (= MAC = Media Access Control) zum Senden von Paketen und Empfangen von Paketen an das bzw. von dem Über­ tragungsmedium (Bitübertragungsschicht) sowie die Paket­ struktur und die Wechselwirkung, die zwischen anderen Enti­ täten stattfindet, die die MAC-Funktion im Netz implementie­ ren.

Da von derselben zugrundeliegenden MAC verschiedene Typen von Medien verwendet werden können, sieht der Standard eine gemeinsame Schnittstelle vor, die AUI-Anschluß ( = Attache­ ment Unit Interface) genannt wird. Verschiedene Medien­ zugriffseinheiten (= MAU = Medium Access Unit), die die erforderlichen Funktionen für Schnittstellen mit einem gegebenen Mediumtyp implementieren, können an die AUI ange­ schlossen werden. Beispiele enthalten: 10BASE-2 MAUs, die eine MAC oder eine Verstärkereinheit mit einem Koaxialkabel verbinden; und 10BASE-T MAUs, die eine MAC mit zwei ver­ drillten Kupferdrähten verbinden. Die MAC und ihre zugeord­ nete AUI werden gemeinsam als Endstation, Knoten oder Quell­ station bezeichnet. Die AUI beherrscht 10 MB/s-Systeme. Eine ähnliche Schnittstellendefinition, die medienunabhängige Schnittstelle genannt wird, schafft ähnliche Fähigkeiten sowohl für 100 MB/s- als auch für 10 MB/s-Systeme.

Wie oben erwähnt worden ist, wird in einem Sterntopologie- Netz eine Sendung von einem Knoten im Netz zunächst an die Verstärkereinheit übertragen, die das Paket entweder über sämtliche Kanäle der Verstärkereinheit weitersendet, so daß es von sämtlichen anderen Endstationen empfangen wird, oder eine Lenkung ausführt und das Paket an Kanäle lenkt, die den Inhalten des Pakets entsprechen. Ein herkömmlicher Verstär­ ker ist für den Rest des Netzsystems transparent. Er führt keine Pufferung und keine Lenkung aus und isoliert kein Segment vom Rest des Netzes. Falls somit zwei Stationen in verschiedenen Segmenten gleichzeitig eine Übertragung versu­ chen, kollidieren ihre Übertragungen.

Ein Beispiel eines Ethernet 802.3-Netzes mit einer Punkt-zu- Punkt-Sterntopologie kann einen Mehrkanalverstärker enthal­ ten, der in mehreren Knoten oder Stationen endet, wovon jeder/jede sein/ihr eigenes Netzkommunikationssegment oder Medium besitzt. Jedes Netzsegment schließt eine der Verstär­ kerschnittstellen des Verstärkers ab. Die Netzkommunikati­ onssegmente bilden zusammen das Netzmedium.

Obwohl das IEEE 802.3-CSMA/CD-Protokoll eine "Zufallszu­ griffs"- oder "Konkurrenz"-Technik für mehrere Stationen, die ein Netzmedium gemeinsam nutzen, definiert, in der irgendeine Station ohne Erlaubnis von irgendeiner anderen Netzstation senden kann, wird es auch für das Problem verwendet, wie sowohl die Endstation als auch die Verstärkereinheit ein gemeinsames Übertragungsmedium gemein­ sam nutzen, wenn die Endstation und die Verstärkereinheit mit einer weiteren Endstation im gemeinsam genutzten Medium in bezug auf eine Übertragung konkurrieren.

Gemäß der wohlbekannten Mehrfachzugriff-Technik (CSMA) "hört" eine Station, die senden möchte, in das Medium, um festzustellen, ob eine weitere Übertragung erfolgt. Falls die Station feststellt, daß das Medium in Gebrauch ist, läuft die Station während einer Pseudozufallszeit leer und versucht dann die Übertragung erneut. Die Pseudozufallszeit ist ein berechneter Wert, der durch einen "Rückkopplungs­ algorithmus" (= Back off Algorithm) bestimmt wird. Falls das Medium im Leerlauf ist, sendet die Station. Falls zwei oder mehr Stationen (oder der Verstärker) gleichzeitig senden, tritt eine Kollision auf. Um Kollisionen zu berücksichtigen, wartet die Sendestation während einer Zeitperiode nach dem Senden auf eine Quittierung, daß die Übertragung von der Zielstation empfangen worden ist. Falls keine Quittierung empfangen wird, nimmt die Sendestation an, daß eine Kollision aufgetreten ist, und sendet erneut.

Obwohl die CSMA-Technik ein effizientes Verfahren für das Management von Übertragungen auf einen gemeinsamen genutzten Medium ist, weist es Mängel auf. Wenn beispielsweise zwei Pakete kollidieren, bleibt das Medium während der Dauerüber­ tragung beider Pakete instabil. Für lange Pakete kann der Umfang der verschwendeten Übertragungsbandbreite vor der Erlaubnis der erneuten Übertragung erheblich sein.

Diese Bandbreitenverschwendung kann reduziert werden, wenn eine Sendestation fortgesetzt in das Medium hört, während sie sendet. Das Protokoll für diese höherentwickelte Proze­ dur, die als Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung ( = CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) bekannt ist, ist das folgende. Falls beispiels­ weise eine Station, die senden möchte, erfaßt, daß das Medium im Leerlauf ist, sendet sie. Falls die Station er­ faßt, daß das Medium belegt ist, hört sie fortgesetzt in das Medium, bis sie feststellt, daß das Medium im Leerlauf ist, woraufhin sie sendet. Falls die Station eine Kollision (zwei gleichzeitige Übertragungen) während der Übertragung erfaßt, sendet sie ein kurzes Stausignal (= JAM), um sicherzustel­ len, daß sämtliche Stationen des Netzes wissen, daß eine Kollision aufgetreten ist; dann beendet sie die Übertragung. Nach der Übertragung des Stausignals wartet die Station während einer Pseudozufalls-Zeitperiode, die unter Verwen­ dung des Rückkopplungs-Algorithmus berechnet wird, und versucht dann die Übertragung erneut.

Eine wichtige Dimension des Sterntopologie-Netzes ist durch die Anzahl der Verstärker zwischen Endstationen und durch die Anzahl der Netzmedium-"Segmente", die im Verstärker enden, bestimmt, wobei ein Segment den Verstärker mit einer einzigen Endstation oder einem einzigen Knoten verbindet. Eine Verstärkereinheit kann zwei oder mehr MAUS und die zugehörige Logik enthalten, die miteinander verbunden und an zwei oder mehr verschiedene Segmente des Netzmediums ange­ schlossen sind.

Der IEEE 802.3-Standard schafft viele verschiedene Medium- und Datenraten-Optionen innerhalb des Protokolls. Zur Unter­ scheidung von Implementierungen, die verschiedene Alternati­ ven verwenden, wurde ursprünglich die folgende Schreibweise verwendet:
(Datenrate in Mbps) | (Mediumtyp) - (max. Segmentlänge/100M)

Somit wird ein IEEE 802.3-Netz mit einer Datenrate von 10 Mbps, einem Grundbandmedium und einer maximalen Segmentlänge von 500 Metern als 10BASE-5-Netz bezeichnet. Leider gibt es von dieser Schreibweise viele Ausnahmen, etwa 10BASE-T.

Der IEEE 802.3 10BASE-5-Standard spezifiziert die Verwendung eines Koaxialkabels mit 50 Ohm und definierter Dicke als Übertragungsmedium und eine Datenrate von 10 Mbps unter Verwendung einer digitalen Signalübermittlung mit Manche­ ster-Codierung. Es sind zum Teil diese Parameter, die eine Begrenzung der maximalen Kabellänge auf 500 m/Segment erge­ ben.

Der IEEE 802.3 10BASE-2-Standard sieht eine billigere Netz­ konfiguration vor, die für Personalcomputer-Netze gut geeig­ net ist und gewöhnlich mit "Cheapernet" bezeichnet wird. Wie in dem 10BASE-5-Netz verwendet ein 10BASE-2-Netz ein Koa­ xialkabel mit 50 Ohm und Manchester-Codierung mit einer Datenrate von 10 Mbps.

Der Unterschied zwischen einem 10BASE-5- und einem 10BASE-2- Cheapernet-Netz besteht darin, daß in einem Cheapernet-Netz ein dünneres, flexibleres Kabel verwendet wird, das erwei­ terte, einfachere Installationsoptionen ermöglicht. Das dünnere Kabel besitzt jedoch eine größere Signaldämpfung und eine geringere Rauschbeständigkeit und unterstützt daher nur verhältnismäßig kurze Segmentlängen.

Der IEEE 802.3-Netz-Standard enthält eine "Herzschlag"- oder "noch aktiv und angeschlossen"-Funktion. Hierbei handelt es sich um ein Signal, das von der MAU an die Station geschickt wird, die bestätigt, daß die MAU-Kollisionssignal-Schal­ tungsanordnung arbeitet und an die DTE-Station angeschlossen ist. Ohne dieses Signal, das als Signalqualitätfehler-Signal bezeichnet wird, ist die Station unsicher, ob der Rahmen tatsächlich ohne Kollision geschickt wurde oder ob eine defekte MAU fehlerhaft eine Kollision nicht richtig gemeldet hat. Der IEEE 802.3 enthält außerdem eine "Quassel"-Funk­ tion. Diese Funktion ist ein Selbstunterbrechungsvermögen, das einer MAU ermöglicht, die gesendeten Daten am Erreichen des Mediums zu hindern, falls die Übertragung länger als eine vorgegebene Zeitperiode dauert.

Das Kapitel 9 der IEEE 802.3-Spezifikation definiert den Standard einer Verstärkereinheit, die in 10 Mbps-Grundband­ netzen verwendbar ist. Wie in der Spezifikation angegeben ist, können Netzsegmente direkt über Verstärkereinheit- Kombinationen verbunden werden, solange zwischen irgendwel­ chen zwei Punkten im Netz nur ein Signalpfad arbeitet und die Anzahl der Verstärkereinheiten in diesem Signalpfad nicht größer als vier ist. Die 802.3-Verstärkereinheit muß so beschaffen sein, daß sie Daten von irgendeinem Netzseg­ ment unter definierten Jitter-Bedingungen empfängt und decodiert und Daten an sämtliche anderen Netzsegmente, die an sie angeschlossen sind, mit wiederhergestelltem Takt und wiederhergestellter Amplitude weitersendet. Die Weitersen­ dung von Daten erfolgt gleichzeitig zum Empfang. Falls gleichzeitig eine Kollision auftritt, verbreitet die Ver­ stärkereinheit das Kollisionsereignis durch Senden eines JAM-Signals (Stausignal) durch das gesamte Netz. Die Ver­ stärkereinheit erfaßt und isoliert außerdem fehlerhafte Netzsegmente.

Ein grundlegendes Verhalten, das kontrolliert, ob eine IEEE 802.3-Endstation senden oder nicht senden darf, wird Verzögerung (deferral) genannt. Mit anderen Worten, eine Station sendet während der Verzögerung nicht. Die Verzöge­ rung wird in der MAC unter Verwendung eines Trägerempfangs­ signals (= CRS = Carrier Received Signal) gesteuert. Das CRS wird bestätigt, wann immer eine Trägeraktivität an der Endstation empfangen wird, unabhängig davon, ob der Träger Daten enthält oder nicht.

Die Zeit zwischen der Übertragung von Rahmen wird als Zwi­ schenrahmenlücke (= lFG = interframe gap) bezeichnet. Der IEEE 802.3-Standard definiert, daß die lFG eine Länge von 96 Bitzeiten, d. h. die Zeitperiode, die für die Übertragung von 96 Bits erforderlich ist, hat.

Der 802.3-Standard erlaubt zwei verschiedene Formen einer Verzögerung (deferral): eine zweiteilige Verzögerung und eine einteilige Verzögerung. In der zweiteiligen Verzögerung verzögern die Ethernet-MACs ein CRS, das weniger als 64 Bitzeiten nach dem letzten erfolgreichen Senden oder Empfangen aktiviert wird. Dies trifft zu, da die Zwischen­ rahmenlücke von 96 Bits in einen ersten Abschnitt (typischerweise 2/3 der gesamten IFG oder 64 Bits), in dem irgendeine Trägeraktivität für die Fortsetzung eine Verzöge­ rung erzeugt, und in einen zweiten Abschnitt (typischerweise das letzte Drittel der IFG), in dem die Station sendet, selbst wenn ein Trägersignal vorhanden ist, unterteilt ist. Das Trägersignal ergibt keine gültigen Daten, die an höhere Protokollschichten oberhalb der MAC geschickt werden, so­ lange das Signal kein Rahmenbeginnbegrenzer-Bitmuster (= SFD-Bitmuster = start of frame delimiter bit pattern) ent­ hält.

Vor dem Auftreten der zweiteiligen Verzögerung wurde aus­ schließlich das nahezu überholte einteilige Verzögerungsver­ fahren verwendet. In einer einteiligen Verzögerung wartet eine Station, sobald sie eine Rahmen zu senden hat, auf irgendeinen abzuschließenden Rahmen, der sich momentan im Medium befindet (CRS nicht bestätigt), wartet auf eine Zwischenrahmenlücke und sendet dann unabhängig vom Wert des CRS in das Medium, wenn der Zwischenrahmenlücken-Zeitgeber abgelaufen ist. Nur die frühesten Ethernet-Vorrichtungen waren so beschaffen, daß sie in dieser Weise arbeiten und dieses Verhalten weiter zeigen. Die große Mehrheit von Netzanordnungen, die derzeit in Gebrauch sind, implementie­ ren das zweiteilige Verzögerungsverhalten. Die einteilige Verzögerung ist in dem IEEE 802.3-Standard aufgenommen, indem er dem ersten Teil einer zweiteiligen Verzögerung irgendeine Zeitdauer einschließlich null zuweist. Wie jedoch angegeben worden ist, verwendet die große Mehrheit von Implementierungen, die auf dem Markt angetroffen werden, den wohldefinierten zweiteiligen Verzögerungsalgorithmus, wobei der erste Teil 2/3 der Zwischenrahmenlücke bildet.

Ein einfaches Ablaufsteuersystem für die Steuerung der Übertragung eines Knotens kann so beschaffen sein, daß es Implementierungen einer einteiligen Verzögerung handhabt. Ein solches System besitzt jedoch einige unerwünschte Neben­ wirkungen. Eine solche Nebenwirkung besteht darin, daß eine Übertragung einer Endstation, die eine Kollision erfahren hat, verzögert wird, daß jedoch der Kollisionszähler in der MAC der Endstation inkrementiert wird. Im Ergebnis tritt eine durch den Rückkopplungsalgorithmus bestimmte Verzöge­ rung vor einem weiteren Übertragungsversuch für den Daten­ rahmen der Endstation auf. In einem schlecht entworfenen Netz oder bei Auftreten eines starken Andrangs irgendwo im Netz kann eine Endstation ihre Versuchsanzahl-Grenze errei­ chen, bevor der Rahmen jemals gesendet worden ist, so daß der Rahmen zurückgewiesen wird. Obwohl jedoch ein Rahmenver­ lust äußerst unerwünscht ist, ist er nicht katastrophal. Die letzte Verantwortlichkeit für eine Paketlieferung von einem Ende zum anderen besteht bei der Transportschicht über der MAC. Da somit ein. Paketverlust aufgrund übermäßiger Kolli­ sionen in einem Ethernet-Netz stets eine Möglichkeit ist, muß er in einer höheren Schicht im Protokollstapel berück­ sichtigt werden.

Eine einteilige Verzögerung ist schlimmstenfalls das effek­ tive Äquivalent einer reinen Kollision auf der Grundlage eines Ablaufsteueralgorithmus, in dem eine Kollision erzeugt wird, wann immer eine unerwünschte Übertragung im Draht erfolgt. Ein Nachteil dieses Lösungsversuchs besteht darin, daß die Sternvorrichtung nicht weiß, wie lang die MAC der Station mit Kollision braucht, um die nächste Übertragung zu planen, da diese Zeit pseudozufällig durch den Rückkopp­ lungsalgorithmus bestimmt wird, der von dem Kollisi­ onszählstand der Endstation mit Kollision abhängt. Daher muß ein Ablaufsteueragent, der mit einer Endstation kollidiert, eine wesentliche und unbestimmte Zeitperiode warten, bevor die MAC erneut sendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ablaufsteuerung in Netzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Ablaufsteuerung in Netzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 für Daten von Endstationen in einem Netz, die mit einem vorgegebenen Mediumzugriffsteuerprotokoll konform sind, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß einer Ausführung werden Endstationen durch Senden eines Signals von einer Verstärkereinheit in der Mitte des Sterns an eine ablaufgesteuerte Endstation und durch Unter­ brechen des gesendeten Signals in Intervallen auf der Grund­ lage des Mediumzugriffsteuerprotokolls ablaufgesteuert, um zu verhindern, daß die Endstation Pakete sendet oder zurück­ weist.

Eine Endstation kann deterministisch für undefinierte Zeit­ perioden ablaufgesteuert werden, ohne daß bewirkt wird, daß die Endstation Sendedaten zurückweist.

Daten, die an eine ablaufgesteuerte Endstation gerichtet sind, können an die Endstation übertragen werden und dazu verwendet werden, die Endstation in einem ablaufgesteuerten Zustand zu halten.

Endstationsdaten können in der ablaufgesteuerten Endstation gepuffert werden, anstatt in der Netzanlage gespeichert zu werden.

Eine Ausführung bildet ein Verfahren, mit dem ein Zentral­ knoten eine Endstation in einem Netz ablaufsteuert, wobei der Zentralknoten ein Ablaufsteuersignal an die Endstation sendet, derart, daß das Ablaufsteuersignal die Endstation dazu veranlaßt, eine Datenübertragung zu verzögern, wobei die Endstation unter einem Mediumzugriffsteuerprotokoll wie etwa der MAC gemäß IEEE 802.3 arbeitet, das fordert, daß die Endstation die Übertragungsaktivität in einem Kommunikationsmedium, das an die Endstation angeschlossen ist, erfaßt, bevor Daten im Kommunikationsmedium gesendet werden. Das MAC-Protokoll fordert, daß die Endstation auf eine Lücke in der Übertragungsaktivität im Kommunikationsmedium wartet, die wenigstens für eine erste Zeitperiode andauert, die durch das Protokoll definiert ist, bevor versucht wird, Daten zu senden. Der Zentralknoten hält die Übertragung des Ablaufsteuersignals an, derart, daß eine Zeitdauer der Übertragung des Ablaufsteuersignals geringer als die erste Zeitperiode des MAC-Protokolls ist, wobei das MAC-Protokoll die Endstation auffordert, wenigstens für eine zweite Zeitperiode zu warten, bevor sie die Übertragung von Daten in das Kommunikationsmedium empfiehlt. Der Zentralknoten nimmt die Übertragung des Ablaufsteuersignals wieder auf, so daß die Dauer der Zeitperiode, während der die Übertragung des Ablaufsteuersignal angehalten wird, geringer als die zweite Zeitperiode des Medium­ zugriffsteuerprotokolls ist.

Eine weitere Ausführung ist ein Zentralknoten für ein Netz, der einen Kanal besitzt, der so beschaffen ist, daß er an ein Kommunikationsmedium angeschlossen ist, das mit einer Endstation in Kommunikation steht, wobei der Kanal ferner so beschaffen ist, daß er Signale in das Kommunikationsmedium sendet und Signale vom Kommunikationsmedium empfängt, und wobei die Endstation so beschaffen ist, daß sie ihren Zu­ griff auf das Medium in Übereinstimmung mit einem vorgegebe­ nen Kommunikationsprotokoll steuert. Das vorgegebene Proto­ koll fordert, daß die Endstation das Senden von Daten in das Kommunikationsmedium wenigstens für eine erste Zeitperiode unterläßt, wenn die Endstation eine Übertragungsaktivität im Medium erfaßt. Das Protokoll fordert außerdem die Endstation auf, auf eine Lücke in der Übertragungsaktivität zu warten, die wenigstens so lang wie die Dauer einer zweiten Zeitperi­ ode ist, bevor es das Senden von Daten empfiehlt, und das Senden während der ersten Zeitperiode weiterhin zu unterlas­ sen, falls die Endstation eine Wiederaufnahme der Sendeakti­ vität vor dem Ende der zweiten Zeitperiode erfaßt. Der Zentralknoten enthält eine Ablaufsteuereinrichtung, die an den Kanal angeschlossen ist und so beschaffen ist, daß sie ein Ablaufsteuersignal und ein Datensignal empfängt, um die Übertragungsaktivität des Kanals zu steuern, wobei die Ablaufsteuereinrichtung dem Kanal befiehlt, ein erstes Signal in das Kommunikationsmedium zu senden, wenn die Ablaufsteuereinrichtung das Ablaufsteuersignal empfängt, und wobei die Ablaufsteuereinrichtung dem Kanal befiehlt, die Übertragung des ersten Signals anzuhalten, wenn das Ablauf­ steuersignal aktiv bleibt, so daß die Dauer der Übertragung des ersten Signals kürzer als die erste Zeitperiode ist, und wobei die Ablaufsteuereinrichtung dem Kanal befiehlt, die Übertragung des ersten Signals wiederaufzunehmen, falls das Ablaufsteuersignal aktiv bleibt, so daß die Übertragung des ersten Signals während einer Zeitlänge angehalten wird, die kürzer als die zweite Zeitperiode ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert.

Fig. 1 ist ein Graph eines Netznachricht-Durchsatzes in Abhängigkeit vom Umfang der Netznachricht-Last, die dem Netz angeboten wird.

Fig. 2 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Sterntopo­ logie-Netzes mit einer Netz-Verstärkereinheit.

Fig. 3 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Sterntopo­ logie-Netzes mit zwei Netz-Verstärkereinheiten.

Fig. 4 ist ein funktionaler Blockschaltplan zur Erläuterung der logischen Beziehung zwischen dem Netz, dem Systembe­ triebsmittel-Manager, dem Ablaufsteuerungsgenerator und den Kanalentitäten.

Fig. 5 ist ein Zustandsdiagramm einer Kanalzustandsmaschine.

Fig. 6 ist ein Zeit-Raum-Diagramm zur Veranschaulichung des Signalübermittlungsverkehrs in einem ersten Szenario.

Fig. 7 ist ein Zeit-Raum-Diagramm zur Veranschaulichung des Signalübermittlungsverkehrs in einem zweiten Szenario.

Fig. 8 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Schaltele­ ments.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein Halbduplex- Ablaufsteuerschema für ein Sternnetz, das eine MAC gemäß IEEE 802.3-Standard verwendet, die die Übertragung von Paketen von einer besonderen MAC-Schnittstelle durch Manipulieren des von der MAC empfangenen CRS-Signals steuert.

Die MAC gemäß IEEE 802.3 verzögert das Schicken von Rahmen, selbst wenn die CRS-Ereignisse länger als typische Pakete und kleiner als die maximal zulässige Verzögerung, die "übermäßige Verzögerungszeit" genannt wird, sind. Das bedeu­ tet, daß ein Agent, der eine Ablaufsteuerungsnachricht schickt, verhindern kann, daß eine MAC, die die Ablaufsteue­ rungsnachricht erfaßt, während der Periode einer übermäßigen Verzögerungszeit (ungefähr gleich einem doppelten Paket mit maximaler Größe) sendet, ohne daß veranlaßt wird, daß der Kollisionszähler der MAC inkrementiert wird. Dieses Verfah­ ren zur Ablaufsteuerung kann aus einer Systemperspektive gemanagt werden.

Sobald genauer für eine besondere MAC das CRS-Ereignis, das eine Verzögerung bewirkt, begonnen hat, muß es nicht ange­ halten werden, wodurch der Datenfluß von der MAC gemäß IEEE 802.3 für eine nicht definierte Zeitperiode angehalten werden kann. Falls das CRS-Ereignis länger als 24288 Bitzeiten (zwei Pakete × 1518 Bytes/Paket × 8 Bitzei­ ten/Byte = 24 288 Bitzeiten in einem Ereignis einer übermäßi­ gen Verzögerung) fortdauert, erfaßt jedoch die MAC gemäß IEEE 802.3 ein Ereignis einer übermäßigen Verzögerung, das möglicherweise bewirkt, daß sie ihr Übertragungspaket zu­ rückweist und einen Netzfehler meldet. Falls jedoch CRS nicht bestätigt wird, kann der Zeitgeber für übermäßige Verzögerung für die MAC zurückgesetzt werden. Solange die CRS niemals für mehr als eine übermäßige Verzögerungszeit bestätigt wird und innerhalb 64 Bitzeiten nicht bestätigt und dann erneut bestätigt wird, hält die MAC der IEEE 802.3 ihren Rahmen undefiniert, ohne ihren Kollisionszählstand zu erhöhen oder möglicherweise selbst ohne einen Fehlerzustand zu melden. Einige MACs können ein Ereignis einer übermäßigen Verzögerung anhand der Zeit, während der die Übertragung wartete, interpretieren und einen Zeitablauf und eine Mana­ gement-Entität melden. Somit verursacht ein Ereignis einer langen Verzögerung kein ungeeignetes Netzverhalten, es ist jedoch für eine Management-Entität im Netz sichtbar.

Da ferner das CRS-Signal von einer entfernten Station er­ zeugt werden kann, kann eine entfernte Vorrichtung wie etwa eine Verstärkereinheit, ein Schalter, eine Brücke oder ein Router die MAC-Übertragungscharakteristik von Endstationen mit modifizierten Protokollen steuern, die mit der vorhande­ nen Infrastruktur gemäß IEEE 802.3 vollständig rückwärtskom­ patibel sind.

Der vorliegende Ablaufsteuermechanismus ermöglicht die Verteilung der Speicheranforderungen des Netzes auf die Endstationen statt auf einen zentralen Netzschalter, schafft einen Netzschalter mit einem Mechanismus zum Setzen eines effizienten Betriebspunkts, kann eine Wartezeit von einer Vorrichtungsklasse zu einer weiteren gewährleisten und kann für die Implementierung einer Prioritätenbildung im Netz verwendet werden.

Genauer ist ein Netzschalter mit einem Mechanismus zum Set­ zen eines effizienten Betriebspunkts vorgesehen, indem der Verstärkereinheit ermöglicht wird, die angebotene Last für das Netz zu steuern. Da die Verstärkereinheit gemäß IEEE 802.3 und ihre zugehörige Netzleistung von der dem Netz angebotenen Last abhängt, kann die Steuerung des Verkehrs­ aufkommens im Netz effizienter ablaufen. Das heißt, daß ein Ethernet-System ineffizient wird, wenn im Netz genügend Verkehr vorhanden ist, so daß Kollisionen und Verzögerungen einen Datenverlust und eine Durchsatzverschlechterung bewir­ ken. Eine typische Ethernet-Last/Durchsatz-Kurve ist in Fig. 1 dargestellt.

Indem der Verstärkereinheit erlaubt wird, die dem Netz angebotene Last zu steuern, kann der Durchsatz optimiert werden. Mit anderen Worten, durch die Verwendung der Ablauf­ steuerverfahren der vorliegenden Erfindung kann die angebo­ tene Last so zugeschnitten werden, daß ein maximaler System­ durchsatz erzielt wird. Beispielsweise kann in Fig. 1 die angebotene Last 2 so gesteuert werden, daß sichergestellt ist, daß der Durchsatz nicht unter 210 absinkt. Höhere ISO- Schicht-Entitäten (z. B. Management) können die gleichen Arten von Kriterien anwenden, die in einem Vermittlungsnetz verwendet werden, um festzustellen, wenn Betriebsmittel knapp sind und wenn folglich das Schicken einer Ablaufsteu­ ernachricht gemäß dieser Erfindung gewünscht ist. Beispiels­ weise könnte die Management-Entität die Anzahl der Kollisio­ nen in einem Segment, die Kollisionszählstände für ein gegebenes Paket (Überwachen des Rahmenverlusts beim Sender), den Trägerprozentsatz, den Prozentsatz der nutzbaren Band­ breite (z. B. die für eine fehlerfreie Kommunikation ver­ brauchte Zeit gegenüber der theoretischen Datenrate) oder einer Kombination hiervon überwachen.

Weiterhin kann die Latenzzeit von einer Vorrichtungsklasse zu einer weiteren gewährleistet werden und für die Implemen­ tierung einer Prioritätenbildung im Netz verwendet werden. Durch Versehen der Zentralvorrichtung im Netz mit der Fähig­ keit, den Zeitverlauf von Endstation-Übertragungen zu steu­ ern, kann eine Politik definiert werden, die ermöglicht, daß Verkehr von einer besonderen Station oder ein besonderer Verkehrsstrom vor anderen Übertragungen erkannt wird. Durch Zulassen einer Priorität für eine Station kann die Verstär­ kereinheit gewährleisten, daß ein Paket in der Sendewarte­ schlange während einer bestimmten Zeit und nicht länger verbleibt. Dies ist äquivalent mit der Sicherstellung einer Latenzzeit zwischen Vorrichtungen im Netz. Einige Anwendun­ gen wie etwa Video- und Audioanwendungen in Paketform sind für große Schwankungen der Latenzzeit sehr empfindlich. Wenn für die Latenzzeit oder das "Jitter" im Netz eine Grenze gesetzt werden kann, kann eine Verstärkereinheit diese Anwendungstypen in kostengünstiger Weise unterstützen.

Die Verstärkereinheit kann eine im Paket enthaltene Charak­ teristik (z. B. eine Zieladresse, eine Quelladresse oder einen Protokollidentifizierer) erkennen, um ein Prioritäts­ niveau für eine gegebene Verkehrsmenge zu bestimmen. Da jede Verstärkereinheit eine endliche Menge von Betriebsmitteln besitzt, ermöglicht das Ablaufsteuerverfahren der Verstär­ kereinheit die Steuerung der Verwendung dieser Betriebsmit­ tel. Durch Anwenden der Prioritätsbildungskriterien auf den Verkehr kann die Verstärkereinheit eine intelligente Ent­ scheidung treffen, ob die Betriebsmittel für einen Verkehr mit hoher Priorität verwendet werden sollen oder ob der Verkehr, der die definierten Kriterien nicht erfüllt, ab­ laufgesteuert werden soll.

Da die Verstärkereinheit die Fähigkeit hat, eine Übertragung zu empfangen, sie zurückzuweisen und in der Warteschlange der Endstation undefiniert zu halten, kann sie auch die Inhalte des Pakets durchsuchen und einen Satz von Kriterien anwenden, um seine Wichtigkeit zu bestimmen. Dieser Verhal­ tenstyp kann als Form eines Netz-Vorgriff gekennzeichnet werden.

Da jedoch eine Endstation die Fähigkeit hat, unabhängige Ströme in zufälliger Weise zu multiplexieren, kann die Anwendung der Ablaufsteuerung auf einen Rahmen mit erkennbar niedriger Priorität einen Rahmen mit hoher Priorität hinter ihm blockieren. Dieses Phänomen ist als "Blockieren des Leistungskopfes" (= HOL = Head of Line Blocking) bekannt. Daher ist für ältere Endstationen, die nicht auch mehr als eine Priorität unterstützen, diese Anwendung für die Ablauf­ steuerung im allgemeinen besser geeignet, um dem gesamten Verkehr von einer gegebenen Station eine andere Priorität im Netz zu verleihen. Das heißt, daß die Priorität am Rand des Netzes durch direktes Steuern der Endstationen anstatt innerhalb des Schaltgewebes selbst implementiert wird (d. h. ein Verkehr von Schalter zu Schalter erhält keine Priori­ tät). Der gesamte Verkehr innerhalb des geschalteten Be­ reichs würde mit gleicher Priorität behandelt, während Endstationen auf das Schaltergewebe als ein Ergebnis von Politiken, die auf die Schalter verteilt sind, zugreifen können. Ein Weg zur Erzielung der Politikverteilung erfolgt über das Netzmanagement, das beispielsweise unter Verwendung des wohlbekannten einfachen Netzmanagement-Protokolls (SNMP) implementiert ist.

Die Verstärkereinheit bestimmt die Priorität implizit und erfordert keinen expliziten Kommunikationsmechanismus für Prioritätsinformationen zwischen der Endstation und der Verstärkereinheit oder zwischen Verstärkereinheiten. Dies kann auch als Modifizierung der Zugriffsgerechtigkeit ver­ schiedener Stationen auf das Netz angesehen werden. Ein entferntes Management könnte die Wichtigkeit einer Station ändern, wenn sich die Netzanforderungen ändern.

Im Ethernet versucht der CSMA/CD-Mechanismus selbst, eine Gerechtigkeit für sämtliche Stationen zu schaffen, wenn über eine lange Zeitperiode gemessen wird, indem zufällig festge­ legt wird, welche Sender auf das Netz zugreifen dürfen. Das Ethernet kann jedoch während kurzer Zeitintervalle ungerecht werden, wenn das Netz in einem wohlbekannten Zustand, der Einfangeffekt (= Capture Effect) genannt wird, in dem eine Station oder eine Menge von Stationen eine statistisch höhere Übertragungsmenge als andere Stationen erhält, unter hoher Last steht. Die Stationen, die vom Einfangeffekt profitieren, sind ebenfalls zufällig, weshalb der Einfangef­ fekt über lange Zeitperioden hinweg verschwindet. Außerdem verändert sich das Verkehrsmuster wahrscheinlicher, wenn über ein langes Zeitintervall gemessen wird. Wenn die Ge­ rechtigkeit des Netzes im Ethernet durch Zufallsprozesse in Ethernet-Controllern, die gemeinsam wirken, bestimmt wird, ergibt die Anwendung der Ablaufsteuerung unter Verwendung der Erfindung auf der Grundlage der "Priorität", wie sie durch eine Management-Entität definiert ist, eine Rückkopp­ lung für die Netzinstallation bezüglich der Tatsache, wel­ cher Knoten welches "Gerechtigkeits"-Maß auf welcher Zeit­ skala erhält.

Fig. 2 zeigt ein Sterntopologie-Netz, das einen Mehrkanal­ verstärker 400 besitzt, der an Endstationen 420, 430 und 440 angeschlossen ist, die unter Verwendung des IEEE 802.3-MAC- Protokolls arbeiten, das verwendet wird, um den vorliegenden Ablaufsteuermechanismus zu demonstrieren. Beispielsweise wird die Ablaufsteuerung der Endstation 430 betrachtet, während eine Unterhaltung zwischen den Endstationen 420 und 440 erfolgt. Wenn der Knoten 430 Daten zu verschicken hat, wartet er normalerweise, bis er keine Übertragung auf dem Medium sieht, und beginnt dann mit dem Senden. Jedoch kann der Knoten 430 während einer Zwischenrahmenlücke der Über­ tragung von Daten vom Knoten 420 zum Knoten 440 senden, wobei, sobald der Knoten 420 die Übertragung wieder auf­ nimmt, eine Kollision auftritt, die bewirkt, daß sowohl der Knoten 420 als auch der Knoten 430 zuerst ein JAM-Signal senden und dann auf eine Zwischenrahmenlücke in der Übertra­ gungsaktivität warten, bevor sie eine weitere Übertragung versuchen. Die Kollision hat den Verlust der Übertragungs­ zeit für den kollidierten Rahmen zuzüglich der Rückkopp­ lungsperiode zur Folge.

Hingegen schickt im vorliegenden Ablaufsteuerschema der Verstärker 400 ein CRS-Signal an die Endstation 430 während einer Zeitperiode, die nicht länger als 24 288 Bitzeiten ist, wodurch der Knoten 430 die Übertragung seiner Daten verzö­ gert. Die Endstation 430 kann für mehr als 24 288 Bitzeiten verzögert werden, falls vor dem Verstreichen der 24288 Bitzeiten der Verstärker 400 das CRS während einer Periode, die kürzer als 64 Bitzeiten ist, nicht bestätigt und dann das CRS bestätigt. Die Ablaufsteuerung des Knotens 430 ermöglicht dem Knoten 420 den Abschluß der Übertragung sämtlicher Datenpakete eines Datenrahmens an den Knoten 440 ohne Unterbrechung oder Kollision vom Knoten 430.

Um den Knoten 430 aus der Ablaufsteuerung zu entlassen, hält der Verstärker 400 die Übertragungsaktivität auf dem Kommu­ nikationsmedium 432 an, wodurch das CRS-Signal beim Knoten 430 nicht bestätigt wird. Der Knoten 430 wartet dann für eine Zwischenrahmenlücken-Periode von 96 Bitzeiten, bevor er seine Daten sendet. Die Tatsache, daß der Knoten 430 96 Bitzeiten wartet, ist aus zwei Gründen vorteilhaft. Zunächst sind 96 Bitzeiten weitaus weniger als die Dauer des JAM-Signals zuzüglich der Rückkopplungszeit, die sich erge­ ben würde, wenn der Knoten 430 sendet und mit einem weiteren Knoten kollidiert. Zweitens kann das Verhalten des Knotens 430 deterministisch bestimmt werden, indem, falls der Knoten 430 Daten zu übertragen hat, er mit der Übertragung am Ende der Zwischenrahmenlücke tatsächlich beginnt.

Das CRS kann in einer Endstation durch Schicken irgendeines Signals erzeugt werden, das als Netzaktivität durch das Protokoll der Bitübertragungsschicht der Endstation erfaßt wird. Ein Lösungsweg besteht darin, daß nur ein Trägersignal erzeugt wird. Diese Forderung bedeutet hier, daß, falls das Signal den Empfänger aktiviert, dann das geschickte Signal in der Endstation die Zurückweisung des Pakets bewirkt. Für ein 10BASE-T-Netz ist ein Signal, das ein CRS erzeugt, jedoch nicht bewirkt, daß die MAC Daten zu höheren Schichten schickt, ein Wiederholungsmuster von "1010" im Manchester­ code, das mit den 10BASE-T-Bitübertragungsschicht-Übertra­ gungen verträglich ist. Grundsätzlich ist dies mit der Präambel eines normalen Datenpakets ohne Rahmenbeginnbe­ grenzer (SFD) oder irgendeinem der anderen Felder eines IEEE 802.3-Rahmens äquivalent. Die Präambel wird in 10BASE- T-Netzen als Mittel zum Synchronisieren des Phasenverriege­ lungskreises in der Bitübertragungsschicht verwendet, um Zeitablaufreferenzen (Takt) aus dem empfangenen Signal zu extrahieren, und als früher Hinweis auf eine Empfangsaktivi­ tät (CRS). Sobald der Takt wiederhergestellt ist und der SFD erfaßt ist, schickt die IEEE 802.3-MAC die verbleibenden Felder in dem IEEE 802.3-Rahmen nach oben zu höheren Proto­ kollschichten. Es ist für das Ablaufsteuersignal möglich, nur die Präambel ohne SFD zu schicken, so daß niemals Daten von der MAC zum DTE geschickt werden. Statt dessen wird nur das CRS als Ergebnis der "erweiterten Präambel" erzeugt, wobei sich die CSMA/CD-MAC durch Verzögern der Datenübertra­ gung entsprechend verhält.

Für andere Technologien einschließlich 100BASE-X und 100BASE-T4 genügt es, ein Signal zu verwenden, das der korrekten Codierung des sich wiederholenden "1010"-Musters entspricht. Für eine logische Darstellung der Tatsache, daß im allgemeinen die MACs für all diese Technologien derartige Ereignisse filtern müssen, wird darauf hingewiesen, daß der Normalbetrieb eine Verstärkereinheit ergeben kann, die ein Fragment- schickt, das nur "1010" enthält. Beispielsweise wird der Fall betrachtet, in dem der Knoten 420 und der Knoten 430 durch den Verstärker 400 kollidieren. Falls die Kollision in der Präambel auftritt, wiederholt der Verstär­ ker 400 den ersten Teil eines guten Pakets (das wie eine Präambel aussieht) und schaltet dann bei Erfassung einer Kollision zum Schicken eines JAM-Signals, das ebenfalls wie eine Präambel aussieht und während einer Zeitperiode gesen­ det wird, die lang genug ist, um sicherzustellen, daß das gesendete Signal die weitesten Ziele des Netzes erreicht, so daß sämtliche Endstationen im Netz die Kollision erkennen. Das Ergebnis besteht darin, daß der Knoten 440, der an der Kollision nicht teilnimmt, da er nicht sendet, ein Fragment sieht, das enthält, was lediglich wie eine Präambel aus­ sieht. Da dies ein vollkommen gültiger fehlerfreier Zustand ist, mit dem sämtliche MACs umgehen können müssen, ist die Signalübermittlungstechnik der Erfindung für sämtliche Grundband-Netztechnologien unabhängig von ihrem Codierungs­ schema gültig.

Andere Codierungsschemata besitzen gewissen Beschränkungen in bezug auf die Tatsache, wie nahe CRS-Ereignisse sein können (d. h. minimale Zeitdauer-Anforderungen für die Nichtbestätigung von CRS). Beispielsweise fordert 100BASE- TX, daß 12 LEERLAUF-Symbole zwischen Rahmen vorhanden sind, um eine Verwürfler-Synchronisation aufrechtzuerhalten. Dies entspricht 48 Bitzeiten. 48 Bitzeiten würden zur unteren Grenze, mit der eine 100BASE-TX-Sternvorrichtung CRS-Bestä­ tigungssignale trennen könnte. 64 Bitzeiten bilden noch immer die obere Grenze, die durch die MAC auferlegt wird. Für 100BASE-TX ist ein klares Entwurfsfenster vorhanden. Für irgendeinen MAC-Standard, der eine untere Grenze erzwingt, die größer als 64 Bitzeiten ist, verschlechtert sich der vorgeschlagene Signalübermittlungsmechanismus zur herkömmli­ chen Ablaufsteuerungstechnik auf Kollisionsbasis.

Ein weiterer Vorteil des Ablaufsteuerungsmechanismus besteht darin, daß, falls der Verstärker 400 Daten an die Endstation 430 zu schicken hat, die in einem Ablaufsteuerzustand gehal­ ten wird, er anstelle des obenbeschriebenen Präambelsignals diese Daten an die Endstation übertragen kann. Der Knoten 430 überträgt nicht, solange der Verstärker 400 sicher­ stellt, daß das Ende des "Verzögerungssignals" (CRS bestä­ tigt) weniger als 64 Bitzeiten vom Beginn des zu übertragen­ den Pakets entfernt ist. Daher kann die "Verzögerung" durch erneutes Beginnen der Übertragung des Verzögerungssignals in einem Abstand von weniger als 64 Bitzeiten vom Ende des Pakets fortgesetzt werden. Dies stellt einen Fortschritt des Ablaufsteueralgorithmus dar, weil gültige Daten zur Endsta­ tion, die in einem Ablaufsteuerzustand gehalten wird, ge­ schickt werden können, indem anstelle eines Präambelsignals, das eine CRS-Bestätigung bewirkt, jedoch nicht durch die MAC bis zum DTE geschickt werden, ein wirkliches Paket als Übertragungssignal verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil des Ablaufsteuermechanismus besteht darin, daß Übertragungsdaten in den Endstationen durch die Ablaufsteuerung der Endstationen effektiv gepuffert werden.

Da der Verstärker 400 die Endstationen dazu veranlassen kann, ihre Sendedaten zu halten, ohne sie zu verwerfen, nutzt der Verstärker 400 effektiv Speicher in den Endstatio­ nen, um die Sendedaten zu puffern. Um andernfalls den Ver­ lust von Paketen zu vermeiden, würde der Verstärker 400 gezwungen, den Endstationen das Senden zu ermöglichen, wobei der Verstärker 400 die gesendeten Daten speichern müßte, bis das besondere Paket an sein Ziel übertragen werden könnte. Ein Netz mit vielen aktiven Knoten erfordert eine große Speichermenge, um die von den Endstationen gesendeten Pakete zu puffern, wobei bei hohem Verkehrsaufkommen noch immer keine Gewähr dafür besteht, daß die ankommenden Datenpakete den verfügbaren Verstärker-Pufferspeicher nicht zum Überlau­ fen bringen, was einen Verlust von Paketen zur Folge hätte. Durch die Ablaufsteuerung der Netzaktivität an seiner Quelle in den Endstationen werden die Speicheranforderungen zum Puffern von Übertragungsdaten auf die Endstationen verteilt, wo Speicherraum für Netzkommunikationen bereits zugewiesen worden ist, wobei die Endstationen inhärent vor einem Über­ lauf der Pufferkapazität des Netzes geschützt sind.

Um zu demonstrieren, wie der Ablaufsteuermechanismus Knoten in einem mehrere Verstärker aufweisenden Netz steuern kann, zeigt Fig. 3 ein Netz mit zwei Mehrkanalverstärkern 400 und 410, die mit Endstationen 420, 430, 440, 460, 470 und 480 verbunden sind, die gemäß dem IEEE 802.3-MAC-Protokoll arbeiten. Jeder der Mehrkanalverstärker 400 und 410 der Erfindung überträgt ein vom anderen Verstärker empfangenes CRS-Signal an die Endstationen, die von diesem Verstärker bedient werden. Beispielsweise wird ein vom Verstärker 400 erzeugtes CRS-Signal vom Verstärker 410 empfangen und an die Endstationen 460, 470 und 480 geschickt. Umgekehrt wird ein vom Verstärker 410 erzeugtes CRS-Signal vom Verstärker 400 empfangen und an die Endstationen 420, 430 und 440 weiterge­ sendet. Somit kann sich ein Ablaufsteuerzustand, der vorn Verstärker 400 ausgeht, durch den Verstärker 410 fortpflan­ zen, um zu verhindern, daß die anderen Knoten im Netz sen­ den.

Die Entscheidung, für einen besonderen Knoten des Netzes eine Ablaufsteuerung auszuführen, kann aus verschiedenen Gründen erfolgen, etwa dann, wenn der Verstärker am Beginn der Übertragung erkennt, daß das übertragene Paket an einen bereits belegten Knoten adressiert ist oder wenn die Endsta­ tion 420 an die Endstation 440 sendet und die Endstation 480 mit dem Senden eines an die Endstation 420 adressierten Pakets beginnt. Ein weiteres Beispiel besteht darin, daß die Verstärkereinheit ein Signal erfaßt oder empfängt, das angibt, daß im System nicht genügend Betriebsmittel vorhan­ den sind, um die Übertragung auszuführen. Die Entscheidung für eine Ablaufsteuerung erfolgt auf dem Niveau des System­ betriebsmittel-Managements, das einen Datenkommunikations- Controller in der Verstärkereinheit oder irgendwo im Netz umfaßt.

Fig. 4 ist ein Blockschaltplan zur Erläuterung eines Bei­ spiels der logischen Beziehung zwischen dem Netz, der Sy­ stembetriebsmittel-Managementfunktion, der Ablaufsteuergene­ rator-Funktion und der Kanallogik in der Erfindung. Das Systembetriebsmittel-Management-Untersystem SRM-System 610 ist eine logische Entität, die auf das Sammeln und Halten von Informationen bezüglich der Verfügbarkeit von Systembe­ triebsmitteln für das Netz 602 anspricht. Das SRM-Untersy­ stem 610 bestimmt, ob es notwendig ist, eine Ablaufsteuer­ nachricht auszugeben, anhand von Informationen wie etwa einem Empfangsnachrichtverkehr (NET_receive(X)), einem Sendenachrichtverkehr (NET_transmit(Y)), die Systemkonfigu­ ration (configuration info) und intern gehaltene Systemva­ riablen (int-sys_var). Die Variablen X und Y in NET_receive(X) und NET_transmit(Y) beziehen sich auf eine Adresse eines Kanals, der einer Endstation entspricht, an die Daten in NET_receive(X) oder NET_transmit(Y) adressiert sind. Ein Kanal ist die logische Systementität, die als Endstation dient. Im vorliegenden Beispiel ist Port(X) 630 die Kanalentität, die als Endstation 640 dient. Übertragun­ gen an und von einer Endstation laufen über den dieser Endstation entsprechenden Kanal.

Der Nachrichtenverkehr verläuft über SRM 610 und schickt das receive_packet(X), das für Port(X) 630 bestimmt ist, nach unten und gibt transmit_packet(Y), das von Port(X) 630 geschickt wird, an das Ziel Port(Y), der sich irgendwo im Netz 602 befindet. Da der SRM 610 den gesamten Nachrichten­ verkehr im Netz 602 überwacht, weiß er, welche Kanäle be­ reits aktiv sind. Im Ergebnis kann er feststellen, daß der Kanal, an den das Datenpaket gerichtet ist, bereits belegt ist, so daß jeder Kanal, der Daten an einen belegten Kanal schickt, ablaufgesteuert werden sollte.

Wenn der SRM 610 feststellt, daß Port(X) 630 ablaufgesteuert werden sollte, schickt er an den Ablaufsteuersignal-Genera­ tor (FCS) 620 ein Signal send_fc_msg(X). Ein optionales Merkmal, das in dem Ablaufsteuersystem der Erfindung enthal­ ten sein kann, besteht darin, daß der SRM 610 dann, wenn er eine erwartete Dauer des Ablaufsteuerzustands für Port(X) 630 berechnet, außerdem die Ablaufsteuerdauer an den FCS 610 als fc_duration(X) schickt.

Bei Empfang von send_fc_msg(X) formuliert der FCS 620 den Inhalt von port_transmit für Übertragungen durch den Port(X) 630 an die Endstation 640. Wie oben beschrieben, dient jegliche Übertragungsaktivität einer Kollision mit einer Endstation oder veranlaßt die Endstation zur Verzögerung der Übertragung. Das port_transmit-Signal kann ein Präambelsi­ gnal sein, das die Endstation 640 als Übertragungsaktivität erkennt, es jedoch nicht als Daten mißversteht. Falls der FCS 620 alternativ ein receive_packet(X) für Port(X) emp­ fängt, während Port(X) einer Ablaufsteuerung unterliegt, kann receive_packet(X) als port_transmit gesendet werden. Falls beispielsweise ein Paket am Kanal 1 empfangen wird und die Zieladresse im Kopfsatz des Pakets angibt, daß es für den Kanal 2 bestimmt ist, der Kanal 2 jedoch durch Senden oder Empfangen eines weiteren Pakets bereits belegt ist, sollte für Port 1 eine Ablaufsteuerung erfolgen.

Sobald der SRM 610 feststellt, daß für den Kanal 1 eine Ablaufsteuerung ausgeführt werden sollte, bestätigt er das send_fc_msg(1)-Signal für den FCS 620. Der FCS 620 antwortet durch Senden einer Präambel als port_transmit an den Kanal 1. Das Signal port_transmit kollidiert mit der Endstation, die an den Kanal 1 angeschlossen ist, wodurch die Beendigung der Übertragung seines Pakets an den Kanal 1 veranlaßt wird. Wie oben beschrieben worden ist, überwacht die Endstation dann die Übertragungsaktivität vom Kanal 1 und wartet auf eine weitere Gelegenheit zum Senden. Der FCS 620 hält die Verbindung der Endstation mit dem Kanal 1 in der Ablauf­ steuerung, indem er an den Kanal 1 eine Präambel schickt.

Falls jedoch der SRM 610 ein Datenpaket NET_receive(1) empfängt, das an den Kanal 1 geschickt werden soll, schickt er die Daten an den FCS 620 als receive_packet(1). Falls während der Dauer des Ablaufsteuerzustands für den Kanal 1, fc_duration(1), genügend Zeit bleibt, um die Übertragung der Paketdaten im Kanal 1 zu ermöglichen, sendet der Kanal 1 receive_packet(1) bei port_transmit an die Endstation. Die Übertragung von receive_packet(1) wird fortgesetzt, um die Endstation in der Ablaufsteuerung zu halten, wobei die Datenübertragung gültige empfangene Datenpakete an der Endstation zur Folge hat.

Fig. 5 ist ein Zustandsdiagramm, das eine Ausführung einer Zustandsmaschine im FCS 620 veranschaulicht, der die eben beschriebene Sequenz von Ereignissen implementiert. Es wird im Zustand "keine Ablaufsteuerung" 710 begonnen: Falls der FCS 620 receive_packet(X) für Port(X) empfängt, sendet er das Paket als port_transmit an Port(X) 630. Wenn keine Paketdaten für Port(X) vorliegen (d. h. receive_packet(X) = LEERLAUF), startet der FCS 620 einen internen Zeitgeber FC_gap_timer, um eine minimale Dauer der Zwischenrahmenlücke am Port(X) sicherzustellen.

Falls der FCS 620 vom SRM 610 ein send_fc_msg(X) = WAHR empfängt, geht der FCS 620 zur Ablaufsteuerung von Port(X) 630 über. Falls der FC_gap_timer abgelaufen ist, kann sich der FCS 620 in den Zustand "Starten der Ablaufsteuerung" 720 begeben und mit dem Aussenden der Präambel (port_transmit = Präambel) am Port(X) 630 beginnen. Wenn der FCS 620 in den Zustand "Starten der Ablaufsteuerung" 720 eintritt, setzt er den internen Zeitgeber excess_timer auf einen Zeitwert, der sicherstellt, daß das Überschreitungs­ zeitlimit des Protokolls nicht überschritten wird, wodurch die Endstation 640 am Port(X) 630 jegliches Übertragungspa­ ket zurückweist, das momentan auf die Übertragung wartet.

Falls FC_gap_timer nicht abgelaufen ist, wenn der FCS 620 send fc_msg(X) = WAHR empfängt, während er im Zustand "keine Ablaufsteuerung" 710 ist, geht der FCS 620 in den Zustand "Anhalten der Ablaufsteuerung" 740 über und wartet mit port_transmit = LEERLAUF am Port(X) 630, so daß die Endsta­ tion 640 eine ausreichende Zwischenrahmenlücke in der Über­ tragungaktivität beobachtet. Wenn der FC_gap_timer abläuft, geht der FCS 620 in den Zustand "Starten der Ablaufsteue­ rung" 720 über, um mit der Übertragung eines Ablaufsteuersi­ gnals an die Endstation 640 zu beginnen.

Während der FCS 620 im Zustand "Starten der Ablaufsteuerung" 720 ist, send_fc_msg(X) = WAHR ist und der excess_timer abgelaufen ist, geht der FCS 620 in den Zustand "Anhalten der Ablaufsteuerung" 740 über und startet den FC-gap timer. Dies stellt sicher, daß die Endstation 640 eine Zwischenrah­ menlücke in der Übertragungsaktivität beobachtet, ohne daß eine Zeitüberschreitungsverletzung auftritt, die bewirkt, daß die Endstation 440 ihr Sendepaket zurückweist. Die Zeitdauer des FC_gap_timer wird kurz genug gehalten, damit der FCS 620 den Port (X) 630 zur Wiederaufnahme der Übertra­ gung veranlaßt, bevor die Endstation 640 das Senden ihrer Daten einleitet, was zu einer weiteren Kollision führen würde. Wenn daher FC_gap_timer abgelaufen ist, geht der FCS 620 wieder in den Zustand "Starten der Ablaufsteuerung" 720 über.

Falls receive_packet(X) empfangen wird, während der FCS 620 für Port(X) 630 eine Ablaufsteuerung ausführt und die ver­ bleibende Dauer des Ablaufsteuerzustands fc_duration(X) größer als die Zeit ist, die zum Senden von receive_packet(X), PKT_TIME, erforderlich ist, geht der FCS 620 in den Zustand "Ablaufsteuerung-Paketschalter" 730 über. In dem Ablaufsteuerung-Paketschalter 730 verwendet der FCS 620 receive_packet(X) als port transmit vom Port(X) 630 und sendet das Paket an die Endstation 640. Wenn die Übertragung von receive_packet(X) abgeschlossen ist, geht der FCS 620 in den Zustand "Anhalten der Ablaufsteuerung" 740 über, um in die Übertragungaktivität eine Zwischenrahmenlücke einzufü­ gen.

Falls entweder während "Starten der Ablaufsteuerung" 720 oder während "Anhalten der Ablaufsteuerung" 740 der FCS 620 ein send fc_msg(X) = FALSCH empfängt, geht er wieder in den Zustand "keine Ablaufsteuerung" 710 über und sendet receive_packet(X), wie es im normalen Ablauf des Nachrich­ tenverkehrs im Netz 620 empfangen wird.

Fig. 6 ist ein Zeit-Raum-Diagramm, das ein mögliches Nach­ richtenaustausch-Szenario für einen Kanal 820 unter der Steuerung eines Ablaufsteuersignal-Generators demonstriert, der die Ablaufsteuerzustandsmaschine von Fig. 5 enthält. In dem Szenario von Fig. 6 beginnt der Knoten MAC 810 in einer Endstation mit dem Senden von Daten an den Kanal 820, der die Daten als transmit_packet an den SRM 830 schickt. Der SRM 830 bestimmt, daß für den Knoten MAC 810 eine Ablauf­ steuerung ausgeführt werden sollte, und schickt send_fc_msg(X) = WAHR an den Kanal 820. Bei Empfang des Ablaufsteuersignals beginnt der Kanal 820 mit dem Senden eines JAM-Signals, port_transmit = PRÄAMBEL, an den Knoten MAC 810 und startet excess_timer, der so gesetzt ist, daß er nach einer Zeitperiode abläuft, die kürzer als die übermä­ ßige Verzögerungszeit für das Protokoll des Knotens MAC 810 ist. Der Knoten MAC 810 erfaßt die Kollision mit dem PRÄAMBEL-Signal und beginnt mit dem Senden seines eigenen PRÄAMBEL-Signals für die restliche Datenpaket-Übertragungs­ zeit, um unter dem Protokoll sicherzustellen, daß sämtliche anderen Endstationen, die die Datenpaket-Übertragung empfan­ gen, die Kollision erfassen. Der Knoten MAC 810 startet außerdem einen Zeitgeber für übermäßige Verzögerung exc_def_timer als Teil des Kommunikationsprotokolls, um die Dauer der Übertragungsaktivität vom Kanal 820 zu überwachen.

Im weiteren Verlauf des Szenarios von Fig. 6 fährt der Kanal 820 mit dem Schicken von PRÄAMBEL fort, bis excess timer abgelaufen ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Kanal 820 die Übertragung an den Knoten MAC 810 anhält und den erste Verzögerungszeitgeber FC_gap_timer startet. Die Unterbre­ chung in der Übertragungsaktivität vom Kanal 820 veranlaßt den Knoten MAC 810, exc_def_timer zurückzusetzen, wodurch verhindert wird, daß der MAC sein Übertragungspaket zurück­ weist und einen Fehler einer übermäßigen Verzögerung meldet, wobei der Zwischenrahmenlückenabschnitt-Zeitgeber IFGp_timer gestartet wird, der so gesetzt ist, daß er nach einem ge­ setzten Anteil einer Zwischenrahmenlücke gemäß dem Protokoll abläuft. Falls der IFGp_timer abläuft, geht der Knoten MAC 810 unabhängig davon, ob der Kanal 820 die Übertragung wieder aufnimmt, zur Übertragung seiner Daten am Ende der Zwischenrahmenlücke über. Der FC_gap_timer war jedoch so gewählt, daß er eine Dauer hat, die kürzer als diejenige des IFGp_timers ist, so daß verhindert wird, daß der Knoten MAC 810 einen weiteren Übertragungsversuch unternimmt und bei Ablauf des FC_gap_timer der Port 820 die Übertragung des PRÄAMBEL-Signals wiederaufnimmt, um den IFGp_timer im Knoten MAC 810 zurückzusetzen.

Wenn der SRM 830 feststellt, daß die Ablaufsteuerung des Knotens MAC 810 enden sollte, wird send_fc_msg(X) für den Kanal 820 auf FALSCH gesetzt. Dann hält der Kanal 820 die Übertragung zum Knoten MAC 810 an und setzt excess_timer zurück. Das Anhalten der Übertragungsaktivität vom Kanal 820 bewirkt, daß der Knoten MAC 810 exc_def_timer zurücksetzt und den IFGp_timer startet. Wenn der IFGp_timer abgelaufen ist, rückt der Knoten MAC 810 seine Ubertragungsdaten in der Warteschlange vor und versucht am Ende der Zwischenrahmen­ lücke erneut die Übertragung.

Fig. 7 ist ein weiteres Zeit-Raum-Diagramm, das ein zweites Nachrichtenübermittlungs-Szenario für den Kanal 820 unter der Steuerung eines Ablaufsteuerungsgenerators, der die Ablaufsteuerzustandsmaschine von Fig. 5 enthält, demon­ striert. In dem Szenario von Fig. 7 ist der Knoten MAC 810 im Leerlauf, wenn der SRM 830 die Ausführung einer Ablauf­ steuerung entscheidet. Das send_fc_msg(X)-WAHR-Signal vorn SRM 830 fordert den Kanal 820 auf, die PRÄAMBEL an den Knoten MAC 810 zu übertragen und excess_timer zu starten. Die Übertragung der PRÄAMBEL wird als Trägeraktivität durch den Knoten MAC 810 erfaßt, so daß er seinen exc_def_timer startet. Der Kanal 820 hält die PRÄAMBEL-Übertragung an, wenn der excess_timer abgelaufen ist, wobei er zu diesem Zeitpunkt auch den FC_gap_timer startet. Die Unterbrechung der Übertragung veranlaßt den Knoten MAC 810 zu einem Zu­ rücksetzen von exc_def_timer und zum Starten des IFGp timer.

Wenn der FC_gap_timer abgelaufen ist, nimmt der Kanal 820 die PRÄAMBEL-Übertragung wieder auf und startet excess timer. Die PRÄAMBEL-Übertragung setzt den IFGp timer zurück und startet exc_def_timer im Knoten MAC 810. Während der zweiten PRÄAMBEL-Übertragung leitet der SRM 830 ein Datenpaket (transmit packet = Daten) an den Kanal 820 wei­ ter, das an den Knoten MAC 810 adressiert ist. Es steht genügend Zeit in excess timer zur Verfügung, um die Übertra­ gung des Datenpakets zu ermöglichen, so daß der Kanal 820 das Datenpaket anstelle der PRÄAMBEL an den Knoten MAC 810 sendet und port transmit = Daten. Der Kanal 820 stellt fest, daß in excess timer noch immer Zeit übrig ist und nimmt die Übertragung von PRÄAMBEL wieder auf, bis der Zeitgeber abgelaufen ist.

Wenn excess timer abgelaufen ist, hält der Kanal 820 die PRÄAMBEL-Übertragung an und startet FC_gap_timer. Der Knoten MAC 810 setzt exc_def_timer zurück und startet den IFGp_timer als Antwort auf eine Übertragungsunterbrechung. Während der Übertragungsunterbrechung schickt jedoch der SRM 830 send_fc_msg (X) = FALSCH an den Kanal 820. Der Kanal 820 setzt den FC_gap_timer zurück und nimmt die PRÄAMBEL-Über­ tragung nicht wieder auf. Der IFGp_timer im Knoten MAC 810 wird nicht zurückgesetzt und läuft daher ab, wodurch der Knoten MAC 810 eine Übertragung irgendwelcher Daten, die er empfangen hat, versucht, weil für ihn keine Ablaufsteuerung ausgeführt wird.

Fig. 8 zeigt einen funktionalen Blockschaltplan einer spezi­ fischen Ausführung eines Netzschalterelements, das das Ablaufsteuerverfahren der Erfindung verwendet. Das Schalter­ element 1000 unterstützt zwölf Kanäle, wovon jeder die Kommunikation mit einer einzelnen Endstation unterstützt.

Das Schaltelement 1000 kann über einen Schalterbus 1010 an andere ähnliche Schaltelemente angeschlossen werden, die ebenfalls Kanäle unterstützen, die als Endstationen dienen.

Die am Schaltbus 1010 empfangenen Datenpakete, die an Kanäle gerichtet sind, die im Schaltelement 1000 enthalten sind, werden empfangen und in die geeignete Datengröße für die Kanäle mittels eines Umsetzers 1012 umgesetzt, der die Ergebnisdaten in einem Block im TX FIFO 1014 speichert, der für den Zielkanal für das Paket vorgesehen ist. Ein TX FIFO- Manager 1016 managt die Übertragung von FIFO-Blöcken, die in IX FIFO 1014 für sämtliche Kanäle im Schaltelement gespei­ chert sind.

Jeder Kanal besitzt einen Kanalblock, der die logische Entität ist, die der physischen Kommunikationsverbindung mit jeder Endstation entspricht. Der Block 1018 von Kanal 1, der Block 1020 von Kanal 2 und der Block 1022 von Kanal 12 sind in Fig. 8 gezeigt, wobei die Kanalblöcke für die Kanäle 3-11 einschließlich um der Klarheit willen weggelassen sind. Jeder Kanalblock führt die Zustandsmaschine für diesen Kanal aus. Beispielsweise wirkt der Block für Kanal 1 als Ablauf­ steuersignalgenerator (FCS) 620, der den Port(X) 630 wie in Fig. 4 gezeigt enthält, und implementiert das in Fig. 5 gezeigte Zustandsdiagramm für den Kanal 1.

Die von einem Kanal empfangenen Datenpakete laufen durch einen Datenmultiplexer MUX 1024 und werden im Empfangs-FIFO- Block in RX FIFO 1026 des Quellkanals gespeichert. Ein RX FIFO-Manager 1028 managt die empfangenen FIFO-Blöcke für sämtliche Kanäle im Schaltelement 1000. Die Datenpakete im RX FIFO 1026 werden in die Datengröße für den Schalterbus durch einen Umsetzer 1032 umgesetzt und an den Schalterbus 1010 übertragen. Selbst Datenpakete, die für einen anderen Anschluß im Schaltelement 1000 bestimmt sind, werden an den Schalterbus 1010 übertragen und vom Umsetzer 1012 empfangen und in TX FIFO 1014 gespeichert.

Eine Nachschlagmaschine 1030 untersucht die Quell- und Zieladressen, die den im Schalterbus 1010 beobachteten Datenpaketen zugehören, und hält Tabellen aktiver Kanäle im Netz, die Mehrfachschaltelemente enthalten. Es ist möglich, den SRM 610 in der Nachschlagmaschine 1030 zu implementie­ ren. Durch Überwachen der aktiven Kanäle im Netz und durch Verfolgen des Nutzungsniveaus der Systembetriebsmittel wie etwa der Bandbreite des Schalterbusses 1010 kann die Nach­ schlagmaschine 1030 entscheiden, ob für einen Kanal im Schaltelement 1000 eine Ablaufsteuerung ausgeführt werden soll, um so zu verhindern, daß der Kanal an einen weiteren Kanal, der bereits belegt ist, sendet oder von diesem emp­ fängt, oder um zu verhindern, daß ein Kanal sendet, wenn das Niveau des Nachrichtenverkehrs die Kapazität des Schaltbus­ ses 1010 erreicht hat.

Claims (20)

1. Verfahren zur Ablaufsteuerung in Netzen mit einer oder mehreren Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) von einem Zentralknoten (400, 410), gekennzeichnet durch
Senden eines Ablaufsteuersignals von dem Zentralknoten (400, 410) an eine Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480), derart, daß das Ablaufsteuersignal die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) dazu veranlaßt, eine Datenübertragung zu verzögern, wobei die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) unter einem Kommunikationsprotokoll arbeitet, das die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) auffordert, die Übertragungaktivität auf einem Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482), das mit der Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) gekoppelt ist, zu überwachen, bevor Daten auf dem Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) übertragen werden, und wobei das Kommunikations­ protokoll fordert, daß die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) auf eine Lücke in der Übertragungsaktivität auf dem Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) wartet, die wenigstens eine erste Zeitperiode dauert, die durch das Kommunikationsprotokoll definiert ist,
Anhalten der Übertragung des Ablaufsteuersignals, so daß eine Zeitdauer der Übertragung des Ablaufsteuersignals geringer als die erste Zeitperiode des Kommunikationsprotokolls ist, wobei das Kommunikations­ protokoll die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) auffordert, wenigstens eine zweite Zeitperiode zu warten, bevor sie Daten an das Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) überträgt, und
Wiederaufnehmen der Übertragung des Ablaufsteuersignals, derart, daß die Dauer der Zeitperiode, während der die Übertragung des Ablaufsteuersignals angehalten worden ist, kürzer als die zweite Zeitperiode des Kommunikationsprotokolls ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung der Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) durch Anhalten der Übertragung des Ablaufsteuersignals beendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
das Senden des Ablaufsteuersignals von dem Zentralknoten (400, 410) ferner umfaßt:
Senden eines Präambelsignals, das das Kommunikationsprotokoll als Übertragungsaktivität erkennt und das keine von der Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) zu empfangenden Daten darstellt, oder
Senden eines gültigen Datenpakets, wie es durch das Kommunikationsprotokoll definiert ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wiederaufnahme der Übertragung des Ablaufsteuersignals ein Schritt des Wartens für eine vorgegebene minimale Zeitperiode vorgesehen ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kommunikationsprotokoll das Mediumzugriffsteuerprotokoll gemäß IEEE 802.3 verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
Beginnen einer Übertragung des Ablaufsteuersignals durch den Zentralknoten (400, 410) über das Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482), wobei ein Kommunikationsuntersystem der Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) das Ablaufsteuersignal als Übertragungsaktivität erkennt,
Starten eines ersten Zeitgebers im Zentralknoten (400, 410), wenn die Übertragung beginnt, wobei der erste Zeitgeber so gesetzt ist, daß er nach einer ersten Zeitperi­ ode abläuft, deren Dauer kürzer als eine erste Zeitgrenze des Kommunikationsprotokolls ist, wobei das Kommunikati­ onsprotokoll fordert, daß die eine oder die mehreren Endsta­ tionen (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine Übertragungsakti­ vität im Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) überwachen und von der Übertragung von Daten solange abse­ hen, wie die Dauer der Übertragungsaktivität die erste Zeitgrenze nicht überschreitet,
Anhalten der Übertragung des Ablaufsteuersignals, wenn der erste Zeitgeber abgelaufen ist, und Starten eines zweiten Zeitgebers, wobei der zweite Zeitgeber so gesetzt ist, daß er nach einer zweiten Zeitperiode abläuft, deren Dauer kürzer als eine zweite Zeitgrenze des Kommunikations­ protokolls ist, wobei das Kommunikationsprotokoll fordert, daß die eine oder die mehreren Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) von der Übertragung von Daten solange abse­ hen, wie die Dauer einer Periode einer Übertragungsinaktivi­ tät, die einer Periode einer Übertragungsaktivität folgt, die zweite Zeitgrenze nicht übersteigt, und
Wiederaufnehmen der Übertragung des Ablaufsteuersi­ gnals, wenn der zweite Zeitgeber abgelaufen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung der einen oder der mehreren Endsta­ tionen (420, 430, 440, 460, 470, 480) durch Anhalten der Übertragung des Ablaufsteuersignals beendet wird und der erste und der zweite Zeitgeber zurückgesetzt werden, wenn die Ablaufsteuerung der einen oder der mehreren Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) beendet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beginn der Übertragung des Ablaufsteuersi­ gnals das Übertragen eines Präambelsignals und/oder eines Datenpakets, die durch das Kommunikationsprotokoll definiert sind, umfaßt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anhalten der Übertragung des Ablauf­ steuersignals das Setzen des zweiten Zeitgebers in der Weise, daß die Dauer der zweiten Zeitperiode wenigstens so groß wie eine vorgegebene minimale Zeitperiode ist, umfaßt.

10. Vorrichtung, zur Ablaufsteuerung in Netzen, die ein Netzelement enthält, gekennzeichnet durch
eine Ablaufsteuereinrichtung, die so beschaffen ist, daß sie die Übertragung eines Datensignals an eine oder mehrere Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Kommunikationsprotokoll steuert,
wobei die Ablaufsteuereinrichtung ferner so beschaf­ fen ist, daß sie eine Ablaufsteuernachricht empfängt, das Datensignal als Antwort auf die Ablaufsteuernachricht sen­ det, die Übertragung des Datensignals anhält, so daß die Dauer der Datensignalübertragung eine durch das Kommunikationsprotokoll definierte übermäßige Verzögerungszeit nicht überschreitet, und die Übertragung des Datensignals wieder aufnimmt, so daß die Dauer des Anhaltens der Datensignalübertragung kürzer als eine durch das Kommunikationsprotokoll definierte Lückenzeit ist, und
wobei die Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) von einer Übertragung von Daten absehen, wenn die Übertragung des Datensignals für weniger als die Lückenzeit angehalten wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480), die so beschaffen sind, daß sie mit der Ablaufsteuer­ einrichtung unter Verwendung des vorgegebenen Kommunikationsprotokolls kommunizieren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch ein Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482), das so beschaffen ist, daß es die eine oder die mehre­ ren Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) mit der Ablaufsteuereinrichtung koppelt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal umfaßt:
ein Präambelsignal, das das Kommunikationsprotokoll als Übertragungsaktivität, jedoch nicht als Übertragungsdaten erkennt, oder
ein Datensignal, das Übertragungsdaten enthält, die mit dem vorgegebenen Kommunikationsprotokoll konform sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Kommunikationsprotokoll das Mediumzugriffsteuerprotokoll gemäß IEEE 802.3 ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit einer ersten Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480), die so beschaffen ist, daß sie mit einem Kommunikati­ onsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) verbunden und für einen Zugriff auf das Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) unter Verwendung eines Kommunikationsprotokolls in Konkurrenz steht,
wobei das Kommunikationsprotokoll fordert, daß

• 1. die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine Übertragung von Daten bis zu einer ersten Zeitpe­ riode verzögert, wenn die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine Übertragungsaktivität im Kommunikations­ medium (422, 432, 442, 462, 472, 482) erfaßt,
• 2. die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) während einer zweiten Zeitperiode nach der Erfassung eines Endes der Übertragungsaktivität wartet, bevor es Daten überträgt, und
• 3. die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) die Verzögerung der Übertragung von Daten fortsetzt, wenn die Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine wieder aufgenommene Übertragungsaktivität während der zweiten Zeitperiode erfaßt, und

einem Zentralknoten (400, 410), der so beschaffen ist, daß er das Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) mit der ersten Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) verbindet und eine Kommunikation zwischen ihnen herstellt,
wobei der Zentralknoten (400, 410) so beschaffen ist, daß er

• 1. für die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine Ablaufsteuerung ausführt, indem er an die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) ein erstes Signal während einer ersten Ablaufsteuer-Zeitperiode über­ trägt, die kürzer als die erste Zeitperiode des Protokolls ist,
• 2. die Übertragung des ersten Signals während einer zweiten Ablaufsteuer-Zeitperiode anhält, die kürzer als die zweite Zeitperiode des Kommunikationsprotokolls ist, und
• 3. die Übertragung des ersten Signals wieder auf­ nimmt, bevor die zweite Zeitperiode beendet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es ein erstes Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) enthält, das zwischen die erste 'Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) und den Zentralknoten (400, 410) geschaltet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß
das Netz eine zweite Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) enthält, die mit einem weiteren Kommunikationsme­ dium (422, 432, 442, 462, 472, 482) verbunden ist,
die zweite Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) so beschaffen ist, daß sie für einen Zugriff auf das weitere Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) unter Verwendung des Protokolls in Konkurrenz steht, und
der Zentralknoten (400, 410) so beschaffen ist, daß er

• 1. mit dem weiteren Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) verbunden ist,
• 2. für die zweite Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) eine Ablaufsteuerung ausführt, indem er ein zwei­ tes Signal an die zweite Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) während der ersten Ablaufsteuer-Zeitperiode über­ trägt, die kürzer als die erste Zeitperiode des Protokolls ist,
• 3. die Übertragung des zweiten Signals während der zweiten Ablaufsteuer-Zeitperiode anhält, die kürzer als die zweite Zeitperiode des Protokolls ist, und
• 4. die Übertragung des zweiten Signals vor dem Ende der zweiten Zeitperiode wieder aufnimmt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralknoten (400, 410) so beschaffen ist, daß er für jede der ersten und zweiten Endstationen (420, 430, 440, 460, 470, 480) unabhängig eine Ablaufsteuerung ausführt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482),
wobei das erste Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) zwischen die erste Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) und den Zentralknoten (400, 410) geschaltet ist, und
das zweite Kommunikationsmedium (422, 432, 442, 462, 472, 482) zwischen die zweite Endstation (420, 430, 440, 460, 470, 480) und den Zentralknoten (400, 410) geschaltet ist.