DE19935126A1

DE19935126A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermittlung einer Mehrzahl von paket-orientierten Signalen

Info

Publication number: DE19935126A1
Application number: DE19935126A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kirstaedter; Mathias Hellwig
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: US6931020B1; DE19935126B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Vermittlung einer Mehrzahl von paket-orientierten Signalen, bei welchen mehreren (N) Porteinheiten (3) mit Ports (7) an den Ports jeweils ein Signal (S 11 bis S nN ) zugeführt werden kann und bei dem das Durchschalten eines Signals (S 11 bis S nN ) von einem Port (7) auf einen anderen Port (7) mittels einer zentralen Vermittlungseinheit (5) erfolgt. DOLLAR A Bei der Signalübertragung zwischen den Porteinheiten (7) werden von jeder Porteinheit (3) für jedes ihr zugeführte Datenpaket dessen Adressinformation und hieraus die Porteinheit (3), an welche das Paket zu übertragen ist, sowie eine Verfügbarkeitsinformation, welche an die zentrale Vermittlungseinheit (5) übertragen wird, ermittelt. DOLLAR A Die zentrale Vermittlungseinheit (5) wertet die Verfügbarkeitsinformation aus und ermittelt eine Berechtigungsinformation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermittlung einer Mehrzahl von paket-orientierten Signalen, insbesondere für das Switching und Routing in lokalen Netzen nach dem Ethernet Standard.

In den letzten Jahren ist die Übertragungskapazität bzw. die Datenübertragungsrate in Netzwerken stark angestiegen. Dies führte zur Notwendigkeit, Vermittlungseinrichtungen, insbe sondere Switches und Router, zu entwickeln, die einen Daten durchsatz im Multi-Gigabit- bzw. sogar Terabit-Bereich auf weisen. Bei derart hohen Übertragungsgeschwindigkeiten lassen sich die erforderlichen Netzwerkprotokolle nur noch als Hard ware realisieren.

Vermittlungseinrichtungen für diese hohen Übertragungsge schwindigkeiten werden nach einer Möglichkeit als aktive Backplane unter Verwendung einer Crossbar Architektur reali siert. Crossbar-Vermittlungsarchitekturen arbeiten vollstän dig parallel, so dass der Durchsatz derartiger Einrichtungen nur durch die Anzahl der einzelnen Ports und das intern ver wendete Kommunikationsprotokoll begrenzt ist.

Crossbar-Architekturen arbeiten üblicherweise mit mehreren Port-Chips, die über Interfaces mit einem zentralen Crossbar- Chip verbunden sind. Bekannte Crossbar-Chips beinhalten übli cherweise Pufferspeicher, um bei auftretenden Kollisionen Pa kete oder Zellen zwischenzuspeichern. Die Zellen entstehen durch die üblicherweise - insbesondere bei Paketen variabler Länge - vorgenommene Segmentierung eines Pakets in Zellen mit bestimmter Länge, die dann innerhalb der Vermittlungseinrich tung weiterverarbeitet werden. Hierdurch ergibt sich die Mög lichkeit, auf rationelle Weise eine taktsynchrone Verarbei tung der Zellen zu realisieren. Zudem wird bei auftretenden Kollisionen, d. h. wenn mehrere Ports der Port-Chips versuchen auf denselben Port eines anderen Port-Chips zu übertragen, eine "faire" Übertragung der an den konkurrierenden Ports an liegenden Signale bzw. Pakete erleichtert. Hierzu ist bei ei nigen bekannten Einrichtungen mit dem Crossbar-Chip eine ex terne Contention-Resolution-Einheit (Zellkonflikt- Auflösungseinheit) verbunden, die unter Verwendung bestimmter Algorithmen eine faire Auswahl der konkurrierenden Ports er mittelt.

Daneben sind auch Crossbar-Architekturen bzw. Crossbar-Chips bekannt, bei denen auf eine interne Pufferung der Pakete bzw. Zellen und eine Contention-Resolution-Einheit ganz verzichtet wird, jedoch wird bei derartigen Strukturen im Kollisionsfall der Verlust von Paketen bzw. Zellen in Kauf genommen.

Bei den bekannten Architekturen wird, wie bereits erwähnt, üblicherweise eine Segmentierung der den Ports zugeführten Datenpakete vorgenommen. Die einzelnen Zellen werden dann in einem Pufferspeicher abgelegt, der ohnehin erforderlich ist, um Spitzen in der Übertragungsrate bei Systemen mit variabler Datenübertragungsrate - beispielsweise Systemen, bei denen verschiedene Dienste auf denselben Leitungen übertragen wer den - abfangen zu können.

Nachteilig bei diesen bekannten Systemen ist der relativ hohe Realisierungsaufwand, da praktisch die gesamten Protokollme chanismen wegen der hohen Übertragungsgeschwindigkeit als Hardware realisiert werden müssen. Insbesondere das Vorsehen von Pufferspeichern und zugehörigen Hochgeschwindigkeitsüber tragungswegen für die interne Datenübertragung von und zu den Pufferspeichern führt zu einem beträchtlichen Teil des Ge samtaufwands bei der Realisierung von derartigen Vermitt lungseinrichtungen. Des Weiteren führt eine doppelte Puffe rung zu einer unerwünscht hohen Verzögerungszeit für die ver mittelten Signale. Bei einem Überlauf des Puffers können zu dem Zellverluste auftreten. Schließlich bedingt die Realisie rung der Kommunikation zwischen einer bei einigen bekannten Einrichtungen vorhandenen externen Contention-Resolution- Einheit und einer zentralen Vermittlungseinheit einen be trächtlichen Aufwand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermittlung einer Mehrzahl von paket-orientierten Signalen zu schaffen, wobei auf einfache Weise und mit geringem Aufwand ein möglichst hoher Datendurchsatz bei möglichst geringer Verzögerungszeit und bei gleichzeitiger Blockierungsfreiheit gewährleistet werden kann und eine gute Skalierbarkeit eines aus mehreren Komponenten bestehenden Systems erreicht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der An sprüche 1 bzw. 8.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass unter Verwen dung des an sich bekannten und im Sinne einer guten Skalier barkeit vorteilhaften Aufbaus einer Vermittlungseinrichtung für paket-orientierte Signale, bei dem mehrere Porteinheiten mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Ports mit einer zen tralen Vermittlungseinheit gekoppelt sind, ein hoher Daten durchsatz und eine (interne) Blockierungsfreiheit bei gleich zeitig geringem Realisierungsaufwand dadurch erreicht werden kann, dass die in den Porteinheiten ohnehin erforderlichen Pufferspeicher gleichzeitig zur Zwischenpufferung in Verbin dung mit der Realisierung einer Contention-Resolution- Funktion mit benutzt werden.

Die Contention-Resolution-Funktion wird erfindungsgemäß in der Weise realisiert, dass die Porteinheiten Verfügbar keitsinformationen an die zentrale Vermittlungseinheit über mitteln, wobei die Verfügbarkeitsinformationen beinhalten, an welche der jeweils anderen Porteinheiten wenigstens ein Da tenpaket oder eine Zelle übertragen werden soll. Die zentrale Vermittlungseinheit wertet die Verfügbarkeitsinformationen aus und ermittelt nach einer vorgegebenen Vorschrift (Conten tion-Resolution-Algorithmus) Berechtigungsinformationen, die beinhalten, von welchen Porteinheiten (Sende-Porteinheiten) im nächsten Schritt oder in einem bestimmten der nächsten Schritte jeweils ein Datenpaket oder eine Zelle an welche je weils anderen Porteinheiten (Empfangs-Porteinheiten) übertra gen werden kann, ohne dass eine Blockierung auftritt.

Die zentrale Vermittlungseinheit übermittelt die Berechti gungsinformationen zumindest an die betreffenden Sende- Porteinheiten, die als sendeberechtigt zu einer bestimmten anderen Porteinheit ermittelt wurden, und schaltet die erfor derlichen Pfade zwischen den Sende-Porteinheiten und den Emp fangs-Porteinheiten durch. Das Durchschalten der Pfade kann dabei entweder direkt durch die Auswertung der von der Con tention-Resolution-Einheit ermittelten zulässigen Übertra gungsberechtigungen erfolgen oder durch die Auswertung von Adressinformationen in den übertragenen Datenpaketen oder Zellen.

Die Sende-Porteinheiten übertragen die jeweils freigegebenen Datenpakete oder Zellen an die zentrale Vermittlungseinheit und die zentrale Vermittlungseinheit überträgt diese über die durchgeschalteten Pfade an die jeweiligen Empfangs- Porteinheiten.

Die Empfangs-Porteinheiten werten die Adressinformationen der empfangenen Datenpakete oder Zellen aus und ordnen die Daten pakete oder Zellen den betreffenden Ports zu. Erforderlichen falls fassen die Empfangs-Porteinheiten die in mehreren Schritten empfangenen Zellen wieder zu Datenpaketen zusammen und geben die Datenpakete über die betreffenden Ports an den jeweiligen Adressaten aus.

Gegenüber bekannten Strukturen ergibt sich der Vorteil, dass in der zentralen Vermittlungseinheit, die als Crossbar-Chip ausgebildet sein kann, keine eigenen Pufferspeicher vorgese hen sein müssen. Hierdurch wird die für den Chip erforderli che Fläche stark reduziert. Zudem entfallen Chip-interne Hochgeschwindigkeitsleitungen für die Datenübertragung von und zu den Pufferspeichern und die Adressierung der Puffer speicher. Zudem erübrigen sich Maßnahmen, um einen Überlauf solcher Pufferspeicher zu verhindern.

Um innerhalb der erfindungsgemäßen Vermittlungsvorrichtung eine möglichst hohe (interne) Übertragungsgeschwindigkeit zu erreichen und den Protokollaufwand zu minimieren, erfolgt das Übertragen der Verfügbarkeits- und Berechtigungsinformationen und der Datenpakete bzw. Zellen synchron in vorgegebenen Zei tintervallen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die Verfügbarkeitsinformationen im Header eines Pakets oder einer Zelle vorgesehen, welches oder welche von einer Sende-Porteinheit an die zentrale Vermittlungsein heit übertragen wird. Hierdurch ergibt sich keinerlei zusätz licher Protokollaufwand für die Übertragung der Verfügbar keitsinformationen.

Vorzugsweise bestehen die Verfügbarkeitsinformationen aus ei ner Anzahl von Bits, die der tatsächlichen oder maximal mög lichen Anzahl von mit der zentralen Vermittlungseinheit ver bundenen oder verbindbaren Porteinheiten entspricht, wobei die Position eines Bit innerhalb der Anzahl von Bits die Por teinheit anzeigt, an die ein Paket oder eine Zelle zur Über tragung zur Verfügung steht, und wobei ein binärer Zustand der Bits für das Vorhandensein eines zu übertragenden Daten pakets oder einer zu übertragenden Zelle steht und der je weils andere binäre Zustand für das Fehlen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines nur minimal größeren Datenpakets bzw. einer nur minimal größeren Zelle.

In analoger Weise können die Berechtigungsinformationen im Header eines Pakets oder einer Zelle untergebracht werden, welches oder welche von der zentralen Vermittlungseinheit an die betreffenden Porteinheiten übertragen werden.

Die Berechtigungsinformationen können beispielsweise aus ei ner Anzahl von Bits bestehen, in welchen eine kodierte Be zeichnung für diejenige Porteinheit enthalten ist, zu der die Übertragung eines Datenpakets oder einer Zelle von derjenigen Porteinheit, an welche diese Berechtigungsinformation über mittelt wird, freigegeben wird.

Um eine Zuordnung eines an die zentrale Vermittlungseinheit übertragenen Datenpakets bzw. einer an diese übertragene Zel le zu einem Port einer Empfangs-Porteinheit zu ermöglichen, wird bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung im Header eines Pakets oder einer Zelle die Porteinheit und der Port der Porteinheit angegeben.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens, umfasst in an sich bekannter Weise mehrere, jeweils wiederum mehreren Ports aufweisende Porteinheiten, welche mit einer zentralen Vermittlungseinheit verbunden sind. Die Por teinheiten und die zentrale Vermittlungseinheit weisen je weils eine Steuereinheit auf, welche zur Durchführung der vorstehend erläuterten Verfahrensschritte ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß kann die zentrale Vermittlungseinheit eine Einheit zur Kollisionsauflösung umfassen, die nach einer vor gegebenen Vorschrift möglichst faire Berechtigungsinformatio nen für den Fall erstellt, dass in mehreren Porteinheiten zur selben Zeit mindestens ein Datenpaket oder eine Zelle zur Übertragung zu derselben anderen Porteinheit zur Verfügung steht.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einheit zur Kollisionsauflösung integriert mit der zentralen Vermittlungseinheit ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines sehr einfachen modularen Aufbaus einer entspre chenden Vermittlungsvorrichtung. Zudem gewährleistet die In tegration der Einheit zur Kollisionsauflösung die geforderte hohe Geschwindigkeit, da lediglich kurze Wege für die Über tragung der Verfügbarkeitsinformationen zu dieser Einheit und der Berechtigungsinformationen von dieser Einheit in Kauf ge nommen werden müssen.

Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung umfassen die Steuereinheiten der Porteinheiten jeweils eine Schnittstelleneinheit zur Kopplung der Porteinheiten mit der zentralen Vermittlungseinheit und eine Protokolleinheit zur Durchführung der Porteinheit-internen Steueraufgaben.

Die Protokolleinheiten übermitteln den Schnittstelleneinhei ten vorzugsweise jeweils die Information, ob für die jeweils anderen Porteinheiten keine, eine einzige oder wenigstens zwei Datenpakete oder Zellen zur Übertragung zur Verfügung stehen. Auf diese Weise kann die Schnittstelleneinheit nach Erhalt von Berechtigungsinformationen für einen der Ports oh ne weitere Kommunikation mit der Protokolleinheit aus diesen Informationen die Verfügbarkeitsinformationen für den näch sten Schritt oder einen bestimmten der nächsten Schritte er mitteln.

Vorzugsweise überträgt die Schnittstelleneinheit die nach Er halt von Berechtigungsinformationen ermittelten nächsten Ver fügbarkeitsinformationen sofort mit dem nächsten Datenpaket oder der nächsten Zelle an die zentrale Vermittlungseinheit.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die schematische Architektur einer Vermittlungsvor richtung nach der Erfindung bei gleichzeitiger sche matischer Darstellung des Datenflusses;

Fig. 2 die schematische Darstellung der zentralen Vermitt lungseinheit und einer Porteinheit in Fig. 1 unter gleichzeitiger Darstellung des Informationsflusses bei der Kollisionsauflösung;

Fig. 3 den schematischen Aufbau der von den Porteinheiten zur zentralen Vermittlungseinheit (Fig. 3a) und von der zentralen Vermittlungseinheit zu den Porteinhei ten (Fig. 3b) übertragenen Datenblöcke.

Fig. 4 den schematischen Aufbau der zentralen Vermittlungs einheit in den Fig. 1 und 2;

Fig. 1 zeigt schematisch die Architektur einer Vermittlungs vorrichtung 1 nach der Erfindung, welche aus insgesamt N Por teinheiten 3 ₁ bis 3 _N und einer zentralen Vermittlungseinheit 5 besteht. Jede der N Porteinheiten 3₁ 3_N weist n Ports 7 ₁ bis 7 _n auf, denen jeweils ein Signal S_ij zugeführt werden kann, wobei gilt: 1 ≦ i ≦ n und 1 ≦ j ≦ N. Die Porteinheiten sind üblicher weise so ausgebildet, dass an jedem Port eine bidirektionale Kommunikation möglich ist. Selbstverständlich kann das Prin zip der vorliegenden Erfindung jedoch auch auf Systeme ange wandt werden, bei denen bestimmte oder alle Ports nur für ei ne unidirektionale Kommunikation ausgebildet sind. Dies wird jedoch in der Praxis eher selten der Fall sein.

Die in Fig. 1 dargestellten Porteinheiten 3 sind vorzugsweise als integrierte Portbausteine oder separate Baueinheiten aus geführt. Gleiches gilt für die zentrale Vermittlungseinheit 5. Hierdurch wird ein modularer Aufbau erreicht, der wiederum eine einfache Skalierung, d. h. Anpassung der Vermittlungsvor richtung an die jeweils erforderliche Anzahl von zu vermit telnden Datenleitungen ermöglicht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Porteinheiten 3 und die zentrale Vermittlungseinheit 5 über Schnittstelleneinheiten verbunden. Die in den Porteinheiten 3 vorgesehenen Schnitt stelleneinheiten sind dabei mit "CB-IF" (Crossbar Interface) bezeichnet und die in der zentralen Vermittlungseinheit 5 vorgesehenen Schnittstelleneinheiten mit "Port IF" (Port In terface). Dabei ist in der zentralen Vermittlungseinheit 5 für jede Porteinheit 3 eine separate Schnittstelleneinheit Port IF vorgesehen. Jede Schnittstelleneinheit Port IF und CB-IF kann, wie aus Fig. 4 für die zentrale Vermittlungsein heit ersichtlich, über eine Low-Voltage-Differential- Signaling-Einheit (LVDS) mit den Übertragungsleitungen zwi schen den Porteinheiten 3 und der zentralen Vermittlungsein heit 5 verbunden sein. Hierdurch ist eine Reduktion der An zahl der Verbindungsleitungen möglich, wobei beispielsweise zwischen den Schnittstelleneinheiten Port IF bzw. CB-IF und den LVDS-Einheiten 16 Bit breite Datenleitungen vorgesehen sein können und zwischen den LVDS-Einheiten 4 Bit breite Da tenleitungen (jeweils differentielle Signale auf insgesamt 8 physikalischen Leitungen).

Die zentrale Vermittlungseinheit 5 übernimmt die Funktion ei nes Crossbar-Schalters, so dass eine vollständig zeitlich pa rallele interne Datenübertragung von maximal N (Crossbar internen) Signalen möglich ist (bei Realisierung einer Voll duplexübertragung über LVDS-Einheiten). Die Datenein- /ausgänge der Schnittstelleneinheiten Port IF sind mit der eigentlichen Switching-Matrix (Matrix) verbunden. Des Weite ren kann ein Port IF die Switching-Matrix in der ihr mitge teilten Weise durchschalten, so dass der gewünschte Pfad von einem Port IF zu einem anderen Port IF innerhalb der zentra len Vermittlungseinheit für die Datenübertragung zur Verfü gung steht. Um zu verhindern, dass mehrere Ports 7 verschie dener Porteinheiten 3 gleichzeitig auf einen Port 7 einer an deren Porteinheit zugreifen - dies würde einen Zellverlust bzw. eine interne Blockierung bedeuten -, ist eine Einheit 8 zur Auflösung von Kollisionen vorgesehen, die im Folgenden auch als Contention-Resolution-Einheit(CR) bezeichnet wird. Die CR-Einheit 8 ist vorzugsweise innerhalb der zentralen Vermittlungseinheit vorgesehen und zusammen mit dieser als integrierter Schaltkreis ausgebildet. Da die CR-Einheit 8, wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, sehr schnell Daten zwischen ihr und den Schnittstelleneinheiten Port IF austauschen muss, ergibt sich durch die Integration der CR- Einheit der Vorteil sehr kurzer Hochgeschwindigkeitsübertra gungsleitungen.

Im Folgenden wird anhand der Figuren das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Funktion der Vermittlungsvorrichtung nach der Erfindung näher erläutert:

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 sind den Ports 7 ₁ bis 7 _n der Porteinheiten 3 ₁ bis 3 _N jeweils ein Signal S_ij zuge führt. Bei den Signalen handelt es sich um jeweils einen Strom von Datenpaketen, die eine unterschiedliche Länge auf weisen können.

Zunächst werden die Datenpakete der einzelnen Signale S_ij von den Porteinheiten 3 segmentiert, d. h. in einzelne Zellen kon stanter Länge aufgeteilt. Die Zellen werden in einem Puffer speicher 9 abgelegt, der in den Porteinheiten 3 integriert oder als externer Speicher ausgebildet sein kann. Die Segmen tierung übernimmt eine in jeder Porteinheit 3 vorgesehene, nicht näher dargestellte Steuereinheit, die den Pufferspei cher 9 so organisiert, dass für jede der jeweils anderen Por teinheiten 3 ein separater virtueller Pufferspeicher (9a) entsteht, in welchem die an die betreffende andere Portein heit zu übertragenden Zellen enthalten sind. Zu diesem Zweck wertet jede Porteinheit 3 bzw. deren Steuereinheit die Adres sinformation jedes empfangenen Pakets aus, und stellt anhand dieser Information fest, ob das Paket bzw. die entsprechenden Zellen an eine andere Porteinheit 3 übertragen werden müssen oder nicht und ordnet die entsprechenden Zellen dem jeweili gen virtuellen (9a) Speicher zu. Die Zuordnung der Zellen ei nes Datenpakets untereinander kann durch das Vorsehen von Pointern aufrechterhalten werden kann. Selbstverständlich kann auch jeweils ein separater Speicher für jede der anderen Porteinheiten vorgesehen sein.

Bei den separaten oder virtuellen Speichern (9a) handelt es sich dem Typ nach um FIFO-Speicher, da beim Ein- und Auslesen der Zellen deren Reihenfolge erhalten bleiben soll.

Stellt die Porteinheit fest, dass keine Übertragung an eine andere Porteinheit erforderlich ist, so übernimmt die Por teinheit den Porteinheit-internen Vermittlungsprozess. Selbstverständlich wird in der Regel auch hierfür eine Puffe rung der Datenpakete notwendig sein, nicht jedoch zwingend deren Segmentierung. Da diese Porteinheit-interne Vermitt lungsfunktion der Vermittlungsvorrichtung 1 für die vorlie gende Erfindung nicht relevant ist, kann auf eine detaillier tere Erläuterung verzichtet werden.

Ein derartiger Pufferspeicher 9 pro Porteinheit 3 ist in je dem Fall erforderlich, da intern jeweils nur eine Zelle von einer Porteinheit zur zentralen Vermittlungseinheit übertra gen werden kann. Zudem wird bei einer asynchronen Übertragung der Signale S_ij eine Pufferung erforderlich, um Übertragungs spitzen abzufangen. Dies ist beispielsweise in ATM-Systemen der Fall, da unterschiedliche Dienste mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten arbeiten.

Grundsätzlich kann auch auf eine Segmentierung der Pakete zur internen Übertragung verzichtet werden und eine Übertragung der Datenpakete innerhalb der Vermittlungsvorrichtung 1 im Ganzen erfolgen. Durch eine Segmentierung ergibt sich jedoch der Vorteil, dass innerhalb der Vermittlungsvorrichtung unab hängig von der jeweiligen Länge der Pakete eine taktsynchrone Übertragung erfolgen kann. Zudem wird eine faire Behandlung der einzelnen (Ausgänge der) Porteinheiten einfacher.

Die Übertragung der Zellen innerhalb der Vermittlungsvorrich tung 1 erfolgt taktsynchron, d. h. in einem Timeslot werden jeweils ein oder mehrere Zellen von den Porteinheiten 3 zur zentralen Vermittlungseinheit 5 und umgekehrt übertragen. Ein Timeslot kann bei einer internen Übertragungsgeschwindigkeit von 2 Gbit/s (auf jeder Verbindung zwischen den Porteinheiten und der zentralen Vermittlungseinheit und innerhalb der zen tralen Vermittlungseinheit) und einer Zellenlänge oder -größe von 70 Bit beispielsweise eine Zeitdauer von 280 ns aufwei sen.

Um eine Blockierung innerhalb der Vermittlungsvorrichtung zu vermeiden, übermittelt jede Porteinheit 3 zunächst Verfügbar keitsinformationen an die zentrale Vermittlungseinheit 5. Die Verfügbarkeitsinformationen beinhalten, für welche anderen Porteinheiten momentan in der jeweiligen Porteinheit Zellen zur Übertragung vorhanden sind. Im oben angegebenen Modell der in den Porteinheiten für die jeweils anderen Porteinhei ten vorgesehenen virtuellen separaten Pufferspeicher (9a) ausgedrückt, beinhalten die Verfügbarkeitsinformationen also, ob in den einzelnen virtuellen Pufferspeichern jeweils keine oder wenigstens eine Zelle enthalten ist.

Die Verfügbarkeitsinformationen können, wie in Fig. 3a darge stellt, im Header der jeweils von den Porteinheiten 3 zur zentralen Vermittlungseinheit 5 übertragenen Zellen übertra gen werden, um einen separaten Übertragungsschritt und den damit verbundenen höheren Protokollaufwand zu vermeiden.

Die Verfügbarkeitsinformationen können dabei als Contention- Request-Vektor (CRreq) zusammengefasst werden, wobei der Vek tor entsprechend der Anzahl der Porteinheiten aus N Bit be steht. Die Position jedes Bit innerhalb des CRreq-Vektors gibt die Nummer j (1 = j = N) der Porteinheit 3 _j an und die Bele gung des betreffenden Bit, ob in der jeweiligen Porteinheit für die Porteinheit 3 _j eine Zelle zur Übertragung zur Verfü gung steht.

Der CRreq-Vektor muss nicht zwingend mit der tatsächlich im nächsten Timeslot zu übertragenden Zelle verknüpft sein, son dern kann ein oder mehrere Timeslots in die Zukunft gerichtet sein. D. h., die jeweilige Verfügbarkeitsinformation bezieht sich auf Zellen, die erst in zwei oder mehreren Timeslots in der Zukunft möglicherweise übertragen werden.

Die zentrale Vermittlungseinheit 5 bzw. die Schnittstellen einheiten Port IF lesen nach dem Empfang der ggf. mehreren gleichzeitig von den Porteinheiten übertragenen Zellen je weils die darin enthaltenen Verfügbarkeitsinformationen aus und übermitteln diese zusammen mit der Information, von wel cher Porteinheit die Verfügbarkeitsinformation übertragen wurden, an die CR-Einheit 8. Die CR-Einheit 8 ermittelt nach einem vorgegebenen Contention-Resolution-Alorithmus jeweils eine mögliche Kombination von zulässigen, d. h. kollisions freien Übertragungsmöglichkeiten von entsprechenden Sende- Porteinheiten zu entsprechenden Empfangs-Porteinheiten.

Die so ermittelte Kombination wird in Form von Berechtigungs information CRgnt zumindest an diejenigen Porteinheiten 3 übermittelt, die für den betreffenden Timeslot eine Übertra gungsberechtigung erhalten sollen.

Vorzugsweise werden diese Berechtigungsinformationen, wie aus Fig. 3b ersichtlich, wiederum im Header von Zellen übertra gen. Beispielsweise kann die jeweilige Schnittstelleneinheit Port IF die kodierte Chip-ID der Porteinheit, zu der eine Übertragung von der mit der jeweiligen Schnittstelleneinheit Port IF verbundenen Porteinheit freigegeben wurde, in den Header einer zu übertragenden Zelle schreiben, wenn der mit der jeweiligen Port IF verbundenen Porteinheit für den be treffenden Timeslot eine Übertragungsberechtigung (für die betreffende Zelle) erteilt werden soll. Soll der betreffenden Porteinheit keine Berechtigung erteilt werden, so kann der Header im Bereich, der für die Berechtigungsinformation re serviert ist, eine definierte Belegung enthalten, die von den Porteinheiten als "keine Berechtigung erteilt" interpretiert wird.

Die zentrale Vermittlungseinheit 5 bzw. die Schnittstellen einheiten Port IF lesen nach dem Empfang einer Zelle nicht nur die den Verfügbarkeitsvektor CRreq aus, sondern auch zu mindest diejenigen Adressinformationen (in Fig. 3 mit "destination" bezeichnet), die benötigt werden, um die Por teinheit zu ermitteln, an die die betreffende Zelle übertra gen werden soll.

Anstelle einer derartigen Adressauswertung kann jede Schnitt stelleneinheit Port IF auch die Berechtigungsinformationen, die ihr von der CR-Einheit zugeführt werden, dazu verwenden, um im betreffenden Timeslot die Switching-Matrix so durchzu schalten, dass die jeweilige Zelle noch im selben Timeslot an die richtige Porteinheit übertragen wird.

Da im Header der Zellen, die von der zentralen Vermittlungs einheit 5 an die jeweiligen Porteinheiten 3 übertragen wer den, kein CRreq-Vektor enthalten sein muss, kann dieser Platz im Header zur Übertragung anderer Informationen genutzt wer den, beispielsweise für Zustandsinformationen der Porteinhei ten 3.

In den Porteinheiten 3 werden nach dem Empfang einer Zelle die Berechtigungsinformationen CRgnt ausgelesen und festge stellt, ob für den betreffenden Timeslot eine Berechtigung (entsprechend den zuvor an die zentrale Vermittlungseinheit 5 übersandten Verfügbarkeitsinformationen) erteilt wurde.

Die Porteinheit bzw. die entsprechende Steuereinheit, die nach dem Empfang einer Zelle feststellt, dass eine Berechti gungsinformation vorliegt, stellt die betreffende Zelle, für die zuvor eine Verfügbarkeitsinformation an die zentrale Ver mittlungseinheit übermittelt wurde, zur Übertragung in dem betreffenden Timeslot bereit. Hierzu wird die betreffende Zelle aus dem Speicher 9 ausgelesen und an die Schnittstel leneinheit CB-IF übergeben.

Nach dem Empfang einer Zelle durch eine Porteinheit 3 liest die Steuereinheit der Porteinheit die Adressinformation im Header der Zelle und ordnet die Zelle dem jeweilige Ausgangs port bzw. der jeweiligen Media Access Control (MAC) (nicht dargestellt) zu. Zudem werden in der Porteinheit bzw. der je weiligen MAC der einzelnen Ports die einzelnen Zellen wieder zu den ursprünglichen Datenpaketen zusammengesetzt und an den jeweiligen Adressaten übermittelt.

Nach dem Empfang einer Zelle durch die Schnittstelleneinheit CB-IF einer Porteinheit und dem Auslesen und Auswerten der Berechtigungsinformation muss sofort eine neue Verfügbar keitsinformation ermittelt werden. Dieser Vorgang ist extrem zeitkritisch.

Insbesondere würde es zu lange dauern, erst die betreffende Zelle, für die eine Sendeberechtigung erteilt wurde, aus dem Speicher auszulesen, anschließend die geänderte Speicherbele gung festzustellen und das Vorhandensein einer Zelle in den virtuellen separaten Pufferspeichern (9a) an die Schnittstel leneinheit CB-IF zu melden.

Aus diesem Grund wird der Schnittstelleneinheit von der je weiligen Protokolleinheit (nicht dargestellt, ebenfalls Teil der Steuereinheit der Porteinheiten) mitgeteilt ob keine, ei ne einzige oder wenigstens zwei Zellen zur Übertragung an je de der anderen Porteinheiten zur Verfügung stehen. Auf diese Weise kann die Schnittstelleneinheit CB-IF nach Erhalt einer Berechtigungsinformation für die jeweilig Porteinheit ohne weitere Kommunikation mit der Protokolleinheit und damit ohne Zeitverlust aus diesen Informationen die nächsten Verfügbar keitsinformationen ermitteln und diese sofort mit der näch sten zu übertragenden Zelle an die zentrale Vermittlungsein heit übertragen.

Die zentrale Vermittlungseinheit 5 kann, wie in Fig. 4 darge stellt, zusätzlich über eine Schnittstelleneinheit µP-IF ver fügen, die für die Kommunikation der zentralen Vermittlungs einheit 5 mit einem übergeordneten Controller dient. Dieser kann insbesondere Testroutinen durchführen. Des Weiteren kann die zentrale Vermittlungseinheit 5 eine Testeinheit (in Fig. 4 mit "Test" bezeichnet) enthalten, die Selbsttestroutinen oder dergleichen durchführen kann. Des Weiteren kann die Te steinheit für die Generierung und Beobachtung von Zellströmen herangezogen werden.

Claims

1. Verfahren zur Vermittlung einer Mehrzahl von paket orientierten Signalen, insbesondere für das Switching und Routing in lokalen Netzen nach dem Ethernet Standard,

a) bei dem mehreren (N) Porteinheiten (3), die jeweils eine vorbestimmte Anzahl (n) von Ports (7) aufweisen, an einem, mehreren oder allen Ports jeweils ein Si gnal (S₁₁ bis S_nN) zugeführt werden kann und
b) bei dem das Durchschalten eines Signals (S₁₁ bis S_nN) von einem Port (7) einer Porteinheit (3) auf einen Port (7) einer anderen Porteinheit (3) mittels einer zentralen Vermittlungseinheit (5) erfolgt, welche mit den Porteinheiten gekoppelt ist, wobei die Si gnalübertragung zwischen den Porteinheiten (7) und der zentralen Vermittlungseinheit (5) und umgekehrt schrittweise durch die Übertragung von Datenblöcken erfolgt,
c) wobei jede Porteinheit (3) für jedes einem ihrer Ports (7) zugeführte Datenpaket dessen Adressinforma tion ermittelt und hieraus die Porteinheit (3) be stimmt, an welche das Paket zu übertragen ist, und wobei jede Porteinheit (3) das Datenpaket als Ganzes oder in mehrere Zellen segmentiert in einem ihr zuge ordneten Pufferspeicher (9) ablegt,
d) wobei jede Porteinheit (3) in vorgegebenen zeitlichen Abständen Verfügbarkeitsinformationen (CRreq) zusam menstellt, die beinhalten, an welche der jeweils an deren Porteinheiten (3) wenigstens ein Datenpaket oder eine Zelle übertragen werden soll,
e) wobei die Porteinheiten (3) diese Verfügbarkeitsin formationen (CRreq) an die zentrale Vermittlungsein heit (5) übertragen,
f) wobei die zentrale Vermittlungseinheit (5) die Ver fügbarkeitsinformationen (CRreq) auswertet und nach einer vorgegebenen Vorschrift Berechtigungsinforma tionen (CRgnt) ermittelt, die beinhalten, von welchen Porteinheiten (3) (Sende-Porteinheiten) im nächsten Schritt oder in einem bestimmten der nächsten Schrit te jeweils ein Datenpaket oder eine Zelle an welche jeweils andere Porteinheit (3) (Empfangs- Porteinheiten) übertragen werden kann, ohne dass eine Blockierung auftritt,
g) wobei die zentrale Vermittlungseinheit (5) die Be rechtigungsinformationen (CRgnt) zumindest an die be treffenden Sende-Porteinheiten (3) übermittelt,
h) wobei die Sende-Porteinheiten (3) die jeweils freige gebene Datenpakete oder Zellen an die zentrale Ver mittlungseinheit (5) übertragen und wobei die zentra le Vermittlungseinheit (5) die erforderlichen Pfade zwischen den Sende-Porteinheiten (3) und den Emp fangs-Porteinheiten (3) durchschaltet und die Daten pakete oder Zellen über die durchgeschalteten Pfade an die jeweiligen Empfangs-Porteinheiten (3) über trägt und
i) wobei die Empfangs-Porteinheiten (3) die Adressinfor mationen der empfangenen Datenpakete oder Zellen aus werten und die Datenpakete oder Zellen den betreffen den Ports (7) zuordnen, erforderlichenfalls die in mehreren Schritten empfangenen Zellen wieder zu Da tenpaketen zusammenfassen und die Datenpakete über die betreffenden Ports (7) ausgeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Übertragen der Verfügbarkeits- und Berechtigungsinformationen (Crreq, CRgnt) und der Datenpakete oder Zellen synchron in vorge gebenen Zeitintervallen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verfügbar keitsinformationen im Header eines Pakets oder einer Zel le vorgesehen werden, das oder die von der betreffenden Porteinheit (3) an die zentrale Vermittlungseinheit (5) übertragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei die Verfügbarkeitsinforma tionen (CRreq) aus einer Anzahl von Bits bestehen, die der tatsächlichen oder maximal möglichen Anzahl von mit der zentralen Vermittlungseinheit (5) verbundenen oder verbindbaren Porteinheiten (3) entspricht, wobei die Po stion eines Bit innerhalb der Anzahl von Bits die Por teinheit anzeigt, an die ein Paket oder eine Zelle zur Übertragung zur Verfügung steht, und wobei ein binärer Zustand der Bits für das Vorhandensein eines zu übertra genden Datenpakets oder einer zu übertragenden Zelle steht und der jeweils andere binäre Zustand für das Feh len.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Berechtigungsinformationen (CRreq) im Header ei nes Pakets oder einer Zelle vorgesehen werden, das oder die von der zentrale Vermittlungseinheit (5) an die be treffenden Porteinheit (3) übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei die Berechtigungsinforma tionen (CRgnt) aus einer Anzahl von Bits bestehen, in welchen eine kodierte Bezeichnung für diejenige Portein heit (3) enthalten ist, zu der von derjenigen Porteinheit (3), an welche diese Berechtigungsinformation (CRgnt) übermittelt wird, die Übertragung eines Datenpakets oder einer Zelle freigegeben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Header eines Pakets oder einer Zelle die Portein heit (3) und der Port (7) der Porteinheit (3) angegeben ist, an den das Paket oder die Zelle übertragen werden soll.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

a) mit mehreren Porteinheiten (3), welche mit einer zen tralen Vermittlungseinheit (5) verbunden sind,
b) wobei die Porteinheiten (3) und die zentrale Vermitt lungseinheit (5) jeweils eine Steuereinheit aufwei sen, welche zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die zentrale Ver mittlungseinheit (5) eine Einheit zur Kollisionsauflösung aufweist, die nach einer vorgegebenen Vorschrift mög lichst faire Berechtigungsinformationen für den Fall er stellt, dass in mehreren Porteinheiten (3) zur selben Zeit mindestens ein Datenpaket oder eine Zelle zur Über tragung zu derselben anderen Porteinheit (3) zur Verfü gung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Einheit zur Kol lisionsauflösung integriert mit der zentralen Vermitt lungseinheit (5) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Steuereinheiten der Porteinheiten (3) jeweils eine Schnittstelleneinheit (Port IF) zur Kopplung der Portein heiten (3) mit der zentralen Vermittlungseinheit (5) auf weisen und eine Protokolleinheit zur Durchführung der Porteinheit-internen Steueraufgaben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Protokollein heit der Schnittstelleneinheit (Port IF) jeweils die In formation übermittelt, ob für die jeweils anderen Por teinheiten (3) keine, eine einzige oder wenigstens zwei Datenpakete oder Zellen zur Übertragung zur Verfügung stehen, so dass die Schnittstelleneinheit (Port IF) nach Erhalt einer Berechtigungsinformation (CRgnt) für die je weilig Porteinheit (3) ohne weitere Kommunikation mit der Protokolleinheit aus diesen Informationen die Verfügbar keitsinformationen für den nächsten Schritt oder einen bestimmten der nächsten Schritte ermitteln kann.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schnittstelleneinheit (Port IF) die nach Erhalt der Berechtigungsinformationen (CRgnt) ermittelten näch sten Verfügbarkeitsinformationen (CRreq) sofort mit dem nächsten Datenpaket oder der nächsten Zelle an die zen trale Vermittlungseinheit (5) überträgt.