DE19950822B4

DE19950822B4 - Verfahren und Vorrichtung für das Verteilen von Paketen über parallele Kommunikationsverbindungen

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Publication number: DE19950822B4
Application number: DE19950822A
Authority: DE
Inventors: Craig El Cerrito Partridge
Original assignee: Verizon Corporate Services Group Inc; Level 3 Communications LLC; BBN Technologies Corp
Current assignee: Verizon Corporate Services Group Inc; Raytheon BBN Technologies Corp; Level 3 Communications LLC
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2019-10-22
Also published as: SE523222C2; US6370579B1; CA2286994C; SE9903803D0; DE19950822A1; CA2286994A1; US8732330B2; US20020161892A1

Abstract

Verfahren zum Durchführen von Datenübertragungen auf Paketbasis, das auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die wirksam mit einer einzelnen Unterverbindung verbunden ist, um Daten zu empfangen, und mit zwei oder mehr Kommunikationsunterverbindungen, um Daten zu übertragen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Empfangen (502) von Datenpaketen über die einzelne Unterverbindung;
Trennen (504) der beiden oder mehreren Kommunikationsunterverbindungen in einen Satz von belegten Unterverbindungen und einen Satz von verfügbaren Unterverbindungen; wobei der Schritt des Trennens (504) weiter die folgenden Schritte umfasst:
Ausbilden (606) einer Verzögerung, bis eine Unterverbindung im Satz verfügbarer Unterverbindungen zum Übertragen von Datenpaketen verfügbar ist;
Bestimmen (604), welche Unterverbindungen im Satz der verfügbaren Unterverbindungen für die Übertragung von Datenpaketen verfügbar ist;
Zuordnen einer Unterverbindung zum Satz der verfügbaren Unterverbindungen, wenn eine Unterverbindung zum Übertragen von Datenpaketen verfügbar ist; und
Zuordnen einer Unterverbindung zum Satz belegter Unterverbindungen, wenn eine Unterverbindung für die...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Datennetztechnologien und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Verteilen von Paketen über parallele Kommunikationsverbindungen.
Eine erhöhte Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeitsnetzen hat das Wachstum vieler neuer, auf der Telekommunikation basierender Dienste angefacht. Das Internet ist ein Netz, das verwendet wird, um elektronischen Handel (E-Commerce), Tele-Heimarbeit und interaktive Unterhaltungsdienste rund um die Welt zu liefern. Das vorhergesagte Wachstum dieser auf dem Netz basierenden Geschäfte wird die Verfügbarkeit der Bandbreite, die aktuelle Lieferanten von Telekommunikation liefern können, weiterhin überschreiten.
Telekommunikationssysteme, die auf dem Internet und anderen weltweiten Netzwerken verwendet werden, umfassen typischerweise lokale Netze (LAN), die mit sehr schnellen Weitverkehrsnetzen (WANs) verbunden sind. Viele Unternehmen verwenden LANs, da sie kostengünstig sind, und die Bandbreite von 10 Mbps bis 100 Mbps, die sie liefern, für ihre Bedürfnisse an das Netz genügen. Andere Unternehmen errichten im Gegensatz dazu jedoch WANs, da sie höhere Bandbreiten benötigen, und die Vorteile einer Hochgeschwindigkeitskommunikation stärker wiegen als die höheren Kosten.
Im Betrieb gestalten und konfigurieren Unternehmen WANs so, daß sie in vielen verschiedenen Konfigurationen arbeiten. WANs können in einem breiten Bereich von Bandbreiten arbei ten, der von einigen zehn Kilobit bis zu Gigabit pro Sekunde reicht. Sie können auch Datenpakete variabler Größe transportieren, wie sie von unterschiedlichen Typen von LANs erzeugt werden.
Die synchrone digitale Hierarchie (SDH) ist ein Netzprotokoll, das verwendet wird, um Daten, die durch eine Vielzahl von Kommunikationssystemen, die Sprachen, Daten und Video einschließen, erzeugt werden, zu transportieren. Aktuell existieren drei verschiedene Versionen von SDH: SDH-Europa, SDH-Japan und SONST für Nordamerika. Diese Systeme sind im wesentlichen kompatibel und werden gemeinsam als SONST bezeichnet.
Viele WANs verwenden SONST, da es verschiedene Protokolle und Bandbreiten, wie T-1, T-3 und E-1 aufnehmen kann. Netzsysteme, die SONST implementieren, können die Bandbreite an geographisch entfernten Orten mit nur geringen Schwierigkeiten verteilen. Netze auf SONST-Basis verwenden Add-Drop-Multiplexer (ADM), um Hochgeschwindigkeitsdaten an verschiedenen geographischen Orten zu verteilen, statt in konventioneller Weise die demultiplexte und wiederangesammelte Bandbreite an jedem Abzweigungspunkt (drop-point) zu multiplexen. Diese Gestaltung gestattet es SONST, wirksam Hochgeschwindigkeitsdaten zu liefern. Somit ist SONST in Videosystemen, interaktiven Spielen, E-Commerce und anderen Anwendungen mit hoher Bandbreite und niedriger Latenz vorteilhaft.
Hochgeschwindigkeits-SONST-Netze können Daten mit nahezu 10 Gbps pro Sekunde oder OC-192 übertragen. Im wesentlichen ist OC-192 192 mal schneller als OC-1 (51,85 Mbps). SONST und SDH arbeiten mit Vielfachen von 51,85 Mbps, um eine wirksame Umwandlung einer Datenrate in die andere Datenrate zu gestatten.
Viele Firmen haben technische Schwierigkeiten bei der praktischen Implementierung von Hochgeschwindigkeits-OC-192 Netzen. Beispielsweise kann es sein, daß OC-192 durch die geometri schen Unregelmäßigkeiten oder Unreinheiten im Material des Übertragungsmediums nicht gut in Netzen mit älteren Übertragungsmedien arbeitet. Diese Unregelmäßigkeiten oder Unreinheiten können bewirken, daß sich eine Signalfrequenz über große Entfernungen verschiebt, und durch ein Phänomen, das als Polarisationsstreuung (polarization-mode dispersion) bekannt ist, können sie Rauschen und Störungen auf der OC-192 Kommunikationsverbindung verursachen. Darüberhinaus kann selbst mit neuen Kabeln die Implementierung von OC-192 ohne das Entwickeln teurer optischer Übertrager, die bei sehr hohen Frequenzen arbeiten, und leicht versagen, schwierig sein.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, haben WANs OC-192 und höhere Bandbreiten durch das Ansammeln mehrerer optischer Kanäle oder Kupferkanäle geringerer Geschwindigkeit erzielt. Diese WANs kombinieren viele OC-48 Kanäle unter Verwendung einer Technologie, die als Wellenlängenmultiplexverfahren oder WDM bekannt ist. In einem optischen Fasernetz zieht WDM einen Vorteil aus der inneren hohen Bandbreite einer optischen Faser, indem Daten parallel auf verschiedenen Wellenlängen übertragen werden. Laser, die verschiedene Wellenlängen ausstrahlen, gestatten es, daß diese verschiedenen Kanäle auf einem geteilten optischen Medium gleichzeitig existieren. WDM verwendet verschiedene Wellenlängen, um eine getrennte Unterverbindung zwischen dem Sender-Empfänger-Paar zu errichten. Das System empfängt die WDM-Sendung mit optischen Empfängern, die auf die verschiedenen Wellenlängen, die während des Sendens verwendet wurden, ansprechen. Das Übertragen von Information in paralleler Weise über mehrere Unterverbindungen erhöht die Gesamtkapazität eines SONST-Systems.
Viele WDM-Netze verbinden mehrere parallele Unterverbindungen zu einer einzigen Kommunikationsverbindung an einer Netzkreuzung. Speziell gestaltete Netzverbindungsvorrichtungen, wie Router oder Schalter, geben Daten zwischen den Netzen, die mit dieser Kreuzung verbunden sind, hin und her. Diese Netzverbindungsvorrichtungen können Daten von der einzelnen Kommunikationsverbindung nehmen und sie in einer vorbestimmten Weise über mehrere Unterverbindungen verteilen. Umgekehrt können die Netzverbindungsvorrichtungen auch Daten von mehreren Unterverbindungen zu einem einzelnen Datenstrom zusammenfügen, um sie über eine einzelne Kommunikationsverbindung zu übertragen.
Das Paket-um-Paket Verteilen (striping) ist ein Verfahren zum Übertragen von Daten von einer einzigen Verbindung auf mehrere Unterverbindungen. Das Paket-um-Paket Verteilen verteilt ein Paket auf eine erste Unterverbindung und nachfolgende Pakete auf nachfolgende Unterverbindungen. Diese Technik verteilt mehrere Pakete über mehrere Unterverbindungen und überträgt die Daten parallel. Typischerweise überträgt die erste Unterverbindung, die verfügbar wird, die Pakete für die Datenübertragung. Dies verwendet die Resourcen wirksam, aber sendet die Pakete außerhalb ihrer Reihenfolge und führt zu einer zusätzlichen Verarbeitung bei der Aufzeichnung der Pakete am Empfänger.
Existierende Systeme, die beim Paket-um-Paket Verteilen Schwierigkeiten haben, arbeiten in einer arbeitssparenden Art. In einem arbeitssparenden System bleiben Server- und Netzresourcen nicht frei, und sie senden oder empfangen Datenpakete, wenn sie bereit sind, in einer Schlange. Unglücklicherweise lassen Systeme, die Pakete in Sequenz senden, einige Unterverbindungen ohne Verwendung, während sie warten, um das nächste sequentielle Paket zu übertragen. Im Gegensatz dazu können Systeme, die Pakete außerhalb der Reihenfolge senden, bewirken, daß ein Empfänger gelegentlich pausiert, während er Pakete aufzeichnet. Diese Pause kann die Übertragung von Daten auf Unterverbindungen stromabwärts der Empfängereinheit verzögern und dies kann dazu führen, daß diese Unterverbindung nicht ausreichend genutzt wird.
Pakete, die nicht in der Reihenfolge gesendet werden, erfordern zusätzliche Resourcen und Speicher. Jedes Paket, das nicht in der Reihenfolge durch ein Paket-um-Paket-Verteilungsschema übertragen wird, hat eine Sequenzinformation, die jedem Paket zugehört. Somit kann es sein, daß Pakete vergrößert werden müssen, um die Sequenzinformation aufzunehmen. Dies kann zu größeren Puffergrößen führen und kann die Verwendung anderer Resourcen des Netzes erforderlich machen.
Ein Verfahren für das Durchführen des Paket-um-Paket-Verteilens über mehrere parallele Kanäle, während die Reihenfolge der Pakete aufrecht erhalten wird, wurde in ”A Reliable and Scalable Striping Protocol” von H. Adiseshu, G. Parulkar und G. Varghese, ACM SIGCOMM, Band 26, Nummer 4, Seiten 131–141, Oktober 1996 vorgeschlagen. Diese Paket-um-Paket-Verteiltechnik, die als strIPE bekannt ist, sendet Pakete in Sequenz, ohne daß ausdrückliche Sequenznummern in jedem Paket plaziert werden. Wie bei anderen konventionellen Systemen ist diese Technik ebenfalls keine arbeitssparende Technik und kann dazu führen, daß Bandbreite des Netzes nicht verwendet wird.
Bei der StrIPE stellt ein mit jeder Unterverbindung verbundener Zähler die Zahl der Bytes dar, die eine Unterverbindung in einem Zeitintervall übertragen kann. Die Initialisierung der Unterverbindung stellt jeden Byte-Zähler auf einen positiven Wert ein, der der Übertragungsbandbreite der Unterverbindung entspricht. Wenn jede der parallelen Unterverbindungen dieselben Bandbreite hat, so stellt die Initialisierung der Unterverbindung jeden Byte-Zähler auf denselben Wert ein. Unterverbindungen mit unterschiedlichen Bandbreiten werden bei der Initialisierung auf unterschiedliche Werte eingestellt.
Eine Sendevorrichtung sendet ein Paket auf einer ersten Unterverbindung im Satz der parallelen Unterverbindungen und subtrahiert die Paketgröße in Bytes vom Zählerstand des Bytezählers, der mit der ersten Unterverbindung verbunden ist. Wenn der dekrementierte Byte-Zähler eine negative Zahl anzeigt, wählt die Übertragungsvorrichtung eine nachfolgende Unterverbindung aus, um Pakete zu übertragen. Mittlerweile wird der mit der Unterverbindung verbundene Byte-Zähler auf den ursprünglichen Startwert neu initialisiert. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis alle zusätzliche Pakete übertragen sind.
Ein Empfänger kehrt dieses Verfahren um, um Pakete von den mehreren parallelen Unterverbindungen zu lesen. Zu Beginn liest der Empfänger Pakete der ersten Unterverbindung. Die Zahl der Pakete, die der Empfänger von der ersten Unterverbindung liest, hängt von der Bandbreite der ersten Unterverbindung und dem Initialisierungswert, der verwendet wird, um den Byte-Zähler der ersten Unterverbindung zu initialisieren, ab. Wenn einmal die anfängliche Gruppe von Paketen von der ersten Unterverbindung gelesen wurde, so liest der Empfänger zusätzliche Pakete von nachfolgenden Unterverbindungen in ähnlicher Weise.
Die strIPE Technik hält die Reihenfolge der Pakete aufrecht, aber sie ist nicht vollständig arbeitssparend. Ein Sender sendet mehrere Pakete über eine einzige Unterverbindung, bis die Unterverbindung eine vorbestimmte Übertragungskapazität erreicht hat. Mittlerweile bleiben andere parallele Unterverbindungen frei. Dies stellt kein arbeitssparendes Verfahren dar, da es sein kann, daß einige Unterverbindungen frei bleiben, während noch nicht gesendete Pakete sich in der Warteschlange, bereit für die Übertragung, befinden.
Es kann auch sein, daß das strIPE Verfahren Pakete nicht in der Reihenfolge überträgt, wenn die Unterverbindungen Daten mit verschiedenen Datenraten übertragen. Pakete, die über eine Hochgeschwindigkeits-Unterverbindung übertragen werden, können am Empfänger ankommen, bevor Pakete, die über eine Unterverbindung mit niedrigerer Geschwindigkeit übertragen werden, dort ankommen. Somit ist es möglich, daß der Empfänger auf Pakete auf der Unterverbindung mit niedrigerer Geschwindigkeit wartet, da Pakete, die in der Datensequenz später liegen und auf der schnelleren Unterverbindung übertragen wurden, schon angekommen sind. Dies ist nicht effizient und nicht arbeitssparend, da die Empfängereinheit auf ein Paket auf einer langsameren Unterverbindung warten muss und die Verarbeitung von Daten auf der schnelleren Unterverbindung verzögert.
Die Druckschrift US 5,608,733 A bezieht sich auf ein ATM-invertiertes Multiplexverfahren und auf einen Mechanismus zur transparenten Aussendung von ATM-Zellen über mehrfache langsamere Übertragungsstrecken. An einem Sendeknoten nimmt eine AIM-Einheit eine Serie von ATM-Zellen von einem ATM-Schicht-Gerät auf. Es spreizt die ATM-Zellen auf und verteilt sie und sendet jede Zelle über jede von N-Übertragungsverbindungsstrecken, wobei N eine positive ganze Zahl ist. Die Reihenfolge der Übertragung erfolgt in einer Rundsendeweise. Dieser Vorgang wird als eine inverse Multiplexierung bezeichnet. An dem Empfangsknoten werden Zellen von den N-Verbindungsstrecken durch eine AIM-Einheit invers demultiplexiert (zusammengefügt) und einem ATM-Schichtgerät zugeführt. Die gleiche Reihenfolge muss an diesem Knoten verwendet werden, um eine richtige Sequenz von Zellen zurückzugewinnen. Beide Knoten müssen über die Rundsendereihenfolge informiert sein, die verwendet werden soll. Eine inverse ATM-Multiplexierungszellensequenznummer ist definiert, um die Sequenznummer der Zeilen zu enthalten, die über die mehrfache Verbindungsstrecken ausgesandt werden, die von den inversen ATM-Multiplexern gehandhabt werden. Sie ist so ausgelegt, dass sie einen ausreichend großen Zyklus aufweist, um es dem inversen ATM-Multiplexer zu ermöglichen, Verbindungsstreckenverzögerungen von bis zu 32 ms zu absorbieren. Weil ein inverser ATM-Multiplexer eine unterschiedliche Verzögerung zwischen einzelnen Verbindungsstrecken von bis zu 32 ms absorbieren muss, und weil das System mit einer maximalen Zahl von 8 T1/E1-Verbindungsstrecken arbeiten muss, ist es erforderlich, eine Sequenznummer vorzuweisen, deren Modulus groß genug ist, um eine derartige Verzögerung zu berücksichtigen. Bei einer Verzögerung von bis zu 32 ms auf jeder Verbindungsstrecke besteht eine Notwendigkeit, Zellen in einer Warteschlange für zumindest die gleiche Zeitdauer auf jeder Verbindungsstrecke anzuordnen.
Die Druckschrift US 5,065,396 A bezieht sich auf inverse Multiplexer und Demultiplexverfahren, wobei ein Signal mit einer ersten Datengeschwindigkeit zu einem entfernten Endgerät über Übertragungskanäle mit einer niedrigeren zweiten Datengeschwindigkeit durchgeführt wird.
Die Veröffentlichung mit dem Titel „Inverse Multiplexing” von Jay Duncanson von IEEE Communications Magazine, datiert April 1994, Seite 34 bis 41, beschäftigt sich mit Hochgeschwindigkeitsdatennetzwerken und insbesondere mit dem inversen Multiplexen von Daten.
Die Veröffentlichung mit dem Titel „A Reliable and Scalable Striping Protocol” von Hari Adiseshu, u. a., ACM Sigcomm Computercommunication Review, Ausgabe 26, Nr. 4, datiert Oktober 1996, von Seite 131 bis 141, behandelt eine Familie von effizienten Kanalstriping Algorithmen. Ein Aspekt richtet sich auf ein Problem der variablen Paketgrößen.
Die Veröffentlichung mit dem Titel „Supporting applications in a mobile multihoperadio environment using route devercity – Party I: Non-real Time data” von Nitin Gogate, u. a., IEEE 0-7803-4788-9/98, datiert 1998, von Seite 802 bis 806 beschäftigt sich mit der Übertragung von non-real time Daten unter Verwendung von Inversen Multiplexen für TCP.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beruht darin, eine Technik bereitzustellen, um Daten von einer einzigen Verbindung auf mehrere parallele Unterverbindungen auf einem Netz zu verteilen, und um Daten von mehreren parallelen Unterverbindungen zurück auf die einzelne Verbindung aufzusammeln.
Diese Aufgabe ist durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
In einem Aspekt des vorliegenden Systems wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Durchführen einer Datenkommunikation auf Paketbasis über einen parallelen Satz von Unterverbindungen bereitgestellt. Typischerweise wird das Verfahren auf einem Prozessor ausgeführt, der mit zwei oder mehr parallelen Kommunikationsunterverbindungen und einer einzelnen Unterverbindung verbunden ist. Das Verfahren überträgt Pakete, die es über die einzelne Unterverbindung empfangen hat, durch das Verteilen der Pakete über jede Unterverbindung in einer neuen und effizienten Art. Zu Beginn empfängt das Verfahren Datenpakete seriell über eine einzelne Kommunikationsverbindung. Als nächstes trennt das Verfahren die Unterverbindungen in einen verfügbaren Satz von Unterverbindungen und einen belegten Satz von Unterverbindungen. Pakete, die dann bereit für eine Übertragung sind, werden dann über die Unterverbindungen im verfügbaren Satz von Unterverbindungen verteilt.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für das Empfangen von Paketen auf mehr als zwei oder auf mehreren Unterverbindungen bereit gestellt. Das Verfahren empfängt ein oder mehrere Datenpakete parallel über einen Satz verfügbarer Unterverbindungen. Unter Verwendung einer Sequenznummer, die mit dem Kopf jedes Pakets verbunden ist, extrahiert das Verfahren das eine oder die mehreren Datenpakete, die parallel über den Satz von Unterverbindungen empfangen werden, wenn sie ankommen. Ein Paketfensterpuffer speichert Pakete in sequentieller Reihenfolge, sogar wenn sie anfänglich nicht in der Reihenfolge empfangen wurden. Das Verfahren verwendet ein gleitendes Fenster, um Pakete zu liefern, die eine kontinuierliche Reihenfolge aufweisen. Schließlich überträgt das Verfahren Datenpakete seriell über eine einzige Kommunikationsverbindung mit einer Bandbreite, die mindestens größer ist als die Bandbreite, die auf irgendeiner der Unterverbindungen im Satz von Unterverbindungen verfügbar ist.
Unter Verwendung der Implementierung der vorliegenden Erfindung arbeiten der Sender und die Kommunikationsunterverbindungen in einen Netz in arbeitssparender Weise. Das heißt, der Sender und die Kommunikationsunterverbindungen bleiben nicht frei, wenn Pakete für eine Übertragung verfügbar sind. Auf Kosten der möglichen Aufzeichnung von Paketen beim Empfänger verwendet diese Konfiguration den Sender und die Kommunikationsunterverbindungen in einer effizienten Art.
Die begleitenden Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und einen Teil von ihr bilden, zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 zeigt ein Computernetz, in welchem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann;
2 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Netzverbindungsvorrichtung, die so gestaltet ist, daß sie konsistent zur vorliegenden Erfindung ist;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Paket-um-Paket-Verteil-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Empfänger mit einer Paket-um-Paket-Verteil-Einheit zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist;
5 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte für das Übertragen der Daten unter Verwendung eines Paket-um-Paket-Verteilverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte angibt, die mit dem Verteilen der Datenpakete über parallele Unterverbindungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
7 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte zeigt, die mit dem Empfangen der Pakete über mehrere parallele Verbindungen verbunden sind; und
8 ist ein Blockdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Fensterpaketpuffer und einem gleitenden Fenster auf einer Empfängereinheit zeigt.
Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um Datenpakete über parallele Unterverbindungen in einem lokalen Netz (LAN) oder einem Weitverkehrsnetz (WAN) zu verteilen. Ein Sender verteilt Pakete über mehrere Unterverbindungen, wenn die Unterverbindungen verfügbar werden. Dies sorgt dafür, daß der Sender und die Unterverbindungen beschäftigt bleiben, und keine Zeit bleibt, in der sie frei bleiben. Ein Empfänger verwendet eine Paketsequenz, die innerhalb jedes Pakets gespeichert ist, um die Pakete, die in einem Paketfensterpuffer empfangen werden, aufzuzeichnen. Ein gleitendes Fenster zusammen mit einer kontinuierlichen Se quenz von Paketen im Paketfensterpuffer extrahiert die Pakete in der Sequenz.
Ein System, das gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist, überträgt Pakete über eine optische Faser oder ein anderes Übertragungsmedium, wobei sie von einem oder mehreren Taktgebern synchronisiert sind. Weiterhin umfaßt das System mehrere parallele Verbindungen, die auf derselben Bandbreite oder Mehrfachen derselben Bandbreite, wie OC-1 (51,85 Mbps), arbeiten. Beispielsweise kann ein SONST System, das WDM (ein Wellenlängenmultiplexverfahren) verwendet, eine einzige optische Faser verwenden, um mehrere Unterverbindungen zu errichten. Diese mehreren Unterverbindungen werden über eine einzelne Faser unter Verwendung mehrerer Laservorrichtung, die Information über verschiedene vorbestimmte Wellenlängen übertragen, errichtet. Jede Unterverbindung empfängt ein Taktsignal, das durch mehrere hoch genaue synchronisierte Taktgeber an verschiedenen Punkten des Netzes erzeugt wird. Diese Taktgeber können Taktgeber auf Atombasis sein, oder sie können Taktgeber sein, die über die Global Positioning Satellites (GPS) synchronisiert werden, wie das aus dem Stand der Technik wohl bekannt ist. Diese eng synchronisierten Taktgeber verhindern eine Drift des Taktes, die auftreten kann, wenn Daten über die großen Distanzen, die durch das Netz aufgespannt werden, übertragen werden.
COMPUTERNETZ
1 zeigt ein Computernetz, in welchem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann. Das beispielhafte Computernetz in 1 soll nur beschreibend sein, und obwohl die Beschreibung auf Bezeichnungen Bezug nehmen mag, die gemeinhin bei der Beschreibung von speziellen Computersystemen, wie einem IBM kompatiblen Computer, einem Arbeitsplatzrechner oder einem Macintosh-Computer verwendet werden, so können die Beschreibung und die Konzepte ebenso auf andere Computersysteme, Netzvorrichtungen und Netzverbindungsvorrichtungen, wie Router, Schalter und Netzknoten angewandt werden.
Das Computernetz 100 in 1 umfaßt das lokale Netz (LAN) 101, die Datenautobahn oder das Weitverkehrsnetz (WAN) 118, und das lokale Netz (LAN) 134. Das LAN 101 umfaßt eine Serie von Arbeitsplatzrechnern und Server-Computer 102, 104, 106 und 108. Diese Computersysteme 102–108 werden mit dem Netz verbunden, um Information zu teilen, Daten zu übertragen und möglicherweise Rechnungskapazitäten zu teilen. Das LAN 101 ist mit dem größeren Gesamtnetz unter Verwendung einer Netzverbindungsvorrichtung 110 verbunden. Der spezielle Typ einer Netzverbindungsvorrichtung kann in Abhängigkeit von der speziellen Netzkonfiguration ein Router, eine Vermittlungsstelle oder ein Netzknoten sein. Üblicherweise umfaßt die Netzverbindungsvorrichtung 110 Router, Vermittlungsstellen oder Netzknoten oder andere Typen von Netzverbindungsvorrichtungen, die fähig sind, das LAN 101 und das WAN 118 zusammen zu fügen. Die Implementierungen der vorliegenden Erfindung können physisch in eine Netzverbindungsvorrichtung 110, einen Konzentrator 114 oder irgend eine andere Vorrichtung, die mit dem Computernetz 100 verbunden ist, eingebettet sein.
In einer Konfiguration ist die Netzverbindungsvorrichtung 110 mit einem Add-Drop-Multiplexer 112 (ADM) und einem ersten Konzentrator 114 verbunden. Der ADM 112 gestattet es Netzverbindungen wie E-1, Sprache und T-3 mit der Netzverbindungsvorrichtung 110 und dem ersten Konzentrator 114 zu verbinden. Der erste Konzentrator 114 kann Information bis zu OC-192 oder 10 Gbps pro Sekunde über vier OC-48 Unterverbindungen, die in einen WDM-Sender 116 hineingehen, übertragen. Ein System, das mit diesen Hochgeschwindigkeitseigenschaften gestaltet ist, ist insbesondere bei Videokonferenzen, interaktiven Spielen oder anderen auf dem Netz basierenden Anwendungen mit hoher Bandbreite und geringer Latenz nützlich.
Der Konzentrator 114 verwendet eine Paket-um-Paket-Verteilung (PBP), die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet wurde, um die verfügbare Bandbreite in den parallelen Unterverbindungen, die man typischerweise in Netzen findet, die WDM (Wellenlängenmultiplexverfahren) und SONST verwenden, zu nutzen. Wie in 1 dargestellt ist, empfängt der WDM-Sender 116 Signale über vier Unterverbindungen, die durch den Konzentrator 114 geliefert werden. Der WDM-Sender 116 übersetzt die Signale, die über diese vier Unterverbindungen übertragen wurden, in entsprechende optische Signale und sendet sie über ein optisches Fasernetz innerhalb eines WAN 118. Beispielsweise kann der erste Konzentrator 114 eine digitale Hochgeschwindigkeitsübertragung, die mit OC-192 oder 10 Gbps pro Sekunde empfangen wurde, unter Verwendung des PBP-Verteilungsverfahrens der vorliegenden Erfindung über 4 OC-48 Unterverbindungen verteilen. Der WDM-Sender 116 wandelt diese Signale, die über die vier OC-48 Unterverbindungen übertragen wurden, in optische Signale, die für eine Übertragung über das WAN 118 geeignet sind.
Am Empfangsende empfängt ein WDM-Empfänger 120 Signale über eine einzelne Verbindung, die mit dem WAN 118 verbunden ist. Der WDM-Empfänger 120 verteilt Signale, die durch den WDM-Empfänger 120 empfangen werden, über parallele Unterverbindungen, die mit einem zweiten Konzentrator 122 verbunden sind, der ebenfalls die Fähigkeit eines PBP-Verteilverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Der zweite Konzentrator 122 demultiplext die Information, die über die parallelen Unterbindungen übertragen wurde, die durch den WDM-Empfänger 120 geliefert wird. Diese Information wird verarbeitet und in eine einzelne Hochgeschwindigkeits-OC-192-Kommunikationsverbindung zusammengefügt und zu einer Hochgeschwindigkeitsnetzverbindungsvorrichtung 124 übertragen. In einer Ausführungsform wird die Netzverbindungsvorrichtung 124 direkt mit dem LAN 134 verbunden. Das LAN 134 liefert wiederum Hochgeschwindigkeitsübertragseigenschaften für die Computersysteme 126, 128, 130 und 132.
NETZVERBINDUNGSVORRICHTUNG
Betrachtet man nun 2, so wird dort eine beispielhafte Netzverbindungsvorrichtung 200, die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist, dargestellt. Fachleute auf dem Gebiet der Gestaltung und der Konstruktion der Netzvorrichtungen werden anhand der Figuren und der nachfolgenden Diskussion verstehen, wie sie ein PBP-Verteilungs-Untersystem, das gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist, zusammen mit existierenden Verbindungsvorrichtungen integrieren.
Die Netzverbindungsvorrichtung 200 in 2 umfaßt eine PBP-Verteilungseinheit 204, die wirksam mit parallelen Unterverbindungen 202 verbunden ist. In einer Ausführungsform werden parallele Unterverbindungen 202 verwendet, von denen jede eine Bandbreite von M aufweist, wobei die zusammengesetzte Bandbreite ungefähr M mal der Zahl der parallelen Unterverbindungen entspricht. Die PBP-Verteilungseinheit 204 ist auch mit einer Verbindungslogikeinheit 206 verbunden, um weiter Daten zu verarbeiten, die über parallele Unterverbindungen 202 geliefert werden. Die Verbindungslogikeinheit 206 umfaßt die Schaltung und die Logik, die notwendig sind für den entsprechenden Typ der Netzverbindungsvorrichtungen, die in der Netzkonfiguration verwendet werden. Beispielsweise kann die Verbindungslogikeinheit 206 eine Logik einschließen, die einer Verkehrslenkungsvorrichtung, einer Vermittlungsvorrichtung oder einer intelligenten Knotenvorrichtung entspricht. Die Verbindungslogikeinheit 206 kann aus feldprogrammierbaren Gatteranordnungen (FPGA) oder aus anwendungspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) konstruiert sein. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Verbindungsrückebene 210 direkt mit der Verbindungslogik 206 verbunden. Computer und andere Vorrichtungen stellen mit dem Netz durch die Verbindungsrückebene 210 eine Verbindung her. Beispielsweise kann die Verbindungsrückebene 210 eine einzlne Kommunikationsverbindung sein, die SONST, Ethernet, Token-Ring, SDLC, HPPI oder andere Netzprotokolle verwendet.
Für das Speichern von Information ist eine Verbindungsspeichereinheit 208 mit der Verbindungslogikeinheit 206 verbunden. Die Verbindungsspeichereinheit 208 speichert Information bezüglich der Verarbeitung der Daten, die über das Netz übertragen werden. Die Verbindungsspeichereinheit 208 kann aus einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) oder aus anderen Typen von Hochgeschwindigkeitsspeichervorrichtungen bestehen. Fachleute werden verstehen, daß viele verschiedene Typen von Netzverbindungsvorrichtungen, die die PBP-Verteilungseinheit verwenden, entwickelt werden können.
3 umfaßt ein Blockdiagramm eines Senders mit einer PBP-Verteilungseinheit 204, die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. Der Sender 310 der PBP-Verteilungseinheit 204 umfaßt eine Taktschaltung 300, die mit einer Paket-Verteilungslogik 302 und einem Paketpuffer 308 verbunden ist. Die Taktschaltung 300 ist auch mit einem Satz belegter Unterverbindungen 304 und einem Satz verfügbarer Unterverbindungen 306 verbunden. gelegte Unterverbindungen 304 umfassen solche parallele Verbindungen, die damit beschäftigt sind, Information zu übertragen, die initialisiert werden, oder die aus anderen Gründen nicht länger im Betrieb sind. Diese belegten Unterverbindungen 304 können vorübergehen oder permanent nicht verfügbar sein. Im Gegensatz dazu sind verfügbare Unterverbindungen 306 initialisiert und verfügbar für das Übertragen von Daten über das Netz.
Im Betrieb sammelt die Verbindungsrückebene 210 Hochgeschwindigkeitsdaten und speichert Information im Paketpuffer 308. Der Sender 310 extrahiert Information vom Paketpuffer 308 und sendet Information über eine der parallelen Unterbindungen. Der Sender 310 prüft verfügbare Unterverbindungen 306 und bestimmt, welche Unterverbindungen für die Übertragung verwendet werden sollen. Verfügbare Unterverbindungen 306 werden in Software dargestellt, oder können verfolgt werden, in dem die Information direkt in Hardware, wie einem Cache oder einem Speicher gespeichert wird.
Der Sender 310 kann Information übertragen, wenn die verfügbaren Unterverbindungen 306 anzeigen, daß eine Unterverbindung verfügbar ist. Wenn eine Unterverbindung nicht verfügbar ist, so blockiert der Sender 310 oder er wartet, bis eine Unterverbindung verfügbar wird. Solche Unterverbindungen, die in Benutzung sind, oder die vorübergehend nicht verfügbar sind, sind mit belegten Unterverbindungen 304 verbunden. Um Datenübertragungen zu gestatten, synchronisiert die Taktschaltung 300 den Sender 310 mit dem Empfänger.
Betrachtet man 4, so zeigt ein Blockdiagramm einen Empfänger 410, der mit der PBP-Verteilungseinheit 204 der vorliegenden Erfindung verbunden ist. Die Merkmale, die in 4 dargestellt sind, wurden eingeschlossen, um Untersysteme, die mit dem Empfänger 410 verbunden sind, zu verstärken. Dies Darstellung in 4 schließt jedoch das Hinzufügen zusätzlicher Untersysteme, logischer Elemente oder Schaltungen nicht aus, wenn ein Fachmann diese in seiner Implementierung und Gestaltung für notwendig befindet. Der Empfänger 410 umfaßt eine Taktschaltung 400, die mit einer Paketverteilungslogik 402 und einem Paket-Fensterpuffer 406 verbunden ist. Die Taktschaltung 400 ist auch mit einem Unterverbindungssatz 404 verbunden, der entsprechende Unterverbindungspuffer umfaßt.
Im Betrieb umfaßt der Unterverbindungssatz 404 Unterverbindungen, die auf verschiedenen Bandbreiten arbeiten. Diese Unterverbindungen können auch Datenpakete variabler Größe befördern. Somit können Pakete, die über jede parallele Verbindung übertragen werden, zu verschiedenen Intervallen ankommen. Die Paketverteilungslogik 402 detektiert, wann die Pakete über jede Unterverbindung ankommen, und sie verarbeitet die Pakete, wenn sie ankommen. Die Paketverteilungslogik 402 liest Kopfinformation aus jedem Paket, die die Paketsequenz anzeigt. Diese Paketsequenz bestimmt, wo das Paket im Paketfensterpuffer 406 eingeschoben werden soll. Die Paketverteilungslogik 402 bestimmt auch, wenn sequentielle Pakete im Pa ketfensterpuffer 406 angekommen sind, und befördert sie zum Paketpuffer 408.
Ein gleitendes Fenster 403, das mit dem Paketfensterpuffer 406 verbunden ist, wird verwendet, um einen Satz von Paketen für die Übertragung zur Hochgeschwindigkeitsrückebene, die mit dem Paketpuffer 408 verbunden ist, zu ordnen. Das gleitende Fenster 403 kann sowohl in Hardware als auch in Software unter Verwendung einer Anordnung von Speicherelementen implementiert werden. Wie in 4 gezeigt ist, entspricht die am weitesten rechts liegende Kante des gleitenden Fensters 403 dem nächsten sequentiellen Paket, das zu verarbeiten ist, während die am weitesten links liegende Kante des gleitenden Fenster 403 dem letzten freigegebenen Paket im Paketfensterpuffer 406 entspricht. Pakete, die mit der am weitesten recht liegenden Kante des gleitenden Fensters 403 verbunden sind, haben eine logisch niedrigere Adreßfrequenz als Pakete, die mit der am weitesten links liegenden Kante des gleitenden Fensters verbunden sind. Insgesamt entspricht die Größe des gleitenden Fenster 403 der maximalen Zahl von Paketen, die man parallel während eines vorgegebenen Zeitintervalls empfangen kann.
Um die Pakete wieder zu ordnen, prüft der Empfänger 410 die Sequenznummer, die mit jedem empfangenen Paket verbunden ist, und plaziert es im passenden Adreßraum innerhalb des gleitenden Fensters 403. Wenn sich ein Paket beim am weitesten rechts liegenden Teil des gleitenden Fensters 403 befindet, so wird das Paket zum Paketpuffer 408 und zur Verbindungsrückebene 210 gesandt. Das nächste Paket wird durch das Verschieben des gleitenden Fensters 403 um einen Paketpuffer nach links verfügbar gemacht. Der Empfänger 410 setzt die Verarbeitung der Pakete auf diese Art fort, bis der am weitesten rechts liegende Teil des gleitenden Fenster 403 auf ein Paket stößt, das nicht der Sequenz entspricht, oder auf kein Paket. Wenn dies auftritt, so macht der Empfänger 410 für ein vorbestimmtes Zeitintervall eine Pause, und wartet, bis das nächste Intervall in der Sequenz ankommt. Wenn das Paket nicht ankommt, und das Zeitintervall vergeht, so führt der Empfänger 410 das gleitende Fenster 403 nach vorne und überläßt die erneute Übertragung des Pakets und die Fehlersteuerung den oberen Schichten des Netzes. Information über das gleitende Fenster kann man in der Veröffentlichung ”Computer Networks” von Andrew S. Tanenbaum, Prentice Hall Press, 2. Auflage 1988, Seiten 223–239, finden, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Details des Betriebes des Senders 310, des Empfänger 410 und des gleitenden Fensters 403, die mit der PBP-Verteilungseinheit 204 verbunden sind, werden weiter unten im Detail diskutiert.
5 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte für das Übertragen von Daten unter Verwendung der Paket-um-Paket-Verteilungstechnik, die gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert ist, zeigt. Fachleute werden verstehen, daß die Schritte, die in 5 gezeigt sind, nur ein Verfahren für die Verwendung der oben diskutierten Kommunikationsarchitektur darstellen.
Zu Beginn empfängt der Paketpuffer 308 ein oder mehrere Pakete von einer Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsverbindung (Schritt 502). Als nächstes werden Unterverbindungen in einen Satz belegter Unterverbindungen und einen Satz verfügbarer Unterverbindungen getrennt (Schritt 504). Das Verfolgen der belegten Verbindungen und der verfügbaren Verbindungen kann unter Verwendung einer Bitmap oder einer anderen Hardware oder mit Hilfe von Software erfolgen. Alternativ können genau so gut Hardware-Implementierungen für das Verfolgen der belegten Verbindungen und der verfügbaren Verbindungen verwendet werden. Unabhängig von der Implementierung kann diese Information parallel verarbeitet werden, um die Leistung zu verbessern.
Wenn die Unterverbindungen in einen Satz belegter Unterverbindungen und einen Satz verfügbarer Unterverbindungen getrennt wurden, so verteilt der Sender 310 Pakete aus Bytes über die Unterverbindungen im Satz der verfügbaren Unterver bindungen (Schritt 506). Detaillierte Schritte, die das Verteilen von Datenpaketen über die verschiedenen Unterverbindungen in Schritt 506 betreffen, sind in 6 dargestellt und werden unten weiter detaillierter diskutiert. Verfügbare Unterverbindungen werden verwendet, um Pakete parallel zu einer Empfängereinheit zu übertragen (Schritt 508).
Betrachtet man 6, so zeigt ein Flußdiagramm die Schritte, die mit dem Verteilen von Datenpaketen über parallele Unterverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Diese Schritte entsprechen dem Schritt 506 in 5. Zu Beginn schiebt ein Sender eine Paketsequenznummer in einen Kopf, der dem jeweiligen Paket entspricht, das parallel über die Unterverbindungen übertragen werden soll, ein (Schritt 602). Diese Paketsequenznummern werden verwendet, um Pakete zu unterscheiden, wenn sie im gleitenden Fenster 403 gespeichert werden, und sie können später mit anderen Paketen bei der Übertragung verwendet werden. Da die Sequenz der Nummern beschränkt ist, wird der zusätzliche Speicher, der notwendig ist, um die Sequenznummern in jedem Paket zu speichern, entsprechend minimiert.
Der Sender bestimmt, ob es Unterverbindungen gibt, die für das Übertragen jedes Pakets, das eine Sequenznummer aufweist, verfügbar sind (Schritt 604). Wenn keine Unterverbindungen verfügbar sind, so verzögert der Sender das Sendeverfahren, bis im Satz der verfügbaren Unterverbindungen eine Unterverbindung verfügbar wird (Schritt 606). Alternativ wählt, wenn bestimmt wird, daß eine Unterverbindung verfügbar ist (Schritt 604), der Sender eine Unterverbindung aus dem Vorrat verfügbarer Unterverbindungen aus (Schritt 608). Als nächstes plaziert der Sender das Paket oder die Pakete auf der einen Unterverbindung oder den mehreren Unterverbindungen (Schritt 610). Mehrere Pakete können über eine Unterverbindung übertragen werden, wenn die Unterverbindung die Kapazität aufweist. Der Sender kann auch den Unterverbindungsstatus ändern. Wenn die Unterverbindung nicht zusätzliche Pakete übertragen kann, so wird sie aus dem Satz verfügbarer Unterver bindungen herausgenommen und vorübergehend im Satz belegter Unterverbindungen plaziert. Umgekehrt kann, wenn eine Unterverbindung zusätzliche Bandbreite aufweist, um mehr Pakete zu übertragen, die Unterverbindung aus dem Satz belegter Unterverbindungen herausgenommen werden und im Satz verfügbarer Unterverbindungen plaziert werden.
7 ist ein Flußdiagramm der Schritte, die mit dem empfangenen Paketen, die parallel über mehrere Unterverbindungen übertragen werden, verbunden ist. Zu Beginn empfängt der Empfänger 410 ein oder mehrere Pakete über die parallelen Unterverbindungen (Schritt 702). Diese Pakete werden in Unterverbindungspuffern innerhalb des Satzes 404 von Unterverbindungen empfangen und gespeichert. Als nächstes aktualisiert der Empfänger 410 den Paketfensterpuffer 406 gemäß einer Paketsequenznummer (Schritt 708). Der Empfänger öffnet jeden Paketkopf, um die Paketsequenznummer zu bestimmen. Diese Pakete werden in einen Fensterpaketpuffer 406 gemäß ihrer Sequenz eingeschoben. Wenn einige Pakete außerhalb der Reihenfolge empfangen werden, werden Pakete in den Paketfensterpuffer 406 mit Lücken in den Einträgen eingeschoben.
Der Bereich der Paketsequenznummern und die Größe des Paketfensterpuffers 406 hängt von verschiedenen Parametern ab, die mit dem Kommunikationssystem verbunden sind. Beispielsweise muß die Paketfensterpuffergröße groß genug sein, um eine maximale Zahl von Paketen aufzunehmen, die über die parallelen Verbindungen in einem speziellen Zeitintervall übertragen werden können. Dieses spezielle Zeitintervall könnte der Zeit entsprechen, die benötigt würde, um ein Paket mittlerer Größe über die langsamste Verbindung der parallelen Verbindungen zu übertragen.
Der Empfänger 410 bestimmt, ob ein Paket an der rechten Kante des gleitenden Fensters 403 verfügbar ist (Schritt 706). Um dies zu tun, rahmt das gleitende Fenster 403 einen Unterbereich von Schlitzen innerhalb des Paketfensterpuffers 406 ein, von dem es wahrscheinlich ist, daß er eine Sequenz von Paketen enthält. Details bezüglich des Auswählens der Größe des gleitenden Fensters 403 hängen von der Zahl der Kommunikationsparameter ab, und werden unten detaillierter diskutiert.
Wenn eine Bestimmung anzeigt, daß ein Paket aktuell an der rechten Kante des gleitenden Fensters verfügbar ist, so überträgt der Empfänger 410 das an der am weitesten rechts liegenden Kante des Fensters verfügbare Paket in den Paketpuffer 408 (Schritt 710). Als nächstes führt der Empfänger 410 das gleitende Fenster 403 nach vorne und versucht das nächste Paket, das in der Sequenz verfügbar ist, zu übertragen (Schritt 712). Eine Verarbeitungsverzögerung im Empfänger kann auftauchen, wenn der Empfänger nicht das nächste Paket der Sequenz empfangen hat. Viele Pakete können in Sequenz übertragen werden, wenn die Schritte, die oben in den Schritten 706, 710 und 712 diskutiert wurden, wiederholt werden. Alternativ verzögert, wenn das nächste Paket in der Sequenz an der rechten Kante des gleitenden Fensters 403 nicht verfügbar ist, der Sender um eine vorbestimmte Zeitdauer (Schritt 708). Diese Verzögerung verzögert nicht die Datenübertragung, da Pakete im Puffer, wie dem Paketfensterpuffer 406 gespeichert sind. Durch die Pufferung der Pakete begrenzt der Empfänger 410 nicht die Übertragung der Pakete, sogar wenn sie nicht in der Reihenfolge empfangen werden. Wenn die vorbestimmte Zeitdauer abläuft, oder ein Paket ankommt, so bestimmt der Empfänger 410 wieder, ob ein Paket an der rechten Kante des gleitenden Fensters 403 verfügbar ist (Schritt 709). Wenn ein Paket verfügbar ist, so überträgt der Empfänger 410 ein Paket an der rechten Kante des gleitenden Fensters 403 zum Paketpuffer 408 (Schritt 710). Wenn kein Paket verfügbar ist, so führt der Empfänger 410 das gleitende Fenster 403 nach vorne (Schritt 712) und setzt die Verarbeitung der anderen Pakete fort. Der Empfänger überläßt das Behandeln von Fehlern und die erneute Übertragung von Paketen den höheren Schichten der Kommunikation.
Betrachtet man 8, so stellt sie ein Blockdiagramm dar, das die Beziehung zwischen einem Paketfensterpuffer 802 und dem gleitenden Fenster 804 in einem Empfänger zeigt. In diesem Beispiel umfaßt der Paketfensterpuffer 802 10 Schlitze, die von 0–9 numeriert sind, für das Speichern der Pakete. Die Schlitze 2–3 und 5–6 enthalten noch keine Pakete. Die Pakete, die zu diesen Schlitzen gehören, können im Netz unterwegs sein oder sie können während der Übertragung verloren gegangen sein.
Das gleitende Fenster 804 zeigt an, daß die Schlitze 7–9 im Paketfensterpuffer 802 eine kontinuierliche Sequenz von Paketen aufweisen. Das Paket am am weitesten rechts liegenden Abschnitt des gleitenden Fensters 804 (das ist das Paket in Schlitz 9) kann über eine einzelne Verbindung, die mit dem Empfänger verbunden ist, übertragen werden. Wenn mehrere Pakete ankommen, so bewegt sich das gleitende Fenster 804 nach links auf die neu angekommenen Pakete im Fensterpaketpuffer 802 zu. Wenn die Größe des gleitenden Fensters genau eingestellt wird, befinden sich die Pakete, die durch das gleitende Fenster 804 abgedeckt werden, in einer Sequenz und sind bereit für die Übertragung. Wenn das gleitende Fenster 804 auf einen Schlitz im Paketfensterspeicher 802 stößt, der kein Paket aufweist, wie der Schlitz 6, so hört das gleitende Fenster 804 für ein vorbestimmtes Zeitintervall oder bis das Paket außerhalb der Reihenfolge angekommen ist, auf, weiter nach vorne zu gehen.
Die Größe des gleitenden Fenster 804 wird auf der Basis von mindestens zwei unterschiedlichen Maßen bestimmt. Ein erstes Maß hängt von der Größe der übertragenen Pakete und der Zahl der im Netz verwendeten Unterverbindungen ab. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden als: Fenstergröße = (MaxPS/MinPS) × (SC)wobei:

MaxPS: = maximale Paketgröße, die über die parallele Unterverbindungen übertragen wird
MinPS: = minimale Paketgröße, die über die parallelen Unterverbindungen übertragen wird
SC: = Zahl der Unterverbindungen die parallel verwendet werden, um Datenpakete zu übertragen.

Es werde beispielsweise angenommen, daß einige Pakete, die über ein Netzwerk übertragen werden, eine Größe von 64 kb aufweisen, und andere Pakete, die über das Netz transportiert werden, nur Pakete mit einer Größe von 64 Byte sind. Weiterhin wird angenommen, daß das Netz 1000 OC-48c Unterverbindungen für eine ungefähre Bandbreite von 2,5 Terrabits/Sekunde verwendet. Während des Zeitintervalls, das benötigt wird, um das größte Paket über eine Verbindung zu übertragen, kann eine Vielzahl der kleinsten Pakete über andere parallele Verbindungen übertragen werden. In diesem Beispiel können 1000 64 Byte Pakete über ungefähr 1000 parallele Verbindungen in der Zeitdauer übertragen werden, die benötigt wird, um ein 64 kByte Paket über eine einzige Verbindung zu übertragen. Somit sollte die Fenstergröße so eingestellt werden, daß sie ungefähr 1 Million Paketeinträge aufnimmt.
Das zweite Maß, das verwendet wird, um das gleitende Fenster 804 einzustellen, betrifft die maximale Varianz zwischen parallelen Unterverbindungen in einem Netz. Im wesentlichen muß das gleitende Fenster 804 in seiner Größe vergrößert werden, um die maximale Varianz in der Verzögerung zwischen Unterverbindungen aufzunehmen. Beispielsweise würde es bei den 1000 OC-48c Unterverbindungen, die oben diskutiert wurden, nötig sein, ungefähr 5 Millionen zusätzlicher Paketeinträge für eine Varianz von einer Millisekunde hinzu zu fügen. Somit können in einer beispielhaften Ausführungsform zusätzliche Paketeinträge wesentlich durch die Gestaltung des Transceivers in der Art, daß er eine maximale Varianz von einige Mikrosekunden aufweist, vermindert werden.
Die vorangehende Beschreibung einer Implementierung der Erfindung wurde für die Zwecke der Darstellung und Beschreibung ausgeführt. Sie ist nicht erschöpfend und begrenzt die Erfindung nicht auf die beschriebene präzise Form. Modifikationen und Variationen sind im Licht der obigen Lehren möglich, oder können sich aus der Umsetzung der Erfindung in die Praxis ergeben. Beispielsweise könnte, obwohl der Sender und der Empfänger, die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, in getrennten Figuren dargestellt sind, ein Transceiver, der Formen sowohl vom Sender als auch Empfänger kombiniert, geschaffen werden. In einem anderen Beispiel kann das Schätzen der Größe des gleitenden Fensters auf dem Empfänger durch das Senden einer passenden Zeit, um das vorherige Paket mit jedem aktuell übertragenen Paket zu übertragen, verbessert werden. Alternativ kann die Schätzung der Größe des gleitenden Fenster durch das Übertragen der Größe jedes nachfolgenden Pakets mit dem aktuell übertragenen Paket, verbessert werden. Zusätzlich können, neben der Tatsache, daß es den Computern erlaubt ist, über parallele Kommunikationsverbindungen zu kommunizieren, ähnliche Konzepte angewandt werden, um es anderen Vorrichtungen, wie mit dem Netzwerk verbundenen Speichervorrichtungen, zu ermöglichen, Datenpakete variabler Größe über parallele Kommunikationsverbindungen zu übertragen. Beispielsweise kann ein Satz von Plattenlaufwerken, der mit einem Netz durch einen entsprechenden Satz paralleler Kommunikationsunterverbindungen verbunden ist, Daten parallel über die Unterverbindungen zu einer Empfängereinheit übertragen, die die Daten zu späterer Zeit aufzeichnet. Diese überträgt Daten parallel und schnell auf Kosten einer zusätzlichen Verarbeitung, die später an der Empfängereinheit nötig wird. Weiterhin umfaßt die beschriebene Implementierung Software, aber die vorliegende Erfindung kann als eine Kombination aus Hardware und Software oder als Hardware allein ausgeführt werden. Darüberhinaus wird der Umfang der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Verfahren zum Durchführen von Datenübertragungen auf Paketbasis, das auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die wirksam mit einer einzelnen Unterverbindung verbunden ist, um Daten zu empfangen, und mit zwei oder mehr Kommunikationsunterverbindungen, um Daten zu übertragen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen (502) von Datenpaketen über die einzelne Unterverbindung; Trennen (504) der beiden oder mehreren Kommunikationsunterverbindungen in einen Satz von belegten Unterverbindungen und einen Satz von verfügbaren Unterverbindungen; wobei der Schritt des Trennens (504) weiter die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden (606) einer Verzögerung, bis eine Unterverbindung im Satz verfügbarer Unterverbindungen zum Übertragen von Datenpaketen verfügbar ist; Bestimmen (604), welche Unterverbindungen im Satz der verfügbaren Unterverbindungen für die Übertragung von Datenpaketen verfügbar ist; Zuordnen einer Unterverbindung zum Satz der verfügbaren Unterverbindungen, wenn eine Unterverbindung zum Übertragen von Datenpaketen verfügbar ist; und Zuordnen einer Unterverbindung zum Satz belegter Unterverbindungen, wenn eine Unterverbindung für die Übertragung von Datenpaketen nicht verfügbar ist; und Übertragen (508) der Datenpakete, die über die einzelne Unterverbindung empfangen werden, durch Verteilen (506) des einen oder der mehreren Datenpakete über die Unterverbindungen im Satz der verfügbaren Unterverbindungen, wobei mit der Übertragung der Datenpakete die Größe jedes folgenden Pakets übertragen wird, um dem Empfänger Informationen für eine Schätzung der Größe eines gleitenden Fensters bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozessoreinheit eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ASIC, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozessoreinheit eine feldprogrammierbare Gatteranordnung, FPGA, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Übertragungsschritt (508) weiter folgende Schritte umfasst: Einschieben einer Paketsequenznummer in einem Kopf, der mit jedem Paket verbunden ist; Zuordnen eines oder mehrerer Datenpakete zu Unterverbindungen aus dem Satz verfügbarer Unterverbindungen; und Synchrones Übertragen des einen Datenpakets oder der mehreren Datenpakete in paralleler Weise über die entsprechenden Unterverbindungen im Satz der verfügbaren Unterverbindungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es auf einer Datenspeichervorrichtung ausgeführt wird, die mit dem Netzwerk durch zwei oder mehr Kommunikationsunterverbindungen verbunden ist.
Verfahren zum Verarbeiten von Datenübertragungen auf Paketbasis, das auf einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die wirksam mit zwei oder mehr Kommunikationsunterverbindungen verbunden ist, um Daten zu empfangen, und mit einer einzigen Unterverbindung, um Daten zu übertragen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen, welche Unterverbindungen sich in einem verfügbaren Satz von Unterverbindungen und welche Unterverbindungen sich in einem belegten Satz von Unterverbindungen befinden; Empfangen (702) von Datenpaketen über den verfügbaren Satz von Unterverbindungen, und einer Information bezüglich der Größe von folgenden Datenpaketen; Extrahieren von Datenpaketen, die parallel über die verfügbaren Unterverbindungen empfangen werden; wobei der Schritt des Extrahierens weiter den Schritt der Sequenzierung der Pakete auf der Basis einer Paketsequenz, die jedem Datenpaket des einen oder der mehreren Datenpakete zugehört, umfasst; wobei der Schritt der Sequenzierung weiter folgende Schritte umfasst: Extrahieren einer Paketsequenz aus jedem Datenpaket; und Ordnen der Pakete auf der Basis der Paketsequenz in numerischer Reihenfolge, wobei Lücken in der Sequenz durch Pakete verursacht werden können, die außerhalb der Reihenfolge ankommen; wobei der Schritt des Ordnens weiter folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines vorbestimmten Satzes von Paketsequenzen, der dem Bereich der Paketsequenzen in den empfangenen Paketen entspricht; Verbinden eines gleitenden Fensters mit dem vorbestimmten Satz von Paketsequenzen, wobei die Größe des gleitenden Fensters basierend auf der Information geschätzt und eingestellt wird; Bereitstellen einer Sequenz von Paketen, wenn mindestens ein empfangenes Paket eine Sequenznummer innerhalb des vorbestimmten Satzes von Paketsequenzen aufweist; und Übertragen der Datenpakete seriell über die einzelne Unterverbindung mit einer Bandbreite, die mindestens größer ist als die Bandbreite, die zu irgendeiner der verfügbaren Unterverbindungen gehört.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei es weiter den Schritt der Verzögerung um eine vorbestimmte Zeitperiode umfasst, wenn kein empfangenes Paket eine Sequenznummer innerhalb der vorbestimmten Sequenz von Paketen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei es auf einer Datenspeichervorrichtung ausgeführt wird, die mit dem Netz durch zwei oder mehr Kommunikationsunterverbindungen verbunden ist.
Vorrichtung angepasst zum Durchführen einer Datenübertragung auf Paketbasis entsprechend des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Vorrichtung angepasst zum Verarbeiten von Datenübertragungen auf Paketbasis entsprechend des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 8.