DE3687525T2

DE3687525T2 - Paketvermittlungsnetzwerk mit rundsendefaehigkeit.

Info

Publication number: DE3687525T2
Application number: DE8686401052T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Shields Turner
Original assignee: University of Washington
Current assignee: University of Washington
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2006-05-17
Also published as: US4829227A; DE3687525D1; EP0260364B1; US4901309A; EP0260364A2; US4849968A; EP0260364A3; CA1254985A; JP2512435B2; JPS62155648A; US4734907A; ATE84653T1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochleistungs-Datenpaketschaltnetzwerk mit Rundspruchmöglichkeit. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Datenpaketschalter zur Verwendung in einem derartigen Netzwerk und auf Verfahren zum Kopieren eines Datenpakets und zum Verteilen der Kopie des Datenpakets sowie zum Steuern des Durchgangs der Datenpakete durch ein Kopiernetzwerk.

Hintergrund der Erfindung

Der Vorteil bei der Übertragung von Daten- und Stimminformation in Paketform ist seit langem erkannt worden. Datenpaketumschaltung hat sich als besonders nützlich dort erwiesen, wo zu übertragende Information in Form kurzer Bursts auftritt, wie es bei interaktiven Echtzeitdatenübertragungen der Fall ist.
Ein Paketschaltnetzwerk enthält im allgemeinen ein Feld von Paketschaltern, wobei Schalter im allgemeinen durch einen oder mehrere für hohe Bitraten ausgelegte Datenkanäle verbunden sind. In dem Netzwerk werden virtuelle Schaltkreise aufgebaut, die durch mehrere Paketschalter laufen, um zwischen Paaren von Benutzerstationen, die einen Informationsaustausch wünschen, Punkt-Zu-Punkt-Verbindungen zu schaffen. Ein Beispiel für ein Paketschaltnetzwerk ist offenbart in Turner "A Fast Packet Switching Network", U.S.-Patentnummer 4,494,230. Während zum Stand der Technik gehörige Paketschaltnetzwerke wie zum Beispiel das in dem U.S.-Patent 4,494,230 offenbarte Netzwerk im allgemeinen zur Schaffung von Punkt-Zu-Punkt-Verbindungen zwischen Paaren von Benutzerstationen geeignet sind, sind derartige Paketschaltnetzwerke nach dem Stand der Technik nicht imstande, wirksam in der Rundspruchbetriebsart zu arbeiten. Sie können mithin nicht eine Vielfalt von kommerziellen Dienstleistungen erbringen, darunter die Verbreitung von Fernsehen und den Konferenzbetrieb.
Es ist folglich Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Paketschaltnetzwerk zu schaffen, welches für den effizienten Betrieb in der Rundspruchbetriebsart ebenso geeignet ist wie für die Schaffung von Punkt- Zu-Punkt-Verbindungen zwischen einzelnen Benutzern.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Hochleistungs- Paketschaltnetzwerk mit Punkt-Zu-Punkt- sowie Rundspruch-Möglichkeit dar. Dies eröffnet einen weiten Bereich kommerzieller Dienstleistungen, einschließlich Fernseh-Verbreitung und -Konferenzbetrieb. Die grundlegende Schaltmöglichkeit des erfindungsgemäßen Netzwerks wird durch ein Paketschaltmodul geschaffen. Die Schaltmoduln gemäß vorliegender Erfindung sind modular ausgelegt, so daß sie zur Bildung von Paketschaltern zusammengeschaltet werden können, welche ihrerseits zusammengeschaltet werden können zur Bildung des Paketschaltnetzwerks. Es sind Mittel zum Zusammenschalten der Schaltmoduln vorgesehen, so daß die Anzahl von miteinander verbundenen Schaltmoduln bei einem Minimalaufwand an Neuverkabelung variiert werden kann.
Jedes der Schaltmoduln enthält beispielhaft ein Kopiernetzwerk, einen Satz von Rundspruch- oder Gruppenübersetzern, ein Verteilungsnetzwerk und ein Leitnetzwerk. Rundspruchpakete werden in dem Kopiernetzwerk nachgebildet. Jede Kopie eines Rundspruchpakets, die das Kopiernetzwerk verläßt, wird durch einen der Rundspruch- und Gruppenübersetzer mit einer Bestimmungsortadresse ausgestattet. Das Verteilungs- und das Leitnetzwerk leiten dann die Paketkopien zu den Bestimmungsorten. Ein Verfahren zum Hinzufügen oder Löschung von Bestimmungsorten aus einem gegebenen Rundspruchkanal wird angegeben.
Die Kopier-, Verteilungs- und Leitnetzwerke umfassen jeweils ein Feld von in Stufen angeordneten Knoten. Es wird ein Algorithmus angegeben, der jeden Knoten in dem Kopiernetzwerk in die Lage versetzt, zu entscheiden, ob ein gegebenes Rundspruchpaket nachzubilden ist oder nicht. Pakete, die zu Punkt-Zu-Punkt- Verbindungen gehören, durchlaufen das Kopiernetzwerk unverändert.
Damit die Bandbreite einer speziellen Verbindung nicht beschränkt wird durch die Bandbreite eines individuellen Datenübertragungswegs innerhalb des Netzwerks, lassen sich individuelle Datenkanäle gruppenweise zusammenfassen, um einen Kanal zu bilden, dessen Bitrate höher ist als diejenige irgendeines individuellen Datenkanals innerhalb der Gruppe. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gruppieren individueller Datenkanäle und zum Verteilen von Paketen unterhalb der individuellen Kanäle innerhalb der Gruppe wird unten diskutiert.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein Paketschaltnetzwerk mit Rundspruchmöglichkeit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt schematisch ein Paketschaltmodul mit Rundspruchmöglichkeit zur Verwendung in dem Netzwerk nach Fig. 1;
Fig. 3 und 4 zeigen Paketformate für das Netzwerk nach Fig. 1 und das Schaltmodul nach Fig. 2;
Fig. 5 zeigt schematisch einen Paketprozessor zur Verwendung in dem Schaltmodul nach Fig. 2;
Fig. 6 ist eine detailliertere Darstellung des Schaltmoduls nach Fig. 2;
Fig. 7 faßt den Zeitablauf für das Schaltmodul nach Fig. 6 zusammen;
Fig. 8 und 9 zeigen schematisch ein bitweise adressierbares Leitnetzwerk für die Verwendung in dem Schaltmodul nach Fig. 6;
Fig. 10 zeigt schematisch ein Paketkopiernetzwerk zur Verwendung in dem Schaltmodul nach Fig. 9;
Fig. 11 ist das Paketformat für ein Rundspruchs- Aktualisierungspaket;
Fig. 12 zeigt schematisch einen Rundspruch- und Gruppenübersetzer für eines der Schaltmoduln nach Fig. 6;
Fig. 13a und 13b zeigen die Verarbeitung eines Rundspruchpakets durch ein Schaltmodul, umfassend Kopier-, Verteilungs- und Leitnetzwerke gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 zeigt schematisch einen Knoten, der als Beispiel in das Kopier-, Verteilungs- oder Leitnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann;
Fig. 15, 16, 17 zeigen in größerer Einzelheit Knoten, die zur Bildung der Kopier-, Leit- und Verteilungsnetzwerke des Schaltmoduls nach den Fig. 2, 6 und 13 verwendet werden;
Fig. 18 zeigt schematisch einen Paketschalter, der durch Verbinden mehrere Schaltmoduln untereinander gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann;
Fig. 19 zeigt den Verbindungsschaltkreis zum Verbinden der Schaltmoduln nach Fig. 18 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 und 21 zeigen die individuellen Schalter, welche den Verbindungsschaltkreis nach Fig. 19 bilden; und
Fig. 22a und 22b und zeigen Anordnungen von Schaltmoduln, die unter Verwendung der Schaltmoduln nach Fig. 2, 6 und 13 und des Verbindungsschaltkreises nach den Fig. 19, 20 und 21 erhalten werden können.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

1. - Gesamtnetzwerkarchitektur

Die Architektur eines Paketschaltnetzwerks ist in Fig. 1 dargestellt. Das Netzwerk 10 enthält ein Feld von Paketschaltern 12, 14, 16, 18, 20 die beispielhaft über einen oder mehrere Hochleistungsdatenkanäle 22, 24, 26, 28, 30 miteinander verbunden sind. Bei den Datenkanälen handelt es sich zum Beispiel um bidirektionale Faseroptik-Datenkanäle. Die Faseroptikkanäle besitzen eine höhere Bandbreite als herkömmliche nichtoptische elektronische Übertragungswege. In Fig. 1 sind die Paketschalter 18 und 16 mittels eines einzigen Faseroptikkanals verbunden, während die Schalter 14 und 16 über drei Faseroptikkanäle miteinander verbunden sind. Zugriff wird zu dem Netzwerk über Netzwerkschnittstellen 40, 42, 44, 46, 48, 50 erhalten, die mit den Paketschaltern, 12, 14, 16, 18, 20 über Faseroptikkanälen verbunden sind. Die Netzwerkschnittstellen dienen zur Schnittstellenverbindung von anderen Netzwerken wie einem Telefonnetzwerk 50, einem Datennetzwerk 52 und einer in Räumlichkeiten des Kunden befindlichen Anlage 54 mit dem Paketschaltnetzwerk 10.
Das Netzwerk 10 nach Fig. 1 stellt zwei Haupt-Nachrichtenübertragungs-Dienstleistungen zur Verfügung. Erstens kann ein Benutzer einen Zweiweg-Punkt-Zu- Punkt-Kanal mit einem anderen Benutzer aufbauen. Der Punkt-Zu-Punkt-Kanal hat die Form einer virtuellen Schaltung, die durch irgendeine Anzahl der Paketschalter 12, 14, 16, 18, 20 führt. Jeder Benutzer kann außerdem einen Rundspruchbetrieb aufbauen, an den andere Benutzer angeschlossen sind. Das Verfahren, nach dem solche Rundspruchkanäle von dem Netzwerk gehandhabt werden, wird unten diskutiert.
Das Paketschaltnetzwerk 10 kann also dazu benutzt werden, eine Stimmen-, Daten- und Video-Nachrichtenübermittlung großen Umfangs zu schaffen. Ein bedeutendes Merkmal dieses Netzwerks 10 ist dessen Rundspruchfähigkeit, welches es für einen breiten Anwendungsbereich geeignet macht, einschließlich Fernsehverteilung- und Konferenzbetrieb.

2. - Paketschaltmodul

Die grundlegende Paketschaltfähigkeit der Paketschalter 12, 14, 16, 18, 20, die das Netzwerk 10 bilden, wird durch ein Hochleistungs-Schaltmodul erreicht. Gruppen von Schaltmoduln können miteinander verbunden sein, um die Paketschalter 12, 14, 16, 18, 20 und die Netzwerkschnittstellen 40, 42, 44, 46, 48, 50 in Fig. 1 zu bilden. Die weiter unten näher erläuterte Verschaltung für die gegenseitige Verbindung ist derart ausgelegt, daß die Anzahl von miteinander verbundenen Schaltmoduln mühelos mit einem Minimalaufwand an Neuverkabelung geändert werden kann.
Die Gesamtstruktur des Schaltmoduls ist in Fig. 2 gezeigt. Das Schaltmodul 200 schließt beispielsweise bis zu N bidirektionale Faseroptikkanäle 202-1.....202-N ab. Typischerweise liegt N in der Größenordnung von 360, und jeder Faseroptikkanal arbeitet bei bis zu 100 Megabit/sec. Das Herz des Schaltmoduls 20 ist die Verteilerstruktur 204. Die für eine hohe Bitrate ausgelegten optischen Faserkanäle 202-1.....202-N stehen mit der Verteilerstruktur 204 über Paketprozessoren 206-1.....206-N in Verbindung.
Typischerweise gelangt ein über eine Punkt-Zu-Punkt- Verbindung von einer der optischen Faserkanäle über einen der Paketprozessoren in die Verteilerstruktur 204 und verläßt die Verteilerstruktur über den anderen Paketprozessor und den zugehörigen optischen Faserkanal. Ein Rundspruchpaket gelangt über einen Paketprozessor in die Verteilerstruktur, wird in der Verteilerstruktur nachgebildet und verläßt sie über eine Anzahl von Paketprozessoren und zugehörige optische Faserkanäle.
Die Paketprozessoren führen Kanalebenen-Protokollfunktionen aus, darunter die Festlegung, wie jedes Paket durch die Verteilerstruktur geleitet wird.
In den in jedem Paketprozessor enthaltenen Speichern ist Leitinformation gespeichert. Der Verbindungsprozessor 208 ist verantwortlich für die Schaffung von Verbindungen, und zwar sowohl von Punkt-Zu-Punkt-Verbindungen als auch von Rundspruchverbindungen. Hierzu tauscht der Verbindungsprozessor 208 Steuerpakete mit Verbindungsprozessoren in benachbarten Schaltmoduln aus und steuert die Leitvorgänge der Paketprozessoren und der Verteilerstruktur durch Einschreiben von Leitinformation in darin enthaltene Speichertabellen. Beispielsweise ist der Verbindungsprozessor 208 eine Maschine mit gespeichertem Programm zum Beispiel ein Mikroprozessor.

3. - Paketprotokoll

Fig. 3 zeigt das Format eines Datenübertragungspakets, welches zwischen einem Paar von Schaltmoduln innerhalb eines einzelnen Paketschalters oder einer Netzwerkschnittstelle übertragen wird, oder das zwischen Schaltmoduln in benachbarten Paketschaltern und/oder Netzwerkschnittstellen übertragen wird. Diese Pakete können beispielsweise 600 Bytes lang sein und sind durch ein Flag-Muster (F) getrennt. Das Rahmentyp-(FTYP-)Feld wird dazu verwendet, unter verschiedenen Pakettypen auf der Kanalprotokollebene zu unterscheiden, darunter beispielsweise abgehende Prüfpakete, ankommende Prüfpakete und ein Paket, welches zu einer Punkt- Zu-Punkt- oder Rundspruchverbindung gehört. Prüfpakete werden zum Prüfen des Betriebs eines optischen Faserkanals oder einer Verteilerstruktur verwendet (vgl. beispielsweise Turner U.S.-Patent 4,486,877)
Das Pakettypfeld (PTYP) identifiziert jedes Paket entweder als ein Datenpaket oder als ein Steuerpaket und enthält ein Stau-Steuerungs-Nebenfeld (nicht dargestellt), welches dazu verwendet wird, die Netzwerkschnittstellen und die Benutzer über interne Netzwerkstaus zu informieren. Das logische Kanalnummernfeld (LCN) zeigt an, zu welcher Punkt- Zu-Punkt- oder Rundspruchverbindung ein Paket gehört. Das Paket enthält außerdem ein Informationsfeld I, welches beispielsweise 594 Bytes lang ist und die zu übertragende Benutzer- oder Steuerinformation enthält. Ein Blockprüffeld (FC) am Paketende wird zur Fehlerkorrektur benutzt.
Fig. 4 zeigt das Format von Paketen, nachdem sie in ein Schaltmodul eingetreten sind. Flags werden entfernt und es wird dem Paket eine neue Kopfinformation hinzugefügt, die es dem Paket erlaubt, durch das Schaltmodul hindurchgeleitet zu werden. Beispielsweise ist jedes Paket 606 Bytes lang, nach dem es in ein Schaltmodul eingetreten ist. Die neue Kopfinformation enthält ein Leitfeld (RF), welches den Leitvorgang des Pakets durch das Schaltmodul festlegt. Das Leitfeld (RF) umfaßt drei Unterfelder. Das erste Unterfeld ist ein Leitsteuerfeld (RC), welches den Typ von Leitvorgang festlegt, gemäß dem ein Paket in dem Schaltmodul empfangen wird. Die folgenden sind Typen von Leitvorgängen, die ein Paket in einem Schaltmodul vollziehen kann:
a. - Punkt-Zu-Punkt-Leitung ohne Gruppenzahl-(GN-) Übersetzung (hier durch den Buchstaben L bezeichnet), oder
b. - Punkt-Zu-Punkt-Leitung mit Gruppenzahl-(GN-) Übersetzung (hier durch den Buchstaben G bezeichnet), oder
c. - Rundspruchleitung (hier durch den Buchstaben B bezeichnet).
(Die Gruppenübersetzung wird unten im einzelnen erläutert, zunächst kann eine Gruppenzahl (GN) jedoch dahingehend verstanden werden, daß sie eine Gruppe von optischen Faserkanälen identifiziert, die gruppenweise zusammengefaßt werden, um eine Verbindung zu schaffen, deren Bandbreite größer ist als diejenige eines einzelnen optischen Faserkanals.) Das Interpretieren der nächsten zwei Unterfelder hängt von dem RC-Feld ab. Für die Rundspruch-Leitung (d. h. für Pakete, die zu einer Rundspruchverbindung gehören) entspricht das zweite Unterfeld der Anzahl von Kopien (NC), die in dem Schaltmodul anzufertigen sind, d. h. der Anzahl von abgehenden optischen Faserkanälen, die eine Kopie des Pakets erfordern, und das dritte Feld ist eine Rundspruchkanalzahl (BCN) die dazu dient, zwischen verschiedenen Rundspruchkanälen innerhalb des Schaltmoduls zu unterscheiden. Für Punkt- Zu-Punkt-Pakete (d. h. für Pakete, die zu einer Punkt- Zu-Punkt-Verbindung gehören) wird das zweite Feld als abgehende optische Faserkanalzahl (LN) oder abgehende Gruppenzahl (GN) interpretiert, abhängig davon, ob es eine Gruppenübersetzung gibt oder nicht, und das dritte Feld wird als abgehende logische Kanalzahl (LCN&sub0;) interpretiert, d. h. als diejenige logische Kanalzahl, die das Paket hat, wenn es das Schaltmodul verläßt.
Das Steuerfeld (CONTROL) identifiziert unterschiedliche Typen von Paketen innerhalb des Schaltmoduls, einschließlich verschiedener Sorten von Steuerpaketen. Das Quellenfeld (SOURCE) identifiziert den Paketprozessor des Ursprungs innerhalb des Schaltmoduls.
Die logische Kanalübersetzung ist der Prozeß, mit dessen Hilfe bestimmt wird, wie ein zu einer speziellen Rundspruch- oder Punkt-Zu-Punkt-Verbindung gehöriges Paket durch ein Schaltmodul geleitet wird. Jeder Paketprozessor enthält eine Tabelle für logische Kanalübersetzung (LCXT), die zu diesem Zweck eingesetzt wird. Wenn ein Paket des in Fig. 3 dargestellten Typs von einem Paketprozessor empfangen wird, so wird dessen LCN zum Indizieren des LCXT verwendet, der die oben diskutierte Leitinformation RC, NC/GN/LN und BCN/ LCN&sub0; speichert. Diese Information wird aus dem LCXT ausgelesen und in den Paketvorsatz eingeschrieben. Die Einträge in den LCXTs werden von dem Verbindungsprozessor (siehe Fig. 2) aufrechterhalten, welcher typischerweise einen neuen LCXT-Eintrag einschreibt, wenn eine neue Verbindung geschaffen wird.

4. - Paketprozessor

Der Aufbau eines der Paketprozessoren 206-1....N ist in Fig. 5 gezeigt. Der Paketprozessor 206 nach Fig. 5 dient als Schnittstelle zwischen einem der bidirektionalen optischen Faserkanäle 202-1....202-N und der Verteilerstruktur 204 nach Fig. 2.
Der Paketprozessor 206 nach Fig. 5 enthält vier Paketpuffer 220, 222, 224 und 226. Der Empfangspuffer 220 wird für über den optischen Faserkanal 202 ankommende Pakete verwendet, die darauf warten, durch die Verteilerstruktur hindurchzugelangen. Der Sendepuffer 202 puffert von der Verteilerstruktur 204 kommende Pakete, die auf das Senden in den optischen Faserkanal 202 warten. Der Kanalprüfpuffer 224 und der Verteilerprüfpuffer 226 schaffen Wege für Prüfpakete, die dazu dienen, den Betrieb des optischen Faserkanals 220 bzw. der Verteilerstruktur 204 zu verifizieren. Die Tabelle für logische Kanalübersetzung LCXT 228 ist ein Speicher, der Paketleitinformation speichert, wie es oben erläutert ist.
Die Empfangsschaltung 230 setzt das über den optischen Faserkanal 202 ankommende serielle optische Signal um in ein elektrisches Signal mit acht Bits umfassendem Parallelformat, synchronisiert das Signal mit dem lokalen Takt, leitet Prüfpakete zu dem Kanalprüfpuffer 224 und weitere Pakete zu dem Empfangspuffer 220. Vorteilhafterweise ist das Acht-Bit-Parallelsignalformat das Signalformat, welches von der Verteilerstruktur benutzt wird.
Die Ausgangsschaltung 232 übernimmt Pakete von dem Empfangspuffer 220 und verwendet die darin enthaltene LCN zum Adressieren der Speichertabelle für die logische Kanalübersetzung (LCXT) 228. Aus der Speichertabelle (LCXT) 228 für die logische Kanalübersetzung werden die Felder RC, NC/LN/GN und BCN/LCN&sub0; ausgelesen und in den Paketvorsatz eingeschrieben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Auf der Grundlage der Paketprozessor-Identifikationsnummer wird das Feld SOURCE in dem Paketprozessor 202 aufgefüllt. Das Feld CONTROL wird von der Ausgangsschaltung auf der Grundlage der in dem Paket enthaltenen Information berechnet. Dann wird das Paket zu der Verteilerstruktur 204 gesendet.
Die Eingangsschaltung 234 empfängt Pakete von der Verteilerstruktur 204 und sendet sie zu dem Sendepuffer 222. Die Eingangsschaltung beseitigt die Unterfelder RC, NC/LN/GN und BCN/LCN&sub0;, die dazu dienen, das Paket durch die Verteilerstruktur zu leiten, während die LCN&sub0;-Zahl zu der von LCN belegten Stelle bewegt wird. Die Eingangsschaltung 234 leitet außerdem Verteilerstruktur-Prüfpakete durch den Verteilerprüfpuffer 226 zu der Ausgangsschaltung 232.
Wird eine neue Rundspruch- oder Punkt-Zu-Punkt-Verbindung hinzugefügt, muß die LCXT in dem Paketprozessor aktualisiert werden. Dies wird erreicht, indem man den Verbindungsprozessor 208 ein LCXT-Aktualisierungspaket melden läßt, welches von dem Verbindungsprozessor über die Verteilerstruktur 204 zu der Eingangsschaltung 234 übertragen wird. Die Eingangsschaltung 234 schreibt dann geeignete Information aus dem LCXT-Aktualisierungspaket in den LCXT-Speicher ein.
Die Sendeschaltung 236 übernimmt Pakete von dem Sendepuffer 222, fügt das Flag-Feld (F) hinzu und setzt das aus acht parallelen Bits bestehende elektrische Signal für die Übertragung über den optischen Faserkanal 202 um in ein serielles optisches Signal.
Ein ähnlicher, wenngleich nicht identischer Paketprozessor ist in der U.S.-PS 4,488,289 beschrieben.

5. - Verteilerstruktur

Eine detailliertere Darstellung des Schaltmoduls 200 nach Fig. 2 ist in Fig. 6 gezeigt. An die Verteilerstruktur 204 sind Paketprozessoren 206-1.....206-N und ein Verbindungsprozessor 208 angeschlossen (aus Gründen der Klarheit sind der Verbindungsprozessor und der Paketprozessor jeweils zweimal dargestellt, einmal an der Eingangs- oder linken Seite der Verteilerstruktur 204, und einmal an der Ausgangs- oder rechten Seite der Verteilerstruktur 204. In der Praxis jedoch besitzt die Verteilerstruktur eine geschlossene Geometrie, und es ist lediglich ein Satz von Paketprozessoren und ein Verbindungsprozessor vorhanden).
Die Verteilerstruktur 204 enthält vier Hauptkomponenten, nämlich ein Kopiernetzwerk (CN) 300, einen Satz von Rundspruch- und Gruppenübersetzern BGT&sub0;....BGTn, ein Verteilungsnetzwerk (DN) 400 und ein Leitnetzwerk 500. Das Kopiernetzwerk 300, das Verteilungsnetzwerk (DN) 400 und das Leitnetzwerk (RN) 500 umfassen jeweils Felder aus Schaltknoten. Beispielsweise besitzt jeder Knoten zwei Eingänge und zwei Ausgänge. Alternativ kann jeder Schaltknoten vier Eingänge und vier Ausgänge besitzen. Die Schaltknoten sind nach Stufen gruppenweise zusammengefaßt. Datenpakete werden synchron stromabwärts von einer Stufe zur nächsten gesendet. Bewilligungssignale laufen stromaufwärts, um stromaufwärts gelegene Knoten darüber zu informieren, ob stromabwärts befindliche Knoten in benachbarten Stufen imstande sind, Datenpakete zu empfangen oder nicht.
Beispielsweise arbeitet die Verteilerstruktur 204 bei einer Rate von 25 Megabits/sec und besitzt interne Datenwege mit einer Breite von 8 Bits. Dies ergibt eine effektive Bitrate von 200 Megabits/sec auf den internen Datenwegen, daß ist etwa die doppelte Geschwindigkeit wie die der optischen Faserkanäle, die bei 100 Megabits/sec arbeiten. Eine Belegung von 80% der optischen Faserkanäle übersetzt sich zu 40% Belegung der internen Datenwege der Verteilerstruktur 204, was den Konkurrenzbetrieb und die Verzögerung in der Verteilerstruktur niedrig hält.
Der Zweck des Kopienetzwerks 300 besteht darin, Rundspruchpakete zu kopieren. Wenn ein Rundfunkpaket mit k Bestimmungsorten das Kopiernetzwerk 300 durchläuft, wird es derart nachgebildet, daß k Kopien dieses Pakets das Kopiernetzwerk verlassen. Punkt-Zu-Punkt- Pakete durchlaufen das Kopiernetzwerk 300 ohne Änderung.
Ein Zweck der Rundspruch- und Gruppenübersetzer besteht darin, sicherzustellen, daß jedes Paket eine Kanalzahl (LN) aufweist, bei der es sich im wesentlichen um die Adresse des abgehenden Paketprozessors und des optischen Faserkanals für das Paket handelt. Um dies zu erreichen, vollziehen die Rundspruch- und Gruppenübersetzer BGT&sub0;......BGTN zwei Übersetzungsfunktionen. Erstens bestimmen sie für jedes ankommende Rundspruchpaket die richtige abgehende Kanalzahl (LN) oder Gruppenzahl (GN) basierend auf der Anzahl von Kopien (NC) und der Rundspruchkanalzahl (BCN)-Felder in dem Rundspruchpaket. Die Gruppenzahl (GN), falls vorhanden, wird anschließend in eine Kanalzahl (LN) übersetzt. Die Gruppenübersetzung erfolgt auch für Punkt-Zu-Punkt-Pakete mit Gruppenzahlen (GN). Die BGTs tun nichts bei Punkt- Zu-Punkt-Paketen, die bereits eine Kanalzahl (LN) besitzen und keine Gruppenübersetzung erfordern.
Die Gruppenzahl (GN) ermöglicht es individuellen optischen Faserkanälen, die dasselbe Paar von Schaltmoduln verbinden, gruppenweise zusammengefaßt und als ein großer Kanal behandelt zu werden. Dies ermöglicht es dem System, Verbindungen herzustellen, die eine größere Bandbreite besitzen als ein einzelner Übertragungsweg. Folglich beschränkt die Bandbreite der optischen Faserkanäle nicht die Größe der Verbindungen, die das System bereitstellen kann. Um diese Gruppierfunktion verfügbar zu machen, übersetzen Gruppenübersetzer innerhalb der BGTs Gruppenzahlen in Kanalzahlen, um den Verkehr gleichmäßig über sämtliche Kanäle innerhalb einer Gruppe zu verteilen. Genauer gesagt, eine Gruppenzahl GN wird sukzessive in den Kanalzahl jedes Kanals innerhalb der Gruppe übersetzt, um die gleichmäßige Verkehrsverteilung zu erreichen. Die Gruppenübersetzungsfunktion wird unten näher erläutert.
Kurz gesagt, besitzt jedes Rundspruch- oder Punkt- Zu-Punkt-Paket, welches die BGTs verläßt, eine Kanalzahl (LN), bei der es sich im wesentlichen um die Adresse des richtigen abgehenden Paketprozessors handelt. Bei Punkt-Zu-Punkt-Paketen, die keine Gruppenübersetzung erfordern, wird dem Paketvorsatz aus dem LCXT-Speicher in dem Eingangspaketprozessor die Kanalzahl (LN) hinzugefügt, und der BGT tut nichts. Bei Punkt-Zu-Punkt-Paketen, die eine Gruppenübersetzung erfordern, wird die Kanalzahl (LN) durch den BGT als Ergebnis der Gruppenzahl (GN) bereitgestellt. Bei Rundspruchpaketen wird die Kanalzahl LN durch den BGT als ein Ergebnis der Übersetzung der Rundspruchkanalzahl (BCN), möglicherweise gefolgt von einer Gruppenübersetzung einer Gruppenzahl (GN) bereitgestellt. Das Leitnetzwerk 500 leitet die Pakete zu den richtigen abgehenden Paketprozessoren auf der Grundlage der oben erwähnten Kanalzahl (LN), die praktisch eine Adresse eines abgehenden Paketprozessors und optischen Faserkanals ist. Das Verteilungsnetzwerk 400 ist vorgesehen, um internen Stau innerhalb des Leitnetzwerks 500 zu vermeiden.

6. - Zeitsteuerung

Die Arbeitsweise der Verteilerstruktur 204 ist synchron. Die zeitliche Steuerung ist in Fig. 7 für den Fall zusammengefaßt, daß jedes Paket 606 Bytes lang ist und die Kopier-, Leit- und Verteilungsnetzwerke 64·64-Netzwerke mit sechs Stufen von jeweils 2·2 Schaltknoten sind.
Bei Beginn eines Paketzyklus gelangen Pakete aus den Paketprozessoren in das Kopiernetzwerk 300. 96 Taktzyklen später gelangen sie in die BGTs. 64 Zyklen später gelangen sie in das Verteilungsnetzwerk 400. 96 Zyklen später gelangen sie in das Leitnetzwerk, und 96 Zyklen danach beginnen die Pakete mit dem Eintritt in die richtigen abgehenden Paketprozessoren. 400 Taktzyklen nach dem Beginn des Paketzyklus werden der letzten Stufe des Leitnetzwerks 400 Bewilligungssignale zugeführt. 48 Zyklen später werden der letzten Stufe des Verteilungsnetzwerks 400 Bewilligungssignale zugeführt. Nach weiteren 48 Zyklen werden an den BGT-Ausgängen Bewilligungssignale angeboten und vier Zyklen später werden Bewilligungssignale der letzten Stufe des Kopiernetzwerks zugeführt. Beim Taktzyklus Nr. 608 wird ein neuer Paketzyklus mit einer Eingabe in das Kopiernetzwerk 300 begonnen.

7. - Leitnetzwerk

Zunächst wird das Leitnetzwerk erläutert, da es das am einfachsten zu verstehende Netzwerk ist, und da es eine Grundlage bildet für das Verständnis der Verteilungs- und Kopiernetzwerke.
In Fig. 8 ist eine 16·16-Version des Leitnetzwerks 500 dargestellt. Die 16·16-Version des Leitnetzwerks umfaßt vier Stufen 502, 504, 506 und 508, von denen jede Stufe acht Knoten aufweist. Jeder der Knoten, beispielsweise der Knoten 510 besitzt zwei Eingänge 511 und 513 sowie zwei Ausgänge 515 und 517. Ein in den Knoten 510 an einem der Eingänge eintretendes Paket wird abhängig davon, ob das entsprechende Adressenbit 0 (oberer Ausgang) oder 1 (unterer Ausgang) ist, zu dem oberen oder dem unteren Ausgang geleitet.
Damit ist das Leitnetzwerk 500 bit-adressierbar, d. h., der Weg, den ein Paket durch das Netzwerk nimmt, bestimmt sich durch aufeinanderfolgende Bits seiner Bestimmungsadresse. Fig. 8 zeigt zwei verschiedene Wege 520 und 530 für den Bestimmungsort (z. B. Paketprozessor) mit der Adresse 1011. Somit werden in der Stufe 502 die Pakete in den Wegen 520 und 530 zu dem unteren Ausgansport des entsprechenden Knotens geleitet, da das erste Bit der Bestimmungsadresse eine 1 ist. In der Stufe 504 werden die Pakete zu dem oberen Ausgangsport des entsprechenden Knotens geleitet, da das zweite Bit der Bestimmungsadresse eine 0 ist. In ähnlicher Weise werden in der dritten Stufe 506 und der vierten Stufe 508 die Pakete zu den unteren Ausgangsports geleitet, da das dritte und das vierte Adressenbit beide eine 1 sind. Diese Selbstleitfähigkeit wird von einer Vielfalt von Netzwerken geteilt, darunter Delta-, Shuffle-Exchange- und Banyan-Netzwerke. Derartige selbstleitende, bit-adressierbare Netzwerke sind in dem U.S.-Patent 4,490,234 offenbart.

8. - Verteilungsnetzwerk

Ein Problem bei binären Leitnetzwerken wie dem binären Leitnetzwerk, das in Fig. 8 dargestellt ist, besteht darin, daß sie bei Vorhandensein gewisser Verkehrsmuster verstopft werden. Dies ist in Fig. 9 dargestellt, die ein Verkehrsmuster zeigt, welches verschiedenen Interessengemeinschaften entspricht. In dem Verkehrsmuster nach Fig. 9 ist jeglicher an den ersten vier Eingängen eintretender Verkehr bestimmt für die ersten vier Ausgänge, und jeglicher in die zweiten vier Eingänge eintretender Verkehr ist für die zweiten vier Ausgänge bestimmt. Eine ähnliche Verteilung hat der Verkehr, der in die dritte und die vierte Gruppe von vier in Fig. 9 dargestellten Eingängen eintritt. Bei diesen Verkehrsmuster führt lediglich ein Viertel der die zweite und die dritte Stufe des Netzwerks verbindenden Kanäle in Fig. 9 Verkehr. Wenn somit die Eingänge stark belastet sind, sind diejenigen Kanäle, die Verkehr zwischen der zweiten und der dritten Stufe führen, hoffnungslos überlastet, und der Verkehr bildet einen Rückstau.
Das Verteilungsnetzwerk 400 löst diese Problem durch gleichmäßige Verteilung der von ihm empfangenen Pakete auf seine sämtlichen Ausgänge. Das Verteilungsnetzwerk 400 besitzt einen ähnlichen Aufbau, der ähnlich ist wie der des Leitnetzwerks 50. Allerdings ignorieren die Knoten des Verteilungsnetzwerks die Bestimmungsadressen an den Paketen und leiten sie alternierend zu jedem ihrer Ausgangsports. Wenn ein oder beide Ports nicht verfügbar sind, wird das erste verfügbar werdende Port verwendet. Diese Vorgehensweise bricht jegliche Interessengemeinschaften auf und macht die Kombination aus dem Verteilungsnetzwerk 400 und dem Leitnetzwerk 500 stabil gegenüber pathologischen Verkehrsmustern.

9. - Kopiernetzwerk

In Fig. 10 ist das Kopiernetzwerk 300 dargestellt. Die Funktion des Kopiernetzwerks besteht darin, Kopien von Rundspruchpaketen zu erstellen, wenn diese durchlaufen. Das Paket 304, welches links ankommt, ist ein Rundspruchpaket, wie durch den Buchstaben B in dem Leitsteuer-Unterfeld angegeben ist. Das Feld für die Anzahl von Kopien (NC) ist 7, und die Rundspruchkanalzahl (BCN) beträgt 36. Deshalb muß das Kopiernetzwerk 300 sieben Kopien des Pakets 302 erstellen, welches zu der Rundspruchkanalzahl 36 gehört.
Wie das Verteilungsnetzwerk 400 und das Leitnetzwerk 500 enthält das Kopiernetzwerk 300 ein Feld von Knoten (Zum Beispiel Knoten 304, 306) mit zwei Eingangsports und zwei Ausgangsports. Das Netzwerk 300 in Fig. 10 ist ein 16·16-Netzwerk mit 16 Eingangsports, die mit j = 0,1.....15 bezeichnet sind, und 16 Ausgangsports, die mit k = 0,1.....15 bezeichnet sind. Das Feld von Knoten 300 ist in Stufen unterteilt, die aus noch deutlich werdenden Gründen von rechts nach links mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet sind.
Die Knoten des Kopiernetzwerks unterscheiden sich von den Knoten des Leit- und des Verteilungsnetzwerks lediglich dadurch, daß ein anderer Algorithmus dazu verwendet wird, festzulegen, welches Ausgangsport ein Paket benutzt. In einigen Fällen geht ein Paket lediglich über ein Ausgangsport ab. In anderen Fällen wird das Paket von dem Knoten nachgebildet und verläßt den Knoten über beide Ausgangsports. In einem Beispiel betritt das Paket 302 den Knoten 304 am unteren Eingangsport (j = 3) und verläßt ihn über das untere Ausgangsport. An dem Knoten 306 wird das Paket 302 nachgebildet. Es tritt über den unteren Eingangsport ein und geht über beide Ausgangsports ab.
Der folgende Algorithmus wird von dem Knoten in dem Kopiernetzwerk dazu verwendet, Pakete zu leiten. In dem Algorithmus sind BCN und NC die Rundspruchkanalzahl- und Kopierfelder von dem Paket, wie oben angegeben ist, und sn ist die Stufenzahl des Knotens, wobei die Stufen beginnend mit 1 von rechts nach links durchnumeriert sind.
- Wenn NC ≥sn-1, Absenden des Pakets von beiden Ausgangsports;
- Wenn BCN geradzahlig ist, wird das NC-Feld des oberen Pakets auf den ganzzahligen Teil von (NC+1/2) eingestellt, und das NC-Feld des unteren Pakets wird auf den ganzzahligen Teil von NC/2 eingestellt;
- Wenn BCN ungeradzahlig ist, wird das NC-Feld des unteren Pakets auf dem ganzzahligen Teil von NC/2 eingestellt, und das NC-Feld des unteren Pakets wird auf den ganzzahligen Teil von NC + 1)/2 eingestellt;
- Wenn NC ≤sn-1, oder wenn das Paket ein Nicht-Rundspruchpaket ist, verwende den Verteilungsnetzwerk-Algorithmus. Wie oben angegeben, senden die Knoten in dem Verteilungsnetzwerk abwechseln Pakete von dem oberen und dem unteren Ausgangsport.
Man beachte, daß dieser Algorithmus das Aufsplitten von Paketen solange wie möglich verzögert. Eine andere Option besteht darin, die Pakete frühzeitig aufzusplitten. Allerdings kann dieses Verfahren zu einem Stau in dem Kopiernetzwerk 300 führen. Der Algorithmus mit dem späten Aufsplitten vermeidet dieses Problem.
Dieser Algorithmus wird einfach auf die Knoten 304 und 306 in Fig. 10 angewendet. Am Knoten 304 ist die BCN 36, NC ist 7 (diese befinden sich in dem Paketvorsatz), und die Stufenzahl sn beträgt 4. Am Knoten 304 ist NC = 7, also kleiner als 2sn-1 = 8. Deshalb verwenden wir den Algorithmus des Verteilungsnetzwerks, der ein Leiten des Pakets auf Zufallsbasis entweder zu dem oberen oder dem unteren Ausgangsport beinhaltet.
Am Knoten 306 ist NC (= 7) größer als 2sn-1 (= 4). In diesem Fall wird das Paket über beide Ausgangsports abgesendet. Man beachte, daß die BCN für den Paket- Eintrittsknoten 306 36 beträgt, was eine gerade Zahl ist. Folglich wird das NC-Feld für das obere abgehende Paket auf den ganzzahligen Teil von (NC+1)/2=4 eingestellt, und das NC-Feld des unteren abgehenden Pakets wird auf den ganzzahligen Teil von NC/2 = 3 eingestellt.
Auf diese Weise werden sieben Kopien des Pakets 302 durch das Netzwerk 300 erstellt. Diese Pakete gehen über Ausgangsports k = 8, 9, 10, 11, 12, 13 und 15 ab.

10. - Rundspruchübersetzung

Wenn Rundspruchpakete aus dem Kopiernetzwerk 300 kommen, muß noch ihr endgültiger Bestimmungsort (d. h. ihr abgehender optischer Faserkanal und ihr abgehender Paketprozessor) bestimmt werden. Es ist eine Funktion der Rundspruch- und Gruppenübersetzer (BGTs), die in Fig. 6 gezeigt sind, festzulegen, wo jedes aus dem Kopiernetzwerk herauskommende Paket hingehen sollte (d. h., die BGTs liefern die Kanalzahl LN, welches die Adresse für den Zielpaketprozessor ist). Wie in Fig. 6 gezeigt ist, gibt es einen BGT für jeden Ausgang des Kopiernetzwerks. Ist einmal ein Bestimmungsort für ein Paket durch den entsprechenden BGT festgelegt, so leiten das Verteilungs- und das Leitnetzwerk 400 bzw. 500 das Paket zu seinem Ziel.
Jeder BGT enthält eine Rundspruchübersetzungstabelle (BTT), die zu diesem Zweck verwendet wird. Die BTT wird von der BCN des ankommenden Rundspruchpakets indiziert. Der ausgewählte Eintrag in der BTT enthält die passende Gruppenzahl (GN) oder Kanalzahl (LN) und abgehende logische Kanalzahl (LCN&sub0;) für das Paket, welche Zahlen in die entsprechenden Felder des Paketvorsatzes eingeschrieben sind. Die Kanalnummer (LN) wird dazu verwendet, das Paket durch das Leitnetzwerk zu dem zugehörigen abgehenden Paketprozessor und optischen Faserkanal zu leiten. Wenn die Gruppenzahl verwendet wird, ist ein weiterer Übersetzungsschritt erforderlich, um die Kanalzahl (LN) zu erhalten. Der Wert LCN&sub0; wird dazu verwendet, die Übersetzungstabelle für den logischen Kanal (LCXT) in dem nächsten von dem Paket gekreuzten Schaltmodul zu lesen.
Man beachte, daß zwei BGTs für eine gegebene BCN nicht identische Einträge in ihren Rundspruchübersetzungstabellen (BTTs) aufweisen müssen. Dieser Punkt ist in Fig. 10 dargestellt, die den Rundspruchübersetzungsprozeß für zwei aus dem Kopiernetzwerk 300 an den Ausgangsports k = 8 bzw. k = 15 kommende Pakete zeigt.
Die Pakete 308 und 310 sind Kopien des Pakets 302. Der einzige Unterschied ist der, daß das NC-Feld in jedem Paket als Ergebnis des von den Knoten in dem Kopiernetzwerk verwendeten Entscheidungsalgorithmus auf 1 reduziert worden ist. Die BCN der Pakete 308 und 310 beträgt 36. Das Paket 308 indiziert BTT&sub8;, während das Paket 310 BTT&sub1;&sub5; indiziert, von denen beide Teil der BGTs für die passenden Ausgänge des Kopiernetzwerks sind. Obschon beide Pakete die gleiche BCN aufweisen, nehmen die beiden Pakete 308 und 310 unterschiedliche Gruppen- oder Kanalzahlen (GN oder LN) und verschiedene abgehende logische Kanalzahlen (LCN&sub0;) an.
Als ein Ergebnis der Rundspruchübersetzung wird ein "L" in das Leitsteuerfeld (RC) des Pakets 308 eingeschrieben, um anzugeben, daß nach der Rundspruchübersetzung das Paket nun ein Punkt-Zu-Punkt-Paket ist, welches keine Gruppenübersetzung erfordert. Das Paket 308 nimmt eine Kanalzahl LN von 3 und einen Wert LCN&sub0; von 27 an. Als Ergebnis des Rundspruchübersetzungsvorgangs wird ein "G" in das Leitsteuerfeld (RC) des Pakets 310 eingeschrieben, was anzeigt, daß nach der Rundspruchübersetzung das Paket 308 nun ein Punkt-Zu-Punkt- Paket ist, welches eine Gruppenübersetzung erfordert. Das Paket 310 nimmt einen Wert GN von 24 und einen Wert LCN&sub0; von 41 an. Die Gruppenzahl 24 bedeutet, daß das Paket 310 zu einem Kanal in einer Gruppe von Übertragungswegen geleitet wird, die mit der Nummer 26 bezeichnet ist. Die Gruppenzahl 24 wird übersetzt in die Kanalzahl aus einem der Kanäle innerhalb der Gruppe derart, daß Pakete gleichmäßig über sämtliche Kanäle innerhalb einer Gruppe verteilt werden. Damit werden die Pakete 308 und 310 von dem Leitnetzwerk 500 zu verschiedenen abgehenden Paketprozessoren geleitet.
Eine Eigenschaft des von den Knoten in dem Kopiernetzwerk verwendeten Leitalgorithmus ist die, daß gewisse Leitentscheidungen im wesentlichen auf Zufallsbasis erfolgen. Beispielsweise war die Leitentscheidung durch den Knoten 304 zufällig. Hätte beispielsweise der Knoten 304 das Paket 302 zu seinem oberen Ausgangsport und nicht zu seinem unteren Ausgangsport geleitet, so könnten die Pakete an den Ausgangsports k = 0, 1, 2, 3, 4, 5 und 7 erschienen sein und nicht an den Ausgangsports k = 8, 9, 10, 11, 12, 13 und 15.
Der Knoten 312 hat ebenfalls eine Zufalls-Leitentscheidung vollzogen. Hätte der Knoten 302 das Paket 310 anstatt zu seinem unteren Ausgangsport zu seinem oberen Ausgangsport geleitet, so wäre das Paket 310 nicht am Port k = 15 sondern am Port k = 14 erschienen.
Da das Auftreten des Pakets 310 am Port k = 14 oder k = 15 ein zufälliges Ereignis darstellt, müssen die dem Ausgangsport k = 14 und k = 15 zugeordnete BTT&sub1;&sub4; bzw. BTT&sub1;&sub5; den gleichen Eintrag besitzen, wenn BCN den Wert 36 hat. Dies ist deshalb notwendig, damit das Paket 310 zu demselben endgültigen Bestimmungsort gelangt unabhängig davon, ob es am Ausgangsport k = 14 oder am Ausgangsport k = 15 erscheint. Aus dem gleichen Grund sollten die folgenden Paare von Rundspruchsübersetzungstabellen für die Adresse BCN = 36 denselben Eintrag besitzen:
. BTT&sub0;, BTT&sub8;
. BTT&sub1;, BTT&sub9;
. BTT&sub2;, BTT&sub1;&sub0;
. BTT&sub3;, BTT&sub1;&sub1;
. BTT&sub4;, BTT&sub1;&sub2;
. BTT&sub5;, BTT&sub1;&sub3;
. BTT&sub6;, BTT&sub1;&sub4;
. BTT&sub6;, BTT&sub7;
. BTT&sub1;&sub4;, BTT&sub1;&sub5;.
Man kann vorhersagen, welche Ausgangsports des Kopiernetzwerks 300 denselben BTT-Eintrag für eine gegebene BCN erfordern, ausgehend von der Erkenntnis des von den Knoten des Kopiernetzwerks verwendeten Leitalgorithmus.
Solche Ausgangsports des Kopiernetzwerks 300, die denselben BTT-Eintrag für eine gegebene BCN erfordern, haben den gleichen Rundspruchkopierindex oder bci. Der bci für ein spezielles Ausgansport ist eine Funktion des NC-Felds und des niedrigstwertigen Bits der BCN. Wir verwenden die Bezeichnung bcik (NC, BCN), um den bci des Ausgangsports k für eine spezielle Kombination von NC und BCN zu bezeichnen. Wiederum wird die Funktion bcik (NC, BCN) derart gewählt, daß die Ausgangsports mit demselben bci denselben BTT-Eintrag für identische BCN-Zahlen aufweisen.
Ein Beispiel für einen Algorithmus zum Berechnen der Funktion bcik (NC, BCN) ist folgendes:

Berechnung von bcik (NC, BCN) für geradzahlige BCN

Es sei bn-1, bn-2.....b&sub1;, b&sub0; die Binärdarstellung von k, der Ausgangsportzahl für das Kopiernetzwerk.
Der Anfangswert s sei Null.
Der Anfangswert von x sei NC.
for i = n - 1 down to zero
if x > 2i then
if bi = 0 then x = the integer part of (x + 1)/2
else s = s + the integer part of (x + 1)/2
x = the integer part of x/2
end if
end if
end for
Nun ist s = bcik (NC, BCN).

Berechnung von bcik (NC, BCN) für ungeradzahlige BCN

Es sei bn-1....b&sub1;, b&sub0; die binäre Darstellung von k.
Der Anfangswert von s sei Null.
Der Anfangswert von x sei Null.
for i = n - 1 down to zero
if x > 2i then
if bi = 0 then x is integer part of x/2
else s = s + the integer part of x/2
x = the integer part of (x + 1)/2
end if
end if
end for
Am Ende ist nun s = bcik (NC, BCN).
Der obige Algorithmus kann zum Berechnen von bci&sub3; (7,36) wie folgt verwendet werden.
Die binäre Darstellung von 3 = 0011. Der Anfangswert von s ist Null, und der Anfangswert von x ist 7. Während der ersten Iteration für die for-Schleife ist i = 3. Da x ≤ 2i (7 ≤ 2³ = 8), werden bei der ersten Iteration die Werte von s und x nicht geändert.
Während der zweiten Iteration der for-Schleife ist i = 2. Da x ≥ 2i (7 ≥ 2² = 4) und bi = 0, wird der Wert x auf 4 geändert (der ganzzahlige Teil von (7 + 1)/2 und s bleibt unverändert). Während der dritten Iteration der for-Schleife ist i = 1. Da x ≥ 2i (4 ≥ 2i = 2) und bi = 1, wird der Wert von s auf 2 geändert (0 + ganzzahliger Teil von 4+1/2), und der Wert von x wird auf 2 geändert (der ganzzahlige Teil von 4/2). Während der vierte (letzten) Iteration der for-Schleife ist i = 0. Da x ≥ 2i (2≥2&sup0; = 1) und bi = 1, wird der Wert von s auf 3 geändert (2 + ganzzahliger Teil von 2 + 1)/2), und x wird auf 1 geändert (ganzzahliger Teil von 2/2). Wenn die for- Schleife verlassen wird, ist der Wert von s 3, was der Wert von bci&sub3; (7,36) ist.
Der Algorithmus kann auch zum Berechnen von bci&sub1;&sub1; (7,36) verwendet werden.
Die Binärdarstellung von 11 ist 1011.
Der Anfangswert von s ist Null, der Anfangswert von x ist 7. Während der ersten Iteration der for-Schleife ist i = 3. Da x ≤2&supmin;¹ (7 ≤2³ = 8), werden die Werte von s und x bei der ersten Iteration nicht geändert. Während der zweiten Iteration der for-Schleife ist i = 2. Da x ≤2i (7 ≤2² = 4) und bi = 0, wird der Wert von x auf den ganzzahligen Teil von (7 + 1)/ 2 = 4 geändert, und s wird geändert. Während der dritten Iteration für die for-Schleife ist i = 1. Da x ≥2i (4 ≥2¹ = 2) und bi = 1, wird der Wert von s auf 0 + den ganzzahligen Teil von (4 + 1/2 = 2 geändert, und der Wert von x wird auf den ganzzahligen Teil von 4/2 = 2 geändert. Während der vierten und letzten Iteration ist i = 0. Da x ≥2i (2 ≥2&sup0; = 1) und bi = 1, wird der Wert von s auf 2 + den ganzzahligen Teil von (2 + 1)/2 = 3 geändert, und x wird auf x = 1 geändert (ganzzahliger Teil von 2/2). Wenn die for-Schleife verlassen wird, ist der Endwert von s (in diesem Fall 3) der Wert von bci&sub1;&sub1; (7,36).
Man beachte, daß bci&sub1;&sub1; (7,36) = 3 = bci&sub3; (7,36).
Wenn also ein Paket mit BCN = 36 aus dem Port k = 3 oder k = 11 kommt, ist der Eintrag in der entsprechenden Rundspruchübersetzungstabelle BTT identisch, und das Paket wird schließlich zu derselben Stelle geleitet.
Zusätzlich zu der vorhandenen Rundspruchübersetzungstabelle (BTT) enthält jeder der in Fig. 6 gezeigten BGTs außerdem eine Speichertabelle, die Werte von bcik (NC, BCN) für jeden möglichen Wert von NC, BCN speichert. Diese Tabelle ist statisch und unterscheidet sich für jeden der BGTs (d. h. sie ist für jeden Ausgangsport unterschiedlich). Jede Tabelle von bci-Werten wird dazu verwendet, das Einschreiben von Information in die zugehörige BTT so zu steuern, daß mit Sicherheit die BTTs für Ports mit demselben bci-Wert als Funktion von NC und BCN identischer Einträge für diesen speziellen Wert von BCN aufweisen.
Grundsätzlich müssen, wenn ein Rundspruchkanalziel hinzugefügt oder gelöscht wird, die BTTs aktualisiert werden. Wenn der Verbindungsprozessor wünscht, die BTTs für einen speziellen Rundspruchkanal zu aktualisieren, so sendet er ein Steuerpaket der in Fig. 11 dargestellten Form ab. Das B bedeutet, daß das Paket nach Fig. 11 ein Rundspruchpaket ist. Das Kopiernetzwerk bildet das Paket nach, so daß jeder BGT in dem Schaltmodul eine Kopie erhält. Wenn BGTk eine Kopie empfängt, extrahiert es aus dem Leitfeld (RF) des Steuerpakets nach Fig. 11 die BCN, und aus dem Informationsfeld des Pakets nach Fig. 11 den Wert NC-. Der BGTk verwendet die Tabelle der bci-Werte zum Berechnen von h = bcik (NC-, BCN). Schließlich wird RFh aus dem Paket in die BTTk (BCN) einkopiert, wobei RFh die in der Rundspruchübersetzungstabelle (BTT) enthaltenden Felder RC, GN/LN und LCN enthält, wie oben diskutiert ist. (Der Grund dafür, warum NC' in dem Informationsfeld des Rundspruchpakets enthalten ist, ist folgender: Das Rundspruchaktualisierungspaket nach Fig. 11 entstammt dem Verbindungsprozessor des Schaltmoduls. Es wird in dem Kopierwerk nachgebildet und geht zu jedem der BGTs. Als Ergebnis des im Abschnitt 9 oben diskutierten Kopiernetzwerk-Leitalgorithmus ist der NC-Wert in dem abgehenden Feld jeder Kopie des Rundspruchaktualisierungspakets 1, wenn die Kopie das Kopiernetzwerk verläßt. Damit wird der Wert NC' in dem Informationsfeld des Rundspruchaktualisierungspakets zum Zweck der Indizierung der Tabelle der bci-Werte plaziert).
Durch Verwendung dieses Schemas behält der Verbindungsprozessor 208 des Schaltmoduls 200 in seinem Speicher eine Kopie des BGT-Aktualisierungssteuerpakets. Um einen neuen Zielort hinzuzufügen, erhöht er das NC'- Feld, fügt ein neues RF an das Ende das Pakets an und sendet dies zwecks Nachbildung und Übertragung zu den BGTs in das Kopiernetzwerk. Zum Beseitigen des Rundspruchziels verringert der CP das NC'-Feld und beseitigt das RF, welches dem gelöschten Bestimmungsort entspricht, aus dem BTT-Aktualisierungspaket, bevor er dieses absendet. Wenn das entfernte RF-Feld nicht das letzte in dem Paket ist, so wird typischerweise dann das letzte Feld in die Stelle des entfernten RF einkopiert. Daß heißt: wenn wir RFi für i ≤NC'-1 eliminieren wollen, kopieren wir RFNC'-1 in die zuvor von RFi belegte Stelle.

11. - Kanalgruppen und Gruppenübersetzung

Jede der BGTs kann eine zusätzliche Speichertabelle enthalten, die als Gruppenübersetzungstabelle (GTT) bekannt ist. Wie oben diskutiert, ist es Zweck der Gruppenübersetzung, einzelnen optischen Faserkanälen, welche dasselbe Paar von Schaltmoduln verbinden, die gruppenweise Zusammenfassung zu ermöglichen, so daß sie als ein großer Kanal behandelt werden. Dies ermöglicht es dem System, Verbindungen zu schaffen, die eine größere Bandbreite besitzen als ein einzelnen Übertragungsweg. Folglich begrenzt die Bandbreite der individuellen optischen Faserkanäle nicht den Umfang der Verbindungen, die das System aufbauen kann.
Der Verkehr für eine Kanalgruppe wird gleichmäßig über alle diese Kanäle verteilt. Dies gestattet eine dynamische Lastverteilung in einem Satz von Kanälen, was eine höhere Ausnutzung gestattet.
Wenn ein BGT ein Punkt-Zu-Punkt-Paket empfängt, welches eine Gruppenübersetzung erforderlich macht, so enthält das Paket eine Gruppenzahl (GN) als Teil seiner Leitinformation. Die Gruppenübersetzungstabelle (GTT) in jedem BGT identifiziert die Kanäle in jeder Gruppe und enthält außerdem einen Zeiger auf einem speziellen Kanal in jeder Gruppe. Jedesmal, wenn ein Paket für eine spezielle Gruppe abgefertigt wird, wird die GN-Zahl übersetzt in die Kanalzahl (LN) desjenigen Kanals, auf den durch den Zeiger hingewiesen wird, und der Zeiger wird zu dem nächsten Kanal innerhalb der Gruppe vorgerückt. Das nächste zu der Gruppe gehörende Paket bekommt seine GN-Zahl übersetzt in die neue LN, auf die durch den Zeiger hingewiesen wird. (Man erinnere sich, daß die LN im wesentlichen die Adresse eines abgehenden Paketprozessors und zugehörigen optischen Faserkanals ist). Auf diese Weise wird der Verkehr gleichmäßig unter den Kanälen innerhalb der Gruppe aufgeteilt. Rundspruchpakete mit GN-Zahlen werden in ähnlicher Weise gehandhabt, jedoch müssen sie zuerst den Rundspruchübersetzungsprozeß durchlaufen.
Eine Konsequenz der Kanalgruppen ist die, daß die Übersetzungstabellen für den logischen Kanal (LCXTs) (Speicher 228 in Fig. 5) für sämtliche Übertragungswege innerhalb einer Gruppe identisch sind. Konsequenterweise aktualisiert der Verbindungsprozessor für jede neue Verbindung die LCXTs für sämtliche Kanäle innerhalb der Gruppe. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß ein Rundspruch-LCXT-Aktualisierungspaket gesendet wird.
Kurz gesagt, jeder BGT enthält drei Hauptspeicher, nämlich die Rundspruchübersetzungstabelle (BTT) zum Umsetzen der Rundspruchkanalnummer (BCN) beim Rundspruch in Kanal- oder Gruppenzahlen, die BCIT oder Rundspruchkopierindex-Tabelle zum Steuern des Einschreibens von Information in die zugehörige BTT und zum Aktualisieren der BTT, wenn ein Rundspruchbestimmungsort hinzugefügt oder gelöscht wird, und eine Gruppenübersetzungstabelle (GTT) zum Übersetzen von Gruppenzahlen in Kanalzahlen. Ein solcher BGT ist in Fig. 12 gezeigt, und er enthält die BTT 360, BCIT 370 und GTT 380.

12. - Anschauliches Beispiel

Ein abschließendes Beispiel für das Leiten eines Pakets durch ein Schaltmodul 200 ist in den Fig. 13 (a) und 13 (b) gezeigt. Fig. 13a zeigt ein an einem optischen Faserkanal Nr. 10 ankommendes Paket 80 welches in den Paketprozessor PP&sub1;&sub0; einläuft. Das Paket 80 besitzt eine logische Kanalzahl (LCN) von 6. Wie bereits oben beschrieben, verwendet der Paketprozessor PP&sub1;&sub0; den LCN-Wert zum Indizieren der LCXT, die in dem PP&sub1;&sub0; enthalten ist, um dort gespeicherte Paket- Leitinformation aufzufinden. Die aufgefundene Leitinformation wird in das Leitfeld des Pakets 82 eingebracht, wenn dieses den PP&sub1;&sub0; verläßt. Das Leitfeld des Pakets kennzeichnet ein Rundspruchpaket (B) mit einem Feld für die Anzahl von Kopien (NC) von 5 und einer Rundspruchkanalzahl (BCN) von 9. Das Paket tritt in das Kopiernetzwerk 300 ein und wird so nachgebildet, daß aus dem Kopiernetzwerk 300 fünf Kopien austreten.
Das Paket 82 verwendet den oberen Eingangsknoten 360 des Kopiernetzwerks 300 und wird ohne Nachbildung zu dem unteren Ausgang des Knotens 360 geleitet. Die Nachbildung erfolgt an den Knoten 362, 364, 368 und 370 des Kopiernetzwerks, während ein Paket ohne Nachbildung durch den Knoten 366 läuft. Ob eine Nachbildung an einem gegebenen Knoten des Kopiernetzwerks stattfindet oder nicht, wird nach Maßgabe des im Abschnitt 9 beschriebenen Kopiernetzwerk-Leitalgorithmus entschieden. Die mit 84 bezeichnete Kopie kommt an dem BGT&sub1;&sub3; an. Man beachte, daß das Paket 84 in seinem NC-Feld als Ergebnis der wiederholten Anwendung des oben in Abschnitt 9 beschriebenen Kopiernetzwerk-Leitalgorithmus eine 1 enthält. Das Paket 86 erfordert eine Gruppenübersetzung (durch G angegeben) und ist für die Kanalgruppe 7 vorgesehen. Die ausgehende logische Kanalzahl (LCN&sub0;) beträgt 15. Dann verwendet BGT&sub1;&sub3; die GN (= 7) zum Indizieren der GTT-Tabelle, um einen der Kanäle der Kanalgruppe 7 auszuwählen. Beim vorliegenden Beispiel ist der ausgewählte Kanal der mit der Nr. 11. Das Paket 88 zeigt nach Beendigung der Gruppenübersetzung das neue Leitfeld. Das Paket ist bestimmt für die Kanalzahl 11 und besitzt eine abgehende logische Kanalnummer (LCN&sub0;) von 15.
Dann tritt das Paket 88 in das Verteilungsnetzwerk 400 nach Fig. 13b ein. Das Verteilungsnetzwerk macht willkürliche Leitentscheidungen. In diesem Fall durchläuft das Paket 88 die Knoten 460, 462, 464 und 466. Wenn das Paket das RN 500 erreicht, wird es unter Verwendung aufeinanderfolgender Bits der Kanalzahl (11&sub1;&sub0; = 1011&sub2;) geleitet. Somit nimmt es das untere Ausgangsport des Knotens 560, das obere Ausgangsport des Knotens 562, das untere Ausgangsport des Knotens 564 und das untere Ausgangsport des Knotens 566. Dies bringt das Paket 88 zu dem abgehenden Paketprozessor PP&sub1;&sub1;. Wie oben beschrieben entfernt PP&sub1;&sub1; die Extra-Vorsatzfelder aus dem Paket und bewegt die abgehende logische Kanalnummer (LCN&sub0;) von dem Leitfeld in das LCN-Feld des abgehenden Datenpakets 90, um dadurch die ursprüngliche LCN = 6 im Paket 80 nach Fig. 13a zu ersetzen. Folglich trägt das den PP&sub1;&sub1; verlassende Paket in seinem LCN-Feld die 15. Die neue LCN (= 15) wird dazu benutzt, einen LCXT im nächsten Speichermodul zu Indizieren, welches von dem Paket durchlaufen wird.

13. - Knotenstruktur

Jeder Knoten in jedem der Kopier-, Verteilungs- und Leitnetzwerke 300, 400 bzw. 500 besitzt Eingänge und Ausgänge, die in Fig. 14 gezeigt sind. Die stromaufwärtigen Datensignale (ud&sub0;, ud&sub1;) tragen Daten von Knoten in der vorhergehenden Stufe. Die stromabwärtigen Datensignale (dd(0), dd(1)) tragen Daten zu Knoten der nachfolgenden Stufe. Die stromabwärtigen Bewilligungssignale (dg(0), dg(1)) informieren den Knoten, wenn seine Nachbarn in der nachfolgenden Stufe bereit zur Aufnahme neuer Pakete sind. In ähnlicher Weise informieren die stromabwärtigen Bewilligungssignale (ug&sub0;, ug&sub1;) die Nachbarn der früheren Stufe, wenn der Knoten in Fig. 14 bereit ist zur Aufnahme neuer Pakete. Die Datensignale sind acht Bits breit, die Bewilligungssignale sind ein Bit breit.
In dem Leitnetzwerk wird ein in einen der Eingänge (ud&sub0;, ud&sub1;) einlaufendes Paket abhängig davon zu dem oberen (dd(0)) oder unteren (dd(1)) Ausgang geleitet, wie das Adressenbit in dem Paket ist. In dem Verteilungsnetzwerk werden ankommende Pakete im wesentlichen auf Zufallsbasis zu dem oberen oder dem unteren Ausgang geleitet. In dem Kopiernetzwerk wird ein ankommendes Paket entweder nachgebildet oder auf Zufallsbasis zu dem einen oder anderen Ausgang geleitet, wobei die Entscheidung unter Verwendung des Kopiernetzwerk-Algorithmus erfolgt, der oben in Abschnitt 9 diskutiert ist. Erfolgt eine Nachbildung, so wird die NC-Zahl in jeder Paketkopie nach Maßgabe des Kopiernetzwerk-Leitalgorithmus geändert.
Fig. 15 gibt ein detailliertes Bild eines Schaltknotens 530 für das Leitnetzwerk. Der Knoten 530 enthält zwei Eingangskreise (IC&sub0;, IC&sub1;) 532 und 534 und eine Knotensteuerschaltung 536. Der IC&sub0; 532 enthält eine IC-Steuerschaltung 538 und einen Paketpuffer 540, der zwei Pakete speichern kann. Die Schaltung enthält außerdem zwei Schieberegister 542 und 544, die den Durchlauf von Paketen durch den Knoten ermöglichen, während Steuerentscheidungen getroffen werden, wobei ein Datenselektor 546 dazu dient, entweder ein ankommendes oder ein gepuffertes Paket zu einem Ausgangsport dd(0) oder dd(1) zu leiten, und ein Paar von UND-Gliedern 552 den Ausgang zu einem der beiden Ausgangsports dd(0) und dd(1) freigibt.
Wenn in einem der Eingangskreise 532, 534 ein Paket empfangen wird, untersucht diese Eingangsschaltung das Leitfeld (RF), um zu bestimmen, zu welchem der Ausgänge dd(0) oder dd(1) das Paket geleitet werden sollte, und fordert die Benutzung dieses Ausgangs von der Knotensteuerung 536 an. Die Knotensteuerung 536 trifft eine Entscheidung auf der Grundlage der Anforderungen der beiden Eingangsschaltungen 532 und 534 und dem Zustand der stromabwärtigen Bewilligungssignale dg(0) und dg(1), und sie informiert die beiden Eingangsschaltungen 532 und 534. Dann senden die Eingangsschaltungen 532, 534 entweder ihre Pakete zu den passenden Ausgängen, falls verfügbar, oder sie puffern sie. Diese Entscheidung erfolgt, während des Datenstromabschnitts des Paketzyklus (siehe Fig. 7).
Die stromaufwärtigen Bewilligungssignale ug&sub0;, ug&sub1; werden während des Bewilligungs-Einstellabschnitts eines Paketzyklus berechnet (siehe Fig. 7). Im allgemeinen aktiviert eine Eingangsschaltung ihre stromaufwärtige Bewilligungsleitung Ug&sub0;, Ug&sub1;, was anzeigt, daß sie ein Paket während des nächsten Paketzyklus anzunehmen vermag, wenn (1) ihr Puffer nicht voll ist oder (2) der Puffer voll ist, jedoch das erste Paket in ihrem Puffer mit Sicherheit während des nächsten Paketzyklus weiterlaufen kann. Diese letztgenannte Bestimmung erfolgt durch die Knotensteuerschaltung 536 während des Bewilligungs-Einstellabschnitts eines Paketzyklus.
Somit macht die Knotensteuerung 536 im wesentlichen zwei Leitentscheidungen während jedes Paketzyklus. Während des Datenstromabschnitts des Paketzyklus entscheidet die Knotensteuerung, ob ein gegebenes Paket zu einem Ausgangsport zu senden ist, oder ob es gepuffert werden soll. Während des Bewilligungs-Einstellabschnitts des Paketzyklus bestimmt die Knotensteuerung, ob gepufferte Pakete weiterlaufen können. Das Ergebnis dieser letztgenannten Feststellung wird von den Eingangsschaltungen 532 und 534 dazu benutzt, das stromaufwärtige Bewilligungssignal einzustellen.
Die Knotensteuerschaltung ist allgemein genug ausgelegt, um in sämtlichen drei Netzwerken (Kopiernetzwerk 300, Verteilungsnetzwerk 400, Leitnetzwerk 500) arbeiten zu können. Die Schnittstelle zwischen der Knotensteuerung 536 und der Eingangsschaltung 532 umfaßt drei Leitungssätze. Die Leitungen l&sub0; (0), n&sub0; (1) bilden eine Zwei-Bit-Zahl, welche die Zahl gesonderter Ausgänge spezifiziert, die von jeder Eingangsschaltung benötigt werden (die Fähigkeit, mehr als einen Ausgangsport anzufordern, wird von den Knoten im Kopiernetzwerk gebraucht). Die IC setzt die Leitung ao (0) auf einen hohen Wert, wenn sie Ausgang O (oberer Ausgang) gebrauchen kann, und setzt ao (1) auf hohen Wert, wenn sie den Ausgang 1 (unterer Ausgang) gebrauchen kann. (In dem RN wird lediglich eine von diesen zu einer Zeit benutzt. Das DN und das CN belegen beide). Der Ausgang von der Knotensteuerschaltung umfaßt Leitungen eno (0) und eno (1), wobei diese Leitungen festlegen, welche Ausgangsports eine gegebene Eingangsschaltung benutzen kann. Ein analoger Satz von Leitungen n&sub1; (0), n&sub1; (1), a&sub1; (0), a&sub1; (1), en&sub1; (0) und en&sub1; (1) verbinden die Eingangsschaltung 534 mit der Knotensteuerung 536.
Der von der Knotensteuerung verwendete Algorithmus besteht darin, seine Leitentscheidung in der unten beschriebenen Weise zu treffen. Sie macht Gebrauch von zwei internen Tiebreaker-Variablen tin und tout, deren Zweck es ist, zu gewährleisten, daß beide Eingangsschaltungen 532, 534 fair behandelt werden und daß im Fall des DN Pakete gleichmäßig auf dessen Ausgänge verteilt werden. Sie verwendet zwei Zwischenvariable &ijlig;.
1. - Zu Beginn des Bewilligungseinstellzyklus, setze i = tin und j = tout, en&sub0; = en&sub1; = 0; g(0) und g(1) auf Werte der stromabwärtigen Bewilligungen.
2. - Zwischenspeichern der Eingangswerte n&sub0;, a&sub0;, n&sub1;, a&sub1;. (Hier bezeichnet nj die Zwei-Bit-Werte ni(0), ni(1); ai bezeichnet die Zwei-Bit-Werte ai (0), ai (1) und eni bezeichnet die Zwei-Bit-Werte eni (0), eni (1), wobei i entweder Null oder Eins sein kann.)
3. - Während n&sub0; + n&sub1; > 0 ist, wiederhole folgendes:
- wenn ni = 0, setze i = .
- andernfalls, wenn Einser (ai g) < ni, dann lösche ni.
- andernfalls, wenn ai (j) (j) = 0, setze j = .
- andernfalls setze eni(j), lösche g(j), vermindere ni und setze tin = i, tout = j.
4. - Zu Beginn des Datenstromteils des Zyklus wiederhole Schritte 2 und 3.
Die Funktion Einser() im Schritt 3 berechnet die Anzahl von Bits "1" in ihrem Argument. Somit ist Einser (ai g) die Anzahl von verfügbaren Ausgängen, die von ICi benutzt werden können.
Es gibt vier Leitungen, die die IC-Steuerschaltung 538 mit dem Puffer 540 verbinden. Die Leitung BADR ist das Adreßbit des ersten Pakets im Puffer (falls vorhanden). Die Leitung BEMPTY wird aktiviert, wenn keine Pakete und Puffer vorhanden sind. Die Leitung BFULL wird aktiviert, wenn zwei Pakete im Puffer vorhanden sind. Wenn die Leitung BIN von der IC-Steuerung 538 aktiviert wird, spricht der Puffer durch Akzeptieren eines ankommenden Pakets aus dem Schieberegister 542 an. Wenn die Leitung BOUT von der IC-Steuerung 538 aktiviert wird, spricht der Puffer durch Senden des ersten Pakets in seinem Puffer auf den Datenselektro 546 an.
Die Leitung SEL wird von der IC-Steuerschaltung zum Auswählen entweder eines ankommenden Pakets oder eines gepufferten Pakets verwendet. Welches Paket auch immer ausgewählt wird, wird weiter zu dem Schieberegister 544 durchgelassen. Die Leitungen OUT&sub0; und OUT&sub1; steuern, welches der zwei Ausgansports das Paket empfängt.
Um den Betrieb des RN-Knotens zu veranschaulichen, sei angenommen, bei IC&sub0; (Eingangsschaltung 532) sei ein Paket angekommen, und das Adreßbit des Pakets für diese Stufe habe den Wert 1. Die IC&sub0;-Steuerung stellt das Vorhandensein des Pakets fest durch Überprüfen des Werts der Leitungen ud am Anfang des Paketzyklus. Sie benutzt dann diese Leitungen erneut, um das LN-Feld aus dem Paket abzugreifen, und basierend darauf bestimmt sie, daß das Paket zu dem Ausgangsport 1, d. h. dem oberen Ausgangsport geleitet werden sollte. Dann setzt die IC-Steuerung n&sub0; auf 1, um den Ausgangsport 1 von der Betriebsartsteuerung anzufordern, und aktiviert a&sub0;(1), was anzeigt, daß sie das Ausgangsport 1 benötigt. Basierend auf dem Wert dg(1) und möglicherweise konkurrierender Anfragen seitens IC&sub1; stellt die Knotensteuerung fest, ob das Ausgangsport 1 für IC&sub0; verfügbar gemacht werden kann, und zwar gemäß dem oben beschriebenen Knotensteueralgorithmus. Angenommen, daß Ausgangsport 1 sei verfügbar, so aktiviert die Knotensteuerung en&sub0;(1). Ansprechend darauf setzt die IC-Steuerung SEL auf 0, was dem ankommenden Paket ermöglicht, den Puffer zu umgehen und durch den Datenselektor 446 zum Schieberegister 544 zu gelangen. Außerdem aktiviert die IC-Steuerung die Leitung OUT&sub1;, was dem Paket ermöglicht, durch das ODER-Glied 556 zu laufen.
Unter gewissen Umständen allerdings könnte das Ausgangsport 1 für die IC&sub0; nicht verfügbar sein. Beispielsweise kann auch die IC&sub1; (d. h. die Eingangsschaltung 534) während des gleichen Paketzyklus das Ausgangsport 1 anfordern, wenn die Knotensteuerung aufgrund des oben erwähnten Knotensteueralgorithmus zugunsten von IC&sub1; entscheidet, muß IC&sub0; sein Paket puffern. Wenn ein Stau vorhanden ist und die stromabwärtigen Bewilligungssignale anzeigen, daß der stromabwärts gelegene Knoten kein Paket akzeptieren kann, wird IC&sub0; gleichermaßen das ankommende Paket zu puffern haben. Außerdem kann ein ankommendes Paket von IC&sub0; gepuffert werden, wenn sich bereits ein Paket in ihrem Puffer 540 befindet, welches als erstes zu senden ist.
Die Schaltknoten für das DN sind denjenigen des RN ähnlich (siehe Fig. 16). Man beachte, daß kein Signal BADR von dem Puffer zu der IC-Steuerung geht. Dies deshalb, weil die DN kein Adreßbit braucht, sondern denjenigen Ausgangsport verwendet, der gerade verfügbar ist (d. h. die Leitentscheidung erfolgt im wesentlichen auf Zufallsbasis).
Wenn IC&sub0; in einem DN-Knoten ein Paket hat (entweder in ihrem Puffer oder ein neu ankommendes Paket), setzt sie n&sub0; auf 1 (was ein einzelnes Ausgangsport anfordert) und aktiviert sowohl a&sub0;(0) als auch a&sub1;(1) (was angibt, daß der eine oder der andere Ausgangsport akzeptierbar ist). Die Knotensteuerung verwendet denselben Algorithmus, der zuvor für das RN beschrieben wurde. Angenommen, es sei ein Port verfügbar, so aktiviert die Knotensteuerung entweder en&sub0;(0) oder en&sub0;(1).
Zur Veranschaulichung des Betriebs des DN-Knotens sei angenommen, bei IC&sub0;, ein Paket an. Die IC-Steuerung stellt das Vorhandensein des Pakets fest durch untersuchen des Werts der ud-Leitungen zur entsprechenden Zeit des Paketzyklus. Ist einmal ein Paket festgestellt, setzt die IC-Steuerung n&sub0; auf 1, was ein Ausgangsport von der Knotensteuerung anfordert, und aktiviert sowohl a&sub0;(0) als a&sub0;(1), was bedeutet, daß irgendein Ausgangsport akzeptierbar ist. Basierend auf den Werten dg(0) und dg(1) und möglicher konkurrierender Anforderungen von IC&sub1;, bestimmt die Knotensteuerung, ob sie für IC&sub0; ein Ausgangsport verfügbar machen kann, und zwar entsprechend dem oben diskutierten Steueralgorithmus. Angenommen, es sei das Ausgangsport 0 verfügbar, so aktiviert die Knotensteuerung en&sub0;(0). Ansprechend darauf setzt die IC-Steuerung SEL auf 0, was dem ankommenden Paket ermöglicht, den Puffer zu umgehen und durch den Datenselektor 446 und das Schieberegister 444 zu laufen. Außerdem aktiviert die IC-Steuerung die Leitung OUT(1), was dem Paket ermöglicht, das ODER-Glied 445 zu durchlaufen.
Der Schaltknoten für das Kopiernetzwerk ist in Fig. 17 gezeigt. Anstelle des Signals BADR vom Puffer zu der IC-Steuerschaltung besitzt er eine mit BCPY bezeichnete Leitung, die aktiviert wird, wenn das erste Paket des Puffers ein solches ist, welches durch beide Ausgangsports geleitet werden muß, d. h. eine Nachbildung erforderlich ist. Man beachte außerdem, daß der Kopiernetzwerkknoten eine NC- Kopieschaltung enthält, um das Feld für die Anzahl von Kopien (NC) des Pakets bei dessen Auslaufen aus dem Knoten zu modifizieren. Diese Schaltung modifiziert das NC-Feld gemäß dem Leitalgorithmus für das oben in Abschnitt 9 beschriebene Kopiernetzwerk.
Wenn IC&sub0; in einem CN-Knoten ein Rundspruchpaket aufweist, welches nachgebildet werden muß, setzt es n&sub0; auf 2 (was beide Ausgangsports anfordert) und aktiviert sowohl a&sub0;(0) als auch a&sub0;(1). Die Knotensteuerung verwendet den gleichen Algorithmus, wie er oben für das RN beschrieben wurde. Sind beide Ports verfügbar, aktiviert die Knotensteuerung sowohl en&sub0;(0) als auch en&sub0;(1).
Wenn IC&sub0; ein Punkt-Zu-Punkt-Paket oder ein Rundspruchpaket hat, welches an dieser Stelle keine Nachbildung erfordert, so leitet sie das Paket zu einem der zwei Ausgangsports in der gleichen Weise, wie es die DN-Knoten tun.
Um den Betrieb des CN-Knotens zu veranschaulichen, sei angenommen, daß bei IC&sub0; eines Knotens in der vorletzten Stufe von CN ein Paket ankommt, und es sei angenommen, daß das NC-Feld 3 und das BCN-Feld 9 enthalte. Die IC&sub0;-Steuerschaltung erfaßt das Vorhandensein des Pakets durch Prüfer des Werts der ud-Leitungen zu Beginn des Paketzyklus. Dann verwendet sie diese Leitungen erneut, um das NC-Feld aus dem Paket abzugreifen. Basierend auf dem Wert des NC-Felds bestimmt die IC&sub0;-Steuerung, daß das Paket auf beide Ausgangsports kopiert werden muß, wozu der oben in Abschnitt 9 beschriebene Kopiernetzwerk- Leitsteueralgorithmus verwendet wird. Die IC&sub0;- Steuerschaltung setzt dann n&sub0; auf 2, was von der Knotensteuerung zwei Ausgangsports anfordert, und aktiviert sowohl a&sub0;(0) und a&sub0;(1), was angibt, daß beide Ausgangsports akzeptabel sind. Basierend auf den Werten von dg(0) und dg(1) und möglicher konkurrierender Anforderungen seitens IC&sub1; bestimmt die Knotensteuerung, ob beide Ausgangsports für IC&sub0; verfügbar gemacht werden, und zwar nach dem oben beschriebenen Knotensteueralgorithmus. Unter der Annahme, daß beide Ausgangsports verfügbar sind, aktiviert die Knotensteuerung en&sub0;(0) und en&sub0;(1). Ansprechend darauf stellt die IC&sub0;-Steuerschaltung die Leitung SEL auf 0, was dem ankommenden Paket ermöglicht, den Puffer zu umgehen und durch den Datenselektor 346 und das Schieberegister 344 zu der NC- Modifizierschaltung 347 zu laufen. Die NC-Modifizierschaltung 347 untersucht die Felder RC, NC und BNC des Pakets und basierend auf deren Werten erzeugt sie zwei Kopien des Pakets mit möglicherweise verschiedenen NC-Werten, wie sie durch den oben im Abschnitt 9 beschriebenen Kopiernetzwerk-Steueralgorithmus festgelegt werden, und sie schickt diese zwei Kopien zu den Ausgangsports. Im vorliegenden Beispiel besitzt die auf den Leitungen 351 auftretende Kopie in ihrem NC-Feld eine 1, während die Kopie auf den Leitungen 352 in ihrem NC-Feld eine 2 besitzt. Die IC&sub0;-Steuerung aktiviert die Leitungen OUT&sub0; und OUT&sub1;, was der Kopie auf den Leitungen 351 gestattet, das ODER-Glied 354 zu durchlaufen, und der Kopie auf den Leitungen 352 ermöglicht, das ODER-Glied 356 zu durchlaufen. Sind nicht beide Ausgangsports verfügbar, d. h., wenn en&sub0;(0) und en&sub0;(1) nicht aktiviert sind, wird das bei IC&sub0; ankommende Paket gepuffert (d. h. es wird die Leitung BIN aktiviert). Diese Situation könnte auftreten, wenn einer der stromabwärts gelegenen Knoten nicht in der Lage ist, ein Paket anzunehmen, oder deshalb, weil ein Punkt-Zu-Punkt- oder ein Rundspruch-Paket bei IC&sub1; ankommt oder gepuffert ist, wobei die Knotensteuerschaltung einen oder beide Ausgänge dem IC&sub1;-Paket zugeordnet. Ein bei IC&sub0; ankommendes Paket kann auch in den Puffer geladen werden, wenn ein früher ankommendes Rundspruch- oder Punkt-Zu- Punkt-Paket in ihrem Puffer auf ein Absenden zu einem Ausgangsport oder zu beiden Ausgangsporten wartet.

14. - Zwischenverbindung der Schaltmoduln

Das Schaltmodul 200 nach Fig. 2 ist als Komponente ausgelegt, die dazu verwendet werden kann, größere Systeme aufzubauen, beispielsweise Paketschalter und Netzwerkschnittstellen. Es gibt eine Reihe starker Argumente, die für die Modulbauweise sprechen:
1. - Ein aus kleinen Moduln aufgebautes System läßt sich einfacher entwerfen und implementieren;
2. - Modulare Systeme können durch Hinzufügung von Moduln in einem Bereich von Größen wachsen;
3. - Wirtschaftliche Gesichtspunkte der Herstellung begünstigen Systeme, die eine große Anzahl identischer Komponenten enthalten.
Die einfache Wachstumsmöglichkeit modularer Systeme ist ein wichtiger Vorteil, kann jedoch nur realisiert werden, wenn die Systemstruktur eine gewisse flexible "Koppelfähigkeit" besitzt, die dazu benutzt werden kann, die Schaltmoduln zusammenzuschalten.
Fig. 18 zeigt schematisch einen Paketschalter 800, der aus Schaltmoduln zusammengesetzt ist. Zu Anschauungszwecken enthält der Paketschalter 800 3m Schaltmoduln, wobei m eine natürliche Zahl ist. Ein erster Satz von 2m Schaltmoduln sind vorderendige Schaltmoduln. Sie sind mit FSM&sub1;, FSM&sub2;....FSM&sub2; m in Fig. 18 bezeichnet.
Ein zweiter Satz von 30 Schaltmoduln sind als rückendige Schaltmoduln bekannt. Sie sind mit BSM&sub1;, BSM&sub2;. BSMm in Fig. 18 bezeichnet. Die vorderendigen Schaltmoduln und die rückendigen Schaltmoduln sind durch eine Kreuzverbindungsstruktur 802 miteinander verbunden. Beispielsweise besitzt jedes FSM Q optische Faserkanäle, die es mit jedem der BSMs verbindet, wobei Q eine natürliche Zahl, beispielsweise 1 ist. Der Rest der optischen Faserkanäle in jedem FSM hat eine Verbindung zu anderen Paketschaltern und Netzwerkschnittstellen. Jedes BSM besitzt Q optische Faserkanäle, die es mit jedem FSM verbinden. Die BSMs dienen lediglich zum Senden von Paketen von einem FSM zu einem anderen.
Die Struktur der Kreuzverbindung 1 oder 2 ist schematisch in Fig. 19 skizziert. Die Kreuzverbindung 802 ist so ausgelegt, daß die Anzahl von miteinander verbundenen Schaltmoduln mit einem Minimalaufwand von Neuverkabelung geändert werden kann. Wenn ein Paketschalter zuerst installiert wird, kann er mit einer kleinen Anzahl von Schaltmoduln (zum Beispiel 3) aufgebaut werden. Wenn mehr Kapazität erforderlich ist, können neue Schaltmoduln an die Kreuzverbindung angeschlossen werden. Die Kreuzverbindung wird dann rekonfiguriert, so daß sie die neuen und die alten Schaltmoduln verbindet.
Die Kreuzverbindung 802 ist eine planare Struktur mit zweidimensionalen Schalterfeldern. Jeder der Kreise 804 repräsentiert ein Schalterelement in der Ebene der Kreuzverbindung 802. Jeder Schalter 804 bildet zwei Datenwege, von denen einer durch die Ebene des Kreuzverbinders 802 und der andere diagonal zu dessen Oberfläche verläuft.
Die Verbindung zu dem BSMs bestehen auf einer Seite ihrer planaren Struktur, während die Verbindungen zu den FSMs auf der anderen Seite vorhanden sind. Zusätzlich sind sämtliche Verbindungen von einem speziellen FSM entlang einer Spalte des Felds aus Schaltelementen geführt, während sämtliche Verbindungen von einem speziellen BSM entlang einer Reihe führen.
Ein einzelner Schalter 804 ist in Fig. 20 gezeigt. Die Leitung z- verläuft senkrecht zur Ebene der Kreuzverbindung und erstreckt sich aus einer Seite von dieser heraus. Die Leitung z+ liegt ebenfalls senkrecht zu der Ebene der Kreuzverbindung und erstreckt sich von deren anderen Seite heraus, während die Leitungen, die in der Ebene der Kreuzverbindung 802 liegen, mit x- und x+ bezeichnet sind. Die vier möglichen Konfigurationen des Schalters 804 nach Fig. 20 sind z- nach z+ (geradlinig durch die Ebene), x- zu z+, x- zu x+ (entlang der Oberfläche der Ebene unter einem Winkel von 85º zu den Reihen von Schaltern) und z- zu x+.
Fig. 21 zeigt eine Schaltung zur Ausführung des Schalters 804 nach Fig. 19 und 20. Die Flipflops 806, 808 liefern Steuersignale an den Datenselektor 810 und an Gatter 812, 814, um zu bestimmen, welche der vier möglichen Verbindungen zwischen den Leitungen x+, x-, z+ und z- gemacht wird. Sämtliche Flipflops in derselben Reihe von Schaltern sind zusammengeschaltet zu einem langen Schieberegister mit einzelnen Flipflops, welche die Bits des Schieberegisters bilden. Zum Ändern der Konfiguration der Kreuzverbindung 802 werden neue Datenwerte in die Schieberegister eingegeben.
Fig. 22 zeigt Beispiele für den Typ von Verbindungen, die unter Verwendung der oben diskutierten Kreuzverbindung erzielt werden können. Die Kreuzverbindung 900 nach Fig. 22a und 22b besitzt acht Reihen und 16 Spalten von Schaltern. Vorderendige Schaltmoduln (FSMs) sind an eine Seite der Kreuzverbindung 900 angeschlossen, während BSMs (rückendige Schaltmoduln) an die andere Seite der Kreuzverbindung 900 angeschlossen sind. Wie oben angegeben, werden sämtliche Verbindungen von einem speziellen FSM zu Schaltern einer einzelnen Spalte gemacht, während sämtliche Verbindungen von einem speziellen BSM zu Schaltern einer einzigen Reihe gemacht werden.
Fig. 22(a) zeigt eine Situation, in der ein einzelnes BSM mit zwei FSMs verbunden ist. Das BSM ist an eine Seite der Kreuzverbindungsebene geschaltet, das FSM ist an die andere Seite angeschlossen. Acht optische Faserkanäle aus dem ersten FSM münden in Schalter, die sich in der ersten Spalte der Kreuzverbindung 900 befinden. Acht optische Faserkanäle des zweiten FSM führen zu Schaltern, die sich in der neunten Spalte der Kreuzverbindung befinden. 16 optische Faserkanäle von dem BSM münden in Schalter, die sich in der ersten Reihe der Kreuzverbindung befinden. Die Schalter, die die Kreuzverbindung bilden, sind derart angeordnet, daß die Signale von den FSMs nach oben und nach rechts entlang Wegen 906 geführt werden, wie es in Fig. 9a gezeigt ist, so daß sie über Schalter der obersten Reihe der Kreuzverbindung 900 abgehen, wobei diese Schalter optische Faserkanäle des einzelnen BSM abschließen. Die zu Schalter 902, 904 gelieferten Signale durchlaufen die Ebene der Kreuzverbindung nach rechts. Es gibt also acht Wege 306, die jeden von zwei FSMs mit dem BSM verbinden.
Fig. 22(b) zeigt eine Konfiguration, bei der vier FSMs an einer Seite der Kreuzverbinderebene angeschlossen sind und zwei BSMs an die andere Seite der Kreuzverbinderebene angeschlossen sind. Acht optische Faserkanäle von jedem der vier FSMs führen zu Schaltern der Spalten 1, 5, 9 bzw. 13. Acht optische Faserkanäle von jedem der beiden BSMs führen zu Schaltern der Reihen 1 bzw. 4. Die den Kreuzverbinder 900 bildenden Schalter sind derart programmiert, daß es vier Wege gibt, die jedes FSM mit jedem BSM verbinden. Zum Erhöhen der Größe des Paketschalters von drei Schaltmoduln auf sechs Schaltmoduln braucht man also lediglich die Schalter in dem Kreuzverbinder neu zu programmieren.
Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Kreuzverbindung ist deren kompakte Baugröße. Die Kreuzverbindung 900 nach Fig. 22 ist ein 8·16-Feld, welches man als Feld mit 128 Eingängen auf einer Seite des ebenen Felds und 128 Ausgängen auf der anderen Seite des ebenen Felds betrachten kann.
Wenn die Anzahl von Eingängen und Ausgängen auf 256 erhöht werden soll, wird ein 16·16-Feld benötigt, was im wesentlichen die Größe der Querverbindung verdoppelt. In anderen Worten: die hier beschriebene Kreuzverbindung wächst in der Größe linear mit der Anzahl von Eingängen und Ausgängen an. Dies folgt direkt aus dem Umstand, daß die Kreuzverbindung beide Seiten eines planaren Feldes zum Verbinden von Sätzen von Schaltmoduln nutzt.
Im Gegensatz dazu wachsen herkömmliche Kreuzverbindungsstrukturen in ihrer Größe mit der Anzahl zunehmender Eingänge und Ausgänge quadratisch an.
Schließlich sind die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung nur zu Anschauungszwecken vorgesehen. Zahlreiche alternative Ausführungsformen lassen sich durch den Fachmann ableiten, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Datenpaketschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter aufweist: eine Kopiernetzwerkeinrichtung (300) zum Empfangen von Informationspaketen an ihren individuellen Eingängen und zum Nachbilden identischer Kopien an ihren mehrfachen Ausgängen, eine Leit- und Verteilungsnetzwerkeinrichtung (500, 400), um Pakete von der Kopiernetzwerkeinrichtung (300) zu Empfangen und sie zu vorbestimmten Bestimmungsorten zu senden, und eine Steuereinrichtung, die auf in den Paketen enthaltene Information anspricht, um die Anzahl von durch die Kopiereinrichtung nachzubildenden Kopien und die Bestimmungsorte festzulegen.

2. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- und Verteilungsnetzwerkeinrichtung (500, 400) ein Leitnetzwerk (500) zum Leiten von Paketen zu den Bestimmungsorten und ein gesondertes Verteilungsnetzwerk (400) zur gleichmäßigen Verteilung von Paketen aus der Kopiernetzwerkeinrichtung zu dem Leitnetzwerk (500) aufweist.

3. Datenpaketschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Übersetzereinrichtung (360, 370, 380) zwischen der Kopiernetzwerkeinrichtung (300) und dem Verteilungsnetzwerk (400) aufweist, um jede der das Kopiernetzwerk verlassenden Paketkopien mit einer Bestimmungsortadresse auszustatten.

4. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine erste und eine zweite Übersetzungseinrichtung (360, 380) zwischen dem Kopiernetzwerk und dem Verteilungsnetzwerk aufweist, von denen die erste Übersetzereinrichtung (360) zumindest einige der das Kopiernetzwerk verlassenden Paketkopien mit einer Identifikationsnummer für eine Gruppe von Bestimmungsorten versieht, und die zweite Übersetzereinrichtung (380) solche Pakete, die von der ersten Übersetzereinrichtung mit einer Identifikationsnummer versehen sind, mit der Adresse eines der Bestimmungsorte in der durch die Zahl identifizierten Gruppe derart versieht, daß sämtliche Bestimmungsorte innerhalb einer Gruppe etwa den gleichen Umfang an Datenpaketverkehr erhalten.

5. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltermodul (200) enthält, welches aufweist: ein Kopiernetzwerk (300) mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, wobei das Kopiernetzwerk (300) in der Lage ist, Datenpakete an den Eingängen zu empfangen und die Datenpakete nachzubilden, um Kopien der Pakete an seinen Ausgängen zu erzeugen, eine Speichereinrichtung (360, 370, 380) in Nachrichtenverbindung mit den Ausgängen des Kopiernetzwerks, um eine Zieladresseninformation für jede der von dem Kopiernetzwerk erzeugten Paketkopien bereitzustellen, und ein Leitnetzwerk (500), welches in der Lage ist, jede der Paketkopien zu einem gewünschten Bestimmungsort zu leiten, dessen Adresse von der Speichereinrichtung geliefert wird.

6. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltmodul (200) enthält, welches mehrere bidirektionale Datenkanäle (202) abschließt und in der Lage ist, Punkt-Zu-Punkt- Pakete von einem der Datenkanäle (202) zu einem anderen der Datenkanäle (202) zu leiten, und in der Lage ist, Rundspruchpakete zu Kopieren und Rundspruchpakete zu mehreren Kanälen zu leiten, wobei das Schaltmodul dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist: ein Kopiernetzwerk (300) mit mehreren in Stufen (1, 2, 3, 4) angeordneten Knoten (304, 306), die mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge aufweisen, wobei das Kopiernetzwerk in der Lage ist, jedes Punkt-Zu-Punkt-Paket unverändert von einem der Eingänge zu einem der Ausgänge durchzulassen, und jedes Rundspruchpaket zur Erzeugung von Kopien an zumindest einigen der Ausgänge nachzubilden, eine Speichereinrichtung (360, 370, 380), die an die Ausgänge des Kopiernetzwerks angeschlossen ist, um eine Adresse eines abgehenden Datenkanals für jede Kopie eines das Kopiernetzwerk verlassenden Rundspruchpakets zu liefern, und ein Leitnetzwerk (50) zum Leiten der Punkt-Zu-Punkt-Pakete und der Rundspruchpakete zu abgehenden Datenkanälen.

7. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltmodul (200) enthält, welches mehrere bidirektionale Datenkanäle (202) enthält und in der Lage ist, Punkt-Zu-Punkt- Pakete von einem der Datenkanäle zu einem anderen der Datenkanäle zu leiten und imstande ist, Rundspruchpakete zu kopieren und Rundspruchspakete zu mehreren der Kanäle zu leiten, wobei das Schaltmodul dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist: ein Kopiernetzwerk (300) zum unveränderten Durchlassen jedes Punkt-Zu-Punkt- Pakets und zum Erstellen einer gewünschten Anzahl von Kopien für jedes Rundspruchspaket, eine Speichereinrichtung (360, 370, 380) zum Liefern einer Adresse eines abgehenden Datenkanals zu jeder Kopie eines das Kopiernetzwerk verlassenden Rundspruchpakets, und ein Leitnetzwerk (500) zum Leiten der Punkt-Zu-Punkt-Pakete und der Rundspruchpakete zu abgehenden Datenkanälen, wobei das Schaltmodul ein Verteilungsnetzwerk (400) aufweist, um eine Ballung in dem Leitnetzwerk, das zwischen dem Kopiernetzwerk und dem Leitnetzwerk liegt, zu vermeiden.

8. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltmodul (200) aufweist, welches mehrere bidirektionale Datenkanäle (202) abschließt und in der Lage ist, Punkt-Zu-Punkt- Pakete von einem der Datenkanäle zu einem anderen der Datenkanäle zu leiten und imstande ist, Rundspruchpakete zu kopieren und Rundspruchpakete zu mehreren der Kanäle zu leiten, wobei das Schaltmodul dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist: ein Kopiernetzwerk (300) zum unveränderten Durchlassen jedes Punkt-Zu-Punkt-Pakets und zum Erstellen einer gewünschten Anzahl von Kopien jedes Rundspruchpakets, eine Speichereinrichtung (360, 370, 380) zum Liefern einer Adresse eines abgehenden Datenkanals zu jeder Kopie eines das Kopiernetzwerk verlassenden Rundspruchpakets, und ein Leitnetzwerk (500) zum Leiten der Punkt-Zu-Punkt-Pakete und der Rundspruchpakete zu abgehenden Datenkanälen, daß einige der Punkt-Zu-Punkt-Pakete eine Zahl enthalten, welche eine Gruppe abgehender Datenkanäle identifiziert, und daß das Schaltmodul eine weitere Speichereinrichtung (360) enthält zum Übersetzen der Gruppenidentifikationszahl in die Adresse eines der Kanäle innerhalb der Gruppe derart, daß sämtliche Kanäle in der Gruppe etwa den gleichen Umfang an Datenpaketverkehr erhalten.

9. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltmodul (200) aufweist, welches mehrere bidirektionale Datenkanäle (202) abschließt und in der Lage ist, Punkt-Zu-Punkt- Pakete von einem der Datenkanäle zu einem anderen der Datenkanäle zu leiten, und imstande ist, Rundspruchpakete zu kopieren und Rundspruchpakete zu mehreren der Kanäle zu leiten, wobei das Schaltmodul dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist: ein Kopiernetzwerk (300) zum unveränderten Durchlassen jedes Punkt-Zu-Punkt-Pakets und zum Erstellen einer gewünschten Anzahl von Kopien jedes Rundspruchpakets, eine Speichereinrichtung (360, 370, 380) zum Bereitstellen einer Adresse eines abgehenden Datenkanals für jede das Kopiernetzwerk verlassende Kopie eines Rundspruchpakets, und ein Leitnetzwerk (500) zum Leiten der Punkt- Zu-Punkt-Pakete und der Rundspruchspakete zu abgehenden Datenkanälen, daß das Kopiernetzwerk mehrere Eingänge und das Leitnetzwerk mehrere Ausgänge aufweist, und daß das Schaltmodul weiterhin aufweist: mehrere Prozessoren (206), von denen jeder zu einem der bidirektionalen Kanäle mit einem Eingang des Kopiernetzwerks und einem Ausgang des Leitnetzwerks eine Schnittstelle bildet, und jeder der Prozessoren einen Übersetzungsspeicher (228) aufweist, um Leitinformation für Pakete bereitzustellen, um die Pakete durch das Schaltmodul zu leiten.

10. Schaltmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes an einem gegebenen Prozessor (306) über einen zugehörigen Datenkanal (202) ankommende Paket eine logische Kanalzahl aufweist, um die Übersetzungsspeichereinrichtung (228) in dem gegebenen Prozessor zu indizieren, wobei die Übersetzungsspeichereinrichtung (228) dazu dient, das Einschreiben von Leitinformation in jedes Paket zu veranlassen, was angibt, ob jedes Paket ein Punkt-Zu-Punkt-Paket oder ein Rundspruchpaket ist.

11. Schaltmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket ein Punkt-Zu-Punkt-Paket ist und die Information die Adresse des Datenkanals enthält, über den das Paket das Schaltmodul verläßt.

12. Schaltmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket ein Rundspruchpaket ist und die Information die Anzahl von in dem Kopiernetzwerk zu erstellenden Kopien und eine Rundspruchkanalzahl zum Festlegen einer Bestimmungsortadresse für jede durch das Kopiernetzwerk erstellte Paketkopie enthält.

13. Datenpaketschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Schaltmodul (200) enthält, welches aufweist: eine Kopiernetzwerkeinrichtung (300) zum Empfangen von Rundspruchpaketen an ihren individuellen Eingängen und zum Nachbilden identischer Kopien an ihren mehrfachen Ausgängen, eine erste Speichereinrichtung (360, 380), die jedem Ausgang des Netzwerks zugeordnet ist, um jede der das Kopiernetzwerk verlassenden Kopien mit Leitinformation zu versehen, um jede der Kopien in die Lage zu versetzen, zu einem Bestimmungsort geleitet zu werden; eine zweite Speichereinrichtung (370), die jeder der ersten Speichereinrichtungen (360, 380) zugeordnet ist, um das Einschreiben der Leitinformation in jede der ersten Speichereinrichtungen zu steuern, wobei die zweite Speichereinrichtung in der Lage ist, durch ein Rundspruch-Bestimmungsort-Aktualisierungspaket indiziert zu werden, welches mehrere Leitinformationseinträge enthält, um Information aufzufinden, welche kennzeichnet, welcher der Leitinformationseinträge in dem Rundspruch-Bestimmungsort-Aktualisierungspaket in den zugehörigen ersten Speicher einzuschreiben ist.

14. Datenpaketschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine spezielle, für einen besonderen Bestimmungsort vorgesehene Kopie das Kopiernetzwerk über jeden innerhalb einer Gruppe von Ausgängen des Kopiernetzwerks verlassen kann, und daß die erste Speichereinrichtung (360, 380), die jeden der Ausgänge innerhalb der Gruppe zugeordnet ist, imstande ist, das spezielle Paket mit der Adresse des speziellen Bestimmungsorts zu versehen, wodurch das spezielle Paket zu dem speziellen Bestimmungsort geleitet wird, ungeachtet des Umstands, welchen Ausgang innerhalb der Gruppe das spezielle Paket benutzt.

15. Verfahren zum Kopieren eines Datenpakets und zum Verteilen der Kopien des Datenpakets auf mehrere Bestimmungsorte, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist: Empfangen des Pakets an einem Eingang eines Kopiernetzwerks (300) und Nachbilden des Pakets in dem Kopiernetzwerk, so daß eine Mehrzahl von Kopien des Pakets an mehreren Ausgängen des Kopiernetzwerks erscheinen, Versehen jeder der an den Ausgängen des Kopiernetzwerks erscheinenden Paketkopien mit einer Bestimmungsortadresse, indem ein Speicher (360, 380) indiziert wird, und Leiten jeder der Paketkopien durch ein Leitnetzwerk (500) zu ihrem Bestimmungsort.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Versehens die Schritte des Indizierens eines Speichers unter Verwendung einer Identifikationszahl in dem Paket und das Einschreiben der Adresse eines Bestimmungsort-Datenkanals in das Paket umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Versehens die Schritte aufweist: Indizieren eines ersten Speichers (360) und Einschreiben einer Identifizierungszahl für eine Gruppe von Datenkanälen in jede Paketkopie und Indizieren eines zweiten Speichers (380) mit der Identifikationszahl sowie Einschreiben der Adresse des einen der Datenkanäle in der Gruppe in das Paket, wobei die Adresse des einen Datenkanals derart gewählt wird, daß sämtliche Datenkanäle innerhalb der Gruppe etwa den gleichen Umfang an Paketverkehr erhalten.

18. Verfahren zum Steuern des Durchgangs von Datenpaketen durch ein Kopiernetzwerk (330), welches eine Mehrzahl von in Stufen (1, 2, 3, 4) angeordneten Schaltelementen (304, 306) aufweist, von denen jedes Element ein Paar von Eingängen und ein Paar von Ausgängen aufweist und jedes Paket ein NC-Feld aufweist, um die Anzahl noch zu erstellender Kopien des Pakets während des Durchlaufs des Pakets durch das Netzwerk anzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß folgende Schritte aufweist:

a) Ermitteln - für jedes einlaufende Paket - der Anzahl von Kopien des ankommenden Pakets, die für einen Rundspruch zu einer Mehrzahl von Bestimmungsorten zu Erstellen sind,

b) Steuern des Elements der das Paket empfangenden Stufe, um das Paket zu jedem Ausgang des Paares zu liefern, wenn die Anzahl noch zu erstellender Kopien 2sn-1 übersteigt, wobei sn die Lage der zuletzt erwähnten Stufe in Bezug auf die Lage der Ausgangsstufe in dem Netzwerk bezeichnet, und

c) wenn die Rundspruchkanalzahl des Pakets gerade ist, Ändern der in dem NC-Feld in dem Paket aufgezeichneten Zahl an dem obersten Ausgang des Paares von Ausgängen auf den ganzzahligen Teil von (NC+1/2) und Ändern der in dem NC-Feld in dem Paket aufgezeichneten Zahl an dem untersten des Paares von Ausgängen auf den ganzzahligen Teil NC/2, und

d) wenn die Rundspruchpaketzahl ungerade ist, Ändern des NC-Felds des oberen Pakets auf den ganzzahligen Teil NC/2 und des NC-Felds des unteren Pakets auf dem ganzzahligen Teil von (NC+1)/2.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es einen weiteren Schritt des Leitens jedes Pakets zu einem der Ausgangsports auf Zufallsbasis umfaßt, wenn die Anzahl noch zu erstellender Kopien weniger als 2sn-1 beträgt.