DE4306019A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Datenpaketübermittlung zwischen lokalen Kommunikationsnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Übermittlung von Datenpaketen zwischen lokalen Kommunikationsnetzen in einer Netzübergangsein­ heit.

Lokale Kommunikationsnetze, z. B. Ring- und/oder Busnetze werden üblicherweise mit Hilfe von Netzübergangseinrich­ tungen ("Bridges") verbunden. Derartige Einrichtungen zwi­ schen lokalen Kommunikationsnetzen werden durch einen zen­ tralen Prozessor überwacht und gesteuert. In diesen Netz­ übergangseinrichtungen werden, gesteuert durch eine zen­ trale Steuereinheit, physikalische sowie prozedurale An­ passungen vor und während eines Datenaustausches zwischen lokalen Netzen durchgeführt.

Um einen gezielten Datenverkehr zwischen oder innerhalb der Netze abzuwickeln, findet vor jeder Datenpaketübertra­ gung eine Art "Voreinstellung" der zu vermittelnden Daten­ pakete statt. Dabei werden netzindividuell erfaßte Kommu­ nikationsendgeräteadressen in sogenannten Ursprungsadres­ sentabellen einer, einem lokalen Kommunikationsnetz zuge­ ordneten Adressenspeichereinheit der Steuereinheit abge­ speichert. Nach Maßgabe von angestoßenen Programmroutinen wird dabei eine dem Datenpaket zugeordnete Zieladresse mit den in den Adressenspeichereinheit gespeicherten Ursprungs­ adressen eines Kommunikationsnetzes verglichen. Die Adres­ sen-Vergleichsprozeduren sind für die zentrale Steuerein­ heit eine erhebliche dynamische sowie zeitliche Belastung. Während des Ablaufs dieser Programmroutinen ist die Steuer­ einheit bezüglich wichtiger Kommunikationsprotokolle blockiert. So müssen beispielsweise bei einer 16 bit-Wort verarbeitenden Steuereinheit, bei einem 48-bit breiten Adreßwort, bei jedem Adressenvergleich (Zieladresse/Ur­ sprungsadresse) drei Vergleichsprozeduren durch die zentrale Steuereinheit durchgeführt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die dynamische Be­ lastung einer für eine Netzübergangseinrichtung vorgese­ henen Steuereinheit reduziert.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie bei einer Netzüber­ gangseinrichtung, insbesondere einer Brückenschaltung, der eingangs genannten Art die dynamische sowie die zeitliche Belastung für die Steuereinheit während einer Zuordnung eines Datenpaketes zu einem lokalen Kommunikationsnetz erheblich reduziert wird. Die zur Übermittlung anstehenden Datenpakete werden in Echtzeit an die jeweiligen Stationen an die jeweiligen lokalen Kommunikationsnetze weiterge­ leitet.

Die Erfindung bringt in Verbindung mit dem Vorteil, daß eine Adressenzuordnung ohne Suchalgorithmus abgewickelt wird, den weiteren Vorteil mit sich, daß die dynamische Belastung der Steuereinheit dadurch nochmals erheblich reduziert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Übermitteln von Datenpaketen zwischen lokalen Kommunikationsnetzen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in einer Adressen­ selektionseinheit die in einem Datenpaket vermerkte Ziel­ adresse und Ursprungsadresse selektiert wird, wobei zum einen die Zieladresse an ein weiteres einem lokalen Kommu­ nikationsnetz zugeordnetes "Brückenschaltungsteil" weiter­ geleitet wird und zum anderen die Ursprungsadresse zur Erstellung einer lokalen kommunikationsnetzindividuellen Adressentabelle im eigenen Brückenschaltungsteil herange­ zogen werden.

Anhand von Zeichnungen soll im folgenden ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung von jeweils einer, einem lokalen Kommunikationsnetz LANm/LANn zuge­ ordneten Schaltungsanordnung Bm/Bn,

Fig. 2 einen Aufbau einer Schaltungsanordnung und

Fig. 3 eine Anordnung von mehreren miteinander verbun­ denen Netzwerken.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem zum Verständnis der Er­ findung erforderlichen Umfang die Einbindung von jeweils einem lokalen Kommunikationsnetz LANm/LANn zugeordneten Brückenschaltungsteil Bm, Bn. Der Brückenschaltungsteil Bm/Bn setzt sich dabei im wesentlichen aus einem eine Adressenselektiereinheit ASE und Adressenvergleicherein­ heit AVE enthaltenden ersten Modul M1 und aus einem einen Umsetzer UMS, eine Steuereinheit STE und eine Speicher­ einheit SPE enthaltenden zweiten Modul M2 sowie einer Schalteinheit S zusammen. Die in einer Schaltungseinheit S angeordneten Schaltelemente leiten entsprechend eines Ergebnisses nach Adressen-Vergleichsoperationen in der Adressenvergleichereinheit AVE die zu übermittelnden Daten­ pakete entweder zum jeweiligen lokalen Kommunikationsnetz LANn/LANm weiter oder verhindern dessen Weiterleitung.

Fig. 2 zeigt einen schaltungstechnischen Aufbau eines Brückenschaltungsteils Bm. Nachfolgend sei die Funktions­ weise des Brückenschaltungsteils Bm an einem Datenverkehrs­ aufkommen aus dem Kommunikationsnetz LANm beispielsweise beschrieben. Eine an das LANm angeschlossene Arbeitssta­ tion ASmn (z. B. einen Rechner) wünscht durch Aussenden eines Datenpaketes einen Datenaustausch mit einer anderen Arbeitsstation, die entweder im selben oder in einem be­ nachbarten Netz angeschlossen ist. Das Datenpaket wird über Stichleitungen von LANm zum Brückenschaltungsteil Bm übertragen. Dort angelangt, wird der laufende Daten­ verkehr bezüglich einer Präambel und eines Interpacketgaps durch einen Delimiterdeskriminator DDA abgefragt. Tritt das Interpacketgap auf, so wartet ein Deskriminator im De­ limiterdeskriminator DDA ab, bis eine Präambel (z. B. 5 MHz Schwerpunktfrequenz) auftritt. Am Ende jeder Präambel zeigt dann ein Startingdelimiter auf den Anfang eines Datenpaketes. Danach wird zunächst die Zieladresse und dann die Ur­ sprungsadresse seriell in das SR1-Register eingelesen. Zu Beginn des Einlesens von Zieladresse und Ursprungsadresse in das Schieberegister SR1 wird ein Zähler Z1, der durch einen Komperator COMP2 überwacht wird, angestoßen, um bei einer Anzahl von 96 bit, die in das SR1-Register einge­ lesen wurden, den Zähler Z1 zu stoppen und ein Signal an eine Ablaufsteuerung AB abzugeben. Danach wird ein Speicher LAI, der die Ursprungsadresse zwischenspeichert, akti­ viert. Nachdem festgestellt wurde, daß diese Ursprungs­ adresse nicht die Ursprungsadresse eines vorangegangenen Datenpaketes ist, wird diese nach einem "Freigabesignal" durch die Ablaufsteuerung AB in eine Speichereinheit FR0, einem FIFO RAM, zwischengespeichert. Das FIFO RAM ist dabei so ausgebildet, daß man nach Anlegen einer RAM- Adresse durch einen Zähler Z2 eine entsprechende Ur­ sprungsadresse ablegt und gleichzeitig durch Anlegen einer anderen RAM-Adresse durch die Steuereinheit STE Ursprungs­ adressen wieder ausgelesen werden können. Dieser Speicher FR0 ist so dimensioniert, daß die Ursprungs-"Adressen" aller am Kommunikationsnetz LANm angeschlossenen Stationen ASm, ASn zwischenspeicherbar sind.

Angestoßen durch einen Interruptimpuls von der Ablauf­ steuerung AB liest die Steuereinheit STE die zwischenge­ speicherte Ursprungsadresse aus der Speichereinheit FR0 aus, speichert diese nach einem routinemäßigen Ursprungs­ adressenvergleich mit den in der Speichereinheit SPE ab­ gelegten Ursprungsadressen, z. B. nach aufsteigenden Adres­ sen und/oder nach teilnehmerbedingten Merkmalen oder spe­ zifischen Kriterien in den der Zentraleinheit STE zuge­ ordneten Adressenspeichereinheit SPE, einem schnellen statischen RAM sowie in den Speichereinheiten FR1, . . . , FR4 der Adreßvergleichereinheit AVE ab. Die Adressenverglei­ chereinheit AVE ist in diesem Ausführungsbeispiel mit vier Speicherblöcken (schnelle RAM) sowie einer gleich großen Anzahl von Komparatoren ausgebildet.

Ein Sortiervorgang ist bei dieser erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung nicht zwingend notwendig. Eine Möglichkeit, die in der Adressenspeichereinheit SPE abgespeicherten Ursprungsadressen auf einem aktuellen Stand zu halten, besteht darin, daß beim Einspeichern in der Speicherein­ heit FR0 zusätzliche Bits, die eine Zeitinformation repräsentieren, den Ursprungsadressen angefügt werden. Dies wäre z. B. nützlich, um bestimmte Adressen nach einer "Alterungsrate" wieder aus der Ursprungsadressentabelle zu entfernen.

Der Abspeichervorgang, das Umwandeln des seriellen in einen parallelen Datenstrom(s), das Zwischenspeichern im Latch LA1, das Einschreiben der Ursprungsadressen in den Speicher FR0, das Sortieren/Aussortieren von Ursprungs­ adressen benötigt bei der oben beschriebenen Schaltungs­ anordnung eine "Bitzeit" von 512 bit + 9,5 µs. Dies ist genau die Zeit, die zwischen Datenpaketanfängen (64 byte je Datenpaket) verstreicht. Diese Bitzeit entspricht einem kürzestmöglichen Zeitintervall, das zwischen zwei aufein­ anderfolgenden Datenpaketen wie sie in einem Ethernet- Netz vorkommen kann. Eine kürzere Verarbeitungszeit läßt sich darüber hinaus jederzeit erreichen, wenn beispiels­ weise die parallele Adreßverarbeitung in der Adreßver­ gleichereinheit AVE durch zusätzliche Speicherblöcke und Komparatoren erhöht wird. Während eines Abspeichervor­ ganges einer Ursprungsadresse wird die zum Datenpaket gehörende Zieladresse zu einer Adressenvergleicherprozedur an die Adressenvergleichereinheit AVE, die in der Netz­ übergangseinheit des LANn zugeordnet ist, übertragen. Dort wird die Zieladresse in den Komperatoren COMP4, . . . , COMP7 zum Zwecke eines Adressenvergleichs (Ursprungs­ adressen/Zieladresse) mit den in dem Brückenschaltungs­ teil Bn abgespeicherten Ursprungsadressen verglichen. Da die beiden Schaltungsanordnungen betreffend ihres ersten Moduls M1 identisch ausgeprägt sind, ist nachfolgend die Adressenvergleichsprozedur an dem in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltungsteil Bm erläutert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist nur eine der beiden Brückenschaltungsteile Bm/Bn mit einer Steuereinheit STE bestückt. Für die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist es ohne Bedeutung, daß die Steuereinheit STE der einen oder anderen Brückenschaltungsanordnung Bm/Bn zugeordnet ist. Jede nach Bedarf und Größe der lokalen Kommunikations­ netze LANm, LANn kann jedes Brückenschaltungsteil Bm/Bn mit einer eigenen Steuereinheit STE ausgerüstet werden. In dem hier in Fig. 2 gezeigten und beschriebenen Ausführungs­ beispiel übernimmt beispielsweise die Steuereinheit STE u. a. die Organisation der Ursprungsadressentabellen be­ züglich der beiden lokalen Kommunikationsnetze LANm, LANn.

In der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß eine Zieladresse eines Datenpaketes aus der dem LANn zugeordneten Brückenschaltungsteil Bn mit den in der Adressenvergleichereinheit AVE den in den Brückenschal­ tungsteil Bm vermerkten Ursprungsadressen aus LANm ver­ glichen wird. Nach Abspeicherung der Zieladresse in die Komparatoren COMP4, . . . , COMP7 wird der Zähler Z3 über ein Schaltelement FF1 aktiviert und zählt parallel die Adres­ sen aller in den Speicherblöcken FR1, . . . , FR4 abgespeicher­ ten Ursprungsadressen hoch. Wird bei einem Adressenver­ gleich eine Übereinstimmung zwischen einer Ursprungsadres­ se und der Zieladresse erkannt, so wird der Zähler Z3 angehalten, ein entsprechender Schalter (S1, . . . S2) in der Schalteinheit S betätigt und das Datenpaket an das jeweilige Netz (z. B. LANn) weitergeleitet. Die Schalter in der Schaltungseinheit S sind beispielsweise elektrische Schalter, die synchron mit der Taktflanke eines Datentakts öffnen oder schließen.

Die in Fig. 1 und in Fig. 2 getrennt dargestellten Brücken­ schaltungsteile Bm, Bn können auch in einer Schaltungs­ konfiguration an einen gemeinsamen Ort zwischen den Netzen angeordnet werden. Eine zusätzliche Implementierung eines Suchalgorithmus setzt voraus, daß die Ursprungsadressen durch die zentrale Steuereinheit STE ihrer Größe nach in der Adressenspeichereinheit SPE angeordnet werden. Weiter­ hin müssen die Ausgänge A<B und A<B der Komperatoren COMP4, . . . , COMP7 ausgewertet werden. Nach Maßgabe eines Algorithmus, z. B. mit einem Wegeverfahren, wird dann die gesuchte Adresse ermittelt. Der Zähler Z3 legt in Abhän­ gigkeit einer Suchstrategie bestimmte Adressen an die Adreßeingänge der Speicherblöcke FR1, . . . FR4.

Fig. 3 zeigt schematisch eine aus drei lokalen Kommunika­ tionsnetzen LANm, LANn und LANx gebildete Netzkonstella­ tion. Die beschriebene Schaltungskonfiguration Bm/Bn ist auch einsatzfähig, wenn mehr als zwei LAN′s miteinan­ der vermascht sind. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung der Komperatoren COMP4, . . . , COMP7 ist dann mit Multiplexern zu versehen. LANn und LANx haben einen Zugriff auf die Ur­ sprungsadressentabellen von LANm. Die Datenpakete werden dann so lange in Zwischenspeichern ZSn, ZSX festgehalten, bis die Zieladresse aus LANn und LANx aus den Seriell- Parallel Wandlern ausgelesen ist und die Adressen beider LAN′s mit den Ursprungsadressen von LANm verglichen sind. Dies ist auch für die Datenpakete von LANm und LANx nach LANn durchzuführen. Die Suche der Adressen erfolgt unab­ hängig von der Richtung aus der sie kommen.

Die Schalter S1, . . . , S6 steuern nach Maßgabe von Adreßver­ gleicherergebnissen die weiterzuleitenden Datenpakete. Die abgebildeten Speichereinheiten ZSm, ZSn und ZSx dienen dazu, die Datenpakete während den Adreßvergleichsoperationen zwischenzuspeichern. Die Funktionsblöcke "R" sind Verstär­ ker mit eingeschränkten Repeaterfunktionen. Die Blöcke "TR" sind Transceiver, die den Anschluß an das Kommuni­ kationsnetz herstellen und den Datenstrom an die Sende- und Empfangsrichtung aufsplitten. Das Prinzip der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung ist für alle "Bridges" in datenpaketorienten Netzen anwendbar, deren Datenkommu­ nikation die nach dem OSI-Schichtenmodell ablaufen und die eine entsprechend genormte Datenpaketstruktur aufweisen.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung für eine Brückenschaltung (B) zur Übermittlung von Datenpaketen mit einem eine Ursprungs­ adresse und eine Zieladresse enthaltenden Adreßkopf zwi­ schen wenigstens zwei Kommunikationsnetzen (LANm, LANn) mit einer einer Steuereinheit (STE) zugeordneten Adres­ senspeichereinheit (SPE), einer Adressenselektionseinheit (ASE) und einer Adressenvergleichereinheit (AVE), dadurch gekennzeichnet, daß jedem der lokalen Kommunikationsnetze (LANm, LANn) ein Brückenschaltungsteil (Bm, Bn) zugeordnet ist, der eine eigene Adressenselektionseinheit (ASE) und eine eigene Adressenvergleichseinheit (AVE) aufweist und daß für den Adressenvergleich der Zieladresse eines aus einem der lokalen Kommunikationsnetze (LANm, LANn) kommenden Daten­ paketes ausschließlich die Adressenvergleichereinheit (AVE) bzw. Adressenvergleichereinheiten herangezogen werden, die dem bzw. den anderen lokalen Kommunikations­ netz(en) zugeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Adressenselektionseinheit (ASE) angeord­ nete Speichereinheit (FR0) so ausgebildet ist, daß die selektierte Ursprungsadresse dort ablegbar ist und die Steuereinheit (STE) Zugriff auf die in der Speichereinheit (FR0) zwischengespeicherten Ursprungsadressen hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ursprungsadresse im eigenen Brückenschaltungsteil (Bm, Bn) verbleibt, wobei die Steuereinheit (STE) eine Ursprungsadressentabelle erstellt und diese in der Adres­ senspeichereinheit SPE abspeicherbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Adressenselektionseinheit (ASE) zugeordneten Speichereinheit (FR0) ein FIFO-RAM ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenselektionseinheit (ASE) ein Speicherele­ ment (LAI) und einen Komperator (COMP1) aufweist, daß in dem Komperator (COMP1) jeweils die aktuelle Ursprungs­ adresse eines Datenpaketes mit der Ursprungsadresse eines unmittelbar zuvor gesendeten Datenpaketes vergleichbar ist, wobei bei Nichtübereinstimmung die aktuelle Ursprungs­ adresse an die Speichereinheit (FR0) der Adressenselektions­ einheit (ASE) weiterleitbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ursprungsadresse aus der Speichereinheit (FR0) der Adressenselektionseinheit (ASE) durch die Steuereinheit (STE) auslesbar ist, wobei bei erstmaligem Auftreten der Ursprungsadresse diese durch die Steuereinheit (STE) netzindividuell in eine Ursprungsadressentabelle in der Adressenspeichereinheit (SPE) sowie in die Speicherblöcke (FR1, . . . , FR4) der Adressenvergleichereinheit (AVE) ein­ tragbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenvergleichereinheit (AVE), bestehend aus mindestens einem Speicherblock (FR1, . . . , FR4) zur Abspei­ cherung von aktuellen, einem Kommunikationsnetz zugeord­ neten Ursprungsadressen und einer der Anzahl der Speicher­ blöcke (FR1, . . . , FR4) entsprechenden Anzahl von Verglei­ chereinheiten (COMP4, . . . , COMP7) zur Abspeicherung einer Zieladresse gebildet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherblöcke (FR1, . . . , FR4) der Adressenverglei­ chereinheit (AVE) mit dem Ausgangspegel eines Zählers (Z3) beaufschlagbar sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Vergleichereinheiten (COMP4, . . . , COMP7) über ein ODER-Catter zusammengefaßt sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einem Brückenschaltungsteil (Bm, Bn) eine Steuereinheit (STE) angeordnet ist.

11. Verfahren zur Übermittlung von Datenpaketen mit einem eine Ursprungsadresse und eine Zieladresse enthaltenden Adreßkopf zwischen wenigstens zwei lokalen Kommunikations­ netzen (LANm, LANn) mit einer einer Steuereinheit (STE) zugeordneten Adressenspeichereinheit (SPE), einer Adressen­ selektionseinheit (ASE) und einer Adressenvergleicher­ einheit (AVE), dadurch gekennzeichnet, daß jedem der lokalen Kommunikationsnetze (LANm, LANn) ein Brückenschaltungsteil (Bm, Bn) zugeordnet ist, der eine eigene Adressenselektionseinheit und eine eigene Adressen­ vergleichereinheit (AVE) aufweist, wobei die Adressenselek­ tionseinheit (ASE) die in einem Datenpaket vermerkte Ziel­ adresse und Ursprungsadresse selektiert und daß die Ur­ sprungsadresse in einer Ursprungsadressentabelle in der Adressenspeichereinheit (SPE) sowie in Speicherblöcken (FR1, . . . , FR4) der Adressenvergleichereinheit AVE abge­ legt wird und daß die Zieladresse an die Adressenvergleichereinheit (AVE) bzw. den Adressenvergleichereinheiten die einem anderen lokalen Kommunikationsnetz bzw. Kommunikations­ netz zugeordnet ist bzw. sind weitergeleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Adressenvergleichereinheit (AVE) bzw. Adressen­ vergleichereinheiten ein Adressenvergleich zwischen der Zieladresse eines aus einem anderen lokalen Kommunika­ tionsnetz (LANm, LANn) kommenden Datenpaketes und den dem lokalen Kommunikationsnetz bzw. den Kommunikationsnetzen zugeordneten Ursprungsadressen durchgeführt werden.