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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Vermittlung von Datenpaketen
der Schicht 2 und der Schicht 3 in einer nichtblockierenden Netzwerkvermittlung, die
zum Vermitteln von Datenpaketen zwischen Teilnetzwerken ausgebildet
ist.
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Stand der
Technik
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In
Nahbereichsnetzwerken werden ein Netzwerkkabel oder andere Medien
verwendet, um Stationen des Netzwerks miteinander zu verbinden.
Jede Nahbereichsnetzwerksarchitektur verwendet eine Mediumzugriffssteuerung
(MAC), die es ermöglicht, dass
eine Netzwerkschnittstelleneinrichtung an jedem Netzwerkknoten auf
das Netzwerkmedium zugreift.
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Das
Ethernet-Protokoll IEEE 802.3 hat sich so entwickelt, dass es einen
Halbduplex-Mediumzugriffsmechanismus
und einen Vollduplex-Mediumzugriffsmechanismus für das Übertragen von Datenpaketen
kennzeichnet. Der Vollduplex-Mediumzugriffsmechanismus
bietet eine Zweiwege-Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zwischen zwei
Netzwerkelementen, beispielsweise zwischen einem Netzwerkknoten
und einem geschalteten Verteilerelement.
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Geschaltete
bzw. vermittelte Nahbereichsnetzwerke müssen zunehmend höhere Anforderungen
im Hinblick auf Datenverbund mit höherer Geschwindigkeit, ein
flexibleres Vennittlungsverhalten und die Fähigkeit, komplexere Netzwerkarchitekturen
aufzunehmen, erfüllen.
Beispielsweise offenbart das US-Patent 5 953 335 eine Netzwerkvermittlung, die
ausgebildet ist, Ethemetz-(IEEE 802.3) Datenpakete der Schicht 2
zwischen zwei unterschiedlichen Netzwerkknoten zu vermitteln; ein
empfangenes Datenpaket kann einen markierten VLAN- (virtuelles LAN)
Datenrahmen gemäß dem IEEE
802.1q Protokoll enthalten, das ein weiteres Teilnetzwerk (mittels eines
Routers) oder eine vorgeschriebene Gruppe von Stationen kennzeichnet.
Da die Vermittlung auf Ebene der Schicht 2 stattfindet, ist typischerweise
ein Router erforderlich, um das Datenpaket zwischen Teilnetzwerken
auszutauschen.
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Verfahren
zur besseren Übertragung
von Datenpaketen in einem Netzwerk sind gut bekannt. Beispielsweise
beschreibt US-A-5 546 387 die Verwendung von Namen, die Datenpaketen
zugeordnet sind, so dass routenbezogene Information rasch bestimmt
werden kann. In der WO-A-99 43548 wird die Vorspann- bzw. Datenkopfinfonnation
in Datenpaketen unterteilt, um einen Speicherindex zu bilden, in welchem
eine derartige Markierung, die auf die Vermittlungsinfonnation hinweist,
gespeichert wird. US-A-5 802 054 wendet ein ähnliches System in einer atomaren
Netzwerkvermittlung an, in welcher maskierende Schablonen verwendet
werden, um die Bits aus dem aufzuteilenden eintreffenden Datenpaket
auszuwählen.
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WO-A-98
35480 beschreibt einen Mikro-Risc-Datenstromprozessor für die Mediumzugriffssteuerung
zum Bestimmen der Art des an dem Netzwerkknoten empfangenen Datenpakets
und zum Anhängen
einer Datenstruktur an das Datenpaket, die relevante Information
enthält,
um die Bearbeitung an dem Knoten zu ermöglichen. Das in diesem Dokument
offenbarte Verfahren beinhaltet die Merkmale des Oberbegriffs des
angehängten
Patentanspruches 1.
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Die
Bemühungen,
das Schalt- bzw. Vermittlungsverhalten einer Netzwerkvermittlungsstelle
zu verbessern, um damit die Verarbeitung der Schicht 3 (beispielsweise
das Internetzprotokoll) mit einzuschließen, können ernsthafte Schwierigkeiten
hervorrufen, da aktuelle Vermittlungsstellen der Schicht 2 so gestaltet
sind, um in einem nichtblockierenden Modus zu arbeiten, wobei Datenpakete
von der Vermittlungsstelle mit der gleichen Rate ausgegeben werden
können,
mit der die Datenpakete empfangen werden. Neuere Ausführungsarten
sind daher erforderlich, um sicherzustellen, dass Vermittlungsstellen mit
höherer
Geschwindigkeit sowohl eine Vermittlung der Schicht 2 als auch eine
Vermittlung der Schicht 3 für
schnellere Netzwerke, etwa 100 Mbps- oder Gigabit-Netzwerke bereitstellen
können.
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Derartige
Entwurfserfordernisse bergen jedoch die Gefahr des Verlusts der
Merkmale des Nichtblockierens der Netzwerkverrnittlungsstelle, da es
zunehmend schwierig wird für
die Schaltstelle einer Netzvermittlungsstelle, die Verarbeitung
der Schicht 3 mit der Übertragungsrate
(d. h. der Netzwerkdatenrate) durchzuführen.
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Überblick über die
Erfindung
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Es
besteht ein Bedarf für
eine Anordnung, die es einer Netzwerkvermittlungsstelle ermöglicht, Verarbeitungsmöglichkeiten
für die
Vermittlung der Schicht 2 und der Schicht 3 für 100 Mbps- und Gigabit-Verbindungen
bereitzustellen, ohne die Datenpakete zu blockieren.
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Es
besteht ferner ein Bedarf für
eine Anordnung, die es einer Netzwerkvermittlungsstelle ermöglicht,
dass eine Vermittlung der Schicht 2 und der Schicht 3 mit minimaler
Zwischenspeicherung innerhalb der Netzwerkvermittlungsstelle stattfinden
kann, die ansonsten die Verweilzeit vermittelter Datenpakete beeinflussen
kann.
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Ferner
besteht ein Bedarf für
eine Anordnung, die es ermöglicht,
dass eine Netzwerkvermittlungsstelle in einfacher Weise programmierbar
ist, um damit unterschiedliche Arten von Datenpaketen der Schicht
3 zu unterscheiden, so dass die Qualität an Dienstleistungen (QoS)
erreicht wird.
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Des
weiteren besteht ein Bedarf für
eine Anordnung, die es ermöglicht,
dass ein Netzwerkvermittlungsanschluss unmittelbar ein eintreffendes
Datenpaket bewertet und ein Schicht-3-Protokoll oder ein höheres Protokoll
bestimmt, um für
die zugeordnete Vermittlungseinrichtung ausreichend Zeit bereitzustellen,
um damit das eintreffende Datenpaket entsprechend dem erkannten
Protokoll zu verarbeiten.
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Diese
und weitere Erfordernisse werden durch die vorliegende Erfindung
erfüllt,
indem ein Netzwerkvermittlungsanschluss ein Filter aufweist, der
zum Bewerten eines eintreffenden Datenpakets auf Echtzeitbasis ausgestaltet
ist. Der Filter führt gleichzeitige
Vergleichsvorgänge
zwischen dem eintreffenden Datenstrom des Datenpakets und mehreren
Schablonen aus, die zum Erkennen entsprechender Protokolle ausgebildet
sind. Jede Schablone ist aus mehreren Mintermen bzw. Minimumtermen
aufgebaut, wobei jeder Minimumterm einen vorgeschriebenen Vergleichsvorgang
mit einem ausgewählten Datenbyte
des eintreffenden Datenpakets spezifiziert. Der Filter greift auf
die Minimumterme auf der Grundlage der Reihenfolge der Datenbytes
zu, so dass die Minimumterme, die zum Vergleich mit dem ersten Datenbyte
verwendet werden, als erstes für den
Vergleich mit dem ersten Datenbytes abgerufen werden, wenn das erste
Datenbyte empfangen wird. Die zum Vergleichen mit dem zweiten Datenbyte
verwendeten Minimumterme werden dann für den Vergleich mit dem zweiten
Datenbyte abgerufen, wenn das zweite Datenbyte empfangen wird. Somit
vergleicht der Filter gleichzeitig die Minimumterme, die dem ausgewählten Datenbyte
des eintreffenden Datenpakets entsprechen, zu dem Zeitpunkt, wenn
das ausgewählte
Byte an dem Netzwerkvermittlungsanschluss empfangen wird. Die Ergebnisse
der Vergleichsvorgänge
zwischen den Minimumtermen und den ausgewählten Datenbytes des eintreffenden
Datenstroms werden mittels eines Gleichungskerns innerhalb des Filters
bewertet, der Vergleichsergebnisse für die Schablonen bestimmt und
eine Markierung an den Vermittlungskern ausgibt, um damit den Vermittlungskern
mit Informationen zu versorgen, wie das empfangene Datenpaket zu
verarbeiten ist. Somit besitzt der Vermittlungskern ausreichend
Zeit, um eine Vermittlung der Schicht 2 oder der Schicht 3 des empfangenen
Datenpakts in einer nichtblockierenden Weise in einem Hochgeschwindigkeitsdatennetzwerk
auszuführen.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bewerten
eines eintreffenden Datenpakets an einem Netzwerkvermittlungsanschluss
bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Speichern mehrerer Schablonen,
die zum Erkennen entsprechender Datenformate ausgebildet sind, wobei
jede Schablone mindestens einen Min- bzw. Minimumterm aufweist,
der für
einen Vergleich eines entsprechenden vorgeschriebenen Wertes mit
einem entsprechenden ausgewählten
Byte des eintreffenden Datenpakets gestaltet ist. Das Verfahren
umfasst ferner das gleichzeitige Vergleichen der Minimumterme, die
dem ausgewählten
Byte entsprechen, mit dem ausgewählten
Byte, wenn das ausgewählte Byte
an dem Netzwerkvermittlungsanschluss empfangen wird und das Erzeugen
eines Vergleichsergebnisses, das das eintreffende Datenpaket kennzeichnet,
auf der Grundlage der Vergleiche der Minimumterme mit den an dem
Netzwerkvermittlungsanschluss empfangenen Datenbytes. Das Speichern von
Schablonen, die zum Erkennen entsprechender Datenformate ausgebildet
sind, ermöglicht
es, dass der Netzwerkvermittlungsanschluss einfach programmierbar
ist, um anwenderdefinierte Datenformate zu erkennen. Des weiteren
stellen die gleichzeitigen Vergleichsvorgänge der Minimumterme, die einem
ausgewählten
Byte entsprechen, beim Eintreffen des ausgewählten Bytes an dem Netzwerkvermittlungsanschluss
sicher, dass das eintreffende Datenpaket in Echtzeit bewertet werden
kann, wodurch eine Identifizierung des eintreffenden Datenpakets
in Bezug auf anwenderdefinierte Datenformate beim Eintreffen des
Datenpakets möglich
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bewerten eines eintreffenden Datenpakets an einem Netzwerkvermittlungsanschluss bereitgestellt.
Das Verfahren umfasst das gleichzeitige Vergleichen eines ersten Bytes
des eintreffenden Datenpakets, wenn das erste Byte an dem Netzwerkvermittlungsanschluss
empfangen wird, mit mehreren Schablonen, indem das erste Byte mit
mindestens einem ersten Minimumterm, der mit mindestens einer der
Schablonen verknüpft
ist, verglichen wird, wobei jede Schablone so gestaltet ist, um
ein vorgeschriebenes Format innerhalb des eintreffenden Datenpakets
zu erkennen. Das Verfahren umfasst ferner das gleichzeitige Vergleichen
eines zweiten Bytes des eintreffenden Datenpakets, das auf das erste
Byte folgt, mit den Schablonen, indem das zweite Datenbyte mit mindestens einem
zweiten Minimumterm, der mit mindestens einer der Schablonen verknüpft ist,
verglichen wird, und indem ein Vergleichsergebnis auf der Grundlage der
Minimumtermergebnisse aus den Vergleichen des ersten Bytes und des
zweiten Bytes mit Bezug zu den mehreren Schablonen erzeugt wird.
Der gleichzeitige Vergleich des ersten Bytes mit mindestens dem
ersten Minimumterm und der gleichzeitige Vergleich des zweiten Bytes,
das auf das erste Byte folgt, mit mindestens dem zweiten Minimumterm stellt
sicher, dass die Minimumterme der Reihe nach auf der Grundlage der
Reihenfolge verarbeitet werden, in der das relevante Datenbyte empfangen
wird. Somit können
mehrere Schablonen gleichzeitig und in Echtzeit verarbeitet werden,
indem die Minimumterme auf der Grundlage des eintreffenden Datenstroms
geordnet werden. Somit kann ein eintreffendes Datenpaket an dem
Netzwerkvermittlungsanschluss in Echtzeit bewertet werden, wodurch
die Verweilzeit in dem Netzwerkvermittlungsanschluss minimiert wird.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Netzwerkvermittlungsanschlussfilter
bereitgestellt, der zum Bewerten eines eintreffenden Datenpakets
ausgebildet ist. Der Netzwerkvermittlungsanschlussfilter umfasst
einen Minimumtermspeicher, der zur Speicherung von Minimumtermwerten
ausgebildet ist. Jeder Minimumtermwert wird in dem Minimumtermspeicher
auf der Grundlage eines entsprechenden ausgewählten Bytes des eintreffenden
Datenpakets für
einen Vergleich gespeichert. Der Minimumtermwert besitzt ferner
einen Ausdrucksbereich, der einen entsprechenden Vergleichsvorgang
spezifiziert, und ein Schablonenerkennungsfeld, das Schablonen spezifiziert,
in denen der entsprechende Minimumterm verwendet ist. Der Netzwerkvermittlungsanschlussfilter
umfasst ferner einen Minimumtermgenerator, der zum gleichzeitigen
Vergleichen eines empfangenen Bytes des eintreffenden Datenpakets
mit den Minimumtermen, die dem empfangenen Byte entsprechen und
zum Erzeugen entsprechender Minimumterm-Vergleichsergebnisse ausgebildet
ist, und umfasst ferner einen Gleichungskern, der zum Erzeugen einer
Datenrahmenmarkierung, die das eintreffende Datenpaket identifiziert,
auf der Grundlage der Minimumterm-Vergleichsergebnisse in Bezug auf die
Schablonen ausgebildet ist. Da jeder Minimumtermwert auf der Grundlage
des entsprechenden ausgewählten Bytes
des eintreffenden Datenpakets an einer entsprechenden Stelle gespeichert
wird, kann auf jeden Minimumterm in dem Minimumtermspeicher zugegriffen
werden und mit dem ausgewählten
Byte verglichen werden auf der Grundlage der Reihenfolge, in der
das ausgewählte
Byte an dem Netzwerkvermittlungsanschluss empfangen wird. Somit
kann der Minimumtermgenerator gleichzeitig ein gegebenes empfangenes
Byte des eintreffenden Datenpakets mit allen relevanten Minimumtermen
gleichzeitig vergleichen, wodurch eine Echtzeitbewertung des eintreffenden
Datenpaktes möglich
ist.
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Weitere
Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden zum Teil in der
folgenden Beschreibung dargelegt und werden für den Fachmann beim Studium
der folgenden Beschreibung offenkundig oder können durch das Praktizieren
der Erfindung gewonnen werden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung
können
realisiert und erreicht werden mittels Ausführungsformen und Kombinationen,
die insbesondere in den angefügten
Patentansprüchen
dargestellt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen durchwegs gleiche Komponenten kennzeichnen
und wobei:
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1 eine
Blockansicht eines geschalteten Netzwerks mit Datenpaketen mit mehreren
Netzwerkvermittlungsstellen zum Vermitteln von Datenpaketen zwischen
entsprechenden Teilnetzwerken gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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2 eine
Ansicht ist, die ein konventionelles Ethernet-Datenpaket der Schicht
2 zeigt, das ein Schicht-3-Paket gemäß dem Internetprotokoll (IP) trägt.
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3 ein
Flussdiagramm ist, das ein konventionelles Verfahren (gemäß dem Stand
der Technik) zum Bewerten eines IP-Pakets darstellt.
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4 eine
Blockansicht ist, die den Netzwerkvermittlungsanschluss aus 1 zeigt,
der den Netzwerkvermittlungsanschlussfilter gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist.
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5a und 5b Ansichten
sind, die das gleichzeitige Verarbeiten von 4 Schablonen einer Gleichung
durch den Minimumtermgenerator aus 4 zeigen.
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6 eine
Ansicht ist, die detaillierter das gleichzeitige Verarbeiten der
Minimumterme durch den Minimumtermgenerator aus 4 zeigt.
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7 eine
Ansicht ist, die einen Tabelleneintrag eines Minimumterms in dem
Minimumtermspeicher aus 4 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Beste Art
und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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1 ist
eine Blockansicht, die ein Netzwerk 10 mit Paketvermittlung
zeigt, etwa ein Ethernet- (IEEE 802.3) Netzwerk. Das Netzwerk mit
Paketvermittlung enthält
integrierte (d. h. Einzelchip-) Vermittlungsstellen mit Mehrfachanschlüssen bzw.
mit mehreren Anschlüssen 12,
die eine Kommunikation von Datenpaketen zwischen Netzwerkstationen 14 ermöglichen.
Jede Netzwerkstation 14, beispielsweise eine Klientenarbeitsplatzstation,
ist typischerweise so ausgebildet, um Datenpakte mit 10 Mbps oder
100 Mbps gemäß dem IEEE
802.3-Protokoll zu senden und zu empfangen. Jede der integrierten
Vermittlungsstellen 12 mit mehreren Anschlüssen ist
an eine Gigabit-Ethernet-Verbindung 16 angeschlossen, um damit
einen Austausch von Datenpaketen zwischen Teilnetzwerken 18a, 18b und 18c zu
ermöglichen. Somit
enthält
jedes Unter- bzw. Teilnetzwerk einen Schalter bzw. eine Vermittlungsstelle 12 und
eine zugeordnete Gruppe von Netzwerkstationen 14.
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Jede
Vermittlungsstelle 12 enthält einen Vermittlungsanschluss 20,
der ein Mediumzugriffssteuerungs- (MAC) Modul 22 und ein
Paketklassifizierungsmodul 24 aufweist. Das MAC-Modul 20 sendet und
empfängt
Datenpakete an bzw. von den zugeordneten Netzwerkstationen 14 über 10/100 Mbps-Sender/Empfänger der
physikalischen Schicht (PHY) (nicht gezeigt) gemäß dem IEEE 802.3u-Protokoll.
Jede Vermittlungsstelle 12 umfasst ferner eine Vermittlungs-
bzw. Schalteinrichtung 25, die ausgebildet ist, für die Datenrahmenweiterleitung
relevante Entscheidungen für empfangene
Datenpakete zu treffen. Insbesondere ist die Vermittlungseinrichtung 25 ausgebildet,
Vermittlungsentscheidungen für
die Schicht 2 auf der Grundlage einer Quellenadresse, einer Zieladresse
und VLAN-Informationen in dem Ethemet- (IEEE 802.3) Vorspann- bzw.
Nachrichtenkopf zu treffen; die Vermittlungseinrichtung 25 ist
ferner für
selektive Vermittlungsentscheidungen der Schicht 3 auf der Grundlage
einer Bewertung eines IP-Datenpakets innerhalb des Ethernet-Pakets
ausgebildet.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist jede Vermittlungsstelle 12 eine
zugeordnete Haupt- bzw. Host-CPU 26 und einen Pufferspeicher 28,
beispielsweise einen SSRAM, auf. Die Host-CPU 26 steuert alle Operationen
der entsprechenden Vermittlungsstelle 12 einschließlich der
Programmierung der Vermittlungseinrichtung 25. Der Pufferspeicher 28 wird von
der entsprechenden Vermittlungsstelle 12 verwendet, um
Datenrahmen zu speichern, während
die Vermittlungseinrichtung 25 Weiterleitungsentscheidungen
für die
empfangenen Datenpakete verarbeitet.
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Wie
zuvor beschrieben ist, ist die Vermittlungseinrichtung 25 für das Ausführen von
Vermittlungsentscheidungen der Schicht 2 und Vermittlungsentscheidungen
der Schicht 3 ausgebildet. Die Verfügbarkeit von Vermittlungsentscheidungen
der Schicht 3 kann insbesondere effektiv sein, wenn eine Endstation 14 innerhalb
eines Teilnetzwerks 14a wünscht, eine E-Mail-Nachricht
an ausgewählte Netzwerkstationen
in dem Teilnetzwerk 18b, 18c oder beiden zu senden;
wenn lediglich Vermittlungsentscheidungen für die Schicht 2 verfügbar sind, dann
sendet die Vermittlungseinrichtung 25 der Vermittlungsstelle 12a die
E-Mail-Nachricht an die Vermittlungsstellen 12b und 12c ohne
Information über die
speziellen Zieladressen, wodurch bewirkt wird, dass die Vermittlungsstellen 12b und 12c alle
ihre Anschlüsse
zurücksetzen.
Ansonsten müsste
die Vermittlungseinrichtung 25 der Vermittlungsstelle 12a die
E-Mail-Nachricht an einen Router (nicht gezeigt) senden, der eine
weitere Verzögerung
hervorrufen würde.
Die Verwendung von Vermittlungsentscheidungen der Schicht 3 durch
die Vermittlungseinrichtung 25 ermöglicht es dieser, intelligente
Entscheidungen dahingehend zu treffen, wie ein Paket zu handhaben
ist, einschließlich
dezidierter Entscheidungen hinsichtlich des Weiterleitens, und ob
ein Datenpaket als ein Paket mit hoher Priorität für Anwendungen zu betrachten
ist, die sensibel sind für
Verweil- bzw. Bearbeitungszeiten, etwa Video- oder Sprachdaten.
Die Verwendung von Vermittlungsentscheidungen der Schicht 3 durch
die Vermittlungseinrichtung 25 ermöglicht es ferner der Host-CPU 26 der Vermittlungsstelle 12a,
eine weitere Vermittlungsstelle aus der Ferne zu programmieren,
beispielsweise die Vermittlungsstelle 12b, indem eine Nachricht
gesendet wird, die eine IP-Adresse entsprechend der IP-Adresse der
Vermittlungsstelle 12b aufweist; die Vermittlungsstelle 12b kann
in Reaktion auf das Erkennen einer an die Vermittlungsstelle 12b adressierten
Nachricht diese an die entsprechende Host-CPU 26 zum Programmieren
der Vermittlungsstelle 12b weiterleiten.
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2 ist
eine Ansicht, die ein Ethernet-(IEEE 802.3) Paket 30 zeigt,
das ein IP-Paket 32 als Nutzdaten enthält. Insbesondere enthält das Ethernet-Paket 30 eine
Startrahmenabgrenzung (SFD) 34, einen Ethernet-Vorspann-
bzw. Nachrichtenkopf 36, das IP-Paket 32 und ein
Feld für
einen zyklischen Redundanztest (CRS) oder eine Datenrahmenprüfsequenz
(FCS) 38. Somit muss eine Vemittlungseinrichtung 25,
die für
Vennittlungsentscheidungen der Schicht 3 ausgebildet ist,
in der Lage sein, das IP-Paket 32 in dem empfangenen Ethernet-Datenrahmen 30 rasch
zu verarbeiten, um das Blockieren des Datenrahmens innerhalb der
Vermittlungsstelle zu vermeiden.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Art der Schicht 3-Verarbeitung
darstellt, die für
ein eintreffendes Datenpaket ausgeführt werden kann. Das Flussdiagramm
aus 3, das üblicherweise
als Software eingerichtet ist, würde
das Testen, ob das eintreffende Datenpaket ein Hypertext-Transportprotokoll-
(http) Paket im Schritt 50, ein SNMP-Paket im Schritt 52 oder
ein Paket mit hoher Priorität
im Schritt 54 ist, beinhalten. Die geeignete Markierung,
die das Paket identifiziert, würde
dann in den Schritten 56, 57, 58 oder 60 zugeordnet.
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Die
Anordnung aus 3 kann jedoch aus praktischen
Erwägungen
nicht als Hardware in einer Art und Weise eingerichtet werden, die
eine nichtblockierende Vermittlungsstelle für 100 Mbps- oder Gigabit-Netzwerke
bereitstellen könnte.
Insbesondere würde
die sequenzielle Natur des Entscheidungsprozesses in 3 zu
einer nicht akzeptablen Verweilzeit für das eintreffende Datenpaket
führen.
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Gemäß der offenbarten
Ausführungsform
ist das Paketklassifizierungsmodul 24 aus 1 so
gestaltet, um mehrere gleichzeitige Vergleiche zwischen dem eintreffenden
Datenstrom und Schablonen auszuführen,
die das Datenformat des eintreffenden Datenstroms erkennen. Insbesondere
Anwender des Host-Prozessors 26 werden Strategien angeben, die
definieren, wie Datenpakete mit gewissen IP-Protokollen durch die
Vermittlungseinrichtung 25 zu handhaben sind. Diese Strategien
werden eingerchtet, indem ein Satz aus Entscheidungen für Datenrahmenweiterleitung
in die Vermittlungseinrichtung 25 für jede entsprechende IP-Protokollart
eingeladen wird. Somit kann die Vermitlungseinrichtung 25 einen Satz
an Instruktionen für
die Datenrahmenweiterleitung für
http-Pakete, einen weiteren Satz an Instruktionen für die Weiterleitung
eines SNMP-Pakets und einen weiteren Satz an Instruktionen für die Datenrahmenweiterleitung
für Pakete
mit hoher Priorität (beispielsweise
Video- oder Sprachdatenpakete, etc.) aufweisen.
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4 ist
eine Blockansicht, die das Datnklassifizierungsmodul 24 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 4 gezeigt
ist, umfasst der Netzwerkvermittlungsanschluss 20 eine
MAC 22, einen Empfangs-FIFO-Puffer 27, einen Nachrichtenkopf-
bzw. Vorspannmodifizierer 29 und das Paketklassifizierungsmodul 24.
Das Paketklassifizierungsmodul 24, das auch als Netzwerkvermittlungsanschlussfilter
bezeichnet ist, ist so gestaltet, um das eintreffende Datenpaket
an dem Netzwerkverrnittlungsanschluss 20 zu identifizieren
bzw. zu erkennen, d. h. bewerten, und um der Vermittlungseinrichtung 25 eine
Markierung zuzuleiten, die die Aktion spezifiziert, die an dem Datenpaket
auf der Grundlage der Art des Datenpakets, das empfangen wird, auszuführen ist.
Insbesondere vergleicht das Paketklassifizierungsmodul 24 gleichzeitig
das eintreffende Datenpaket mit mehreren Schablonen, die so ausgestaltet
sind, um entsprechende Datenformate zu erkennen. Das Paketklassifizierungsmodul 24 erkennt
auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem eintreffenden Datenpaket
und den mehreren Schablonen eine auszuführende Gleichung, die die der
Vermittlungseinrichtung 25 zuzuleitende Markierung spezifiziert.
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Insbesondere
erzeugt das Paketklassifizierungsmodul 24 ein Vergleichsergebnis,
das das eintreffende Datenpaket identifiziert, indem mindestens eine
passende Schablone von mehreren Schablonen detektiert wird. Das
Paketklassifizierungsmodul 24 erkennt dann, welche der
Gleichungen die passende Schablone enthält und erzeugt die Markierung,
die von der Gleichung spezifiziert wird.
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5a und 5b sind
Ansichten, die das gleichzeitige Verarbeiten der Schablonen einer
Gleichung mittels des Paketklassifizierungsmoduls 24 zeigen. 5a zeigt
die logische Bewertung durch das Paketklassifizierungsmodul 24 der
Gleichung: Eq1 =M1 × M2 × M3 × M4(M5 + M6 + M7 + M8).
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5b zeigt,
wie die Gleichung Eq1 tatsächlich
in dem Minimumterm-Speicher 70 gespeichert wird. Die Gleichung
Eq1 enthält
4 Schablonen 62a, 62b, 62c und 62d:
die Schablone 62a enthält
die Minimumterme M1, M2, M2, M4 und M5; die Schablone 62b enthält die Minimumterme
M1, M2, M3, M4 und M6; die Schablone 62c enthält die Minimumterme M1,
M2, M3, M4 und M7; und die Schablone 62d enthält die Minimumterme
M1, M2, M3, M4 und M8. Jede Schablone 62 entspricht einem
speziellen IP-Datenformat, das auf der Grundlage des Nachrichtenvorspanns
bzw. des Nachnchtenkopfs des IP-Datenpakets 32 erkennbar
ist. Beispielsweise können
die Schablonen 62a und 62c für das Erkennen eines http-Pakets
konfiguriert sein, und die Schablonen 62b und 62d können für das Erkennen
eines SNMP-Pakets konfiguriert sein. Insbesondere wird ein http-Paket
erkannt, wenn es in einem Ipv4-Format vorliegt, das Feld für die Lebensdauer
im IP größer als
1 ist, das Protokollfeld im IP-Vorspann TCP ist, die Nachrichtenkopf-
bzw. Vorspannprüfsumme richtig
ist, der Quellen-TCP-Anschluss
den Wert 80 oder der Ziel-TCP-Anschluss den Wert 80 aufweist. Ein
SNMP-Paket wird
erkannt, wenn es im Ipv4-Format vorliegt, das Feld für die Lebensdauer
im IP größer als
1 ist, das Protokollfeld im IP-Vorspann TCP ist, die Vorspann-Prüfsumme richtig
ist, der Quellen-TCP-Anschluss den Wert 25 oder der Ziel-TCP-Anschluss
den Wert 25 aufweist.
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Somit
können
die folgenden Min- bzw. Minimumterme erstellt werden, um alle zuvor
beschriebenen Kriterien zu repräsentieren:
- M1 = Paket liegt im Ipv4-Format vor
- M2 = Feld für
die Lebensdauer im IP ist größer als 1
- M3 = Protokollfeld im IP-Vorspann- bzw. Nachrichtenkopf ist
TCP
- M4 = Vorspann-Prüfsumme
ist richtig
- M5 = Quellen-TCP-Anschluss ist 80
- M6 = Ziel-TCP-Anschluss ist 80
- M7 = Quellen-TCP-Anschluss ist 25
- M8 = Ziel-TCP-Anschluss ist 25
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Somit
kennzeichnen die Schablonen 62a und 62c http-Pakete
und die Schablonen 62b und 62d kennzeichnen SNMP-Pakete.
Damit gibt die Gleichung 1 (Eq1) an, dass ein spezielles Ergebnis (beispielsweise
die Markierung mit einem spezifizierten Wert) an die Vermittlungseinrichtung 25 ausgegeben
werden sollte, wenn die Schablone 62a, 62b, 62c oder 62d erfüllt ist.
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Des
weiteren sind die Min- bzw. Minimumterme M1 ... M8 in den zugeordneten
Schablonen 62a und/oder 62b in einer vorgeschriebenen
Reihenfolge angeordnet, die der relativen Position eines Datenbytes
in dem eintreffenden Datenstrom entspricht. Wie in 6 gezeigt
ist, ist der Minimumterm M1 für einen
Vergleich mit dem ersten Byte (B1) des IP-Pakets 32 ausgebildet,
der Minimumterm M2 ist für
einen Vergleich mit einem nachfolgenden Byte (B2) des IP-Pakets 32,
das auf B1 folgt, ausgebildet, der Minimumterm M3 ist für einen
Vergleich mit einem nachfolgenden Byte (B3), das auf B2 folgt, ausgebildet,
und so weiter. Somit ermöglicht
die Verwendung von Schablonen 62 mit Minimumtermen in einer
Reihenfolge entsprechend der relativen Position eines Datenbytes
in dem eintreffenden Datenstrom mehrere gleichzeitige Vergleichsvorgänge zwischen
dem eintreffenden Datenstrom und den Minimumtermen. Daher kann ein
eintreffendes Datenpaket mit mehreren Schablonen verglichen werden,
um nicht nur das Datenformat des eintreffenden Datenpakets zu bestimmen,
sondern auch um festzulegen, welche Aktionen von der Vermittlungseinrichtung 25 auszuführen sind.
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Wie
in 5 gezeigt ist, enthält der Paketklassifizierer 24,
der auch als ein Netzwerkvermittlungsanschlussfilter bezeichnet
wird, eine Minimumterm-Speicher 70 zum Ablegen der Minimumtermwerte
(beispielsweise M1, M2, usw.), wie dies in 7 gezeigt
und im Weiteren beschrieben ist. Der Paketklassifizierer 24 enthält ferner
einen Datenrahmenidentifizierer 72, der zum Kennzeichnen
der Art des Rahmens der Schicht 2, der empfangen wird, ausgebildet
ist; insbesondere ermöglicht
das Erkennen der Art des Datenrahmens der Schicht 2, der empfangen
wird (beispielsweise Ethernet, IEEE 802.2 bis 3, etc.), eine Erkennung
der Startposition 64 des IP-Pakets 32 innerhalb
des Pakets 30 der Schicht 2. Der Paketklassifizierer 24 enthält ferner eine
Minimumtermsteuerung 74, einen Minimumterm-Generator 76,
einen Gleichungskern 78 und einen Bewertungsergebnisspeicher 80.
Es wird ein Prozessorschnittstellenmodul (pi mod) 82 zum Übertragen
der erzeugten Minimumterme von der Host-CPU 26 in den Minimumterm-Speicher 70 verwendet.
Die Minimumterm-Steuerung 74 ist so ausgebildet, um die
Minimumterme aus dem Minimumterm-Speicher 70 entsprechend
einem ausgewählten Byte
des IP-Rahmens 32 abzurufen. Die Minimumterm-Steuerung 74 enthält ferner
einen Positionskonverter, der ausgebildet ist, die eigentliche Byte-Position (byte_location)
des Startpunkts 64 in Reaktion auf das Empfangen eines
Rahmentyp- (frm_type) Signal von dem Datenrahmenidentifizierer 72,
das die Art der Schicht 2 spezifiziert, anzugeben. Somit ruft die
Minimumterm-Steuerung 74 in Reaktion auf das Erkennen des
Beginns des IP-Pakets alle Minimumterme ab, die mit dem ersten Byte
(B1) des IP-Pakets 32 zu vergleichen sind, beispielsweise
die Minimumterme M1, M9 und M14 für die Gleichungen Eq1, Eq2 und
Eq3 in 7. Die Minimumterm-Steuerung 74 leitet dann die
Minimum-Werte (M_STRU INFO) an den Minimumterm-Generator 76 und den Gleichungskern 78 weiter.
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Der
Minimumterm-Generator 76 führt die eigentlichen Minimumterm-Vergleichsvorgänge zwischen
den durch die Minimumterm-Steuerung abgerufenen Minimumtermen und
dem ausgewählten Byte
des eintreffenden Datenstromes durch. Beispielsweise vergleicht
der Minimumterm-Generator 76 gleichzeitig in 6 das
eintreffende Datenbyte B1 mit den Minimumtermen M1, M9 und M14 und
liefert die Minimumterm-Vergleichsergebnisse (mt_result) an dem
Gleichungskern 78. Während
des nächsten
Vergleichsvorgangs vergleicht der Minimumterm-Generator 76 gleichzeitig
das eintreffende Datenbyte B2 mit den Minimumtermen M1, M10 und M15.
Gemäß der offenbarten
Ausführungsform
ist der Minimumterm-Generator für
das gleichzeitige Vergleichen des eintreffenden Datenstromes mit
bis zu 8 Minimumtermen ausgebildet.
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Der
Gleichungskern 78 ist ausgebildet, um eine Rahmenmarkierung
auf der Grundlage der Minimumterm-Vergleichsergebnisse, die von
dem Minimumterm-Generator 76 empfangen werden, entsprechend
den relevanten Schablonen 62 zu erzeugen. Beispielsweise
bewertet der Gleichungskern 78 die Gleichung 1, die in 5A und 5B gezeigt
ist, indem die Minimumterm-Ergebnisse in der Reihenfolge bewertet
werden, wie die Ergebnisse von dem Minimumterm-Generator geliefert
werden. Wenn beispielsweise die Vergleichsvorgänge für jeden der Minimumterme M1,
M2, M3, M4, M5 und M6 zu einem Zustand wahr" führen,
wie dies nachfolgend mit Bezug zu 7 beschrieben
ist, so wird damit die Endbedingung in Gleichung 1 erfüllt, wodurch
bewirkt wird, dass der Gleichungskern 78 eine Markierung entsprechend
der für
die Gleichung 1 spezifizierten Bedingungen erzeugt. Die Rahmenmarkierung
kennzeichnet die Art des eintreffenden Datenpakets sowie die Aktion,
die von der Vermittlungseinrichtung 25 auszuführen ist.
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7 ist
eine Ansicht, die das Datenformat der Minimumterm-Struktur in dem
Minimumterm-Speicher 17 zeigt. Gemäß der offenbarten Ausführungsform
werden die Minimumterme in dem Minimumterm-Speicher 70 in
einer Reihenfolge gespeichert, die der relativen Position des zu
vergleichenden Datenbytes entspricht. Somit werden alle Minimumterme,
die mit dem ersten Datenbyte zu vergleichen sind, zusammen in einem
ersten Teil des Minimumterm-Speichers abgelegt, woran sich Minimumterme
anschließen,
die mit dem zweiten Datenbyte zu vergleichen sind, usw.
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Alternativ
können
die Minimumterme in einer Reihenfolge auf der Grundlage einer relevanten
Information in dem IP-Vorspann bzw. Nachrichtenkopf abgelegt werden,
sowie auf der Grundlage der relativen Position des zu vergleichenden
Datenbytes. Somit können
die Minimumterme in einer Reihenfolge für das Vergleichen der Sequenz
der Datenbytes gespeichert werden, die die Quellen-IP-Adresse, die Ziel-IP-Adresse
und Quellen- und Quellen- und Zielanschlüsse liefern; in diesem Falle
besitzen nichtrelevante Datenbytes am Beginn des IP-Rahmens keine
zugeordneten Minimumterme, die am Anfang des Minimumterm-Speichers 70 abgelegt
sind, wodurch die Effizienz des Minimumterm-Speichers 70 weiter verbessert
wird.
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Jeder
Tabelleneintrag 90 enthält
einen Minimumterm-Bereich und einen Bewertungsbereich. Der Minimumtermbereich
enthält
ein Maskenfeld (MASK) 94, ein Feld für erwartete Daten (EXP_DATA) 96 und
ein Operatorfeld (OPERATOR) 98. Basierend auf der Position
des Tabelleneintrags 90 in dem Minimumterm-Speicher 70 ist
die Minimumterm-Steuerung 74 in der Lage, im Verhältnis zu dem
Anfang 64 des IP-Pakets
zu bestimmen, welches Byte des IP-Pakets 32 mit dem entsprechenden Minimumterm
zu vergleichen ist. Das Maskenfeld 94 ist eine Maske, die
von dem Minimumterm-Generator 76 beim Ausführen der
Vergleichsvorgänge
verwendet wird; wenn die Maske ein Bit aufweist, das auf 1 gesetzt
ist, wird der Wert verglichen, und wenn der Maskenwert Nullen in
dem Feld aufweist, bezeichnet der Vergleich ein willkürliches
Ergebnis. Das Feld für die
erwarteten Daten 96 spezifiziert die erwarteten Daten,
die mit dem relevanten Datenbyte des IP-Pakets 32 zu vergleichen
sind. Das Operatorfeld 98 kennzeichnet die Art des Vergleichs,
der von dem Minimumterm-Generator
auszuführen
ist, z. B.: kleiner als, kleiner oder gleich, gleich, größer als,
größer oder
gleich und nicht gleich.
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Der
Bewertungsbereich enthält
einen Verzweigungsbereich 100, einen Antwortbereich (RINPI) 102 für den Fall,
wenn der Vergleich des Minimumterm-Bereichs „wahr" ergibt, einen zweiten Antwortbereich
(RINPO) 106 für
den Fall, dass der Vergleich des Minimumterm-Bereichs "falsch" ergibt, und eine Gleichungserkennung 110.
Der Verzweigungsbereich 100 spezifiziert die Ordnung des
Oder-Terms in der Gleichung: beispielsweise besitzt der in den 5A, 5B und 6 gezeigten
Minimumterm M1 einen Verzweigungsbereich, der auf 0000 1111 gesetzt
ist, wodurch angezeigt wird, dass die ersten vier Verzweigungen
der Gleichung, die in dem Gleichungserkennungsfeld 110 spezifiziert
ist, den entsprechenden Minimumterm mit einschließen müssen. Die Verwendung
von 8 Bits für
den Verzweigungsbereich geht von der Annahme aus, dass es maximal
8 Verzweigungen in einer vorgegebenen Gleichung gibt.
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Der
Antwortbereich 102 kennzeichnet die auszuführende Operation,
wenn der Minimumterm-Bereich im Hinblick auf das verglichene Datenbyte
als „wahr" bewertet wird. Insbesondere
wird das Endbit (FIN) auf 1 gesetzt, wenn die Ergebnisse der Gleichung
beim Ergebnis „wahr" des Minimumterms bestimmt
werden; das „zurück zum Anfang"-Bit (BINIT) wird
auf 1 gesetzt, wenn der Bewertungsprozess zu dem Anfangszustand
(init) zurückkehren
soll, wenn das Ergebnis des Minimumterms „wahr" ist. Beispielsweise werden im Falle
des Minimumterms M1 das FIN-Bit und das BINIT-Bit von RINP1 auf
Null gesetzt, so dass weitere Vergleichsvorgänge erforderlich sind, wenn
das Minimumterm-Ergebnis „wahr" ist. Im Falle der
Minimumterme M5, M6, M7 und M8 wird das FIN-Bit von RINP1 auf 1
gesetzt, da ein Vergleichsergebnis „wahhr" am Ende der Bewertung auftritt, wie
in 5A und 5B gezeigt
ist.
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Der
Antwortbereich 106 spezifiziert die auszuführende Operation,
wenn der Minimumterm-Bereich als „falsch" im Hinblick auf das verglichene Datenbyte
bewertet wird. Insbesondere wird das Endbit (FIN) auf 1 gesetzt,
wenn die Ergebnisse der Gleichung bestimmt werden, wenn das Minimumterm-Ergebnis „falsch" ist. Das „zurück zum Anfang"-Bit (BINIT) wird
auf 1 gesetzt, wenn der Bewertungsprozess zu dem Anfangszustand
(init) zurückkehren
soll, wenn das Minimumterm-Ergebnis „falsch" ist. Beispielsweise wird im Falle des
Minimumterms M1 das FIN-Bit auf Null gesetzt und das BINIT-Bit von
RINP1 wird auf 1 gesetzt, so dass die Gleichung zum Anfangszustand
zurückkehren
würde,
wenn das Minimumterm-Ergebnis M1 „falsch" ist, wie in 5 gezeigt
ist.
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Das
Gleichungserkennungsfeld 110 kennzeichnet die Gleichung
(oder Schablone, wenn es nur eine Schablone in einer Gleichung gibt),
die dem Minimumterm entspricht.
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Somit
bestimmt der Gleichungskern 78, ob eine spezifizierte Gleichung
eine Schablone 62 besitzt, die für den eintreffenden Datenstrom
passt. Auf der Grundlage mehrerer gleichzeitiger Vergleichsvorgänge des
eintreffenden Datenstroms mit den mehreren Schablonen 63 kann
der Gleichungskern 78 eine passende Gleichung erkennen
und die geeignete Markierung entsprechend der passenden Gleichung
für die
Entscheidungen hinsichtlich der Rahmenweiterleitung an der Vermittlungseinrichtung 25 erzeugen.
Bei Bedart kann der Kern 78 auch einen Befehl an den Vorspann-
bzw.
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Nachrichtenkopfmodifizierer 29 ausgeben, um
den Vorspann bzw. Nachrichtenkopf der Schicht 2, den Vorspann
bzw. Nachrichtenkopf der Schicht 3 oder beide zu modifizieren, bevor
die Daten an die Vermittlungsstelle übertragen werden.
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Gemäß der offenbarten
Ausführungsform enthält ein Netzwerkvermittlungsanschluss
einen Filter, der mehrere gleichzeitige Vergleichsvorgänge zwischen
den eintreffenden Datenstrom des Datenpakets und mehreren Schablonen,
die zur Erkennung eines entsprechenden Protokolls ausgeschaltet sind,
durchführen
kann. Da das Paketklassifizierungsmodul 24 jedes der Bytes
des IP-Rahmens 32 verarbeiten, kann das Paketklassifizierungsmodul 24 die
gesamten Vorspann- bzw. Nachrichtenkopfinformationen in dem IP-Paket 32 aus
den Protokollen für die
Schicht 3 bis zur Schicht 7 verstehen. Ferner versetzen
die mehreren gleichzeitigen Vergleichsvorgänge die Netzwerkvermittlungsstelle 12 in
die Lage, eine Vermittlung der Schicht 3 für 100 Mbps- und Gigabit-Netzwerke
auszuführen,
ohne die Netzwerkvermittlungsstelle zu blockieren. Schließlich ermöglichen
die mehreren gleichzeitigen Vergleichsvorgänge in der Reihenfolge, in
der die Daten empfangen werden, ein Ausführen der Vergleichsvorgänge in Echtzeit,
anders als in alternativen Schemata, etwa in programmierbaren Logikarrays
(PLA), die erfordern, dass der gesamte Vorspann bzw. Nachrichtenkopf empfangen
werden muss, bevor die Datenverarbeitung beginnen kann.
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Obwohl
diese Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben
ist, das gegenwärtig als
die praktikabelste bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird,
ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen eingeschränkt ist,
sondern dass im Gegenteil diverse Modifizierungen und Äquivalente,
die im Schutzbereich der angefügten
Patentansprüche
enthalten sind, abgedeckt werden sollen.