DE60120807T2

DE60120807T2 - Schaltvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE60120807T2
Application number: DE60120807T
Authority: DE
Inventors: Ronald P. Luijten; Michel Colmant
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: US6999415B2; US20010021174A1; JP3606565B2; ATE331369T1; DE60120807D1; JP2001285364A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinheit für Datenpakete mit mehreren Eingangsanschlüssen und mehreren Ausgangsanschlüssen, die dazu bestimmt ist, eingehende Datenpakete gemäß ihrem Datenanfangs-Etikett an einen oder mehrere vorgesehene Ausgangsanschlüsse und von dort an eine nachfolgende Einheit zu übertragen. Die Eingangsanschlüsse der Schalteinheit sind mit Schaltadaptern verbunden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schalteinheit, die Datenpakete durch ein Schaltwerk leitet und über einen Mechanismus verfügt, der die Verarbeitung von Datenpakete verhindert, falls den Schaltadaptern eine Überlastsituation gemeldet wurde. Als Datenpakete sind insbesondere ATM-Zellen oder auch Ethernet-Datenrahmen zulässig.
TECHNISCHES GEBIET UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die schnelle Schaltung von Daten, seien es Abtastwerte von Analogsignalen oder alphanumerische Daten, stellt eine wichtige Aufgabe in einem Datenübertragungsnetzwerk dar. Die Netzwerkknoten, an denen Leitungen oder Übertragungsverbindungen aus verschiedenen Richtungen zusammenlaufen, um so den Datenaustausch zwischen ihnen zu ermöglichen, bilden häufig die Ursache für Verzögerungen bei der Übertragung. Wenn an einem Knoten ein starker Datenverkehr vorliegt und wenn insbesondere der Großteil des Datenverkehrs über einige wenige Verbindungen läuft, kommt es häufig zu vermehrten Verzögerungen oder sogar zu Datenverlusten. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, über Schaltknoten zu verfügen, die eine schnelle Wegewahl ermöglichen.
EP 0 312 628 beschreibt eine Schaltvorrichtung für die Verbindung einer Vielzahl von ein- und ausgehenden Übertragungsleitungen eines Datenübertragungsnetzwerks bzw. für den Datenaustausch zwischen ein- und ausgehenden Verbindungsleitungen von Computern und Arbeitsplatzrechnern. Darüber hinaus werden bekannte Datenpaketformate beschrieben.
Einen Überblick über die Schalttechnologie nach dem Stand der Technik gibt die Internetseite www.zurich.ibm.com/Technology/ATM/SWOCPWP, auf der eine Einführung zum PRIZMA-Chip gegeben wird. Eine weitere Informationsquelle zu diesem Thema ist die Veröffentlichung mit dem Titel „A flexible shared-buffer switch for ATM at Gbit/s rates" von W.E. Denzel, A.P.J. Engbersen und I. Iliadis in Computer Networks and ISDN Systems, (0169-7552/94), Elsevier Science B.V., Bd. 27, Nr. 4, S. 611 bis 624.
Der PRIZMA-Chip umfasst einen gemeinsam genutzten Ausgangspufferspeicher und verfügt über 16 Ein- und 16 Ausgangsanschlüsse, die eine Anschlussgeschwindigkeit von 300 bis 400 MBit/s bereitstellen. Das Schaltprinzip besteht darin, dass eingehende Datenpakete zunächst durch einen vollständig parallelen E/A-Wegewahlbaum geleitet werden und die weitergeleiteten Datenpakete anschließend in den Ausgangspufferspeicher gestellt werden. Zusätzlich verwendet der Chip eine Trennung zwischen (Nutz-)Datenfluss und Steuerdatenfluss (Datenanfangs-Etiketten). Nur die Nutzdaten werden in einem Ausgangspufferspeicher mit dynamischer gemeinsamer Nutzung gespeichert. Der PRIZMA-Chip weist eine skalierbare Architektur auf und bietet somit eine Vielzahl von Erweiterungsmöglichkeiten, mit denen die Anschlussgeschwindigkeit, die Anzahl der Anschlüsse und der Datendurchsatz erhöht werden können. Diese Erweiterungen lassen sich auf der Grundlage einer modularen Nutzung des PRIZMA-Chips umsetzen. Daneben können auch modular aufgebaute Einstufen- oder Mehrstufen-Schaltwerke erstellt werden.
Der PRIZMA-Chip eignet sich besonders für die Breitband-Datenfernübertragung auf der Grundlage von ATM, d.h. Asynchronous Transfer Mode (asynchrones Übermittlungsverfahren). Allerdings ist das Konzept nicht auf ATM-bezogene Architekturumgebungen beschränkt. ATM beruht auf kurzen Datenpaketen mit einer festen Länge, die häufig auch als Zellen bezeichnet werden, und ist als integrierter Schalt- und Übertragungsstandard für das künftige öffentliche Breitband-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) vorgesehen. Die Topologie und Warteschlangenfunktion des PRIZMA-Chips für den freien Zugriff mit Kollisionen (Content-Resolution-Zugriffsverfahren) arbeitet mit einem hohen Grad an Parallelität. Die Wegewahlfunktion erfolgt auf verteilte Art und Weise auf Hardware-Ebene und wird als Selbst-Wegewahl bezeichnet. ATM-Datenpakete werden in mehrere Pakettypen unterteilt, insbesondere in Pakettypen mit unterschiedlichen Nutzdatengrößen, wobei der PRIZMA-Chip für die Verarbeitung von Datenpaketen mit einer Nutzdatengröße von bis zu 64 Byte ausgelegt ist. Es werden jedoch häufig auch Datenpakete mit einer Nutzdatengröße von 12, 16, 32 oder 48 Byte übertragen.
Wenn mehrere Datenquellen mit einer einzigen Schalteinheit verbunden sind, wird jeder der Quellen eine bestimmte Bandbreite zugewiesen, die nicht oder nur geringfügig überschritten werden darf, da andernfalls die Leistung der Schalteinheit abnehmen und es in der Folge zu längeren Latenzzeiten oder sogar zu Datenverlust kommen würde. Die Datenquellen und hier insbesondere die Unternehmen, welche die Daten bereitstellen, haben Vorgaben bezüglich der Bandbreitennutzung einzuhalten, die in der Regel Strafgebühren nach sich ziehen, wenn ein Unternehmen die ihm zugewiesene Bandbreite überschreitet. Es ist Aufgabe der Schalteinheit, die Datenquellen dahingehend gerecht zu behandeln, dass sie die Datenpakete von denjenigen Datenquellen verarbeitet, die unterhalb der zugewiesenen Bandbreite bleiben, und dass sie bei Bedarf lediglich die Verarbeitungsqualität derjenigen eingehenden Datenpakete verringert, die über die zugewiesene Bandbreite hinausgehen. Diese so genannte Dienstqualität ist von entscheidender Bedeutung für die Befriedigung des Interesses der Kunden, die ein Recht darauf haben, mit Blick auf ihre Datenpakete gerecht behandelt zu werden. Eine ungerechte Behandlung kann zu Unzufriedenheit der Kunden und zu finanziellen Einbußen führen. Um den bei einer Schalteinheit eingehenden Fluss von Datenpaketen zu steuern, beschreibt die US-Patentschrift 5 493 566 ein System, mit dem der Fluss von Datenzellen durch eine Datenpaket-Schalteinheit sowohl Eingangs- als auch Ausgangspufferspeicher in einer Rückkopplungsschleife vereint. Der Auslastungsgrad der Ausgangspufferspeicher wird ständig überwacht und an eine Zugriffseinheit auf der Eingangsseite der Schalteinheit übermittelt. Die Zugriffseinheit beinhaltet Eingangspufferspeicher und eine Drosselungseinheit, um den Fluss der Datenzellen zu stoppen und sie in den Eingangspufferspeichern zurückzuhalten, wenn der Auslastungsgrad der Ausgangspufferspeicher einen vorgegebenen Stand übersteigt. Dabei wird eine Statusmeldung zum Auslastungsgrad der Ausgangspufferspeicher mit einer Zugriffsnachricht verglichen, die angibt, welche Ausgangspufferspeicher von Zellen in den Eingangspufferspeichern adressiert werden, und nur die Zellen, die an Ausgangspufferspeicher mit einem zu hohen Auslastungsgrad adressiert sind, werden von der Drosselungseinheit gestoppt.
„Random Early Detection Gateways for Congestion Avoidance" von S. Floyd et. al., IEEE Transactions on Networking, August 1993, Bd. 1, Nr. 4, Seiten 397 bis 413, offenbart, wie der Verbindungsrechner eine unmittelbar bevorstehende Überlastsituation erkennt, indem er die durchschnittliche Größe der Warteschlange berechnet. Dabei kann der Verbindungsrechner Verbindungen von einer Überlastsituation unterrichten, indem er entweder bei ihm eingehende Datenpakete löscht oder indem er in den Datenanfangs-Etiketten der Datenpakete ein Bit setzt. Wenn die Durchschnittsgröße der Warteschlange einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, löscht bzw. markiert der Verbindungsrechner jedes eingehende Datenpaket mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, wobei der genaue Grad der Wahrscheinlichkeit eine Funktion der durchschnittlichen Warteschlangengröße ist.
AUFGABE UND VORTEILE DER ERFINDUNG
Die Drosselungseinheit gemäß dem zuletzt erwähnten Stand der Technik ist derjenige Teil des Schaltadapters, welcher die Geschwindigkeit der an die Schalteinheit selbst gesendeten Datenpakete steuert. Die Schalteinheit verfügt über keinen Mechanismus für die Handhabung eines Adapters, der den Fluss der Datenpakete aus einem wie auch immer gearteten Grund nicht gemäß dem mitgeteilten Auslastungsgrad des Ausgangspufferspeichers drosselt.
Eine Aufgabe der Erfindung gemäß Anspruch 1 und 9 besteht in der Bereitstellung einer Schalteinheit bzw. eines Verfahrens, die/das in der Lage ist, mit Schaltadaptern, die fehlerhaft sind oder aus anderweitigen Gründen trotz Gegendruck weiterhin Datenpakete senden, umzugehen, um so allen verbundenen Datenquellen eine gerechte Behandlung und Dienstqualität anbieten zu können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinheit mit mehreren Eingangsanschlüssen und mehreren Ausgangsanschlüssen, wobei jeder Eingangsanschluss mit einem entsprechenden Schaltadapter verbunden ist. Mindestens eine Schaltsteuereinheit steuert die Weiterleitung der eingehenden Datenpakete von den Eingangs- zu den Ausgangsanschlüssen. Eine Überlaststeuereinheit ist für jeden Ausgangsanschluss so gestaltet, dass sie während ihres Betriebs Daten in Form von Gegendruckdaten bereitstellt, die melden, ob die Schaltadapter eines der Datenpakete über den Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss senden dürfen. Für den Fall, dass trotz nicht erteilter Erlaubnis zum Senden des Datenpakets ein Datenpaket an dem Eingangsanschluss empfangen wird, ist für jeden der Eingangsanschlüsse eine Datenpaket-Zugriffsteuereinheit in Betrieb, die so ausgelegt ist, dass sie das Datenpaket als nichtregelgerecht kennzeichnet, wobei die Schalteinheit so ausgelegt ist, dass sie die Kennzeichnung verwendet, um die gekennzeichneten Datenpakete zu löschen. Mit dieser Kennzeichnung kann die Weiterleitung des Datenpakets verhindert werden. Die Kennzeichnung als nichtregelgerecht übernimmt eine Datenpaket-Zugriffsteuereinheit, die der Schalteinheit zugehörig ist. Vorzugsweise wird die Latenzzeit der Datenflusssteuerung, d.h. die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Erlaubnisverweigerung an der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit empfangen wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem das erste Datenpaket möglicherweise gesendet wurde, nachdem der Schaltadapter über die Erlaubnisverweigerung unterrichtet wurde, von der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit berücksichtigt.
In einem Schema mit Eingangspufferspeichern und einem gemeinsamen Ausgangspufferspeicher kann die Erfindung wie folgt realisiert sein: Für die Ausgangswarteschlangen und/oder den gemeinsamen Ausgangspufferspeicher wird ein Erlaubnismittel in Form einer Überlaststeuereinheit bereitgestellt, die den Eingangspufferspeichern mitteilt, dass ein Grenzwert für die belegten Speicherplätze in einer oder mehreren der Ausgangswarteschlangen bzw. für die belegten Adressen in dem gemeinsamen Ausgangspufferspeicher überschritten ist. Die vorgesehene Reaktion der Eingangspufferspeicher auf diesen Gegendruck wird durch die Datenpaket-Zugriffsteuereinheit gewährleistet, welche die Datenpakete, die trotz des erzeugten Gegendrucks in Form negativer Erlaubnisdaten eingehen, als nichtregelgerecht kennzeichnet. Die Reihenfolgedaten eines Rundsende-Datenpakets können in jeder der Ausgangswarteschlangen für die Ausgangsanschlüsse eingegeben werden, die dieses Rundsende-Datenpaket erreichen soll, und deren Adresse kann von der Adressverwaltungseinheit erst dann für ein anderes Datenpaket freigegeben werden, nachdem alle Reihenfolgedaten des Rundsende-Datenpakets von der Ausgangs-Wegewahleinheit erfolgreich verarbeitet wurden.
Die Zieldaten des Datenpakets können aus dem Inhalt der Datenpakete abgeleitet werden. Bei Datenpaketen mit unterschiedlichen Verarbeitungsprioritäten kann für jede Prioritätsklasse und für jeden Ausgangsanschluss eine eigene Eingangswarteschlange bereitgestellt werden.
Es ist von Vorteil, die Datenpakete an jedem Eingangsanschluss gemäß den Ausgangsanschlüssen, welche die Datenpakete als Ziel haben, in Eingangswarteschlangen eines Eingangspufferspeichers zu sortieren, der mindestens so viele Eingangswarteschlangen umfasst, wie die Schalteinheit Ausgangsanschlüsse aufweist, und die Datenpakete von den Eingangswarteschlangen der zugehörigen Eingangspufferspeicher an die Wegewahleinheit zu multiplexen. Bei der Anordnung einer Wegewahleinheit mit Ausgangspufferspeichern kann für jeden Eingangsanschluss eine unabhängige Steuereinheit verwendet werden, wobei die Reihenfolge der Datenpakete gemultiplext wird, und die Datenpakete gemäß den Datenpaket-Zieldaten über die Wegewahleinheit und mindestens einen Ausgangspufferspeicher an mindestens einen der zweckbestimmten Ausgangsanschlüsse weiterzuleiten.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Beispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beispielhaft und ausführlich beschrieben. Dabei zeigt
1 eine Anordnung mit einer Kreuzschienenschalteinheit mit virtueller Ausgangsspeicherung,
2 eine Ausführungsform einer Datenpaket-Zugriffsteuereinheit,
3 eine auf einer Wegewahleinheit beruhende Schaltanordnung mit einzelnen Ausgangspufferspeichern,
4 eine auf einer Wegewahleinheit beruhende Schaltanordnung mit einem gemeinsam genutzten Ausgangspufferspeicher.
Zur besseren Übersichtlichkeit sind sämtliche Figuren weder mit ihren realen Abmessungen dargestellt, noch entsprechen die Größenverhältnisse zwischen den einzelnen Abmessungen einem realitätsgetreuen Maßstab.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
1 zeigt eine Schalteinheit 10 mit Eingangspufferspeicher für die Verarbeitung von Datenpaketen. Die bei der Schalteinheit 10 eingehenden Datenpakete enthalten Daten, die übertragen werden müssen (auch als Nutzdaten bezeichnet), sowie ein Datenanfangs-Etikett des Datenpakets, das verschiedene Informationen zu dem Datenpaket beinhaltet, z.B. den Pakettyp, eine Integritätsprüfsumme und die Zieladresse dieses Datenpakets, die auch als Zieldaten des Datenpakets bezeichnet wird.
Die Anordnung umfasst eine Schalteinheit 10 wie beispielsweise eine Kreuzschienenschalteinheit mit einer Anzahl N von Eingangsanschlüssen 20 und einer Anzahl N von Ausgangsanschlüssen 30. An jedem Eingangsanschluss 20 befindet sich ein Schaltadapter 19, der einen in Form einer FIFO-Warteschlange ausgeführten Eingangspufferspeicher 11 umfasst, welche auch als „IB" (input buffer) kenntlich gemacht ist. Jeder Schaltadapter 19 ist mit einer entsprechenden Adaptereingangsleitung 50 verbunden. Die Eingangspufferspeicher 11 sind jeweils in eine Vielzahl von Eingangswarteschlangen 12 aufgeteilt, wobei jeder Eingangspufferspeicher 11 für jeden Ausgangsanschluss 30 genau eine derartige Eingangswarteschlange 12 aufweist. Somit umfasst hier jeder Eingangspufferspeicher 11N Eingangswarteschlangen 12. In jeder dieser Eingangswarteschlangen 12 eines Eingangspufferspeichers 11 werden die an einen bestimmten Ausgangsanschluss 30 gerichteten eingehenden Datenpakete gespeichert. Somit werden die eingehenden Datenpakete in jedem Eingangspufferspeicher 11 gemäß ihrem Ziel-Ausgangsanschluss 30 sortiert. Aus diesem Grund umfasst der Schaltadapter 19 einen Verteiler 27, der die an den Adaptereingangsleitungen 50 eingehenden Datenpakete gemäß ihrem Ziel auf die Eingangswarteschlangen 12 verteilt. Auf der Ausgangsseite der Eingangswarteschlangen 12 verbindet eine Wahleinheit 26 zu einem bestimmten Zeitpunkt die betreffende Eingangswarteschlange 12, die zu diesem Zeitpunkt ein Datenpaket an die Schalteinheit 10 übertragen darf.
Alle Schaltadapter 19 sind mit einer gemeinsam genutzten Steuereinheit 25 verbunden, die auch als „C" (control unit) gekennzeichnet und wiederum mit der Schalteinheit 10 verbunden ist. Die Steuereinheit 25 hat zur Aufgabe, die Datenpakete, die über die Adaptereingangsleitungen 50 eingehen und an einem oder mehreren der Ausgangsanschlüsse 30 eingehen sollen, an diese Ausgangsanschlüsse 30 weiterzuleiten. Von den Ausgangsanschlüssen 30 können diese Datenpakete nachfolgenden Einheiten bereitgestellt werden, bei denen es sich um weitere Schalteinheiten oder um Empfangseinheiten usw. handeln kann.
Diese Anordnung sieht eine so genannte „First buffer then switch"-Funktion vor, bei der, wenn ein eingehendes Datenpaket nicht sofort an den Ausgangsanschluss 30 weitergeleitet werden kann, für den es vorgesehen ist, da dieser Ausgangsanschluss 30 bereits mit dem Empfangen eines anderen Datenpakets beschäftigt ist, das eingehende Datenpaket so lange in dem betreffenden Eingangspufferspeicher 11 zurückgehalten wird, bis der Pfad, den dieses Datenpaket durch die Schalteinheit 10 nehmen muss, frei ist. Dabei übernimmt die Steuereinheit 25 die Aufgabe, die notwendigen Verbindungen gemäß den Datenpaket-Zieldaten, die in jedem Datenanfangs-Etikett eines Datenpakets enthalten sind, zwischen den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 30 bereitzustellen und den Eingangspufferspeichern 11 mitzuteilen, wenn der Pfad für das nächste Datenpaket in dem betreffenden Eingangspufferspeicher 11 frei ist, so dass dieses Datenpaket aus dem Eingangspufferspeicher 11 entnommen und an sein Ziel, d.h. den Ziel-Ausgangsanschluss 30, gesendet werden kann.
Wenn das Datenanfangs-Etikett des an einen bestimmten Ausgangsanschluss 30 gerichteten Datenpaktes blockiert ist, da dieser Ausgangsanschluss 30 zu diesem Zeitpunkt mit einem anderen Datenpaket beschäftigt ist, können bei dieser Anordnung nur diejenigen Datenpakete durch ein Datenpaket an erster Stelle der Warteschlange blockiert werden, die für denselben Ausgangsanschluss 30 vorgesehen sind, während für einen anderen Ausgangsanschluss 30 vorgesehene Datenpakete unabhängig davon verarbeitet und an die Schalteinheit 10 weitergeleitet werden können, wenn der Pfad zu ihrem Ziel-Ausgangsanschluss 30 nicht belegt ist. In der Theorie ergibt dies eine ideale Leistungskurve mit einem theoretischen Höchstdurchsatz von 100 %. Ein realistischer Ansatz zur Verwendung der beschriebenen Anordnung führt zu der praxisbezogenen Empfehlung, diese Schalteinheit 10 mit höchstens 40 bis 50 % des maximal möglichen Datenpaketverkehrs zu belasten, da über diesen Bereich hinaus die Kurve, die das Verhältnis von Verzögerung gegenüber Last beschreibt, immer steiler wird, was bedeutet, dass eine kleine Laststeigerung zu einer großen Zunahme der Verzögerung bzw. des genutzten Eingangspufferspeicherplatzes führt. Da die starke Abhängigkeit der Verzögerung von der Last bei realen Anwendungen nicht erwünscht ist, ergibt sich eine bevorzugte Nutzung der Schalteinheit 10 im flachen Bereich der Verzögerung-Last-Kurve. Dies hat folgende Bedeutung: Eine Kreuzschienenschalteinheit 10 mit 16 Eingangs-/Ausgangsanschlüssen und einer Anschlussgeschwindigkeit von 1 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) kann angesichts dieser Beschränkung keinen Datenverkehr von insgesamt 16 × 1 GBit/s, sondern lediglich 40 bis 50 % davon, d.h. 6,5 bis 8 GBit/s, verarbeiten.
Außerdem steigt bei einem endlichen Speicherplatz des Eingangspufferspeichers 11 die Wahrscheinlichkeit eines Datenverlusts, da sich der Eingangspufferspeicherplatz aufgrund einer Blockierung füllen kann und die eingehenden Datenpakete verloren gehen, sobald der Eingangspufferspeicher 11 voll ist. Diese Wahrscheinlichkeit nimmt auch mit Rundsende-Datenpaketen zu.
Um im Falle einer Überlastsituation durch blockierte Datenpakete einen Datenverlust zu vermeiden, wird ein als Erlaubnismechanismus bezeichneter Datenflusssteuerungsmechanismus für die Datenpakete hinzugefügt, dessen Ausführung einer nicht abgebildeten Überlaststeuereinheit obliegt, die Erlaubnisdaten GR (grant information) erzeugt, welche von einem beliebigen Ausgangsanschluss 30 an die Steuereinheit 25 ausgegeben werden, die wiederum diese Erlaubnisdaten GR auf alle Eingangspufferspeicher 11 verteilt. Die Erlaubnisdaten GR können zwei Zustände aufweisen: „Erlaubnis erteilt", d.h. die Eingangspufferspeicher 11 können Datenpakete senden, oder „Erlaubnis nicht erteilt", d.h. die Eingangspufferspeicher 11 dürfen keine Datenpakete mehr senden. Beim Zustand „Erlaubnis erteilt" spricht man von positiven Erlaubnisdaten GR, beim Zustand „Erlaubnis nicht erteilt" von negativen Erlaubnisdaten GR. Die negativen Erlaubnisdaten GR teilen dem Eingangspufferspeicher 11 mit, dass der Ausgangsanschluss 30, der die negativen Erlaubnisdaten GR ausgegeben hat, keine eingehenden Datenpakete mehr empfangen kann und dass die Eingangspufferspeicher 11 daher so lange keine weiteren Datenpakete an den betreffenden Ausgangsanschluss 30 senden sollen, bis neu ausgegebene positive Erlaubnisdaten GR den Eingangspufferspeichern 11 mitteilen, dass das Senden der Datenpakete wieder aufgenommen werden kann. Dabei werden die Erlaubnisdaten GR hier von einer Überlaststeuereinheit 60 ausgegeben, wobei für jeden Ausgangsanschluss 30 eine derartige Einheit vorgesehen ist. Sobald ein Zustand vorliegt, der von der Überlaststeuereinheit 60 als Überlauf oder Überlastsituation ausgelegt wird, schaltet die Überlaststeuereinheit 60 von den positiven Erlaubnisdaten GR auf die negativen Erlaubnisdaten GR um. Sobald die Überlaststeuereinheit 60 erkennt, dass die Überlastsituation bzw. der Überlauf nicht mehr gegeben sind, schaltet sie wieder von den negativen Erlaubnisdaten GR auf die positiven Erlaubnisdaten GR um. Abhängig von der Ausgestaltung und einer Sicherheitsmarge liegt der Grenzwert für die Umschaltung in der Regel unter dem maximalen Auslastungsgrad. Für das Hin- und Herschalten können zwei verschiedene Grenzwerte verwendet werden, so dass sich eine Umschalthysterese ergibt.
Die Schalteinheit 10 umfasst für jeden Eingangsanschluss 20 eine Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40, die für den betreffenden Eingangsanschluss 20 auch die Erlaubnisdaten GR empfängt. Die Aufgabe der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 besteht darin sicherzustellen, dass Datenpakete, die trotz der an den Eingangspufferspeicher 11 gesendeten negativen Erlaubnisdaten GR beim Eingangspufferspeicher 11 eingehen, erkannt werden. Ihre Verarbeitung kann dann von der Schalteinheit 10 verwehrt werden. Diese Datenpakete werden in der Folge als nichtregelgerecht eingestuft und entsprechend gekennzeichnet.
Dieser Fall kann eintreten, wenn beispielsweise der Schaltadapter 19 fehlerhaft ist und daher nicht auf die negativen Erlaubnisdaten GR anspricht. Wenn die gekennzeichneten Datenpakete gelöscht werden, stellt der Steuermechanismus der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 sicher, dass trotz eines derartigen Fehlverhaltens das Verfahren für den Datenpaketverkehr eingehalten wird und dass somit nur regelgerechte Datenpakete verarbeitet, d.h. an ihren Ziel-Ausgangsanschluss 30 übertragen werden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde die Schalteinheit 10 Datenpakete verarbeiten, die dem Verfahren für den Datenpaketverkehr nicht entsprechen, was sich nachteilig auf die Bandbreite auswirken würde, die denjenigen Schaltadaptern 19 zur Verfügung steht, die das Verfahren für den Datenpaketverkehr einhalten. Um die Dienstqualität für alle Schaltadapter 19 bzw. die Anwender, welche die Datenpakete über die Schaltadapter 19 senden, zu gewährleisten, muss das Verfahren für den Datenpaketverkehr eingehalten werden.
In dieser Phase dient die Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 zur Einstufung von Datenpaketen, indem sie nichtregelgerechte Datenpakete erkennt. Die Erkennung kann dann zu verschiedenen Zwecken genutzt werden: Die Tatsache, dass nichtregelgerechte Datenpakete eingegangen sind, kann dem betreffenden Schaltadapter 19 oder einer anderen Einheit mitgeteilt werden, der bzw. die somit davon unterrichtet wird, dass etwas nicht wie vorgesehen funktioniert. Die Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 übernimmt somit die Aufgabe eines Diagnosesystems, und anhand der erkannten Fehlfunktion eines Schaltadapters 19 kann dieser Schaltadapter 19 ausgetauscht oder repariert werden. In einer Unternehmensumgebung, in der für die Bandbreite bezahlt wird, können dem Eigentümer des fehlerhaften Schaltadapters die Kosten für die sich daraus ergebende übermäßige Bandbreitennutzung in Rechnung gestellt werden. Die gekennzeichneten Datenpakete sollten vorzugsweise gelöscht werden, um zu verhindern, dass zusätzliche Latenzzeiten beim Durchsatz entstehen oder die Verarbeitung regelgerechter Datenpakete verweigert wird. Die Verwendung der Kennzeichnung wird durch die Programmierung bzw. die Ausführungsart der Schalteinheit 10 bestimmt. Die Schalteinheit kann damit so ausgelegt sein, dass nichtregelgerechte Datenpakete automatisch gelöscht werden. Außerdem kann die Datenübertragung zu dem fehlerhaften Schaltadapter 19 oder zu einer Einheit, die weiter netzaufwärts von dem Schaltadapter 19 angeordnet ist, erfolgen. Um zu entscheiden, ob ein Datenpaket verarbeitet oder gelöscht werden soll, umfasst die Schalteinheit eine nicht abgebildete Flusssteuereinheit, welche die Flusssteuerung durchführt.
Da der Teil des Datenanfangs-Etiketts eines Datenpakets, der das Ziel des Datenpakets angibt, nach dem Eingang des Datenpakets am Ausgangsanschluss 30 nicht mehr benötigt wird, kann dieser Speicherplatz zur Aufnahme der Erlaubnisdaten GR dienen. Dabei ist der Speicherplatz so groß, dass nicht nur die Erlaubnisdaten GR für einen einzigen Ausgangsanschluss 30, sondern die Erlaubnisdaten GR für alle Ausgangsanschlüsse 30 in dem Datenanfangs-Etikett eines einzigen Datenpakets darin Platz finden. So kann für jeden Eingangsanschluss 20 ein einziges Bit für den Status der entsprechenden Erlaubnisdaten GR stehen. Dabei enthält das Datenanfangs-Etikett des Datenpakets eine Einzelbitdarstellung, die den Erlaubniszustand aller Eingangsanschlüsse 20 zeigt. Denkbar ist auch, dass zusätzlich zum Zustand „Erlaubnis erteilt/nicht erteilt" der Erlaubnisdaten GR weitere Daten, die in Zusammenhang mit den Erlaubnisdaten GR stehen, erzeugt und übertragen werden. So können die Erlaubnisdaten GR von verschiedenen Grenzwerten abhängig sein, die unter Umständen realisiert sind. Die erzeugten und in das Datenanfangs-Etikett gestellten Daten können dann auch in einem codierten Binärformat den Grenzwert enthalten, der von der Anzahl der in der Warteschlange befindlichen Datenpaketen überschritten wurde, wie weiter unten erläutert wird.
Das geänderte Datenpaket wird dann vom Ausgangsanschluss 30 an eine nachfolgende Einheit gesendet, und – da es eine vorteilhafte und gängige Vorgehensweise darstellt, die Ausgangsanschlüsse 30 und die Eingangsanschlüsse 20 zu vereinheitlichen – erreicht das geänderte Datenpaket, das nun die Erlaubnisdaten GR in seinem Datenanfangs-Etikett enthält, automatisch den Eingangsanschluss 20, der die Erlaubnisdaten GR aus dem Datenanfangs-Etikett auslesen und eine Aktualisierung der Erlaubnisdaten erhalten kann. Diese Aktualisierung kann für jedes Datenpaket erfolgen, so dass die Schaltadapter 19 fortlaufend über eine Änderung der Erlaubnisdaten GR unterrichtet werden.
In 2 ist eine Ausführungsform einer Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 abgebildet. Die Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 umfasst ein Zugriffsgatter 41 und eine Ablaufsteuereinheit mit endlichen Zuständen (Finite State Machine) in Form eines Zählers 42, dessen Ausgang mit einem Eingang des Zugriffsgatters 41 verbunden ist, wobei dessen anderer Eingang die vom Schaltadapter 19 eingehenden Datenpakete (DP in) erhält. Der Zähler 42 stellt einen Zeitrahmen bereit, während dessen Datenpakete als regelgerecht akzeptiert werden, obwohl negative Erlaubnisdaten GR erzeugt und gesendet wurden. Die Bereitstellung dieses Zeitrahmen erfolgt aufgrund der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Erlaubnisdaten GR gesendet wurden, und dem Zeitpunkt, zu dem sie im Eingangspufferspeicher 11 eingegangen sind, plus der Zeitspanne, die ein unmittelbar vor dem letzten Zeitpunkt gesendetes Datenpaket benötigt, um bei der Schalteinheit 10 einzugehen, wobei die Zeitspanne eine Latenzzeit für die Datenflusssteuerung definiert. Dieser Zeitpunkt ist veränderbar, und die Auswahl des letztmöglichen Zeitpunkts, d.h. die Verwendung der maximalen Laufzeit für ein Datenpaket vom Eingangspufferspeicher 11 zur Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40, wird als bestmögliche Lösung betrachtet, da, obwohl auf diese Weise das eine oder andere nichtregelgerechte Datenpaket trotz seiner Nichteinhaltung der Regeln akzeptiert und verarbeitet wird, kein einziges regelgerechtes Datenpaket als nichtregelgerecht behandelt und benachteiligt wird, indem es verworfen oder ein Fehlersignal übertragen wird. Der Zähler 42 kann daher auf diesen oberen Grenzwert für die Latenzzeit der Datenflusssteuerung gesetzt werden, wird immer dann gestartet, wenn bei der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 Erlaubnisdaten GR eingehen, und wird zurückgesetzt, sobald die Erlaubnisdaten GR von negativ auf positiv umgeschaltet werden.
Die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Erlaubnisdaten GR gesendet werden, und dem Zeitpunkt, zu dem das letzte Datenpaket, das vor dem Eingang der Erlaubnisdaten GR beim Eingangspufferspeicher 11 gesendet wurde, an dem Ausgangsanschluss 30 eingeht, der die Erlaubnisdaten GR gesendet hat, wird als Umlaufzeit bezeichnet.
Die Erlaubnisdaten GR werden hier in Form eines einzelnen Bits bereitgestellt, das für die Erlaubnisdaten GR für einen Ausgangsanschluss 30 bzw. einen Eingangsanschluss 20 steht. Die negativen Erlaubnisdaten GR werden erzeugt, wenn die Anzahl der Datenpakete, die in oder nach einem Ausgangsanschluss 30 zwischengespeichert sind, einen vorgegebenen ersten Grenzwert übersteigt. Der erste Grenzwert ist niedriger als die tatsächliche Größe des Pufferspeichers des Ausgangsanschlusses 30, um so diejenigen Datenpakete zwischenspeichern zu können, die von den Eingangsadaptern, d.h. den Schaltadaptern 19, während der Zeitspanne gesendet werden, welche die negativen Erlaubnisdaten GR benötigen, um die Erlaubnisverweigerung in den Eingangspufferspeichern 11 zu bewirken. Die Umschaltung von den negativen auf die positiven Erlaubnisdaten GR kann durch die Unterschreitung eines zweiten Grenzwerts ausgelöst werden, der mit dem ersten Grenzwert übereinstimmen kann, dies jedoch nicht zwangsläufig muss. Wie weiter oben bereits erwähnt, können sogar mehrere derartiger Grenzwerte für eine Über- und/oder Unterschreitung realisiert werden, und die Daten, die angeben, welcher Grenzwert im Einzelnen die Umschaltung der Erlaubnisdaten GR veranlasst hat, können an die Schaltadapter 19 übertragen werden.
Das Sortieren nach Ziel wird auch als virtuelle Ausgangsspeicherung (Virtual Output Queuing, VOQ) bezeichnet. Die Steuereinheit 25 muss eine Höchstzahl von N² Anfragen verarbeiten, was bei einer steigenden Zahl von Ein- /Ausgangsanschlüssen 30 zu einer erheblichen Zunahme der Komplexität führt. Für sich genommen stellt dies noch kein schwerwiegendes Problem dar, allerdings sollte generell zu jedem beliebigen Zeitpunkt und unter allen Umständen eine gerechte Behandlung einer jeden Eingangswarteschlange 12 gegeben sein und außerdem eine optimale Ausschöpfung der Kapazität der Schalteinheit erzielt werden, die darin besteht, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt jeder Ausgangsanschluss 30 ein Datenpaket zuzustellen hat. Dieses ehrgeizige Ziel stellt für die Steuereinheit 25 eine nicht geringe Aufgabe dar, die dazu führt, dass die Steuereinheit 25 äußerst komplex ausfällt.
Die Komplexität dieser Anordnung nimmt noch zu, wenn sie für die Verarbeitung von Datenpaketen mit unterschiedlicher Priorität ausgelegt ist, d.h., für jede Priorität wird eine andere Eingangswarteschlange 12 bereitgestellt. In diesem Fall ist die Anzahl der Eingangswarteschlangen 12 pro Eingangspufferspeicher 11 gleich der Anzahl der Ausgangsanschlüsse 30 multipliziert mit der Anzahl der Prioritäten.
Die folgenden Beispiele gehen davon aus, dass die Schalteinheit 10 so ausgelegt ist, dass sie nichtregelgerechte Datenpakete automatisch löscht.
Ein anderer Ansatz besteht darin, dass die Datenpakete zuerst in die Warteschlange gestellt und anschließend zwischengespeichert werden. In der Theorie läuft dieses Modell auf ein System mit einer reinen Ausgangspufferspeicherung hinaus. In der Realität ist jedoch die Größe des Pufferspeichers begrenzt und nicht unendlich. Da bei endlichen Ausgangspufferspeichern eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass die im Ausgangspufferspeicher eingehenden Datenpakete auf einen bereits voll ausgelasteten Pufferspeicher treffen und somit verloren gehen, wird der endliche Ausgangspufferspeicher mit einem unendlichen Eingangspufferspeicher kombiniert, der in der Praxis natürlich ebenfalls als ein endlicher Eingangspufferspeicher realisiert ist. Diese Anordnung wird in 3 gezeigt und weicht insofern von der Anordnung aus 1 ab, als die Schalteinheit 10 keine Kreuzschienenschalteinheit sondern eine Wegewahlschalteinheit 10 ist, kurz auch als Wegewahleinheit 10 bezeichnet. Zwischen der Wegewahleinheit 10 und einem jeden der Ausgangsanschlüsse 30, ist ein Ausgangspufferspeicher 35 angeordnet, der auch durch „OB" (output buffer) kenntlich gemacht ist. Die bei der Wegewahleinheit 10 eingehenden Datenpakete werden an ihre Zielausgangsanschlüsse 30 weitergeleitet, wo sie in dem betreffenden Ausgangspufferspeicher 35 zwischengespeichert werden.
Darüber hinaus kommt hier der Erlaubnismechanismus für die Verarbeitung eines möglichen Überlaufs des Ausgangspufferspeichers zum Einsatz. Jeder Ausgangspufferspeicher 35 verfügt über einen definierten ersten Grenzwert, bei dessen Überschreitung die Erlaubnisdaten GR von positiv auf negativ umgeschaltet werden, und einen zweiten Grenzwert mit umgekehrter Umschaltung. Die Erlaubnisdaten GR werden über die Steuereinheit 25 allen Eingangspufferspeicher 11 bereitgestellt. Die negativen Erlaubnisdaten GR bewirken, dass alle Eingangspufferspeicher 11 aufgefordert werden, das Senden von Datenpaketen an den Ausgangsanschluss 30, dessen Ausgangspufferspeicher 35 die negativen Erlaubnisdaten GR ausgelöst oder ausgegeben hat, einzustellen.
Die Aufgabe der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 besteht wiederum in der Ablehnung von Datenpaketen, die von einem Eingangspufferspeicher 11 eingehen, obwohl die negativen Erlaubnisdaten GR an den Eingangspufferspeicher 11 gesendet wurden. Diese Datenpakete werden als nichtregelgerecht eingestuft und wahlweise gelöscht. Wie weiter oben beschrieben, dient die Datenpaket-Zugriffsteuereinheit 40 dazu, die Befolgung der Erlaubnisdaten GR zu gewährleisten.
Da aufgrund der geringeren Anzahl von Verbindungsleitungen zwischen den Eingangspufferspeichern 11 und der Schalteinheit 10 eine einfachere physische Trennung der Eingangspufferspeicher 11 von der Schalteinheit 10 möglich ist, können sie mit preisgünstigeren Speicherchips realisiert werden, so dass ihre Speichergröße in der Realität sehr viel größer gewählt werden kann, als dies für die Ausgangspufferspeicher 35 zum gleichen Preis möglich wäre. Somit stellen die endlichen Eingangspufferspeicher 11 bei diesem Schema eine bessere Näherung an die theoretischen unendlichen Eingangspufferspeicher 11 dar. Die oben beschriebene Anordnung hat jedoch zwei Nachteile: Einerseits muss die Wegewahleinheit 10 eine Funktion bereitstellen, deren Komplexität aufgrund der N² Ausgangsleitungen zu den Ausgangspufferspeichern 35 mit einem zunehmenden Wert von N² steigt. Andererseits wird die Schalteinheit 10 nicht bestmöglich genutzt. Unter der Annahme, dass kein Rundsende-Datenverkehr vorliegt, gibt es für jeden Eingangsanschluss 20 zu einem beliebigen Zeitpunkt nur jeweils ein Datenpaket, das an einen Ausgangsanschluss 30 gesendet werden soll. Somit werden zu jedem beliebigen Zeitpunkt für jeden Eingangsanschluss 20 N-1 Ausgangsleitungen der Wegewahleinheit 10 nicht genutzt, d.h. von den N² Ausgangsleitungen werden lediglich N Leitungen genutzt. Außerdem wird auch der Ausgangspufferspeicher 35 selbst nicht bestmöglich genutzt. Wenn mehrere Eingangsanschlüsse 20 ein Datenpaket an ein und denselben Ausgangsanschluss 30 senden, empfängt in diesem Moment mindestens ein anderer Ausgangsanschluss 30 kein Datenpaket und benötigt folglich weniger Ausgangspufferspeicherplatz. Bei einem separaten Ausgangspuffer 35 für jeden Ausgangsanschluss 30 besteht nicht die Möglichkeit, sehr stark ausgelasteten Ausgangsanschlüssen 30 auf Kosten von weniger stark ausgelasteten Ausgangsanschlüssen 30 vorübergehend mehr Pufferspeicherplatz zur Verfügung zu stellen.
Bei der Anordnung aus 4 kann der Ausgangspufferspeicherplatz dynamisch von allen Ausgangsanschlüssen 30 gemeinsam genutzt werden, was gleichzeitig auch das oben erwähnte Problem der mit zunehmendem Wert von N² steigenden Komplexität löst. Die in 4 abgebildete Anordnung umfasst die N Eingangspufferspeicher 11 und die Wegewahleinheit, die in eine Eingangswegewahleinheit 13 und eine Ausgangswegewahleinheit 14 aufgeteilt ist. Auf der Ausgangsseite der Eingangswegewahleinheit 13 ist nur ein gemeinsamer Ausgangspufferspeicher 35, auch als „COB" (common output buffer) kenntlich gemacht, angeordnet, der für alle Datenpakete zuständig ist, die von der auch als „IR" (input router) gekennzeichneten Eingangswegewahleinheit 13 ankommen. Auf der Ausgangsseite des gemeinsamen Ausgangspufferspeichers 35 ist die auch als „OR" (output router) gekennzeichnete Ausgangswegewahleinheit 14 angeordnet. Parallel zu der Eingangswegewahleinheit 13 und dem Ausgangspufferspeicher 35 ist eine Adressverwaltungseinheit 16 angeordnet, die auch als „AM" (address manager) kenntlich gemacht und mit der Eingangswegewahleinheit 13 sowie der Ausgangswegewahleinheit 14 verbunden ist, Die Adressverwaltungseinheit 16 ist mit einer auch als „OQM" (output queue manager) gekennzeichneten Einheit 17 für die Ausgangswarteschlangenverwaltung verbunden, die Eingangsdaten von allen Eingangspufferspeichern 11 sowie von der Adressverwaltungseinheit 16 empfängt. Sie umfasst für jeden Ausgangsanschluss 30 eine auch als „OQ" (output queue) kenntlich gemachte Ausgangswarteschlange 18, die der Ausgangswegewahleinheit 14 Eingangsdaten bereitstellt.
Die Anordnung umfasst für jeden Eingangsanschluss 20 den Eingangspufferspeicher 11 mit virtueller Ausgangsspeicherung, d.h. mit Eingangswarteschlangen 12 in jedem Eingangspufferspeicher 11 für jede Ausgangswarteschlange 18. Die Eingangspufferspeicher 11 sind mit der Eingangswegewahleinheit 13 verbunden, auf die der gemeinsame Ausgabepufferspeicher 35 und die Ausgangswegewahleinheit 14 folgen. Jeder Eingangspufferspeicher 11 verfügt über seine eigene Eingangssteuereinheit 25 zur Steuerung der Reihenfolge von Datenpaketen, die von den verschiedenen Eingangswarteschlangen 12 an diesen Eingangspufferspeicher 11 ausgehen.
Alle eingehenden Datenpakete werden über die Eingangswegewahleinheit 13 an den gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35 weitergeleitet. Die Adressverwaltungseinheit 16 stellt der Eingangswegewahleinheit 13 Daten bereit, aus denen hervorgeht, an welcher Speicherstelle des gemeinsamen Ausgangspufferspeichers 35, d.h. unter welcher Speicheradresse, die eingehenden Datenpakete gespeichert werden sollen. Alternativ kann die Architektur so ausgelegt sein, dass der Eingangspufferspeicher 11 diese Daten erhält und sie der Eingangswegewahleinheit 13 bereitstellt.
Die Daten, aus denen hervorgeht, unter welcher Adresse des Ausgangspufferspeichers 35 jedes an einen bestimmten Anschluss 30 gerichtete Datenpaket gespeichert wird, werden in die Einheit 17 für die Ausgangswarteschlangenverwaltung geschrieben, genauer gesagt in die Ausgangswarteschlangen 18 dieser Einheit. Diese Daten werden auch als Reihenfolgedaten bezeichnet. Für jedes Datenpaket, das im gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35 gespeichert wird, werden derartige Reihenfolgedaten an einen Speicherplatz der Ausgangswarteschlange 18 gestellt, an die das Datenpaket gesendet werden soll. Auf diese Weise werden die Adressen gemäß den zugehörigen Ausgangsanschlüssen 30 sortiert, d.h. gemäß denjenigen Ausgangsanschlüssen 30, an welche die unter den betreffenden Adressen gespeicherten Datenpakete gerichtet sind. Dies bedeutet, dass jeder Ausgangsanschluss 30 die Adressen der Datenpakete, die an diesem Ausgangsanschluss 30 eingehen sollen, von der betreffenden Ausgangswarteschlange 18 abruft. Dabei verarbeitet die Adressverwaltungseinheit 16 für jede Ausgangswarteschlange 18 zu jedem beliebigen Zeitpunkt gleichzeitig jeweils eine Adresse. Dies bedeutet auch, dass für jeden Eingangsanschluss 20 stets eine Adresse vorgehalten wird, wobei dies bereits vor dem Eingang der betreffenden Datenpakete erfolgen kann. Jedes Datenpaket, das an erster Stelle bei einem Eingangsanschluss 20 eingeht, findet somit eine Adresse vor, die besagt, wohin es von der Eingangswegewahleinheit 13 weitergeleitet werden soll. Diese N Adressen werden von der Adresssteuereinheit 16 auch der Einheit 17 für die Ausgangswarteschlangenverwaltung bereitgestellt, die als Eingangsdaten weiterhin N Datenpaket-Zieldaten empfängt, welche die Maske bereitstellen, in die die Ausgangswarteschlange 18 die Reihenfolgedaten aller eingegangenen Datenpakete einzutragen hat. Die parallele Verarbeitung der Adressen für alle Eingangsanschlüsse 20 erhöht die Geschwindigkeit und die Gerechtigkeit der Datenpaketverarbeitung. Der Fall, bei dem keine Adressen zur Verfügung stehen, wird weiter unten erläutert.
Somit erhält jedes eingehende Datenpaket von der Adressverwaltungseinheit 16 eine Adresse, unter der dieses Datenpaket dann im gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35 gespeichert wird, wobei die Adresse an einem Speicherplatz der Ausgangwarteschlange 18 gespeichert wird, die dem Ausgangsanschluss 30 entspricht, an den das Datenpaket geht. Die hierzu gehörigen Daten, d.h. die Datenpaket-Zieldaten, werden aus dem Datenanfangs-Etikett des Datenpakets erhalten. Die Ausgangswegewahleinheit 14 dient zur endgültigen Verteilung, indem sie für jeden Ausgangsanschluss 30 die nächste Adresse von der entsprechenden Ausgangswarteschlange 18 erhält und anschließend das Datenpaket an dieser Adresse abruft und dem Ausgangsanschluss 30 bereitstellt, der das Ziel dieses Datenpakets ist. Der Abrufschritt besteht hier aus einem nichtlöschenden Leseprozess, mit dem Rundsende-Datenpakete so verarbeitet werden können, dass sie nur ein Mal in dem gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35 gespeichert, aber mehrere Male gelesen werden, bis jeder Ausgangsanschluss 30, der dieses Datenpaket empfangen soll, es empfangen hat. Nachdem das Datenpaket aus dem Ausgangspufferspeicher 35 ausgelesen wurde, wird die betreffende Adresse freigegeben, indem sie an die Adressverwaltungseinheit 16 zurückgegeben wird, die sie dann wieder einem der Eingangsanschlüsse 20 zuweisen kann, um das nächste eingehende Datenpaket zu verarbeiten. Bei Rundsende-Datenpaketen wird ein in der Zeichnung nicht abgebildeter Zähler verwendet, der beim Speichern des Datenpakets auf die Anzahl der Ausgangsanschlüsse 30 gesetzt wird, an die dieses Datenpaket übertragen werden soll, und dessen Wert bei jedem Abruf dieses Datenpakets von der Ausgangswegewahleinheit 14 verringert wird. Wenn der Zähler für dieses Datenpaket den Wert 0 erreicht, kann die zugehörige Adresse freigegeben werden. Der gemeinsame Ausgangspufferspeicher 35 hat somit den Vorteil, dass anstelle von N² Verbindungen zwischen dem Ausgangspufferspeicher 35 und der Eingangswegewahleinheit 13 lediglich N Verbindungen notwendig sind, d.h., die erforderlichen Ressourcen an der Schnittstelle zwischen der Eingangswegewahleinheit 13 und dem Ausgangspufferspeicher 35 wurden von N² auf N verringert.
Das Prinzip der gemeinsamen Nutzung des Ausgangspufferspeichers 35 wird eingeführt, indem die Ausgangswarteschlangen 18 insgesamt über mehr Warteschlangenspeicherplätze verfügen, als der Ausgangspufferspeicher 35 Adressen aufweist. Für die Eingangsanschlüsse 20 entsteht somit der Eindruck, dass es für jeden Ausgangsanschluss 30 mehr Platz im Ausgangspufferspeicher 35 gibt, als dies der Fall wäre, wenn der Ausgangspufferspeicher 35 lediglich gleichmäßig auf die Anzahl der Ausgangsanschlüsse 30 verteilt würde. Solange der Gesamtdatenverkehr der Datenpakete die tatsächlich gegebene Höchstkapazität des Ausgangspufferspeichers 35 nicht überschreitet, steigt die Leistung, da die Anordnung mit Blick auf extreme Änderungen des Datenverkehrsmusters sehr viel flexibler ist. So kann insbesondere ein diskontinuierlicher Datenverkehr sehr viel besser verarbeitet werden, da die Wahrscheinlichkeit eines Datenpaketverlustes verringert wird, indem ein Ausgangsanschluss 30 mehr Ausgangspufferspeicherplatz nutzen kann, als ihm eigentlich zusteht.
Das Prinzip der gemeinsamen Nutzung bringt jedoch die Möglichkeit des Hortens mit sich, was bedeutet, dass ein sehr stark ausgelasteter Ausgangsanschluss 30 den gesamten gemeinsam genutzten Speicher des Ausgangspufferspeichers 35 für sich allein in Anspruch nehmen kann und so andere Ausgangsanschlüsse 30 benachteiligt, sofern keine anderweitigen Mechanismen zur Verhinderung dieses Effekts vorgesehen sind. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die gemeinsame Nutzung lediglich einen virtuellen Ausgangspufferspeicherplatz schafft, der größer als der tatsächlich vorhandene Ausgangspufferspeicherplatz ist. Dies bedeutet, dass die Eingangsanschlüsse 20 unter Umständen versuchen, den virtuellen Ausgangspufferspeicherplatz in einem Maße zu belegen, das den tatsächlich vorhandenen Ausgangspufferspeicherplatz übersteigt.
Auch hier kommt der Erlaubnismechanismus zum Einsatz, um mit der Wahrscheinlichkeit eines Überlaufs des Ausgangspufferspeichers bzw. der Ausgangswarteschlange umzugehen. Jede Ausgangswarteschlange 18 verfügt über den festgelegten ersten Grenzwert, bei dessen Überschreiten die negativen Erlaubnisdaten GR erzeugt werden, sowie über einen zweiten Grenzwert, bei dessen Unterschreiten die positiven Erlaubnisdaten GR erzeugt werden, die allen Eingangspufferspeichern 11 bereitgestellt werden. Die negativen Erlaubnisdaten GR bewirken, dass alle Eingangspufferspeicher 11 aufhören, Datenpakete an den Ausgangsanschluss 30 zu senden, dessen Ausgangswarteschlange 18 die negativen Erlaubnisdaten GR ausgegeben hat. Im Falle einer gemeinsamen Nutzung muss der Ausgangspufferspeicher 35 außerdem auf einen möglichen Überlauf überwacht werden. Da bei einer gemeinsamen Nutzung die Summe der Anzahl von Speicherplätzen in allen Ausgangswarteschlangen 18 größer ist als die Anzahl der Adressen im Ausgangspufferspeicher 35, kann der Ausgangspufferspeicher 35 bis an seine Höchstgrenze ausgelastet werden, obwohl keine Ausgangswarteschlange 18 ihren Grenzwert für die in ihr gespeicherten Datenpakete erreicht. Aus diesem Grund verfügt der Ausgangspufferspeicher 35 über einen dritten Grenzwert für belegte Adressen, bei dessen Erreichen die Erzeugung eines Gegendrucks durch eine maximale Speicherauslastung in Form der negativen Erlaubnisdaten GR für alle Eingangspufferspeicher 11 veranlasst wird, die dann das Senden ihrer Datenpakete an den Ausgangspufferspeicher 35 über die Eingangswegewahleinheit 13 einstellen, d.h., von sämtlichen Eingangspufferspeichern 11 darf kein einziges Datenpaket mehr gesendet werden. Sobald die Anzahl der belegten Adressen unter den dritten oder einen davon abweichenden vierten Grenzwert absinkt, kann der normale Betrieb wieder aufgenommen werden.
Somit wird hier ein Rückkopplungsmechanismus bereitgestellt, mit dem den Eingangspufferspeichern 11 mitgeteilt wird, ob eine bestimmte Ausgangswarteschlange 18 voll ist, d.h., ob ein bestimmter Grenzwert für diese Ausgangswarteschlange 18 überschritten wurde, und damit, ob weitere Datenpakete an die Ausgangswarteschlange 18 gesendet werden dürfen. Wenn für eine bestimmte Ausgangswarteschlange 18 der Zustand „Erlaubnis nicht erteilt" vorliegt, d.h., wenn der betreffende Grenzwert überschritten wurde, werden die negativen Erlaubnisdaten GR ausgegeben, und jede Eingangssteuereinheit 25 kann reagieren, indem die Datenpakete für den Ausgangsanschluss 30, der zu dieser Ausgangswarteschlange 18 gehört, nicht mehr von den Eingangspufferspeichern 11 gesendet werden, d.h., die Datenpakete für die belegte Ausgangswarteschlange 18 werden von den Eingangswarteschlangen 12 zurückgehalten, während andere Eingangswarteschlangen 12 ihre Datenpakete weiterhin senden können.
Bei Rundsende-Datenpaketen kann in dieser Ausführungsform die Erzeugung von Erlaubnisdaten dahingehend abgeändert werden, dass für sie an den Ausgangswarteschlangen 18 keine Erlaubnisdaten erzeugt werden oder dass die Erlaubnisdaten übergangen werden. Da für Rundsende-Datenpakete in jeder Ausgangswarteschlange 18, an die das Rundsende-Datenpaket gerichtet ist, ein Eintrag vorgenommen wird, steigt mit zunehmender Anzahl der Ausgangswarteschlangen 18 die Wahrscheinlichkeit, dass das Rundsende-Datenpaket als nichtregelgerecht gekennzeichnet wird, wenn nur bei einer einzigen dieser Ausgangswarteschlangen 18 ein Überlauf vorliegt, der die negativen Erlaubnisdaten auslöst. Dies kann zu einem äußerst hohen und nicht angemessenen Gegendruck für Rundsende-Datenpakete führen. Indem nur die Erlaubnisdaten des gemeinsamen Ausgangspufferspeichers 35 verwendet werden, lässt sich dieses Problem lösen. Als Gegenmaßnahme zu dieser bevorzugten Verarbeitung von Rundsende-Datenpaketen kann ein separater Zähler oder Pufferspeicher für die Rundsende-Datenpakete vorgesehen werden, der bei Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl oder eines Grenzwerts negative Erlaubnisdaten erzeugt und auf diese Weise die Anzahl der verarbeiteten Rundsende-Datenpakete begrenzt.
Im Gegensatz zu dem in den 1 und 3 realisierten Modell der virtuellen Ausgangsspeicherung wird hier keine zentrale Steuereinheit verwendet. Stattdessen verfügt jeder Eingangspufferspeicher 11 über seine eigene Eingangssteuereinheit 25, die unabhängig von den anderen Eingangssteuereinheiten 25 arbeitet. Dies rührt daher, dass diese Anordnung die Eingangswegewahleinheit 13 umfasst, die allen Eingangspufferspeichern 11 das unabhängige Senden ihrer Datenpakete über die Eingangswegewahleinheit 13 ermöglicht, wann immer die Ausgangswarteschlange 18 für dieses Datenpaket und der gemeinsame Ausgangspufferspeicher 35 ausreichend Speicherplatz dafür haben, d.h., sofern keine negativen Erlaubnisdaten GR erzeugt wurden. Die Unabhängigkeit der Eingangssteuereinheiten 25 führt zu einer erheblich geringeren Komplexität der gesamten Steuerungsressourcen. Jede Eingangssteuereinheit 25 muss hier die eingehenden Datenpakete lediglich gemäß einem vorgegebenen Entscheidungsverfahren verarbeiten, bei dem es sich um ein Reihum-Verfahren, mit oder ohne Gerechtigkeit zur Erlangung eines Vorrangs auf der Grundlage der Priorität oder um ein beliebiges anderes Verfahren handeln kann. Jede Eingangssteuereinheit 25 entscheidet selbstständig, welches der von ihr gespeicherten Datenpakete als Nächstes an die Eingangswegewahleinheit 13 gesendet wird.
Eine weitere Verbesserung lässt sich erzielen, indem ein Signal, das den Eingangssteuereinheiten 25 ausführlichere Informationen zum Auslastungsgrad der Ausgangswarteschlangen 18 bereitstellt, an die Eingangssteuereinheiten 25 zurückgegeben wird. Da das Ziel darin besteht, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt an jedem beliebigen Ausgangsanschluss 30 ein Datenpaket vorhanden ist, das an eine nächste Phase übergeben werden soll, können die Informationen, die besagen, dass eine Ausgangswarteschlange 18 leer oder annähernd leer ist, auch der Eingangssteuereinheit 25 bereitgestellt und vorzugsweise dazu verwendet werden, um diejenigen Datenpakete, die an den betreffenden Ausgangsanschluss 30 gerichtet sind, an die Eingangssteuereinheit 13 zu senden. Die Informationen zum Status der Ausgangswarteschlangen 18 lassen sich beispielsweise erhalten, indem ein oder mehrere zusätzliche Grenzwerte, z.B. ein Grenzwert bei einem Auslastungsgrad von 0 oder annähernd 0, eingeführt werden. Eine leere oder beinahe leere Ausgangswarteschlange 18 wird somit an die Eingangssteuereinheiten 25 gemeldet, die daraufhin ihr Verfahren so anpassen sollten, dass diese Ausgangswarteschlange 18 so bald wie möglich ein Datenpaket empfängt. Durch die Einführung mehrerer dieser Grenzwerte kann den Eingangssteuereinheiten 25 ein detaillierter Statusbericht bereitgestellt werden, mit dem diese dann für jede einzelne Ausgangswarteschlange 18 ihr Verfahren für das Multiplexen von Datenpaketen entsprechend abändern können. Dieser Statusbericht dient somit als eine Art von Gegensatz zu den Erlaubnisdaten GR, der in Form eines Alarmsignals bei geringem Auslastungsgrad oder eines Ablauf-Rückkopplungssignals für die Auslastungsmaximierung vorliegt.
Der Mechanismus für die Verarbeitung von Rundsende-Datenpaketen entspricht hier demjenigen bei der Anordnung aus den 1 und 3. Dabei lassen sich mehrere Prioritäten dadurch verarbeiten, dass jeder Eingangspufferspeicher 11 pro Ausgangsanschluss 30 und pro Prioritätsebene eine Eingangswarteschlange 12 umfasst. Dies bedeutet, dass jeder Eingangspufferspeicher 11 für acht Ausgangsanschlüsse 30 und vier Prioritäten insgesamt 32 Eingangswarteschlangen 12 umfasst. Die negativen Erlaubnisdaten GR können hier selektiver an die Eingangspufferspeicher 11 weitergegeben werden, indem die negativen Erlaubnisdaten GR, die von einer bestimmten Ausgangswarteschlange 18 herrühren, ausschließlich an die betreffende Eingangswarteschlange 12 der Eingangspufferspeicher 11 bzw. – bei mehreren Prioritäten – an die betreffenden Eingangswarteschlangen 12 geleitet werden. Somit werden alle anderen Eingangswarteschlangen 12 durch diese negativen Erlaubnisdaten nicht blockiert und können weiterhin ihre Datenpakete an den gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35 senden. In Verbindung mit dem hier angewendeten Prinzip des gemeinsamen Ausgangspufferspeichers lässt sich im Vergleich mit der Anordnung aus den 1 und 3 ein höherer Durchsatz erzielen.
Hier tritt jedoch ein auf den ersten Blick überraschender Effekt auf, der darin besteht, dass die Leistung im Gegensatz zum erwarteten Verhalten mit steigender Intensität der gemeinsamen Nutzung sinkt. Dies lässt sich folgendermaßen erklären. Die Schalteinheit 10 erreicht hier beinahe ihre maximale Lastkapazität, d.h., die Ausgangswarteschlangen sind beinahe bis zu ihrem Grenzwert gefüllt, da die selektiven Erlaubnisdaten GR eine Blockierung durch ein Datenpaket an erster Stelle der Warteschlange verhindert. Die gemeinsame Nutzung bewirkt, dass die Überlast eines Ausgangsanschlusses 30 bzw. seiner Ausgangswarteschlange 18 zum Nachteil der den anderen Ausgangswarteschlangen 18 zur Verfügung stehenden Kapazität zwischengespeichert wird. Die gemeinsame Nutzung funktioniert gut, solange ihr Vorteil nur in Verbindung mit einer zeitlichen Zufallsverteilung genutzt wird. Da der virtuelle Ausgangspufferspeicherplatz größer ist als der tatsächlich vorhandene Pufferspeicherplatz, besteht die Gefahr, dass die Ausgangswarteschlangen 18 mehr Adressen erhalten, als der Ausgangspufferspeicher 35 Speicherplätze aufweist. Dies lässt sich selbstverständlich durch den Erlaubnismechanismus für den Ausgangspufferspeicher verhindern. In Verbindung mit der Anordnung bewirkt die virtuelle Ausgangsspeicherung, dass die Steuerung der Eingangswarteschlangen 12 äußerst genau auf die verfügbare Kapazität der zugehörigen Ausgangswarteschlangen 18 abgestimmt ist. Aus diesem Grund werden die Ausgangswarteschlangen 18 annähernd bis zu ihrer Höchstkapazität ausgelastet. Da diese Kapazität durch die Einführung des Prinzips der gemeinsamen Nutzung erhöht wird, steigt auch die Wahrscheinlichkeit für negative Erlaubnisdaten GR infolge einer vollständigen Auslastung des Ausgangspufferspeichers 35. Außerdem wird deutlich, dass mit steigendem gemeinsamem Nutzungsfaktor, d.h. dem Multiplikationsfaktor, um den der virtuelle Ausgangspufferspeicherplatz den tatsächlich vorhandenen Pufferspeicherplatz übersteigt, auch diese Wahrscheinlichkeit und somit die nachteilige Auswirkung auf die Gesamtleistung bei einem Standard-Datenverkehr zunimmt.
Der Eingangspufferspeicher 11 mit virtueller Ausgangsspeicherung kann auch in Form eines gemeinsamen Eingangspufferspeichers 11 mit oder ohne gemeinsame Nutzung ausgeführt sein, wobei dasselbe Prinzip wie bei dem Ausgangspufferspeicher 35 zum Einsatz kommt. Dies bedeutet, dass die eingehenden Datenpakete in einem gemeinsamen Eingangspufferspeicher 11 gespeichert werden können, während ihre Adressen darin in getrennten Eingangswarteschlangen 12 gespeichert werden, wobei ihre Reihenfolge den Ausgangsanschlüssen 30 entspricht, an die diese Datenpakete gerichtet sind.
Die Anordnung aus 4 lässt sich auch ohne virtuelle Ausgangsspeicherung ausführen, indem für jeden Eingangsanschluss 20 ein einzelner Eingangspufferspeicher 11 bereitgestellt wird.
Bei der vorgeschlagenen Erfindung müssen bei einer Änderung der Größe der Anordnung, auch als Schaltwerk bezeichnet, z.B. von 16 × 16, d.h. 16 Eingangsanschlüssen 20 × 16 Ausgangsanschlüssen 30, auf 32 × 32 alle Schaltadapter 19 lediglich ihre Warteschlangenstruktur, nicht jedoch ihren zum Adapter gehörigen Eingangspufferspeicher 11 ändern. Dies bedeutet, dass bei entsprechender Vorausplanung die tatsächliche Anzahl der verketteten Listen zur Verwaltung dieses Eingangspufferspeichers 11 als eine Zusammenstellung der Eingangswarteschlangen 12 programmierbar sein sollte. Unabhängig davon nimmt die Komplexität der Schaltadapter 19 mit der Größenordnung von N zu, d.h., die Verdopplung der Anzahl der Ziele bringt eine Verdoppelung der Anzahl der Eingangswarteschlangen 12 und der Ausgangswarteschlangen 18 mit sich. Bei der klassischen VOQ-Anordnung erfordert eine Verdoppelung der Anzahl der Schalter-Eingangsanschlüsse 20 und -Ausgangsanschlüsse 30 eine Potenzierung der Anzahl der Anfragen, d.h., eine 16-×-16-Steuereinheit empfängt 256 Anfragen, während eine 32-×-32-Steuereinheit 1024 Anfragen empfängt.
Bei der klassischen VOQ-Anordnung erfordern Rundsende-Datenpakete eine besondere Verarbeitung. Die Schalteinheit 10 beinhaltet in diesem Fall keinen internen Pufferspeicher. Dies bedeutet, dass für das Senden eines Rundsende-Datenpakets alle Ausgangsanschlüsse 30, an die dieses Datenpaket geht, frei sein müssen. Dies führt zu einer zusätzlichen Komplexität der Schaltsteuereinheit 25: Sie muss erkennen, dass ein Rundsende-Datenpaket übertragen werden soll, muss dann sicherstellen, dass kein anderer Schaltadapter 19 ein Datenpaket an einen der Ausgangsanschlüsse 30 sendet, an die das Rundsende-Datenpaket geht, muss anschließend dem Schaltadapter 19, der das Rundsende-Datenpaket sendet, die Sendeerlaubnis erteilen und muss schließlich mehrere Kreuzungspunkte in der Schalteinheit 10 setzen. Solange diese Schaltsteuereinheit 25 eine einfache Logik umfasst, ist dies machbar, sobald sie jedoch im Fließbandverfahren arbeitet und ausgefeilte Algorithmen verwendet, die versuchen, eine bestmögliche Gerechtigkeit und Prioritätsverarbeitung sicherzustellen, entwickelt sich dies zu einer wirklich komplexen Aufgabe. Eine bekannte derzeitige Vorgehensweise besteht in der Bereitstellung eigener Rundsende-Warteschlangen, in die alle Adapter ihre Rundsende-Datenpakete stellen. Da so die Beziehung zwischen nicht rundgesendetem und rundgesendetem Datenverkehr vollständig aufgehoben ist, wird dies als eine nicht optimale Lösung betrachtet. Es ist nicht möglich, zwei Rundsende-Datenpakete, von denen eines von einem ersten Schaltadapter 19 und eines von einem anderen Schaltadapter 19 stammt, zu senden, wenn es mindestens einen Ausgangsanschluss 30 gibt, bei dem eine Überlappung mit den Zielen dieser beiden Rundsende-Datenpakete vorliegt. Dies führt zu einer schwerwiegenden Beeinträchtigung der Durchsatzleistung.
Wenn bei der Anordnung aus 3 ein Schaltadapter 19 ein Rundsende-Datenpaket senden soll und die Ausgangswarteschlangen 18, die eine Kopie dieses Datenpakets empfangen, keine Überschreitung ihres Grenzwerts melden, kann das Datenpaket gesendet werden. Mehrere Schaltadapter können gleichzeitig mehrere Rundsende-Datenpakete senden, ohne dass sie voneinander wissen müssen, wohin genau sie diese senden. Eine mögliche Kollision wird durch den Ausgangspufferspeicher 35 vermieden. Die Schalteinheit 10 mit virtueller Ausgangsspeicherung und gemeinsam genutztem Ausgangspufferspeicher, d.h. dem gemeinsamen Ausgangspufferspeicher 35, bietet eine gute Umgebung für die Verarbeitung von Rundsende-Datenpaketen, da – im Gegensatz zu anderen Schalteinheiten 10 – das Datenpaket nicht mehrere Male vervielfältigt werden muss, was wiederum Speicherplatz spart, wobei das Rundsende-Datenpaket ebenso verarbeitet werden kann wie ein Datenpaket, das nur an eine einzige Adresse gerichtet ist. Dies vereinfacht die Steuerung und Regelung des Datenverkehrs. Es wird ein besseres Echtzeitverhalten erzielt, indem Rundsende-Datenpaketen keine zusätzliche künstliche Latenzzeit für einen zusätzlichen Verarbeitungsprozess auferlegt wird.
Die Verwendung von Eingangswarteschlangen 12 für jede Priorität verhindert, dass Datenpakete mit hoher Priorität durch Datenpakete mit niedrigerer Priorität blockiert werden, was wiederum die Dienstqualität der Schalteinheit 10 erhöht.
Gemäß der Erfindung lässt sich die Leistung der Schalteinheit 10 auf verschiedene Arten steigern. Für eine höhere Anzahl von Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 30 kann die Schalteinheit 10 in einer Mehrstufen- oder Einstufen-Anordnung ausgeführt werden. Bei der Mehrstufen-Anordnung nimmt die Anzahl der benötigten Schalteinheiten 10 langsamer zu als bei einer vergleichbaren Einphasen-Anordnung, d.h., mit zunehmender Anzahl der Anschlüsse benötigt eine Mehrstufen-Anordnung weniger Schalteinheiten 10 als eine Einstufen-Anordnung.
Aufgrund der längeren Latenzzeit und möglicher negativer Erlaubnisdaten GR infolge einer vollständigen Auslastung einer Ausgangswarteschlange 18 durch eine Verbindung, wodurch die Verarbeitung von Datenpaketen mit anderen Zielen verhindert wird, oder infolge einer vollständigen Auslastung des Ausgangspufferspeichers 35, die alle Eingänge der Schalteinheit blockiert, was sich dann wiederum auf die vorhergehende Stufe auswirkt, weist eine Mehrstufen-Anordnung allerdings eine geringere Leistung auf. Diese geringere Leistung kann bis zu einem gewissen Grad durch einen Beschleunigungsfaktor ausgeglichen werden. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit 10 mit einer höheren Geschwindigkeit läuft als ihre Umgebung. In diesem Fall wird nach der Schalteinheit 10 ein Ausgangspufferspeicher 35 benötigt, um die schneller eingehenden Datenpakete, die von der letzten Stufe gesendet und mit einer geringeren Geschwindigkeit an die folgende Hardwareumgebung weitergeleitet werden sollen, zwischenzuspeichern. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Vergrößerung des Speichers der Schalteinheit, so dass eine vollständige Auslastung des Ausgangspufferspeichers 35 weniger wahrscheinlich wird. Ein derartiger größerer Speicher ist jedoch kostenaufwändig und unterliegt außerdem gewissen physischen Beschränkungen. Die Vergrößerung des Schaltelementspeichers durch den Speicherweiterungsmodus vermeidet die physische Beschränkung, ist aber dennoch teuer. Wenn bei einer Mehrstufen-Anordnung ein darauf folgendes Schaltelement 10 belegt ist, d.h., wenn sein Ausgangspufferspeicher 35 voll und somit keine Adresse verfügbar ist, oder wenn die Ausgangswarteschlange 18 voll ist, können negative Erlaubnisdaten GR für alle Eingänge erzeugt werden, wobei die Erlaubnisdaten GR wiederum an alle vorhergehenden Schalteinheiten 10 übertragen werden. Bei vollen Ausgangswarteschlangen 18 können die Erlaubnisdaten GR selektiv nur Datenpakete blockieren, die an die volle Ausgangswarteschlange 18 gerichtet sind. Bei einem vollen Ausgangspufferspeicher 35 müssen alle Eingangspufferspeicher 11 blockiert werden. Die negativen Erlaubnisdaten GR blockieren die vorhergehende Schalteinheit 10, so dass diese keine Datenzellen mehr senden kann.
Die Größe der hier vorgestellten Schalteinheit 10 lässt sich mit allen bekannten Erweiterungsverfahren, wie sie z.B. von der PRIZMA-Architektur bekannt sind, über die im Abschnitt über den Hintergrund der Erfindung die Rede war, verändern. Somit ist eine Steigerung bzw. Erweiterung von Geschwindigkeit, Anschlüssen und Leistung und Speicher, wobei es sich hier um die Verfügbarkeit von mehr Ausgangspufferspeicherplatz handelt, ebenso anwendbar wie die parallele Verschaltung mehrerer Chips (link-paralleling) und das Master-Slave-Prinzip sowie eine beliebige Kombination hiervon.
Die beschriebenen Ausführungsformen können sowohl teilweise als auch im Ganzen miteinander kombiniert werden.

Claims

Schaltanordnung, die Folgendes umfasst: – mehrere Eingangsanschlüsse (20) und mehrere Ausgangsanschlüsse (30) einer Schalteinheit (10), wobei jeder der Eingangsanschlüsse (20) mit einem entsprechenden Schaltadapter (19) verbunden ist, – mindestens eine Schaltsteuereinheit (25) zur Steuerung der Weiterleitung eingehender Datenpakete von den Eingangsanschlüssen (20) an die Ausgangsanschlüsse (30), – eine Überlaststeuereinheit (60) für jeden Ausgangsanschluss (30), dadurch gekennzeichnet, dass – die Überlaststeuereinheit (60) so gestaltet ist, dass sie während ihres Betriebs Erlaubnisdaten (GR) in Form von Gegendruckdaten bereitstellt, die angeben, ob die Schaltadapter (19) eines der Datenpakete über den Eingangsanschluss (20) an den Ausgangsanschluss (30) senden dürfen, und – die Schaltanordnung für jeden der Eingangsanschlüsse (20) eine Datenpaket-Zugriffsteuereinheit (40) umfasst, die für den Fall, dass trotz der nicht erteilten Erlaubnis zum Senden des Datenpakets ein Datenpaket an dem Eingangsanschluss (20) empfangen wird, so ausgelegt ist, dass sie während ihres Betriebs das Datenpaket als nichtregelgerecht kennzeichnet, wobei die Schalteinheit (10) so ausgelegt ist, dass sie die Kennzeichnung verwendet, um die gekennzeichneten Datenpakete zu löschen.
Schalteinheit nach Anspruch 1, wobei die Datenpaket-Steuereinheit (40) einen Zähler (42) umfasst, der bewirkt, dass diejenigen Datenpakete, die trotz der nicht erteilten Erlaubnis zum Senden des Datenpakets an dem Eingangsanschluss (20) eingehen, nicht gekennzeichnet werden, bis eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem die Erlaubnisdaten (GR), die eine Erlaubnisverweigerung angeben, erzeugt wurden, wobei die Zeitspanne vorzugsweise die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Erzeugung der Erlaubnisdaten (GR) und dem spätesten Zeitpunkt ist, zu dem ein Datenpaket, das von einem der Eingangspufferspeicher (11) an die Schalteinheit (10) gesendet worden wäre, kurz bevor die Erlaubnisdaten (GR) im Eingangspufferspeicher (11) eingegangen wären, bei der Datenpaket-Zugriffsteuereinheit (40) eingehen würde.
Schalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überlaststeuereinheit (60) einem Ausgangspufferspeicher (35) des Ausgangsanschlusses (30) zugewiesen wird, wobei sie vorzugsweise dadurch ausgelöst wird, dass ein erster Grenzwert des Pufferspeicher-Auslastungsgrads überschritten und/oder ein zweiter Grenzwert des Pufferspeicher-Auslastungsgrads unterschritten wird.
Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erlaubnisdaten (GR) ein oder mehrere Bits pro Ausgangsanschluss (30) umfassen.
Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erlaubnisdaten (GR) aller Ausgangsanschlüsse (30) der Schalteinheit (10) vorzugsweise in Form einer Einzelbitdarstellung an einen jeden Schaltadapter (19) übertragen werden können.
Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die von den Ausgangsanschlüssen über die Schaltadapter (19) ausgehenden Datenpakete die Erlaubnisdaten (GR) umfassen.
Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ausgangspufferspeicher (35) ein gemeinsamer Ausgangspufferspeicher mit Adressen für die Datenpakete ist und wobei die Schalteinheit (10) eine Eingangswegewahleinheit (13) und eine Ausgangswegewahleinheit (14) sowie eine Adressverwaltungseinheit (16) für die Verwaltung der Nutzung der Adressen des gemeinsamen Ausgangspufferspeichers (35), eine Einheit (17) für die Ausgangswarteschlangenverwaltung für die Eingabe von Reihenfolgedaten, die angeben, an welchen Adressen die Datenpakete in dem gemeinsamen Ausgangspufferspeicher (35) gespeichert werden sollen, in Ausgangswarteschlangen (18), die mit der Ausgangswegewahleinheit (14) verbunden sind, umfasst.
Schalteinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswarteschlangen (18) insgesamt mehr Warteschlangenspeicherplätze für die Reihenfolgedaten bereitstellen, als der gemeinsame Ausgangspufferspeicher (35) Adressen aufweist.
Verfahren für die Steuerung der Wegewahl von Datenpaketen durch eine Schalteinheit (10) mit mehreren Eingangsanschlüssen (20) und mehreren Ausgangsanschlüssen (30) einer Schalteinheit (10), wobei jeder der Eingangsanschlüsse (20) mit einem entsprechenden Schaltadapter (19) und mit mindestens einer Schaltsteuereinheit (25) für die Steuerung der Wegewahl von eingehenden Datenpaketen von den Eingangsanschlüssen (20) an die Ausgangsanschlüsse (30) verbunden ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst – für jeden Ausgangsanschluss (30) Erzeugen von Erlaubnisdaten (GR) in Form von Gegendruckdaten, die angeben, ob die Schaltadapter (19) ein Datenpaket über den Eingangsanschluss (20) an den Ausgangsanschluss (30) senden dürfen, und – Kennzeichnen derjenigen Datenpakete als nichtregelgerecht, die trotz einer nicht erteilten Erlaubnis zum Senden der Datenpakete an dem Eingangsanschluss (20) eingehen, wobei die Schalteinheit (10) so ausgelegt ist, dass sie die Kennzeichnung verwendet, um die gekennzeichneten Datenpakete zu löschen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei diejenigen Datenpakete, die trotz der nicht erteilten Erlaubnis zum Senden der Datenpakete an dem Eingangsanschluss (20) eingehen, nicht gekennzeichnet werden, bis eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Zeitpunkt, zu dem die Erlaubnisdaten, die eine Erlaubnisverweigerung angeben, erzeugt wurden, verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Erlaubnisdaten (GR) durch das Verhältnis des Pufferspeicher-Auslastungsgrads eines Ausgangspufferspeichers (35) am Ausgangsanschluss (30) zu einem ersten Grenzwert und/oder einem zweiten Grenzwert bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Erlaubnisdaten in Form eines Erlaubnisbits für jeden Ausgangsanschluss (30) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Erlaubnisdaten (GR) aller Ausgangsanschlüsse (30) der Schalteinheit (10) vorzugsweise in Form einer Einzelbitdarstellung an einen jeden Schaltadapter (1) übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 wobei die Erlaubnisdaten (GR) an die Schaltadapter (19) übertragen werden, indem sie in die Datenpakete und hier vorzugsweise in deren Datenanfangs-Etiketten eingefügt werden, die über die Schaltadapter (19) von den Ausgangsanschlüssen (30) ausgehen.