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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbilden von Datenrahmen von einem
lokalen Netzwerk (LAN) in ein synchrones digitales Telekommunikationssystem
zur Übertragung
zu einer Anzahl von unterschiedlichen entfernten Zielen, wobei das
LAN von einem Typ ist, in dem Datenrahmen mit einem VLAN-Identifier
verwendet werden. Die Erfindung betrifft weiter ein Schnittstellengerät zum Abbilden
von Datenrahmen von einem LAN in ein synchrones digitales Telekommunikationssystem.
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Lokale
Netzwerke (LANs), wie z. B. das Ethernet, werden weltweit an einer
wachsenden Anzahl von Orten eingerichtet. Der Zweck eines LAN ist es,
eine Anzahl von Computern oder Workstations miteinander zu verbinden
und Datenpakete oder -rahmen zwischen diesen Computern zu übergeben.
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In
seiner einfachsten Form kann ein LAN aus bloß einem einzigen Kabelsegment
bestehen, das eine begrenzte Anzahl von Computern verbindet, aber
abhängig
von dem tatsächlichen
Aufbau der Medienkabel ist es üblicher,
dass mehrere solche Mediensegmente durch eine Anzahl von Repeatern oder
Hups miteinander verbunden werden, um ein größeres Netzwerk zu erzeugen,
das jedoch noch als ein einziges LAN arbeitet. Dies bedeutet, dass
alle ankommenden Daten überall
im Netzwerk ausgebreitet werden und dass, wenn zwei Computer versuchen,
Information gleichzeitig zu senden, eine Kollision auftritt. Obwohl
Kollisionen normale und erwartete Ereignisse in einem LAN sind,
erhöht
sich die Anzahl von Kollisionen, wenn sich die Anzahl von Computern,
die mit dem LAN verbunden sind, und/oder der Verkehrspegel auf dem
Netzwerk erhöht.
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Um
zu vermeiden, dass sich überall
im Netzwerk Kollisionen fortbewegen, können Switches (oder Bridges)
verwendet werden. Switches leiten Kollisionen nicht weiter, aber
sie ermöglichen,
dass Rundrufe durchlaufen. Falls auch Rundrufe daran gehindert werden
sollten, durch das Netzwerk zu laufen, können Router verwendet werden.
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Die
durch eine oder mehrere Repeater miteinander verbundenen Computer
bilden zusammen mit den Repeatern ein LAN-Segment, das auch eine Kollisions-Domäne genannt
wird, weil Kollisionen in dem Segment bleiben. Eine Anzahl von solchen LAN-Segmenten
kann dann über
einen oder mehrere Switches miteinander verbunden werden, um ein LAN
zu bilden, das auch eine Rundruf-Domäne genannt wird, weil sich
Rundrufe überall
in der Domäne ausbreiten
können,
während
sie im Bereich dieser Domäne
eingesperrt sind. Eine Rundruf-Domäne kann durch einen Router
mit anderen LANs, mit einem WAN (weiträumiges Netzwerk) oder mit einem normalen
Telekommunikationsnetzwerk, wie z. B. einem SDH(Synchrondigitalhierarchie)-Netzwerk, verbunden
werden.
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Ein
LAN kann in eine Anzahl von VLANs (virtuelle LANs) segmentiert sein.
Dies ist eine logische Segmentierung statt einer physischen, und
Computer, die zu einem speziellen VLAN gehören, brauchen nicht in z. B.
einer Kollisions-Domäne
oder einem LAN-Segment physisch miteinander verbunden zu sein. Folglich
kann ein VLAN als eine Gruppe von Geräten von unterschiedlichen LAN-Segmenten
betrachtet werden, die miteinander kommunizieren können, als
ob sie sich alle auf demselben physischen LAN-Segment befinden würden. Wenn
ein LAN konfiguriert ist, um eine Segmentierung in VLANs zu ermöglichen,
weisen die Datenrahmen ein zusätzliches VLAN-Tag-Feld
mit einem VLAN-Identifier (VLAN-ID) auf, der das VLAN anzeigt, zu
dem der Rahmen gehört.
Ein Beispiel dafür
ist in dem IEEE 802.1Q-Standard spezifiziert. Die meisten LANs heutzutage
ermöglichen
eine VLAN-Segmentierung.
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Das
Switching in den LAN-Switches kann bei Schicht 2 (Datenverbindungsschicht)
oder Schicht 3 (Netzwerkschicht) entsprechend dem OSI(offenes Kommunikationssystem[Open
Systems Interconnection])-Modell auftreten. Bei einem Schicht 2-Switching
werden die MAC(Übertragungsmittelzugriff[Medium
Access Control])-Adressen
verwendet. Die MAC-Adresse eines Geräts, d. h. der LAN-Port eines
Computers, ist eine eindeutige 48-Bit-Adresse, die üblicherweise
dem Gerät
zugeordnet wird, wenn es hergestellt wird. Bei einem Schicht 3-Switching werden
die IP(Internetprotokoll)-Adressen verwendet. Die IP-Adresse ist
eine 32-Bit-Adresse,
die einem Gerät
zugeordnet wird, wenn ein Netzwerk konfiguriert wird. Sie wird als
vier Oktetts, die durch Perioden getrennt sind, geschrieben.
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Heutzutage
scheint es, dass die LAN-Switches wohl zumindest etwas von der Funktionalität übernehmen
werden, die früher
durch Router bereitgestellt wurde. LAN-Schicht 2/Schicht 3-Switches
haben sich in preisgünstige
dedizierte Produkte von hoher Leistungsfähigkeit entwickelt, während sich
die Router andererseits in die Richtung bewegen, bloß als eine
Schnittstellenumsetzerbox zu den Telekommunikationsnetzwerken verwendet
zu werden, ohne dass ihre Routingfunktionalität benötigt wird, die schon im Schicht
2/Schicht 3-Switch unterstützt
wird. In diesem Fall unterstützen
die LAN-Schicht 2/Schicht 3-Switches
höherer
Leistungsfähigkeit
das Routingvermögen
des WAN-Routers. Gleichzeitig wird eine immer höhere Leistungsfähigkeit
in Richtung auf z. B. ein WAN erfordert, aber ein Schicht 2/Schicht
3-Switch weist mehr als genug Leistungsfähigkeit und Routingvermögen in einem
100 Mbps- und Gigabitraum auf, um WAN-Schnittstellen zu unterstützen.
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Es
ist folglich eine natürliche
Entwicklung, Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen unterschiedlichen
LAN-Standorten direkt über
die öffentliche
Infrastruktur mittels LAN-Schicht 2/Schicht 3-Switches statt der
langsameren und kostspieligeren WAN-Router zu erhalten. Dies ergibt
geringere Gesamtkosten einer LAN-Lösung, und Schicht 2/Schicht
3-Switches werden häufig
sowieso an den LAN-Standorten benötigt.
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Als
ein Zeichen dieser Entwicklung beginnen Ausrüstungsfirmen damit, öffentliche
Infrastrukturprodukte anzukündigen,
die LAN-Schnittstellen unterstützen,
und Zeitschriften zeigen, dass mehrere Firmen z. B. ASICs oder FPGAs
vorbereiten, die LAN-Schnittstellen direkt auf z. B. SDH- oder SONET-Produkten
bereitstellen. Außerdem
fährt man mit
einer Standardisierung bei z. B. ITU fort, wobei geklärt wird,
wie man z. B. Ethernetrahmen in die SDH-Infrastruktur abbildet.
Es gibt auch Ideen, Ethernet direkt über Wrapper in z. B. DWDM(dichte Wellenlängenmultiplex)-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
abzubilden.
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Ein
Beispiel für
eine Bereitstellung einer Ethernetschnittstelle in einem SDH/SONST-Netzwerk
ist aus der
WO 01/08356 bekannt.
Die Offenbarung dieses Schriftstücks
liefert einen Punkt-zu-Punkt-Betrieb zur Verbindung eines Bitübertragungsschichseiten-Geräts und Netzwerkschichtseiten-Geräts, z. B.
Verbindung von Ethernetswitches und einem SDH/SONST-Netzwerk. Der Ethernetswitchchip
weist einen chipintegrierten Speicher auf, der MAC-Adressen und
VLANs unterstützt. MAC-Rahmen
sind direkt an das SDH/SONST-Netzwerk angepasst.
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Jedoch
wird, wenn ein LAN-Switch durch z. B. ein öffentliches Telekommunikationsnetzwerk
mit mehreren entfernten LAN-Standorten verbunden werden soll, wie
es der Fall ist, z. B. wenn eine Firma Abteilungen in mehreren Städten unterhält, ein
Kabel für
jeden der entfernten Standorte vom LAN-Switch zum Telekommunikationsnetzwerk
benötigt.
Da die Anzahl von entfernten Standorten häufig ziemlich groß ist, wird
eine entsprechend große
Anzahl von Kabeln benötigt,
und dies macht es weniger attraktiv, einen LAN-Switch statt eines
Routers zur Verbindung von einem LAN zu einem externen Telekommunikationsnetzwerk
zu verwenden.
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Deshalb
ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren des oben erwähnten Typs
bereitzustellen, bei dem Datenrahmen von einem LAN in ein synchrones digitales
Telekommunikationssystem abgebildet werden können, ohne dass man eine große Anzahl
von Kabeln vom LAN zum Telekommunikationsnetzwerk benötigt, selbst
im Fall von Verbindungen mit mehreren entfernten Orten.
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Gemäß der Erfindung
wird das Ziel erreicht, dadurch dass das Verfahren die Schritte
umfasst: Zuordnen von VLAN-Identifiern zu den entfernten Zielen,
so dass jeder VLAN-Identifier nur einem entfernten Ziel zugeordnet
ist; Speichern von Zielen in dem synchronen digitalen Telekommunikationssystem
für eine
Anzahl von VLAN-Identifiern in einer Tabelle; Detektieren aus einem
gegebenen Datenrahmen, der abzubilden ist, des VLAN-Identifiers
dieses Rahmens; Lesen des Ziels entsprechend dem detektierten VLAN-Identifier
in der Tabelle; und Abbilden des Rahmens in das synchrone digitale
Kommunikationssystem in einen Kanal, der mit dem aus der Tabelle ausgelesenen
Ziel verbunden ist.
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Wenn
der VLAN-Identifier verwendet wird, um das Ziel von Rahmen, die
von dem LAN, d. h. von dem LAN-Switch, kommen, zu bestimmen, können nun
alle Rahmen auf einem einzigen Kabel vom LAN-Switch zur Eintrittsstelle
des Telekommunikationssystems gesendet werden, unabhängig von
ihrem Ziel.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
der Erfindung werden erzielt, wenn das LAN ein Ethernet entsprechend
dem IEEE 802.3-Standard ist und/oder der VLAN-Identifier in einem
VLAN-Tag-Feld mit einem Format entsprechend dem IEEE 802.1 Q-Standard
enthalten ist. In zweckmäßigen Ausführungsformen
kann das synchrone digitale Telekommunikationssystem ein SDH(Synchrondigitalhierarchie)-Netzwerk,
ein SONST(synchrones optisches Netzwerk)-Netzwerk oder ein DWDM(dichtes
Wellenlängenmultiplex)-Netzwerk
sein.
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Wie
erwähnt,
betrifft die Erfindung auch ein Schnittstellengerät zum Abbilden
von Datenrahmen von einem lokalen Netzwerk (LAN) in ein synchrones digitales
Telekommunikationssystem, wobei das LAN von einem Typ ist, in dem
Datenrahmen mit einem VLAN-Identifier verwendet werden. Wenn das
Gerät umfasst:
eine Tabelle zur Speicherung von entsprechenden VLAN-Identifiern
und Zielen in dem synchronen digitalen Telekommunikationssystem;
Einrichtungen zum Empfang eines Datenrahmens, der abzubilden ist,
von dem LAN; Einrichtungen zum Detektieren des VLAN-Identifiers
dieses Rahmens aus einem empfangenen Datenrahmen; Einrichtungen zum
Lesen des Ziels entsprechend dem detektierten VLAN-Identifier in
der Tabelle; und Einrichtungen zum Abbilden des Rahmens in das synchrone
digitale Telekommunikationssystem in einen Kanal, der mit dem aus
der Tabelle ausgelesenen Ziel verbunden ist, können Datenrahmen aus dem LAN
in das synchrone digitale Telekommunikationssystem abgebildet werden,
ohne dass man eine große
Anzahl von Kabeln vom LAN zum Telekommunikationsnetzwerk benötigt, selbst
im Fall von Verbindungen mit mehreren entfernten Orten.
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Zweckmäßige Ausführungsformen
des Schnittstellengeräts
werden erzielt, wenn das LAN ein Ethernet entsprechend dem IEEE
802.3-Standard ist und/oder der VLAN-Identifier in einem VLAN-Tag-Feld mit
einem Format entsprechend dem IEEE 802.1Q-Standard enthalten ist.
In zweckmäßigen Ausführungsformen
kann das synchrone digitale Telekommunikationssystem ein SDH(Synchrondigitalhierarchie)-Netzwerk, ein SONST(synchrones
optisches Netzwerk)-Netzwerk oder ein DWDM(dichtes Wellenlängenmultiplex)-Netzwerk
sein.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen vollständiger unten
beschrieben.
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1 stellt
ein Beispiel für
ein LAN dar,
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2 stellt
die Struktur eines Ethernetrahmens dar,
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3 stellt
eine Anzahl von Netzwerken dar, die mittels Repeatern miteinander
verbunden sind,
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4 stellt
zwei LAN-Segmente dar, die mit einem LAN-Switch verbunden sind,
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5 stellt
einen Router dar, der mit einer Anzahl von LANs verbunden ist,
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6 stellt
zwei VLANs dar, die mit einer Anzahl von LAN-Switches verbunden
sind,
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7 stellt
die Struktur eines Ethernetrahmens mit einem Tag-Header dar,
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8 stellt
ein LAN dar, das durch ein SDH-Netzwerk mit einer Anzahl von entfernten
Orten verbunden ist,
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9 stellt
ein LAN dar, das mit einem SDH-Netzwerk gemäß der Erfindung verbunden ist,
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10 stellt
eine Tabelle gemäß der Erfindung
dar, und
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11 stellt
eine Ausführung
eines Ethernet-zu-SDH-Port dar.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung sehen wir uns zuerst die Funktion eines normalen LAN (lokales
Netzwerk) an. 1 stellt ein Beispiel für ein LAN
1 dar, das ein Ethernet entsprechend dem IEEE 802.3-Standard sein
kann. Das Netzwerk 1 ermöglicht, dass eine Anzahl von
Geräten 2–7 miteinander verbunden
werden, um miteinander zu kommunizieren. Als ein Beispiel können die
Geräte 2, 3 und 4 Computer
sein, und die Geräte 5, 6 und 7 können Peripheriegeräte sein,
wie z. B. Drucker, Datenspeicher oder Anzeigegeräte, die auf diese Weise durch
die Computer gemeinsam genutzt werden können. Obwohl nur sechs Geräte in 1 dargestellt
sind, kann in der Praxis die Anzahl von Geräten, die mit einem Netzwerk
verbunden sind, viel größer sein.
Das physische Medium des Netzwerks 1 kann ein dickes Koaxialsystem,
ein dünnes
Koaxialsystem, ein System verdrillter Adernpaare oder ein faseroptisches
System sein, und die Übertragungsgeschwindigkeiten können 10
Mbps oder 100 Mbps sein. In der Zukunft werden auch Übertragungsgeschwindigkeiten
im Gbps-Bereich möglich
sein.
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Jedes
der mit dem LAN 1 verbundenen Geräte 2–7 arbeitet
unabhängig
von den anderen Geräten,
und folglich gibt es keinen zentralen Kontroller der Kommunikation
auf dem Netzwerk. Alle Geräte horchen
auf alle Daten, die auf dem Netzwerk übertragen werden. Wenn ein
Gerät beabsichtigt,
Daten zu senden, horcht es auf das Netzwerk, und es wird nur erlaubt,
zu übertragen,
wenn zu diesem Zeitpunkt keine anderen Daten übertragen werden. Die Daten werden
in der Form eines Datenrahmens jeweils ein Bit zu einem Zeitpunkt
seriell übertragen.
Nach jeder Rahmenübertragung
müssen
alle Geräte
gleichermaßen
wieder um die nächste
Rahmenübertragungsgelegenheit
wetteifern. Dieses System wird Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung
[Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection] (CSMA/CD)
genannt. Eine Kollision tritt auf, wenn mehr als ein Gerät zufällig eine Übertragung
zum gleichen Zeitpunkt startet. In diesem Fall müssen beide Geräte die Übertragung
anhalten und zu unterschiedlichen Zeiten wieder von Anfang an beginnen.
Es sollte angemerkt werden, dass Kollisionen normale und erwartete
Ereignisse sind.
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Jedes
Gerät weist
eine eindeutige absolute oder Hardwareadresse auf. Dies ist eine 48-Bit-Adresse
und ist als die MAC(Übertragungsmittelzugriff[Medium
Access Control])-Adresse bekannt. Die MAC-Adresse wird einem Gerät vorher
zugeordnet, wenn es hergestellt wird. Die ersten 24 Bit kennzeichnen
den Hersteller, während
die übrigen
24 Bits verwendet werden, die einzelnen Geräte, die durch diesen Hersteller
hergestellt sind, zu kennzeichnen.
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2 stellt
ein Beispiel für
die Struktur eines Ethernetrahmens 8 dar. Der Rahmen 8 besteht
aus einem Satz von Bits, die in eine Anzahl von Feldern organisiert
sind. Das erste Feld 9 enthält ein Dateianfangs-Etikett,
das zuerst übertragen
wird, um eine Stabilisierung und Synchronisation zu erzielen, und einen
Start Frame Delimiter, der den Start des Rahmens anzeigt. Die Felder 10 und 11 enthalten
die Ziel- und die Quell-MAC-Adressen, während das Feld 12 ein
Typ/Längen-Feld
ist, das die Länge
des Datenfelds 13 anzeigt, das die eigentlichen Daten, die
zu übertragen
sind, enthält.
Schließlich
enthält das
Feld 14 eine auf den anderen Feldern berechnete Prüfsumme.
Die Anzahl von Bytes in jedem Feld wird in der Figur angezeigt.
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Wenn
ein Rahmen auf dem Netzwerk ausgesendet wird, betrachten sämtliche
Geräte
die Ziel-MAC-Adresse im Feld 10 des Rahmens, und sie vergleichen
diese Zieladresse mit ihrer eigenen MAC-Adresse. Nur das Gerät mit derselben
Adresse wie die Zieladresse liest den ganzen Rahmen und übergibt
ihn an die auf diesem Gerät
laufende Netzwerksoftware. Alle anderen Geräte halten mit einem Lesen des
Rahmens an, wenn sie entdecken, dass die Zieladresse nicht ihrer
eigenen Adresse entspricht.
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Ein
Rahmen kann auch zu sämtlichen
Geräten
rundgesendet werden, die mit dem Netzwerk verbunden sind. In diesem
Fall wird die aus allen bestehende Ziel-MAC-Adresse verwendet. Alle Geräte, die einen
Rahmen mit dieser Zieladresse sehen, lesen den Rahmen und übergeben
ihn an die auf dem Gerät
laufende Netzwerksoftware.
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In
Bezug auf die MAC-Adresse, die, wie erwähnt, jedem einzelnen Gerät zugeordnet
wird, wenn es hergestellt wird, wird eine Adresse höherer Ebene, die
typischerweise eine IP(Internetprotokoll)-Adresse genannt wird,
jedem Gerät
zugeordnet, wenn ein gegebenes Netzwerk konfiguriert wird. Die IP-Adresse ist
eine 32-Bit-Adresse. Die Netzwerksoftware hoher Ebene eines Geräts hat keine
Kenntnis von den MAC-Adressen der anderen Geräte, so dass, wenn Daten zu
einem anderen Gerät
mit einer gegebenen IP-Adresse gesendet werden sollten, die Netzwerksoftware
niedrigerer Ebene zuerst die entsprechende MAC-Adresse herausfinden
muss.
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Es
gibt eine Grenze, wie viele Geräte
man mit einem einzelnen Netzwerk wie demjenigen, das in 1 dargestellt
ist, verbinden kann. Jedoch kann eine Anzahl von solchen Netzwerken
mittels Repeatern miteinander verbunden werden. Ein Beispiel dafür ist in 3 dargestellt.
Vier kleinere Netzwerke 21, 22, 23 und 24,
die dem Netzwerk 1 in 1 ähneln, sind
durch die Repeater 25, 26 und 27 miteinander
verbunden, so dass ein größeres Netzwerk 20 gebildet
wird.
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Repeater
sind signalverstärkende
und neutaktende Geräte,
die jegliche ankommenden Daten überall
im Netzwerk 21 ausbreiten, und folglich arbeitet das ganze
Netzwerk 21 logisch wie ein einziges (aber größeres) LAN.
Dies bedeutet, dass Rahmen noch zu sämtlichen Geräten rundgesendet
werden können,
die mit einem beliebigen Teil des Netzwerks verbunden sind, und
dass Kollisionen zwischen beliebigen zwei Geräten im Netzwerk auftreten können. Deshalb
wird ein solches Netzwerk auch eine Kollisions-Domäne genannt.
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Wenn
zu viele Geräte
mit einer einzigen Kollisions-Domäne verbunden sind, oder wenn
der Verkehrspegel zu hoch wird, treten Kollisionen so häufig auf,
dass die Kapazität
des Netzwerks beträchtlich verringert
werden kann. Um zu verhindern, dass Kollisionen durch das ganze
Netzwerk laufen, können LAN-Switches
verwendet werden. LAN-Switches leiten Kollisionen nicht weiter,
aber sie ermöglichen noch,
dass Rundrufe durchlaufen. Dies ist in 4 dargestellt,
in der zwei Kollisions-Domänen
oder LAN-Segmente 32 und 33 mit einem LAN-Switch 31 verbunden
sind.
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Wenn
die Anzahl von Geräten
so groß ist, dass
auch verhindert werden sollte, dass Rundrufe zu allen anderen Geräten laufen,
kann ein Router verwendet werden, wie in 5 dargestellt
ist. Hier werden zwei LAN-Switches 41 und 42 verwendet,
um die Kollisions-Domänen
oder LAN-Segmente 43, 44, 45 und 46 zu
einer Domäne 47 zusammenzukoppeln, die
eine Rundruf-Domäne
genannt wird, weil Rundrufe in diesem Bereich eingesperrt sind,
während, wenn
sie sich innerhalb der Domäne
befinden, sie sie durchlaufen dürfen.
Mit der vorliegenden Definition wird ein LAN als eine einzelne Rundruf-Domäne definiert,
und folglich wird die Domäne 47 als
ein separates und ganzes LAN betrachtet. Die LAN-Switches 41 und 42 und
folglich die Rundruf-Domäne 47 sind mit
einem Router 48 verbunden. Durch den Router 48 kann
das LAN 47 mit anderen LANs verbunden werden, die separate
Rundruf-Domänen
bilden, wie z. B. dem LAN 50 in 5, das mit
einem LAN-Switch 51 und zwei Kollisions-Domänen 52 und 53 dargestellt
ist. Der Router 48 kann auch mit der Außenwelt in der Form von z.
B. einem WAN (weiträumiges
Netzwerk) verbunden sein, wie z. B. dem Internet, oder einem öffentlichen
Telekommunikationsnetzwerk, wie es hier mit dem SDH(Synchrondigitalhierarchie)-Netzwerk 55 dargestellt
ist. Im letzteren Fall werden Ethernetrahmen vom Router 48 in die
SDH-Infrastruktur im Port 56 abgebildet. Im Port 56 ist
eine Verbindung mit einem anderen (entfernten) Port des SDH-Netzwerks eingerichtet,
so dass der Rahmen zum entfernten Ort transportiert werden kann,
wo z. B. ein anderes LAN mit dem SDH-Netzwerk verbunden sein kann.
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Ein
Nachteil einer Verwendung von Routern besteht darin, dass sie verglichen mit
einem LAN-Switch normalerweise mehr Zeit brauchen, um ankommende
Daten zu verarbeiten, und ein Router ist auch ein komplizierteres
und kostspieligeres Bauteil als der LAN-Switch. Eine Alternative
zur Verwendung von Routern für
die Definition von Rundruf-Domänen
ist die Verwendung von VLANs (virtuelle lokale Netzwerke). VLANs
ermöglichen,
dass ein Netzwerk, d. h. ein LAN, logisch in unterschiedliche Rundruf-Domänen segmentiert
wird, wobei jede dieser kleineren Domänen ein VLAN genannt wird.
Folglich kann ein VLAN als eine Gruppe von Geräten auf unterschiedlichen physischen
LAN-Segmenten betrachtet werden, die miteinander kommunizieren können, als
ob sie sich alle auf demselben physischen LAN-Segment befinden.
Dies ist in 6 veranschaulicht, die die LAN-Switches 41, 42 und 51 darstellt,
die mit den LAN-Segmenten 43, 44, 45, 46, 52 bzw. 53 verbunden
sind, wie in 5. Jedoch sind die LAN-Segmente
nun in zwei VLANs 61 und 62 eingeteilt worden,
die auch VLAN 1 und VLAN 2 genannt werden. Es sollte angemerkt werden,
dass, obwohl die Figur aus Gründen
der Klarheit nur ganze LAN-Segmente in jedem VLAN darstellt, es
möglich ist,
für jedes
einzelne Gerät
zu bestimmen, zu welchem VLAN es gehören sollte. 6 zeigt
auch, dass einer der LAN-Switches durch den Port 56 nun direkt
mit der Außenwelt
in der Form des SDH-Netzwerks 55 verbunden ist, ohne dass
irgendein Router verwendet wird.
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Um
zu ermöglichen,
dass die LAN-Switches die Segmentierung des Netzwerks in unterschiedliche
VLANs handhaben, müssen
Rahmen, die über das
Netzwerk gesendet werden, eine Art und Weise besitzen, anzuzeigen,
zu welchem VLAN ein gegebener Rahmen gehört, so dass die LAN-Switches
die Rahmen nur zu denjenigen Geräten
weiterleiten, die tatsächlich
zu diesem VLAN gehören.
Ohne VLANs würden
alle Rahmen normalerweise zu allen Geräten im Netzwerk weitergeleitet
worden sein. Dies wird erhalten, indem VLAN-Information zu jedem
Rahmen in der Form eines Tag-Headers oder Tag-Felds hinzugefügt wird.
Wie in 7 dargestellt, die einen VLAN-Rahmen 71 veranschaulicht,
ist der Tag-Header ein Feld 72, das zwischen den Feldern 11 und 12 angeordnet
ist, d. h. dem Quelladressfeld und dem Typ/Längen-Feld des normalen Ethernetrahmens 8, der
in 2 dargestellt wurde. Das Format dieses Rahmens
wird im IEEE 802.1 Q-Standard beschrieben.
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Der
Tag-Header 72 besteht aus einem TPID(Tag Protocol Identifier)-Feld,
das anzeigt, dass ein Tag-Header folgt, und einem TCI(Tagsteuerinformation[Tag
Control Information])-Feld. Normalerweise sind beide von diesen
Feldern 2-Byte-Felder,
aber in einigen Ausführungsformen
kann das TPID-Feld bis zu 8 Bytes aufweisen. Das TCI-Feld enthält ein Benutzerprioritätsfeld,
ein CFI(Canonical Format Indicator)-Feld und ein VID(VLAN-Identifier)-Feld 73.
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Die
Benutzerpriorität
ist ein 3-Bit-Feld, das ermöglicht,
dass Prioritätsinformation
im Rahmen kodiert wird. CFI ist ein einziges Bit, das anzeigt, dass alle
MAC-Adressen, die im MAC-Datenfeld vorhanden sind, in einem kanonischen
Format vorliegen. Das VLAN-ID-Feld 73 wird verwendet, um
das VLAN, zu dem der Rahmen gehört,
auf eine eindeutige Weise zu kennzeichnen. Es kann ein Maximum von
(212 – 1)
VLANs geben. Null wird verwendet, um anzuzeigen, dass es keine VLAN-ID
gibt. Das VLAN-ID-Feld 73 ist das wichtige Feld hier, weil
es in Bezug zur Erfindung verwendet wird, wie unten beschrieben
wird.
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Die 5 und 6 stellten
dar, dass ein LAN mit einem öffentlichen
Telekommunikationsnetzwerk, wie z. B. dem SDH-Netzwerk 55,
verbunden werden könnte.
Eine solche Verbindung wird häufig verwendet,
wenn z. B. eine Firma Abteilungen unterhält, die in unterschiedlichen
Städten
gelegen sind, und wünscht,
die Computer und andere Geräte
in den unterschiedlichen Abteilungen miteinander zu verbinden, als
ob sie mit einem üblichen
LAN verbunden wären.
Ein Beispiel für
eine solche Situation ist in 8 dargestellt.
Am Ort 81 ist ein LAN-Switch 82 dargestellt, der
mit zwei LAN-Segmenten 83 und 84 verbunden ist,
aber natürlich
könnte
er auch mit anderen LAN-Switches verbunden sein, um ein größeres LAN
zu bilden, wie es der Fall in 6 war. Das LAN
am Ort 81 ist mit anderen LANs an den entfernten Orten 85, 86 und 87 durch
ein SDH-Netzwerk 89 verbunden. Das Netzwerk am Ort 86 ist
als ein LAN-Segment 90 dargestellt, das als ein einzelnes VLAN
(VLANA) betrachtet wird und mit einem LAN-Switch 91 verbunden
ist. Ähnlich
ist das Netzwerk am Ort 87 als ein LAN-Segment 92 dargestellt, das
als ein einzelnes VLAN (VLANB) betrachtet wird und mit einem LAN-Switch 93 verbunden
ist, während
das Netzwerk am Ort 88 als ein Paar von LAN-Segmenten 94 und 95 dargestellt
ist, die in zwei VLANs (VLANC und VLAND) eingeteilt sind und mit einem
LAN-Switch 96 verbunden sind.
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Im
SDH-Netzwerk 89 werden Kanäle oder Pfade 97, 98 und 99 zwischen
dem Ort 81 und den unterschiedlichen entfernten Orten 86, 87 bzw. 88 erstellt.
An jedem Ort ist das LAN mit dem SDH-Netzwerk durch einen Ethernetport
verbunden, der das Abbilden der zu übertragenden Ethernetrahmen
in die SDH-Struktur und das Wiedergewinnen von empfangenen Rahmen
besorgt. Am Ort 86 ist der LAN-Switch 91 mit dem
Port 101, der auch PORT1 genannt wird, verbunden. Ähnlich ist
am Ort 87 der LAN-Switch 93 mit dem Port 102,
der auch PORT2 genannt wird, verbunden, während am Ort 88 der LAN-Switch 96 mit
dem Port 103, der auch PORT3 genannt wird, verbunden ist.
Schließlich
ist am Ort 81 der LAN-Switch 82 mit dem Port 100 verbunden.
In diesem Fall werden die Pfade zwischen den dargestellten Ports
kontinuierlich erstellt, obwohl Ethernetrahmen nur asynchron übertragen
werden.
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Um
zwischen den drei Orten 86, 87 und 88 zu
unterscheiden, wenn Rahmen von dem Ort 81 zu einem von
den anderen Orte übertragen
werden, müssen
separate Anschlussstellen auf dem LAN-Switch 82 verwendet
werden. Dies bedeutet auch, dass drei separate Verbindungen 104, 105 und 106 zwischen
dem LAN-Switch 82 und dem Port 100 hergestellt
werden, so dass z. B. Rahmen, die für ein Gerät am Ort 86 bestimmt
sind, vom LAN-Switch 82 auf der Verbindung 104 zum
Port 100 übertragen werden,
in dem er in den schon erstellten Pfad 97 zu PORT1 und
folglich zum Gerät
am Ort 86 abgebildet wird. Folglich werden im Port 100 auf
der Verbindung 104 angekommene Rahmen in den Pfad 97 zu PORT1
abgebildet, auf der Verbindung 105 angekommene Rahmen werden
in den Pfad 98 zu PORT2 abgebildet, und auf der Verbindung 106 angekommene
Rahmen werden in den Pfad 99 zu PORT3 abgebildet. Im veranschaulichten
Fall mit nur drei unterschiedlichen entfernten Orten könnten drei
separate Verbindungen oder Kabel zwischen dem LAN-Switch 82 und
dem Port 100 ausreichend sein, aber in der Praxis ist die
Anzahl von entfernten Orten typischerweise viel größer, und
folglich wird eine entsprechend große Anzahl von Verbindungen
zwischen dem Switch und dem Port benötigt. Die große Anzahl
von Verbindungen ist an sich unpraktisch und kostspielig, aber außerdem macht
sie häufig
die Verwendung von zusätzlichen
LAN-Switches nötig,
um ausreichende Switchanschlussstellen für diese Verbindungen zu besitzen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein unterschiedlicher Port 111 zum Verbinden des LAN-Switch 82 mit dem
SDH-Netzwerk 89 verwendet, wie in 9 dargestellt
ist. Mit der Verwendung des Port 111 ist eine einzige Verbindung 112 vom
LAN-Switch 82 zum Port 111 ausreichend. Dies wird
erhalten, indem die Tatsache genutzt wird, dass der LAN-Switch 82 VLANs
unterstützt
und folglich vom Tag-Header Gebrauch macht, der oben beschrieben
ist und in 7 veranschaulicht ist. Das VLAN-ID-Feld 73 des
Tag-Headers für
einen gegebenen Rahmen identifiziert das VLAN, zu dem der Rahmen übertragen
werden muss, und vorausgesetzt, dass jedes VLAN auf einen von den
entfernten Orte begrenzt ist, was normalerweise der Fall ist, identifiziert
das VLAN-ID-Feld 73 auch den Ort, zu dem der Rahmen gesendet
wird. Dies ermöglicht,
dass der Port 111 den Zielport und folglich den SDH-Pfad
wählt,
indem das VLAN-ID-Feld 73 eines Rahmens gelesen wird.
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Eine
Weiterleitungstabelle 121, die in 10 dargestellt
ist, die die Beziehungen zwischen dem VLAN-ID-Feld 73 und
dem Ziel enthält,
ist im Port 111 gespeichert. Wenn der Port 111 z.
B. einen Rahmen, in dem die VLAN-ID VLANB ist (d. h. die binäre Darstellung,
die dem entspricht), vom Switch 82 empfängt, zeigt die Tabelle 121,
dass das Ziel dieses Rahmens PORT2 ist, und folglich bildet der
Port 111 den Rahmen in den SDH-Pfad 98 zu PORT2
ab, in dem er wie dergewonnen wird und durch den LAN-Switch 93 an
das Empfangsgerät(-geräte) entsprechend
der Ziel-MAC-Adresse des Rahmens übergeben wird. Wenn ein Ort
mehr als ein VLAN aufweist, wie es der Fall bei VLANC und VLAND
am Ort 88 ist, verwendet der empfangende LAN-Switch, in
diesem Fall der LAN-Switch 96, auch die VLAN-ID des Rahmens,
um den Rahmen an das dafür
bestimmte VLAN zu übergeben.
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Der
Ethernet-zu-SDH-Port 111 kann wie in 11 dargestellt
ausgeführt
sein. Jedoch sollte es angemerkt werden, dass aus Gründen der
Klarheit die Figur nur diejenigen Teile des Port darstellt, die für die Erfindung
relevant sind. Die Ethernetrahmen werden von der Verbindung 112 im
Empfangskreis 113 empfangen, und im Detektionsblock 114 wird
die VLAN-ID des Rahmens durch Lesen des Felds 73 detektiert.
Der Block 115 liest das Ziel entsprechend der detektierten
VLAN-ID aus der
Tabelle 121, und schließlich bildet der Abbildungskreis 116 den
Rahmen in einen von den SDH-Pfaden ab, wie oben beschrieben.
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Wenn
der Port 111 die VLAN-ID eines Rahmens nutzt, um sein Ziel
im SDH-Netzwerk zu bestimmen, ist eine einzige Verbindung vom LAN-Switch 82 zum
Port 111 ausreichend, obwohl die Rahmen unterschiedliche
Ziele aufweisen können,
und folglich kann die größere Anzahl
von Verbindungen im Stand der Technik vermieden werden, und dies
wird erzielt, ohne dass irgendeine komplizierte Routingfunktionalität im Ethernet-zu-SDH-Port 111 erforderlich
ist.
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Weiter
wird es auch angemerkt, dass, wenn eine einzige Ethernetverbindung,
wie hier beschrieben, in eine Menge von vielen niedrigeren SDH-Verbindungen,
d. h. eine pro entferntes Ziel gemultiplext wird, auch eine bessere
Leistungsfähigkeitsentsprechung
erzielt werden kann. Die Ethernetgeschwindigkeit muss immer auf
die Geschwindigkeit niedrigerer SDH-Verbindungen geschwindigkeitsangepasst sein,
und dies wird durch eine Ethernet-Pausenrahmensteuerung oder über Ethernet-Verkehrsgestaltung
im LAN-Switch durchgeführt.
Wenn eine Hochgeschwindigkeits-Ethernetschnittstelle zu mehreren unterschiedlichen
SDH-Verbindungen abbildet, wird wahrscheinlich eine höhere Leistungsfähigkeit
erhalten, außer
wenn alle Rahmen für
eine Periode in dieselbe SDH-Verbindung abgebildet werden.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden ist, ist
die Erfindung nicht darauf beschränkt, vielmehr kann sie auch
auf andere Weisen im Bereich des Gegenstands, der in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, verwirklicht werden.