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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fernmeldetechnik und
insbesondere ein Verfahren und ein Netzwerkelement zum Befördern von Ethernet-Rahmen
auf einem SDH/SONET-Beförderungsnetzwerk.
Noch genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein
Netzwerkelement, das die Neuübertragung
von Ethernet-Rahmen auf einem SDH/SONET-Netzwerk erlaubt.
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Bekanntlich
ist von einem Ethernet-Gerät
erzeugter Verkehr gekennzeichnet durch Diskontinuitäten, das
heißt,
es gibt Perioden mit einer mehr oder weniger konstanten Senderate
von Ethernet-Paketen und Perioden, in denen eine ziemlich lange
Zeit zwischen einem empfangenen Ethernet-Rahmen und dem nächsten vorgesehen
ist. Ein solcher instabiler/ungleichmäßiger Verkehr wird allgemein
als "salvenartig" (bursty) bezeichnet.
SDH- oder SONET-Verkehr hingegen ist gekennzeichnet durch eine konstante
Sende-/Empfangsrate.
Mit anderen Worten sendet jedes Netzwerkelement eines SDH-/SONET-Beförderungsnetzwerkes
entsprechende Rahmen mit einer regelmäßigen und konstanten Rate.
Außerdem
haben Ethernet-Rahmen keine feste Länge/Größe, sondern nur eine maximale Größe (1518
Bytes).
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Es
ist leicht zu verstehen, dass diese Unterschiede die Verknüpfung von
zwei Technologien mit unterschiedlichem Wesen/Eigenschaften sehr schwierig
machen.
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Eine
bereits verfügbare
Lösung
für das
obige Problem erlaubt die Abbildung von Ethernet-Rahmen in virtuelle SDH/SONET-Container
als transparenter Zustrom; alle eintreffenden Bits werden mit zugehöriger Zeitsteuerungsinformation
(Frequenz zum Wiederherstellen der richtigen Bitrate auf der Empfängerseite)
zur Ausgangsschnittstelle befördert.
In der SDH/SONET-Nutzlast sind auch die Totzeiten zwischen einem
empfangenen Ethernet-Rahmen
und dem nächsten
abgebildet.
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Das
allgemeine Problem des Beförderns
von Ethernet-Rahmen in einem SONET/SDH-Beförderungsnetzwerk
wird gegenwärtig
gelöst
durch virtuelle SONET/SDH-Verkettung.
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Ein
Beispiel einer Vorrichtung, die diesen Typ von Anpassung durchführt, ist
in dem Dokument US 2001/043603 (Yu Shaohua), veröffentlicht am 22.11.2001, "Interfacing apparatus
and method for adapting Ethernet directly to a physical channel" offenbart, welches
ein Verfahren zum Bereitstellen eines bidirektionalen Punkt-zu-Punkt-Systems
zum Verbinden einer Vorrichtung auf Seiten der physikalischen Schicht
und einer Vorrichtung auf Seiten der Netzwerkschicht wie zum Beispiel
Ethernet-Vermittlern und einem SDH-Netzwerk vorschlägt.
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Manchmal
können
Ethernet-Rahmen in dem Netzwerk aus verschiedenen Gründen verlorengehen,
zum Beispiel aufgrund einer Störung
in dem Netzwerk. Gegenwärtig
wird der Schritt der Ethernet-Neuübertragung auf einer höheren Schichtebene verwaltet,
doch aufgrund dieser Verwaltung in hoher Schicht ist die Neuübertragung
von Ethernet-Rahmen eine ziemlich langwierige Prozedur und kann nicht
effizient durchgeführt
werden.
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Es
bleibt also das Problem, wie eine schnelle Neuübertragung von Ethernet-Rahmen,
die bei ihrer Beförderung
auf dem SDH/SONET-Netzwerk verlorengegangen sind, auf niedriger
Ebene durchgeführt werden
kann.
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In
Anbetracht des obigen Hauptproblems ist das allgemeine Ziel der
vorliegenden Erfindung, es auf effiziente Weise zu lösen.
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Hauptgegenstand
der Erfindung ist, ein Verfahren und ein Netzwerkelement zum Bereitstellen des
Merkmals einer Neuübertragung
von Ethernet-Rahmen auf einem SDH/SONET-Beförderungsnetzwerk
auf niedriger Schichtebene in effizienter und schnellerer Weise
als die bekannten Lösungen bereitzustellen.
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Ein
zusätzliches
Ziel der Erfindung ist, ein solches Verfahren bereitzustellen, das
in Hardware implementierbar ist.
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Diese
und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch
ein Verfahren und ein Netzwerkelement gemäß Anspruch 1 bzw. 5. Weitere vorteilhafte
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Alle Ansprüche
sind als integraler Bestandteil der vorliegenden Beschreibung zu
verstehen.
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Die
Grundidee der vorgeschlagenen Lösung ist,
am Übertragungsstreckensender
des Startnetzwerkelementes eine Kopie der empfangenen, an ein Empfängernetzwerkelement
zu sendenden Rahmen zu speichern. Die Rahmen werden gespeichert,
bis der Übertragungsstreckenempfänger des
empfangenden Netzwerkelementes die Bestätigung liefert, dass die Rahmen
auf dem SDH-Netzwerk erfolgreich befördert worden sind.
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Die
vorliegende Erfindung arbeitet über
eine neue Schicht/Netzwerk, die über
dem SDH/SONET-Netzwerk bereitgestellt wird, um die Beförderung
von Ethernet-Verkehr auf dem SDH/SONET-Netzwerk zu verwalten; diese
neue Schicht/Netzwerk verwendet die Ressourcen des SDH/SONET-Netzwerks
in einer Weise, die die bereitgestellten Dienste und die Leistungen
mit Bezug auf diesen speziellen Typ von Beförderung optimiert. Eine solche
neue Schicht ist in einer früheren
Patentanmeldung (
EP 02 290
445.2 ) von der gleichen Anmelderin wie die vorliegende
offenbart und beansprucht worden.
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Die
vorliegende Erfindung wird deutlich anhand der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung, zu lesen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungsblätter.
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1 zeigt
die Struktur eines VPN und darauf bezogener Schaltungen und ist ähnlich zu
1 von
EP 02 290 445.2 ; und
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2 zeigt
detaillierter eine Verbindungsstrecke, die AP#0 von NE#0 und AP#1
von NE#1 verbindet.
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Wie
oben gesagt, arbeitet die vorliegende Erfindung in einer Schicht/einem
Netzwerk, das als NETS (d. h. Network of Ethernet over SDH/SONET) bezeichnet
ist und in
EP 02 290 445.2 offenbart
ist. Das NETS umfasst Grundelemente, die nachfolgend zum besseren
Verständnis
der vorliegenden Erfindung aufgeführt sind.
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Das
NETS-Modell umfasst fünf
Grundelemente: Zugangspunkt, Verbindungsstrecke, Schaltung, Leitung
und Pfad. Ein Zugangspunkt (AP) ist eine Ethernet-Schnittstelle
an der Grenze eines SDH/SONET-Netzwerks; es ist der Punkt, wo der Ethemet-Verkehr
in das SDH/SONET-Netzwerk eintreten bzw. es verlassen kann. 1 zeigt
ein einfaches Beispiel eines Netzwerks mit fünf Netzwerkelementen (NE#0
bis NE#4), wobei jedes Netzwerkelement einen Zugangspunkt hat: NE#0
hat AP#0, NE#1 hat AP#1, NE#2 hat AP#2, NE#3 hat AP#4 und schließlich hat
NE#4 AP#3. Natürlich
kann ein Netzwerkelement mehr als einen Zugangspunkt beherbergen.
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Ein
Paar von Ethernet-Zugangspunkten definiert eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung;
diese Punkt-zu-Punkt-Verbindung wird Verbindungsstrecke genannt.
Zum Beispiel identifiziert mit Bezug auf 1 das Paar
AP#0 und AP#1 eine Verbindungsstrecke, das Paar AP#2 und AP#4 definiert
eine andere Verbindungsstrecke, usw.
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Ein
SDH/SONET-Netzwerk könnte
die Verbindung von zwei Zugangspunkten (das heißt die Herstellung einer Übertragungsverbindung)
auf unterschiedlichen Routen erlauben. Jede Route wird als Schaltung
bezeichnet. Eine Schaltung wird erhalten durch eine Verkettung von
Leitungen und könnte als
eine Reihenschaltung von N Leitungen betrachtet werden.
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Jede
Schaltung/Route, die zwei Zugangspunkte verbindet, kann wiederum
in eine Folge von kleineren Segmenten unterteilt werden, die jeweils als
Leitung (Pipe) bezeichnet werden. Die Grundpipeline ist der virtuelle
Container, der zwei Netzwerkelemente verbindet, er wird als Pfad
bezeichnet.
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2 zeigt
eine Verbindungsstrecke, die Zugangspunkte AP#0 und AP#1 (an NE#0
bzw. NE#1) verbindet, mit zwei zugeordneten Schaltungen, Schaltung
a und Schaltung b. Schaltung a umfasst in dem Beispiel fünf VC12,
während
Schaltung b einen einzelnen VC-3 umfasst. Der Einfachheit halber
sei die Richtung von NE#0 nach NE#1 betrachtet; natürlich wird
die erfindungsgemäße Lösung auf
beide Richtungen angewendet.
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Bei
NE#0 werden die über
AP#0 eintreffenden Ethernet-Rahmen in einem Warteschlangenpuffer
QIN des Verbindungsstrecken-Senders LTX0 von NE#0 gespeichert; es wird eine Folge
von (nicht gezeigten), als A, B, C, D, E, F etc. bezeichneten Rahmen
betrachtet.
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Die
Ausgabe des Eingangs-Ethernet-Rahmen-Warteschlangenpuffers QIN des Verbindungsstreckensenders LTX0 von NE#0 wird einem Rahmendispatcher FD
zugeführt,
der jedem virtuellen Container von Schaltung a oder Schaltung b
einen Rahmen zuweist. Zum Beispiel wird Rahmen A zu VC-12#1, Rahmen
B zu VC-12#2, Rahmen C zu VC-12#3, ..., und Rahmen F zu VC-3 zugewiesen. Während einer
solchen Zuweisungsoperation wird ein entsprechendes Folgenetikett/Nummer
durch einen Etikettzuweiser LA angehängt, um am Endpunkt die Neuordnung
(FR) der Rahmen zu ermöglichen. Die
Rahmen werden über
Sender Txa und Txb der Schaltungen
a bzw. b abgebildet und gesendet.
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An
NE#1 werden die Rahmen von jeweiligen Empfängern RXa und
RXb empfangen und dem LRX1 bereitgestellt.
Der Verbindungsstreckenempfänger LRX1 von NE#1 empfängt Ethernet-Rahmen von beiden
Schaltungen a und b; aufgrund des Zeitversatzes zwischen den zwei
verschiedenen Routen kann die Folge der empfangenen Ethernet-Rahmen
von der Rahmenfolge an AP#0 (dem Startpunkt) abweichen.
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Eine
Rahmenneuordnungsoperation, durchgeführt von dem Rahmenneuordnungsblock
FR, ist erforderlich, bevor die empfangenen Rahmen zum Ausgeben
an AP#1 bereitgestellt werden.
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Über einen
schnellen Kommunikationskanal COM, in 2 gezeigt,
wird der Status der Neuordnungsoperation im Verbindungsstreckenempfänger LRX1 von NE#1 dem Verbindungsstreckensender LTX0 von NE#0 bereitgestellt. Anhand von Statusinformation
kann der Verbindungsstreckensender den Verlust von einem oder mehreren
Rahmen erfassen und, wenn nötig,
die Neuübertragung
des oder der verlorenen Rahmen bewerkstelligen.
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Die
Grundidee ist, dass der Verbindungsstreckensender LTX0 von
NE#0 in der Eingangswarteschlange QIN die
empfangenen Rahmen speichert und hält, bis der Verbindungsstreckenempfänger LRX1 von NE#1 die Bestätigung liefert, dass die Rahmen
erfolgreich auf dem SDH/SONET-Netzwerk befördert worden sind. Wenn diese
Bestätigung
empfangen worden ist, werden die betreffenden Rahmen aus der Eingangswarteschlange
beseitigt; anderenfalls werden die Rahmen neu übertragen.
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Vorteilhafterweise
werden Informationsaustausch und Neuübertragung vollständig auf
Hardware-Ebene verwaltet und sind ziemlich schnell.
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Es
folgt eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung könnten zwei
verschiedene Typen von Neuübertragung
verwaltet werden, nämlich
Neuübertragung
von mehreren Rahmen und Neuübertragung
eines einzelnen Rahmens. Die Neuübertragung
von mehreren Rahmen wird zuerst betrachtet.
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Mit
Bezug auf 2 wird die Verbindungsstrecke
AP#0–AP#1
mit den zwei zugehörigen
Schaltungen a und b betrachtet. Die Mehrfach-Neuübertragung wird mit folgenden
Schritten verwaltet:
jeder Rahmen der Eingangwarteschlange
wird entweder Schaltung a oder Schaltung b zugewiesen.
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Die
ausgewählte
Schaltung führt
die Beförderung
des Rahmens zu NE#1 durch. Die von NE#1 empfangene Reihenfolge der
Rahmen sei A, E, D, B, C, F etc.
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Wegen
des Zeitversatzes zwischen den zwei verschiedenen Routen kann die
Reihenfolge der empfangenen Ethernet-Rahmen von der ursprünglichen
Rahmenreihenfolge bei AP#0 abweichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist an jedem Netzwerkelement ein Zeiger auf den letzten neugeordneten
Rahmen vorgesehen, um die Reihenfolge der empfangenen Rahmen neu
zu ordnen. Der Verbindungsstreckenempfänger von NE#1 sollte die empfangenen
Rahmen nach den folgenden Schritten neu ordnen:
Empfang von
Rahmen A: der Zeiger des letzten neugeordneten Rahmens wird auf
A gesetzt, und der Rahmen A wird AP#1 bereitgestellt;
Empfang
von Rahmen E: Rahmen F wird gespeichert, aber der Neuordnungszeiger
wird auf A gehalten;
Empfang von Rahmen D: Rahmen D wird gespeichert,
aber der Neuordnungszeiger wird auf A gehalten;
Empfang von
Rahmen B: Rahmen B wird gespeichert, der Neuordnungszeiger wird
auf B gesetzt, und der Rahmen wird AP#1 bereitgestellt;
Empfang
von Rahmen C: Rahmen C wird gespeichert, der Neuordnungszeiger wird
auf E gesetzt, und Rahmen C, D und E werden AP#1 bereitgestellt;
Empfang
von Rahmen F: Der Neuordnungszeiger wird auf F gesetzt, und der
Rahmen wird AP#1 bereitgestellt, usw.
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Über den
Kommunikationskanal COM wird der Neuordnungszeigerwert dem Verbindungsstreckensender
LTX0 von NE#0 bereitgestellt.
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Der
Verbindungsstreckensender LTX0 von NE#0
entlädt
den gespeicherten Rahmen A bei Empfang eines Wertes A des Neuordnungszeigers.
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Ein
Neuordnungszeiger mit Wert A bedeutet nämlich, dass NE#1 den Rahmen
A erfolgreich empfangen und gespeichert hat, und dass es nicht notwendig
ist, eine Kopie von diesem weiter in der Warteschlange des Verbindungsstreckensenders
zu halten.
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Das
gleiche geschieht für
den Rahmen B, der bei NE#0 in LTX0 gespeichert
ist: Bei Empfang eines Wertes des Neuordnungszeigers von B wird
der Rahmen B verworfen.
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Der
Verbindungsstreckensender LTX0 entlädt die Rahmen
C, D und E, wenn der Neuordnungszeigerwert gleich E wird: Wiederum
garantiert der neue Wert des Neuordnungszeigers, dass alle diese Rahmen
erfolgreich bis zum Endpunkt befördert
worden sind.
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Schließlich entlädt der Verbindungsstreckensender
LTX0 den gespeicherten Rahmen F, wenn der empfangene
Neuordnungszeigerwert F ist.
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Oben
ist also die Weise offenbart, wie der Verbindungsstreckensender
LTX und der Verbindungsstreckenempfänger LRX die Ethernet-Warteschlange
verwalten, wenn kein Rahmen verlorengegangen ist.
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Nehmen
wir nun an, dass die Rahmen C und D zwischen NE#0 und NE#1 verlorengegangen
sind; die neue Folge von Ereignissen ist im Folgenden angegeben:
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Jeder
Rahmen der Eingangswarteschlange wird entweder Schaltung a oder
b zugewiesen. Die ausgewählte
Schaltung führt
die Beförderung
des Rahmens nach NE#1 durch.
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Es
wird angenommen, dass die Reihenfolge der von NE#1 empfangenen Rahmen
A, E, B, F etc. ist, und dass Rahmen C und D verlorengegangen sind.
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Der
Verbindungsempfänger
LRX1 von NE#1 ordnet die empfangenen Rahmen
nach den folgenden Schritten neu:
Empfang von Rahmen A: der
Zeiger des letzten neugeordneten Rahmens wird auf A gesetzt, und
der Rahmen A wird AP#1 bereitgestellt;
Empfang von Rahmen E:
der Rahmen E wird gespeichert, aber der Neuordnungszeigerwert wird
gleich A gehalten;
Empfang von Rahmen B: der Rahmen wird gespeichert,
der Neuordnungszeiger wird auf B gesetzt, und der Rahmen B wird
AP#1 bereitgestellt;
Empfang von Rahmen F: der Rahmen wird
gespeichert, aber der Neuordnungszeiger wird auf B gehalten, etc.
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Mit
Hilfe des Kommunikationskanals COM wird der Neuordnungszeigerwert
dem Verbindungsstreckensender LTX0 von NE#0
bereitgestellt.
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Wie
bei dem obigen Beispiel (bei dem keine Rahmen verlorengegangen waren),
entlädt
der Verbindungssteckensender LTX0 von NE#0
den gespeicherten Rahmen A bei Empfang des Neuordnungszeigerwertes
A. Ein Neuordnungszeiger von A bedeutet, dass NE#1 den Rahmen erfolgreich
empfangen und gespeichert hat, und dass es nicht notwendig ist,
eine Kopie desselben weiter in der Warteschlange des Verbindungsstreckensenders
zu behalten.
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Das
gleiche gilt für
den Rahmen B, der in NE#0 bei LTX0 gespeichert
ist: Bei Empfang eines Wertes des Neuordnungszeigers von B wird
der Rahmen B verworfen.
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Aufgrund
des Verlustes der Rahmen C und D ändert sich der Neuordnungszeigerwert
bei LRX1 nicht mehr: Der Verbindungsstreckensender
LTX0 kann keinen Rahmen entladen, und der
Verbindungsstreckenempfänger
LRX1 kann keinen weiteren Rahmen nach dem
Rahmen B an AP#1 liefern.
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Vorteilhafterweise
erfasst ein Zeitzähler
TC im Verbindungsstreckensender LTX0 diesen
Sperrzustand: Der Zähler
läuft ab,
wenn der gleiche Wert des Neuordnungszeigers für eine bestimmte festgelegte Zeit
empfangen wird.
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Als
eine Folge des Zeigerablaufes sendet der Verbindungsstreckensender
LTX0 alle gespeicherten Rahmen ab C neu
(das heißt
C, D, E, F etc.). Der Verbindungsstreckenempfänger LRX1 überprüft die empfangenen
Rahmen: Er speichert die (zuvor nicht empfangenen) Rahmen C und
D und verwirft die Rahmen E, F, etc., weil bereits gespeichert.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird der Neuordnungszeiger auf F (oder einen nachfolgenden/höheren Wert)
gesetzt. Bei Empfang des Neuordnungszeigers F (oder eines nachfolgenden
Wertes) entlädt
der Verbindungsstreckensender die Rahmen C, D, E, F, etc.
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Der
reguläre
Betriebszustand ist wiederhergestellt, und die Schritte der Übertragung,
Empfang und Entladung von Rahmen gehen weiter wie üblich.
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Die
gleiche Folge von Rahmen wie bei AP#0 empfangen wird so bei AP#1
bereitgestellt; eine Verkehrsüberwachungseinrichtung
an AP#0 erfasst lediglich eine kurze Pause zwischen der Übertragung des
Rahmens B und den nachfolgenden aufgrund der Erholungszeit der Neuübertragungsfunktion.
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Ein
anderer Typ von Ansatz könnte
die Neuübertragung
eines einzelnen Rahmens nach dem Zeitablaufereignis sein. Nehmen
wir zum Beispiel an, dass bei dem vorherigen Beispiel nur Rahmen
C neu übertragen
werden sollte.
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Aufgrund
der Tatsache, dass auch Rahmen D verlorengegangen ist, wird wieder
ein Sperrzustand erfasst, und nach einem zweiten Zeitablaufereignis
wird auch Rahmen D neu übertragen,
und der reguläre
Zustand ist wiederhergestellt.
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Die
Wiederherstellungsoperation erfordert ein Zeitablaufereignis für jeden
verlorengegangenen Rahmen und ist im Prinzip weniger effizient.
Allerdings schafft die vorgeschlagene Lösung die Möglichkeit, auch einen einzelnen
Rahmen neu zu übertragen.
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Dieses
Ereignis kann auftreten, wenn der Verbindungsstreckenempfänger LRX1 von NE#1 einen Rahmen mit einem korrekten
Reihenfolgenetikett aber mit fehlerbehaftetem Informationsfeld empfängt; dies
ist zum Beispiel möglich,
wenn ein Ethernet-Rahmen in ein GFP-Format gekapselt ist, das unterschiedliche
CRCs für
den Header und das Informationsfeld bereitstellt.
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Der
Verbindungsstreckenempfänger
(zum Beispiel LRX1), der einen solchen Zustand
erfasst, könnte
den Rahmen (zum Beispiel Rahmen C) entladen, so dass fehlerhafte
Daten nicht weitergeleitet werden; Rahmen C wird nicht in der Warteschlange gespeichert,
und der resultierende Zustand ist der gleiche, wie wenn der Rahmen
auf dem Pfad von NE#0 zu NE#1 verlorengegangen wäre.
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Dieses
Ereignis führt
zu einem Sperrzustand wie oben beschrieben; der Neuordnungszeiger
ist fest auf dem Wert B, und der Rahmen C und die nachfolgenden
würden
nach Zeitablauf neu übertragen.
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Der
Hauptunterschied zu dem vorhergehenden Beispiel ist, dass NE#1 weiß, dass
ein Rahmen entladen/verlorengegangen ist und auch das Reihenfolgenetikett
des Rahmens kennt.
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Um
die Erholungszeit zu optimieren, wird die Rahmen-Neuübertragung
mit den folgenden Schritten verwaltet.
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Sobald
der Verbindungsstreckenempfänger LRX1 den Rahmen C entladen hat, gibt er eine
Anforderung zur Neuübertragung
eines einzelnen Rahmens (das heißt des Rahmens C) an den Verbindungsstreckensender
LTX0 mit Hilfe des Kommunikationskanals
COM.
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Bei
Empfang dieser Anforderung überträgt der Verbindungsstreckensender
LTX0 den Rahmen C neu.
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Der
reguläre
Betriebszustand ist wieder hergestellt, und die Schritte von Senden,
Empfang und Entladung der Rahmen gehen wie üblich weiter.
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Im
Hinblick auf die Neuübertragung
von mehreren Rahmen hat diese Lösung
zwei Hauptvorteile:
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Die
Neuübertragung
wird so bald wie möglich
durchgeführt,
ohne ein Zeitablaufereignis abzuwarten.
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Keine
Bandbreite wird belegt, um Rahmen neu zu übertragen, die bereits in der Warteschlange des
Verbindungsstreckenempfängers
gespeichert sind.
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Beide
Typen von Neuübertragung
werden auf Hardware-Ebene verwaltet, so dass dieses Merkmal effizient
und schnell implementiert ist.
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Es
sind ein neues Verfahren und ein neues Netzwerkelement beschrieben
worden, welche alle Ziele und gesuchten Vorteile aufweisen. Viele Änderungen,
Abwandlungen, Abweichungen, andere Verwendungen und Anwendungen
der vorliegenden Erfindung werden jedoch für Fachleute nach Kenntnis der
Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen
davon offenbaren, offensichtlich sein.