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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Fibre-Channel-Vermittlungstechnologie.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Portmodul, welches
zum Empfang einer 10-Gigabit-pro-Sekunde-Fibreverbindung für den Einsatz
in einer Fibre-Channel-Vermittlungsumgebung eingerichtet ist.
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Fibre-Channel
ist eine hochleistungsfähige serielle
Verbindungsnorm für
die bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Datenübertragung zwischen Servern,
Speichersystemen, Arbeitsstationen, Vermittlungen (Switche) und
Hubs. Sie bietet verschiedene Vorteile gegenüber Verbindungsebene-Protokolle, darunter
Effizienz und hohe Leistungsfähigkeit,
Skalierbarkeit, Unkompliziertheit, Einsatz- und Installations-Einfachheit
sowie Unterstützung
gängiger
Protokolle auf hoher Ebene.
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Fibre-Channel
verwendet eine als "Fabric" bezeichnete Topologie,
um Verbindungen zwischen den Knoten herzustellen. Eine "Fabric" ist ein Netzwerk
von Vermittlungen, um mehrere Vorrichtungen untereinander zu verbinden,
ohne die mögliche
Anordnung der Vermittlung einzuschränken. Eine Fabric kann eine
Mischung aus Punkt-zu-Punkt- und vermittelten Schleifentopologien
umfassen.
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Bei
der Fibre-Channel-Technologie wird ein Kanal (Channel) zwischen
zwei Knoten aufgebaut, wobei die primäre Aufgabe des Kanals der Datentransport
zwischen einem Punkt und einem anderen Punkt mit hoher Geschwindigkeit
und geringer Verzögerung
ist. Die Fibre-Channel-Vermittlung stellt eine flexible geschaltete
Kreis-/Paket-Topologie zur Verfügung,
indem sie mehrfache gleichzeitige Punkt-zu-Punkt-Verbindungen einrichtet.
Da diese Verbindungen von den Vermittlungen oder "Fabric-Elementen" verwaltet werden,
statt von den angeschlossenen Endgeräten oder "Knoten", ist die Fabric-Datenverkehrsverwaltung
aus der Sicht des Endgeräts
stark vereinfacht.
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Das
Grundelement einer Fabric ist eine Vermittlung. In einem Fibre-Channel-System werden die Daten
in Rahmen transportiert, wobei jeder Rahmen einen Header aufweist,
der unter anderem einen Zielknoten identifiziert. Der Zielknoten
wird als ein "DID" bezeichnet. Eine
Vermittlung umfasst mehrere Ports, die die Datenrahmen einer externen
Verbindung senden und empfangen. Ein Port umfasst Schaltungstechnik,
die Daten von der externen Verbindung empfängt, die Daten nach Bedarf
puffert, und vorzugsweise eine gewisse Analyse ausführt, um
die Integrität der
empfangenen Daten zu gewährleisten
und die Header-Information, wie beispielsweise die DID, zu verwenden,
um den empfangenen Rahmen innerhalb der Vermittlung zu verarbeiten.
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Eine
Vermittlung umfasst auch einen Mechanismus, wie beispielsweise eine
Kreuzschienenmatrix oder ähnliches,
um jeden Port an der Vermittlung mit einem anderen Port an der Vermittlung
intern so zu koppeln, dass die an einem Port (zum Beispiel einem
Empfangs- oder RX-Port) empfangenen Rahmen an einen anderen Port
(beispielsweise einen Sende- oder TX-Port) übertragen werden können. Eine
Vermittlung umfasst auch Datenverarbeitungs-Mechanismen zur Analyse
des empfangenen Rahmens, um den geeigneten TX-Port zu bestimmen,
der den vom DID des Rahmens angegebenen Knoten erreichen kann. In
einer beliebigen gegebenen Vermittlung weist die Port-Elektronik
eine maximale Datenübertragungsrate
auf, die von den Hardware-Komponenten bestimmt ist. Typisch unterstützt die
Portelektronik niedrigere Datenübertragungsraten
als die maximale Datenübertragungsrate,
jedoch nicht höhere.
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Als
Hintergrundinformation wird auf das Dokument
WO 98/36537 Bezug genommen, das eine Fibre-Channel-Vermittlungsfabric
gemäß der Fibre-Channel-Norm beschreibt.
Die
WO 99/41862 beschreibt
ein Verfahren und eine Apparatur zum Aufbau von dynamischen ESCON-Verbindungen
(Enterprise System Connection) über
eine Fibre-Channel-Verbindung. Ein an einem Fibre-Channel-Frontend ankommender
Fibre-Channel-Bus hat eine Bandbreite von etwa 200 MB/s. Die
WO 00/58842 beschreibt
eine Verbindungsarchitektur zur Verwaltung von Mehrfachverbindungen
kleiner Bandbreite über
eine Verbindung großer
Bandbreite – in
diesem Zusammenhang erstreckt sich die große Bandbreite von 256 Mb/s
bis zu 2 Gb/s. Die
WO 00/42741 bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Apparatur zur Verkehrsmessung innerhalb
einer Fibre-Channel-Vermittlung. Die Datenübertragungsraten werden nicht
angegeben, es wird jedoch angenommen, dass es sich um standardgemäße Fibre-Channel-Datenübertragungsraten
handelt.
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Mit
dem Fortschritt der Fibre-Channel-Technologie wird eine Erhöhung der
Datenübertragungs-Geschwindigkeit
zunehmend wünschenswert. In
vielen Fällen
ist jedoch die vorhandene Hardware mit der zunehmenden Gesamtgeschwindigkeit
des Netzwerks inkompatibel. Folglich wird es erforderlich, entweder
die vorhandene Hardware zu ersetzen, was eine kostspielige Alternative
ist, oder schrittweise zur neuen Technologie überzugehen, mit Hinzufügungen,
die sich so verhalten, dass die neue Technologie und die vorhandene
Technologie miteinander vereint werden. Wenn sie in geeigneter Weise
konfiguriert sind, ermöglichen
die hinzugefügten
Vorrichtungen, wie beispielsweise Einsteckadapter und dergleichen,
Kombinationen der aktuellen Architektur und der technologischen
Neuerungen mittels lediglich inkrementeller Modifikationen.
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Zur
Zeit ermöglichen
universelle Portmodule eine Datenübertragungsrate von 1 Gb/s
und 2 Gb/s für
Fibre-Channel-Vermittlungssysteme. Es gibt jedoch eine neue Fibre-Channel-Norm,
die eine Erhöhung
auf eine 10 Gb/s Datenübertragungsrate
beinhaltet. Die meisten existierenden Architekturen sind nicht so
gestaltet, dass sie, ohne wesentliche Modifizierungen und Aktualisierungen
der Hardwarekomponenten, die Erhöhung
der Datenübertragungsrate verarbeiten
und effektiv nutzen können,
da die meisten Systeme so gestaltet sind, dass sie Datenübertragungsraten
kleiner, aber nicht größer als
eine maximale Datenübertragungsrate
verarbeiten können.
Es gibt somit Bedarf für
ein Portmodul zur Verwendung mit der vorhandenen Fibre-Channel-Vermittlungsarchitektur,
das eine Datenübertragungsrate
von 10 Gb/s gemäß der Fibre-Channel-Norm
nutzen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Gestaltung des Fibre-Channel-Portmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung
stellt eine Lösung
dar, die es der vorhandenen Hardware ermöglicht, eine Erhöhung der
Datenübertragungsrate
auf zehn Gigabit pro Sekunde oder höher zu unterstützen, und
sie tut dies in einer extrem einfachen Weise, ohne Bedarf für wesentliche
Gestaltungsveränderungen
und mit nur relativ unkomplizierten Veränderungen der vorhandenen Fibre-Channel-Vermittlungsumgebungen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Portmodul für den Einsatz in einer Fibre-Channel-Vermittlungsumgebung
zur Verfügung.
Insbesondere gilt, dass das Portmodul gemäß einer Eigenschaft der Erfindung
einen einzigen Zehn-Gigabit-pro-Sekunde-Port verwendet, um eine höhere Ausnutzung
für Mehrfachports
niedrigerer Geschwindigkeit zu ermöglichen. Das Portmodul koppelt
sich an die vorhandenen Ports einer Vermittlungs-Vorrichtung, wie
beispielsweise einer Kreuzschienen-Vermittlung in einer Fibre-Channel-Fabric,
und stellt dem Portmodul eine der ANSI 10GFC-Norm entsprechende
Schnittstelle zum Port, sowie Bündelung
auf der Backplane des Portmoduls, zur Verfügung. Dabei werden die vorhandene
Produkt- Infrastruktur
sowie die Kundeninvestition von der Erfindung wiederverwendet, um
den Gesamtdatendurchsatz zu erhöhen.
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In
einer Eigenschaft stellt die Erfindung ein Fibre-Channel-Port gemäß Anspruch
1 bereit.
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Insbesondere
wird darin ein Fibre-Channel-Port offenbart, der eine Datenschnittstelle
aufweist, die für
die Kopplung an eine 10,2 Gigabit-pro-Sekunde-Verbindung eingerichtet ist. Das Modul
hat auch ein Frontend, das mit der Fibre-Datenschnittstelle zum Senden und Empfangen
von Fibre-Channel-Daten an die bzw. von der Fibredaten-Schnittstelle
gekoppelt ist. Das Modul stellt einen an das Frontend gekoppelten
Pfad-Controller zur Pfad-Verarbeitung der Fibre-Channel-Daten zur Verfügung. Die
Pfad-Verarbeitung ermittelt für
die Fibre-Channel-Daten ein oder mehrere Zielports in einem Vermittlungselement.
Das Portmodul hat eine Backplane-Datenschnittstelle, die für eine Kopplung an
mehrere Ports in einem Vermittlungselement ausgelegt ist.
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Weiterhin
wird hier ein Verfahren offenbart, mit dem eine Verbindungsbündelung
an einem Port verfügbar
wird. Der Port umfasst ein Portmodul, das eine Fibre-Datenschnittstelle
und eine Backplane-Datenschnittstelle aufweist. Die Fibre-Datenschnittstelle
ist für
den Empfang einer 10,2 Gigabit-pro-Sekunde-Verbindung eingerichtet. Die
Backplane-Datenschnittstelle ist zum Anschließen mehrerer Portmodul-Ports
an wenigstens eine Fibre-Channel-Vermittlung
konfiguriert. Die Fibre-Datenschnittstelle ist an eine 10,2 Gigabit-pro-Sekunde-Verbindung
angeschlossen. Die Mehreren Portmodule sind an mehrere Ports auf
wenigstens einem Vermittlungselement mit Hilfe mehrerer Backplane-Verbindungen angeschlossen.
Dann werden am ersten Port Fibre-Channel-Daten empfangen. Die Fibre-Channel-Daten
sind für
einen zweiten Port als Ziel bestimmt. Die Fibre-Channel-Daten werden
vom ersten Port über
die mehreren Backplane-Verbindungen zum
zweiten Port geleitet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
oben erwähnten
und weitere Merkmale und Objekte der vorliegenden Erfindung, und
die Art, wie sie erreicht werden, werden sich klarer herausstellen,
und die Erfindung ist am besten zu verstehen, mit Bezugnahme auf
die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform zusammen mit der
beigefügten
Zeichnung, in der:
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1 ein
Blockdiagramm eines universellen Fibre-Portmoduls nach dem Stand
der Technik darstellt, für
den Einsatz mit einem Fibre-Channel-Vermittlungselement;
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2 ein
Blockdiagramm eines zehn-Gigabit-pro-Sekunde Portmoduls darstellt,
für den
Einsatz mit einem Fibre-Channel-Vermittlungselement;
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3 ein
Blockdiagramm darstellt, das die Verbindung eines zehn-Gigabit-pro-Sekunde Portmoduls
und eines universellen Portmoduls und eines Vermittlungselement
untereinander veranschaulicht;
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4 ein
Blockdiagramm zeigt, das zwei Vermittlungselemente und zwei zehn-Gigabit-pro-Sekunde
Portmodule darstellt, um einen Durchsatz von zehn Gigabit pro Sekunde
zu zehn Gigabit pro Sekunde zu erzielen; und
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5 ein
Blockdiagramm zeigt, das eine Fibre-Channel-Fabric mit verschiedenen
Portmodul-Steckkarten darstellt, die mit verschiedenen Ports auf
mehreren Vermittlungselementen verbunden sind.
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BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 (Stand
der Technik) zeigt ein typisches 1 Gigabit-pro-Sekunde (das heißt 1,0625
Gigabit pro Sekunde) oder 2 Gigabit-pro-Sekunde (das heißt 2,125
Gigabit-pro-Sekunde) universelles Portmodul 100. Insbesondere
hat das universelle Portmodul 100 vier G-Ports 105, 110, 115 und 120 für den Empfang
von Fibre-Channel-Daten
oder Rahmen von einer Fabric. Das Fibre-Port-Modul 100 umfasst
auch eine Sbar-Schnittstelle (SBI) 130 zum Koppeln an ein Vermittlungselement
(nicht dargestellt). Die SBI 130 hat eine Verbindung für jeden
Port, also vier Verbindungen für
die Ports 105, 110, 115 und 120,
die unabhängig
voneinander arbeiten. Im Betrieb kommt ein Rahmen an einem der Ports,
beispielsweise Port 105, an. Der Rahmen wird vom Port 105 an
eine an die SBI 130 angeschlossene Verbindung übertragen. Die
SBI 130 überträgt den Rahmen über eine
der an den Port 105 angeschlossenen Verbindungen an das Vermittlungselement.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines zehn Gigabit Portmoduls 200 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Portmodul 200 ist ein G-Port gemäß einem 10-Gigabit-Fibre-Channel,
das vorzugsweise auch die F-Port- oder die E-Port-Funktionalität unterstützt. Das
Portmodul 200 unterstützt
10,2 Gigabit-pro-Sekunde-Datenübertragungsoptiken
auf der Faserseite (allgemein auf der linken Seite in 2)
und mehrere Leitungen mit 1,0625 oder 2,125 Gigabit pro Sekunde Datenübertragungsrate über die Backplane-Datenschnittstelle 270.
Das Fibre-Portmodul 200 weist
auch mehrere integrierte Serialisierer-/Deserialisierer (ISD) Kerne 210, 215, 200, 225, 230 und 235 auf,
als Schnittstelle zu einem Vermittlungselement (nicht dargestellt)
auf der Backplaneseite (allgemein auf der rechten Seite von 2). Das
Portmodul 200 umfasst wenigstens eine 10-Gigabit-Fibre-Channel-Fibre–Daten-Schnittstelle 205 sowie
vier oder sechs Backplane-Daten-
und -Steuerschnittstellen zum Empfangen und Senden von Daten von
und an ein internes Vermittlungselement. Die Backplane-Daten- und
Steuer-Schnittstellen
arbeiten unabhängig
voneinander.
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Das
Portmodul
200 kann auf der Backplane als eine Vierport-Bündelgruppe
(bis zu 4 × 2,125
= 8,5 Gigabit pro Sekunde) oder als eine Sechsport-Bündelgruppe
unter Verwendung von Rahmen-Zerlegungen (striping) (6 × 2,125
= 12,75 Gigabit pro Sekunde für
eine effektive Datenübertragungsrate
von 10,2 G) konfiguriert werden. Das Bündeln wird hierbei als ein
Kombinieren oder Aggregieren von Bandbreite mittels gleichzeitiger
Verwendung von mehreren Verbindungen definiert. Das Rahmen-Zerlegen
wird im
US-Patent Nr. 6 941 252 mit dem
Titel "Method for
Aggregating a Plurality of Links to Simulate a Unitary Connection", eingereicht am
14 März
2001, beschrieben. Der Datenverkehr fließt gleichzeitig über die
mehreren Verbindungen und zusammen ergibt dies eine höhere Bandbreite
mit dem Einsatz von Technologie geringerer Geschwindigkeit. Das
Bündeln
ermöglicht
es dem Portmodul
200, Datenrahmen mit einer Geschwindigkeit
von 1 oder 2 Gigabit pro Sekunde von Backplane-Verbindungen zu empfangen,
die an die ISDs
210,
215,
220,
225,
230 und
235 angeschlossen
sind.
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Die
Fibre-Schnittstelle (FDI) 205 ist die Schnittstelle zwischen
dem Frontend 240 und einer zweiten 10-Gigabit-pro-Sekunde
Fibre-Channel-Datenverbindung. In einer Ausführungsform ist die FDI 205 an
ein XAUI-Modul außerhalb
des Chips angeschlossen. Ein XAUI-Modul ist eine 10-Gigabit Zusatzeinheit-Schnittstelle,
die in der Ethernet-Spezifikation IEEE802.3ae 10 G spezifiziert
ist. Das Modul umfasst vier Leitungen für byte-zerlegte Daten, wovon jede
mit 3,125 Gigabit pro Sekunde läuft.
In der Spezifikation ANSI 10GFC läuft jede Leitung mit einer
um 2% höheren
Geschwindigkeit (3,1875 Gb/s), um einen Datendurchsatz von 10,2
Gigabit pro Sekunde zu erzielen.
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Allgemeiner
können
die XAUI-Funktionen mittels Schaltungen implementiert werden, die
sich außerhalb
des Portmoduls 200 befinden oder intern im Portmodul 200 integriert
sind. Die XAUI-Norm ist ein Beispiel einer bestimmten Ausführungsform,
aber jede Ausführungsform,
die die Byte-Zerlegung ausführt,
um einen einzigen Rahmen mit hoher Datenübertragungsrate zu unterteilen
und ihn über
mehrere Leitungen mit niedrigerer Datenübertragungsrate zu verteilen,
ist eine geeignete gleichwertige Variante. Somit funktioniert eine
allgemeine Implementierung, indem sie der FDI 205 mehrere
byte-zerlegte Leitungen zur Verfügung
stellt.
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Vorzugsweise
implementiert die Byte-Zerlegung ein Protokoll, das Mechanismen,
wie beispielsweise definierte Zeichen, beinhaltet, um die Funktionen
zum Leitungsversatz-Ausgleich, zur Datenausrichtung und zur Taktwiederherstellung
zu unterstützen.
In dieser Weise enthält
jede Leitung ausreichend Information, um die Integrität eines
byte-zerlegten Rahmens aufrecht zu erhalten, so dass der Rahmen
zu einem künftigen
Zeitpunkt rekonstruiert werden kann. Ein wesentliches Merkmal der
vorliegenden Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Vermitteln
(Schalten) der mehreren Datenleitungen in einer koordinierten Weise
mittels Hardware, die typisch für
das gegenseitige unabhängige
Schalten jeder der Datenleitungen mit niedriger Datenübertragungsrate
eingerichtet ist.
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Die
FDI 205 umfasst die vier ISDs 201, 202, 203 und 204 sowie
einen Extender-Sublager (XGXS) Block 295, der eine Funktion
zur Datencodierung/Datendecodierung ausführt und Status- sowie Steuer-Register
aufweist, die spezifisch für
die vier ISDs und den XGXS-Block 295 sind. In einer Ausführungsform
des Portmoduls 200, die ein XAUI-Modul einsetzt, arbeitet
jede fibreseitige ISD 201, 202, 203 und 204 mit
3,1875 Gigabit pro Sekunde, um eine XAUI-Schnittstelle mit den Fibre-Channel-Datenübertragungsraten
zu unterstützen.
Vier ISDs arbeiten zusammen, um einen Durchsatz mit 4 × 3,1875
Gigabit pro Sekunde an den in der FDI 205 enthaltenen XGXS-Decodierblock 295 zu
implementieren. In einer Ausführungsform
umfasst der XGXS-Block 295 Register-Schnittstellen für Funktionen, die in jedem der
ISD-Module enthalten sind, wie beispielsweise programmierbare Treiberpegel-
und Vorverzerrungs-Einstellungen.
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Der
XGXS-Block 295 empfängt
Daten von den vier ISDs 201, 202, 203 und 204 und
führt den Leitungs-Versatzausgleich
sowie die 8B/10B-Decodierung aus. Der XGXS-Block 295 gibt
dann vier Datenbyte aus. Die vom Block 295 empfangenen
Daten liegen in vier Leitungen von Oktett-Daten mit 318,75 MHz für eine Datenübertragungsrate
von 10,2 Gb/s vor. Der XGXS-Block 295 codiert auch jede 8B/10B-Datenleitung,
die vom Frontend 240 mit 318,75 MHz für die Übertragung zur Verfügung gestellt
wird. Da der Versatzausgleich und die Ausrichtung auf der Empfangsseite
ausgeführt
werden, arbeitet jede Sendeleitung unabhängig.
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Das
Frontend (FE) 240 verwaltet den Empfang und das Senden
von Fibre Channel FC1 und FC2 konformen Daten von/an den integrierten FDI-Block 205.
Insbesondere, das FE 240 empfängt auf vier Leitungen byte-zerlegte
Fibre-Channel-Rahmen
von der FDI 205. Das FE 240 fügt die vier Leitungen wieder
zu Datenworten zusammen und führt danach
eine Fibre-Channel-Protokoll-Validierungsoperation gemäß der 10GFC-Spezifikation
für Verbindungs-Sequenzierung
und Steuerung sowie das Rahmen-Protokoll aus.
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Der
Pfad-Controller (RC) 250 hat eine Schnittstelle zum FE 240 und
verarbeitet den empfangenen Rahmen, einschließlich der Bestimmung des Zielports,
der Adressen-Validierung und der Pfad-Validierung. Der RC 250 überwacht
die FE-Schnittstelle 240,
um etwaige neu empfangene Rahmen zu erfassen, und er extrahiert
Information, um eine Entscheidung zu treffen, wie der Rahmen weitergeleitet
werden soll, wie zum Beispiel die Information zur Zielidentifizierung
(DID) oder zur Quellenidentifizierung (SID). In einer Ausführungsform
werden 240 Tabellen × 256
Ports pro Tabelle vom Pfad-Controller 250 bearbeitet, was
eine volle Fabric-Lookupfunktion gestattet. Der RC 250 enthält Felder
in Tabellen, um die Fähigkeit
zur Feststellung, dass eine ankommende DID für einen 10-Gigabit-pro-Sekunde-Port bestimmt
ist, aufzunehmen. Der RC-Block 250 hat Bits in den Pfadtabellen
für jeden
Eintrag, der nachgeschalteter Logik, beispielsweise die Warteschlangen-Verwaltung
(QM) 245, anzeigt, dass eine ankommende DID für einen
10-Gigabit-pro-Sekunde-Port bestimmt ist.
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Der
Rahmenschreiber (WR) 255 hat eine Schnittstelle zum FE 240 und
empfängt
Daten vom FE 240 und formatiert diese Daten richtig vor
dem Schreiben in den Pufferspeicher 260. Im dargestellten
Beispiel verwaltet der WR 255 eine Liste von bis zu 250 freien
Pufferspeichern und deren Status. Im dargestellten Beispiel unterstützt der
Rahmenschreiber 255 einen Datendurchsatz mit bis zu 10,2
Gigabit pro Sekunde.
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Der
Pufferspeicher 260 ermöglicht
einen Mindest-Datenduchsatz von 20,4 Gigabit pro Sekunde. Deshalb
kann der Pufferspeicher eine Schreiboperation mit 10,2 Gigabit pro
Sekunde und sechs gleichzeitige Leseoperationen mit 1,7 Gigabit
pro Sekunde verarbeiten. In einer bestimmten Ausführungsform
unterstützt
der Pufferspeicher 260 auch 250 Pufferspeicher,
die je einen Fibre-Channel-Rahmen mit voller Länge von 2148 Byte unterstützen können. Jedes
zum Pufferspeicher 260 geschriebene Datenwort weist vorzugsweise
einen Paritätsschutz
auf.
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Das
Portmodul 200 umfasst einen Pufferspeicher-Controller 265,
der mit einem Pufferspeicher 260 gekoppelt ist. Der Pufferspeicher-Controller (BC) 265 steuert
die Pufferspeicher-Elemente. Der Pufferspeicher-Controller 265 unterstützt die
gleichzeitige Übertragung
von Daten aus allen sechs Rahmenlese (RD) Blöcken 275, von denen
alle effektiv unabhängig
voneinander arbeiten. Der Pufferspeicher-Controller 265 unterstützt auch
die Fähigkeit, Daten
gleichzeitig in den Pufferspeicher zu schreiben, und dies mit einer
Datenübertragungsrate
von 10,2 Gigabit pro Sekunde, wie sie vom Rahmenschreiber-Modul 255 zugeführt werden,
und er ist so gestaltet, dass ein beliebiger BC 265 auf
einen beliebigen der 250 Puffer im Pufferspeicher 260 zugreifen kann. 2 zeigt
eine Ausführungsform,
die es gestattet, gleichzeitig einen Rahmen zu schreiben und sechs
Datenrahmen vom Pufferspeicher 260 zu lesen, was einer
Bandbreite von 20,4 Gigabit pro Sekunde über den Port entspricht.
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Die
Warteschlangen-Verwaltung (QM) 245 ist der zentrale Kern
des Portmoduls 200. Die QM 245 ist zuständig für die Bildung
von Warteschlangen aus empfangenen Rahmen für Zielports aus den vom Rahmenschreiber 255 und
vom Pfad-Controller 250 empfangenen Informationen. Die
Warteschlangen-Verwaltung 245 umfasst auch über den Sbar-Controller
(SB) 280 eine Schnittstelle zu einer Vermittlungs-Vorrichtung,
um Verbindungen sowohl als Quelle wie auch als Ziel zu ermöglichen.
Die QM 245 verwendet die Lesevorrichtung 275 und
die Sbar-Steuerschnittstelle 280 in
unabhängiger
Weise. Die QM 245 unterstützt zielportbasierte Warteschlangen
und virtuelle Ausgangsschlangen (VOQ). Die Bildung virtueller Ausgangsschlangen
ist ein Verfahren, bei dem für
jeden Zielport individuelle Warteschlangen am Quellenport erzeugt
und verwaltet werden. Dieses Verfahren vermeidet die typischen Warteschlangenkopf-Blockierungseffekte,
die mit reinen Quellenport-Warteschlangen einhergehen, und den hohen
Bandbreitenbedarf für
Zielwarteschlangen. Die QM 245 weist auch ein zusätzliches
1 Bit auf, das im Speicher hinterlegt wird, vom Pfad-Controller 250 stammt
und anzeigt, dass die D_ID ein 10-Gigabit-Port ist. Die QM 245 weist
den SB 280 an, eine Verbindungsanforderung einzuleiten
und leitet dann dieses Bit auf einem Signal zum SB-Block 280.
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Das
Portmodul 200 umfasst einen Rahmenleseblock 275.
Der Rahmenleseblock ist für
das Lesen gespeicherter Rahmen aus dem Pufferspeicher 260 und
deren Übertragung
an ein externes, an die Backplane-Datenschnittstelle 270 gekoppeltes
Vermittlungselement zuständig.
Die QM 245 leitet die Informationen des Rahmenheaderwortes,
des anzusprechenden Puffers und des zu verwendenden Vermittlungselement-Pfads
an den Rahmenleser 275 weiter. Der Rahmenleser 245 erzeugt
das Headerwort und sendet es sofort, gefolgt von den Rahmendaten
auf dem ausgewählten
Vermittlungselement-Pfad. Der Port hat auch eine zugehörige Sendeverwaltung 285.
Die Sendeverwaltung (TH) 285 stell die Schnittstelle für die Übertragung
von Rahmen am Port zur Verfügung.
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Der
Sende-Schedulerblock (TS) 290 des Portmoduls 200 ist
für die
zeitliche Planung der Rahmenübertragungen
und der Rahmendaten-Übertragung
an das FE 240 zuständig.
Der Block 290 ist zwischen der TH 285 und dem
FE 240 auf der Sendeseite der TH-Ports eingefügt. Der
TS 290 verwaltet die konfigurierten Ports, die Belegtbits
und die Rahmenübertragung
gemäß den Erfordernissen
der 10-Gigabit-Übertragung
(10 G). Der TS 290 hat vier oder sechs zusätzliche
Puffer, von denen jeder einen vollen Rahmen speichern kann. Der
TS-Block 290 und der TH-Block 285 können sowohl
1- wie auch 2-Gigabit-pro-Sekunde-Rahmen empfangen. Der TS 290 fragt
den Status des FE 240 ab und wenn dieser nicht beschäftigt ist,
beginnt der TS 290, Daten an das FE 240 zu übertragen.
Der TS-Block 290 gewährleistet die Übertragung
der Rahmen in der richtigen Reihenfolge.
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Die
SBAR-Steuerungs-Schnittstelle (SB) 280 des Portmoduls 200 unterstützt 10 G
für Anforderungs-/Antwort-Operationen.
Die SB 280 bearbeitet Anforderungen für jeden der sechs Kanäle oder
Leitungen der Backplane-Datenschnittstelle 270 in unabhängiger Weise.
Beim Verbinden mit einer Zielangabe (DID), die als 10 G-Zielport erkannt
wurde, läuft die
SB 280 zyklisch durch jede der zugehörigen DID-Adressen, basierend auf dem vom QM 245 übergebenen,
zusätzlichen
Bit, das anzeigt, dass die DID ein 10G-Zielport ist. Die SB befragt
jede Adresse zyklisch einmal, oder bis eine Verbindung zustandekommt,
und zwar beendet der frühere
eintretende Fall von diesen beiden Fällen die Operation. Die SB 280 hat
einen Bus zurück
zur QM 245 zur Anzeige der Identität der D_ID mit der sie beim
Versuch eine Verbindung mit einem 10G-Zielport aufzunehmen als Quelle
verbunden war.
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Die
Warteschlangen-Verwaltung (QM) 245 überwacht den Status der sechs
Backplane-Ressourcen (SB 280 und RD 275) und verwendet
die nächste
verfügbare Ressource,
um eine Verbindung anzufordern, solange der Rahmen nicht für dasselbe Ziel
bestimmt ist wie eine aktuell auf einem anderen Kanal wartende Anforderung.
Die QM 245 arbeitet mit einer am Zielport orientierten
Warteschlangenverwaltung, um zu gewährleisten, dass die Rahmen
in der richtigen Reihenfolge gesendet werden. Im Fall, dass eine
DID ein 10G-Port ist, wird die SB 280 von der QM 245 beim
Anfordern einer zu codierenden Verbindungs-Operation benachrichtigt.
Die von der QM 245 übergebene
DID wird immer der erste Port in diesem 10G-Port sein, zusammen
mit dem Signal, das die SB 280 auffordert, zyklisch durch
alle DID zu laufen, bis eine Antwort "als Quelle verbunden" erscheint oder die Antworten "alle belegt" empfangen wurden.
Wenn eine Antwort "als
Quelle verbunden" empfangen
wird und die DID ein Teil eines 10G-Ports ist, meldet die SB 280 die
DID des Ports zurück,
der die Verbindung aufweist. Die QM 245 fügt den DID-Wert
mittels der RD 275 in den Header ein. Der Rahmen wird abgesendet
und die RD 275 meldet den Fertigstatus. Die QM 245 kann
dann eine weitere Verbindungs-Anforderungsoperation einleiten.
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Das
Backplane-Datenschnittstellenmodul (BDI) 270 umfasst eine
zugehörige
Puffer- und Taktneusteuerungs-Logik, die für die Schnittstellen-Funktion
zu den integrierten ISD-Modulen 210, 215, 220, 225, 230 und 235 erforderlich
ist. Jeder Port arbeitet in unabhängiger Weise und umfasst ein
separates ISD-Modul, einen Backplane-Datenschnittstellen-Sendeblock
(BDITX"n") und einen Backplane-Datenschnittstellen-Empfangsblock
(BDIRX"n"). Sowohl die BDITX-
wie auch die BDIRX-Blöcke
umfassen Registerschnittstellen für die in jedem der ISD-Module
enthaltenen Funktionen, wie beispielsweise programmierbare Treiberpegel-
und Vorverzerrungs-Einstellungen. Im Portmodul 200 arbeitet
jede backplaneseitige ISD 210, 215, 220, 225, 230 und 235 mit
einer Datenübertragungsrate
von bis zu 2,5 Gigabit pro Sekunde. Der DBIRX"n"-Block
im BDI 270 verwaltet 8B/10B-Decodieroperationen und primitive Zeichenerkennung.
Dieses Modul liefert Anzeigen für
die Zeichen-Synchronisierung und die Empfänger-Rückstellsteuerung. Der BDITX"n"-Block im BDI 270 verwaltet
8B/10B-Codieroperationen und Schnittstellenfunktionen zum ISD-Modul.
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3 zeigt
eine typische Fabric-Konfiguration mit einer Mischung aus Zehn-Gigabit-Portmodulen
(XPM) 310 und 320 sowie einem universellen Portmodul
(UPM) 330, die an eine SBAR 300 angeschlossen
sind. Die SBAR 300 ist eine serielle Kreuzschienen-Vermittlung
oder Vermittlungselement, das die Vermittlungswege zwischen allen
Ports zur Verfügung
stellt. Die Konfiguration in 3 zeigt
die Verbindungsbündelung
auf der Backplane des XPM 310 und des XPM 320.
Das XPM 310 empfängt
Daten mit einer Datenübertragungsrate
von 10,2 Gigabit pro Sekunde und sendet danach die Daten hinaus
entweder über
ein XPM 320 mit einer Datenübertragungsrate von weniger
als 10,2 Gigabit pro Sekunde oder ein UPM 330 mit einer
Datenübertragungsrate von
1 oder 2 Gigabit pro Sekunde.
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In
einer Ausführungsform
ist der Fibre-Channel-Eingang zum XPM 310 in 3 eine
10 Gb/s-Verbindung und der Eingang zum UPM 300 ist entweder
eine 1 Gb/s-Verbindung oder eine 2 Gb/s-Verbindung. Die Fibre-Channel-Rahmen
können
entweder auf der 1 Gb/s-Verbindung oder auf der 2 Gb/s-Verbindung
entstehen, die an das UPM 300 angeschlossen sind, und für die 10
Gb/s-Verbindung bestimmt sein, die an das XPM 310 angeschlossen ist. Ähnlich können die
Fibre-Channel-Rahmen
auf der 10 Gb/s Verbindung entstehen, die an das XPM 310 angeschlossen
ist, und entweder für
die 1 Gb/s-Verbindung oder für
die 2 Gb/s Verbindung bestimmt sein, die an das UPM 300 angeschlossen sind.
Die Konfiguration der Portmodule in 3 ermöglicht eine
Datenübertragung
von 10 G zu 1 G oder 2 G vom XPM 310 zum UPM 300,
oder eine Datenübertragung
von 1 G oder 2 G zu 10 G vom UPM 300 zum XPM 310.
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4 zeigt
eine typische Fabric-Konfiguration mit zwei Zehn-Gigabit-Portmodulen (XPMs) 420 und 430,
die an die SBAR0 400 und die SBAR1 410. Die Konfiguration
in 4 zeigt den 10,2 Gigabit- zu 10,2 Gigabit-Durchsatz
von einem ersten Portmodul XPM 420 zu einem zweiten Portmodul
XPM 430.
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Beispielsweise
trifft auf einer 10,2-Gigabit-Verbindung, die an das XPM 420 angeschlossen ist,
ein Fibre-Channel-Rahmen ein. Wie bereits gesagt, ist die 10,2-Gigabit-Verbindung
ein Vierleitungs-Eingang für
das XPM 420, wobei jede Leitung mit 3,1875 Gb/s arbeitet
für eine
Gesamt-Datenübertragungsrate
von 12,75 Gb/s für
eine codierte Datenübertragungsrate
von 10B. Gemäß der 10GFC-Norm entspricht
die 12,75-Gigabit-Datenübertragungsrate im
10B-Modus einer 10,2-Gigabit-Datenübertragungsrate
im 8B-Modus. Das XPM 420 stellt fest, dass der Rahmen für eine zweite
10,2-Gigabit-Verbindung bestimmt ist, die an das XPM 430 angeschlossen
ist. Durch die gegenwärtigen
Design-Einschränkungen
dürfen
maximal vier physikalische Verbindungen, die mit einer Datenübertragungsrate von
2,125 Gb/s arbeiten, die SBAR0 an sowohl das Portmodul 420 wie
auch an das Portmodul 430 anschließen. Eine solche Design-Einschränkung verbietet
den Durchsatz von 10,2 Gb/s zu 10,2 Gb/s.
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Das
Hinzufügen
einer zweiten oder redundanten SBAR, nämlich der SBAR1 410,
ermöglicht den
Durchsatz von 10,2 Gb/s zu 10,2 Gb/s vom XPM 420 zum XPM 430.
Das Hinzufügen
von zwei zusätzlichen
physikalischen Verbindungen, die mit 2,125 Gb/s arbeiten und das
XPM 420 zur SBAR1 410 und das XPM 430 zur
SBAR1 410 koppeln, zusätzlich
zur Rahmen-Bytezerlegung unter den sechs Verbindungen, ergibt eine
Datenübertragungsrate
von 6 × 2,125
Gb/s, was einer Datenübertragungsrate
von 10,2 Gb/s mit 8B/10B Decodierung/Codierung entspricht.
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5 zeigt
eine Fibre-Channel-Fabric, die mehrere Zehn-Gigabit-Portmodule (XPMs) 520, 550, 560 und 580 sowie
mehrere universelle Portmodule (UPMs) 530, 540, 570 und 590 aufweist,
die an die SBAR1 500 und an die SBAR2 510 angeschlossen sind.
Wie dargestellt gilt, dass die Verwendung von XPMs die Verdrahtung
zwischen den Vermittlungen minimiert, da an einer SBAR nur eine
einzige physikalische Verbindung für vier Ports benötigt wird,
anstatt vier physikalische Verbindungen für vier Ports an einer SBAR
bei Verwendung der UPMs. Die Verringerung der Anzahl physikalischer
Verbindungen ist eine erwünschte
Kabelverwaltungseigenschaft der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
sowohl eine Konfiguration der "elementaren
Vermittlung" sowie
eine Konfiguration der "erweiterten
Vermittlung" gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das SBAR-Element 600 umfasst die 5 Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponenten 610, 620, 630, 640 und 650,
von denen jede 128 × 128 Ports
schaltet. Das Koppeln von vier der Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponenten 610, 620, 640 und 650 (auch
als die aktiven Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponenten bezeichnet)
an das XPM 200 erzielt eine 256 × 256 Vermittlung, die hier
als Grundvermittlungs-Konfiguration
definiert ist.
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Die
fünfte
Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponente 630 ist redundant
und kann als Ersatz für
eine der vier aktiven Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponenten verwendet
werden, wenn ein Ausfall in der Grundvermittlungs-Konfiguration
festgestellt wird. Wenn sie nicht im Einsatz ist, kann die zusätzliche
Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponente 630 zur
Erhöhung
der Bandbreite verwendet werden, was hier als erweiterte Vermittlung
definiert ist. Die zusätzlichen
Backplane-Kanäle
der XPM 200, ISD4 230 und ISD5 235 sind
aktiv, wenn die zusätzliche
Kreuzungspunkt- Vermittlungskomponente 630 nicht
als Teil der Grundvermittlungs-Konfiguration verwendet wird.
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Wenn
die Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponenten 610, 620, 640 und 650 sowie
die zusätzliche
Keuzungspunkt-Vermittlungskomponente 630 alle in Betrieb
sind, kann das XPM 200 einen vollen Durchsatz von 6 × 2,125
Gb/s oder den erweiterten Vermittlungsmodus unterstützen. Die
Kanäle
ISD4 230 und ISD5 235 sind an einen anderen 10G-Zielport
innerhalb des Vermittlungselements angeschlossen. Wenn die zusätzliche
Kreuzungspunkt-Vermittlungskomponente 630 belegt wird,
um aktiv im Grundvermittlungs-Kreuzungspunkt-System teilzunehmen,
sind die Kanäle
ISD4 230 und ISD5 235 für die Verwendung seitens der
Backplane-Kanäle nicht verfügbar. Der
gesamte Verkehr, ob für
ein 1 Gigabit-, 2-Gigabit oder 10-Gigabit-Port bestimmt, würde die Kanäle ISD0 210,
ISD1 215, ISD2 220 und ISD3 225 verwenden.
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Obwohl
die Grundlagen der vorliegenden Erfindung oben im Zusammenhang mit
einer speziellen Ausführungsform
beschrieben wurden, soll hervorgehoben werden, dass diese vorausgehende
Beschreibung nur als Beispiel dienen soll und nicht keine Einschränkung des
Bereichs der Erfindung darstellt. Insbesondere versteht es sich,
dass die Lehre der vorausgegangenen Offenbarung für den Fachmann
weitere Modifikationen erkennen lässt. Solche Modifikationen
können
andere Eigenschaften betreffen, die an sich bereits bekannt sind
und an Stelle von oder zusammen mit den hier bereits beschriebenen
Eigenschaften eingesetzt werden können.