DE69026331T2

DE69026331T2 - Station zu Station Vollduplexkommunikation bei Kommunikationsnetzwerken

Info

Publication number: DE69026331T2
Application number: DE69026331T
Authority: DE
Inventors: Michael W Carrafiello; Richard W Graham; William Hawe; Henry S Yang
Original assignee: Digital Equipment Corp
Current assignee: Digital Equipment Corp
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-10-10
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: EP0422914B1; ATE136408T1; DE69026331D1; JPH03208431A; US5121382A; EP0422914A2; AU6393090A; CA2027230A1; AU621244B2; EP0422914A3; CA2027230C

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen den Bereich der Kommunikationsnetzwerke, insbesondere Netzwerke, die sowohl Halbduplexkommunikationskanäle als auch Vollduplex-Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskanäle aufweisen.

2. Diskussion des Stands der Technik

Ein dramatisches Ansteigen der Verwendung von kleinen Computern und Arbeitsplatzrechnem bzw. Workstations hat zu einem erhöhten Bedarf an lokalen Netzwerken (LANs) geführt, die in der Lage sind, Dutzende oder Hunderte von Stationen zu bedienen. Ein typisches LAN enthält eine Anzahl von Stationen, die durch eine Reihe von Nachrichtenverbindungen untereinander verbunden sind. (Die Ausdrücke "Verbindung" und "Kanal" sind nachstehend in austauschbarer Weise verwendet.) Eine Station kann aus einem Personalcomputer bzw. PC, einer Workstation, einer Brücke oder einer Reihe von anderen Informationsverarbeitungs- oder Speichervorrichtungen bestehen. Einige der Stationen können "Halbduplexstationen" sein, was bedeutet, daß sie in der Lage sind, zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder Informationen zu übertragen oder zu empfangen, jedoch nicht beides gleichzeitig. Andere Stationen können "Vollduplexstationen" sein, die in der Lage sind, zu einem gegebenen Zeitpunkt Informationen zu übertragen, zu empfangen oder beides gleichzeitig zu tun. In ähnlicher Weise können einige der Nachrichtenverbindungen "Halbduplexverbindungen" sein, die in der Lage sind, nur eine Halbduplexkommunikation zu unterstützen, während andere Verbindungen "Vollduplexverbindungen" sind, die in der Lage sind, sowohl eine Halbduplex- als auch eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen. Zwei beliebig gegebene Stationen können effektiv über einen Kommunikations-"weg" verbunden sein, der (1) halbduplex längs seiner gesamten Länge (besteht vollständig aus Halbduplexverbindungen), (2) teilweise halbduplex und teilweise vollduplex oder (3) vollduplex längs seiner gesamten Länge ist.
Die Hauptfunktion eines LAN besteht darin, einen Kommunikationskanal bzw. eine Kommunikationsverbindung zu schaffen, über die eine bestimmte Station gegebenenfalls von einer entfernten Stelle aus mit einer oder mehreren anderen Stationen kommunizieren kann. Eine bestimmte Verbindung innerhalb eines LAN ist durch ein Protokoll charakterisiert, das definiert, wann und in welcher Weise Stationen Informationen über diese Verbindung senden und empfangen können. Jede diese Verbindung benützende Station muß in Übereinstimmung mit dem Protokoll arbeiten, um mit anderen Stationen effektiv zu kommunizieren und eine gegenseitige Beeinflussung mit anderen Stationen zu vermeiden. Somit setzt ein typisches Protokoll Regeln oder Bedingungen fest, die die Zeitabfolge bzw. das Timing, Datenformate und dergleichen betreffen.
Ein Beispiel eines Protokolls, das in Geschäftsumgebungen weit verbreitet ist, ist in ISO 8802-3:1989(E) festgelegt und wird manchmal als "Ethernet" bezeichnet. Das in ISO 8802-3:1989(E) festgelegte Protokoll ist ein Beispiel eines Protokolltyps, der als "Vielfachzugriff durch Trägererfassung mit Kollisionsdetektion" bzw. "CSMA/CD" (carrier sense multiple access with collision detection) bekannt ist. Wie nachstehend erklärt, ist CSMA/CD ein "Konkurrenz"-Protokoll, bei dem eine Vielzahl von Stationen um einen einzigen Kommunikationskanal, durch den unter Verwendung eines "Paketvermittlungs"-Verfahrens Informationen übertragen werden, konkurrieren und diesen gemeinsam benutzen.
Gemäß dem in ISO 8802-3:1989(E) festgelegten CSMA/CD-Protokoll muß jede Station vor dem Senden von Informationen durch einen Kommunikationskanal zuerst den Kanal überprüfen, um zu bestimmen, ob eine beliebige andere Station zur selben Zeit gerade sendet. Wenn keine weitere Station gerade sendet, darf die Station, die den Kommunikationskanal überprüfte (unter Beachtung weiterer Anforderungen), ihre Informationen senden. Wenn jedoch bereits eine andere Station sendet, muß die erste Station für eine Zeitspanne warten und den Kanal wiederum überprüfen. Somit besteht eine obligatorische Anforderung des CSMA/CD-Protokolls darin, daß zu jedem gegebenen Zeitpunkt nur eine Station legitim Informationen senden darf.
Die Anforderung, daß jede Station vor dem Senden auf Aktivitäten auf dem Kommunikationskanal überprüfen muß, stellt einen Aspekt der Betriebssteuerung bzw. "Scheduling" dar, der durch das CSMA/CD-Protokoll geschaffen wird. Es ist diese Betriebssteuerung, die es zahlreichen Stationen ermöglicht, durch gemeinsames Benutzen eines einzigen Kanals effektiv zu kommunizieren.
Das durch das CSMA/CD-Protokoll geschaffene Schedul ing stellt jedoch einen Abstrich an Ressourcen oder an Leistungsfähigkeit innerhalb des LAN dar. Während es das Scheduling einer Reihe von Stationen ermöglicht, einen einzigen Kommunikationskanal über ein Zeitintervall hinweg gemeinsam zu benutzen, wird dies auf Kosten einer reduzierten Bandbreite erreicht, da nur einer Station gestattet ist, zu jedem gegebenen Zeitpunkt Informationen zu senden. Da gemäß dem CSMA/CD- Protokoll zu einem gegebenen Zeitpunkt genauer gesagt nur eine Station legitim Informationen senden darf (selbst wenn die sendenden und empfangenden Stationen und die Verbindung, die sie untereinander verbindet, alle eine Vollduplexkommunikation durchführen können), kann verglichen mit der Vollduplexkommunikation, bei der eine Station gleichzeitig Informationen senden und empfangen kann, nur die Hälfte der lnformationsmenge pro Zeiteinheit übertragen werden.
Ein Hauptnachteil des CSMA/CD-Protokolls ist somit das obligatorische Erfordernis einer Halbduplexkommunikation, die die Bandbreite einer Nachrichtenverbindung effektiv auf die Hälfte der maximal möglichen Bandbreite zwischen zwei Vollduplexstationen begrenzt, die durch eine Vollduplexverbindung verbunden sind.
Selbst wenn eine Station den Kanal vor dem Senden korrekt überprüft hat und festgestellt hat, daß keine andere Station gerade auf dem Kanal sendet, kann in bestimmten Situationen trotzdem eine "Kollision" von zwei Sendungen auftreten. Als Beispiel wird angenommen, daß eine Station gerade ihre Sendung begonnen hat, die gesendeten Informationen jedoch aufgrund der Ausbreitungsverzögerung ihr beabsichtigtes Ziel noch nicht erreicht haben. Gleichzeitig überprüft eine zweite Station, die zum Senden bereit ist, den Kanal in Unkenntnis darüber, daß die frühere (oder andere) Sendung immer noch im Gange ist, und stellt fest, daß keine weitere Station gerade sendet und beginnt, ihre eigenen Informationen zu senden. Die von der zweiten Station gesendeten Informationen können dann mit den von der ersten Station gesendeten Informationen "kollidieren". Als Ergebnis der Kollision kann es dann passieren, daß beide gesendeten Nachrichten ihre gewünschten Ziele nicht erreichen.
Um die Folgen von Kollisionen zu beheben, sorgt ISO 8802-3:1989(E) für ein "Kollisionsdetektionssignal", das jede Sendung begleitet. Jede Station überwacht das Kollisionsdetektionssignal, und wenn eine Kollision auftritt, versuchen die betroffenen Stationen die Sendung erneut, bis sie entweder erfolgreich sind oder eine maximale Anzahl von erlaubten erfolglosen Versuchen erreicht ist.
Damit das Kollisionsdetektionsverfahren korrekt arbeitet, müssen alle sendenden Stationen immer genügend Zeit haben, um das Auftreten einer Kollision zu erfassen. Demzufolge muß die physikalische Größe des LAN begrenzt sein, so daß die Ausbreitungsverzögerung zwischen zwei beliebigen Stationen eine definierte maximale Ausbreitungsverzögerung nicht überschreitet. Das Einhalten der maximalen Ausbreitungsverzögerungszeit garantiert, daß eine gegebene Sendung entweder erfolgreich beendet wird oder in einer begrenzten Zeitspanne vor dem Beenden der Sendung eine Kollision festgestellt wird.
Um die aufgrund des CSMA/CD-Protokolls erforderliche maximale Ausbreitungsverzögerung einzuhalten, muß der maximale physikalische Abstand zwischen zwei beliebigen Stationen begrenzt sein. Eine unter Verwendung des CSMA/CD-Protokolls arbeitende Verbindung ist gewöhnlich auf einen maximalen Abstand von 2,8 bis 4,5 km begrenzt. Ein derart kurzer maximaler Abstand zwischen zwei Stationen verhindert oft den Einsatz derartiger Verbindungen bei Anwendungen, bei denen entfernte Stationen durch relativ große Abstände voneinander getrennt sind.
Somit besteht ein weiterer Hauptnachteil des CSMA/CD-Protokolls in dem Erfordernis der maximalen Ausbreitungsverzögerung, das den physikalischen Abstand zwischen Stationen und den von dem LAN abgedeckten Abstand effektiv begrenzt. US-4 288 868 lehrt ein Satelliten-Kommunikationssystem für Sprachsignale und Datensignale, bei dem ein Halbduplexdatenverkehr gleichzeitig mit einem Vollduplexsprachverkehr, jedoch getrennt davon, zwischen zwei Bodenstationen durchgeführt wird. Ein zweiter Empfänger ermöglicht es allen bodengestützten Stationen, sowohl dem Datenverkehr als auch dem Sprachverkehr zu folgen.

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz zusammengefaßt sorgt die vorliegende Erfindung für die Herstellung und Aufrechterhaltung einer Vol lduplexkommunikation zwischen zwei Vollduplexstationen, die durch eine Punkt-zu-Punkt-Vollduplexverbindung miteinander verbunden sind. Die Stationen können Teile eines LAN oder eines erweiterten LAN sein, das sowohl Vollduplex- als auch Halbduplexstationen sowie Vollduplex- und Halbduplexverbindungen aufweist. Die Stationen können ebenfalls durch andere Arten von Nachrichtenverbindungen, wie beispielsweise ein weiträumiges Netz oder Fernnetz (WAN), eine Satellitenverbindung und dergleichen miteinander verbunden sein.
Im allgemeinen kann eine Vollduplexkommunikation zwischen zwei beliebigen Stationen hergestellt werden, vorausgesetzt, daß die die Stationen verbindende(n) Nachrichtenverbindung(en) in der Lage ist/sind, eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen. In Fällen, bei denen einige Stationen oder eine der Verbindungen, die sie verbinden, nicht in der Lage ist, eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen, können derartige Stationen unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation in herkömmlicher Weise arbeiten.
Die Erfindung in ihrer allgemeinen Form betrifft gemäß Anspruch 1 bzw. 7 ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vollduplexkommunikation und zur Bestimmung, ob eine Nachrichtenverbindung zwischen ersten und zweiten Stationen für eine Vollduplexkommunikation verfügbar ist.
Die vorliegende Erfindung arbeitet so, daß sie automatisch und in für den Benutzer transparenter Weise eine Vollduplexkommunikation herstellt und aufrecht erhält. Sobald die erfindungsgemäße Vollduplexkommunikation hergestellt ist, verdoppelt sie effektiv die Bandbreite der die zwei Stationen verbindenden Verbindung.
Da zwei Stationen, die durch eine Vollduplexverbindung in einer Vollduplexkommunikation stehen, definitionsgemäß keine "Kollision" von Sendungen erfahren können, beseitigt die vorliegende Erfindung außerdem den Bedarf für eine Kollisionserfassung bzw. -detektion und für das Berücksichtigen einer von einem CSMA/CD-Protokoll normalerweise erforderlichen maximalen Ausbreitungsverzögerung. Im Ergebnis kann in vorteilhafter Weise der physikalische Abstand zwischen den teilnehmenden Stationen vergrößert werden.
Die vorliegende Erfindung kann in einzelnen Stationen ausgeführt werden, die mit einer Nachrichtenverbindung verbunden sind. Anfangs kann eine die Erfindung einsetzende Station in herkömmlicher Weise (d.h. gemäß dem CSMA/CD-Protokoll) über die Verbindung unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation kommunizieren. Um das Verfahren der Einleitung einer Vollduplexkommunikation zu beginnen, was als Antwort auf in einer Station gespeicherte Instruktionen oder auf Empfang einer festgelegten Instruktion von einer externen Quelle erfolgen kann, sendet die Station unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation eine Anforderungsnachricht über die Verbindung. Die Anforderungsnachricht dient als Indikator dafür, daß die Station für eine Vollduplexkommunikation bereit ist. Die Anforderungsnachricht dient auch als Test zur Bestimmung dafür, ob die Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen der die Anforderungsnachricht sendenden Station und einer diese empfangenden zweiten Station in der Lage ist, eine Vollduplexkommunikation zwischen den Stationen zu unterstützen.
Wenn eine zweite Station eine gültige Mforderungsnachricht empfängt, die anzeigt, daß die Verbindung in der Lage ist, eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen, und die zweite Station für eine Vollduplexkommunikation bereit ist, sendet die zweite Station eine Antwortnachricht über die Verbindung an die erste Station unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation, um deren Bereitschaft anzuzeigen. Wie die Anforderungsnachricht dient auch die Anwortnachricht als Test zur Bestimmung dafür, ob die Punkt-zu-Punkt-Nachrichtenverbindung zwischen der ersten und der zweiten Station in der Lage ist, eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen. Nachdem die erste Station eine gültige Antwortnachricht empfangen hat, kann eine Vollduplexkommunikation zwischen den zwei Stationen beginnen.
Sobald die Vollduplexkommunikation beginnt, überwachen die zwei teilnehmenden Stationen ständig die Punkt-zu-Punkt-Nachrichtenverbindung, um sicherzustellen, daß beide Stationen und die Verbindung auch weiterhin korrekt funktionieren, um eine Vollduplexkommunikation aufrecht zu erhalten. Im Fall des Versagens einer der beiden Stationen oder einer anderen Unterbrechung der Verbindung kehrt die Station zur Halbduplexkommunikation zurück, was die Fortsetzung der Kommunikation durch die Verbindungen in herkömmlicher Weise ermöglicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese Erfindung ist in den zugehörigen Patentansprüchen ausführlich dargelegt. Die vorstehend genannten und weitere Vorteile dieser Erfindung sind unter Bezug auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen klar ersichtlich.
Fig. 1 ist ein Diagramm eines erweiterten lokalen Netzwerks;
Fig. 2 ist ein Diagramm von zwei in Fig. 1 gezeigten Brückenstationen;
Fig. 3A-3C sind Flußdiagramme eines Verfahrens zum Herstellen und Aufrechterhalten einer Punkt-zu-Punkt-Vollduplexkommunikation zwischen zwei Stationen gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ist eine Übersicht, die die Inhalte der Nachrichten des in den Fig. 3A-3C gezeigten Verfahrens angibt.

Ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform Übersicht

Die logische Topologie eines Ethernet-LAN, das gemäß dem in ISO 8802-3:1989(E) festgelegten Protokoll arbeitet, ist ein Bus (ein gemeinsam genutztes Medium), der zwei oder mehrere Stationen verbindet. Die Stationen kommunizieren durch Austauschen (Senden und Empfangen) einer als Rahmen bezeichneten Grundeinheit an Informationen. Das Schedul ing des Sendens auf dem gemeinsam genutzten Medium wird durch das CSMA/CD genannte Zugriffsverfahren auf verteilte Medien gesteuert.
Das grundlegende Erfordernis zum Durchführen einer Vollduplexkommunikation in einem Ethernet-LAN besteht darin, daß die Topologie Punkt-zu-Punkt ist. Dies impliziert, daß es eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung gibt, die ein Paar von getrennten, bidirektionalen Duplexkommunikationswegen umfaßt. Während des Betriebs im Vollduplex-Ethernet-Modus werden bestehende Ethernet-Schnittstellen bzw. -Interfaces verwendet, und alle Dienste an dem Interface Datenverbindung-Kunde werden transparent bereitgestellt. Die Standard-Ethernetrahmen- und Paketformate werden ohne Modifikation verwendet. (Ein Paket besteht aus einer Präambel, einem Rahmenbeginn-Trennzeichen (SFD), einem Rahmen (der Daten enthält) und einem Sendungsende-Trennzeichen (ETD).) Während des Betriebs im Vollduplex-Ethernet-Modus ist das CSMA/CD-Medienzugriffsprotokoll so vereinfacht, daß es die Trägererfassung und die Kollision beim Senden und Empfangen ignoriert.
Es ist möglich, ein Netzwerk in einer derartigen Weise falsch zu konfigurieren, daß ein Vollduplexverbindungsinterface mit einem Halbduplex-Ethernetverbindungsinterface verbunden wird. Obwohl diese Verbindung aufgrund von Stecker- und Medienkompatibilität physikalisch möglich ist, kann ihr nicht gestattet werden, einen Vollduplexbetrieb aufzunehmen, da die Protokolle für jedes Verbindungsinterface deutlich verschieden sind. Der Hauptunterschied liegt in der Tatsache, daß das Halbduplex-Ethernet-Protokoll das Überwachen des einlaufenden Trägers vor dem Senden und das Überwachen des Kollisionssignals während des Sendens für einen korrekten Netzwerkbetrieb erfordert. Das Vollduplexverbindungsinterface erfordert keine Trägerüberwachung, da der physikalische Kanal im Gegensatz zu einem gemeinsam benutzten Bus im Fall der CSMA/CD-Halbduplexverbindung eine Vollduplex-Punkt- zu-Punkt-Verbindung ist.
Für Vollduplexverbindungen ist ein deterministisches und selbstkonfigurierbares Verifikationsverfahren notwendig, um sicherzustellen, daß der physikalische Kanal vom Typ Vollduplex-Punkt-zu-Punkt ist, und daß beide Enden einer Punkt-zu-Punkt- Verbindung in der Lage sind, einen Vollduplexbetrieb durchzuführen. Der falsch konfigurierte Fall eines mit einem Halbduplexinterface verbundenen Volduplexinterface würde zu einer Unterbrechung des mit dem Halbduplexinterface verbundenen Netzwerks führen. Die Unterbrechung tritt auf, da der Vollduplexsender unabhängig von dem Zustand des einlaufenden Trägers immer senden kann, wenn ein Paket zu senden ist. Wenn dieses Paket zu der Halbduplexverbindung gesendet wird, kann zu jeder beliebigen Zeit ein Träger erzeugt werden. Dies verletzt das CSMA/CD-Zugriffsprotokoll und führt zu einer späteren Kollision, einem Verlust des Pakets, einem Auftreten von Problemen mit dem Schrumpfen der Zwischenpaketlücke, usw.
Das von der vorliegenden Erfindung geschaffene Verifikationsverfahren initialisiert sich selbst in einen Halbduplex-Ethernet-Modus, bis es feststellt, daß beide Enden der Punkt-zu-Punkt-Verbindung Vollduplexinterfaces sind. Durch das Durchführen des Verifikationsverfahrens im Halbduplex-Ethernet-Modus wird eine Netzwerksunterbrechung verhindert, wenn die Verbindungen falsch konfiguriert sind. Sobald das Verifikationsverfahren erfolgreich beendet ist, gehen beide Verbindungsinterfaces in einen Vollduplexbetrieb über. Die Verbindung wird während des Vollduplexbetriebs periodisch getestet, um sicherzustellen, daß die Verbindung bzw. der Anschluß immer noch funktioniert. Dies schafft eine Stabilität für das Verifikationsverfahren. Ein Fehler während des Verifikationsverfahrens verhindert, daß ein Verbindungsinterface im Vollduplexmodus arbeitet, wodurch eine mögliche Netzwerksunterbrechung verhindert wird.
Fig. 1 zeigt ein erweitertes lokales Netzwerk 1, das drei lokale Netzwerke (LANs) 2a, 2b und 2c umfaßt. Jedes LAN 2 kann ein oder mehrere Mediensegmente 4, Netzwerkabschlüsse 6, Stationen 5, Wiederholer R und Brückenstationen B enthalten. Jedes Mediensegment 4 stellt eine physikalische Nachrichtenverbindung dar, und alle Segmente 4 verbinden in Kombination die Stationen 5, die Wiederholer R und die Brückenstationen B untereinander. Ein Netzwerkabschluß 6 ist an jedem Punkt angeschlossen, wo ein Mediensegment 4 physikalisch endet.
Jede Station S kann beispielsweise einen Personalcomputer, eine Workstation oder eine andere lnformationsverarbeitungs- oder -speichervorrichtung darstellen.
Jeder Wiederholer R ist eine Vorrichtung, die ein Mediensegment 4 mit einem weiteren verbindet sowie alle von einem Segment empfangenen Informationen puffert und an ein weiteres Element sendet ("wiederholt"). Wie aufgrund des CSMA/CD-Protokolls erforderljch ist, arbeitet jeder Wiederholer R ständig unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation und ist er die einzige Art von Vorrichtung, die zwei Mediensegmente verbinden kann. Das CSMA/CD-Protokoll erfordert ferner, daß ein Wiederholer R, wenn er ein "Fragment" von Informationen empfängt, das weniger als eine festgelegte minimale Anzahl von Bits enthält, automatisch zusätzliche Bits an das Fragment anhängen muß, um es auf die erforderliche minimale Größe zu vergrößern, bevor er die Informationen sendet (wiederholt). Gemäß dem in ISO 8802- 3:1989(E) festgelegten Protokoll muß ein Wiederholer genauer gesagt alle Fragmente, deren Länge weniger als 96 Bits beträgt, auf eine minimale Länge von 96 Bits erweitern.
Jede Brückenstation B stellt beispielsweise einen speziellen Stationstyp dar, der wie eine Station S und analog zu einem Wiederholer R funktioniert. Eine Brückenstation B kann im Gegensatz zu zwei Mediensegmenten innerhalb eines einzelnen LAN zwei oder mehrere LANs verbinden, wodurch ein erweitertes LAN gebildet wird. Somit werden beispielsweise die drei LANs 2a, 2b und 2c in Figur 1 durch zwei Brückenstationen B miteinander verbunden, um das erweiterte LAN 1 zu bilden. Im allgemeinen empfängt und speichert eine Brückenstation B Informationen von einem LAN, überprüft das Ziel der Informationen und, wenn das Ziel direkt oder indirekt erreicht wird, leitet (sendet) die Informationen durch eines der anderen an die Brückenstation B angeschlossenen LANs in Richtung auf das beabsichtigte Ziel zu dem geeigneten LAN weiter. Wenn jedoch das Ziel ein Teil des gleichen LAN (oder möglicherweise eines daran angeschlossenen LAN) ist, von dem die Informationen empfangen werden, leitet die Brückenstation B keine derartigen Informationen weiter. Somit werden die Informationen von der Brückenstation B wahlweise gespeichert oder weitergeleitet.
Die Mediensegmente 4 können aus einem geeigneten Medium aufgebaut sein, wie beispielsweise einem Koaxialkabel, einer Glasfaser oder einer Kombination daraus, was einen Kommunikationskanal schafft, durch den die Stationen S Informationen zueinander, zu den Wiederholern R und den Brückenstationen S senden und von dort empfangen können. Jede Station S ist durch beispielsweise eine Medienanschlußeinheit (MAU) 8 oder 9 physikalisch mit einem Mediensegment 4 verbunden. Jede MAU 8, 9 kann eine separate physikalische Einheit oder integraler Bestandteil der Station S sein, der sie zugeordnet ist. Die MAUs 8 stellen MAUs vom Typ 10Basis5 dar, wie in ISO 8802-3:1989(E) spezifiziert ist, während die MAUs 9 MAUs vom Typ 10Basis2 darstellen.
Der Informationsfluß über die LANs 2 wird gemäß einem Protokoll geregelt. Jede Station 5 und Brückenstation B enthält typischerweise ein LAN-Interface, das Informationen zu dem LAN 2, dessen Teil sie ist, sendet und von dort empfängt. Das LAN-Interface enthält oft einen Mikroprozessor, der programmiert werden kann, um Informationen gemäß dem Protokoll zu verarbeiten. Das LAN-Interface kann ferner weitere Schaltungen aufweisen, um intern von der Station verwendete elektrische Signale in optische Signale und umgekehrt umzuwandeln. Somit kann jede Station S, die ein kompatibles Interface enthält, über das LAN mit jeder beliebigen anderen Station S mit einem kompatiblen Interface kommunizieren.
Zwei Beispiele der Funktionsweise der LANs 2 sind nachstehend kurz beschrieben. Es wird weiterhin unter Bezug auf Fig. 1 angenommen, daß die LANs 2 gemäß einem CSMA/CD-Protokoll wie ISO 8802-3:1989(E) arbeiten. ISO 8802-3:1989(E) erfordert, daß jeder Station (einschließlich jeder Brückenstation B) eine Adresse zugewiesen ist, durch die jene Station entweder auf globaler Basis oder innerhalb einer lokalen Verwaltungsebene eindeutig identifiziert werden kann. Wann immer eine Station Informationen sendet, enthalten die Informationen somit eine "Quellenadresse", die die Herkunft der Informationen eindeutig identifiziert. In ähnlicher Weise enthalten alle gesendeten Informationen eine "Zieladresse", die das gewünschte Ziel der Informationen eindeutig identifiziert.
Ferner wird angenommen, daß eine Station 10 mit einer Station 12 zu kommunizieren wünscht. Es wird außerdem angenommen, daß die Stationen 10 und 12 eine Vollduplexkommunikation durchführen können, und daß die Vollduplexkommunikation aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit bevorzugt ist, mit der Informationen übertragen werden können. Das Segment des LAN 2a, das die Stationen 10 und 12 verbindet, enthält einen Wiederholer 14 und ist ein Halbduplexsegment. Aufgrund der Konfiguration des LAN 2a müssen alle zwischen den Stationen 10 und 12 ausgetauschten Informationen den Wiederholer 14 durchlaufen. Der Wiederholer 14 ist jedoch für eine Vollduplexkommunikation nicht geeignet und muß ständig unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation arbeiten. Somit stellt die Anwesenheit des Wiederholers 14 (oder möglicherweise anderer Vorrichtungen) sowie das Halbduplexsegment in dem Punkt-zu-Punkt-Weg zwischen den Stationen 10 und 12 eine Barriere für das Herstellen einer Vollduplexkommunikation zwischen den Stationen 10 und 12 dar.
Im Gegensatz zu dem vorstehenden Beispiel wird nun angenommen, daß zwei Brückenstationen 16 und 18, die beide eine Vollduplexkommunikation durchführen können, Informationen unter Verwendung einer Vollduplexkommunikation auszutauschen wünschen. Ferner wird angenommen, daß ein die Brückenstationen 16 und 18 verbindendes Mediensegment 17 eine Vollduplexverbindung ist. Es sollte festgehalten werden, daß eine "Vollduplexverbindung" (wie das Mediensegment 17) beispielsweise eine Satellitenverbindung, ein Unterwasserkabel, eine oder mehrere Verbindungen, die Teil eines großflächigen Netzes sind, oder eine Reihe von weiteren Kommunikationsverbindungen umfassen kann, die in der Lage sind, eine Vollduplexkommunikation zu unterstützen.
Es sollte ebenfalls festgehalten werden, daß in dem Punkt-zu-Punkt-Weg (d.h. dem Mediensegment 17) keine Wiederholer R zwischen den Brückenstationen 16,18 vorhanden sind. Unter diesen Umständen, kann es möglich sein, Vollduplexkommunikationen zwischen den Brückenstationen 16,18 gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren herzustellen.
Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 gezeigten Brückenstation 16, 18 ausführlicher. Die Brückenstation 16 besitzt zwei zugeordnete MAUs 20a, 20b. MAU 20a ist mit einem Halbduplexsegment 22a verbunden, während MAU 20b mit dem Vollduplexsegment 17 verbunden ist. In ähnlicher Weise besitzt die Brückenstation 18 zwei zugeordnete MAUs 20c, 20d, wobei MAU 20c mit dem Vollduplexsegment 17 und MAU 20d mit einem Halbduplexsegment 22b verbunden ist. Das Vollduplexsegment 17 umfaßt zwei voneinander getrennte einseitige Kommunikationswege 24a, 24b, von denen einer dazu verwendet wird, Informationen von der Brückenstation 16 zu der Brückenstation 18 (24a) zu senden, und von denen der andere (24b) dazu verwendet wird, Informationen von der Brückenstation 18 zu der Brückenstation 16 (24b) zu senden.
Jede Brückenstation 16, 18 umfaßt mehrere Hauptfunktionskomponenten einschließlich eines Paares von MAU-Interfaces 26. Jede Brückenstation 16,18 weist ferner einen Speicherbereich 28, eine Zentraleinheit (CPU) 30, ein programmierbares logisches Array (PAL) 32 und einen Festwertspeicher (ROM) 33 auf. Es sollte festgehalten werden, daß weitere Komponenten zusätzlich zu den gezeigten Komponenten oder statt dessen enthalten sein können. Die in Fig. 2 gezeigten Hardwarekomponenten sind im allgemeinen herkömmliche, handelsüblich erhältliche elektronische Vorrichtungen, die von einer Reihe von Quellen bezogen werden können.
Die herkömmlichen Funktionen der Brückenstationen 16, 18 sind nachstehend kurz beschrieben. Die Brückenstation 16 kann durch Halbduplexkommunikation über das Halbduplexsegment 22a Informationen empfangen. Die empfangenen Informationen werden vorübergehend in dem Speicher 28a gespeichert. Die von der Brückenstation 16 empfangenen Informationen können beispielsweise aus einer Reihe von Rahmen mit Daten bestehen, wobei jeder eine Adresse enthält, die das gewünschte Ziel des zugeordneten Rahmens angibt. Die CPU 30a überprüft die Zieladresse eines gegebenen Rahmens und legt fest, ob dieser Rahmen zu der Brückenstation 18 weitergeleitet werden soll. Die CPU 30a kann diese Festlegung treffen, da sie bereits "Kenntnis" besitzt, welche Zieladressen über die Brückenstation 18 erreicht werden. Wenn die Zieladresse eines gegebenen Rahmens durch die Brückenstation 18 erreicht wird, leitet (sendet) die Brückenstation 16 diesen Rahmen zu der Brückenstation 18 (über den Weg 24a) weiter, wo er vorübergehend in dem Speicher 28b gespeichert wird. Die Brückenstation 18 leitet den Rahmen danach über das Segment 22b an das geeignete Ziel weiter.
Die ROMS 33a und 33b können beispielsweise dazu verwendet werden, Programmbefehle für die CPUs 30a bzw. 30b zu speichern, wobei auch Befehle zum Durchführen des gerade beschriebenen selektiven Verfahrens des "Speicherns und Weiterleitens" gehören. Die ROMS 33a und 33b können außerdem zum Speichern aller oder eines Teils der Programmbefehle zum Herstellen der Vollduplexkommunikation zwischen den Brückenstationen 16 und 18 verwendet werden, wie nachstehend beschrieben ist.
Die Fig. 3A, 3B und 3C stellen ein Verfahren zum Herstellen von Vollduplexkommunikationen zwischen zwei durch eine Vollduplexkommunikation verbundenen Stationen dar, das gemäß einem CSMA/CD-Protokoll arbeitet. Die Schritte des Verfahrens können beispielsweise von Schaltungen durchgeführt werden, die einer einzelnen Station zugeordnet sind. Die Schaltungen der Brückenstationen 16 und 18 (Fig. 2) können beispielsweise dazu verwendet werden, das Verfahren durchzuführen und hierdurch eine Vollduplexkommunikation zwischen diesen zwei Brückenstationen herzustellen. Es sollte jedoch klar sein, daß ähnliche Schaltungen zum Durchführen des Verfahrens in jeder geeigneten Station, die von dem LAN einschließlich beispielsweise Personalcomputern, Workstations und dergleichen bedient wird, enthalten oder dieser zugeordnet sein kann.
Anfangs arbeitet eine sowohl für Vollduplex- als auch für Halbduplexkommunikation geeignete Station in einer herkömmlichen Weise unter Verwendung von Halbduplexkommunikation gemäß dem CSMA/CD-Protokoll. Das heißt mit anderen Worten, daß die Station anfangs als Standardbedingung "annimmt", daß eine Vollduplexkommunikation nicht möglich ist und nur eine Halbduplexkommunikation verwendet werden kann. Danach startet (START) die Station entweder als Antwort auf einen festgelegten, von der Station empfangenen Befehl oder einfach als automatisches Verfahren zum Herstellen einer Vollduplexkommunikation das Verfahren.
Die Station gibt durch Senden (Einspeisen) einer Anforderungs- bzw. REQUEST- Nachricht durch eine Verbindung des LAN und durch Starten eines Anforderungszustands- bzw. REQUEST STATE-Sendeintervalltimers einen Anforderungszustand bzw. REQUEST STATE ein, wie bei Schntt 34 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Sollwert für den REQUEST STATE-Sendeintervalltimer ca. 10 Sekunden. Es sollte jedoch klar sein, daß eine geeignete Dauer für den REQUEST STATE-Sendeintervalltimer sowie für die nachstehend beschriebenen Timer von den spezifischen Anforderungen oder Beschränkungen einer bestimmten Anwendung abhängt. In der bevorzugten Ausführungsform verwenden alle innerhalb des REQUEST STATE durchgeführten Schritte eine Halbduplexkommunikation gemäß den Anforderungen des CSMA/CD-Protokolls, da die die REQUEST-Nachricht sendende Station noch nicht weiß, ob es möglich ist, auf einer Vollduplexbasis mit einer beliebigen anderen Station zu kommunizieren.
Die REQUEST-Nachricht umfaßt zwei Pakete, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das erste Paket der REQUEST-Nachricht wird als "Testpaket" bezeichnet und enthält weniger als die minimale Anzahl von aufgrund des CSMA//CD-Protokolls für ein Fragment erforderlichen Bits. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Testpaket eine Länge von 80 Bits auf, während das CSMA/CD-Protokoll eine minimale Fragmentgröße von 96 Bits (einschließlich Präambel und SFD) erfordert. Die ersten 64 Bits des Testpaketes enthalten eine Präambel und ein Rahmenbeginn-Trennzeichen (SFD). Die letzten 16 Bits des Testpaketes umfassen einen Tesipaketidentifizierer, der eine festgelegte Bitsequenz ist, die das Testpaket eindeutig identifiziert und es von herkömmlichen oder Standardpaketen unterscheidet. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Testpaketidentifizierer verwendet, der die Bits "1111 1111 1000 0000" verwendet, wobei das am weitesten links stehende Bit zeitlich gesehen zuerst gesendet wird.
Da die Länge des Testpaketes kleiner als das von dem CSMA/CD-Protokoll erforderte Minimum ist, wird das Testpaket von jedem Wiederholer, den es während des Durchquerens des LAN durchläuft, automatisch auf die benötigte minimale Länge erweitert. Wenn das Testpaket mit anderen Worten während des Durchquerens des LAN auf einen Wiederholer trifft, dessen Anwesenheit eine Barriere gegen das Herstellen einer Vollduplexkommunikation darstellt, wird das Testpaket von dem Wiederholer auf die minimale Länge erweitert. Andernfalls bleibt das Testpaket bei seiner ursprünglichen Länge unterhalb des Minimums. Somit "weiß" eine Station, die eine REQUEST-Nachricht empfängt, die ein auf die benötigte minimale Länge erweitertes Testpaket enthält, daß das Testpaket auf einem Wiederholer traf, und daß eine Vollduplexkommunikation nicht von dem Kommunikationsweg unterstützt werden kann, dem das Testpaket folgte.
Dem Testpaket folgt ein "Standardpaket" mit N Bits Länge, wobei N größer oder gleich dem erforderlichen Minimum ist. In der bevorzugten Ausführungsform, die gemäß dem in 150 8802-3:1989(E) festgelegten Standard arbeitet, ist das erforderliche Minimum nach der Präambel und dem SFD 512 Bits. Das Standardpaket umfaßt eine Präambel, gefolgt von einem Rahmenbeginn-Trennzeichen, einer Zieladresse, einer Quellenadresse, Daten und einer Rahmenprüfsequenz. In dem Standardpaket der REQUEST-Nachricht ist die Zieladresse in Wirklichkeit eine Standard- bzw. Default-Adresse, die eine Gruppenadresse ist. Es wird eine Gruppenadresse verwendet, da eine REQUEST-Nachricht eine "Einladung" an andere zur Verfügung stehende, jedoch noch nicht identifizierte Stationen sein soll, mit der die REQUEST- Nachricht sendenden Station eine Vollduplexkommunikation aufzunehmen. Somit wird durch Verwenden einer Default-Gruppenadresse als Zieladresse für eine REQUEST-Nachricht dieser REQUEST an eine festgelegte Gruppe von Stationen "mehrfach gesendet" ("multicast"), die potentielle Kandidaten für eine Vollduplexkommunikation sind. In der bevorzugten Ausführungsform enthält die Default-Gruppenadresse die Bits "1001 0000 0000 0000 1101 0100 0100 0000 1000 0000 1100 0000", wobei das am weitesten links stehende Bit zuerst gesendet wird. Der Abschnitt der Quellenadresse des Standardpaketes identifiziert die Station eindeutig, die die REQUEST-Nachricht sendet.
Wenn die REQUEST-Nachricht gesendet ist, überprüft die Station, die die Nachricht sendete, ob eine REQUEST-Nachricht oder START-Nachricht von der Verbindung einläuft, wie bei Schritt 36 gezeigt ist. An diesem Punkt ist es erlaubt, entweder eine REQUEST-Nachricht (von einer anderen Station oder möglicherweise die ursprüngliche REQUEST-Nachricht, die "durch die Schleife zurückgekommen" ("looped back") ist) oder eine START-Nachricht von einer anderen Station zu empfangen, wie nachstehend ausführlich beschrieben ist. Wenn keine Nachricht empfangen wird, überprüft die Station bei Schritt 38, um zu bestimmen, ob der REQUEST STATE- Sendeintervalltimer abgelaufen ist. Wenn dem so ist, kehrt die Station zu Schritt 34 zurück und sendet vorbehaltlich eines speziellen Timingerfordernisses erneut die REQUEST-Nachricht wie vorher.
Ein spezielles Timingerfordernis ist nötig, da die vorliegende Erfindung wie vorstehend beschrieben den Aufbau eines erweiterten LAN gestattet, in dem zwei gegebene Stationen einen physikalischen Abstand aufweisen können, der größer als der durch das CSMA/CD-Protokoll erlaubte ist. Wenn mit anderen Worten der durch das CSMA/CD-Protokoll verlangte maximale Abstand zwischen Stationen nicht eingehalten wird, gibt es keine Garantie, daß das CSMA/CD-Protokoll korrekt arbeitet, um zwei oder mehrere Stationen davon abzuhalten, synchron zu arbeiten und ständig zu versuchen, eine Nachricht gleichzeitig erneut zu senden, wodurch wiederholte Kollisionen auftreten. Da die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem erweiterten LAN verbindet werden kann, werden somit aufeinanderfolgende erneute Sendungen der REQUEST-Nachricht durch variable Zeitspannen voneinander getrennt, um sicherzustellen, daß zwei oder mehrere Stationen nicht in Synchronisation zueinander verbleiben und wiederholt versuchen, gleichzeitig eine REQUEST-Nachricht zu senden. Das Vorsehen dieser variablen Zeitspannen zwischen erneuten Sendungen der REQUEST-Nachricht kann als "Jitter-Zeitkomponente" bezeichnet werden. In der bevorzugten Ausführungsform kann die "Jitter-Zeitkomponente" einen Sollwert im Bereich von ca. +/- 250 ms aufweisen.
Wenn bei Schritt 38 der REQUEST STATE-Sendeintervalltimer noch nicht abgelaufen ist, kehrt die Station zu Schritt 36 zurück und überprüft weiter, ob von der Verbindung eine Nachricht einläuft.
Wenn gemäß den Schritten 36 und 40 entweder eine REQUEST-Nachricht oder eine START-Nachricht empfangen wurde, stellt die empfangende Station zuerst fest, ob die empfangene Nachricht sowohl ein gültiges Testpaket als auch ein gültiges Standardpaket enthält. Es sollte klar sein, daß ein Testpaket und ein Standardpaket zu verschiedenen Zeiten empfangen werden können, selbst wenn sie zusammen eine einzige Nachricht darstellen. Dieses Prinzip ist auf andere Arten von nachstehend beschriebenen Nachrichten anwendbar.
Ein gültiges Testpaket ist eines, das seine ursprüngliche, unterhalb des Minimums liegende Länge bewahrt hat, zumindest 16 Bits Präambel, ein Rahmenbeginn- Trennzeichen, den richtigen Testpaketidentifizierer und nicht mehr als sieben zusätzliche, dem Testpaketidentifizierer folgende Bits enthält. Der Empfang eines Testpakets, das auf die minimale Länge erweitert wurde, stellt ein Versagen des Verfahrens und eine Rückkehr zu Schritt 34 dar, um erneut zu beginnen. Ein Standardpaket wird durch Untersuchen der Rahmenprüfsequenz validisiert, die dazu verwendet wird, um Fehler in dem Standardpaket zu erfassen.
Wenn gültige Test- und Standardpakete empfangen werden, wird die Quelenadresse des Standardpaketes bei Schritt 42 überprüft. Wenn die Quellenadresse die gleiche wie diejenige der Station ist, die das Paket empfing, was bedeutet, daß die empfangende Station der Ursprung des Paketes war, wird dies für einen Fehler des Verfahrens angesehen, das dann zu Schritt 34 zurückkehrt. Wenn jedoch die Quellenadresse des empfangenen Paketes von derjenigen der empfangenden Station verschieden ist (d.h., das Paket wurde von einer anderen Station gesendet), geht das verfahren mit Schritt 44 weiter.
Beginnend bei Schritt 44 gibt die Station ein START STATE ein und arbeitet in der bevorzugten Ausführungsform weiterhin unter Verwendung einer Halbduplexkommunikation. Bei Schritt 44 speichert die Station die Quellenadresse der zuvor empfangenden Nachricht (Paket) und startet einen START STATE-Zeitlimitüberschreitungszeitgeber. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Sollwert für den START STATE-Zeitlimitüberschreitungstimer ca. 4 s. Die Station sendet dann eine START-Nachricht und startet einen START STATE-Sendeintervalltimer. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Sollwert für den START STATE-Sendeintervalltimer ca. 250 ms.
Die START-Nachricht umfaßt zwei Pakete, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das erste Paket der START-Nachricht ist ein Testpaket, das dem Testpaket der REQUEST-Nachricht ähnlich ist. Das zweite Paket der START-Nachricht ist ein Standardpaket, das dem Standardpaket der REQUEST-Nachricht mit der Ausnahme ähnlich ist, daß die Zieladresse nicht mehr eine Default-Grupenadresse, sondern die Adresse ist, die bei Schritt 44 gespeichert wurde. D.h., die START-Nachricht wird an die Station adressiert, die die zuvor empfangene REQUEST- oder START-Nachricht sendete.
Nach dem Senden einer START-Nachricht überprüft die Station, die die Nachricht sendete, ob eine Nachricht von der Verbindung einläuft, wie bei Schritt 48 gezeigt ist. An diesem Punkt ist es erlaubt, entweder eine START-Nachricht (von einer anderen Station oder möglicherweise die ursprüngliche START-Nachricht, die "über die Schleife zurückgekommen" ist) oder eine Bestätigen- bzw. ACKNOWLEDGE- Nachricht von einer anderen Station zu empfangen, wie nachstehend ausführlich beschrieben ist. Jede REQUEST-Nachricht, die bei Schritt 45 empfangen wird, hat keinen Einfluß auf das Verfahren. Wenn somit eine REQUEST-Nachricht bei diesem Schritt empfangen wird, wird das Verfahren durch die Schritte 48, 50 und 52 "die Schleife durchlaufen", bis entweder der START STATE-Zeitlimitüberschreitungstimer oder der Sendeintervalltimer abläuft.
Wenn bei Schritt 48 weder eine START-Nachricht noch eine ACKNOWLEDGE- Nachricht empfangen wird, stellt die Station bei Schritt 50 fest, ob der START STATE-Zeitlimitüberschreitungstimer abgelaufen ist. Wenn dem so ist, was bedeutet, daß eine maximal erlaubte Zeit zum Empfangen einer Nachricht verstrichen ist, kehrt die Station zu Schritt 34 zurück, um das Verfahren erneut zu beginnen. Wenn dem nicht so ist, geht die Station zu Schritt 52 weiter und überprüft, ob der START STATE-Sendeintervalltimer abgelaufen ist. Wenn der START STATE-Sendeintervalltimer nicht abgelaufen ist, kehrt die Station einfach zu Schritt 48 zurück und überprüft weiterhin, ob eine Nachricht einläuft. Wenn der START STATE-Sendeintervalltimer abgelaufen ist, kehrt die Station zu Schritt 46 zurück und sendet die START-Nachricht erneut.
Wenn wiederum bei Schritt 48 entweder eine START-Nachricht oder eine ACKNOWLEDGE-Nachricht empfangen wird, geht die Station zu den Schritten 54 bzw. 56 weiter, die den vorstehend diskutierten Schritten 40 bzw. 42 analog sind. Bei Schritt 58 wird die Quellenadresse der empfangenen Nachricht mit der Adresse verglichen, die während Schritt 44 gespeichert Wurde. Wenn die Adressen nicht gleich sind, was bedeutet, daß die zwei empfangenen Nachrichten von verschiedenen Stationen stammen, wird dies für einen Fehler in dem Verfahren gehalten, das dann zu Schritt 34 zurückkehrt, um erneut zu beginnen. Wenn die Adressen gleich sind, was bedeutet, daß beide empfangene Nachrichten von der gleichen Station stammten, tritt die Station bei Schritt 60 in einen VOLLDUPLEX-Zustand ein.
Bei Schritt 60 wird ein VOLLDUPLEX-Zeitlimitüberschreitungstimer gestartet, und in der bevorzugten Ausführungsform schaltet die Station auf eine Vollduplexkommunikation um. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Sollwert des VOLLDUPLEX-Zeitlimitüberschreitungstimers ca. 100 s. Die Station kann nun gleichzeitig Informationen an die Station, mit der sie die REQUEST- und START-Nachrichten ausgetauscht hat, senden und Informationen hiervon empfangen. Bei Schritt 62 sendet die Station eine ACKNOWLEDGE-Nachricht und startet einen VOLLDUPLEX- Sendeintervalltimer. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Sollwert für den VOLLDUPLEX-Sendeintervalltimer ca. 10 5. Die ACKNOWLEDGE-Nachricht umfaßt zwei Pakete, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wovon das erste ein Testpaket ist, das den Testpaketen der REQUEST- und START-Nachrichten ähnlich ist.
Sobald eine ACKNOWLEDGE-Nachricht gesendet ist, überprüft die Station bei Schritt 64, ob eine ACKNOWLEDGE-Nachricht von der Verbindung einläuft. Bei Schritt 64 hat der Empfang einer START-Nachricht keinen Einfluß auf das Verfahren, das einfach die Schritte 64, 66 und 72 "in der Schleife durchlaufen" würde, bis entweder der VOLLDUPLEX-Zeitlimitüberschreitungstimer oder der Sendeintervalltimer abläuft. Wenn bei Schritt 64 eine REQUEST-Nachricht empfangen wird, bedeutet dies einen Fehler in dem Verfahren, das dann zu Schritt 34 zurückkehrt, um erneut zu beginnen.
Wenn bei Schritt 64 keine ACKNOWLEDGE-Nachricht empfangen wird, stellt die Station bei Schritt 66 fest, ob der VOLLDUPLEX-Zeitlimitüberschreitungstimer abgelaufen ist, was bedeutet, daß eine maximal erlaubte Zeit zum Empfangen einer ACKNOWLEDGE-Nachricht verstrichen ist. Wenn dem so ist, kann die Station bei Schritt 68 dann die Datenverbindung testen, um zu bestimmen, ob sie korrekt funktioniert. Wenn die Verbindung bei Schritt 70 korrekt funktioniert, kehrt die Station zu 34 zurück, um das Verfahren erneut zu beginnen.
Wenn wiederum gemäß Schritt 66 der VOLLDUPLEX-Zeitlimitüberschreitungszähler noch nicht abgelaufen ist, legt die Station bei Schritt 72 fest, ob der VOLLDUPLEX- Sendeintervalltimer abgelaufen ist. Wenn dem nicht so ist, kehrt die Station zu Schritt 64 zurück und überprüft weiterhin, ob eine ACKNOWLEDGE-Nachricht einläuft. Wenn dem so ist, kehrt die Station zu Schritt 62 zurück, um erneut eine ACKNOWLEDGE-Nachricht zu senden.
Wenn bei Schritt 64 eine ACKNOWLEDGE-Nachricht empfangen wird, geht die Station weiter zu den Schritten 74, 76 und 78, die den vorstehend ausführlich diskutierten Schritten 54, 56 und 58 jeweils analog sind.
Da in dem VOLLDUPLEX-Zustand arbeitende Stationen jederzeit Informationen empfangen oder senden oder beides gleichzeitig tun können, wird die Bandbreite der die Stationen verbindenden Verbindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbduplexbetrieb gemäß dem CSMA/CD-Protokoll effektiv verdoppelt. Wenn sie Informationen in dem VOLLDUPLEX-Zustand sendet) sollte jede Station eine minimale Verzögerung zwischen Informationspaketen erzeugen, um eine ausreichende Trennung zum korrekten Empfang durch die empfangende Station zu gewährleisten. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine minimale Lücke zwischen Paketen von 9,6 µs verwendet.
Da der VOLLDUPLEX-Zustand eine Vollduplexkommunikation nur zwischen Stationen gestattet, die Punkt-zu-Punkt durch eine Vollduplexkommunikationsverbindung verbunden sind, ist es für keine Station in dem VOLLDUPLEX-Zustand erforderlich, die Trägererfassungs- oder Kollisionserfassungsaspekte des CSMA/CD-Protokolls einzuhalten. Für eine Station im VOLLDUPLEX-Zustand ist es genauer gesagt unnötig, die Nachrichtenverbindung vor dem Senden von Informationen auf Aktivität zu prüfen. Für jede Station in dem VOLLDUPLEX-Zustand ist es ferner nicht nötig, die Verbindung auf mögliche Kollisionen zu überwachen. Dies ist deswegen erlaubt, weil es zwischen den zwei Punkt-zu-Punkt verbundenen und im VOLLDUPLEX-Zustand arbeitenden Stationen definitionsgemäß nie zu Kollisionen von gesendeten Informationen kommen und kein Zeitpunkt auftreten kann, zu dem es einer Station nicht erlaubt ist, Informationen an die andere zu senden.
Da außerdem der Kollisionserfassungsaspekt des CSMA/CD-Protokolls von einer im VOLLDUPLEX-Zustand arbeitenden Station tatsächlich ignoriert werden kann, gibt es keine entsprechende maximale Ausbreitungsverzögerung, die eingehalten werden müßte. Als Ergebnis kann der physikalische Abstand zwischen den zwei teilnehmenden Stationen vorteilhafterweise vergrößert werden.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Station eine REQUEST-Nachricht wie vorstehend beschriebeh senden, jedoch anstatt einer Halbduplexkommunikation eine Vollduplexkommunikation verwenden. Diese alternative Ausführungsform kann beispielsweise verwendet werden, wenn eine Voliduplexstation im voraus "weiß", daß sie mit einer Nachrichtenverbindung verbunden ist, die eine Vollduplexkommunikation unterstützt. In einem derartigen Fall braucht die die REQUEST-Nachricht sendende Station die Eignung der Verbindung vor dem Beginnen der Vollduplexkommunikation nicht zu testen, sie muß jedoch feststellen, ob eine zweite Station für eine Vollduplexkommunikation bereit ist. Somit kann in dieser alternativen Ausführungsform eine zweite Station eine START-Nachricht unter Verwendung einer Vollduplexkommunikation anstatt einer Halbduplexkommunikation senden. Die zwei Stationen können dann wie vorstehend beschrieben ACKNOWLEDGE-Nachrichten austauschen.
Die vorstehende Beschreibung ist auf eine spezifische Ausführungsform dieser Erfindung beschränkt. Es ist jedoch klar, daß Variationen und Modifikationen an der Erfindung unter Beibehaltung einiger oder aller Vorteile der Erfindung vorgenommen werden können. Es ist somit eine Aufgabe der zugehörigen Ansprüche, alle derartigen Variationen und Modifikationen abzudecken.

Claims

1. In einem Kommunikationsnetzwerk (1), das sowohl eine monodirektionale Halbduplexkommunikation als auch eine gleichzeitige bidirektionale Vollduplexkommunikation unterstützen kann, ein Verfahren zum Herstellen einer Vollduplexkommunikation zwischen zwei Stationen (16,18), die von dem Kommunikationsnetzwerk (1) bedient werden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(1) Übertragen (34) einer ersten Nachricht von einer ersten Station über das Netzwerk unter Verwendung von Halbduplexkommunikation, wobei die erste Nachricht zum Anzeigen dafür dient, daß die erste Station (16) für die Vollduplexkommunikation bereit ist; und Bestimmung (40), ob eine erste und zweite Stationen verbindende Nachrichtenverbindung (17) die Vollduplexkommunikation unterstützen kann

(2) als Antwort auf die erste Nachricht Übertragen (46) einer zweiten Nachricht von einer zweiten Station über das Netzwerk unter Verwendung der Halbduplexkommunikation, wobei die zweite Nachricht zum Anzeigen dafür dient, daß die zweite Station (18) für die Vollduplexkommunikation bereit ist

(3) als Antwort auf die zweite Nachricht Beginnen (60) der Vollduplexkommunikation zwischen der ersten und zweiten Station.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste und zweite Nachricht jeweils eine Zieladresse und eine Quelenadresse enthält, wobei die Quellenadresse zum Identifizieren einer Station dient, von der diese Nachricht stammte, wobei die Zieladresse zum Identifizieren einer Station dient, für die diese Nachricht bestimmt ist, und wobei die Zieladresse der ersten Nachricht eine festgelegte Adresse ist, die nur von einer Station verwendet wird, die für die Vollduplexkommunikation bereit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zieladresse der zweiten Nachricht identisch mit der Quellenadresse der ersten Nachricht ist, bei dem eine Station beim Empfangen der ersten Nachricht die Quellenadresse der empfangenen ersten Nachricht mit der eigenen Adresse der empfangenden Station vergleicht, um festzustellen, ob die empfangene erste Nachricht von der empfangenden Station stammt, und bei dem des weiteren die Quellenadresse der empfangenen ersten Nachricht gespeichert wird, wenn die verglichenen Adressen verschieden sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem eine Station beim Empfangen der zweiten Nachricht die Quellenadresse der empfangenen zweiten Nachricht mit der gespeicherten Adresse vergleicht, um festzustellen, ob die empfangene zweite Nachricht von der gleichen Station stammt, die die empfangene erste Nachricht aussandte.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Teil der ersten Nachricht kürzer als eine festgelegte minimale Länge ist, wobei - wenn der erste Teil der ersten Nachricht beim Durchlaufen einer Nachrichtenverbindung auf eine Nicht-Vollduplexvorrichtung (R) trifft - die Nicht-Vollduplexvorrichtung den ersten Teil der ersten Nachricht auf die festgelegte minimale Länge ausdehnt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem Beginnen der Vollduplexkommunikation von jeder der ersten und zweiten Stationen eine dritte Nachricht periodisch über die Nachrichtenverbindung übertragen (62) wird, wobei die dritte Nachricht zum Verifizieren dafür dient, daß die Nachrichtenverbindung immer noch zum Unterstützen der Vollduplexkommunikation bereit ist.

7. In einem Kommunikationsnetzwerk, das sowohl eine monodirektionale Halbduplexkommunikation als auch eine gleichzeitige bidirektionale Vollduplexkommunikation unterstützen kann, eine Vorrichtung zum Herstellen einer Vollduplexkommunikation zwischen zwei Stationen (16,18), die von dem Kommunikationsnetzwerk (1) bedient werden, wobei die Vorrichtung aufweist:

(1) erste Übertragungseinrichtungen (26b, 20b) zum Übertragen (34) einer ersten Nachricht von einer ersten Station über das Netzwerk unter Verwendung der Halbduplexkommunikation, wobei die erste Nachricht zum Anzeigen dafür dient, daß die erste Station (16) für die Vollduplexkommunikation bereit ist; und zum Bestimmen dafür, ob eine erste und zweite Stationen verbindende Nachrichtenverbindung (17) die Vollduplexkommunikation unterstützen kann;

(2) zweite Übertragungseinrichtungen (26c, 20c), die auf die erste Nachricht ansprechen, zum Übertragen (46) einer zweiten Nachricht von einer zweiten Station über das Netzwerk (1) unter Verwendung der Halbduplexkommunikation, wobei die zweite Nachricht zum Anzeigen dafür dient, daß die zweite Station für die Vollduplexkommunikation bereit ist,

(3) Einrichtungen (26b, 20b), die auf die zweite Nachricht ansprechen, zum Beginnen (60) der Vollduplexkommunikation zwischen der ersten und zweiten Station.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die erste und zweite Nachricht jeweils eine Zieladresse und eine Quellenadresse enthält, wobei die Quellenadresse zum Identifizieren einer Station dient, von der diese Nachricht stammte, wobei die Zieladresse zum Identifizieren einer Station dient, für die diese Nachricht bestimmt ist, und wobei die Zieladresse der ersten Nachricht eine festgelegte Adresse ist, die nur von einer Station verwendet wird, die für die Vollduplexkommunikation bereit ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Zieladresse der zweiten Nachricht identisch mit der Quellenadresse der ersten Nachricht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, die eine Einrichtung zum Empfangen von Nachrichten und Vergleichen (42) der Quellenadresse einer empfangenen Nachricht mit einer der Vorrichtung zugeordneten Adresse umfaßt, um festzustellen, ob die empfangene erste Nachricht von der Vorrichtung stammte, bei der - wenn die verglichenen Adressen verschieden sind - die Quellenadresse der empfangenen Nachricht gespeichert (44) wird, und bei der die Einrichtung zum Empfangen die Quellenadresse der zweiten Nachricht mit der gespeicherten Adresse vergleicht (56), um festzustellen, ob die empfangene zweite Nachricht von der gleichen Station stammte, die die erste Nachricht aussandte.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der ein Teil der ersten Nachricht kürzer als eine festgelegte minimale Länge ist, wobei - wenn der erste Teil der ersten Nachricht beim Durchlaufen einer Nachrichtenverbindung auf eine Nicht-Vollduplexvorrichtung trifft - die Nicht-Vollduplexvorrichtung den ersten Teil der ersten Nachricht auf die festgelegte minimale Länge ausdehnt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, die des weiteren eine Einrichtung zum periodischen Übertragen (62) einer dritten Nachricht über die Nachrichtenverbindung im Anschluß an den Beginn der Vollduplexkommunikation aufweist, wobei die dritte Nachricht zum Verifizieren dafür dient, daß die Nachrichtenverbindung immer noch zum Unterstützen der Vollduplexkommunikation bereit ist.