DE69031266T2

DE69031266T2 - Übertragungsarchitektur für Hochgeschwindigkeitsnetzwerk

Info

Publication number: DE69031266T2
Application number: DE69031266T
Authority: DE
Inventors: Zygmunt Dr Haas
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: EP0432924A3; US5115432A; JPH0831893B2; JPH03250946A; EP0432924A2; DE69031266D1; EP0432924B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen von höheren Diensten einer Nicht- Anwendungsschicht zwischen niederen Diensten, die einem Netz und Diensten einer Anwendungsschicht eines Hauptprozessors übergeben werden.
Die übertragungsgeschwindigkeit hat in den vergangenen 10 Jahren in Weitverkehrs-, Orts- und lokalen Netzen in der Größenordnung von 6, d. h. von Kbps auf Gbps zugenommen. Während der gleichen Zeit hat jedoch die Geschwindigkeit der kommerziell erhältlichen Verarbeitungseinheiten, die als Kommunikationsprozessoren verwendet werden können, nur um die Größenordnung 2 bis 3 zugenommen. Außerdem sind die Dienste und Protokolle von Datenkommunikationsarchitekturen hierarchisch in vertikalen Schichten aufgebaut. Typischerweise sind die Dienste und Protokolle einer Architektur in niedere Dienste und Protokolle d.h. untere Schicht, und in höhere Dienste und Protokolle, d.h. obere Schicht, unterteilt. Dieses schichtweise Anordnen macht eine zusätzliche Softwarverarbeitung notwendig, um die funktionale Replikation und den innewohnenden Erweiterungsaufwand (oder Overhead) bei den sich ergebenden Schnittstellen der Zwischenschichten abzuwickeln. Die Diskrepanz zwischen der übertragungsgeschwindigkeit und der Verarbeitungsgeschwindigkeit, in Verbindung mit den zusätzlichen Verarbeitungsanforderungen der Datenkommunikationsarchitektur, erzeugt einen sogenannten "Flaschenhals" innerhalb des Datenkommunikationsprozesses. Dieser Flaschenhals ist vorhanden, weil für jede Kommunikation die von der Software beanspruchte Zeit zum Verarbeiten der höheren Protokolle größer ist als die entsprechende Zeit, die von der Übertragungseinrichtung benötigt wird. Heutzutage ist das Nißverhältnis zwischen der Übertragungsgeschwindigkeit eines Netzes und dessen Fähigkeit zur Verarbeitung höherer Dienste so groß, daß die Vorteile einer Hochgeschwindigkeits- Übertragungseinrichtungen, die in einem Netz vorhanden sind, den Verzögerungen, welche durch die großen Verarbeitungsanforderungen an die höhere Funktionalität verursacht werden, untergeordnet sind.
Bekannte höhere Kommunikationsprotokolle sind unflexibel geworden, weil sie für den Einsatz in einem bestimmten Netzwerktyp optimiert worden sind, das spezielle Kommunikationstypen überträgt. Diese bekannten Protokolle haben festgelegte Merkmale und sind nicht in der Lage, sich den wechselnden Benutzeranforderungen und den sich ändernden Netzwerkparametern anzupassen.
Die Zusammenfassung der JP-A-61264945, Band 011, Nr. 119, offenbart ein System zum Anordnen von Schichten eines bestehenden OSI-Schichtenprotokolls, bei dem jede Schicht parallel in einem separaten Prozessor ausgeführt werden kann.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, geschaffen.
Die Schwierigkeiten bei bekannten Datenkommunikationssystemen werden durch eine neue Datenkommunikationsarchitektur überwunden, bei der die einem Haupt-Prozessorsystem bereitgestellten höheren Kommunikationsdienste in unabhängigen horizontalen Funktionen angeordnet sind, die parallel abgearbeitet werden, und sowohl einem Anbieter von niederen Netzprotokollen und -diensten verbunden sind als auch einer Anwendungs schicht des Hauptprozes sorsys tems übergeben werden. Im speziellen werden bedingte Abhängigkeiten zwischen den horizontalen Funktionen durch einen sogenannten Verbinder gelöst, der die horizontalen Funktionen einer Anwendungsschicht des Hauptprozessors übergibt. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems dadurch erhöht, daß eine adaptive Spezifikation eines höheren Protokolls ermöglicht wird, welches zum Bereitstellen der höheren Dienste in der Architektur verwendet wird. Diese adaptive Spezifikation kann unter Ansprechen auf das Andern von Benutzeranforderungen oder Verändern der Netzwerkparameter eingeleitet werden.
Anschließend wird eine Spezifikation des höheren Protokolls durch Auswählen geeigneter Parameterwerte für die horizontalen Funktionen, die parametrisch programmierbar sind, erhalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild die Architektur einer horizontal ausgerichteten Protokollstruktur (Horizontally Oriented Protocol Structure, HOPS);
Fig. 2 in einem vereinfachten Blockschaltbild einen Vergleich zwischen dem ISO/OSI-Bezugsmodell und der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur;
Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Hardwaremodells eines Hauptprozessors für eine Kommunikation über ein Netz;
Fig. 4 in einem vereinfachten Blockschaltbild den Informationsfluß zwischen den verschiedenen Elementen, welche die horizontalen Funktionen 105 der Kommunikationsschnittstelle 102 (Fig. 1) implementieren, die als Implementationsbeispiel des Empfangsabschnitts der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur ausgebildet ist;
Fig. 5 eine beispielhafte Ausführungsform eines Empfangsabschnitts für eine Kommunikationsschnittstelle mit einer minimalen Funktionalität;
Fig. 6 in einem Flußdiagramm den Betriebsablauf, der von der Kommunikationsschnittstelle nach Fig. 5 ausgeführt wird, einschließlich der Lösung der bedingten Abhängigkeiten durch einen Verbinder;
Fig. 7 ein Flußdiagramm eines beispielhaften Entscheidungsmechanismus, der das von einer HOPS-Steuerung 414 nach Fig. 4 verwendet wird, um ein Fehlersteuerprotokoll zu spezifizieren;
Fig. 8 ein Paketformat; und
Fig. 9 ein Beispiel sowohl vom Sende- als auch vom Empfangsabschnitt einer Ausführungsform der Kommunikationsschnittstelle 102.

Detaillierte Beschreibung

Eine allgemein bekannte

Datenkommunikationsarchitektur ist ein strukturierter Satz von Diensten und entsprechenden Protokollen, welche Kommunikationsdienste einem Hauptprozessorsystem zur Verfügung stellen, auf dem eine Anwendung läuft und das mit einem entfernten Hauptprozessorsystem über ein Übertragungsmedium, typischerweise ein Netz, kommuniziert. Daten beinhalten eine Darstellung von irgendwelchen Informationen, beispielsweise Benutzerdaten, Sprache, Bilder oder dergleichen. Typischerweise sind diese Dienste und Protokolle einer Architektur in niedere Dienste und Protokolle, d.h. untere Schichten, und höhere Dienste und Protokolle, d.h. höhere Schichten, unterteilt. Die niederen Dienste sind bekannt als Dienste, die von der physikalischen Schicht, der Sicherungsschicht und der Vermittlungsschicht des ISO/OSI-Referenzmodells bereitgestellt werden. Die höheren Dienste sind auch als die Dienste bekannt, die von der Transportschicht, der Sitzungsschicht, der Darstellungsschicht und der Anwendungsschicht des ISO/OSI- Referenzmodells bereitgestellt werden.
Fig. 1 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild eine einzigartige Datenkommunikationsarchitektur, die als horizontal ausgerichtete Protokollstruktur (Horizontally Oriented Protocol Structure, HOPS) bekannt ist. Die HOPS- Architektur wird in eine Anwendungsschicht 101, eine Kommunikationsschnittstelle 102 und eine Netz- Zugangssteuerung 103 unterteilt. Die Anwendungsschicht 101 umfaßt eine Software, die in einem Hauptprozessorsystem 104 angesiedelt ist, das eine Benutzeranwendung, die von der Hauptprozessorsoftware verarbeitet wird, mit einer Kommunikationsfähigkeit bereitstellt. Die Kommunikationsschnittstelle 102 ist für eine spezielle Hardware implementiert, um eine Kommunikationsanforderung aktuell zu bedienen, wie nachfolgend erläutert wird. Die Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 überträgt die von einem Netz empfangenen Informationen zu der Kommunikationsschnittstelle 102. Die empfangenen Informationen werden nachfolgend der Klarheit wegen als Pakete bezeichnet. Außerdem überträgt die Netz- Zugangssteuerungseinheit 103 die Informationen von der Kommunikationsschnittstelle 102 zu einem Netz (nicht gezeigt) . Die übertragenen Informationen werden nachfolgend auch als Pakete bezeichnet. Alle niederen Dienste und die Verarbeitung, um diese zu realisieren, werden in der Netz- Zugangssteuerungseinheit 103 ausgeführt.
Die Kommunikationsschnittstelle 102 umfaßt unabhängige horizontale Funktionseinrichtungen 105-1 bis 105-N und einen Verbinder 106. Beim Empfang eines von der Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 kommenden Paketes führen die unabhängigen horizontalen Funktionseinrlchtungen 105-1 bis 105-N die gesamte erforderliche Verarbeitung parallel aus, um die Daten in einem empfangenen Paket zur Anwendungsschicht 101 zu übertragen. Alle Abhängigkeiten zwischen den unabhängigen horizontalen Funktionseinrichtungen 105 werden dann durch den Verbinder 106 gelöst, wobei die sich ergebenden verarbeiteten Daten zur Anwendungsschicht 101 übertragen werden. Die von der Anwendungsschicht 101 zu einer entfernten Stelle zu übertragenden Daten werden über den Verbinder 106 zu den unabhängigen horizontalen Funktionseinrichtungen 105-1 bis 105-N übertragen. Typischerweise führt der Verbinder 106 in der Senderichtung keine Operationen mit den Daten aus. Die Daten werden von den entsprechenden unabhängigen horizontalen Funktionseinrichtungen 105-1 bis 105-N parallel verarbeitet, in diesem Beispiel zu Paketen geformt und zur Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 für die Übertragung zu einem Netz übertragen. Die Funktionalität der neuen Protokollanforderung wird in bedingte unabhängige, horizontale Funktionen unterteilt, die eine parallele Implementation ermöglichen.
In Fig. 2 wird ein Vergleich einer horizontal ausgerichteten Protokollstruktur (HOPS) mit dem gewöhnlichen ISO/OSI-Standard-Referenzmodell gezeigt. Die Netz- Zugangssteuerungseinheit 103 der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur entspricht, wie gezeigt, funktionell den unteren Schichten, nämlich der physikalischen Schicht 201, der Sicherungsschicht 202 und der Vermittlungsschicht 203 des ISO/OSI-Modells. Die Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur stellt die niederen Dienste der Kommunikationsschnittstelle 102 zur Verfügung. Die Kommunikationsschnittstelle 102 der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur implementiert die Funktionalität der höheren Schichten, nämlich der Transportschicht 204, der Sitzungsschicht 205 und der Darstellungsschicht 206 des ISO/OSI-Modells. Diese höheren Schichten des ISO/OSI-Modells basieren traditionell auf Systemsoftware des Hauptprozessors. Ferner wird jede höhere Schicht seriell durch das Hauptprozessorsystem ausgeführt. Deshalb ist die Zeit, in der ein von der unteren Schicht kommendes und von der höheren Schicht empfangenes Paket verarbeitet wird, die Summe der Verarbeitungszeiten für jede höhere Schicht. Da die Verarbeitungsgeschwindigkeit nicht mit der Übertragungsgeschwindigkeit mithält, bilden die auf der Software basierenden Implementationen dieser Schichten einen Flaschenhals bei der Kommunikationsverarbeitung. Im Gegensatz dazu basiert die Kommunikationsschnittstelle 102 der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur auf einer speziellen Kommunikationshardware. Außerdem sind die unabhängigen horizontalen Funktionen 105-1 bis 105-N parallel implementiert, was die zum Verarbeiten eines von der Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 empfangenen Paketes benötigte Zeit auf die Zeit, die zur Ausführung der zeitaufwendigsten unabhängigen horizontalen Funktion der Funktionen 105-1 bis 105-N nötig ist und auf die kurze Zeit verkürzt wird, die für den Verbinder 106 erforderlich ist, um alle Abhängigkeiten zwischen den unabhängigen horizontalen Funktionen 105-1 bis 105-N zu lösen.
Ein beispielhaftes Kommunikationshardwaremodell zum Implementieren der Architektur mit einer horizontal ausgerichteten Protokollstruktur wird in Fig. 3 gezeigt. Demgemäß ist ein Hauptprozessorsystem 300 gezeigt, das einen Zweitor-Speicher 301, eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 302, eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung (I/O) 303 und einen Host-Bus 304 umfaßt. Ferner ist eine Netzwerkschnittstelle 305 gezeigt, die mit dem Speicher 301 und dem Host-Bus 304 und über eine Vielzahl von Übertragungsverbindungen für hohe Geschwindigkeiten 308 mit einer Netz-Zugangssteuerung 306 für eine Kommunikation mit einem Netz 307 verbunden ist. Das Netz 307 ist beispielsweise ein Weitverkehrsnetz, das mit entfernten Haupt-Prozessorsystemen (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Software in dem Haupt-Prozessorsystem 300 implementiert die Anwendungsschicht 101 (Fig. 1) und dessen Protokoll. Es sei vermerkt, daß ein Teil der Anwendungsschicht 101 im wesentlichen von dem Betriebssystem des Haupt-Prozessorsystems 300 ausgeführt wird. Die Netzwerkschnittstelle 305 verbindet bei diesem Beispiel die Netz-Zugangssteuerung 306 mit dem Haupt-Prozessorsystem 300 und führt die Funktionalität der Kommunikationsschnittstelle 102 (Fig. 1) der Architektur mit einer horizontal ausgerichteten Protokollstruktur aus. Die Netzwerkschnittstelle 305 empfängt Pakete, die an das Haupt- Prozessorsystem 300 gerichtet sind, von dem Netzwerk 307 über die Netz-Zugangsteuerung 306 und überträgt Ausgangspakete vom Haupt-Prozessorsystem 300 zum Netzwerk 307 über die Netz-Zugangsteuerung 306.
Die vorgestellte Kommunikationsarchitektur und das Hardwaremodell ermöglichen eine reduzierte Einbeziehung des Haupt-Prozessorsystems 300 in das zeitaufwendige Verarbeiten der Kommunikation. Diese verminderte Einbeziehung zeigt sich deutlich beim Verarbeiten der Transport- und Darstellungsoperationen, der Sitzungsoperationen und bei dem veringerten Kommunikationsaufwand zwischen der Kommunikationsschnittstelle 102 (Fig. 1) und dem Betriebssystem des Haupt-Prozessorsystems 300. Außerdem sind Ausführungsformen der horizontal ausgerichteten Protokolistruktur implementierbar, die das Zwischenspeichern und Kopieren von Informationen vom Speicher des Betriebssystems des Haupt-Prozessorsystems 300 in den Speicher 301 der Benutzeranwendung vermeiden. Die Kommunikationsschnittstelle 102 (Fig. 1), wie sie in der Netzwerkschnittstelle 305 implementiert ist, kann die Daten direkt aus Plätzen des Speichers 301, die der Anwendungsschicht 101 zugewiesen sind, auslesen bzw. in diese schreiben. Diese Fähigkeit des direkten Lesens und Schreibens vermeidet das Einbeziehen des Haupt- Prozssorsystems in die Übertragung von Daten zur Anwendungsschicht 101. Dieses Ergebnis ist realisierbar, da der Speicher 301 ein Zweitor-Speicher ist. Zweitor- Speichereinheiten sind allgemein bekannt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein sequentielles Neuordnen der Pakete direkt in den Speicherplätzen der Anwendungsschicht 101, die im Speicher 301 angeordnet ist, ausgeführt. Als Teil des Kommunikationsprozesses kann die Anwendungsschicht eines entfernten Haupt-Prozessorsystems verlangen, daß eine Folge von Paketen in ihrer Gesamtheit und in einer vorgeschriebenen Reihenfolge zur Anwendungsschicht 101 übertragen werden muß, das bedeutet, daß die Paketfolge eine Meldung ist. Wenn eine solche Paketübertragung angefordert wird, wird jedes ankommende Paket auf der Grundlage seiner fortlaufenden Nummer in einen entsprechenden Abschnitt des Speichers 301, welcher der Anwendung 101 zugewiesen ist, angeordnet. Wenn die Pakete nicht in der Reihenfolge ihrer Folgenummern ankommen, werden Speicherlücken erzeugt, d.h. Speicherplätze bleiben in Erwartung der Ankunft von bis jetzt nicht angekommenen Paketen, die Teil der Reihe sind, leer. Die Daten eines Pakets, das mit einer Reihennummer ankommt, für das eine Speicherlücke erzeugt worden ist, wird in die Lücke durch Schreiben der Daten in die Speicherplätze, die der Lücke zugeordnet sind, eingefügt. Die Verfügbarkeit der Daten aus einer Gesamtfolge von Paketen wird der Anwendungsschicht 101 angezeigt, wenn alle Pakete, die zu der Folge gehören, empfangen und verarbeitet worden sind. Die Anwendungsschicht 101 kann dann die Daten in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abfragen, ohne daß die Daten weiter kopiert oder bewegt werden müssen. Die Daten der Meldung werden als Teil der allgemein verfügbaren gültigen Daten betrachtet, die der Anwendungsschicht 101 zugeordnet sind. Es sei noch einmal wiederholt, daß das sequentielle Ordnen und Verarbeiten der empfangenen Pakete von horizontalen Funktionen 105-1 bis 105-N (Fig. 1) und dem Verbinder 106, die von dem Hardwaremodell implementiert werden, ausgeführt wird.
Ferner hat in einer beispielhaften Ausführungsform die Kommunikationsschnittstelle 102 Zugriff auf den Betriebssystem-Scheduler und die Überwachungstabellen des Haupt-Prozessorsystems 300 über den Speicher 301. Der Scheduler und die Überwachungstabellen können direkt von der Kommunikationsschnittstelle 102 eingestellt werden, um den Empfang einer gültigen Dateneinheit, z. B. einer Nachricht, anzuzeigen. Ferner können der Scheduler und die Überwachungstabellen von der Kommunikationsschnittstelle 102 gelesen werden, um das Vorhandensein von Anforderungen von Kommunikationsdiensten oder die Verfügbarkeit und Stellen der Daten im Speicher 301 für die Übertragung festzustellen. Die Kommunikationsschnittstelle 102 nimmt anschließend geeignete Aktionen vor, um wiederum ohne die Einbeziehung des Haupt-Prozessorsystems 300 die Kommunikation zu beeinflussen. Wenn der Scheduler des Haupt-Prozessorsystems 300 aufgerufen wird, prüft er den Zustand bevorstehender Kommunikationsprozesse in dem er auf den Scheduler und die Überwachungstabellen verweist. Wenn ein Seitenwechsel (paging) auftritt, wird die Kommunikationsschnittstelle 102 darüber informiert, um die richtige Adressierung beizubehalten.
Fig. 4 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild den Informationsfluß zwischen den verschiedenen Abschnitten der Kommunikationsschnittstelle 102, wie sie in einer beispielhaften Implementation des Empfangsabschnitts der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur verwirklicht sind. Die von der Netz-Zugangssteuerungseinheit 103 kommenden empfangenen Pakete werden während der Verarbeitung zum Speichern in den Eingangspuffer 401 geschrieben. Anschließend wird bei diesem Beispiel das Paket parallel verarbeitet, und zwar durch eine unabhängige horizontale Funktionsfehlererfassung 402, eine Flußsteuerung 403, eine Überlastungssteuerung 404, eine nochmalige Übertragung 405, eine Darstellung 406, der Verbindungsoptionen 407, eine Sitzungsverwaltung 408 und eine Adressierung 410. Diese unabhängigen horizontalen Funktionen sind bestimmte Versionen der unabhängigen horizontalen Funktionen 105-1 bis 105-N nach Fig. 1, die bei diesem Beispiel implementiert sind.
Die durch die Fehlererfassung 402 der unabhängigen horizontalen Funktion, die Flußsteuerung 403, die Überlastungssteuerung 404, die nochmalige Ubertragung 405 und die Sitzungsverwaltung 408 gewonnenen Informationen werden zu einer HOPS-Steuereinrichtung 414 über doppeltgerichtete Kanäle 415 übertragen. Diese Informationen werden zum Einstellen der Tätigkeiten der Sendeseite der horizontal ausgerichteten Protokollstruktur verarbeitet. Eine solche Verarbeitung kann das Andern von Polynomen, die zur Fehlererkennung verwendet werden, das Einstellen der Werte für die Übertragungsfensterwerte, das erneute Senden von Paketen und das zeitweise Anhalten der Paketübertragung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Obwohl die aktuelle Verarbeitung und Übertragung von Informationen zur Sendeseite durch die HOPS-Steuereinrichtung 414 ausgeführt werden, sind zu Zwecken der Klarheit die Flußinformation und -Funktion Fehlererkennung der unabhängigen horizontalen Funktionen 402, die Flußsteuerung 403, die Überlastungssteuerung 404, die erneute Übertragung 405 und die Sitzungsverwaltung 408 so konzeptualisiert, als wären sie mit ihren Sende-Gegenstücken, die durch den Sendeabschnitt 411 dargestellt sind, verbunden. Die tatsächliche duale Natur der Struktur der unabhängigen horizontalen Funktionen wird ferner nachfolgend in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben. Die von den Verbindungsoptionen 407 und der Sitzungsverwaltung 408 gewonnenen Informationen werden zur Flußtabelle (table of flows, TOF) 412 gesendet, um diese zu aktualisieren. Die Flußtabelle 412 ist eine in der Netzwerkschnittstelle 305 enthaltende Datenstruktur, die tatsächlich in der HOPS- Steuereinrichtung 414 angeordnet ist und die existierenden Kommunikationsverbindungen verfolgt. Die HOPS- Steuereinrichtungung 414 kommuniziert tatsächlich mit den unabhängigen horizontalen Funktionen über doppeltgerichtete Kanäle 415. Die Flußtabelle (TOF) 412 wird hier auch der Klarheit wegen getrennt von der HOPS-Steuereinrichtung 414 gezeigt. Die von der Fehlererkennung von unabhängigen horizontalen Funktionen 402, der Darstellung 406, der Sequenzialisierung 409 und der Adressierung 410 gewonnen Informationen werden zum Verbinder 413 übertragen. Der Verbinder 413 löst jede bedingte Abhängigkeit, die in den Informationen vorhanden sein kann, die ihm bereitgestellt werden, und führt die sich ergebenden Informationen der Anwendungsschicht 101 zu.
Eine bedingte Abhängigkeit zwischen den Funktionen ist ein Zustand, bei welchem die Ergebnisse, d.h. der Ausgang der Ausführung einer ersten Funktion von den Ergebnissen der Ausführung einer zweiten Funktion abhängig ist. Wenn die erforderlichen Werte, die notwendig sind, um das Ergebnis der zweiten Funktion zu erhalten angenommen werden, kann die Ausführung der ersten Funktion parallel zur Ausführung der zweiten Funktion fortgesetzt werden. Der Verbinder vergleicht dann die vorausgesetzten Werte mit dem tatsächlichen Wert, der sich aus der Ausführung der zweiten Funktion ergibt. Das Ergebnis der ersten Funktion, in welcher der vorausgesetzte Wert gleich dem aktuellen Wert aus der Ausführung der zweiten Funktion ist, wird durch den Verbinder ausgewählt. Wenn keiner der angenommenen Werte mit dem aktuellen Ergebnis der zweiten Funktion übereinstimmt, kann das Gesamtergebnis aus der Ausführung der ersten Funktion fallen gelassen werden. Alternativ dazu kann eine bedingte Abhängigkeit durch Berechnen von beliebigen Teilergebnissen der ersten Funktion gelöst werden, die unabhängig von der zweiten Funktion sind und das Ergebnis der zweiten Funktion dazu verwendet werden, den verbleibenden Teil der Berechnung für die erste Funktion zu lösen. In diesem Fall wird der Rest der Berechnung durch den Verbinder 413 ausgeführt.
Der Kürze und Klarheit der Beschreibung wegen, wird in den Figuren 5 und 6 ein einfaches Beispiel der Arbeitsweise einer Kommunikationsschnittstelle, die einen Verbinder zum lösen der bedingten Abhängigkeiten verwendet, dargestellt. In Fig. 5 wird eine beispielhafte Ausführungsform des Empfangsabschnitts einer Kommunikationsschnittstelle mit minimaler Funktionalität gezeigt, die einen Verbinder 501, zwei unabhängige horizontale Funktionen, nämlich eine Darstellung 502 und eine Sequenzialisierung 503, und einen Eingangspuffer 504 umfaßt. Der Verbinder 501 ist mit einer Anwendungsschicht 505 verbunden. Die Aufgabe der Darstellung 502 besteht darin, beliebige Differenzen in der Format- und Datendarstellung zwischen der Anwendungsschicht 505 auf dem lokalen Haupt-Prozessorsystem 300 (Fig. 3) und einer Anwendungsschicht in einem entfernten Haupt-Prozessorsystem, mit welchem die Anwendungsschicht 505 kommuniziert, aufzulösen. Das umfaßt beispielsweise eine Entschlüsselung der in einem verschlüsselten Format empfangenen Daten. Die Daten sind dann bereit, der Anwendungsschicht 501 vorgelegt zu werden. Die Aufgaben der Sequenzialisierung 503 bestehen darin, die Pakete auf gültige Folgenzahlen und auf doppelte Folgenzahlen zu überprüfen. Die Daten in einem Paket, bei dem festgestellt worden ist, daß eine doppelte oder ungültige Folgennummer enthält, müssen verworfen werden. Die parallele Ausführung der Darstellung 502 und der Sequenzialisierung 503 ermöglicht eine bedingte Abhängigkeit zwischen diesen zu erzeugen, wenn die Darstellung 502 die Daten eines Pakets der Anwendungsschicht 505 vorlegen würde (welche sie in dem von der Anwendungsschicht geforderten Format abgelegt hat), aber die Sequenzialisierung 503 festgestellt hat, daß das Paket eine Kopie ist und dessen Daten deshalb entfernt werden müssen. Folglich hängen die Ergebnisse von der Darstellung 502, die tatsächlich der Anwendungsschicht 505 gegeben werden, letztendlich von der Sequenzialisierung 503 ab. Sowohl die Daten als auch ein Hinweis darauf, ob die Daten verworfen werden müssen oder nicht, werden dem Verbinder 501 zugeführt, der die Abhängigkeit, wie nachfolgend beschrieben, auflöst. Fig. 6 zeigt den Operationsablauf in Form eines Flußdiagramms, der von der Kommunikationsschnittstelle nach Fig. 5 ausgeführt wird, und das Auflösen der oben beschriebenen bedingten Abhängigkeit durch den Verbinder 501 umfaßt.
Demgemäß beginnt der Ablauf in Schritt 601. Anschließend wartet in Schritt 602 die Kommunikationsschnittstelle auf die Ankunft eines neuen Paketes. Beim Empfang eines neuen Paketes werden die Schritte 603-1 und 603-2 parallel ausgeführt. Der Schritt 603-1 betrifft die Ausführung der Sequenzialisierungsfunktion, die überprüft, ob das Paket ein Duplikat ist. Der Schritt 603-2 ist die Darstellungsfunktion, in dem die in dem Paket enthaltenen Daten verarbeitet werden und in das von der Anwendungsschicht 501 (Fig. 5) geforderten Format abgelegt werden. Nachdem die Sequenzialisierung 503 festgestellt hat, ob das Paket eine Kopie ist und ob es akzeptiert werden kann oder nicht, überträgt die Sequenzialisierung 503 seine Feststellung zum Verbinder 501. Der Verbinder 501 empfängt die Daten für die Anwendungsschicht 505, die in dem von der Darstellung 502 kommenden Paket enthalten sind. Die Operation des Verbinders 501 beginnt bei dem bedingten Verzweigungspunkt 604 (Fig. 6) , der ermittelt, ob eine Paketkopie in Schritt 603-1 von der Sequenzialisierung 503 erfaßt worden ist. Wenn das Prüfergebnis in Schritt 604 JA ist, werden die Daten des Paketes nicht zur Anwendungsschicht 505 übertragen und die Ablaufsteuerung wird zurück zu Schritt 602 geführt, um auf die Ankunf eines neuen Paketes zu warten. Wenn das Prüfergebnis in Schritt 604 NEIN ist, werden die empfangenen Daten, die von der Darstellung 502 kommen und sich aus der Ausführung der Darstellungsfunktion in Schritt 603-2 ergeben, vom Verbinder 501 zur Anwendungsschicht 505 in Schritt 605 übertragen. Die Ablaufsteuerung wird dann zurück zu Schritt 602 geführt, um auf die Ankunft eines neuen Paketes zu warten.
Die horizontal ausgerichtete Protokollstruktur soll die Kommunikation über mehrere Netze und diverse Anwendungsschichten unterstützen. Deshalb kann ein einzelnes Protokoll keine optimale Leistungsfähigkeit bereitstellen. Beispielsweise wird das Schema zur erneuten Übertragung von Paketen in Fällen von falsch empfangenen Paketen durch das Protokoll bestimmt. Das verwendete optimale Schema zur erneuten Übertragung ist abhängig von der Qualität des Netzes. Eine selektive nochmalige Übertragung von Paketen ist für Netze mit großen mittleren Bitfehlerraten besser, während das Zurückgehen und erneute Übertragen der letzten N Pakete in sehr zuverlässigen Netzwerk-Übertragungsumgebungen von Vorteil sein kann. Ferner können sich die Anforderungen an ein Protokoll im Laufe der Zeit ändern und sich von Teilnetz zu Teilnetz unterscheiden. (Ein Teilnetz ist ein Satz von Knoten, Verbindungen und Schnittstellen, die Teil des Kommunikations-Netzes sind.) Beispielsweise kann ein Ansteigen der Überlastung die Strategie der erneuten Übertragung ändern oder der erforderliche Fehlersteuermechnismus kann von Teilnetz zu Teilnetz unterschiedlich sein. Deshalb schließt eine horizontal ausgerichtete Protokollstruktur eine angepaßte Spezifikation des aktuell zu verwendenden Protokolls ein. Die Kommunikationsschnittstelle 102 empfängt Informationen, die Benutzeranforderungen und Zustände der Netzwerkübertragung beinhalten und spezifiziert über die HOPS-Steuereinrichtung 414 (Fig. 4) ein optimales, zu verwendendes Protokoll. Die unabhängigen horizontalen Funktionen 402 bis 410 sind in
diesem Beispiel parametrisch programmierbar und in der Lage, Parameterwerte von der HOPS-Steuereinrichcung 414 über die doppeltgerichteten Kanäle 415 zu empfangen. Es sei, wie in Fig. 1 gezeigt, angemerkt, daß N solcher horizontaler Funktionen vorhanden sein können. Folglich wird ein Protokoll durch Bestimmen der Parameterwerte festgelegt, die von den unabhängigen horizontalen Funktionen 402 bis 410 zu verwenden sind. Die Parameterwerte und folglich das Protokoll können durch die HOPS-Steuereinrichtung 414 geändert und aktualisiert werden. Neben dem Spezifizieren der Parameter tauscht die HOPS-Steuereinrichtung 414 die Informationen mit den unabhängigen horizontalen Funktionen über die doppeltgerichteten Kanäle 415 aus. Die Kanäle 415 übertragen Zustandsinformationen von den unabhängigen horizontalen Funktionen zur HOPS-Steuereinrichtung 414 und Steuerinformationen von der HOPS-Steuereinrichtung 414 zu den unabhängigen horizontalen Funktionen. Die von der HOPS- Steuereinrichtung 414 empfangenen Informationen werden von dieser dazu verwendet, die Werte, zu bestimmen, die sie für den Gebrauch im Protokoll spezifiziert.
Der Kürze und Klarheit der Beschreibung wegen, stellt Fig. 7 in Form eines Flußdiagramms einen beispielhaften Entscheidungsmechanismus dar, der von der HOPS-Steuereinrichtung 414 dazu benutzt wird, das Fehlererkennungsprotokoll zu spezifizieren. Bei diesem Beispiel verwendet jedes Paket eine auf einem Polynom basierende zyklische Redundanzprüfung für die Ermittlung von Fehlern in einem Datenabschnitt eines Paketes. Das für den Gebrauch geeignete Polynom hängt von Fehlerstatistiken ab. Das verwendete Polynom muß zwischen dem lokalen Haupt- Prozessorsystem und dem entfernten Haupt-Prozessorsystem vereinbart werden, damit eine gültige Übertragung stattfinden kann. Demnach legt die Ermittlung des geeigneten Polynoms bei diesem Beispiel das Fehlerprotokoll fest. Der Parameter, der das Fehlerprotokoll festlegt, wird bei diesem Beispiel ERRPARAM genannt. Dem ERRPARAM kann ein Wert von 1 oder 2 zugewiesen sein. Ein dem ERRPARAM zugewiesener Wert
von 1 spezifiziert ein anspruchsvolleres Fehlerprotokoll, während ein dem ERRPARAM zugewiesener Wert von 2 ein weniger anspruchsvolles Fehlerprotokoll spezifiziert, wie nachfolgend beschrieben.
Demgemäß tritt der Ablauf über Schritt 701 am Kommunikationsbeginn in den Kommunikationsbeginn ein in dem die Initialisierung der Fehlerstatistik ausgeführt wird. Anschließend wartet das System in Schritt 702, bis ein neues Paket ankommt. Wenn ein neues Paket angekommen ist, wird die Ablaufsteuerung dem Schritt 703 und parallel dem Schritt 704 übergeben. In Schritt 703 fragt die HOPS-Steuereinrichtung 414 die Fehlerstatistik ab. Die Fehlerstatistik ist bei diesem Beispiel eine über die Zeit gemittelte Fehlerverteilung. Sie wird von der HOPS-Steuereinrichtung 414 (Fig. 4) aufrechterhalten. Gleichzeitig wird in Schritt 704 die Fehlerstatistik basierend auf Informationen aktualisiert, die Fehler im aktuellen Paket, die von der Fehlererkennung unabhängigen horizontalen Funktionen 402 kommen, enthalten. Als nächstes prüft der bedingte Verzweigungspunkt 705, ob die Fehlerstatistik größer als der SCHWELLENWERT ist. Bei diesem Beispiel ist der SCHWELLENWERT ein Wert, der einen festen vorbestimmten prozentualen Anteil der Pakete, die mit Fehlern empfangen werden, darstellt. Wenn das Prüfergebnis in Schritt 705 JA lautet, wird die Ablaufsteuerung zu Schritt 706 geführt, in dem die HOPS- Steuereinrichtung 414 das Fehlerprotokoll spezifiziert. Diese Spezifikation wird durch Setzen des Wertes des ERRPAAAM auf 1 und durch Übertragen des Wertes zum Sendeabschnitt der Fehlererkennungsfunktion (Fig. 9) über einen der doppeltgerichteten Kanäle 415 ausgeführt. Beim Empfangen des neuen Wertes für den ERRPARAM benutzt die Fehlererkennungsfunktion weiterhin den anspruchsvolleren Satz von zwei (2) vorbestimmten Polynomen fort, um den Fehlererkennungscode, d.h. die zyklische Redundanzprüfung, zu berechnen. Solche Polynome, Verfahren zur Fehlererkennung und deren relativ ausgereifte Technik sind dem Fachmann wohlbekannt. Danach wird die Ablaufsteuerung zurück zu Schritt 702 geführt, der auf ein weiteres Paket wartet. Wenn das Prüfergebnis in Schritt 705 NEIN war, spezifiziert die HOPS-Steuereinrichtung 414 in Schritt 707 das Fehlerprotokoll. Die Spezifikation wird wieder durch Setzen des Wertes des ERRPARAM ausgeführt. In diesem Fall wird der ERRPARAM auf 2 gesetzt und dessen Wert zum Sendeabschnitt der Fehlererkennungsfunktion (Fig. 9) über den geeigneten der dopppeltgerichteten Kanäle 415 übertragen. Die Fehlererkennungsfunktion verwendet beim Empfang des neuen Wertes des ERRPAAAM weiterhin das vorbestimmte, weniger anspruchsvolle Polynom des Polynomsatzes in dem Fehlererkennungscode. Solche Polynome, Verfahren zur Fehlererkennung und deren relativ ausgereifte Technik sind dem Fachmann wohlbekannt. Die Ablaufsteuerung wird dann zurück zu Schritt 702 geführt, der auf ein weiteres Paket wartet. Wie erwähnt, muß das zu verwendende Polynom zwischen dem lokalen Haupt-Prozessorsystem und dem entfernten Haupt- Prozessorsystem vereinbart werden, damit eine gültige Übertragung stattfindet. Deshalb wird der Wert für den Parameter des Fehlerprotokolls bei diesem Beispiel durch Bestimmen des geeigneten Polynoms festgelegt.
Die aktuellen Parameterwerte in dem spezifizierten Protokoll werden durch das Netzwerk übertragen. Diese Übertragung der Parameter kann durch Verwenden spezieller Optionsfelder 801 in einem beispielhaften Paketformat erfolgen, wie in Fig. 8 gezeigt. Bei diesem Beispiel besitzt das Paketformat zwei zyklische Redundanzprüfungen (CRC). Der Kopf einer ersten zyklischen Redundanzprüfung CRC 802 wird nur auf Grundlage der den Informationen, die in den Feldern des Kopfes 803 enthalten sind, berechnet. Daten einer zweiten zyklischen Redundanzprüfung CRC 804 werden nur auf der Grundlage von Informationen berechnet, die in einem Datenfeld 805 enthalten sind. Eine zyklische Redundanzprüfung ist, wie oben erwähnt, eine Fehlerprüfung und ein korrigierender Code, auf der Grundlage eines spezifizierten Polynoms. Es sei nochmals vermerkt, daß bei diesem Beispiel, wie in Fig. 7 gezeigt, die Arbeitsweise der
HOPS-Steuereinrichtung 414 beim Ermitteln des bestimmten Polynoms, das zum Berechnen der zyklische Redundanzprüfung verwendet wird, nur mit den CRC-Daten 804 des Datenfelds 805 ausgeführt wird. Die Ermittlung der Gültigkeit des Kopfes 803 an der entfernten Stelle basiert auf einem einzelnen, fest vorbestimmten Polynom zur Berechnung des CRC-Kopfes 802 (da die Köpfe normalerweise kurz sind, besteht gewöhnlich kein Bedarf an komplexen Polynomen.) Das beispielhafte Paketformat in Fig. 8 umfaßt ein Fehlersteuerungsfeld 806, welches beim Empfang eines Pakets durch die Fehlererkennung 402 überprüft wird, um festzustellen, welches Polynom für die Berechnung der zyklischen Redundanzprüfung der Daten im Paket zu verwenden ist. Alternativ dazu können spezielle Pakete für schnelles Übertragen der Funktionsparameterwerte durch das Netzwerk gesendet werden.
In Fig. 9 wird sowohl ein Beispiel eines Sende- als auch Empfangsabschnitts der Kommunikationsschnittstelle 102 gezeigt. Das soll die Verbindung und Integration der oben beschriebenen verschiedenen Elemente klarstellen. Außerdem zeigt dieses Beispiel, daß die Flußtabelle tatsächlich, wie erwähnt, in der HOPS-Steuereinrichtung enthalten ist. Wie auch erörtert wurde, führt ein Verbinder in der Senderichtung im allgemeinen keine Funktion aus und wird deshalb nicht gezeigt. Die symmetrische Natur des Empfangsund Sendeabschnitts der unabhängigen horizontalen Funktionen wird gezeigt. Jede Funktion ist mit der gleichen Nummer, die dieser auch in Fig. 4 zugewiesen ist, und mit einer zusätzlichen Bezeichnung "R" für den Empfangsabschnitt und "T" für den Sendeabschnitt versehen. Ferner sind Möglichkeiten für die Fehlerkorrektur in der Fehlersteuerungseinheit 901 implementiert. Diese Fehlerkorrektur wird "nebenbei", d.h. zur gleichen Zeit, zu der das Paket von der Netz-Zugangssteuereinheit 103 zum Eingangspuffer 401 übertragen wird, übertragen. Alle nicht korrigierbaren Fehler werden dann durch die Fehlererkennung unabhängigen horizontalen Funktionen 402 ermittelt. Die HOPS-Steuereinrichtung 414 kommuniziert mit der Fehlersteuerungseinheit 901 auf die gleiche Weise wie mit den unabhängigen horizontalen Funktionen, d.h. über einen der doppeltgerichteten Kanäle 415.

Claims

1. Vorrichtung zum Bereitstellen von höheren Diensten einer Nicht-Anwendungsschicht zwischen niederen Diensten, die einem Netz und Diensten (101) einer Anwendungsschicht eines Hauptprozessors (104) übergeben werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

mehrere unabhängige, parallel arbeitende und horizontal ausgerichtete Funktionseinrichtungen (105-1 bis 105-N), um mehrere höhere Kommunikationsdiensten bereitzustellen,

eine Einrichtung (103) zum Verbinden der parallel arbeitenden und horizontal ausgerichteten Funktionseinrichtungen mit den niederen Diensten, und eine Einrichtung (102) zum Verbinden der parallel arbeitenden und horizontal ausgerichteten Funktionseinrichtungen mit den Diensten der Anwendungsschicht, wobei die Einrichtung zum Verbinden mit den Diensten der Anwendungsschicht eine Einrichtung (106) zum Auflösen von Abhängigkeiten unter den parallel arbeitenden und horizontal ausgerichteten Funktionseinrichtungen enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede parallel arbeitende und horizontal ausgerichtete Funktionseinrichtung (105-1 bis 105-N) eine Einrichtung (in 402-410) zum Empfangen einer und Ansprechen auf eine parametrische Programmierung enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (414 in 102) zum anpassungsfähigen Festlegen eines aktuellen höheren Protokolls, das bei der Übertragung zwischen den höheren Diensten des Hauptprozessors (104) und höheren Diensten eines anderen Hauptprozessors anzuwenden ist, der mit dem Netz verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (414 in 102) zum anpassungsfähigen Festlegen des aktuellen anzuwendenden höheren Protokolls das aktuelle Protokoll unter Ansprechen auf ein Ermitteln geänderter Benutzeranforderungen bestimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (414 in 102) zum anpassungsfähigen Festlegen des zu benutzenden, aktuellen höheren Protokolls das aktuelle Protokoll unter Ermitteln von Änderungen in den Netzübertragungszuständen bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (414 über 411) zum Übertragen einer Spezifikation des bestimmten Protokolls zwischen den höheren Diensten des Hauptprozessors und den höheren Diensten eines anderen Hauptprozessor in dem Netz.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (414 über 411) zum Erzeugen und Übertragen spezieller Pakete, die eine Darstellung einer Spezifikation eines Abschnitts des bestimmten Protokolls enthalten, und durch eine Einrichtung (304, 306) zum Übertragen der bestimmten Pakete zum Neztwerk.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (414) zum Erzeugen eines oder mehrerer spezieller Optionsfelder, die in einem Kopf eines Pakets enthalten sind, wobei das eine oder mehrere spezielle Optionsfelder, die eine Darstellung einer Spezifikation eines Abschnitts des bestimmten Protokolls enthalten, dargestellt sind, und durch eine Einrichtung zum Einfügen der erzeugten Optionsfelder in den Paketkopf.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede parallel arbeitende und horizontal ausgerichtete Funktionseinrichtung (105-1 bis 105-N) eine Einrichtung zum Empfangen einer und Ansprechen auf eine parametrische Programmierung enthält, und das die Einrichtung (414) zum anpassungsfähigen Festlegen des anzuwendenden aktuellen höheren Protokolls eine Einrichtung (in 414) zum Auswählen von Parameterwerten enthält, die von den unabhängigen horizontalen Funktionen benutzt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (in 414) zum Empfangen von speziellen Paketen, wobei eine Spezifikation eines Abschnitts des bestimmten Protokolls dargestellt ist, und durch eine Einrichtung zum Ändern von Parameterwerten, die von den unabhängigen horizontalen Funktionen unter Ansprechen auf die empfangene Darstellung benutzt werden.