DE69323263T2 - Kreuzschienenschalter zum Herstellen Mehrfach-Rückwand-Verbindungs-Topologien in Kommunikationssystemen - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf einen weiterentwickelten Crossbarschalter (Kreuzschienenschalter) des Typs, der in einem Paketdaten-Kommunikationssystem verwendet wird, und insbesondere auf einen Crossbarschalter, der geeignet ist, sowohl Ring- und Bustopologien als auch Punkt-Punkt- Verbindungen aufzubauen.
• In Systemen zur Implementierung von Paketdaten-Kommunikationsnetzen ist aufgrund der Vielfalt verschiedener Verbindungsschemata und allgemein verwendeter Protokolle (wie etwa Token-Ring, Ethernet, Sternverbindungen usw.) eine breite Vielfalt verschiedener Konfigurationen erforderlich. In großen Netzen, in denen eine Vielfalt verschiedener, von verschiedenen Herstellern gefertigten Einrichtungen eingesetzt werden, sind zwischen den Netzsegmenten unterschiedlicher Konfiguration Brücken erforderlich. Es ist selbstverständlich möglich, Netz- und Brückeneinrichtungen für jedes der Standardschemata und für jede mögliche Verbindung zwischen den unterschiedliche Schemata anwendenden Segmenten herzustellen, jedoch ist diese Lösung wirtschaftlich nicht vertretbar. Statt dessen wird vorgeschlagen, eine Netzzusammenschaltungseinrichtung zu schaffen, die geeignet ist, verschiedene Typen der Zusammenschaltung einschließlich einer Schaltmatrix und Ring- oder Bustopologien statisch oder dynamisch aufzubauen.
• Ein Crossbarschalter wird in Netzimplementierungen verwendet, um wahlweise Zusammenschaltungen zweier Ports eines Schalters zu erstellen, wobei jeder Port ein Netz knoten oder ein Segment eines Netzes sein kann. In einem Token-Ring- oder Ethernet-Bus allein ist die Verwendung eines Crossbarschalters nicht erforderlich, jedoch kann diese erforderlich oder geeignet sein, wenn Verbindungen zwischen Ring- oder Bustopologien hergestellt werden. Alternativ kann eine Anzahl von Ring- oder Bussegmenten selbst zu einem Ring oder Bus zusammengeschaltet werden, anstatt einen Crossbarschalter zu verwenden. Demgemäß ist eine flexible Zusammenschaltungseinrichtung erforderlich, die der Situation entsprechend eine Rekonfiguration ermöglicht.
• Netzzusammenschaltungseinrichtungen waren unter Anwendung mehrerer, unabhängiger Zusammenschaltungsschemata verfügbar. Es wurden Netzknoten vorgeschlagen, die eine bestimmte Anzahl von Rundfunkbussen (Punkt-Mehrpunkt-Bussen), eine bestimmte Anzahl von Ringzusammenschaltungstopologien und eine bestimme Anzahl von Punkt-Punkt-Verbindungen unterstützen, die sämtliche auf einer Rückwandplatine verschaltet sind. Bei Ausnutzung der Möglichkeit zur Rekonfiguration (z. B. als Fehlertoleranzmaßnahme) entstanden durch Leitungskarten, die in eine solche Rückwandplatine passen, Kosten für die Zusammenschaltung zu Mehrfachbussen (oder, je nach Kartentyp, Mehrfachringen) Zusätzlich mußten für die Rückwandplatine Kosten (durch Verdrahtungsschichten und Verbinder) für eine Zusammenschaltungskapazität aufgebracht werden, die größer war, als jemals genutzt werden konnte, andernfalls jedoch nicht geeignet gewesen wäre, anwenderdefinierbare Systemkonfigurationen zu unterstützen.
• EP 0 099 978 A3 zeigt ein Sternschleifen-Kommunikationssystem mit mehreren Anschlüssen und Prozessoren sowie einem digitalen Schalter. Der Schalter ist so entworfen, daß er die Anschlüsse und die Prozessoren integrierende Schleifen-, Stern- oder Mehrpunkt-Netzkonfigurationen ermöglicht.
• EP 0 488 057 Al zeigt eine integrierte Rückwand-Zusammenschaltungsarchitektur zur Verwendung auf einer PC-Hauptplatine. Die Zusammenschaltungstopologie kann eine Bustopologie, eine Ringtopologie oder eine leitungsvermittelte Topologie sein.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung beruht weitgehend auf einem Crossbarschalter, wie er in Anspruch 1 vorgetragen ist. Die Erfindung beruht außerdem auf einem Verfahren zum Betrieb eines Crossbarschalters, wie es in Anspruch 7 angegeben ist. Weitere Verbesserungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
• Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird ein verbesserter Crossbarschalter geschaffen, der geeignet ist, alle geforderten Zusammenschaltungstopologien zu implementieren. Die Kreuzschiene ist logisch der Rückwandplatine zugeordnet, obwohl sie physisch von dieser getrennt sein kann. Die an der Rückwandplatine angeschlossenen Leitungskarten werden logisch an die verbesserte Kreuzschiene und nicht direkt an die anderen Karten geschaltet, wobei die Kreuzschiene für den Aufbau der geeigneten Zusammenschaltungstopologie programmiert wird. Die Kreuzschienenverbindungen werden dynamisch für Karten programmiert, die paketvermittelte Punkt-Punkt-Verbindungen erfordern. Andere Karten, die Ringtopologieverbindungen erfordern, können durch statisches Programmieren der Crossbarschalterverbindungen, die an solche Karten geschaltet werden, unterstützt werden. Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist, daß sie eine weiterentwickelte Kreuz schiene vorsieht, die für den Aufbau einer Bustopologie geeignet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Ein besseres Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen gewonnen werden, die beispielhaft angegeben und im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung zu sehen sind, worin:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kommunikationsnetzes ist, das Merkmale gemäß einer Ausführung der Erfindung verwenden kann;
• Fig. 1a ein Blockschaltplan eines Controllers für das Kommunikationsnetz nach Fig. 1 ist;
• Fig. 2 ein Diagramm des Aufbaus eines in dem System nach Fig. 1 verwendeten Netzknotens mit Einbauplätzen für Leitungskarten und einem Rückwandverdrahtungsschema ist;
• Fig. 3 ein Diagramm einer Ausführung eines rückwandverdrahteten Parallelbusses ist, der in dem Netzknoten nach Fig. 2 verwendet wird;
• Fig. 4 ein Diagramm einer Verdrahtungsweise der Rückwandplatine nach Fig. 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist;
• Fig. 5 ein Diagramm eines Rückwandverdrahtungsschemas gemäß einer Ausführung der Erfindung ist;
• Fig. 6 ein Diagramm einer Verdrahtungsanordnung ist, die das Schema nach Fig. 5 zum Aufbau einer Bustopologie anwendet;
• Fig. 7 ein Diagramm einer Verdrahtungsanordnung ist, die das Schema nach Fig. 5 zum Aufbau einer Ringtopologie anwendet;
• Fig. 8 ein Diagramm einer Kreuzschienenanordnung gemäß einer besonderen Bauweise des Systems nach Fig. 1 ist;
• Fig. 9 ein Diagramm eines Details der Kreuzungspunkte in der Ausführung nach Fig. 8 ist; und
• Fig. 10 ein Diagramm der Implementierung einer Bustopologie in der Ausführung nach den Fig. 8 und 9 ist.
Genaue Beschreibung spezifischer Ausführungen
• In Fig. 1 enthält ein Paketdaten-Kommunikationsnetz, das Merkmale der Erfindung verwenden kann, einen Controller 10 für die Schnittstelle zwischen einer FDDI-Verbindung 11 und einer Crossbarschaltereinrichtung 12. Die Crossbarschaltereinrichtung 12 besitzt eine Anzahl von Eingangs-/Ausgangsports 13, wobei jeder dieser Ports 13 durch einen weiteren Controller 10 mit einem anderen Netzsegment 11 wie z. B. einer FDDI-Verbindung oder einem Token-Ring- oder Ethernet-Bus verbunden werden kann. Der Crossbarschalter 10 stellt gewöhnlich eine direkte Punkt- Punkt-Verbindung zwischen einem Port 13 und einem anderen Port 13 her, so daß die Kreuzschiene wie eine Brücke oder ein Router in dem Netz wirkt, die ein Netzsegment mit dem anderen verbinden. Eine Station in einer Verbindung 11 sendet ein Paket an ihr Netzsegment mit einer Zieladresse, die in einem anderen Segment liegt. Der Controller 10 für dieses Segment erkennt, daß die Adresse diejenige einer Station in einem der entfernten Segmente ist, und erzeugt lokale Schaltinformationen, die an die Kreuzschiene gesendet werden, so daß die geeignete Zusammenschaltung erstellt werden kann, um das Paket über einen weiteren Controller 10 an den richtigen Port 13 und die richtige Verbindung 11 zu senden. Wie weiter unten dargelegt ist, kann die Crossbarschaltereinrichtung sowohl als flexible Zusammenschaltungseinrichtung, um mit Hilfe der Ports 13 einen Ring oder Bus aufzubauen, als auch als Punkt-Punkt-Verbinder dienen, wie es gewöhnlich bei Crossbarschaltern der Fall ist.
• In der genaueren Ansicht in Fig. 1a hat jeder Port 13 der Kreuzschiene einen Dateneingangspfad 14 und einen eigenen Datenausgangspfad 15. Die Schnittstelle zwischen dem Controller 10 und der FDDI-Verbindung 11 ist durch eine Trägerzugriffssteuerung-(MAC)-Einrichtung verwirklicht, die zur Umsetzung der seriellen Lichtübertragung über das faseroptische Eingangskabel 17 in elektrische Impulse zur Wiedergewinnung des Taktes dient, konvertiert die seriellen Daten über die optische Schleife in parallele 6-Bit- Zeichen, dient als elastischer Puffer, um das erneute Takten der in den Controller 10 eingegebenen Daten zu ermöglichen usw. Selbstverständlich gilt jede dieser Funktionen auch umgekehrt für die Ausgangsdaten über das Kabel 18. Die Schnittstelle zwischen dem Controller 10 und der MAC-Einrichtung 16 ist durch einen parallelen 8-Bit-Eingangsdatenpfad 19A (mit zusätzlichen Paritäts- und Steuerleitungen) und einen parallelen 8-Bit-Ausgangsdatenpfad 19B verwirklicht.
• Der Controller 10 enthält einen Prozessor oder eine Zustandsmaschine 20, um verschiedene Prozesse, die weiter unten beschrieben sind, auszuführen, und greift über eine Schnittstelle 22 auf einen Paketspeicher 21 sowie über eine Schnittstelle 24 auf einen Assoziativspeicher (CAM) 23 zu. Der Paketspeicher 21 wird über einen 20-Bit-Adreßbus adressiert, während die Daten über einen in der Schnittstelle 22 enthaltenen bidirektionalen 56-Bit- Datenbus übertragen werden; in der Schnittstelle 22 gibt es außerdem verschiedene Steuerleitungen. Der CAM 23 wird über einen 14-Bit-Bus und verschiedene Steuerleitungen in der Schnittstelle 24 betrieben. Der Paketspeicher 21 ist ein RAM, der eine Anzahl von Warteschlangen für die Eingangs- und Ausgangsdatenpakete sowie Translationstabellen und Hash-Tabellen, die weiter unten beschrieben sind, speichert. Zusätzlich speichert der Paketspeicher bestimmte Daten, deren Adressen im CAM 23 abgelegt sind.
• Der Controller 10 ist außerdem über den Bus 26 mit einem Leitungskartenprozessor 25 verbunden. Der Leitungskartenprozessor 25 wird zur Ausführung bestimmter Diagnose- und Initialisierungsfunktionen verwendet und dient nicht zur routinemäßigen Paketübertragung. Der Controller 10 enthält einen Prozessor bzw. eine Zustandsmaschine 20, um verschiedene Prozesse zur Paketdatenübertragung, die weiter unten beschrieben sind, auszuführen. Dieser Prozessor 20 ist ein Mikroprozessor oder dergleichen, der auf bekannte Weise ein Speicherprogramm ausführt.
• In Fig. 2 ist ein Netzknoten eines Kommunikationsnetzes einschließlich des Systems nach Fig. 1 aufgebaut, der in einer Ausführung ein Gehäuse bzw. eine Zelle 30 mit einer Anzahl von Leitungskarten 10a, 10b, 10c usw. verwendet (bis zu zwölf Leitungskarten in einer Ausführung, wobei jede Leitungskarte einen Controller 10 besitzt), die in Einbauplätze 31 für eine weiter unten beschriebene Rückwandverdrahtungsanordnung 32 gesteckt werden. Eine Taktgeberkarte 34 wird in einen Einbauplatz der Rückwandverdrahtung gesteckt, um zur Taktversorgung für alle Rückwandkomponenten auf dem Bus eine synchrone Zeitgabe bereitzustellen. Jede der Leitungskarten 10a, 10b usw. kann einen der Controller 10 enthalten, um einen Port 13 der Kreuzschiene zu belegen. Alternativ können mehrere Controller 10 auf einer Leitungskarte angeordnet sein, so daß eine Leitungskarte mehr als einen der Ports 13 unter stützt. In jedem Fall besitzt ein Controller 10 einer Leitungskarte ein Netzsegment wie etwa eine FDDI-Verbindung 11 oder eine andere mit ihr verbundene Kreuzschiene; wenn mehr als ein Port unterstützt wird, gibt es für jeden Port eine Verbindung 11. Die Rückwandverdrahtung 32 ist als synchroner Parallelbus aufgebaut, der über die verschiedenen Leitungskarten 10a, 10b usw. und den Crossbarschalter anwenderspezifisch definiert ist, wobei letzterer in jedem Zyklus den Zugriff auf den Bus anfordert und dieser ihm gewährt werden muß. In einem gegebenen Netzknoten werden nicht alle zwölf Leitungskarten und sieben Port-Positionen pro Leitungskarte gleichzeitig belegt; der Crossbarschalter 12 kann in einer Ausführung nur insgesamt 36 Ports bearbeiteten. Somit sind gewöhnlich nicht alle Einbauplätze mit Leitungskarten belegt, und auf einer Leitungskarte gibt es nur einen (oder zwei) Port(s). Welche der sieben möglichen Port-Positionen auf einer Karte verwendet wird, hängt, wie weiter unten beschrieben ist, von der zu implementierenden Funktion ab. Jedoch muß der synchrone Parallelbus für jeden Port 13 sowohl einen Eingangspfad 14 als auch einen Ausgangspfad 15 enthalten, so daß der synchrone Parallelbus, der alle Einbauplätze mit dem Crossbarschalter 12 verbindet, eine Anzahl kompletter Sätze von Dateneingangs- und Datenausgangsleitungen 14 und 15 enthält, wobei jeder Satz sechs Leitungen für die Dateneingabe und sechs Leitungen für die Datenausgabe enthält, wie in Fig. 3 zu sehen ist. Zusätzlich enthält die Rückwandverdrahtung 32 Arbitrierungsleitungen 36, die von jedem Leitungskartenprozessor 25 zur Kreuzschiene führen; die Arbitrierungsleitungen enthalten für jede der Leitungskarten eine eigene Anforderungsleitung und eine eigene Zuordnungsleitung. Adreßleitungen 37 werden verwendet, um zusammen mit einem Code, der den Buszyklustyp angibt, den Port zu bezeichnen, an den die Daten zu senden sind. Der Rückwandbus arbeitet in der Art einer Pipeline. In jedem Taktzyklus werden Daten ausgetauscht, während die Arbitrierung und die Adressierung für die folgenden Zyklen fortgesetzt wird. Das heißt, daß ein vollständiger Datenaustausch mehrere Zyklen erfordert, die sich jedoch überlappen, so daß etwa in jedem Buszyklus ein vollständiger Datenaustausch erfolgt. Die Zyklen für einen Datenaustausch umfassen einen Anforderungszyklus, einen Zuordnungszyklus und einen Adreßzyklus, die gleichzeitig ablaufen, einen Datensende-/Datenempfangszyklus mit einer Antwort (Quittung) und einen Fehlerberichtszyklus. Wenn ein Controller 10 über die Kreuzschiene ein Paket an einen anderen Controller 10 sendet, wird dieses auf einer zyklusweisen Basis verarbeitet; der Controller fordert den Bus an, wenn ein Zeichen zum Senden bereit steht, und sendet anschließend, wenn der Bus zugeteilt ist, die Zieladresse gefolgt von den Daten dieses Zeichens an die Kreuzschiene. Ein Pfad (der Rückwandbus) ist somit auf einer Zeitmultiplexbasis allen Verbindungen unter den Ports 13 der Kreuzschiene gemeinsam. Ein Crossbarschalter-Steuerprozessor 38 auf der Kreuzschienenkarte 33 überwacht alle Leitungen der Rückwandverdrahtung 32 und steuert wie beschrieben die Arbitrierung für den Bus.
• Wenigstens einer der sieben möglichen Ports auf einer Leitungskarte ist gewöhnlich über die Rückwandverdrahtung direkt mit dem Crossbarschalter 12 für die Punkt-Punkt- Verbindung mit einem der Ports 13 der Kreuzschiene verbunden. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, sind z. B. der Port #3 und der Port #4 jeder der zwölf Leitungskarten über den Rückwandbus mit dem Crossbarschalter 12 verbunden, während der Port #0 und der Port #7 auf ähnliche Weise direkt mit der Kreuzschiene für die Leitungskarten #4, #5, #8, #9 und #10 verbunden sind. Somit kann für diese Karten jeder der direkt verbundenen Ports #' Verbindungen besitzen, die durch den Controller 38 gesteuert werden. Jedoch besitzen die von den #' verschiedenen Ports der Leitungskarten für den Netzknoten anders verdrahtete Verbindungen, um "intelligente" Netzknotenfunktionen zu erfüllen.
• In Fig. 5 ist ein wesentliches Merkmal einer Ausführung die Vorsorge getrennter Verbindungspfade zwischen bestimmten Leitungskarten, wobei diese Pfade weder die Rückwandverdrahtung 32 nach Fig. 3 verwenden, noch über den Crossbarschalter 12 führen. In einem in Fig. 5 dargestellten, vereinfachten Schema zur Erläuterung enthält eine Rückwandplatine mit vier Einbauplätzen die Einbauplätze 31 für die Leitungskarten 10m, 10n, 10p und 10q, die als Rückwandeinbauplatz-1, -einbauplatz-2, -einbauplatz-3 und -einbauplatz-4 bezeichnet sind. Jede Leitungskarte 10p usw. besitzt fünf logische Verbindungen mit der Rückwandplatine, von denen zwei als Sendeports mit einem "" und drei als Empfangsports mit einem "0" bezeichnet sind. Es fließen Daten von der Leitungskarte über die Sendeports zur Rückwandplatine und von der Rückwandplatine über die Empfangsports zur Leitungskarte. Im allgemeinen gibt es bei einer Rückwandplatine mit N Einbauplätzen stets zwei Sendeports, jedoch (N - 1) Empfangsports. Im Gegensatz zu einer typischen Bustopologie ist das gezeigte Verdrahtungsmuster diagonal statt horizontal mit Verbindungen 10s, die den Datenfluß von einem Sendeport zu einem Empfangsport ermöglichen. Die Verbindungen (Ports) sind entweder für das Senden oder für das Empfangen, während bei einer typischen Bustopologie einer Rückwandplatine von jedem Port gefordert wird, daß er gleichzeitig die Fähigkeit zum Senden und zum Empfangen unterstützt, wie es bei der Rückwandverdrahtung der Fig. 2 und 3 der Fall ist, die alle Einbauplätze mit der Kreuzschiene und der Taktgeberkarte verbindet.
• Das Verdrahtungsschema in Fig. 5 enthält die "Bus"- und "Ring"-Topologien als Untergruppen. Wenn jede Tochter karte 10m, 10n, 10p und 10q die zwei Sendeports (Senden- links und Senden-rechts) intern zusammenschließt (durch den Jumper 10j gekennzeichnet), wie in Fig. 6 zu sehen ist, wird ein Bus geschaffen, wobei jeder Port (Karte) zum Bus übertragen kann und alle anderen Ports gleichzeitig empfangen können. Die Rückwandverdrahtung zur Implementierung dieser Ausführung sieht wie ein typischer Bus aus, mit dem Unterschied, daß der Bus "spiralförmig" statt horizontal ist. Wenn andererseits, wie in Fig. 7 dargestellt ist, nur die oberen zwei Ports (Senden-links und Empfangen-1) betrachtet werden, wird eine Ringtopologie geschaffen. Der Ring wird geschlossen, indem der Senden-rechts-Port des Einbauplatzes-1 miteinbezogen wird. Die drei Karten in den Einbauplätzen-1 bis -3 in Fig. 7 empfangen jeweils an ihrem Empfangen-1-Port Daten vom Senden-links-Port der Karte auf ihrer Rechten, während die Karte in dem Einbauplatz-4 Daten vom Senden- rechts-Port der Karte im Einbauplatz-1 empfängt, die einen geschlossenen Ring vervollständigt. Keine Karte kann zu einer anderen Karte senden, außer über die Verbindung nach Fig. 7. In der Ausführung nach Fig. 4 können z. B. der Port-0, der Port-1, der Port-2, der Port-3, der Port-5, der Port-6 und der Port-7 der Leitungskarten in den Einbauplätzen-1 bis -3 wie in den Fig. 5-7 verbunden werden, wodurch ein Bus oder ein Ring in einer beständigen Konfiguration, ohne den Crossbarschalter 12 zu verwenden, simuliert wird.
• Das Schema der Fig. 8-10 kann Mehrfachringe unterstützen, wobei jeder Ring eine anwenderdefinierte Menge an Leitungskarten enthält (wobei jede Leitungskarte nur zu einem Ring gehört). Diese Flexibilität wird häufig bei Token-Ring-Netzknoten und FDDI-Konzentratoren gefordert und üblicherweise durch N Rückwandbuskanäle bei N Einbauplätzen unterstützt. Selbstverständlich können sowohl die N horizontalen Kanäle als auch das vorgeschlagene (N + 1) - Port-Schema den Forderungen nach solchen anwenderdefinierten Ringanschlußmöglichkeiten genügen.
• Zur Unterstützung solcher anwenderdefinierten Ringtopologien bietet das Schema der Fig. 5-7 einige Vorteile gegenüber einem N-Kanal-Rückwandbus.
• Erstens sind aus der Sicht der Leitungskarte die zwei Sendeports stets am selben Platz. Folglich sind höchstens zwei Sender zur Kommunikation mit anderen Leitungskarten erforderlich. In einer typischen Bustopologie mit N Rückwandeinbauplätzen benötigt eine Leitungskarte N Sender, um über alle N Buskanäle senden zu können.
• Zweitens benötigt jede Leitungskarte nur (N - 1) Empfänger, im Gegensatz zur Forderung nach N Empfängern bei einer typischen Rückwandplatine mit N Kanälen.
• Drittens sendet der Sender jeder Leitungskarte stets am Ende des diagonalen Busses; bei einem typischen horizontalen Busschema müssen die Sender in der Lage sein, einen Bus an jedem Punkt seiner physikalischen Länge anzusteuern. Einige elektrische Vorteile, sind gegeben, wenn ein Bus nur an einem Ende angesteuert werden muß. Zum einen erfährt der Sender eine niedrigere Lastimpedanz-; seine Betriebsanforderungen sind niedriger, was zu preiswerteren, kleineren schnelleren oder Low-Power-Sendern führt. Zum zweiten können die Reflexionen auf dem Bus kontrolliert werden, indem der Bus an einem Ende, nämlich am Sender, abgeschlossen wird. Dies ist bei einem horizontalen Schema nicht möglich, da nicht garantiert ist, daß sich der Sender am Ende des Busses befindet. Demgemäß sind bei einem horizontalen Bus gewöhnlich Abschlußwiderstände erforderlich. Diese Abschlußwiderstände müssen physisch auf der Rückwandplatine vorgesehen sein (oder so angeordnet sein, daß sie anderweitig ständig an den Busenden vorhanden sind). Die Abschlußwiderstände verbrauchen oft Leistung, komplizieren die Implementierung der Rückwandplatine und setzen die Zuverlässigkeit herab. Das bei der diagonalen Busverdrahtung nach Fig. 5 verfügbare Reihenabschlußschema erübrigt Abschlußwiderstände auf der Rückwandplatine und verringert die Leistungsanforderungen.
• Viertens bietet sich eine größerer Flexibilität für Relaiskarten an. Zum Anschluß an zwei (oder mehrere) Ringe ist häufig eine Relaiskarte (wie etwa eine Brücken- oder Router-Karte) erforderlich, wobei jeder Ring eine Gruppe sich gegenseitig ausschließender Tochterkarten zusammenschaltet. Die größere Flexibilität ist dadurch gegeben, daß ein Ring mit einem Sendeport und der andere Ring mit dem anderen Sendeport der Relaiskarte verbunden wird. Dies führt zu der Bedingung, daß die Relaiskarte wenigstens eine Leitungskarte zur Linken und eine zur Rechten haben muß (d. h., daß sich die Leitungskarte weder in dem Einbauplatz der Rückwandplatine auf der äußersten Linken noch auf der äußersten Rechten befinden darf).
• In der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Ausführung eines Netzknotens bestimmt der Einbauplatz, in den eine Leitungskarte gesteckt ist, deren mögliche Funktionen in einem System. Außerdem bestimmt die Port-Nummer (Port-0 bis Port-7), die zum Anschluß einer gegebenen Leitungskarte in einem gegebenen Einbauplatz an die Rückwandverdrahtung (oder an die Verdrahtung nach den Fig. 5-7) verwendet wird, die möglichen Funktionen in dem System. Selbstverständlich können als Alternative die verwendeten Port-Nummern durch Programmieren des Leitungskartencontrollers 27 dynamisch oder statisch sowie durch mechanisches Austauschen der Verdrahtungsverbindungen verändert werden.
• In einer weiteren alternativen Ausführung können die Verbindungen zur Bildung eine Ring- oder Bustopologie in dem Crossbarschalter selbst statt in der Rückwandverdrahtungskonfiguration eingerichtet sein. Diese Alternative wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 8-10 beschrieben.
• Der Crossbarschalter 12 hat die grundlegende Funktion, auf Anforderung eine Verbindung zwischen einem seiner Ports 13 und einem anderen Port 13 herzustellen. In Fig. 8 ist der Crossbarschalter 12 zur Veranschaulichung in vereinfachter Form gezeigt. In diesem Beispiel sind nur fünf Eingänge 14a-14e (horizontale Lnien oder "Zeilen") und fünf Ausgänge 15a-15e (vertikale Lnien oder "Spalten") gezeigt, auch wenn es selbstverständlich ist, daß es in einer Ausführung der Erfindung 36 Ports 13 gibt und selbstverständlich größere Crossbarschalter gebaut werden können. Für den Bezug mit der Erläuterung der Arbeitsweise sind die fünf Eingangsleitungen 14a usw. mit Eingang-1, Eingang-2 usw. und die fünf Ausgangsleitungen 15a usw. mit Ausgang-A, Ausgang-B usw. gekennzeichnet. In Fig. 8 sind die Kreuzungspunkte 40 zwischen den horizontalen Linien (Leitungen) 14a usw. und den vertikalen Linien (Leitungen) 15a usw. so programmiert, daß sie entweder "Ein" oder "Aus" sind. Im "Ein"-Zustand werden Daten von einer horizontalen Eingangsleitung auf die vertikale Ausgangsleitung kopiert, im wesentlichen durch Schließen eines Schalters im Kreuzungspunkt 40. In einer beschriebenen Ausführung, in der allen Ports ein synchroner Parallelbus gemeinsam ist, stellt jeder Kreuzungspunkt 40 eine anwenderprogrammierte Verbindung zum Bus unter der Steuerung einer Arbitrierungslogik bzw. des Prozessors 38 dar. Außerdem sind die Verbindungen im Kreuzungspunkt 40 in Fig. 8 unidirektional, wie z. B. für den Datenpfad eines Ports 13 mit den beiden Eingangs- und Ausgangspfaden 14, 15, die sowohl mit einer Eingangsleitung als auch einer Ausgangsleitung verbunden sind.
• Für Crossbarschalter des in Fig. 8 gezeigten Typs gelten folgende Feststellungen. Erstens können alle Kreuzungspunkte 40 in einer Zeile "Aus" sein; in diesem Fall wird der Dateneingang 14a usw. in dieser Zeile nicht berücksichtigt. Zweitens können einer oder mehrere Kreuzungspunkte 40 in einer Zeile "Ein" sein; in diesem Fall werden Daten von der Eingangszeile auf alle Ausgänge 15a usw. kopiert, deren entsprechender Kreuzungspunkt "Ein" ist. Drittens können alle Kreuzungspunkte 40 in einer Spalte 15a usw. "Aus" sein; in diesem Fall werden keine Daten an diese Spalte ausgegeben. Viertens ist es gewöhnlich nicht möglich, mehr als einen "Ein"-Kreuzungspunkt 40 in einer Spalte zu haben; dies würde einen Konflikt hervorrufen, falls mehrere Eingänge versuchten, denselben Ausgang anzusteuern. Wie weiter unten beschrieben ist, ist jedoch gemäß einem Merkmal dieser Ausführung Vorsorge getroffen, um diesen Umstand bei bestimmten Verbindungen zuzulassen.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, liegt ein Eingangs- /Ausgangspaar 14, 15 einer in eine Rückwandplatine passende Leitungskarte typischerweise am Crossbarschalter 12; z. B. ist die Karte #1 mit dem Eingang-1 und dem Ausgang-A, die Karte #2 mit dem Eingang-2 und dem Ausgang-B verbunden usw. Der Crossbarschalter 12 der Fig. 2 kann somit dynamisch programmiert werden, um mit Hilfe des Prozessors 37 paketvermittelte Punkt-Punkt-Verbindungen zu unterstützen. In manchen Fällen müssen jedoch statische Verbindungen eingerichtete werden, beispielsweise zur Unterstützung von Ringtopologien.
• Unter der Annahme, daß die Karten #1, #2 und #3 der Fig. 8 in einem Ring mit dem Datenfluß
• #1 → #2 → #3 → #4
• zusammengeschlossen werden sollen, wird durch Programmieren der Kreuzungspunkte 1B, 2C und 3A auf "Ein" und der anderen sechs Kreuzungspunkte 40, die diesen drei Karten (1A, 1C, 2A, 2B, 3B, 3C) zugeordnet sind, auf "Aus" die geforderte Ringtopologie verwirklicht. Hierbei bedeutet der Kreuzungspunkt 1B einen Kreuzungspunkt 40 im Schnittpunkt von Eingang-1 und Ausgang-B. Somit kann durch geeignetes Programmieren des Crossbarschalters 12 jede gewünschte Ringtopologie aufgebaut werden, insbesondere durch Programmieren des Controllers 37, um nur diese Verbindungen zuzulassen und jede Anforderung auf ein direkte Punkt-Punkt-Verbindung zwischen den anwenderprogrammierbaren Ports 13 zurückzuweisen.
• Während wie beschrieben ein herkömmlicher Crossbarschalter wie beschrieben als Ring konfiguriert werden kann, ist es manchmal erforderlich, Rundfunkbustopologien zu unterstützen, die z. B. in Ethernet-Zwischenstellen verwendet werden. Dies kann geschehen, indem jedem Kreuzungspunkt 40 eine weitere Fähigkeit gemäß dieser Ausführung der Erfindung hinzugefügt wird.
• Die Kreuzungspunktschalter 40 enthalten (funktional gesehen) zusätzlich zum unidirektionalen Schalter 41 der Fig. 9 weitere, durch den Prozessor 37 gesteuerte Logikelemente; im einfachsten Fall sind die Logikelemente ODER-Gatter 42. Selbstverständlich wird dies unter Verwendung des synchronen Parallelbusses statt einer direktverdrahteten Schaltungsanordnung in dem Controller 37 für den Crossbarschalter 12 simuliert. Das ODER-Gatter 42 ermöglicht Mehrfacheingänge 14a usw. zum gleichzeitigen Anschluß an einen Ausgang 15a usw. Dadurch entfällt die oben unter viertens erwähnte Bedingung. Nun kann jeder Kreuzungspunkt 40 in dem Schalter 12, völlig unabhängig von allen anderen Kreuzungspunkten, entweder "Ein" oder "Aus" sein. Wenn der Crossbarschalter Signale analog statt digital unterstützt, kann das ODER-Gatter durch ein analoges Äquivalent, z. B. durch einen Wähler der größten Amplitude oder einen Spannungssummationsoperator, ersetzt werden.
• Bei der in Fig. 9 gezeigten Weiterentwicklung des Crossbarschalters ist der Ausgang, wenn mehrere Eingänge mit demselben Ausgang verbunden sind, die ODER-Verknüpfung aller Eingänge. Dieser Crossbarschalter kann nun programmiert werden, um eine Busverbindung aufzubauen. Unter der Annahme, daß die drei obenerwähnten Karten #1, #2 und #3, wie in Fig. 10 gezeigt ist, zu einem gemeinsamen Bus 45 zusammenzuschalten sind, wird jeder der Kreuzungspunkte 1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C dauerhaft auf den "Ein"-Zustand programmiert. In diesem Fall werden alle von der Karte #1 über die Leitung 14a an den Crossbarschalter 12 gesendeten Daten von allen drei Karten empfangen, als würden Daten von der Karte #2 oder Karte #3 gesendet. Wenn zwei oder mehr Karten gleichzeitig Daten an den Crossbarschalter senden, empfangen alle drei Karten dasselbe, nämlich die ODER-Verknüpfung aller gesendeten Daten, möglicherweise Datensalat. Dies gleicht dem Verhalten eines Busses mit verdrahtetem ODER (Phantom-ODER-Bus). Wie es die allgemeine Praxis ist, wird der Ethernet-Typ der Kollosionsrichtung verwendet, um dem Versuch einer gleichzeitigen Übertragung über einen Bus Rechnung zu tragen.
• Logisch besteht der Controller 10 aus sechs unabhängigen Prozessen. Zwei dienen zur Verarbeitung der ankommenden Pakete, zwei zur Verarbeitung der gehenden Pakete, eines zur Übermittlung zum externen Paketspeicher 21 und eines zum Zugriff auf den Leitungskartenprozessor 25. Die über die FDDI-Leitung 17 kommenden und über den Controller 10 zum Crossbarschalter 12 gehenden Pakete werden als "kommende" bezeichnet. Ähnlich werden die in Richtung Crossbarschalter 12 über den Controller 10 zur Ausgangsleitung 18 gehenden Pakete als "gehende" bezeichnet. Mittels unabhängiger Prozesse, die parallel ablaufen können, kann der Controller 10 kommende und gehende Pakete bei größtmöglicher Geschwindigkeit verarbeiten. Zur Definition der Betriebsmodi und zur Bestimmung des internen Zustands des Controllers 10 verwendete Steuer-, Parameter- und Statusregister sind den Prozessen zugeteilt; auf diese Register wird über die Leitungskartenprozessor-Schnittstelle 26 zugegriffen.
• Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine spezifische Ausführung beschrieben worden ist, bedeutet dies nicht, daß die Beschreibung in eingeschränktem Sinn auszulegen ist. Fachleuten werden mit Bezug auf diese Beschreibung verschiedene Abwandlungen der offenbarten Ausführung sowie weitere Ausführungen der Erfindung deutlich.

Claims (12)

1. Crossbarschalter (12), mit:

mehreren Eingangsleitungen (14; 14a-14e);

mehreren Ausgangsleitungen (15; 15a-15e);

einer Einrichtung (38) zum Programmieren des Crossbarschalters (12), um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen (14; 14a-14e) und den Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) herzustellen, um eine geforderte Bustopologie zu schaffen;

mehreren Kreuzungspunkten (40), wovon sich an jedem Schnittpunkt einer Eingangslinie (14; 14a-14e) und einer Ausgangslinie (15; 15a-15e) einer befindet, wobei jeder der Kreuzungspunkte (40) enthält:

eine Einrichtung (41) zum wahlweisen Verbinden einer Eingangsleitung (14; 14a-14e) mit einer Ausgangsleitung (15; 15a-15e) für eine unidirektionale Datenübertragung;

eine Einrichtung (42) zum wahlweisen Verbinden einer oder mehrerer der Eingangsleitungen (14; 14a-14e) mit einer einzigen der Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) als eine logische ODER-Verknüpfung für eine unidirektionale Datenübertragung.

2. Crossbarschalter nach Anspruch 1, bei dem die Eingangsleitungen (14; 14a-14e) und die Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) an einen gemeinsamen parallelen Bus angeschlossen sind.

3. Crossbarschalter nach Anspruch 1, bei dem die Bustopologie mehrere Leitungskarten (10a-10j) als Stationen enthält, wobei jede Leitungskarte (10a-10j) an eine der Eingangsleitungen (14) und eine der Ausgangsleitungen (15) angeschlossen ist.

4. Crossbarschalter nach Anspruch 1, bei dem jedes verschiedene Paar einer der Eingangsleitungen und einer der Ausgangsleitungen ein getrennter Port des Crossbarschalters ist, enthaltend eine Einrichtung zum dynamischen Programmieren des Crossbarschalters, um selektive Punkt-Punkt-Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen und den Ausgangsleitungen herzustellen, ferner mit einer Einrichtung zum Programmieren des Crossbarschalters, um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen und den Ausgangsleitungen herzustellen, um eine Ringtopologie zu schaffen, wobei die Ringtopologie mehrere Leitungskarten (10m-10g) als Stationen enthält, wobei jede Leitungskarte (10m-10q) an eine der Eingangsleitungen und eine der Ausgangsleitungen angeschlossen ist.

5. Crossbarschalter nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum Programmieren des Crossbarschalters, um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen mehr als einer der Eingangsleitungen und einer der Ausgangsleitungen herzustellen, um eine Bustopologie zu schaffen, wobei die Bustopologie mehrere Leitungskarten (10m-10q) als Stationen enthält, wobei jede Leitungskarte (10m-10q) an eine der Eingangsleitungen und eine der Ausgangsleitungen angeschlossen ist.

6. Crossbarschalter nach Anspruch 1, bei dem sämtliche Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen an einen gemeinsamen synchronen parallelen Bus angeschlossen sind und die Verbindungen durch Arbitrierung der Nutzung des Busses im Zeitmultiplex hergestellt werden, enthaltend einen Controller (38) zur Arbitrierung der Nutzung des Busses, wobei der Controller (38) Anforderungssignale von einer Station für jeden der Eingänge empfängt.

7. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters mit mehreren Eingangsleitungen (14; 14a-14e), mehreren Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) und mehreren Kreuzungspunkten (40), wovon sich in jedem Schnittpunkt einer Eingangsleitung (14; 14a-14e) und einer Ausgangsleitung (15; 15a-15e) einer befindet, mit den folgenden Schritten:

Entscheiden der Alternative der Ausführung des Schrittes A oder des Schrittes B,

(A) wahlweises Verbinden einer Eingangsleitung (14; 14a-14e) mit einer Ausgangsleitung (15; 15a-15e) für eine unidirektionale Datenübertragung;

(B) wahlweises Verbinden einer oder mehrerer der Eingangsleitungen (14; 14a-14e) mit einer einzigen der Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) als eine logische ODER- Verknüpfung für eine unidirektionale Datenübertragung;

Programmieren des Crossbarschalters (12), um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen (14; 14a-14e) und den Ausgangsleitungen (15; 15a-15e) herzustellen, um eine geforderte Bustopologie zu schaffen.

8. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters nach Anspruch 7, enthaltend das Verbinden jedes verschiedenen Paars einer der Eingangsleitungen und einer der Ausgangsleitungen als einen getrennten Port des Crossbarschalters, enthaltend das Verbinden jeder von mehreren Leitungskarten (10m-10q) mit einem der Ports als Stationen eines Netzes, enthaltend den Schritt des dynamischen Programmierens des Crossbarschalters, um selektive Punkt- Punkt-Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen und den Ausgangsleitungen herzustellen.

9. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters nach Anspruch 7, enthaltend den Schritt des Programmierens des Crossbarschalters, um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen den Eingangsleitungen und den Ausgangsleitungen herzustellen, um eine Ringtopologie zu schaffen, enthaltend das Verbinden mehrerer Leitungskarten (10m-10q) als Stationen der Ringtopologie, wobei jede Leitungskarte (10m-10q) mit einer der Eingangsleitungen und einer der Ausgangsleitungen verbunden ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters nach Anspruch 7, enthaltend den Schritt des Programmierens des Crossbarschalters, um eine beständige Menge von Verbindungen zwischen mehr als einer der Eingangsleitungen und einer der Ausgangsleitungen herzustellen, um eine Bustopologie zu schaffen, enthaltend das Verbinden mehrerer Leitungskarten (10m-10q) als Stationen der Bustopologie, wobei jede Leitungskarte (10m-10q) mit einer der Eingangsleitungen verbunden wird.

11. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters nach Anspruch 7, enthaltend das Verbinden sämtlicher Eingangsleitungen und Ausgangsleitungen mit einem gemeinsamen synchronen parallelen Bus, wobei die Verbindungen durch Arbitrierung der Nutzung des Busses im Zeitmultiplex hergestellt werden.

12. Verfahren zum Betreiben eines Crossbarschalters nach Anspruch 11, mit einem Controller (38), der die Arbitrierung der Nutzung des Busses ausführt und Anforderungssignale von einer Station von jedem der Eingänge empfängt.