DE69325957T2

DE69325957T2 - Verfahren und Einrichtung zur Leitweglenkung von Paketen in Paketübertragungsnetzen

Info

Publication number: DE69325957T2
Application number: DE69325957T
Authority: DE
Inventors: Israel Cidon; David William Davenport; Jeffrey Haskell Derby; John Gary Dudley; Inder Sarat Gopal; James Patrick Janniello; Marc Adam Kaplan; Frank Richard Koperda; Shay Kutten; Kenneth Harvey Potter
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: EP0579567A2; ES2136118T3; ATE183349T1; EP0579567B1; DE69325957D1; AU3838993A; CN1032109C; AU654930B2; CA2094405C; TW250613B; KR960014986B1; CN1081056A; JP2739023B2; US5309433A; EP0579567A3; CA2094405A1; JPH0662053A; KR950002299A

Description

Die Erfindung betrifft Paketübertragungssysteme und im einzelnen die Leitweglenkung von Datenpaketen in einem solchen Übertragungssystem.
In schnellen Paketübertragungsnetzen erfolgt die Leitweglenkung durch das Netz mit Hilfe von im Paketkopf enthaltenen Leitweginformationen. Ein solches Netz besteht aus Knoten, die miteinander durch Übertragungsstrecken verbunden sind. Die Knoten verfügen über Paketvermittlungseinrichtungen, mit denen an den Knoten eintreffende Pakete auf abgehende Übertragungsstrecken gekoppelt werden. Einige dieser Knoten werden als Endknoten bezeichnet; an diesen Endknoten kann der Benutzer auf das Netz zugreifen. Analysiert man sie als Graph, kann man solche Netzwerke als Graph von Vermittlungseinrichtungen, Benutzerstationen und Kanten als Verbindung zwischen diesen charakterisieren. Die Kanten, welche die Vermittlungseinrichtungen miteinander verbinden, entsprechen den Übertragungsstrecken. Kanten, die Benutzerstationen (Benutzeranwendungen) an den Endknoten mit dem Netzwerk verbinden, werden als Terminalkanten bezeichnet. Anpassungsschaltungen an jeder Vermittlungseinrichtung passen die Paketsignale für die Übertragung auf bzw. die Weiterleitung an die Übertragungsstrecken an. Solche Paketübertragungssysteme können viele verschiedene Paketvermittlungseinrichtungen und Übertragungsstrecken aufweisen.
Die Leitweginformationen für solche Netzwerke können in vielen unterschiedlichen Formen ausgedrückt werden; die beiden bekanntesten sind Automatic Network Routing (ANR), zur Lieferung eines Pakets an eine einzelne Ziel-Benutzerstation, und Tree Multicast Mode (TMM), zur Lieferung eines Pakets an eine Vielzahl von Ziel-Benutzerstationen. Bei ANR werden die aufeinanderfolgenden Übertragungsstrecken des Leitweges in der Reihenfolge der einzelnen Leitwege durch Übertragungsstreckenkennsätze im Leitwegfeld vorgegeben. Auf dem Weg zum Ziel wird jeweils der vorderste Übertragungsstreckenkennsatz im Leitwegfeld abgestreift, wenn das Paket auf eine neue Übertragungsstrecke geschaltet wurde, so daß jeweils der nächste Übertragungsstreckenkennsatz als erster Kennsatz in dem Leitwegfeld steht. Automatic Network Routing wird beschrieben in "PARIS: An Approach to Integrated High-Speed Networks" von I. Cidon und I. S. Gopal, International Journal of Digital and Analog Cabled Systems, Band 1, Nr. 2, April - Juni 1988, Seite 77-85.
Bei TMM werden Rundsendebäume vordefiniert, um eine mit dem Paketübertragungsnetz verbundene gewünschte Teilgruppe von Benutzerstationen miteinander zu verbinden. In diesem Zusammenhang ist der Begriff "Baum" definiert als eine miteinander verbundene Gruppe von Vermittlungseinrichtungen, Paketbenutzerstationen und Kanten ohne Zyklen oder Schleifen. Der Begriff "Rundsenden" ist definiert als der Vorgang, bei dem ein einzelner Absender Pakete an eine Vielzahl von Empfangs-Benutzerstationen sendet. Der Rundsendebaum wird in dem Leitwegfeld durch eine Baumadresse identifiziert. Diese Adresse wird aber nicht vom Leitwegfeld abgestreift, sondern wird an jedem Vermittlungspunkt eines Baumes verwendet, um das Paket an alle anderen angeschlossenen Vermittlungseinrichtungen oder Benutzerstationen des Baumes zu schicken (mit Ausnahme der Vermittlungseinrichtung oder der Benutzerstation, von der das Paket abgeschickt wurde). Auf diese Weise kann jede Benutzerstation eines Rundsendebaumes ein Paket, das die Baumadresse im Leitwegfeld hat, einkoppeln und dieses Paket an alle anderen Benutzerstationen dieses Rundsendebaumes schicken lassen. Die Leitweglenkung im Rundsendebaum wird beschrieben in "Distributed Control for PARIS," von B. Awerbuch, I. Cidon, I. Gopal, M. Kaplan und S. Kutten, Proceedings of the 9th ACM Symposium an Principles of Distributed Computing, Quebec, Canada, August 1990, Seite 145-159.
Aufgrund der unterschiedlichen Protokolle zur Verarbeitung des Leitwegfeldes für die ANR- und TMM-Leitweglenkung war es bisher nicht möglich, diese beiden Typen der Leitweglenkung im selben Paketkopf miteinander zu mischen. Häufig soll jedoch ein Paket von einer Ursprungsbenutzerstation, die selbst nicht Teil des Rundsendebaumes ist, an alle Benutzerstationen eines Rundsendebaumes geschickt werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Adaptern an ein bestimmtes Local Area Network (LAN) angeschlossen sein. Einer dieser lokalen LAN- Adapter möchte vielleicht eine Anforderung an eine entfernte Gruppe von LAN-Adaptern schicken, die einem zweiten LAN zugeordnet und über einen Rundsendebaum miteinander verbunden sind, um Informationen über die Stationen dieses zweiten LAN zu bekommen. Es kann auch sein, daß ein Endknoten gleichzeitig eine Anfrage an eine Gruppe von Verzeichnisdienstanbietern senden möchte, die, für Aktualisierungszwecke, über einen Rundsendebaum miteinander verbunden sind. Das Problem ist dann, einen solchen entfernten Zugriff auf die Rundsendebäume zu ermöglichen.
Entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Kennsätze des Automatic Network Routing und die Baumadressen des Tree Multicast Mode im Leitwegfeld eines Paketes miteinander verkettet. Die ANR-Kennsätze dienen zur Weiterleitung eines Paketes an einen Netzknoten eines bestimmten Rundsendebaumes. Die TMM-Adresse dient zur Weiterleitung des Paketes an alle Endknoten des Rundsendebaumes.
Es wird ein neues Verfahren für die Leitweglenkung unter der Bezeichnung "Remote Access to Multicast Tree" (RAMT) definiert, in dem der Anfangsabschnitt des Leitwegfeldes aus ANR- Kennsätzen und der Endabschnitt des Leitwegfeldes aus einer Adresse in einem Rundsendebaum besteht; beide Teile sind durch einen vorgewählten Begrenzer voneinander getrennt. Der Baumabschnitt wird daher erst dann geprüft, wenn der ANR-Abschnitt vollständig abgearbeitet ist und abgestreift wurde. Zu diesem Zeitpunkt müßte sich das Paket an einem Netzknoten des Ziel-Rundsendebaumes befinden und die Baumadresse kann dann effektiv eingesetzt werden, um das Paket an alle Mitglieder des Rundsendebaumes zu schicken.
Entsprechend einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird auch für Fälle vorgesorgt, in denen die Übertragungsstrecke, über die das Paket an den Eintrittsnetzknoten des Rundsendebaumes geschickt wird, selbst Mitglied des Rundsendebaumes ist. Normalerweise wird ein Paket für einen Rundsendebaum nicht über dieselbe Übertragungsstrecke zurückgeschickt, über die es am Vermittlungspunkt eingetroffen ist. Im RAMT-Protokoll traf das Paket jedoch aufgrund eines ANR-Kennsatzes am Eintrittsnetzknoten ein, nicht aufgrund der Baumadresse. Um dieser Situation Rechnung zu tragen, wird ein Übergangs-Leitweglenkungsmodus definiert, der als "Multicast Tree Transition" (MTT)-Modus bezeichnet wird, in dem ein empfange nes Paket über alle Übertragungsstrecken eines Rundsendebaumes erneut übertragen wird, möglicherweise auch über diejenige Übertragungsstrecke, über die es empfangen wurde. Bei der Übertragung an solche Knoten des Rundsendebaumes wird natürlich der Leitweglenkungsmodus verändert zum Standard- Rundsendebaummodus.
Alternativ kann der letzte ANR-Leitwegkennsatz von demjenigen Knoten abgestreift werden, der das Paket in den Eintrittsknoten des Rundsendebaumes einkoppelt, wobei jedoch der Begrenzer stehenbleibt und der Leitweglenkungsmodus nicht verändert wird. Durch den Empfangs-Eintrittsknoten wird der Modus zum TMM-Modus, der Begrenzer wird entfernt und das Paket wird dann über alle Übertragungsstrecken des Baumes geleitet, möglicherweise auch über die Übertragungsstrecke, über die das Paket zuvor angekommen war.
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigt:
Fig. 1 ein allgemeines Blockdiagramm eines Paketübermittlungssystems, in dem die Leitweglenkungstechniken der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden könnten;
Fig. 2 ein allgemeines Blockdiagramm eines typischen Paketnetz-Entscheidungspunktes des Paketübermittlungssystems aus Fig. 1;
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines typischen Kopfes für ein Paket, das in dem Übertragungssystem aus Fig. 1 übertragen wird;
Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Automatic-Network- Routing-Feldes in dem Paketkopf der Fig. 3;
Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Multicast-Tree- Routing-Feldes oder eines Multicast-Tree-Transition-Routing- Feldes in dem Paketkopf der Fig. 3;
Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Remote-Access-to- Multicast-Tree-Routing-Feldes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein allgemeines Blockdiagramm des Paketübermittlungssystems aus Fig. 1, in dem ein typischer Rundsendebaum als durchgezogene Linie und der Rest des Systems als gestrichelte Linie dargestellt ist;
Fig. 8 ein Flußdiagramm einer Gruppe von Paket-Leitweglenkungsprotokollen für das Paketnetz der Fig. 1, unter Verwendung der Leitwegfelder der FIGS. 3-6 und unter Verwendung eines Multicast-Tree-Transition-Mode-Protokolls; und
Fig. 9 ein Flußdiagramm einer anderen Gruppe von Paket-Leitweglenkungsprotokollen für das Paketnetz der Fig. 1, unter Verwendung der Leitwegfelder der FIGS. 3-6, bei denen kein Übergangsprotokoll am Eintritt in den Rundsendebaum erforderlich ist.
Zur Vereinfachung für den Leser werden in den Figuren identische Bezugszahlen zur Bezeichnung identischer Elemente verwendet.
Fig. 1 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines Paketübertragungssystems 10 mit acht Netzknoten 11, die von 1 bis 8 durchnumeriert wurden. Jeder Netzknoten 11 ist mit anderen Netzknoten 11 durch eine oder mehrere Übertragungsstrecken A bis L verbunden. Jede Übertragungsstrecke kann entweder eine Standleitungsverbindung oder eine Wählverbindung sein. Einzelne oder alle Netzknoten 11 können mit Endknoten verbunden sein; der Netzknoten 2 ist hier mit den Endknoten 1, 2 und 3 verbunden, der Netzknoten 4 ist mit den Endknoten 4, 5 und 6 verbunden, und der Netzknoten 8 ist mit den Endknoten 7, 8 und 9 verbunden. Die Netzknoten 11 umfassen jeweils ein Datenverarbeitungssystem, das allen angeschlossenen Knoten, Netzknoten und Endknoten, Datenkommunikationsdienste zur Verfügung stellt. Die Netzknoten 11 umfassen jeweils einen Entscheidungspunkt innerhalb des Knotens, an dem eintreffende Datenpakete selektiv auf eine oder mehrere der abgehenden Übertragungsstrecken geleitet werden, die an einem anderen Knoten enden. Solche Leitwegentscheidungen werden anhand der Informationen im Kopf des Datenpakets getroffen, die nachstehend noch ausführlicher beschrieben werden. Neben der grundlegenden Paketleitweglenkungsfunktion übernehmen die Netzknoten 11 auch Zusatzdienste wie die Berechnung der Leitweglenkungspfade für Pakete, die ihren Ursprung in dem Knoten selbst haben, Verzeichnisdienste und die Pflege der Netztopologie-Datenbanken, die zur Unterstützung der Leitwegberechnungen benötigt werden. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich ausschließlich auf diejenigen Funktionen des Netzwerks und der Endknoten, die an der Ausführung der Leitweglenkungsfunktionen anhand der im Kopf jedes eintreffenden Paketes enthaltenen Leitweginformationen beteiligt sind.
Jeder Endknoten 12 ist über eine Adapterschaltung jeweils mit einer Benutzerstation aus einer Vielzahl von Benutzerstationen 15 verbunden. Jede der Benutzerstationen 15 umfaßt entweder eine Quelle digitaler Daten, die an eine andere Benutzer station übertragen werden sollen, eine Datensenke, in der von einer anderen Benutzerstation kommende Daten verbraucht werden, oder, im typischen Falle, beides. Die Benutzerstationen nutzen das Paketübertragungsnetz 10 der Fig. 1, indem sie sich an einen Endknoten 12 ankoppeln, der mit einem der Netzknoten 11 verbunden ist, um Zugriff auf das Paketübertragungsnetz 10 zu bekommen. Die Endknoten 12 übersetzen die Benutzerdaten in Pakete, die für eine Übertragung in dem Paketübertragungsnetz der Fig. 1 formatiert sind, und erzeugen die Paketköpfe, die zur Leitweglenkung der Pakete durch das Netzwerk 10 dienen. Der Kopf hat die in Fig. 3 gezeigte allgemeine Form und umfaßt zwei Steuerbytes 34 und 31, ein Leitwegfeld 32 und ein Redundanzprüfbyte 33. Das Leitwegfeld 32 enthält die Informationen, die zur Leitweglenkung des Pakets durch das Paketnetz 10 zum Ziel-Endknoten 12, an den das Paket adressiert ist, benötigt werden. Die Steuerbytes 31 und 34 enthalten unter anderem eine kodierte Kennung des für die Interpretation des Leitwegfeldes 32 zu verwendenden Protokolls, wie nachstehend noch beschrieben wird. Die Endknoten 7, 8 und 9 sind natürlich jeweils mit einer oder mehreren Benutzerstationen verbunden, was in Fig. 1 nicht zu sehen ist.
Fig. 2 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines typischen Paketentscheidungspunktes, wie er beispielsweise in den Netzknoten 11 oder den Endknoten 12 der Fig. 1 zu finden ist. Der Entscheidungspunkt der Fig. 2 umfaßt einen sehr schnellen Paketvermittlungsbus 23, auf den die am Entscheidungspunkt eintreffenden Pakete aufgegeben werden. Diese Pakete kommen über die Übertragungsstrecken und über Übertragungsadapter 24, 25, ..., 26 oder haben ihren Ursprung in Benutzeranwendungen in den Endknoten, entsprechend den Benutzerstationen 15 der Fig. 1, von wo aus sie über die Anwendungsadapter 20, 21, ..., 22 kommen. Anhand der im Paketkopf enthaltenen Informationen be stimmen jeweils andere Adapter unter den Adaptern 20-22 und 24-26, welche in den Bus 23 eingekoppelten Pakete an die Benutzeranwendung bzw. die mit dem Adapter verbundene Übertragungsstrecke weitergeleitet werden sollen. Der Entscheidungspunkt der Fig. 2 hat also die Funktion, die am Entscheidungspunkt eintreffenden Pakete mit einem lokalen Benutzer (für die Endknoten) oder mit einer vom Entscheidungspunkt abgehenden Übertragungsstrecke (für Netzknoten und Endknoten) zu verbinden. Die Adapter 20-22 und 24-26 können Warteschaltungen enthalten, die die Pakete vor oder nach dem Aufschalten auf den Bus 23 in eine Warteschlange einreihen. Die Leitwegsteuerschaltungen 27 dienen zur Berechnung der optimalen Leitwege durch das Netzwerk der Fig. 1, so daß die Menge der an einem Kommunikationsweg beteiligten Netzressourcen so klein wie möglich bleibt.
Die Leitwegsteuerschaltung 27 der Fig. 2 kann diskrete digitale Schaltungen umfassen oder, vorzugsweise, entsprechend programmierte digitale Rechnerschaltungen. Diese programmierten Rechner können zur Erzeugung von Kopfinformationen für Pakete eingesetzt werden, die ihren Ursprung an Benutzeranwendungen am Entscheidungspunkt der Fig. 2 haben. Im Entscheidungspunkt sind schließlich auch die Datenbanken enthalten, die zur Unterstützung der Berechnung der optimalen Leitwege für am Entscheidungspunkt erzeugte Pakete dienen und in Fig. 2 nicht dargestellt sind. Solche Netztopologie-Datenbanken enthalten alle notwendigen Informationen über die Knoten und die mit den Knoten verbundenen Übertragungsstrecken, die für die Leitweglenkung verwendet werden. Zudem werden solche Topologieinformationen aktualisiert, wenn neue Übertragungsstrecken aktiviert oder neue Knoten dem Netz hinzugefügt werden. Diese Netztopologieinformationen werden mit allen anderen Knotentopologie-Datenbanken ausgetauscht, so daß die notwendigen aktuellen Informationen vorhanden sind, die für die Leitwegberechnung benötigt werden. Solche Datenbankaktualisierungen werden, ähnlich wie die Datenpakete zwischen den Endbenutzern des Netzwerks, in Paketform übertragen.
Die am Paketentscheidungspunkt der Fig. 2 ankommenden Übertragungsstrecken können Strecken von lokalen Endknoten umfassen, wie beispielsweise die Endknoten 12 der Fig. 1, oder Strecken von angrenzenden Netzknoten 11 der Fig. 1. In beiden Fällen arbeitet der Entscheidungspunkt der Fig. 2 in derselben Weise, indem er jedes Datenpaket in Empfang nimmt und es an einen anderen Entscheidungspunkt weiterleitet, wie es von den im Paketkopf enthaltenen Informationen vorgegeben wird. Das Paketnetz der Fig. 1 sorgt also dafür, daß eine Kommunikation zwischen zwei beliebigen Benutzerstationen 15 der Fig. 1 stattfinden kann, ohne daß für diesen Kommunikationsweg eine Übertragungsstrecke oder Einrichtungen an den Knoten eigens reserviert werden, außer für die Dauer eines einzigen Paketes. Auf diese Weise wird die Ausnutzung der Kommunikationseinrichtungen des Paketnetzes optimiert und es kann so wesentlich mehr Netzverkehr abgewickelt werden, als es mit fest reservierten Übertragungsstrecken für jeden Kommunikationsweg möglich wäre.
Wie bereits erwähnt zeigt Fig. 3 eine graphische Darstellung des Netzschicht-Kopfes für Pakete, die über das Paketnetz der Fig. 1 übertragen werden. Die Netzschicht stellt die Dienste bereit, die für eine Lenkung der Pakete im Paketnetz erforderlich sind, indem sie die Pakete, unter Verwendung der entsprechenden Übertragungsstrecken, von Knoten zu Knoten weiterleitet. Die Netzschicht kann außerdem Pakete verwerfen, wenn im Paketkopf Fehler auftreten, oder wenn ein Puffer überläuft. Bei Pufferüberlastung wird von der Netzschicht ein auf der Verlustpriorität basierendes Paketverwerfungsverfahren durchgeführt, d. h., Pakete mit geringerer Priorität werden zuerst verworfen. Die Netzschicht führt außerdem ein Planungsverfahren durch, basierend auf der Verzögerungspriorität, d. h., Pakete mit höherer Priorität werden zuerst übertragen. Da diese Paketverwerfungs- und Paketplanungsverfahren nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, soll hier nicht näher darauf eingegangen werden.
Der Kopf der Fig. 3 umfaßt vier verschiedene Felder mit den Steuerbytes 34 und 31, dem Leitwegfeld 32 und dem Redundanzprüfbyte 33. Das Steuerbyte 34 umfaßt binäre Bits, die zur Kodierung des Leitweglenkungsmodus verwendet werden. Wie bereits oben erwähnt, gehören hierzu ein Modus "Automatic Network Routing" (ANR) und ein "Tree Multicast Mode" (TMM). Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen diese Modi auch einen Modus "Remote Access to Multicast Tree" (RAMT) und einen Modus "Multicast Tree Transition" (MTT). Die beiden zuletzt genannten Modi werden anschließend ausführlich beschreiben. Andere Moduscodierungen sind möglich, sind jedoch für die vorliegende Erfindung nicht von Interesse und sollen hier nicht weiter erörtert werden.
Das zweite Steuerbyte 31 des Kopfes der Fig. 3 dient zur Kodierung der Paketkopie-Kennungsmodi, für die Ende-zu-Ende- Transportsteuerung und als generischer Erweiterungscode. Keiner dieser Codes ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von Interesse und soll daher an dieser Stelle nicht weiter erörtert werden.
Kehren wir zurück zu Fig. 3; das Redundanzprüfbyte 33 ist eine Prüfsumme für den Netzschichtkopf der Fig. 3 und wird verwendet, um zu prüfen, ob in dem Kopf selbst Fehler vorhanden sind. Wird in dem Kopf ein Fehler erkannt, wird das Paket verworfen. Das Leitwegfeld 32 aus Fig. 3 kann mehrere unterschiedliche Formate annehmen, je nachdem, welcher Modus für die Leitweglenkung in dem Steuerbyte 34 vorgegeben ist. Drei dieser Leitwegfeldformate sind in den FIGS. 4, 5, und 6 dargestellt; sie entsprechen dem Modus "Automatic Network Routing" (ANR) (Fig. 4), dem "Tree Multicast Mode" (TMM) (Fig. 5) und dem Modus "Remote Access to Multicast Routing" (RAMR) (Fig. 6). Das Leitwegfeld der Fig. 5 wird auch für den Modus "Multicast Tree Transition" (MTT) verwendet.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung eines typischen Feldes des Modust Automatic Network Routing (ANR); es enthält eine Vielzahl von Übertragungsstreckenkennsätzen 40, 41, ..., 42, gefolgt von einer Feldende-Flagge 43. Die Übertragungsstreckenkennsätze 40-42 kennzeichnen jeweils eine Übertragungsstrecke auf dem Kommunikationsweg zwischen dem Ausgangsort und dem Zielort des Pakets, wobei der letzte Kennsatz der Terminalkante entspricht, welche die Verbindung zur Ziel-Benutzerstation 15 herstellt (Fig. 1). Die Reihenfolge dieser Übertragungsstreckenkennsätze entspricht genau der Reihenfolge, in der die Übertragungsstrecken bis zum Erreichen des Zielortes durchlaufen werden müssen. Der vorletzte Übertragungsstreckenkennsatz kennzeichnet die Übertragungsstrecke zum Ziel-Endknoten, an dem das Paket abgeliefert werden muß. Ein Leitwegentscheidungspunkt ist demnach ein Koppelpunkt, der einen Streckenkennsatz benötigt, um das Paket zum nächsten Entscheidungspunkt leiten zu können. Der Streckenkennsatz dient also zur Steuerung des eigentlichen Koppelungsvor ganges am Entscheidungspunkt. Man beachte, daß die Übertragungsstrecken der Fig. 1 bidirektional sind und eine Übertragungskapazität in beide Richtungen zwischen den miteinander verbundenen Knoten bereitstellen. Für jede Übertragungsrichtung ist daher ein getrennter Streckenkennsatz vorhanden; diese Streckenkennsätze haben keinerlei Bezug zu den Streckenkennsätzen an anderen Knoten, auch dann nicht, wenn sie dieselbe Übertragungseinrichtung benutzen.
Während das Paket durch das Paketnetz der Fig. 1 läuft, werden die ANR-Kennsätze in den Feldern 40-42 der Fig. 4 von den Adapterschaltungen, die das Paket von dem Koppelungsbus 23 der Fig. 2 kopieren, abgestreift. Der erste Kennsatz innerhalb des ANR-Leitwegfeldes ist daher immer der Kennsatz für diejenige Kante, die am nächsten Leitwegentscheidungspunkt ausgewählt werden muß. Jeder Entscheidungspunkt muß daher nur den ersten Kennsatz des ANR-Leitwegfeldes berücksichtigen, wenn er das Paket von diesem Entscheidungspunkt selektiv weiterleitet. Eine ausführlichere Beschreibung des Automatic Network Routing findet sich in dem oben erwähnten Artikel von I. Cidon et al.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung des Leitwegfeldes, das für die Leitweglenkung im Tree Multicast Mode (TMM) eingesetzt wird. Rundsenden bedeutet, daß ein Paket von einer Ursprungs-Benutzerstation an eine Vielzahl von unterschiedlichen Ziel-Benutzerstationen geliefert wird. Die Mitglieder in der Gruppe der unterschiedlichen Zielorte, an die solche gemeinsamen Pakete geschickt werden sollen, sind in einem Rundsendebaum zusammengeschlossen. Die Adapterschaltungen an jeder Übertragungsstrecke in diesem Baum sind mit einer Baumadresse markiert, die auch in dem Baumadressenfeld 50 des TMM-Feldes der Fig. 5 zu finden ist. Als Beispiel hierfür ist in Fig. 7 als durchgezogene Linie ein typischer Rundsendebaum gezeigt; die Knoten und Übertragungsstrecken, die nicht Teil dieses Baumes sind, sind in gestrichelten Linien dargestellt. In allen anderen Punkten ist das Paketnetz der Fig. 7 mit dem Paketnetz der Fig. 1 identisch.
Die Adresse des Rundsendebaumes wird gleichzeitig mit der Erzeugung des Rundsendebaumes zusammengestellt. Außerdem wird die Baumadresse, während sich das Paket durch das Paketnetz der Fig. 1 bewegt, nicht modifiziert oder entfernt (wie die ANR-Kennsätze bei der ANR-Leitweglenkung). An jedem Entscheidungspunkt, auf den das Paket mit einer Rundsendebaumadresse trifft, wird das Paket von den Adaptern 20-22 oder 24-26 für jede abgehende Strecke, die diese Baumadresse hat, kopiert, mit Ausnahme der Strecke, auf der das Paket eingetroffen ist. Die Paketduplikate werden an alle benachbarten Knoten des Rundsendebaumes übertragen, wo sich die Duplizierung und Weiterübertragung jeweils fortsetzen, bis keine abgehenden Strecken mit der Rundsendebaumadresse mehr vorhanden sind. Um eine doppelte Lieferung desselben Paketes zu verhindern, hat der Rundsendebaum keine Schleifen, d. h., zwischen zwei Entscheidungspunkten ist nur ein einziger Pfad zulässig, auch bei einem Netzausfall. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist in dem TMM-Feld ein Sprung-Countdown-Feld 51 enthalten, das bei jeder Weiterübertragung des Pakets zurückgezählt wird. Wenn das Sprung-Countdown-Feld bei Null angelangt ist, ist keine weitere Übertragung mehr zulässig und es wird angenommen, daß ein Fehler vorliegt. Das Ende des TMM-Felds der Fig. 5 ist durch eine Feldende-Flagge 52 gekennzeichnet.
Um ein Paket an alle anderen Mitglieder eines Rundsendebaumes schicken zu können, enthält ein Ursprungs-Endknoten in dem Baum den TMM-Identifizierungscode in dem Steuerbyte 34 (Fig. 3) und im Leitwegfeld die entsprechende Baumadresse, welche die Gruppe kennzeichnet. Alle Endknoten, die Mitglieder des Rundsendebaumes sind, erhalten eine Kopie des Pakets. Jeder Knoten kann gleichzeitig Mitglied einer Vielzahl verschiedener Rundsendebäume sein; daher müssen die Baumadressen, die den sich überlappenden Rundsendebäumen zugewiesen werden, eindeutig sein. Knoten können einem Rundsendebaum hinzugefügt bzw. aus ihm entfernt werden, indem einfach die Baumadresse derjenigen Übertragungsstrecke, die zu dem hinzuzufügenden oder zu entfernenden Knoten führt, hinzugefügt bzw. entfernt wird. Eine ausführlichere Beschreibung der Leitweglenkung für Paketnetze in einem Rundsendebaum ist in dem oben genannten Artikel von B. Awerbuch et al zu finden.
Gemäß dem zur Veranschaulichung dienenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine hybride Paketnetz-Leitweglenkung bereitgestellt, die als "Remote Access to Multicast Tree" (RAMT) bezeichnet wird. Diese Leitweglenkung erlaubt, daß ein Paket von einer Ursprungs-Benutzerstation, die mit einem Endknoten verbunden ist, der selbst kein Mitglied (Zielpunkt) des Rundsendebaumes ist, an alle Mitglieder eines Rundsendebaumes geliefert wird. Die Kombination einer Leitweglenkung nach ANR und auf der Basis des Multicast Tree erlaubt einen Einsatz für viele Anwendungen, wie beispielsweise die oben genannte Anwendung.
Das Leitwegfeld für den RAMT-Leitwegmodus ist in Fig. 6 dargestellt. Das RAMT-Feld besteht aus einer Reihe von ANR-Kennsätzen 60, 61, ..., 62, gefolgt von einer Feldende-Flagge 63, auf die wiederum eine Baumadresse 64, eine Sprung-Zählung 65 und eine zweite Feldende-Flagge 66 folgt. Der vorletzte Leitwegentscheidungspunkt in dem durch die ANR-Leitwegkennsätze 60-62 definierten Pfad nutzt den letzten ANR-Kennsatz des Feldes, um das Paket in einen Eintrittsknoten des Rundsendebaumes einzukoppeln. Der Eintrittsknoten-Entscheidungspunkt befindet sich in dem Rundsendebaum und kann die Adresse im Rundsendebaum für die weitere Leitweglenkung des Pakets verwenden.
Wie bereits oben erwähnt, wird ein Paket in einem Rundsendebaum normalerweise nicht über dieselbe Strecke zurückgeschickt, über die es am Entscheidungspunkt eintraf. Bei einer Leitweglenkung nach dem Prinzip "Remote Access to Multicast Tree" traf das Paket am Entscheidungspunkt jedoch aufgrund des letzten ANR-Kennsatzes ein, nicht aufgrund einer Baumadresse. Es kann daher eine "Multicast Tree Transition"- Leitweglenkung eingesetzt werden, die es möglich macht, daß das Rundsendepaket über dieselbe Strecke wieder zurückgesendet wird, über die es angekommen ist, wenn diese Strecke Teil des Rundsendebaumes ist. Hierdurch kann das Fernzugriffspaket an den Rundsendebaum über Übertragungsstrecken geliefert werden, die selbst Teil des Rundsendebaumes sind. Eine Leitwegberechnung kann daher unabhängig von einer Mitgliedschaft im Rundsendebaum erfolgen, wodurch die Leitwegberechnungsalgorithmen vereinfacht werden. Die Leitweglenkungsmethode wird am Eintrittsknoten des Rundsendebaumes zu einer normalen "Tree Multicast Mode"-Leitweglenkung (TMM), um eine entsprechende Verteilung auf den Rest des Rundsendebaumes zu ermöglichen.
Wie bereits erwähnt zeigt Fig. 7 einen typischen Rundsendebaum (als durchgezogene Linie), der über das Paketübertragungssystem der Fig. 1 gelegt wurde. Man beachte, daß die Endknoten 2, 4 und 6 miteinander über den Baum von Fig. 7 verbunden sind. Es muß betont werden, daß andere Untergruppen der Endknoten der Fig. 7 durch andere Rundsendebäume miteinander verbunden sein könnten, ja daß jeder Knoten sehr gut an mehr als einem solchen Baum beteiligt sein könnte. In jedem Fall ist der Zweck des Rundsendebaumes die Bereitstellung einer geeigneten und effizienten Methode für den Austausch von Nachrichten unter den Mitgliedern des Baumes, durch Bereitstellung einer einfachen und effizienten Leitweglenkungsmethode.
Die in Zusammenhang mit den FIGS. 4-6 beschriebenen Prozeduren können durch das Flußdiagramm der Fig. 8 dargestellt werden. Die Ablauffolge beginnt mit Kästchen 71; das Kästchen 72 ist der Punkt, an dem die Paketvermittlungseinrichtung den Paketkopf (Fig. 3) eines Paketes prüft, das auf einer der mit der Vermittlungseinrichtung verbundenen Kanten eintrifft. Im Entscheidungskästchen 73 wird das Steuerbyte 34 (Fig. 3) geprüft, um den Leitwegmodus zu bestimmen. In dem Flußbild der Fig. 8 werden nur die Leitwegmodi "ANR, "RAMT, "MTT," und "TMM" implementiert. ANR ist der "Automatic Network Routing"-Modus, in dem die Streckenkennsätze, die in Fig. 4 dargestellt sind, nacheinander abgestreift und zur Auswahl der nächsten Übertragungsstrecke eingesetzt werden. TMM ist der "Tree Multicast Mode", in dem eine Baumadresse, wie sie in Fig. 5 gezeigt wird, verwendet wird, um alle abgehenden Übertragungsstrecken, die zu dem adressierten Baum gehören, mit Ausnahme der Eintrittsstrecke, auszuwählen. RAMT ist der Modus "Remote Access to Multicast Tree", der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und den Anfangsabschnitt des Leitwegfeldes für ANR-Streckenkennsätze und den Endabschnitt des Leitwegfeldes zur Kennzeichnung eines Rundsendebaumes verwendet, wie in Fig. 6 zu sehen ist. MTT ist der Modus "Multicast Tree Transition", der in dem Kopf von der vorletzten Vermittlungs einrichtung, die dem ANR-Pfad zugeordnet ist, kodiert und nur in der letzten Vermittlungsstelle des Kommunikationsweges verwendet wird, die gleichzeitig die Eintrittsvermittlungsstelle eines Rundsendebaumes ist, auf den der RAMT-Leitwegmodus zugreift.
Kehren wir zu Fig. 8 zurück; der ANR-Leitwegmodus bewirkt einen Einsprung bei Kästchen 74, wo der erste ANR-Kennsatz des Leitwegfeldes geprüft wird. Dieser erste Kennsatz wird von dem Leitwegfeld in Kästchen 82 abgestreift und in Kästchen 90 wird das Paket über die Kante weitergegeben, die durch den zuvor in Kästchen 74 geprüften Kennsatz festgelegt wurde. Der Prozeß stoppt dann in dem Terminalkästchen 89, bis das nächste Paket zur Bearbeitung eintrifft.
Wird im Entscheidungskästchen 73 der TMM (Tree Multicast Mode) erkannt, erfolgt ein Einsprung in Kästchen 79, um die Baumadresse 50 aus dem Leitwegfeld der Fig. 5 zu ermitteln. Anschließend erfolgt ein Einsprung in das Entscheidungskästchen 87, um festzustellen, ob die Sprung-Zählung auf Null zurückgezählt wurde. Eine Sprung-Zahl von Null weist darauf hin, daß das Paket genau so viele Male weitergeleitet wurde, wie es erforderlich ist, um den gesamten Rundsendebaum zu bedienen. Es erfolgt daher ein direkter Einsprung in das Terminalkästchen 89, um die Leitwegverarbeitung ohne Weitersenden des Pakets zu beenden. Liegt die Sprung-Zählung nicht bei Null, was im Terminalkästchen 87 festgestellt wird, erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 81, wo die Sprung-Zählung 51 in Fig. 5 um Eins zurückgezählt wird. Anschließend erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 88, um das Paket über alle adressierten Kanten weiterzuleiten, mit Ausnahme der Kante, über die das Paket eintraf. Wenn dieses Protokoll an allen Knoten beachtet wird, wird das Paket in dem Rundsendebaum an alle Endknoten des Rundsendebaumes und alle Benutzerstationen geliefert. Dieser Prozeß wird dann im Stopp-Kästchen 89 beendet.
Wenn im Entscheidungskästchen 73 der RAMT-Modus (Remote Access to Multicast Tree) erkannt wird, erfolgt, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ein Einsprung in Kästchen 76, um den ersten ANR-Kennsatz in dem Leitwegfeld der Fig. 6 zu prüfen. Anschließend erfolgt ein Einsprung in das Entscheidungskästchen 77, um festzustellen, ob auf diesen Kennsatz eine Feldende-Flagge folgt. Wenn ja, erfolgt ein Einsprung in Kästchen 84, um den Modus im ersten Steuerbyte 34 (Fig. 3) zu ändern, und zwar von RAMT in MTT (Multicast Tree Transitinn). Dann erfolgt ein Einsprung in Kästchen 91, um den ANR-Kennsatz und die Feldende-Flagge von dem Leitwegfeld abzustreifen. Anschließend erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 90, um das Paket auf der durch den Kennsatz bezeichneten und in Kästchen 76 identifizierten Übertragungsstrecke zu übertragen. Das Terminal 89 beendet den Prozeß. Wenn im Entscheidungskästchen 77 keine ANR-Feldende-Flagge gefunden wird, erfolgt ein Einsprung in Kästchen 82, um den ersten Kennsatz abzustreifen. Anschließend erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 90, um das Paket auf der durch den Kennsatz bestimmten Übertragungstrecke zu übertragen. Danach erfolgt, zur Beendigung des Prozesses, ein Einsprung in das Stopp-Kästchen 89.
Wenn der im Entscheidungskästchen 73 erkannte Modus der MTT- Modus ist (Multicast Tree Transition Modus), erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 78, um aus dem Leitwegfeld der Fig. 6 die Baumadresse 64 zu ermitteln. Man beachte, daß, nachdem die ANR-Felder 60-63 von dem Leitwegfeld der Fig. 6 abgestreift wurden, die übrigen Felder 64-66 genau dem Leitwegfeld des Tree Multicast Mode (TMM) der Fig. 5 entsprechen. In Kästchen 85 wird daher der Leitwegmodus von Multicast Tree Transition (MTT) in Tree Multicast Mode (TMM) umgewandelt, um eine weitere Verteilung des Pakets entsprechend dem TMM-Modus zu ermöglichen. Es erfolgt dann ein Einsprung in das Entscheidungskästchen 83, um festzustellen, ob die Sprung-Zahl bis auf Null zurückgezählt wurde. Wenn ja, ist ein Fehler aufgetreten und das Paket sollte nicht weitertransportiert werden. Es erfolgt dann ein direkter Einsprung in das Terminalkästchen 89, ohne weitere Übertragung des empfangenen Pakets. Wenn die Sprung-Zahl nicht Null ist, erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 80, wo die Sprung-Zahl in Feld 65 um Eins zurückgezählt wird. Dann erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 86, um das empfangene Paket auf alle adressierten Übertragungsstrecken zu übertragen, einschließlich der Strecke, auf der das Paket eingetroffen war, wenn sie Teil des adressierten Rundsendebaumes ist. Zur Beendigung des Leitwegprozesses erfolgt dann ein Einsprung in das Terminalkästchen 89.
Man kann erkennen, daß die in dem Flußbild der Fig. 8 beschriebenen Protokolle den entfernten Zugriff auf Rundsendebäume implementieren, indem sie die Kennsätze des Automatic Network Routing (ANR) am Anfang des RAMT-Leitwegfeldes nutzen, um das Paket an die mit einem Eintrittsknoten in dem Rundsendebaum verbundene Übertragungsstrecke zu leiten. An diesem Punkt kann der Leitwegmodus umgewandelt werden in den Modus "Multicast Tree Transition" (MTT), um sicherzustellen, daß das Paket durch die Eintrittsstrecke zurückgeschickt wird, wenn die Eintrittstrecke Teil des Rundsendebaumes ist. Der Modus "Multicast Tree Transition" wird nur für den einen Entscheidungspunkt am Baumeintritt verwendet; anschließend wird der Modus in den Tree Multicast Mode (TMM) umgewandelt, bevor das Paket auf den adressierten Baum-Übertragungs strecken weitergeleitet wird. Eine weitere Verteilung des Pakets in dem Rundsendebaum findet unter Anwendung des Multicast-Tree-Mode-Standardprotokolls statt.
Es ist auch möglich, die Feldende-Flagge zwischen den ANR- Leitwegkennsätzen und der Rundsende-Baumadresse als Markierung zu benutzen, um sicherzustellen, daß das Paket über die Strecke, auf der es eintraf, wieder zurückgesendet werden kann, wenn diese Strecke Teil des Rundsendebaumes ist. Dieses alternative Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 dargestellt. Mit Ausnahme der Verarbeitung im RAMT-Modus ist Fig. 9 identisch mit Fig. 8. Im einzelnen dient in Fig. 9 das Kästchen 76 zur Prüfung des ersten Teilfeldes des Leitwegfeldes 32 (Fig. 3). In dem Entscheidungskästchen 77 wird geprüft, ob das erste Teilfeld eine Feldende-Flagge ist. Wenn nicht, erfolgt ein Einsprung in Kästchen 82, um den ANR-Kennsatz von dem Leitwegfeld abzustreifen; in Kästchen 90 wird dann das Paket in die gekennzeichnete Übertragungsstrecke eingekoppelt. Wenn das erste Teilfeld eine Feldende-Flagge ist, wie durch das Entscheidungskästchen 77 bestimmt wird, erfolgt ein Einsprung in Kästchen 84, um die Feldende-Flagge von den Leitwegfeld abzustreifen und dann direkt in das Kästchen 78 einzuspringen. Wie in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben wurde, wird in Kästchen 78 die Baumadresse aus dem Leitwegfeld ermittelt. In Kästchen 85 wird der Leitweglenkungsmodus in den Tree Multicast Mode (TMM) umgewandelt und im Entscheidungskästchen 83 die Sprung- Zahl geprüft. Wenn die Sprung-Zahl nicht Null ist, erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 80, um die Sprung-Zahl zurückzuzählen; anschließend erfolgt ein Einsprung in das Kästchen 86, um das Paket auf allen Übertragungsstrecken, die durch die Baumadresse gekennzeichnet sind, zu übertragen, einschließlich der Eintrittsstrecke, wenn diese mit der Baumadresse gekennzeichnet ist. Wird im Entscheidungskästchen 83 festgestellt, daß die Sprung-Zahl Null ist, ist ein Fehler aufgetreten und der Prozeß wird in Kästchen 89 beendet. Der Rest des Flußbildes der Fig. 9 entspricht dem Flußbild der Fig. 8 und soll hier nicht näher beschrieben werden.
Für den Fachmann dürfte außerdem klar sein, daß weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gefunden werden können, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Ein Paketvermittlungspunkt (11) für ein Paketübertragungssystem (10) zur Übertragung von Datenpaketen, mit Paketköpfen, die Leitwegkennsätze (32) enthalten, wobei der genannte Paketvermittlungspunkt (11) dadurch gekennzeichnet ist, daß er folgendes umfaßt:

Mittel, das auf einen ersten Abschnitt des genannten Paketkopfes anspricht (60-63), zum Weiterleiten eines jeden der genannten Pakete an einen einzigen Zielort, und Mittel, das auf einen zweiten Abschnitt des genannten Paketkopfes anspricht (64-66), zur gleichzeitigen Weiterleitung eines jeden der genannten Pakete an eine Vielzahl verschiedener Zielorte.

2. Der Paketvermittlungspunkt (11) nach Anspruch 1, weiter folgendes umfassend:

Mittel, das auf eine Flagge (63) in dem genannten Paketkopf reagiert, zur Umwandlung des Modus' für die Weiterleitung des genannten Paketes von einem Modus mit einem Zielort in einen Modus mit einer Vielzahl verschiedener Zielorte.

3. Der Paketvermittlungspunkt (11) nach Anspruch 2, weiter folgendes umfassend:

Mittel zum Übertragen des genannten Pakets auf der Eintrittsübertragungsstrecke, auf der das Paket angekommen ist.

4. Der Paketvermittlungspunkt (11) nach Anspruch 3, weiter folgendes umfassend:

Mittel zum Abstreifen des Kennsatzes der genannten Eintrittsübertragungsstrecke vom Paketkopf, vor dem Einkoppeln des genannten Paketes in die genannte Eintrittsübertragungsstrecke.

5. Ein Paketübertragungssystem (10) für digitale Datenpakete, die über einen Paketkopf verfügen, wobei das genannte System (10) folgendes umfaßt:

eine Vielzahl von Paketvermittlungspunkten (11) gemäß einem jeden der Ansprüche 1 bis 4 und

eine Vielzahl von Übertragungsstrecken (A-L), welche die genannten Paketvermittlungspunkte (11) miteinander verbinden.

6. Ein Verfahren zur Leitweglenkung von Datenpaketen mit Paketköpfen, die Leitwegkennsätze (32) umfassen, in einem Paketübertragungssystem (10), wobei das genannte Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

Weiterleiten eines jeden der genannten Pakete an einen einzelnen Zielort, in Reaktion auf einen ersten Abschnitt des genannten Paketkopfes (60-63), und gleichzeitig Weiterleiten eines jeden der genannten Pakete an eine Vielzahl verschiedener Zielorte, in Reaktion auf einen zweiten Abschnitt des genannten Paketkopfes (64- 66).

7. Das Verfahren zur Leitweglenkung von Datenpaketen gemäß Anspruch 6, weiter umfassend den Schritt (77), in dem der Weiterleitungsmodus für das genannte Paket verändert wird von einem Modus mit einem einzigen Zielort in einen Modus mit vielen verschiedenen Zielorten, in Reaktion auf eine Flagge (63) in dem genannten Paketkopf.

8. Das Verfahren zur Leitweglenkung von Datenpaketen nach Anspruch 7, weiter umfassend den Schritt des

Übertragens des genannten Pakets auf der Eintrittsübertragungsstrecke, auf der das Paket angekommen ist.

9. Das Verfahren zur Leitweglenkung von Datenpaketen nach Anspruch 8, weiter umfassend den Schritt (82) des Abstreifens des Kennsatzes der genannten Eintrittsübertragungsstrecke von dem Paketkopf vor dem Einkoppeln des genannten Paketes in die genannte Eintrittsübertragungsstrecke.