DE69535135T2

DE69535135T2 - Transparente Verbindung von LANs über ein ATM Netzwerk

Info

Publication number: DE69535135T2
Application number: DE69535135T
Authority: DE
Inventors: Wayne Ottawa Burwell; Dave Nepean Coomber; Tom Dunrobin Duxbury; Nutan Nepean Behki; Keith Manotick Galway; James Kanata Watt; Duncan Kanata Glendinning; Eugene Nepean Zywicki
Original assignee: Alcatel Canada Inc
Current assignee: Nokia Canada Inc
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2015-01-21
Also published as: GB9401092D0; US5818842A; JP3612626B2; EP0740874A1; CA2181535A1; DE69511679D1; US6650646B1; AU1411695A; DE69535135D1; EP0740874B1; DE69511679T2; WO1995020282A1; EP0923210A2; JPH09507731A; EP0923210B1; AU687148B2; EP0923210A3

Description

Es gibt verschiedene Arten von Computer-Kommunikationssystemen zum Abwickeln der Kommunikation zwischen digitalen Nutzereinheiten wie Computer und Workstations. Beispielsweise ist ein System, das zur Verbindung von Computern in einem beschränkten geografischen Gebiet (üblicherweise bis zu etwa einer Meile) entworfen wurde, bekannt als Local-Area-Network (LAN = lokales Netzwerk). Ein Beispiel für ein solches System ist Ethernet, das von Xerox während der späten 1970iger Jahre entwickelt wurde. Dieses arbeitet bei 10 Mbs und die Daten werden in der Form von Ethernet Rahmen über verdrillte (Kabel-) Paare versandt.
Über größere Distanzen werden Wide Area Networks (WANs = Weitbereichsnetzwerke) benutzt. Eine Form von WAN benutzt ATM (Asynchronous Transfer Mode = Asynchroner Übertragungsmodus). ATM benutzt 53 byte- Zellen als eine Basiseinheit für den Transfer. Jede ATM-Zelle ist aufgeteilt in 5 byte von ATM Overhead-Schicht und 48 byte von ATM Nutzdaten. Ein ATM-Netzwerk ist im Wesentlichen von statistischer Natur, wobei die ATM-Zellen über virtuelle Kanäle übertragen werden, die innerhalb des Netzwerkes eingerichtet werden.
Durch den Einsatz eines Zellenswitching-Multiplexschemas optimiert ATM die Nutzung der Bandbreite, indem es die Vorteile des statistischen Multiplexens einer Switching Fabric nutzt. In einer homogenen ATM-Umgebung sind ATM-Terminal-Adapter mit der ATM-Switching Fabric verbunden, um eine möglichst vollständig vernetzte logisch verbundene Kommunikations-Infrastruktur zu bilden. Ein ATM-Adapter ist jegliche Randeinrichtung, die eine Schnittstelle für den ATM-Zellenstrom zu einem ATM-Dienst-Nutzer bildet. Typische Beispiele von ATM-Adaptern umfassen ATM-Netzwerkschnittstellenkarten (Network Interface Cards – NICs) für digitale Computer.
Generell werden vernetzte Computer mit LAN-Adaptern versehen zur Verbindung mit einem lokalen Netz, wie Ethernet. Solche LAN-Adapter ermöglichen nicht, sie mit großflächigen Netzwerken zu verbinden wie mit ATM-Netzwerken. Während es möglich ist, spezielle ATM-Adapter-Karten in vernetzte Computer einzubauen, erfordert dies, physisch auf die Computer zuzugreifen und entsprechende Treiber-Software bereitzustellen.
Die PCT-Anmeldung WO/93/26107 offenbart ein ATM-Ethernet-Portal, das ATM-Zellen zu Ethernet-Rahmen umbaut und umgekehrt, um so Einrichtungen, die an entfernten Ethernet LANs angebracht sind, zu ermöglichen, transparent über ein ATM-Netzwerk zu kommunizieren. Ein Portal, das zwischen jedem Ethernet-Segment und dem ATM-Netzwerk angeordnet ist, segmentiert ausgehende Ethernet-Rahmen in ATM-Zellen und umgekehrt. Diese Portale arbeiten auf einer niedrigen Ebene in dem ISO-Model und sind nicht in der Lage, mit Nicht-Ethernet-Einrichtungen zu kommunizieren.
Protokolle, die oberhalb der Datenverbindungsschicht (Schicht 2) angeordnet sind, werden durch diese Portale nicht interpretiert.
Bei einer Ausführungsform werden den Ethernet-Rahmen von einem Ethernet zu einem anderen über einen virtuellen Circuit gesendet, der von Hand konfiguriert wurde. Dies ist ein uneffizientes und zeitraubendes Verfahren. Bei einer anderen Ausführungsform werden permanente virtuelle Circuits durch das ATM-Netzwerk zwischen jedem Paar von Portalen eingerichtet und ein übertragendes Portal sendet Zellen an jedes Portal. Dies ist eine uneffiziente Nutzung der Bandbreite, da die Zellen an alle Portale gesendet werden müssen und so das Netzwerk unnötigerweise verstopfen.
Bei einer anderen Ausführungsform sendet ein Verbindungsprozessor, der an einen Host an einem der Ethernet-Segmente angebracht ist, Instruktionen aus, um die Multipoint-Verbindungen zwischen den Portalen zu konfigurieren, die an den verschiedenen Ethernet-Segmenten angebracht sind. Das Übertragungsportal sendet dann ausgehende ATM-Zellen an alle Portale auf der Multipoint-Verbindung (ineffiziente Nutzung der Bandbreite). Bei einer anderen Ausführungsform wird eine primitive Form von Routing benutzt, indem der Verbindungsprozessor die lokalen Portale mit einem der voretablierten virtuellen Circuits anweist, die ausgegangenen Zellen weiter zu senden. Dies funktioniert nur, falls der Verbindungsprozessor, der mit dem lokalen Portal verbunden ist, bereits eine PVC mit dem entfernten Portal aufgebaut hat.
In der PCT-Anmeldung WO/93/26107 werden permanente virtuelle Circuits benötigt zwischen jedem Paar von Portalen, was die Größe des Systems erheblich begrenzt. Dies ist analog zu einem nicht vermittelten Telefonsystem, wo jedes Paar von Telefonen miteinander verbunden sein muss. Die Anzahl der Verbindungen steigt exponentiell mit der Anzahl von Telefonen. Weiterhin muss jedes Portal wissen, welcher Circuit zu dem Portal führt, mit dem die Zieleinrichtung verbunden ist, so dass die Verbindungstabelle in jedem Portal jedes Mal aktualisiert werden muss, wenn eine Einrichtung an das Netzwerk angeschlossen wird. Das in der obigen Anmeldung beschriebene System ist lediglich für eine kleine Anzahl von Portalen gedacht. Falls kein Circuit existiert zu einem Portal, können die Portale nicht über das Netzwerk kommunizieren.
Schließlich ist das in der obigen PCT-Anmeldung beschriebene System lediglich entworfen worden, um Ethernet- Rahmen über eine ATM-Struktur zwischen Ethernet-Segmenten zu übertragen. Es erlaubt nicht, zwischen einer Einrichtung zu kommunizieren, die an einem Ethernet angeschlossen ist und einer Einrichtung, die an einer ATM angeschlossen ist.
EP 473 066 beschreibt ein Netzwerk, in dem LANs mit einem ATM-Netzwerk über entsprechende Brücken verbunden sind. Jede Brücke hält die Adressen von allen Einrichtungen des Netzwerkes vor. Das Problem bei dieser Anordnung ist, dass es nicht reagiert auf die Gegenwart von neuen Terminals, so dass, falls eine Brücke die Adresse eines Zielterminals nicht kennt, sie das gesamte ATM-Netzwerk überschwemmen muss, wodurch sie unerwünschterweise große Mengen der Bandbreite verbraucht.
EP 524 316 beschreibt ebenfalls ein System zur Verbindung von LANs (verbindungslose Netzwerke) durch ATM-Strukturen (verbindungsorientierte Netzwerke). Bei diesem System werden verbindungslose Server mit jedem ATM-Switch assoziiert und die segmentierten LAN-Rahmen müssen erst als ATM-Zellen durch eine permanente virtuelle Verbindung [(permanent virtual connection (PVC)] zu einem Sendeserver geleitet werden, und dann von diesem Sendeserver über die ATM-Struktur an den empfangenden Server, von dem die Zellen über eine zweite permanente virtuelle Verbindung zu einem Reassembler gesandt werden. Während dies eine Verbesserung ist gegenüber dem Stand der Technik, der zu diesem Patent beschrieben wurde, erfordert dieses System, dass jedem Switch ein verbindungsloser Server zugeordnet wird und dass eine PVC (die teuer ist) zwischen dem verbindungslosen Server und dem Terminal aufrecht zu erhalten ist, den er versorgt. Weiterhin muss jeder verbindungslose Server die Anzahl der Zielterminals beibehalten. Falls der verbindungslose Server nicht die Zieladresse kennt, kann er die Zellen nicht an die korrekte Zieleinrichtung senden, ohne das Netzwerk zu überschwemmen; eine Operation, die große Mengen von nutzloser Bandbreite verbraucht.
All die Systeme nach dem Stand der Technik wurden entworfen als ein Mittel zur Errichtung der Kommunikation zwischen Einrichtungen, die an LANs angekoppelt sind, die durch ein ATM-Netzwerk verbunden sind. Keines dieser Systeme berücksichtigt die Möglichkeit, dass LAN-verbundene Vorrichtungen mit anderen Vorrichtungen kommunizieren, die direkt mit dem ATM-Netzwerk verbunden sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu umgehen. Die Merkmale der Erfindung werden in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung kann implementiert werden mit Benutzereinrichtungen wie Personalcomputer, die über das ATM-Netzwerk verbunden sein können bei Anwendung der vorhandenen LAN-Adapter. Das gesamte Netzwerk, einschließlich der ATM-Switching Struktur, kann somit agieren wie ein virtuelles LAN.
Bei einer Ausführungsform sind die ATM-Zellen gekapselt in LAN-Rahmen und werden in gekapselter Form über das Ethernet LAN direkt zu den LAN-Adapter-Karten geliefert. Bei einer anderen Ausführungsform sehen die Schnittstellenmittel Überbrückung vor sowie Netzwerkschicht-Forwarding und LAN-Emulationsfunktionen, um eine transparente Kommunikation zwischen jeglichen der genannten Benutzereinrichtungen über das ATM-Netzwerk zu ermöglichen. Eine solche Einrichtung erzeugt LAN-Rahmen aus den ATM-Zellen und umgekehrt und ist bekannt als ein "Ridge" oder "bridge/router" (Brücke/Router). Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass weder die Netzwerk-Interfaceadapter noch die dazu gehörende Treibersoftware an den lokalen Workstations ersetzt werden müssen.
Das gesamte ATM-Netzwerk wird abgebildet als ein verteilter Router, der die Topologie und die Erreichbarkeitsinformationen mit externen Routing-Peers teilt. Verbindungen innerhalb des Netzwerks werden bei Bedarf aufgebaut durch Anrufe mit niedriger Priorität, die über vordefinierte virtuelle Pfade geleitet werden, die jeweils eine Vielzahl von Verbindungen mit ähnlichen Verkehrscharakteristika enthalten. Da jede Verbindung nur eine kleine gebundene Informationsrate hat, es ihr aber erlaubt ist, auf dem Level des virtuellen Wegs, der sie enthält, aufzutreten, werden die Ressourcen kontrolliert, während gleichzeitig statistische Vorteile durch die Ansammlung von Verkehr erreicht werden.
Das Netzwerk von ATM-Switches emuliert ein LAN und das System funktioniert als ein extrem großer, verteilter Bridge/Router. Die Einrichtungen, die sich mit dem System verbinden, "glauben", dass sie sich mit einem großen LAN verbinden. Es scheint, dass irgendwo auf dem LAN ein Router ist, durch den viele andere Netzwerke erreicht werden können. Die Einrichtungen sind sich vollständig im Unklaren über die tatsächliche Architektur des Systems. Sie haben keine Möglichkeit zu wissen, dass das LAN erstreckt wird über die ATM-Struktur und dass das Netzwerk hinter dem "Router" ebenfalls Teil der gleichen ATM-Struktur ist. Router, die mit dem System verbunden sind, sehen es auch als ein LAN an mit einem angekoppeltem Router. Routinginformationen werden ausgetauscht zwischen den externen Routingrechnern oder Routingservern und dem "Ridge" unter Benutzung von Standardroutingprotokollen.
Die Erfindung wird nun detaillierter beschrieben, lediglich als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
1 ein Blockdiagramm eines großflächigen Netzwerkes ist, das gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung arbeitet;
2 ein Blockdiagramm eines großflächigen Netzwerks ist, das gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung arbeitet;
3 ein Diagramm ist, das die Funktion eines "Ridges" entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
4 ein Blockdiagramm ist, das die interne Funktion des "Ridges" detaillierter zeigt.
5 den generellen Verkehrsstrom in dem "Ridge" zeigt;
6 den Verkehrsstrom in der Ethernet-ATM-Richtung für den "Ridge" zeigt;
7 den Verkehrsstrom in der ATM-Ethernet- Richtung für den "Ridge" zeigt;
8 ein QMAC in größerem Detail zeigt;
9 ein Blockdiagramm einer Suchmaschine ist;
10 ein Diagramm ist, das den Pufferstrom In dem "Ridge" zeigt;
11 ein Blockdiagramm eines PHY-Moduls ist;
12 ein detailliertes Blockdiagramm eines Routingservers für ein ATM-LAN-Netzwerk ist;
13 ein vorbekanntes OAM-Bearbeitungsbetriebsmittel für einen ATM-Switch zeigt;
14 ein OAM-Bearbeitungsbetriebsmittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
15 ein typisches Beispiel eines verbundenen Systems von Ethernet- angekoppelten Computern und ATM-angekoppelten Computern darstellt;
16 schematisch die relevanten internen Merkmale der Schichten zeigt, die in den Ethernetangekoppelten Endstationen beschrieben sind, die ATM-Dienste nutzen;
17 einen virtuellen ATM-Switch zeigt; und
18 schematisch Details eines virtuellen ATM-Switches illustriert, der in der 17 detaillierter gezeigt ist.
Gesichtspunkte der folgenden Beschreibung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betreffen, werden mit Bezug auf die 3 und 4 gegeben.
Unter Bezugnahme nun auf die 1 bestimmen ATM-Switches 1a, 1b, 1c ein großflächiges Netzwerk (WAN) mit asynchronen Übertragungsmodus. Der Switch 1a ist durch eine Netzwerk-Schnittstellenkarte (NIC) 2 mit einem Routingserver 4 verbunden und durch eine Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) 3 mit einem Systemmanager 5.
Die Workstation 12 ist auf herkömmliche Weise über eine Netzwerk-Schnittstellenkarte (NIC) 13 mit dem großflächigen Netzwerk verbunden. NIC 13 ist speziell angepasst, um die Workstation 12 mit dem ATM-Netzwerk zu verbinden.
Die Switches 1a, 1b, 1c sind ebenfalls verbunden durch WAN-LAN-Schnittstelleneinrichtungen 6, die als "Ridges" bekannt sind, mit Router 9, Workstation 8, Hub 10, Bridge 11 und SNMP-Manager 14, die jeweils lokale Netzwerkadapter haben zur Verbindung mit einem lokalen Netzwerk, in diesem Fall Ethernet.
Die Einrichtungen 8, 9, 10 und 11 sind mit entsprechenden Ethernet-Ports des Ridges 6a verbunden und der SNMP-Manager 14 ist dargestellt als verbunden mit einem der Ethernet-Ports von Rigde 6b.
Das großflächige Netzwerk arbeitet unter der Steuerung des Routing-Servers 4, der von dem verbindungslosen Modell von herkömmlichen LANs zu dem verbindungsorientierten Modell von ATM übersetzt. Es implementiert traditionelle Routing-Tabellen-Verbindungsprotokolle (z.B. RIP und OSPF) und kommuniziert mit externen Routing-Rechnern, um die ausgedehnte Topologie des verbindungslosen Netzwerks zu lernen. Es erkennt auch die Anwesenheit von allen anderen externen Einrichtungen, um seine Kenntnisse der Topologie des verbindungslosen Netzwerks zu komplettieren.
Der Routing-Server 4 lernt die Topologie des ATM-Netzwerkes von dem Systemmanager 5 und konfiguriert die Ridges 6 nach Bedarf um zwischen der ATM-Topologie und der LAN-Topologie zu kartieren.
Die Funktion des Routing-Rechners 4 ist, die Topologie der Einrichtungen, die an das ATM-LAN-System angekoppelt sind, zu pflegen. Die Topologie-Information wird benötigt, um LAN-Verkehr von der Quelle zum Ziel über ein ATM-Netzwerk zu verschicken und zu routen. Das Verkehrs-Forwarding wird sowohl durch den Routing-Server 4 ausgeführt als auch durch die Ridges 6 unter Benutzung von Informationen, die der Routing-Rechner an sie über die Topologie übermittelt. Diese Fähigkeit, Einrichtungen zu erlauben, irgendwo im Netzwerk anzukoppeln, die diese Konfiguration ermöglicht, ist einmalig bei diesem System und die Funktion wird durchgeführt durch das Routing-Server-Topologie-Management.
Der Routing-Server 4 enthält demgemäß die administrative Information, die ein virtuelles LAN definiert, wie die LAN-Netzwerknummern und Einrichtungsmitgliedschaften, Filter und Zugangsbeschränkungen.
Der Routing-Server kennt das Layout der Switches und Hauptleitungen und erkennt das Vorliegen von allen angeschlossenen Einrichtungen. Der Routing-Server 4 benutzt diese Kenntnisse des vollständigen Netzwerks um sicherzustellen, dass Packets durch das System korrekt zugesandt werden, unter Benutzung eines dynamischen Geflechts von ATM-Verbindungen.
Bei kleineren Netzwerken dient der Routing-Server 4 auch als ARP-Server und als Broadcastserver (größere Netzwerke werden mehrere separate Routing-, ARP- und Broadcastserver enthalten). In dieser Rolle übersendet der Routing-Rechner 4 Broadcastverkehr an jedes andere Netzwerkelement, das ihn erhalten soll. Dies erlaubt es dem Routing-Server 4, verschiedene Heuristika und Optimierungen zu verwenden, um die Menge von Broadcastverkehr zu begrenzen, der durch das Netzwerk fließt. Beispielsweise können ARP-Anfragen oft direkt durch den Routing-Server behandelt werden, der die Adressen der meisten in dem Netzwerk vorhandenen Einrichtungen bereits kennt. Für die Packets, die "geflutet" werden müssen, kann der Routing-Server eine einfache Kopie des Packets an jeden Ridge senden, für den die Übertragung gedacht ist, zusammen mit einer Maske, um die Ports anzugeben, über die das Packet zu fluten ist.
Ein vereinfachtes Blockdiagramm des Routing-Servers 4 ist in 12 gezeigt. Der Routing-Server 4 enthält einen zentralisierten Routing- und Forwardingserver 400, einen NIC Einrichtungstreiber 407, einen Transaktions-Manager 402, einen Topologie-Manager 403, einen Multicast-Server 404, einen Routing- Manager 405 und einen ADP-Manager 406.
Die Einrichtungen 402 bis 406 sind verbunden mit dem Forwarder 400 und dem SNMP-Agenten 408. Der Transaktionsmanager 402 ist verbunden mit dem Standby-Server 409. Der Forwarder 400 ist direkt verbunden mit dem SNMP-Agenten 408.
Der Routing-Server 4 pflegt die Kenntnisse über den Standort aller Einrichtungen im System. Diese Information wird dynamisch gelernt, während sich Einrichtungen mit dem Netzwerk verbinden und wird gelernt durch Kommunikation Über Standard-Routing-Protokolle z.B. IP und IPX, mit Routing-Rechnern am Rande des Systems. Diese Kenntnisse werden verteilt an die Ridges 6 über ein Adress-Verteilungsprotokoll. Die Kommunikation mit den Ridges 6 erlaubt es den Ridges, Datenübertragung direkt mit einer Majorität der Daten durchzuführen.
Der zentralisierte Multicast-Server 404 bearbeitet den gesamten Multicast-Verkehr. Wo möglich reagiert der Routing-Server auf die übersandten Daten, ohne weiter in das Netzwerk zu übertragen.
Der Routing- Rechner 4 führt auch das LAN-Topologie-Management aus, um dynamisch das Zufügen, das Bewegen und die Änderung von LAN-Einrichtungen zu ermöglichen und um Zugangskontrolle bei Einrichtungen durchzuführen gemäß Regeln, die durch den Systemadministrator festgestellt wurden.
Die Einrichtungen 9 bis 14, die an einen ATM-LAN angekoppelt sind, werden dynamisch erkannt durch den Routing-Server und falls erlaubt, in das Netzwerk zugelassen. Die Ridges 6 partizipieren bei der Erkennung durch Detektierung der Einrichtung. Der Routing-Server 4 bestimmt, ob der Zugang erlaubt ist und falls ja, welche Dienste erlaubt sind. Der Routing-Server 4 pflegt außerdem die Kenntnisse über den Standort der Einrichtungen über längere Zeitdauern. Der Routing-Server erlaubt Einrichtungen von unterschiedlichen Netzwerken, Ports in das System zu teilen.
Der Routing-Server 4 ermöglicht auch eine flexible, übertragbare und redundante Plattformunterstützung. Der Routing-Server 4 wird auf einer SUN-Workstation mit einer ATM-Schnittstellenkarte gefahren, die sowohl einzeln als auch Multiprozessor-Plattformen unterstützt. Ein redundanter Routing-Server 409 wird unterstützt und übernimmt im Falle des Ausfalls des primären Routing-Servers 400. Ein ATM-basiertes Übertragungsprotokoll wird zwischen den zwei Plattformen benutzt, um die Koordination sicherzustellen.
Einer der Vorteile der beschriebenen Architektur ist, dass sie die Anwendung von Fernüberwachung der Ridges ermöglicht. Die Daten von einem überwachten Port, einschließlich Fehler, werden über das Netzwerk zu einem Fernüberwachungs-Port übertragen, um die Daten von dem überwachten Port an dem Fernüberwachungs-Port zu replizieren. Dies ermöglicht, Tests an dem überwachten Port ferndurchzuführen, als ob sie vor Ort wären.
Vorzugsweise werden überwachte Packets gekennzeichnet, um zu verhindern, dass sie als normal empfangene Packets durch das empfangende Ridge behandelt werden.
Zurückkehrend zu 1 sieht jeder ATM-Switch 1 Hochbandbreiten-Zellenswitching vor, was der Kern des Systems ist. Es gibt drei Arten von ATM-Switches, nämlich einen ATM-Arbeitsgruppenswitch (WGS) (= Work Group Switch), eine 36170 Switching Shelf und einen 36170 Access Shelf.
Der WGS ist ein billiger 12-Port, 1,6 Gbit/s ATM-Switch zum Gebrauch in Kundeneinrichtungs-Anwendungen.
Der 36170 Switching Shelf ist ein 12,8 Gbit/s ATM-Switch, der bis zu 8 ATM-Feeder Switches und/oder Access Shelves verbindet. Der 36170 Access Shelf ist ein 1,6 Gbit/s ATM-Switch mit 12 Steckplätzen. Jeder Steckplatz kann einen von mehreren ATM-Schnittstellen enthalten. Der WGS wird detaillierter beschrieben mit Bezug auf die 13 und 14.
Zur Zeit benötigen ATM-Switches, die OAM-(Operation and Management – Betrieb und Management)-Unterstützung an einem Zugangsport vorsehen, einen spezifischen Mikroprozessor 52, um OAM-Zellen zu interpretieren und zu erzeugen. OAM-(Operation and Management)-Zellen werden übertragen zu und von dem Mikroprozessor durch eine Zellenbearbeitungsmaschine 50, die ein gemeinsames RAM 51 nutzt, wie in 13 gezeigt.
Der Nachteil bei dieser Vorgehensweise ist, dass zusätzliche Kosten und Komplexität (PCB-Bereiche, zusätzliche Bauelemente, gemeinsame RAM-Systeme) benötigt werden, um die OAM-Funktionalität zu unterstützen. Diese zusätzlichen Kosten verhindern die Möglichkeit, einen kostengünstigen, voll ausgerüsteten Multiportswitch zu machen.
Gemäß der Erfindung, wie sie in 14 dargestellt ist, wird die Zellenbearbeitungsmaschine modifiziert, um alle wichtigen OAM-Zellen zu einer zentralisierten OAM-Bearbeitungs-Ressource zu leiten unter Benutzung von vorkonfigurierten internen Switchadressen. Alle Bearbeitungen der Zellen finden auf diesem einen Mikroprozessor statt und dies beseitigt die Notwendigkeit für einen spezialisierten Mikroprozessor 52 an jedem Port, wie in 14 gezeigt.
Bei einem geeigneten Schema bilden Zellen mit VCI (Virtual Channel Identifier = Virtueller Kanalidentifizierer) – drei oder vier (Segment und Ende-zu-Ende) und VP (virtual Path – virtueller Pfad) vermittelt den F4 (VPC (Virtual Path Connection = Virtuelle Pfadverbindung)) OAM-Fluss. Zellen mit PTI (Payload Type Identifier Nutzdaten-Art Identifizierer) – 4 oder 5 (Segment und Ende-zu-Ende) und VC vermittelt, bilden die F5 (VCC (Virtual Channel Connection – virtuelle Kanalverbindung) OAM-Fluss.
Zutritts- F4/F5 OAM-Strömungszellen mit einem OAM-Zellentyp = 0001 (Fehlermanagement) und einem Funktionstyp = 0000, 0001 oder 1000 (AIS, FERF, Loopback) werden von dem Zellenstrom abgetrennt und umgeleitet unter Benutzung eines vorbestimmten Headers. Diese Zellen sind die, die durch den zentralisierten OAM-Prozessor bearbeitet werden.
Eine geeignete zentralisierte OAM-Bearbeitungs-Ressource ist ein CCM (Control Complex Module – Steuerkomplexmodul), das verantwortlich ist, um OAM-Unterstützung an alle UCS (Universal Card Slot = universeller Kartenschlitz)-Module zu liefern. Die UCS-Module leiten die benötigten Zugangs-OAM-Zellen [VC AIS (Virtual Channel Alarm Indication Signal = virtueller Kanal-Alarmanzeige-Signal), VC FERF (Virtual Channel Far End Receiver Failure = virtueller Kanal-Empfänger-Fehler am entfernten Ende), VP AIS (Virtual Path Alarm indication Signal – virtueller Pfad-Alarmanzeige-Signal), VP FERF (Virtual Path Far End Receiver Failure = virtueller Pfad-Empfänger-Fehler am entfernten Ende), Segment Loopback, End-to-End Loopback] an den CCM. Der CCM erzeugt die benötigten Austritts-OAM-Zellen.
ATM-Switches nach dem Stand der Technik, die UPC (Usage Parameter Control = Gebrauchsparameter-Steuerung) implemetieren, ATM-Adressenübersetzung oder andere verbesserte Funktionalität am Hochgeschwindigkeits-(155 Mbps oder größer) Zutritts- oder Austrittsports, benötigen einen spezifischen Mikroprozessor, um portspezifische Parameter zu aktualisieren, die in einem Dual-Port gemeinsamen Memorysystem vorliegen. Diese Parameter können neue VPI/VCIs, Anwender Switch-Header, UPC-Parameter, Statistiken und Verbindungszulässigkeiten enthalten. Wenn eine Zelle an dem Zutritts- oder Austrittsport ankommt, benutzt dann eine Hardware-(H/W)-Maschine diese Parameter, um die Zellen entsprechend zu bearbeiten.
Der Nachteil bei diesem Ansatz ist, dass zusätzliche Kosten und Komplexität (PCB-Bereich, zusätzliche Komponenten, gemeinsame RAM-Systeme) benötigt werden, um die verbesserte Funktionalität zu implementieren. Diese zusätzlichen Kosten verhindern die Möglichkeit, einen preiswerten, voll ausgerüsteten Multiport-Switch herzustellen.
Eine verbesserte Funktionalität wird der H/W-Zellen-Bearbeitungsmaschine zugefügt, um die Notwendigkeit für den zusätzlichen Prozessor und gemeinsame Memory-Systeme zu eliminieren. Um dies zu tun, werden die Daten- und Steuerströme zusammengeführt und die H/W-Zellen-Bearbeitungsmaschine wird so ausgelegt, dass sie die Steuerzellen interpretieren kann. Dies aktualisiert das RAM nach Bedarf, um Zutritts- und Austrittsverbindungen zu konfigurieren und sendet Erwiderungen auf Statusanfragen. Dies kann erreicht werden durch Einführen eines feldprogrammierbaren Gate Arrays, wie eines verfügbar ist von der Xilinx Corporation, in der Zellen-Bearbeitungsmaschine. Die Zellen-Bearbeitungsmaschine kann dann die Steuerzellen interpretieren.
Ein zusätzlicher Vorteil dieses Ansatzes ist eine Reduktion im Bandbreitenbedarf des RAM-Systems. Vorhandene Implementierungen benötigen Hochgeschwindigkeit SRAM, um die gemeinsamen Memory-Systeme zu implementieren. Durch Eliminierung der Notwendigkeit, durch den externen Mikroprozessor zusätzliche Zugriffe vorzusehen, kann die RAM-Bandbreite deutlich reduziert werden.
Diese Technologie kann bei jedem ATM Switch benutzt werden. Zusätzlich kann dieser Ansatz benutzt werden von jeder Leitungskarte in einer Switchumgebung, die häufigere Parameter-Aktualisierungen benötigt.
Zurückkehrend nun zu 1 sind die ATM-Switches 1a, 1b, 1c mit den entsprechenden Ridges 6a, 6b, 6c verbunden.
In einer Ausführungsform hat jedes Ridge 6 zwölf Ethernet Ports 7 zur Verbindung mit einem Ethernet-LAN, Ethernet-Adapter von einer lokalen Workstation 8, einen konventionellen Router 9, Hub 10 oder Brücke 11.
Die Ridges 6 führen das Brücken aus, das Netzwerkschicht-Forwarding und LAN-Emulationsfunktionen, um eine transparente Kommunikation zwischen jeder der Benutzereinrichtungen über das ATM-Netzwerk zu ermöglichen. Die Ridges ermöglichen den Einrichtungen, die für Kommunikation in der LAN-Umgebung entworfen wurden, über die ATM-Umgebung zu kommunizieren. Tatsächlich führen die Ridges 6 Grundschritte aus wie folgt:
(1) Validierung der Quellenadresse
Wenn ein Packet auf einem Ridge-LAN-Port ankommt, verifiziert das Ridge, dass es die Quellen-MAC-Adresse an dem Port zuvor gesehen hat.
Falls die Adresse in der Quellen-Adressentabelle für den Port gefunden wurde, läuft das Packet weiter zur Zielidentifizierung.
Falls die Adresse nicht gefunden wird, ist eine neue Station im System hinzugekommen und das Packet wird an den Routing-Server geleitet zur Bearbeitung
(2) Zielidentifizierung
Nachdem das Ridge die Quellenadresse des Packets validiert hat, untersucht es die MAC-Ziel-Adresse des Packets. An diesem Punkt können verschiedene Möglichkeiten auftreten:

– Das Packet ist adressiert an eine Broadcastadresse oder an eine MAC-Adresse, die nicht in der Ziel-Adressentabelle des Ridges ist. Das Packet wird an den Routing-Server zur Bearbeitung übergeben.
– Das Packet ist adressiert an die MAC-Adresse des VIVID "Routing-Rechners" selbst. Dies bedeutet, dass das Packet weitergeleitet werden muss, so dass die Netzwerkschichtadresse des Packets untersucht wird. Falls die Netzwerkschichtadresse in der Ziel-Adressentabelle ist, wird die Forwarding Information aus der Tabelle entnommen und das Packet läuft weiter zur Filterstufe. Andernfalls wird das Packet an den Routing-Server übergeben.
– Das Packet ist adressiert an eine MAC-Adresse, die in der Ziel-Adressentabelle des Ridges ist. In diesem Fall kann das Packet gebrückt werden und so wird die Forwarding Information aus der Tabelle entnommen und das Packet läuft weiter an die Filterstufe.

Der Zweck dieses Schritts ist es, die logische Zieladresse in der Nachschlagtabelle einer physikalischen Adresse für das Ausgangsmedium zuzuordnen. Die Forwarding Information, die aus der Ziel-Adressentabelle erhalten wird, ist deshalb davon abhängig, wie und wohin das Packet übersandt wird. Falls die Zieleinrichtung an einen Port an dem Ridge angekoppelt ist und das Packet über eine MAC Schicht übertragen wird, wird die Ziel-Port ID aus der Tabelle entnommen. Falls die Zieleinrichtung an einen Port des Ridges angekoppelt ist, und das Packet über eine Netzwerkschicht übertragen wird, werden der Ziel-Port ID und die MAC-Adresse der Zieleinrichtung entnommen.
Schließlich wird, falls das Ziel an einem anderen Ridge angeordnet ist, lediglich die ATM-Adresse des Ausgangs-Ridges aus der Tabelle entnommen.
Die Kartierung der physikalischen zur logischen Vernetzung wird an diesem Punkt durchgeführt durch Assoziierung einer geographisch basierten physikalischen Schicht-ATM-Adresse mit der logischen Netzwerkschicht-Zieladresse innerhalb des Packets.
(3) Filterung
Nachdem die Quelle und die Zieladresse der Packets verifiziert wurden, überprüft das Ridge um festzustellen, ob es den Einrichtungen erlaubt ist, miteinander zu reden. Üblicherweise ist dies einfach eine Überprüfung der Quellenadresse, der Zieladresse und des Protokolltyps, obwohl es notwendig sein kann, tiefer in das Packet zu schauen, um bei Bedarf Applikations-Levelfilterung durchzuführen. Falls es den Einrichtungen nicht erlaubt ist, miteinander zu kommunizieren, wird das Packet verworfen.
Andernfalls wird das Packet weitergeleitet an die Umsetzungsstation.
(4) Umsetzung
Falls das Packet durch einen LAN-Port in das System eingetreten ist und forwarded wird über eine Netzwerkschicht, wird die Ethernet- oder die 802.3 Verkapselung entfernt zusammen mit der Quellen- und der Ziel-MAC-Adresse aus dem Packet und die Time-to-Live für das Packet wird vermindert. Das Packet wird dann verkapselt als ein geroutetes PDU, um über die ATM Struktur übertragen zu werden.
Wenn das Packet an einen Ridge-Port gesandt wird, wird die Quell-MAC-Adresse des Packets auf die MAC-Adresse des VIVID "Routingrechners" gesetzt. Die Ziel-MAC-Adresse wird auf den Wert gesetzt, der erhalten wurde von der Zieladressentabelle während der Zielidentifizierung. Dann wird das Packet in der für das LAN geeigneten Form verkapselt.
(5) Anrufaufbau
Falls das Packet über die ATM-Struktur übersandt werden soll, überprüft das Ridge, um zu sehen, ob es ein SVC zu dem Austritts-Ridge hat. Falls ein SVC bisher noch nicht eingerichtet wurde, wird ein Ruf erzeugt zu dem Austritts-Ridge unter Benutzung der ATM-Adresse, die während der Zielidentifizierung erhalten wurde.
(6) Übertragung
Das Packet wird übertragen auf den Ridge-Austritts-Port oder fragmentiert in ATM-Zellen und über ein SVC zu dem Austritts-Ridge übertragen. Jedes Ridge 6 sieht deshalb Medien-Raten-Verbindungen vor zwischen einem herkömmlichen Local Area Network (LAN) (z.B. Ethernet/802.3, Token Ring/802.5, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), etc.) und dem asynchronen Transfermodus (ATM) Wide Area Network.
Die Ridges 6 können angesehen werden als 178,560 pps-Switching- und Konzentrationselemente. Die durch die Ridges ausgeführten Funktionen sind mehr spezifisch:

a) ATM-Schichtsegmentation und Wiederzusammensetzung,
b) ATM-Adaption Schicht 5 (AAL5),
c) Verkapselung und Entkapselung von Rahmen in RFC 1483 Headern,
d) Ableitung einer ATM-Adresse und/oder einer VPI/VCI von dem Header eines Rahmens,
e) Ethernet-Brückung oder Netzwerk-Schicht Forwarding von Rahmen,
f) Fragmentation von IP-Rahmen die auf einem ATM-Port erhalten wurden, und
g) Übertragungs-Konvergenzunterschichtenbearbeitung in Übereinstimmung mit SONET STS-3c.

Wie detaillierter unten beschrieben wird, verkapselt das Ridge an dem Ethernet-Interface die empfangenen Zellen und sendet sie in das ATM-Netzwerk zu ihren Zieleinrichtungen. Auf dem ATM-Interface verkapselt das Ridge die Zellen, die für seine angeschlossenen Ethernet-Hosts bestimmt sind, bevor sie über das Ethernet zu ihren Zieleinrichtungen geschickt werden.
2 zeigt eine alternative Anordnung, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In 2 ist der ATM-Switch 1c, der sowohl mit dem Ridge 6c verbunden ist als auch mit dem ridge-artigen Gateway 14, das wiederum verbunden ist mit der Workstation 15. Anstatt ATM-Zellen zu Ethernet-Format zu konvertieren und umgekehrt, verkapselt das Gateway 14 die einkommenden ATM-Zellen in Ethernet-Rahmen, was ihnen ermöglicht, direkt durch die Ethernet-Adapter in den lokalen Workstations mit der Hilfe der Ethernet-Treiber empfangen zu werden.
Um Fairness ohne Wettstreit zu erreichen, wird ein Management-Informations-Rahmen durch das Ridge an die angeschlossenen Ethernet-Hosts übertragen. Wenn ein Host einen Management-Informations-Rahmen erhält, überträgt er Daten auf den virtuellen Circuit(s), der (die) in dem Management-Informations-Rahmen angegeben ist (sind) und entsprechend der Bandbreitenparametern, die mit den virtuellen Kanälen assoziiert sind, als sie initialisiert wurden. Auf diese Weise werden das Ridge und der oder die Hosts synchronisiert, so dass jeder Host eine spezifische Menge von Bandbreite erhält ohne Wettstreit oder Kollision.
Unter Bezugnahme auf die 3 hat das dargestellte Ridge 6 zwölf 10 Mbps (10 baseT) Ethernet-Ports 20 zur Verbindung von Ethernet-Einrichtungen, einen einzelnen RS-232 seriellen Port 21 und einen 155 Mbps one OC-3 over Multi-Mode Faser-ATM-Port Schnittstellen-Port 22. Wie oben angegeben, führt das Ridge 6 das Bridging durch, die LAN Emulation und Netzwerkschicht Forwarding-Funktionen. Sowohl Benutzerdaten als auch Steuerverkehr (zu und von dem Routing Server und dem Systemmanager) werden über die ATM-Schnittstelle geführt.
Die Funktion des Ridges 6 ist, Ethernet-Brückung auszuführen, Netzwerkschicht-Forwarding und LAN-Emulation für zwölf Ethernet-Ports und einen einzelnen ATM-Port. Verkehr zwischen Ethernets kann entweder gebrückt oder direkt netzwerkschichtmaßig übersandt werden; wenn der ATM-Port für den Verkehr mit anderen Ridges benötigt wird, wird Verkapselung und ATM-Schichtbearbeitung durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf die 4, die ein detaillierteres Blockdiagramm ist, umfasst das Ridge 6 Ethernet MAC-Empfänger 23 und Sender 24, einen ausgehenden Rahmen-Prozessor 25, einen einlaufenden Rahmen-Prozessor 26, einlaufende und ausgehende Rahmen-Speichermemories 27, 28, einen Suchmaschinenfilter 29 (dargestellt in der 9 und detaillierter beschrieben in unserer parallelen Anmeldung Nr. PCT/CA94/00695, eingereicht am 22. Dezember 1994 und betitelt "Look-up Engine for Packet-Based Network), einen ATM-Schichtensegmentierungsprozessor 30, einem Zellen-Autopadder 31, einem TC-Schicht SONET-Framer 32, ATM Schicht-Re-Assemblierungsprozessor 33 und einem schnellen Warteschlangendienstcontroller 34. Der TC-Schicht-SONET-Framer ist mit dem ATM-Modul 35 verbunden, das das ATM-Interface 22 aufweist zur Verbindung über optische Fasern oder Twisted-Pair-Kupferleitungen.
Der Zweck des schnellen Warteschlangendienstcontrollers 34 ist, an eine Ausgangswarteschlange Packets aufzureihen, die für Ethernet-Ports bestimmt sind. Es gibt eine Ausgabewarteschlange für jeden Port. Wenn eine Warteschlange bedient wird, wird das Packet an den Ethernet MAC Port übertragen, der in der Lage sein muss, das Packet anzunehmen. Alle Warteschlangen haben die gleiche Priorität.
In dem schnellen Warteschlangendienstcontroller 34 wird die Verfügbarkeit der Ports und der Daten faktorisiert in die Anforderung für die nächsten Ports. Die Port-Verfügbarkeit wird als eine Bitmaske in der Adresse dargestellt.
Eine Priorität, die mit "Round Robin"-Priorität kodiert wird, stellt sicher, dass, falls die aktuelle Warteschlange (wie sie durch "Round Robin' definiert wird) nicht bedient werden kann (weil entweder der Port oder die Daten nicht zur Verfügung stehen), dann der Port mit der nächst höheren Priorität, der alle Anforderungen befriedigt, zurückgegeben wird. Deshalb gibt diese Einrichtung immer ein brauchbares Ergebnis zurück. Mit den adressenkartierten Bitverzeichnissen mit nützlichen Daten kann das Ergebnis mit lediglich einer Leseoperation zurückgegeben werden, wodurch die Leistungsfähigkeit verbessert wird.
Der schnelle Warteschlangendienstcontroller 34 kann tatsächlich auf jeden Satz von parallelen Warteschlangen angewandt werden, der diesen Dienst benötigt, und es ist nicht beschränkt auf einen "Round-Robin'-Dienstmechanismus aber kann ebenfalls implementiert werden, wo den Warteschlangen unterschiedliche Prioritäten zugeordnet sind.
Der Verkehrsstrom in einem Ridge 6 ist in 5 gezeigt. Das Ridge 6 wurde entworfen für separate Datenpfade in der Empfangs- und Sendungssrichtunq. Die einzige Ausnahme ist der lokal vermittelte Ethernet-Verkehr, der durch das Segmenter-RAM-System über eine Bypasseinheit 45 geleitet wird. Dieser Ansatz erleichtert die Anforderungen an ein Einfach-Memory-System, das schnell der Engpass des Systems würde.
Quad MAC 40, der den Sender 24 und den Empfänger 23 in der 4 vorsieht, hat 3 Kb Input- und Output-FIFOs 46, die verbunden sind mit dem Segmenter-RAM 41 und dem Segmenter 42 an dem ATM-richtungsseitigen und dem Re-Assembler RAM 43 und Re-Assembler 44 auf dem ethernetseitigen Eingang.
Die Bypass-Einrichtung 45 erlaubt dem einlaufenden Ethernet-Verkehr, das ATM-Netzwerk zu umgehen und direkt zu dem Ausgang von Quad-MAC 40 zu gelangen. 6 zeigt detaillierter den Packetfluss in der ATM-Richtung. Als erstes werden die Ethernet-Rahmen in ihrer Gesamtheit innerhalb des Quad MAC ASIC FIFO 46 gepuffert, dann informiert der QMAC den AXE RISC-Prozessor 48 über den Empfangscontroller 47, dass ein DMA benötigt wird. Der AXE (Übertragungsmaschine) 48 initiiert einen DMA zum Segmenter-RAM ohne zu berücksichtigen, welcher Port gewählt wird, und der Empfangscontroller 47 wählt den Port unter Benutzung eines "Round-Robin"-Prioritätschemas. Die Suchmaschine 29, auf die oben Bezug genommen wird und die in unserer parallel anhängigen Anmeldung beschrieben wird, horcht dann und lädt die Rahmen-Header-Information (siehe 9) im "Fly-By"-Modus und startet die Contextsuche für die Quelle, die Ziel-MAC-Adresse, den Protokolltyp, die Port-Gruppe etc. Wie in der 6 gezeigt wird, werden die dekodierten Rahmen-Daten an die Übertragungsmaschine (AXE) 48 gesendet.
Die AXE 48 übernimmt die Suchergebnisse und kann das Packet verwerfen oder eine Netzwerkschichttransformation durchführen falls instruiert. Es formatiert das Packet dann wieder wie erforderlich in einen CS-PDU und informiert den Segmenter 42, das Zellenaufteilen zu beginnen, der Segmenter vollführt die ATM-Segmentation und sendet den Puffer nach Vollendung zurück. Der AXE 48 ist eine 50 MHz R3000 RISC-Maschine mit einem integrierten Hochgeschwindigkeits-DMA und einem separaten sekundären Prozessorbus.
Um die Mediengeschwindigkeitsleistung beizubehalten, muss sie die unten beschriebene Aufgabe in 5,6 μs (280 Zyklen) vervollständigen. Die AXE 48 hält die DMR-Daten zwischen den QMACs und den Segmenter RAM im Vordergrund fließend, wobei etwa 512 Bytes zur gleichen Zeit bewegt werden; es gibt keine Verschachtelung von Ports, nachdem eine Packet-DMA einmal begonnen hat. Im Hintergrund werden Packetinformationen erhalten von dem LUE FIFO, und die AXE-Packet-Behandlung beginnt.
Das Packet wird entweder verworfen, gebrückt oder Netzwerkschicht- übersandt. Für gebrückte Packets wird keine Packetmodifizierung durchgeführt.
Für Netzwerkschicht-übersandte Packets werden Felder im Header der Netzwerkschichtnutzdaten modifiziert; z. B. wird im IP-Fall der TTL heruntergezählt und die Prüfsumme angepasst. Die neue Ziel-MAC-Adresse wird an den Packetdeskriptor angehängt zum Einfügen durch den Sendecontroller. Die Bearbeitung in diesem Stadium ist protokollabhängig.
Das Packet wird verkapselt in RFC 1483-artige LLCVerkapselung für die ATM Adaptationsschicht 5.
Der VC wird eingefügt von dem LUE 29.
Der Rahmen wird in die Warteschlange zu dem Segmenter für das ATM oder die lokale Übermittlung eingereiht.
Vom Ridge-Host-Prozessor kommender Verkehr erscheint dem Rest des Ridges (8) einfach als ein "13ter Port".
Ein Teil von dem Host-Prozessor-Komplex umfasst eine FIFO-Schnittstelle, die den Quad MAC 40 nachbildet.
Daten strömen aus den Ethernet-Ports über einen zu dem der vorherigen Beschreibung symmetrischen Pfad, wie in 7 gezeigt, die den Datenstrom in der ATM-Ethernet-Richtung zeigt. Dieser ist vergleichbar mit dem in der 6 beschriebenen mit der Ausnahme, dass der Sendesteuerprozessor 50 den QMAC-direkten Speicherzugriff ausführt und MAC-Header zufügt. Der Sendecontroller 50 ist funktionell ähnlich dem AXE 48, da Packets von den Segmenter- und Reassembler-RAMs ausgepackt werden, MAC-Adressen eingefügt und an die Quad MACs weitergegeben werden. Wie der AXE ist der TXC implementiert mit einem 50 MHz R3000-basierten RISC-Prozessor und muss seine Bearbeitung in 5.6 μs abschließen.
Es gibt drei Quellen von Ethernet-Packets, die von dem Ridge übertragen werden. ATM-Zellen, lokaler Inter-Portverkehr und vom lokalen Host-Prozessor stammend. In den letzteren zwei Fällen sind die Rahmen eher im Segmenter-Speicher als im Reassembler-Speicher.
Damit muss der Sendecontroller 50 mit zwei Verkehrsquellen arbeiten, um die QMACs 40 zu versorgen.
Der Packetstrom von dem Reassembler ist wie folgt:

1) Die ATM-Zellen werden reassembelt in dem Reassembler-RAM;
2) Der Reassembler fügt die Packet-Header in den LUE ein, der die Quellen- und die Ziel-MAC-Adressen wie auch die ausgehende Port-Gruppe bestimmt. Diese Information wird dann an den Rahmen angehängt zur Benutzung durch den Sendecontroller;
3) Der Rahmen wird vom Reassembler in die Warteschlange des Sendecontrollers eingereiht.

Der Packetstrom vom Segmenter-Speichersystem umfasst einfach, dass der Segmenter Rahmen in die Warteschlange des Sendecontrollers 50 einreiht. Nachdem der Sendecontroller-RISC-Prozessor von der Ankunft von Rahmen über den ATM oder lokale Schaltpfade informiert wurde, fügt er die MAC-Adressen ein und leitet den DMA nach außen an den entsprechenden Port von dem Quad MAC.
Der QMAC 40 ist detailliert in 8 gezeigt. Dieser umfasst einen ASIC, der vier Ports von Ethernetverkehr und von Hochgeschwindigkeits-, 32 Bit breiten synchronen Datenbussen bedient; es wird ein externer DMA benötigt.
Der QMAC 40 weist integrierte 10 BaseT oder AUI-Transceiver auf, eine volle Ausrüstung von Packet- und Byte-Zählern und einen internen 3k Packetpuffer in jeder Richtung.
Die Suchmaschine 29 ist in 9 gezeigt und beschrieben in unserer parallelen Anmeldung, auf die wir uns bereits oben bezogen haben. Die Suchmaschine (Lookup Engine, LUE) wird jedes Mal benutzt, wenn ein Packet aus dem Ethernet oder dem ATM-Netzwerk erhalten wird. Die Art von Information, die die Maschine liefert, die in einer Nachschlagtabelle gehalten wird, ist abhängig von der Richtung des Packetflusses und der Art des Packets. Die LUE wird alle benötigten Informationen liefern, um den Pfad zu jeder bekannten Zieleinrichtung zu finden, als auch Standardinformationen im Falle von unbekannten Zieleinrichtungen. Die Standardinformation wird in den meisten Fällen das Packet zu dem Routingserver leiten.
Die LUE 29 basiert auf Tabellenrecherchen unter Benutzung von Halb-Byte-Indizierung auf veränderlichen Abschnitten des Packets, sowie MAC- und Netzwerkschichtadressen, und Bitmustererkennung auf bestimmten Abschnitten für die Netzwerkschicht-Protokollbestimmung. Jede Nachschlagetabelle ist organisiert in einem hexadezimalen Suchbaum. Jeder Suchbaum beginnt mit einer 16-Wort-Wurzeltabelle. Der Suchschlüssel (z. B. MAC-Adressen) wird in Halbbytes aufgeteilt, die benutzt werden als Index für nachgeschaltete Tabellen. Die 16 Bit-Eintragung in der Tabelle wird mit dem nächsten 4 Bit Halbbyte verkettet, um die 20 Bit-Adresse der nächsten 16 Wort-Tabelle zu bilden. Die letzten Blatt- Eintragungspunkte deuten auf die gewünschte Information. Ein Blockdiagramm der LUE ist unten gezeigt:
Bitmustererkennung wird erreicht durch einen Satz Mikrocode-Instruktionen. Die mikrocodierte Maschine hat die Fähigkeit, Felder in einem Packet zu vergleichen mit vorprogrammierten Konstanten und üblicherweise in einer einzelnen Anweisung Zweig- und Indexerhöhung durchzuführen. Die Mikrocode-Maschine hat vollständige Kontrolle über den gesamten Suchalgorhythmus, so dass sie zugeschnitten werden kann auf spezifische Nachschlagfunktionen und neuer Mikrocode wird geladen, wenn neue Funktionen benötigt werden. Die Ausgabe der mikrocodierten Maschine der Packetanalyse ist ein Index, den der AXE benutzen kann, um schnell auf eine Verarbeitungsroutine zu deuten.
Lernen und Altern von Quellenadressen benötigt Baum-Manipulation und wird erreicht als eine Hintergrundaufgabe mit der Hilfe von dem AXE- und den Host-Prozessoren. Neu erkannte Quellen-MAC-Rahmen resultieren in einer internen Meldung, die an den Host-Prozessor geleitet wird, die verlangt, dass Parameter zu der LUE-Quell-RAM zugefügt werden. Der Host-Prozessor greift dann auf den LUE RAM zu und überarbeitet den Baum nach Bedarf.
Die LUE ist physikalisch partitioniert in eine große FPGA, separate Quellen- und Ziel-Nachschlagspeicher von 512 kB bzw. 1 MB, einen herunterladbaren Mikrocode RAM und einer Kombination von Xilinx und FIFO-Einrichtungen als Schnittstellen zu den RISC-Prozessoren.
Zur Reduzierung der Entwurfsanforderungen an ein einfaches, superschnelles-Speichersystem, das benötigt wird für die Segmentation, für die Reassemblierung und für QMAC-Verkehr, wird die ATM SAR-Funktion durch das Ridge in zwei Teile aufgespaltet. Somit ist die Architektur horizontal geteilt in der Richtung und tatsächlich ein Vollduplex-System.
Der Segmenterkomplex besteht aus einem ATMizer, einem Interface in das Segmenter-RAM auf seinem Primärbus, einigen zusätzlichen Hochgeschwindigkeits-Zeigerspeichern auf seinem sekundären Bus und einem Speicher für den Reassembler. Letzterer wird benutzt als ein SAR-Kommunikationspuffer für OAM und untergeordnete Switchingunterstützung.
Ein spezialisierter ATMizer wird benutzt zur Implementierung von ATM-Reassemblierung in dem Ridge von bis zu 1024 simultanen VCs. Wenn Packets reassembelt werden, horcht die LUE auf die einkommenden ersten Zellen und liefert die Ziel-MAC-Adresse, falls es sich um eine geroutete PDU handelt (die Quell-MAC ist automatisch der Routingserver).
Der MAC wird an das Packet angehängt durch den Reassembler für schnelles Einfügen durch den Sendecontroller.
Zellen können von dem Reassembler an den Segmenter weitergeleitet werden unter Benutzung einer Zwischen-ATMizer-Zellenverbindung. Dies ist günstig für Loopback-Diagnosen. Die Segmenter- und Reassembler-RAMs sind ähnlich in der Funktion und liefern die Zwischen-CS-PDU-Pufferung zwischen den ATM und LAN-Umgebungen. Der Segmenterspeicher hat vier Ports: den AXE-Sekundärbus, den Quad MAC (AXE Primärbus), den Sendecontroller und den Segmenter. Der Reassemblerspeicher hat drei Ports: den Sendecontroller und die beiden Primär- und Sekundärbusse des Reassemblers. Beide haben 512 kB Kapazität.
Jedes RAM-System hat einen ähnlichen Zuordnungscontroller und Dienstzugriffanforderungen, von denen nur jeweils ein einziger in einer "Round-Robin"-Weise erledigt wird. Der Zuordner erlaubt es, dass sich Adressen hinter den Puffern sammeln, so dass die Umschaltzeiten zwischen Schnittstellen minimiert werden. Zur Zeit benutzten die Speichersysteme Hochgeschwindigkeits- 15 ns RAMs, um drei Zyklen für die Zuordnung bzw. vier bis fünf Zyklen für das Schreiben und Lesen zu erreichen. Die RAM-Systeme liefern über 800 Mbps in gestützter Bandbreite.
Das Ridge benötigt einen überwachenden Host-Prozessor, der den Systemstart handhabt, als auch Energieversorgungsdiagnose, Herunterladen von LUE- und RISC-Prozessoren, das Ablaufenlassen von Spannbaumalgorithmen, das Durchführen des Netzwerkmanagements (SNMP, 4602 I/F), das Durchführen der lokalen Serienportkonfiguration, das Verbindungsmanagement (Q.2931), das "Lernen" und die Tabellenpflege für den LUE durchführt, das Laufenlassen von PHY-Modulstatuscode bei Bedarf (OC3) und die Steuerung der Anzeige-LEDs.
Der Hostprozessorkomplex wird realisiert mit einer 6 MIP MC68349 CPU, die bei 25 MHz arbeitet mit den folgenden Peripheriegeräten: 2 MB RAM, zwei Bänken von 1 Mbyte-Flash-EPROMs (Intel-basiert); 32 KB batteriegepufferten NVM (Non-volatile-Memory – nicht flüchtiger Speicher); 2 KB FIFOs in jeder Richtung für Packetübertragung; ATMizer serielle Herunterlader; und RS-232-Transceiver für die lokale serielle Portkonfiguration.
Von einer "5-Prozessor-Pipeline" Architektur wie dem Ridge kann erwartet werden, dass sie erhebliche Datendurchsatzerfordernisse hat; derer sind im Wesentlichen drei, wie in den folgenden Abschnitten beschrieben.
Der Hostprozessor muss die Konfigurations-, die Wartungs- und die Statistik-Abfragepackets an jeden der ATMizer weiterleiten, als auch mit externen Ethernet basierten Einrichtungen kommunizieren. Um diese zwei Erfordernisse zu erleichtern, erscheint der Hostprozessor als ein "13ter Port" eingereiht mit den QMACs zu den AXE und Sendecontrollern. Rahmen, die für den internen Prozessor bestimmt sind, werden durch den AXE markiert und in den Segmenterspeicher geladen, im Wesentlichen wie der reguläre Verkehr. Um zu dem Reassembler zu kommen, muss ein Mitteilungs-Packet vom Sendecontroller physikalisch in den Reassemblerspeicher zurückkopiert werden.
In der anderen Richtung unterscheidet der Sendecontroller zwischen lokalen Nachrichten und MAC-adressiertem Verkehr, der bestimmt ist für den Host, indem eine Markierung (Flag) vor das Packet gehängt wird. Der Hostprozessor benutzt seinen Integralen-DMA-Controller um Daten zu und von seinem QMAC-emulierenden FIFOs zu bewegen.
Da Pufferzeiger weitergeleitet werden zwischen den Ridge-ATMizern, wird eine einfache Interruptmarkierung benutzt, um ihren Bearbeitungsbedarf anzuzeigen. Zur gleichen Zeit wird der "CPCond"-Eingang gesetzt, so dass eine einfache R 3000-Zweig-Instruktion in einem einzigen Zyklus auf die Marke zeigen und die Abfrage weiterleiten kann.
Der Segmenter empfängt ein Interrupt von dem AXE, der die Ankunft eines Datenpuffers anzeigt. Der TXC empfängt ein Interrupt vom Segmenter und Reassembler, der die Ankunft eines Datenpuffers anzeigt.
Der Segmenter und der Reassembler unterbrechen einander, um ihre Speicherwarteschlangen zu bedienen.
Der Segmenter und der Reassembler benötigen einen direkten Kommunikationspfad für bidirektionale Protokolle wie untergeordnetes Switching und ATM OAM. Dies wird erreicht durch einen kleinen Speicher und die Fähigkeit, einander zu unterbrechen.
Mit vier Prozessoren, die Daten durch das Ridge bewegen, wird ein optimales Schema zur Weiterleitung von Pufferzeigern und der Rückgabe von freien notwendig. Indem die Speicher vom Segmenter und Reassembler mehrere Ports haben, ist kein aktuelles Kopieren der Daten notwendig. Der Einfachheit wegen und wegen niedriger Kosten werden Speicherzeiger durch die Speicher mit mehreren Ports hindurchgeleitet auf dem gleichen Weg wie die Daten. Um die Komplexität bei der Rückgabe von Puffern zu verhindern, werden sie in einer unidirektionalen Weise durchgeleitet, wie in der 10 gezeigt.
Packets, die vom AXE empfangen wurden, werden an den Segmenter weitergeleitet, ob sie für das ATM-Netzwerk bestimmt sind oder nicht. Im Fall eines lokalen Verkehrs wird der Segmenter das Packet wieder an den Sendecontroller einschleusen, was bedeutet, dass die Liste von zurückgegebenem freien Puffer durch einen einzelnen Prozessor gemanagt wird. Dies verhindert Probleme beim Wiedereintreten und vereinfacht das gesamte Puffermanagement.
Datenpuffer, die vom Reassembler empfangen werden, können einfach an den Sendecontroller zur Ethernetübertragung weitergeleitet und zurückgeleitet werden, wenn der DMA abgeschlossen ist.
Statistiken werden geführt von einer Kombination von Hardware und Software in dem Ridge, abhängig von der Anwendung. Die Quad MACS haben Hardwarezähler für:
Anzahl von gesendeten/empfangenen Rahmen
Anzahl von gesendeten/empfangenen Bytes
Ethernetempfangsfehler (CRC, Ausrichtung, "Runt")
Anzahl von Kollisionen

– Anzahl von fehlgeschlagenen Übertragungen aufgrund von mehr als 16 Kollisionen
– Andere Statistiken werden durch ATMizers zum Bericht über die Hostprozessoren gesammelt. Beispiele davon sind:
– Anzahl der gesandten/empfangenen Zellen
– Anzahl von Sicherheitsverletzungen/Port

Das Ridge-PHY-Modul trägt der aktuellen Debatte über physikalische Schnittstellentypen Rechnung, indem es sie einfach auswechselbar macht. Dies ist detailliert in 11 gezeigt.
Die Ridges sind deswegen Schlüsselelemente des Systems, die 12 Ethernetports mit lokalem Switching auf eine einzelne ATM Hauptleitung konzentrieren zur Verbindung mit einem ATM-Switch. Die spezielle Ausführungsform des beschriebenen Ridges hat: 12 10-BaseT Ethernetports; einen modularen ATM-Port (erste Ausgabe: 155 Mbps STS-3c über Multimode-Faseroptikkabel); volle Mediengeschwindigkeitsbrückung und Netzwerkschicht-Forwarding zwischen allen Ethernet- und ATM-Ports; breiter Bereich von Packetfilterfähigkeiten; Unterstützung von IP-Fragmentation in der ATM-zu-Ethernet-Richtung; Managebarkeit unter Benutzung von SNMP und Standard MIBs; Spannbaumalgorithmen; ATM-Unterstützung: AALS, CLP, OAM, Verkehrsformung, Newbridge "Switching mit niedriger Priorität"; Fernüberwachung des Verkehrs mit Ethernet-"Abhör"-Modus; Rack-, Desktop- oder Wand-montierbar in Einzelgehäusen; lokale Managementschnittstellen (Serieller Port); herunterladbare Software unter Benutzung von "Flash" Memory; "weiche "RISC-" und ASIC-basiertes Design. über 200 MIPS.
Das beschriebene Ridge ist somit ein ATM LAN-Emulator, der entworfen wurde, um eine geroutete Ethernetumgebung mit einem ATM-WAN-Netzwerk mit den folgenden Eigenschaften zu vereinen: niedrige Kosten; volle Mediengeschwindigkeitsbrückung und Netzwerksschicht-Forwarding; noch zu definierende/zu erfindende Standards zu berücksichtigen; die Unterstützung eines vollen Bereiches von Filterfähigkeiten; Verstehen und Nutzung von gerouteten Protokollfähigkeiten; als Einzelgerät oder integriert in einer Vielzahl von verschiedenen ATM-Hubs; direkter gerader Entwicklungspfad zu ASICs.
Schlüsselelemente für das Ridge sind:
Schnelle Ethernet-MACs mit hoher Kapazität,
Leistungsfähige Tabellensuchmaschine. Ein wesentlicher
Aspekt von Brücken und Routingrechnern ist die Fähigkeit, schnell Ports, VCs, MAC-Adressen, Sicherheitsbeschränkungen, etc. in Echtzeit zuzuordnen. Auf dem Ridge bedingt dies die Notwendigkeit eines Nachschauens alle 5,6 μs in einer Tabelle, die wenigstens 8.000 MAC-Einträge enthält.

Flexible Netzwerkschicht-Hardware-Analysierer.

Um Hochgeschwindigkeitsnetzwerkschicht-Forwarding durchzuführen, müssen Rahmen schnell analysiert und modifiziert werden mit neuen MAC-Adressen, TTL und Prüfsummen. Ein Hochgeschwindigkeits-RISC-Prozessor macht diese Arbeit derzeit und ist mit der Tabellensuchmaschine gekoppelt um einen Rahmenbearbeitungskomplex zu bilden.
Schnelle, ATM-Ethernet-Puffersysteme mit vielen Ports. Da das Ridge eine Speicher- und Forwardingeinrichtung ist und Verstopfung in beiden Richtungen möglich ist, ist die Größe von internem Pufferspeicher eine Überlegung wert. Das Speichersystem muss schnell sein, wenigstens 275 Mbps in jeder Richtung ermöglichen, relativ groß und billig sein. Andere wesentliche Charakteristika schließen eine effiziente Zuordnung der RAM-Systeme und niedrige Zugriffsverzögerung ein.
Ein fundamentaler Aspekt der Ridges ist das Neupacken von Ethernetrahmen, eines Einfügens eines VCI und Aufteilen in 53 Byte Zellen. Der entgegengesetzte Prozess erfordert gleichzeitig das Zusammensetzen von Rahmen und das erneute Leiten an die entsprechenden Ethernetports. Die Zellengröße und die erforderliche ATM-Bearbeitung sind hoch abhängig von der Zielumgebung.
Der "ATMizer" hat einen 50 MHz R3000 Kern, der gekoppelt ist mit internem RAM, Caches, DMA- und ATM-Serialisierungshardware, die erforderlich ist, um ATM-Zellen in Echtzeit zu bearbeiten.
RISC-basierte DMA. Die Fähigkeit, um Ridge-Daten mit hoher Geschwindigkeit herumzubewegen, Felder zu modifizieren und Warteschlangen zu managen, verlangt nach einer extrem schnellen und kosteneffektiven RISC-Lösung. Um den Entwicklungsprozess abzukürzen und eine hochoptimierte integrierte Lösung zu nutzen, benutzt das Ridge zwei ATMizer in einer Nicht-ATM-Anwendung, um schnelle Datenbearbeitung durchzuführen.
Hochgeschwindigkeits-ATM-Port. Verbindung mit einem ATM-Switch über ein Übertragungsmedium (eigenständiges Ridge) oder eine geeignete Backplaneschnittstelle (Stealth in dem 36150 Switch). Da die Wahl des physikalischen Mediums und des Framingschemas zur Zeit noch stark debattiert wird, wird ein austauschbares PHY-Modul für diese Funktion benutzt.
Ein relativ langsamer Prozessor wird benötigt als ein Haushaltungsprozessor für das Netzwerkmanagement, für die Diagnose, Konfiguration und Gesamtüberwachung. In einer Ausführhrngsform ist dies ein Motorola 68349 Mikroprozessor, der mit 25 MHz getaktet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung wird beschrieben unter Bezugnahme auf die 15 bis 18.
In 15 werden der ATM-angeschlossene Digitalcomputer und nachfolgende LAN-Adapter 100, 101 benutzt, um nachfolgende Ethernet-LANs und digitale Computer mit dem ATM-Switching Fabric 102 zu vernetzen, das aus einem oder mehreren ATM-Switches 103 zusammengesetzt sein kann. Diese Konfiguration wird benutzt, um LAN-Datenverkehr zwischen den verschiedenen Endeinheiten zu transportieren.
Aber die Vorteile von ATM, die garantierte Bandbreite (Bandwidth – BW) einschließen, Verkehrsmanagement etc. werden nicht erstreckt über die nachfolgenden LAN-Adapter hinaus auf die nachfolgenden angekoppelten LAN- (z. B. Ethernet-) Digitalcomputer. Deshalb ist es unmöglich, Ethernet zu benutzen im Sinne des traditionellen Carrierbetriebes mit vielfachem Zugriff und Kollisionserkennungs-(CSMA/CD)-Modus, alle zur Verfügung stehenden Dienstleistungen an direkt angekoppelten ATM-Komponenten- (z.B. Digitalcomputer) vorzusehen, wenn in den nachfolgenden LAN-Umgebungen nicht ein Zwischenlevelzugangsmechanismus benutzt wird.
ATM-Dienstleistungen bei einer Ethernet-angekoppelten Endstation (Digitalcomputer) vorzusehen, die mit dem ATM-Switching Fabric über einen ATM-angekoppelten Nachfolge-LAN-Adapter verkoppelt ist, erfordert ein Verbindungsmanagement-, Signalisierungs- und Bandbreitenmanagementmechanismus vorzusehen, der deterministisch den Zugang zu den Ethernet- LAN von allen Endstationen, die mit ihm verbunden sind, steuert und ATM Q.2931-Signalisierung auf die Ethernet-Endstationen ausdehnt.
Das Bereitstellen von vollen ATM-Dienstleistungen für an Ethernet angekoppelte Endeinrichtungen unter Benutzung von Digitalcomputern als ein spezifisches Beispiel für derartige Endeinrichtungen wird nun beschrieben.
15 beschreibt ein typisches Beispiel eines verbundenen Systems von Ethernet-angekoppelten Digitalcomputern 101 und ATM-angekoppelten Digitalcomputern 100.
In 16 werden die Ethernet-angekoppelten Nutzer von ATM-Dienstleistungen dargestellt als Blöcke, die vier Schichten enthalten: "Anwendung(en)", "ATM API", "802.3 Treiber" und "802.3 Interface" bzw. 101a, 101b, 101c, 101d, jeweils angekoppelt an das Ethernetbackbone 104, das durch einen virtuellen ATM-Switch 105, der unten detaillierter beschrieben wird, angekoppelt ist an den ATM-Switch 103.
Die "Anwendung(en)"-Schicht 101 ist vorgesehen, schematisch eine Anwendung zu repräsentieren, die geschichtet ist auf ein ATM-Anwendungsprogamminterface (API), das benutzt wird, um die ATM-Dienste auf die Anwendung zu erstrecken.
Die "ATM API"-Schicht 101b soll schematisch eine Komponente darstellen, die API-Dienstleistungen an den oberen Schichtnutzer liefert im Sinne der niedrigeren Schichtbereitsteller, der in dieser Figur der "802.3 Treiber" ist. Typische Dienste, die durch derartige API bereitgestellt werden umfasst "atmConnectReq", der benutzt wird, um zu beantragen, dass eine Verbindung von einem ATM-Endpunkt hergestellt wird, die mit einer Anwendung korrespondiert, die in der ATM-Adresse spezifiziert wird; "atmTx" der benutzt wird, um Servicedateneinheiten (Service Data Units – SDUs) an einen ATM-Endpunkt zu liefern über eine vorher hergestellte Verbindung; und "atmRx" der benutzt wird, um SDUs von einem ATM-Endpunkt zu empfangen über eine zuvor hergestellte Verbindung. Der obere Teil von 17 stellt schematisch diese Konstruktionen dar.
Die "802.3 Treiber" 101c-Schicht soll schematisch eine Komponente darstellen, die SDUs in ATM-Zellenformate umwandelt und das ATM-Verbindungsmanagement, Bandbreitenmanagement und Signalisierung bereitstellt. Diese Schicht wird benutzt, um ATM-Verbindungen herzustellen und zu zerstören, SDUs in ATM-Zellen für die Übertragung und ATM-Zellen in SDUs für den Empfang zu konvertieren und steuert die Übertragung von ATM-Zellen auf das Ethernet-LAN.
Die "802.3 Interface"-Schicht soll schematisch das Ethernetinterface darstellen zum Ethernet-LAN. Dieses Interface wird benutzt, um Ethernetrahmen zu senden und zu empfangen.
Die ATM-angekoppelten Nutzer von ATM-100 Diensten sind gleicherweise dargestellt als Blöcke, die vier Schichten enthalten: "Anwendung(en)", "ATM API", "ATM Treiber" und "ATM Interface" bzw. 100a, 100b, 100c, 100d.
Das obere Schichtinterface zu dem "ATM API" 100a liefert das gleiche Interface an eine Anwendung, die auf einer ATM-angekoppelten Endstation residiert, wie der "ATM API" abgeleitete ATM-Dienstleistungen an eine Ethernet-angekoppelte Endstation liefert.
Die "ATM Treiber"- Schicht 100b soll schematisch eine Komponente darstellen, die SDUs in ATM-Zellenformate umwandelt und das ATM-Verbindungsmanagement, Bandbreitenmanagement und Signalisierung vorsieht. Diese Schicht wird benutzt, um ATM-Verbindungen herzustellen und zu zerstören, SDUs in ATM-Zellen zur Übertragung und ATM-Zellen in SDUs für den Empfang zu konvertieren und die Übertragung von ATM-Zellen in das ATM-Netzwerk zu steuern.
Die "ATM Interface"-Schicht 100c soll schematisch das ATM-Interface zu einem ATM-Netzwerk darstellen. Dieses Interface wird benutzt, um ATM-Zellen zu senden und zu empfangen.
In 16 wird ein ATM-Switch dargestellt durch ein Piktogramm, das an ein X erinnert. Zwei Exemplare dieses Piktogramms liegen vor, 103 und 103a. Switch 103 liefert direkte Verbindungen mit ATM-Endpunkten. Switch 103a bildet ein Teil eines virtuellen Switches 105 und ist geschichtet oben auf einer "802.3 Treiber"-Schicht.
In 16 besteht ein impliziertes "Peer"-Verhältnis zwischen all den Instanzen der ATM-Anwendung(en). Mit anderen Worten, die Anwendungen sind in der Lage, Informationen auf einer "Peer"-Basis auszutauschen unter Benutzung von Diensten, die über den ATM API zur Verfügung gestellt werden.
ATM-Dienste werden erstreckt auf die Ethernet-angekoppelten Endstationen unter Benutzung von Ethernet-LAN als eine virtuelle Porterstreckung für den virtuellen ATM-Switch 105. Ein Ethernet-Host, der wünscht ATM-Meldungen mit irgend einer anderen Endstation auszutauschen, die in 16 angekoppelt ist, übersendet die zu übertragenden Zellen an den virtuellen ATM-Switch, der wiederum die Zellen an den entsprechenden ATM-Link weiterleitet. Es ist wichtig festzustellen, dass selbst wenn die ATM-Endstation, an die die Zellen zu übertragen sind, auf dem gleichen Ethernetsegment sind wie der Erzeuger der Zellen, dass die Zellen weiterhin zuerst an den virtuellen ATM-Switch geleitet werden.
Der untere Abschnitt 105b des virtuellen Switches 105 kann vorgesehen werden durch ein Ridge wie oben beschrieben.
Um deterministischen Zugang zu dem Ethernet-LAN sicherzustellen, kann keine Station außer dem virtuellen ATM-Switch irgendwelche Daten auf dem LAN-Segment übertragen, bevor es einen Managementindizierungs-Rahmen erhält von dem virtuellen ATM-Switch. Der Managementindizierungs-Rahmen enthält Information, der definiert, auf welche virtuellen Kanalverbindungen (Virtual Channel Connections – VCCs) die Ethernet-angekoppelte Endstation senden kann. Vorausgesetzt, dass der virtuelle ATM-Switch verantwortlich ist für die Erzeugung des Managementindizierungsrahmens, misst es außerdem die von dem virtuellen ATM-Switch zu den der Ethernet-angekoppelten Endstation zu übertragenden Daten gemäß den Bandbreitenparametern, die mit der VCC verbunden waren, als sie initialisiert wurde.
16 stellt schematisch relevante interne Merkmale der beschriebenen Schichten in der Ethernet-angekoppelten Endstation dar, die ATM-Dienste nutzt. Die rechte Seite der Figur zeigt die Schichten zu Referenzzwecken auf. Eine Anwendung, die entwickelt wurde, um ATM-Dienste in der Ethernet-angekoppelten Endstation zu nutzen, würde die Interface-Punkte nutzen, die oben an dem ATM API dargestellt sind. Der ATM API ist nicht erschöpfend im Sinne der gezeigten und zuvor in Bezug genommen Interfacedienste. Es wird eine repräsentative Untergruppe gezeigt. 17 zeigt den Datenfluss von SDUs zu ATM-Zellen zu Ethernetrahmen. Der Datenfluss von Managementrahmen (Indizierungen) ist ebenfalls dargestellt.
17 illustriert schematisch die Highlights des virtuellen ATM-Switches 105, auf den in 16 Bezug genommen wurde.
18 stellt die zentralisierte Bandbreiten-, Anruf-Setup- und Signalisierungs- Funktionen dar, die Dienste sind, die auf die Ethernet-angekoppelten Endstationen erstreckt werden, die ATM-Dienste benötigen. Die Figur zeigt auch den Zellen-Switching Datenpfad, wie Proxy- (virtuell erstreckte) Dienste auf Ethernet-angekoppelte Endstationen über den ATM-Management- und Signalisierungsblock erstreckt werden.
Glossar

Claims

Schnittstelleneinrichtung zum Verbinden eines ATM digitalen Kommunikationsnetzwerks mit Nahbereichsnetzwerken (LAN), wobei die Schnittstelleneinrichtung eine Vielzahl von Ports (20) für die Verbindung mit entsprechenden Nahbereichsnetzwerken und Mittel zum Empfangen von LAN Packets von den besagten Nahbereichsnetzwerken umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Schnittstelleneinrichtung weiterhin ATM Segmentierungsmittel (30) umfasst zum Erzeugen von ausgehenden ATM Zellen aus Packets, die bei den besagten Nahbereichsnetzwerken eintreffen, Mittel (35) zum Senden der ausgehenden ATM Zellen über ein ATM Netzwerk, Mittel (35) zum Empfangen von eingehenden Zellen vom ATM Netzwerk, Mittel (33) zum Zusammenstellen von LAN Packets aus eingehenden ATM Zellen, Warteschlangen- und Übertragungsmittel (24, 25, 28, 34) für das Übertragen von ausgehenden LAN Packets über einen aus der Vielzahl der Ports (20) ausgewählten Port, und Verarbeitungsmittel (48) einschließlich einer Nachschlageinrichtung (29), die eine Tabelle unterhält, die Forwarding Information enthält für Packets, die an bekannte Nutzereinrichtungen auf besagten Netzwerken adressiert sind, wobei die besagten Verarbeitungsmittel eingehende LAN Packets überprüfen, um ihre Zieladresse zu ermitteln und die besagten Verarbeitungsmittel die besagten eingehenden Packets an ihr Ziel übertragen, wenn die besagte Zieladressen in der besagten Datenbank gefunden werden, und über das besagte ATM Netzwerk an ein vorbestimmtes Ziel übertragen, wenn die besagte Zieladressen nicht in der besagten Datenbank gefunden werden.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte vorbestimmte Ziel ein zentraler Routenserver (4) ist.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein eingehendes Packet über das ATM Netzwerk zu einer Zieladresse zu übertragen ist, die besagten Verarbeitungsmittel (48) betrieben werden, um festzustellen, ob ein virtueller Kanal zu einer Schnittstelleneinrichtung existiert, die mit der Zieladresse verknüpft ist, und wenn kein solcher virtueller Kanal existiert, einen virtuellen Kanal aufbaut unter Verwendung der ATM Adresse, die bei der Zielidentifikation ermittelt wurde.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Verarbeitungsmittel (48) auch eine Tabelle von Quellenadressen von Einrichtungen speichern die an den besagten Ports (20) angeschlossen sind, wobei die besagten Verarbeitungsmittel (48) betrieben werden, um die Quellenadressen eingehender LAN Packets zu überprüfen, um neu angeschlossene Nutzereinrichtungen (15, 9, 8) zu identifizieren und Packets mit unbekannten Quellenadressen über das ATM Netzwerk zur Verarbeitung an den zentralisierten Routenserver (4) zu übertragen.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Verarbeitungsmittel (48) die physikalische Adresse der besagten Nutzereinrichtungen speichern, wobei die besagte Schnittstelleneinrichtung so betrieben wird, dass eingehende Packets mit eingehenden physikalischen Adressen in der besagten Tabelle entweder zwischen den besagten Ports (20) oder über das besagte ATM Netzwerk überbrückt werden.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die physikalische Zieladresse eines eingehenden LAN Packets für eine Nutzereinrichtung ist, die an eine weitere Schnittstelleneinrichtung (6) angeschlossen ist, die besagten Verarbeitungsmittel (48) betrieben werden, um die ATM Adresse der besagten weiteren Schnittstelleneinrichtung aus der Zieladressentabelle zu ermitteln und das Packet an die besagte weitere Schnittstelleneinrichtung über einen virtuellen Kanal auf dem besagten ATM Netzwerk zu übertragen.
Schnittstelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die physikalische Adresse eines eingehenden LAN Packets nicht in der Zieladressentabelle aufgeführt ist, die besagte Schnittstelleneinrichtung betrieben wird, das eingehende Packet an ein vorbestimmtes Ziel über das besagte ATM Netzwerk zu übertragen.
Schnittstelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Verarbeitungsmittel (48) auch Forwarding Information für Netzwerkschicht-Zieladressen speichern, wobei die besagten Verarbeitungsmittel betrieben werden, um die Netzwerkschicht-Zieladressen der eingehenden Packets mit physikalischen Adressen, die mit den besagten Schnittstelleneinrichtrungen korrespondieren, zu prüfen, und die besagten Verarbeitungsmittel der Netzwerkschicht betrieben werden, solche Packets mit Netzwerkschicht-Zieladressen an die besagte Zieladressentabelle zu übergeben.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Verarbeitungsmittel (48) betrieben werden, solche Packets, deren Netzwerkschicht-Zieladressen nicht in der besagten Zieladressentabelle aufgeführt sind, an ein vorbestimmtes Ziel über das ATM Netzwerk zu übertragen.
Schnittstelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel umfasst, um Daten an einem der besagten Ports (20) zu einer entfernt liegenden Schnittstelleneinrichtung (6) zu übertragen, um zu ermöglichen, dass die Daten an der entfernt liegenden Schnittstelleneinrichtung für Fernüberwachung reproduziert werden können.
Schnittstelleneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel umfasst, um überwachte Packets zu kennzeichnen, um zu verhindern, dass sie Daten von der entfernt liegenden Schnittstelleneinrichtung als normale Packets behandelt werden.
Schnittstelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Bypass-Mittel umfasst, um lokalen LAN Verkehr direkt von den besagten LAN Empfängermitteln an die besagten Warteschlangen- und Übertragungsmittel zu leiten, wodurch die besagte Einrichtung als eine Brücke agieren kann.
Schnittstelleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Puffermittel (46) umfasst zur Pufferung von eingehenden und ausgehenden Packets an den besagten Ports, wobei die besagten Verarbeitungsmittel (48) betrieben werden, um die Header eingehender Packets in einen Speicher zu laden, um die Adressinformation beim Datendurchgang abzutrennen.