DE69625687T2

DE69625687T2 - Verbesserungen der 802.3-medium-zugriffssteuerung und zugeordnete signalisierungsschemas für vollduplex-ethernet

Info

Publication number: DE69625687T2
Application number: DE69625687T
Authority: DE
Inventors: Ian Crayford
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: KR100378148B1; EP0830768B1; TW312069B; JP3829165B2; US5673254A; WO1996041455A1; KR19990021934A; EP0830768A1; JPH11506288A; DE69625687D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen Datenpaket, die in lokalen Netzen eingesetzt werden, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Implementieren einer Flusssteuerung von zu Ports eines Umschalters geleiteten Paketen in einem solchen Computernetz.
Computernetze werden normalerweise in der modernen Geschäftswelt eingesetzt. Eine normalerweise verwendete Netzsystemstruktur verwendet einen oder mehrere Repeater. Der Repeater weist typischerweise mehrere Ports auf. Ein spezielles Datenpaket, das an einem Port empfangen wird, wird an die anderen Ports des Repeaters weitergeleitet. Jeder Repeater gleicht die Verschlechterung der Zeitsteuerung und der Amplitude der an einem Port empfangenen Datenpakete aus und leitet die Datenpakete an sämtliche andere Ports und somit über das Netz weiter. Bei Netzen, bei denen ein Netz des Typs CSMA/CD zum Einsatz kommt, wie z. B. ein Ethernet, durchläuft jedes Datenpaket jeden Repeater. Netzadministratoren sind damit in der Lage, jeden Repeater als eine Vorrichtung im Netz zu benutzen, von der aus Informationen über den Netzbetrieb gesammelt werden können.
Beim herkömmlichen Ethernet (802.3 10BASE5) und Cheapernet (802.3 10BASE2) bildet ein Koaxialkabel einen linearen Bus, mit dem sämtliche Schaltungspunkte eines lokalen Netzes verbunden sind. Ein IEEE- (IEEE-Standard 802.3) Standard definiert verschiedene Funktionen für Computernetze. Dieser Standard ist durch Verweis für sämtliche Zwecke ausdrücklich enthalten. Das Signalisieren erfolgt durch Anwendung eines aktuellen Synchronisierverfahrens, bei dem ein Mittelleiter des Koaxialkabels für ein Signal und ein Abschirmleiter des Koaxialkabels für eine Referenzspannung (normalerweise Masse) verwendet wird. Ein Twisted-Pair-Ethernet (802.3 10BASE-T) verwendet ein standardmäßiges Sprachtelefonkabel anstelle eines Koaxialkabels. Das Telefonkabel benutzt zum Senden und Empfangen separate Leiterdrahtpaare.
Bei Verwendung des Twisted-Pair-Ethernet handelt es sich beider Netzkonfiguration um eine Sterntopologie. Die Sterntopologie bietet mehrere Endstationen oder Datenendeinrichtungen (DTE), die alle mit einem Multiport-Repeater in der Mitte des Sterns gekoppelt sind. Der Repeater führt die Wiederherstellung der Signalamplitude und der Zeitsteuerung durch. Der Repeater empfängt einen Bitstrom an einem seiner Ports und stellt die Signalamplitudenpegel und die Zeitsteuererfordernisse für sämtliche entsprechende Ausgangsports wieder her. Der Repeater übermittelt den neu geformten und wieder eingetakteten Eingangs-Bitstrom an alle seine anderen Ports. In einem Sinn fungiert der Repeater als logisches Koaxialkabel, das es jedem mit dem Twisted-Pair-Netz verbundenen Schaltungspunkt ermöglicht, jede Übermittlung von einem anderen Schaltungspunkt zu empfangen, so als würde ein Koaxialkabel verwendet. Die Leiterpaare wenden unterschiedliche Signalisierungen an, und zwar ist ein Paar zum Senden und ein anderes Paar zum Empfangen vorgesehen.
Obwohl ein Repeater in einem herkömmlich verdrahteten Ethernet als Mechanismus zum Erweitern der physischen Entfernungsgrenze des Netzes verwendet wird, erfordert bei IEEE 802.3 10BASE-T der Standard die Verwendung eines Repeaters zum Herstellen der Anschlussfähigkeit von Schaltungspunkten, wenn mehr als zwei Schaltungspunkte vorhanden sind. Obwohl das physische Signalisieren auf der Verkabelung beim herkömmlichen Ethernet-Repeater anders erfolgt als beim Twisted-Pair-Repeater, ist die Funktion der Repeater identisch, so wie auch das Datenblock- oder Paketformat, das zum Weiterleiten von Mitteilungen zwischen teilnehmenden Schaltungspunkten im Netz verwendet wird.
Das Paket beginnt mit einer Präambelsequenz, bei der es sich um ein alternierendes ("1" und "0") Muster handelt. Die Präambelsequenz stellt eine einzelne Frequenz in dem Netz bereit, in dem vorliegenden Fall fünf Megahertz (MHz) zu Beginn jedes Datenblocks, was es einem Empfänger ermöglicht, den dazugehörigen Bitstrom zu erfassen und diesen mitzunehmen. Der Präambelsequenz folgt der Start eines Datenblockidentifizierers, der dem Datenteil der Übermittlung unmittelbar vorangeht. Entweder der Start des Datenblockbegrenzers (802.3) oder der Synchronisiersequenz (Ethernet) definiert den Start des Datenteils der Mitteilung. Dem Start des Datenblockidentifizierers folgen zwei Adressenfelder: eine Zieladresse (DA) und eine Quellenadresse (SA). Diese Adressen haben beide achtundvierzig Bitwerte und werden mit dem niederwertigsten Bit (LSB) zuerst gesendet.
Ein jeder DTE zugewiesener Medienzugriffskontroller (MAC) verwendet die Zieladresse zum Bestimmen, ob ein ankommendes Paket an den Schaltungspunkt adressiert ist, dem er zugewiesen ist. Wenn ein Empfangs-Schaltungspunkt eine Übereinstimmung zwischen seiner eigenen Schaltungspunktadresse und einer in dem Zieladressenfeld gesendeten Adresse detektiert, ist er bestrebt, das Paket zu empfangen. Schaltungspunkte, dessen MAC keine übereinstimmende Adresse detektiert, ignorieren typischerweise das restliche Paket.
Es gibt drei Arten von Zieladressierungen, die von den 802.3-Standards unterstützt werden:
1. Einzel. Das DA-Feld enthält eine einzelne und einzigartige Adresse, die einem einzelnen Schaltungspunkt im Netz zugeordnet ist.
2. Multicast. Wenn das erste Bit (LSB) der DA gesetzt ist, enthält die restliche DA eine Gruppenadresse. Die Gruppe der Schaltungspunkte, die tatsächlich adressiert sind, wird von einer höherschichtigen Funktion bestimmt. Generell dient die Verwendung einer Gruppenadresse zum Senden einer Mitteilung zu einem logisch ähnlichen Teilsatz von Schaltungspunkten im Netz.
3. Broadcasten. Das Broadcasten ist eine spezielle Form der Multicast-Adresse, wobei das DA-Feld durchgehend mit "1"sen belegt ist. Diese Adresse ist reserviert, und sämtliche Schaltungspunkte im Netz müssen in der Lage sein, eine gesendete Mitteilung zu empfangen.
Der MAC, der ein Datenpaket sendet, schreibt seine eigene Adresse in das SA- Feld. Dies ermöglicht es dem Sende-MAC, diejenigen Pakete zu identifizieren, die er erzeugt. Die 802.3-Standards machen es nicht erforderlich, dass ein Empfangs-MAC eine auf dem SA-Feld basierende Aktion durchführt. Bei einigen Anwendungen, wie z. B. Management, Sicherung oder Konfiguration, kann das SA-Feld verfolgt und überwacht werden.
Ein Zwei-Byte Längen-/Typ-Feld folgt dem SA-Feld. Die Wahl der Länge oder des Typs hängt davon ab, ob der Datenblock mit dem IEEE 802.3- oder dem Ethernet-Standard kompatibel ist. Das Byte höherer Ordnung des Längen-/ Typfelds wird zuerst gesendet, wobei das LSB jedes Bytes zuerst gesendet wird.
Ein Datenfeld enthält Ist-Paketdaten, die zwischen Endstationen übermittelt werden und vierundsechzig bis fünfzehnhundert Bytes lang sind. Eine logische Übertragungssteuerungs- (LLC-) Funktion ist für das Aufspalten von Daten in zum Senden über das Netz geeignete Blockgrößen verantwortlich. Datenbytes werden sequentiell gesendet, wobei das LSB jedes Bytes zuerst gesendet wird.
Eine Datenblockprüfsequenz (FCS) ist ein Vier-Byte-Feld, das eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) für den gesamten Datenblock enthält. Die Sendestation berechnet die CRC über die gesamte DA, SA, das Längen-/Typfeld und das Datenfeld. Die Sendestation hängt die FCS als die letzten vier Bytes des Datenblocks an. Eine Empfangsstation verwendet den gleichen CRC-Algorithmus zum Berechnen der CRC für einen empfangenen Datenblock. Die Empfangsstation vergleicht den CRC-Wert, den sie berechnet, mit dem CRC-Wert in der gesendeten FCS. Eine Nichtübereinstimmung zeigt einen Fehler an, wie z. B. einen verstümmelten Datenübertragungsblock. Die CRC-Bits der FCS werden in folgender Reihenfolge gesendet: vom höchstwertigen Bit (MSB) zum LSB.
Fig. 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen von Formaten für ein dem IEEE 802.3-Standard entsprechendes Paket bzw. ein Ethernet-Paket. Der Vergleich der Paketformate zeigt, dass eine primäre Differenz zwischen den Pakettypen darin besteht, dass der Start des Datenblockbegrenzers (SFD) für 802.3 als ein Byte mit einem "1 0 1 0 1 0 1 1"-Muster definiert ist, während der Start-Datenblock (Synch) des Ethernets eine "11"-Sequenz ist. Selbst dann ist in beiden Fällen die Gesamtzahl von Bits für die Präambel plus dem Start der Datenblockanzeige vierundsechzig Bits.
Die 802.3- und Ethernet-Standards spezifizieren, dass ein Datenblock im Bereich von vierundsechzig bis fünfzehnhundertundachtzehn Bytes (ohne Präambel/SFD) liegen muss. Das tatsächliche Datenfeld in dem 802.3-System darf jedoch einen kleineren Wert als den vierundsechzig-Byte-Wert aufweisen, der erforderlich ist, um diese Mindestgröße zu gewährleisten. Zum Verarbeiten eines kleineren Datenfelds hängt der MAC einer Sendestation Füllzeichen an das LLC-Datenfeld an, bevor Daten über das Netz gesendet werden. Bei dem Ethernet-Standard wird angenommen, dass eine obere Schicht sicherstellt, dass das minimale Datenfeld vierundsechzig Bytes groß ist, bevor Daten an den MAC weitergeleitet werden, daher ist die Existenz angehängter Füllzeichen dem ein Ethernet-Format implementierenden MAC unbekannt.
Der 802.3-Standard verwendet ferner ein Längenfeld, das die Anzahl von Datenbytes anzeigt, die nur in dem Datenfeld vorhanden sind. Das Ethernet verwendet seinerseits ein Typfeld in den gleichen zwei Bytes zum Identifizieren des Mitteilungsprotokolltyps. Da gültige Ethernet-Typfelder immer außerhalb der gültigen maximalen 802.3-Paketlänge zugewiesen werden, können sowohl 802.3- als auch Ethernet-Pakete in dem gleichen Netz vorhanden sein. Somit hat sich herausgestellt, dass es wichtig ist, dass die Adressen aus einer Vielzahl von Gründen verfolgt und überwacht werden können. Da bei Netzen z. B. die Anzahl von mit dem Netz verbundenen Schaltungspunkten verändert wird, wird es wichtig, dass eine Adresse einem speziellen Port oder ähnlichem innerhalb des Netzes zugeordnet werden kann.
Um weitere Hintergrundinformationen zu liefern, ist es sinnvoll, das Konzept einer Kollisionsdomäne zu betrachten. Eine Kollisionsdomäne ist eine Sammlung von Schaltungspunkten und Endstationen, die bei Benutzung eines CSMA/CD-Protokolls kollektiv auf eine zur Verfügung stehende Gesamtbandbreite zugreifen. Das CSMA/CD-System stellt einen Mechanismus zum Detektieren einer Kollisionsbedingung (wenn mehr als eine Vorrichtung in dem Netz versucht, gleichzeitig zu senden) dar.
CSMA/CD-Vorrichtungen detektieren, wann Kollisionen bestehen und stellen Verfahren zum Steuern der verschiedenen Vorrichtungen bereit, so dass nur ein Datenpaket auf einmal innerhalb einer Kollisionsdomäne gesendet wird. Beim Ethernet bewirkt das Detektieren eines Kollisionsereignisses z. B., dass jede Endstation, die bei Detektieren der Kollision einen Sendeversuch unternommen hat, einen Back-off-Algorithmus implementiert. Das Back-off selektiert einen Zeitraum, den die spezielle Endstation abwarten muss, bevor sie erneut einen Sendeversuch unternimmt. Da verschiedene unterschiedliche Werte möglich sind, selektieren die interferierenden Endstationen schließlich unterschiedliche Werte, was dazu führt, dass eine der Endstationen ihr Datenpaket sendet.
Ein zusätzlicher Steuermechanismus ist die Trägerdetektierung. Endstationen dürfen keine Pakete in ihre Kollisionsdomäne senden, wenn eine andere Endstation in die Kollisionsdomäne sendet. Die Endstationen bestimmen, ob eine andere Endstation auf bekannte Weise mittels des Trägerdetektierungsmechanismus sendet.
Da die Berechnungsleistung und Bandbreitenerfordernisse der einzelnen Endstationen ansteigen, erfolgt immer leichter eine Sättigung einer Kollisionsdomäne, was zu einer ineffizienten Operation des Netzes und einer ineffizienten Operation der Endstationen führt, die bestrebt sind, über das Netz auf verschiedene Geräte zuzugreifen.
Bei einem Lösungsansatz, den verschiede Netzadministratoren angewandt haben, um die Netzüberlastung zu verringern, werden die Endstationen in mehrere Kollisionsdomänen segmentiert. Da jede Domäne eine volle Zuweisung der entsprechenden Netzbandbreite erhält, wird die Operation der verschiedenen segmentierten Kollisionsdomänen verbessert. Bei einer Endstation mit besonders großen Bandbreitenerfordernissen ist es möglich, die Endstation in ihre eigene Kollisionsdomäne zu segmentieren.
Häufig tauschen die verschiedenen autonomen Kollisionsdomänen Informationen aus. Besondere Vorrichtungen, wie z. B. ein Umschalter oder eine Brücke, sind in mehreren Kollisionsdomänen vorhanden und leiten Datenpakete zwischen den verschiedenen Kollisionsdomänen. Bei Ausführung dieser speziellen Vorrichtungen ist es wichtig, dass diese nicht in beträchtlichem Maße die Leistung der Kollisionsdomänen verschlechtern, zwischen denen sie Mitteilungen übermitteln, während ein effizienter Transport von Interdomänen-Paketen zu den korrekten Bestimmungsorten erfolgt. Generell breiten sich Kollisionen innerhalb einer Kollisionsdomäne nicht in eine andere Kollisionsdomäne aus. Nur gültige Datenpakete, die für einen Bestimmungsort in einer anderen Kollisionsdomäne bestimmt sind, werden weitergeleitet.
Die Standards werden konstant weiterentwickelt, um die Leistung und die bestehenden Netze zu verbessern. Einige dieser Standards sprechen eine Implementierung einer Vollduplex-Datenübertragung an. Als Konsequenz der Entwicklung dieser neuen Standards enthalten 802.3-/Ethernet-Netze mehrere Halbduplex-Optionen, die über potentielle Vollduplex-Medientypen, wie z. B. UTP und Faser, arbeiten. Dabei handelt es sich um:
(i) 10BASE-T. Bei weitem die weitverbreitetste Version des Ethernet in der derzeit installierten Basis. Benötigt zwei Paare (eines zum Senden, das andere zum Empfangen) der Kategorie 3 oder besser UTP. Geeignet für eine Operation über 2-Paar-, 4-Paar- und 25-Paar-Bündel.
(ii) 10BASE-F. Eine beliebte Version des Original-10 Mb/s-Ethernet, die über Faseroptikkabel arbeitet und Langstreckenverbindungen ermöglicht. Immunität gegen EMI/RFI und reduzierte Selbstemission von EMI/RFI. Benötigt eine Duplex- (eine zum Senden, die andere zum Empfangen) 62,5/125 Mikrometer-Mehrmodenfaser. Dieser Standard ersetzt generell den früheren FOIRL-Standard und ist hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten.
(iii) 100BASE-T4. Eine Version von 100BASE-T, geeignet für eine Operation über eine Kabelanlage der Kategorie 3. Benötigt vier Paare (zwei bidirektionale Sende-/Empfangskabel, ein Sendekabel, ein Empfangskabel) der Kategorie 3 oder besser UTP. Geeignet für eine Operation über ein einzelnes 4-Paar-Kabel, jedoch nicht für 25-Paar-Bündel. 100BASE-T4 ist aufgrund seiner Erfordernis zum Arbeiten auf drei Paaren beim Senden und Empfangen (das vierte Paar wird für die Kollisionsdetektierung verwendet) kein geeigneter Kandidat für eine 100 Mb/s-Vollduplex-Operation. Weitere Details siehe Klausel 23 des 802.3u-Nachtragskonzepts, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten ist.
(iv) 100BASE-TX. Eine Version von 100BASE-T, geeignet für eine Operation über eine Kabelanlage der Kategorie 5. Benötigt 2 Paare (eines zum Senden, eines zum Empfangen) von UTP der Kategorie 5. Geeignet für eine Operation über ein einzelnes 2-Paar-Kabel, jedoch nicht in Bündeln. Weitere Details siehe Klauseln 24 und 25 des 802.3u-Nachtragskonzepts, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten ist.
(v) 100BASE-FX. Eine Version von 100BASE-TX, geeignet für eine Operation über ein Faseroptikkabel. Benötigt eine Duplex- (eine zum Senden, die andere zum Empfangen) 62,5/125 Mikrometer-Mehrmodenfaser. Weitere Details siehe Klauseln 24 und 26 des 802.3u-Nachtragkonzepts, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten ist.
Es gibt zwei grundlegende Gründe für die Vollduplex-Operation:
(1) Ermöglichen einer gleichzeitigen Sende- und Empfangsaktivität. Dies verdoppelt auf effektive Weise die zur Verfügung stehende Bandbreite des Halbduplex-Systems und kann in Multitask-Umgebungen (Netz-Server oder Arbeitsstationen mit Multitask-Betriebssystemen) und für interaktive Dienste (Sprach- oder Videokonferenz) sinnvoll sein.
(ii) Vergrößern der Topologiebeschränkungen des Netzes. Dies gilt insbesondere für auf der neuen "Fast Ethernet"-Topologie basierende Netze, wie sie in dem IEEE 100BASE-T-Konzept definiert ist. Bei dieser hinsichtlich der Geschwindigkeit verbesserten Ableitung des Ethernet arbeitet das Netz mit einer um das Zehnfache erhöhten Datenrate (100 Mb/s). Bei dieser erhöhten Netz- Datenrate erfolgt jedoch eine entsprechende Reduzierung der Topologie (oder des Umfangs) des Netzes, was zu Netzdurchmessern von ungefähr 200 m führt. Das Bereitstellen einer Vollduplex-Fähigkeit ermöglicht die Anwendung von Langstreckenverbindungen, wie z. B. Faseroptik, wenn ein Umlaufen irrelevant und nur eine Gesamtdämpfung für die Strecke der Verbindung wichtig ist. Das Implementieren einer Flusssteuerung für eine Vollduplex-Datenübertragung ist höchst wünschenswert, insbesondere da sich die Datendurchsatzraten auf Geschwindigkeiten erhöhen, die schnell den Pufferplatz überfordern können.
In EP-A-0 648 034 ist ein dem Stand der Technik entsprechendes Ethernet- Netz beschrieben, bei dem Gegendrucksignale für Sperreinrichtungen verwendet werden, die das Senden von Daten stoppen. Diese Anordnung ist nicht für eine Vollduplex-Operation geeignet.
In EP-A-0 529 774 ist ferner eine dem Stand der Technik entsprechende Einrichtung zum Steuern einer Überlastung in einer Kommunikationsnetz-Verbindungsvorrichtung beschrieben, bei der das Target-Netz ein Halbduplex-Medium verwendet.
In US-A-4 727 537 ist eine bekannte Datenübertragungs-Flusssteuerungsanordnung beschrieben, die nicht für eine Vollduplex-Operation geeignet ist.
In Data Communications. Vol. 23 No. 16. November 1994, Seiten 111-114 mit dem Titel "Fast Ethernet: 100 Mbit/s Made Easy" von L. Meatti, ist ebenfalls der Stand der Technik beschrieben.

ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum einfachen, effizienten und ökonomischen Durchführen einer Flusssteuerung in einem Ethernet-Umschalter mit Vollduplex- und Halbduplex-Ports bereit. Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform liegt darin, dass sie in einer bestehenden Umschalterimplementierung mit mehreren Eingangs- und Ausgangspuffern verwendet werden kann. Durch die Implementierung kann die Anzahl von Eingangs-/Ausgangspuffern reduziert werden, wobei der ursprüngliche Datenweg der Ausführung beibehalten wird. Es wird nur eine minimale zusätzliche Logik für die zusätzliche Funktionalität zum wesentlichen Reduzieren der Puffererfordernisse benötigt. Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht die Aufnahme praktisch jeder beliebigen Umschalterarchitektur, unabhängig davon, ob der Umschalter zweckbestimmte oder gemeinsam genutzte Eingangs-/Ausgangs-Warteschlangenstrukturen bereitstellt oder ob er auf einem Speicher oder einem Bus basiert. Die beschriebenen Mechanismen der bevorzugten Ausführungsformen ermöglichen eine Umschalteroptimierung entsprechend der zur Verfügung stehenden Pufferung und der Gesamtbandbreite der Umschalterstruktur.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein Umschalter mit Flusssteuerung verbessert werden kann, um gegenüber einem Umschalter ohne Flusssteuerung eine exzellente Leistung durch Verwendung von wesentlich weniger zweckbestimmtem Pufferspeicherplatz, Vereinfachung des Pufferschemas und Ermöglichung von Kostensenkungen zu bieten.
So kann z. B. bei einem in eine Ausgangswarteschlange gesetzten Umschalter das Ausgangspuffern reduziert werden. Flusssteuerungsanzeiger werden nur erzeugt, um anzuzeigen, dass kein aktueller Ausgangspuffer existiert. Im wesentlichen kann gesagt werden, dass eine Gegendruck-Flusssteuerung erzeugt wird, wenn keine Ausgangspuffer für den Ausgangsport zur Verfügung stehen. Ähnlich kann bei einem in eine Eingangswarteschlange gesetzten Umschalter das Eingangspuffern reduziert werden und werden die Flusssteuerungsanzeiger verwendet, um zu signalisieren, dass kein (keine) aktueller (aktuellen) Eingangspuffer existiert (existieren). Bei einem im Zeitmultiplexbetrieb (TDM) arbeitenden Umschalter auf Busbasis signalisieren die Flusssteuerungsanzeiger, dass aktuell kein Schlitz auf dem TDM-Bus zur Verfügung steht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Umleiten eines an einem ersten Port eines Netzumschalters empfangenen Eingangsdatenpakets zu einen zweiten Port des Netzumschalters, wobei ein Datenübertragungskanal zwischen dem zweiten Port und einem dritten Port des Netzumschalters vorgesehen ist. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst folgende Schritte:
Bestimmen, ob das Eingangsdatenpaket blockiert werden soll; danach Anlegen einer Vollduplex-Gegendruckanzeige an den ersten Port, wenn eine Blockierung gewünscht ist;
Ansprechen eines mit dem Eingang des ersten Ports gekoppelten Senders, der das Eingangsdatenpaket sendet, auf die Gegendruckanzeige zum Abbrechen des Sendens des Eingangsdatenpakets; danach
Empfangen eines erneut gesendeten Eingangsdatenpakets an dem ersten Port, wenn der zweite Port zur Verfügung steht; und danach
Leiten des Eingangsdatenpakets von dem ersten zu dem zweiten Port.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass zwei potentielle Implementierungen beschrieben werden. Die erste basiert auf dem Senden eines Pakets zu einer Vollduplex-Station, und diese Station erkennt das Paket als eines, das Flusssteuerungsinformationen enthält, und auf dem Handhaben des Pakets zum Aussetzen, Stoppen oder Verlangsamen seiner künftigen Übertragungsrate. Entweder ein explizites Paket mit einer Mitteilung oder eine Zeitsperre, die innerhalb der Vollduplex-Station arbeitet, setzt die Sendecharakteristiken wieder auf ihre normale oder optimale Übertragungsrate für einen künftigen Zeitpunkt zurück. Diese Schema ist optimal für bestehende 10BASE-T- und 10BASE-FL- (mit FOIRL, der weitverbreitetsten Version des Faser-Ethernet) Einrichtungen, da der gleiche Flusssteuerungspaket-Typ entweder zum Verändern der Sendecharakteristiken einer Vollduplex-Station oder zum Blockieren der Sendeversuche einer Halbduplex-Station aufgrund der Schaffung einer Kollisionsbedingung (gleichzeitig erfolgende Sende- und Empfangsoperation) verwendet werden kann. Der Nachteil dieses Schemas liegt darin, dass das Empfangen des Flusssteuerungspakets an der Station im wesentlichen zum Erzeugen der gleichen Bedingung wie einer Halbduplex-Kollision bedeutet, dass die Kollision innerhalb des normalen Zeitschlitzes von 512 Bitzeiten (einer Kollision "innerhalb eines Fensters") auftreten muss. Dies wiederum impliziert, dass die Topologie des Netzes beschränkt werden muss, um sicherzustellen, dass die Verzögerungszeit für das Flusssteuerungspaket innerhalb des Zeitschlitzes an sämtlichen Netzstationen ankommt für die installierte Basis ist dies jedoch kein akutes Problem. Bestehende 10BASE-T und 10BASE-FL-Netze sind bereits in ihrer Topologie beschränkt, damit sichergestellt ist, dass die maximale Umlaufverzögerung innerhalb der 512-Bitzeiten liegt, was den Weg durch sämtliche Repeater umfasst. Durch Ersetzen eines Repeaters durch einen Umschalter z. B. zum Verbessern der Bandbreite wird jeder Port des Repeaters, der sich zuvor in der gleichen Kollisionsdomäne befunden hat, in seiner eignen separaten Kollisionsdomäne isoliert. Im wesentlichen kann gesagt werden, dass daher durch das Ersetzen eines Repeaters durch einen Umschalter die Gesamtverzögerung über den daraus resultierenden Kollisionsdomänen reduziert wird. Wenn die Erfordernisse einiger Endstations-Anwendungen selbst das gemeinsame Nutzen einer Bandbreite mit einer kleinen Arbeitsgruppe überschreiten, dann kann eine "zweckbestimmte Ethernet-"Lösung angewandt werden. Ein zweckbestimmtes Ethernet ist im wesentlichen eine Segmentierung des Netzes bis zu seinem logischen Extrem, wobei nur eine Endstation mit jedem Port des Umschalters verbunden ist. Da jeder Port die vollen 10 Mb/s erreichen kann, erreicht jede Desktop-Vorrichtung effektive "zweckbestimmte" 10 Mb/s. Eine Verbesserung hin zu dem zweckbestimmten Ethernet besteht in der Anwendung eines "Vollduplex- Ethernet". Dieses kann für eine höhere Leistung und verbesserte Unterstützung bei interaktiven Anwendungen angewandt werden, bei denen eine gleichzeitig erfolgende Sende- und Empfangsaktivität wichtig ist. Da jedoch die meisten installierten Basen von Ethernet-Endstationen nur im Halbduplex- Modus arbeiten, ist in fast jedem Fall ein Upgrade der Endstation erforderlich. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Anwendung eines geschalteten Ethernet eine Vollduplex-Operation nicht unbedingt erforderlich macht, die Anwendung eines Vollduplex-Ethernet jedoch die Verwendung eines Umschalters erfordert.
Eine Vollduplex-Operation an der Endstation ist typischerweise durch geringfügige Änderungen an den MAC- und Schichtenmanagement-Funktionen gekennzeichnet, die nachstehend identifiziert sind und die Fachleuten bekannt sind.

MAC-Aufschiebe- und Kollisionsaussetzung

Deaktivieren von Kollision 4.2.8 Deaktivieren/Modifizieren des "Verfahrens Auf Kollision achten"
Deaktivieren des Aufschubs 4.2.8 Deaktivieren/Modifizieren des "Prozessaufschubs"
Schichtenmanagement - Vermeiden von MIB-Verstümmelung, Hinzufügen von Steuerung/Status
Deaktivieren der Rückschleife 5.2.2.1.2 Deaktivieren/Modifizieren der "Anzahl von Trägerabtastfehlern"
Deaktivieren von SQE-Test 5.2.3.1.1 Deaktivieren/Modifizieren der "Anzahl von SQE-Test-Fehler"

Aktivieren/Deaktivieren einer Vollduplex-Operation (gestützt vom Management)

Melden einer Vollduplex-Operation (gestützt vom Management)

Der Hauptunterschied zu früheren Vollduplex-Endstationsimplementierungen, die eine nichtselektive Sende- und Empfangsaktivität ohne einen Mechanismus zur Flusssteuerung ermöglichen, liegt bei dieser Erfindung in der Detektierung des Flusssteuerungspakets (das wahlweise entweder ein spezielles Präambel-, SFD- oder ein besonderes Datenmuster enthalten kann) und der Reaktion darauf, nämlich dem Hervorrufen einer Kollision in dem aktuellen Sendepaket. Weitere Verbesserungen, wie z. B. Vergrößerung des Kollisionszeitschlitzes beim Arbeiten im Vollduplex-Modus, und Erzeugung einer größeren Feinkörnigkeit bei der Sendeleistungseinstellung der Station (wie z. B. Verlängerung des IPG-Intervalls) sind ebenfalls möglich, können jedoch zu einem zusätzlichen Implementierungsaufwand führen, da sie in größerem Maße von der ursprünglichen Halbduplex-Ethernet-MAC-Funktionalität abweichen.
Obwohl dieses erste Schema für die installierte 10 Mb/s UTP- und die installierte Faserbasis optimal ist, ist es auch auf 100BASE-T4- für die Flusssteuerung im Halbduplex-Modus und 100BASE-TX/FX-Stationen entweder im Vollduplex oder im Halbduplex-Modus anwendbar.
Es wird ein zweites Schema identifiziert, das auf die Signalisierungscharakteristiken der 100BASE-X-Implementierungen optimiert wird, bei denen aktuell reservierte Steuerungscodegruppen zum Übertragen von Flusssteuerungsinformationen zwischen den Stationen verwendet werden. Auch ist eine Verwendung zusammen mit Halbduplex-Stationen möglich, da diese Codegruppen bei Empfang als "falsche Träger"-Anzeige interpretiert werden, wodurch die Leitung angezeigt wird, die vom freien Zustand in den nicht freien Zustand übergegangen ist, SSD ("J"-Codegruppe gefolgt von der "K"-Codegruppe) ist jedoch nicht als Identifizierer empfangen worden. Dies führt zu einer Kollisionsbedingung, wenn die Halbduplex-Station sendet, somit ist dies im wesentlichen analog zu der Erzeugung des Flusssteuerungspakets in dem 10 Mb/s- System (d. h. die Station detektiert eine gleichzeitig erfolgende Sende- und Empfangsaktivität).
Dieses Schema bietet klare Vorteile. Der erste Vorteil liegt darin, dass die Änderungen in dem MAC und der Reconciliation-Teilschicht auf ein Minimum reduziert werden, wobei der größte Teil der Änderungen in PHY erfolgt. Der Empfang der speziellen Codegruppe kann z. B. auf ein XON/XOFF-Protokoll begrenzt werden, auch hier mit einem wahlweise vorgesehenen Hintergrund- Zeitgeber, der eine explizite XON-Mitteilung überflüssig macht. PHY empfängt die XOFF-Mitteilung und erzeugt die Kollision mittels der auf normale Weise angewandten MII COL-Anzeige. Eine Erweiterbarkeit ist ferner durch Passieren weiterer spezieller Codegruppen während der Kollisionsanzeige möglich, wie nachfolgend beschrieben, obwohl dies auch hier an der MAC-Schicht eine größere Abweichung von der normalen CSMA/CD-Halbduplex-Version impliziert. Da PHY die Kollisionsanzeige verwendet, handelt es sich bei der einzigen erforderlichen MAC-Modifikation um die Erlaubnis für die Sendeaktivität, wenn die Empfangsaktivität im Gang ist. Dies kann auf einfache Weise durch Verwenden getrennter Sende- und Empfangs-Trägerabtastanzeigen erreicht werden. Eine Empfangs-Trägerabtastung ist von dem MII RX_DV-Signal ableitbar, und ein Sende-Trägerabtastsignal ist von dem normalen MII CRS-Signal ableitbar. Dieses Verfahren ist Fachleuten bereits bekannt.
Der zweite Vorteil liegt darin, dass es möglich ist, eine Flusssteuerung in ein normales Paket einzubetten, was zu einer wesentlichen Unterstützung bei der Körnigkeit der Flusssteuerung führen kann. Ferner ist die Topologie erweiterbar, da PHY die Sendeaktivität überwachen kann und das Flusssteuerungs- XOFF-Signal (z. B.) nur anlegt, wenn der Sende-MAC in einem Zeitschlitz liegt. Auf diese Weise detektiert der Sende-MAC die "innerhalb eines Fensters" auftretende Kollision und das Back-off, wodurch ein Wiederholungs-Intervall zweckmäßig eingeplant wird. Wenn die XOFF-Anzeige nach Ablauf des Zeitschlitzes empfangen wird, kann PHY die Kollisionsanzeige bis zum nächsten gesendeten Paket verzögern.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei beiden Schemata entweder der IPG und/ oder der Zeitschlitz verändert und/oder überwunden werden kann. Zum Beispiel beim Einschalten mittels des Auto-Negotiation-Protokolls (802.3u Klausel 28) oder bei der dynamischen. Verwendung des Pakets mit dem Codegruppen- Inhalt zum Modifizieren dieser Parameter.
Anhand der übrigen Teile der Spezifikation, einschließlich der Zeichnungen und Ansprüche, werden weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Struktur und Operation der unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell im wesentlichen gleiche Elemente.

FIGURENKURZBESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Formats für ein dem IEEE 802.3-Standard entsprechendes Paket;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Formats für ein Ethernet- Paket;
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Mehrfach-Kollisionsdomänennetzes mit einem Umschalter zum Leiten von Interdomänen-Paketen zu der korrekten Domäne;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit Darstellung des Aufbringens eines Gegendrucks auf eine Kollisionsdomäne, wenn eine Empfangs-Kollisionsdomäne belegt ist;
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Umschalters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine detaillierte Logik für eine Umschalterstruktur, die einen Gegendruck und eine logische Kollisionsdomäne unterstützt; und
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Netzumschalters mit Vollduplex-Teilen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Mehrfach-Kollisionsdomänennetzes 10 mit einem Umschalter 20 zum Leiten von Interdomänen-Paketen zu der korrekten Kollisionsdomäne. Das Netz 10 umfasst eine erste Domäne 30, eine zweite Domäne 40 und eine dritte Domäne 50, die alle mit einem Halbduplex- Port des Umschalters 20 gekoppelt sind. In Fig. 3 wird angenommen, dass die erste Domäne 30 eine Folge von Paketen 60 zu der zweiten Domäne 40 sendet, und zwar durch Leiten der Pakete 60 durch den Umschalter 20. Der Umschalter 20 leitet die Pakete 60 in die zweite Domäne 40, wobei die in die Domäne 40 geleiteten Pakete als Pakete 70 bezeichnet werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Begriff des Umschalters in seinem weitesten Sinne benutzt, um eine Interkollisionsdomänen-Paketleitvorrichtung zu bezeichnen, unabhängig davon, ob diese Umschalter, Nabe, Übergangseinheit, Leiteinrichtung, Konzentrator oder anders genannt wird.
Anfangs erzeugt der Umschalter 20 einen Datenübertragungskanal zwischen der ersten Domäne 30 und der zweiten Domäne 40, und zwar in Reaktion auf Adresseninformationen, die in dem Zieladressenfeld der ankommenden Pakete 60 enthalten sind. Der Prozess des Sendens von Paketen von einer Kollisionsdomäne zu einer anderen entspricht dem IEEE 802.3-Standard. Während eines der Pakete 60 mittels des Umschalters 20 von der ersten Domäne 30 in die zweite Domäne 40 gesendet wird, kann die dritte Domäne 50 versuchen, ein Paket 80 in die erste Domäne 30 oder die zweite Domäne 40 zu senden. Es ist möglich, dass die dritte Domäne 50 das Paket 80 in eine der anderen Domänen sendet, während sie sich im Sendemodus befindet, da die dritte Domäne 50 von den anderen Kollisionsdomänen keine Informationen über die Netzaktivität erhält.
Bei Empfang des Pakets 80 stellt der Umschalter 20 fest, ob das Paket 80 ein gültiges Paket und für eine Endstation in einer anderen Kollisionsdomäne als der Kollisionsdomäne 50 bestimmt ist. Wenn das Paket 80 für eine andere Kollisionsdomäne bestimmt ist, stellt der Umschalter 20 fest, ob die gewünschte Domäne belegt ist.
Zur Vereinfachung der Erläuterung sei angenommen, dass das Paket 80 in die zweite Domäne 40 gesendet werden soll. Wenn die gewünschte Domäne bei Empfang des Pakets 80 am Umschalter 20 belegt ist, kann der Umschalter 20 einen Speicherplatz zur Verfügung stellen, in dem das Paket 80 gepuffert wird, bis der Umschalter 20 das Paket 80 in die zweite Domäne 40 senden kann. Bei einem kostengünstigen Umschalter ist das Maß an Pufferspeicher jedoch notwendigerweise begrenzt, und unter bestimmten Umständen wird der Umschalter 20 nicht in der Lage sein, das Paket 80 zu puffern. Ein herkömmlicher Umschalter ist nicht in der Lage, die dritte Domäne 50 über einen Flusssteuerungsmechanismus adäquat derart zu steuern, dass die dritte Domäne 50 das Senden des Pakets 80 in die zweite Domäne 40 aussetzt. Das Paket 80 wird daher gesendet und geht verloren. Die physische Schicht eines herkömmlichen Systems ist von besseren Fehlerdetektier- und -korrigiermechanismen abhängig, um sich von dieser Art von Fehlerbedingung zu regenerieren. Dies kann zu einer wesentlichen Leistungsverschlechterung führen.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild mit Darstellung des Anlegens eines Gegendrucks an die dritte Domäne 50 in Reaktion auf das Senden des Pakets 80 zu einer belegten Empfangsdomäne. Nach dem Feststellen, dass das Paket 80 blockiert werden muss (da der Umschalter 20 das Paket 80 nicht puffern oder in die zweite Domäne 40 weiterleiten kann), legt der Umschalter 20 einen Gegendruck an die dritte Domäne 50 an. Ein Gegendruck in Form eines Phantom-Datenpakets 90 bei der bevorzugten Ausführungsform wird vom Umschalter 20 in die dritte Domäne 50 gesendet. Das Phantompaket 90 kann praktisch jede Art von Paket sein und wird als Phantompaket bezeichnet, da es bei der bevorzugten Ausführungsform vom Umschalter 20 erzeugt worden ist und nicht anderweitig in dem Netz 10 existiert. Eine Anforderung an das Phantompaket 90 ist, dass der Empfang des Phantompakets 90 in der dritten Domäne 50 während des Sendens des Pakets 80 zu dem Umschalter 20 eine Kollisionsbedingung in der dritten Domäne 50 auslöst.
Die dritte Domäne 50 spricht auf eine gewünschte Kollisionsbedingung gemäß IEEE 802.3 entweder durch Aussetzen des Sendens des Pakets 80 oder durch erneutes Senden des Pakets 80 auf bekannte Weise entsprechend dem IEEE- Standard 802.3 an. Bei der einfachsten Implementierung legt der Umschalter 20 jedes Mal dann einen Gegendruck in Form eines einzelnen Phantompakets 90 an die dritte Domäne 50 an, wenn er dem Empfang des Pakets 80 detektiert und den Empfang blockieren muss (z. B. kein Pufferplatz zur Verfügung steht und die gewünschte Domäne belegt ist). Die dritte Domäne 50 spricht durch Implementieren eines Back-off-Algorithmus, der willkürlich eine Verzögerung zuweist, bevor die dritte Domäne 50 erneut versuchen kann, das Paket 80 zu senden, auf das Phantompaket 90 an. Bei bestimmten Anwendungen reicht diese Art von Flusssteuerung aus.
Bei anderen Anwendungen bietet das oben beschriebene Flusssteuerungsverfahren keine Komplettlösung. In einigen Fällen kann die gewünschte Domäne eine lange Folge von Datenpaketen empfangen. Wenn beim erneuten Versuch der dritten Domäne 50, das Paket 80 zu senden, keine Koordinierung erfolgt, ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass das Paket 80 in einem Paketzwischenraum (IPG) einer Folge von in die zweite Domäne 40 gesendeten Paketen 60 am Umschalter 20 empfangen wird. Durch den Standard-Back-off-Algorithmus wird die Wahrscheinlichkeit, dass das Paket 80 in einem IPG empfangen wird, dadurch verringert, dass jedes nachfolgende Nichtsenden des Pakets 80 ohne Detektierung einer Kollision zu größeren Verzögerungen führt. Der Grund für die abnehmende Wahrscheinlichkeit liegt darin, dass der Back-off-Algorithmus den Bereich möglicher Back-off-Verzögerungszeiten vergrößert, die vor dem nächsten Sendeversuch für jede von dem Phantompaket 90 an dem Paket 80 hervorgerufene Kollision abgelaufen sein müssen. Der IEEE 802.3-Standard erlaubt nur sechzehn Fehler (Kollisionen) für einen speziellen Sendeversuch vor Beendigung des Prozesses und Aktivierung eines Wiederholungsfehlers.
Zum effektiven Umgehen dieser Begrenzung bietet die bevorzugte Ausführungsform mehr als nur das Senden eines einzelnen Phantompakets 90 an die dritte Domäne 50. Der Umschalter 20 bildet eine logische Kollisionsdomäne aus den drei betroffenen Kollisionsdomänen. Mit anderen Worten: der Umschalter 20 bildet eine einzelne logische Kollisionsdomäne durch Zusammenfassen der ersten Domäne 30, der zweiten Domäne 40 und der dritten Domäne 50. Zu diesem Zweck gibt der Umschalter 20 eine Folge von Phantompaketen 90 als Trägeraktivitätssignal während der Dauer des Sendens des Datenpakets 60 aus der ersten Domäne 30 aus. Die erste Folge von Phantompaketen 90 initiiert den Back-off-Algorithmus. Das nachfolgende Senden von Phantompaketen 90 wird von der dritten Domäne 50 als Trägeraktivität detektiert, wodurch die dritte Domäne 50 an einem erneuten Versuch zum Senden des Pakets 80 gehindert wird, bis die Trägeraktivität beendet ist. Wenn die Trägeraktivität beendet wird, wenn der Datenübertragungskanal zwischen der ersten Domäne 30 und der zweiten Domäne 40 frei ist und die zweite Domäne 40 in der Lage ist, das Paket 80 anzunehmen, hat die dritte Domäne 50 die Chance, sich aggressiv den Zugriff auf die zweite Domäne 40 zu erkämpfen.
Durch die Verwendung der logischen Kollisionsdomäne für in eine aktuelle Transaktion involvierte Domänen und solche Domänen, die versuchen, mit einer der betroffenen Domänen in Verbindung zu treten, werden in großem Maße die Flusssteuerung und die Zugänglichkeit/Leistung des Netzes 10 verbessert, wenn sich die dritte Domäne 50 aggressiv den Zugriff auf die zweite Domäne 40 erkämpft. In dem Fall, in dem die erste Domäne 30 die zweite Domäne 40 monopolisiert, wie z. B. mit einem Burst-Transfer, kann die dritte Domäne 50 immer noch Schwierigkeiten beim Zugriff auf die zweite Domäne 40 haben. Sämtliche DTEs in sämtlichen Kollisionsdomänen weisen jeweils einen IPG-Zähler auf, der einen Mindestzwischenraum zwischen dem Senden von Paketen steuert. Die Implementierung des IEEE 802.3-Standards macht es erforderlich, dass eine DTE ihren IGP-Zähler erst nach Beendigung der Trägeraktivität startet. Daher ist es bei antiparallelen Übermittlungen von der ersten Domäne 30 an die zweite Domäne 40 möglich, dass ein Zugriff durch die dritte Domäne 50 auf die zweite Domäne 40 nicht unbedingt akzeptabel ist. Zur Verbesserung der Akzeptabilität und Erzeugung einer verbesserten Funktionalität implementiert der Umschalter 20 einen Priorisierungsmechanismus zum Steuern des Zugriffs einer Kollisionsdomäne auf eine andere Kollisionsdomäne.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist dieser Priorisierungsmechanismus mehrere (nicht gezeigte) Drosselzähler auf, nämlich einen für jeden Port. Wenn der Umschalter 20 einen Gegendruck an eine Kollisionsdomäne anlegt, wird der dieser Kollisionsdomäne zugeordnete Drosselzähler inkrementiert. Die Zählung des Drosselzählers steht dem Umschalter 20 bei der Bestimmung von Prioritäten zur Verfügung. Nach erfolgreichem Senden des Pakets 80 an die zweite Domäne 40 löscht der Umschalter 20 den Drosselzähler und löst die logische Kollisionsdomäne auf.
Zum effektiven Implementieren des Priorisierungsmechanismus aktiviert der Umschalter 20 einen Gegendruck an jeder Kollisionsdomäne, von der aus ein Paket an eine aktuell belegte Zieldomäne gesendet werden soll, bis die Zieldomäne frei ist. Dann gewährt der Umschalter 20 Zugriff auf die Zieldomäne (in diesem Beispiel die zweite Domäne 40) durch Aufheben des an die Kollisionsdomäne (dritte Domäne 50) angelegten Gegendrucks, von der aus ein Paket in die Zieldomäne gesendet werden soll.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Drosselzählung bei der Gewährung von Priorität verwendet. Da die Drosselzählung der Sechszehn-Paket- Wiederholungsgrenze näher kommt, wird die Gewährung des Zugriffs auf die dritte Domäne 50 immer dringender. Der Umschalter 20 kann weitere Priorisierungs-Algorithmen umfassen, die einen besseren Zugriff auf bestimmte Ports (Portnummer) oder Endstationen (Quellenadressen des Pakets) bieten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird, wenn zwei Eingangsports innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums aktiv werden, der Drosselzählwert an jedem zugeordneten Port aus dem MAC ausgelesen und dem Empfangsport mit dem höchsten (oder einem vorbestimmten) Wert der Drosselzählung Priorität gewährt. Ein Zeitraum zum Empfangen von ankommenden Paketen, die als effektiv gleichzeitig empfangen angesehen werden, kann programmierbar gemacht werden, um es Eingangsports zu ermöglichen, so spät wie möglich um Ausgangsports zu kämpfen, um die Akzeptabilität zu maximieren.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Beginn der Phantompaketerzeugung programmierbar gemacht. Da die Erzeugung eines Phantompakets an einem Punkt in den frühen Phasen des Pakets (an einem Punkt innerhalb des Zeitschlitzes) erfolgt, wird bewirkt, dass die logische Spanne der Kollisionsdomäne größer erscheint als ihre physische Spanne. Die Verzögerung bei der Erzeugung der Phantomkollision entsteht als zusätzliche Umlaufverzögerung an der Quellen-Endstation. Damit verschiedene Topologien unter dem Umschalterport aufgenommen werden können, ist es erforderlich, dass der Beginn der Phantompaketerzeugung programmierbar ist, obwohl normalerweise eine vernünftige Vorgabe verwendet wird. Falls eine erweiterte Topologie erforderlich ist, wird die Zeit bis zum Beginn der Phantompaketerzeugung verkürzt, um potentielle spätere Kollisionsprobleme zu vermeiden.
Die bevorzugte Ausführungsform kann den Inhalt und/oder die Dauer des Phantompakets zwecks Verbesserung der Robustheit des Systems steuern. Die bei einer Halbduplex-Implementierung in einem Phantompaket enthaltenen Ist-Daten sind willkürliche Daten. Es ist jedoch wünschenswert, dass die Vorrichtung, die ein Phantompaket empfängt, die Daten nicht als gültiges Paket interpretiert. Eine Möglichkeit, dies sicherzustellen, besteht darin, einfach dafür zu sorgen, dass ein Phantompaket nur eine Präambel (alternierend "1" und "0") aufweist. Während ein solches einfaches Phantompaket für Verbindungssegmente (wie z. B. 10BASE-T) adäquat sein kann, ist ein solches Phantompaket möglicherweise für ein Mischsegment (wie z. B. 10BASE2) ungeeignet ist. Somit sollte bei bestimmten Anwendungen das Phantompaket entweder als Kleinpaket (das Phantompaket muss weniger als 576 Bits einschließlich der Präambel aufweisen) interpretiert werden, oder das Phantompaket mit einer zulässigen Länge muss einen ungültigen CRC-Wert aufweisen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Option, dass das Phantompaket eine programmierbare Größe aufweist. Bei einem Modus wird durch die Phantompaketerzeugung sichergestellt, dass jedes erzeugte Phantompaket ein Kleinpaket ist. Kleinpakete werden natürlich von dem Empfängern als ungültige Pakete zurückgewiesen. Die Phantompaketerzeugung ist ferner programmierbar, um ein Phantompaket solange aufrechtzuerhalten, wie die Zieldomäne belegt ist.
Somit bietet die bevorzugte Ausführungsform eine Option in Form eines Kompromisses, mit dem ein Phantompaket in Form eines Gegendrucks als normale Präambelsequenz für die Dauer des Belegtseins der Zieldomäne erzeugt wird. Als programmierbare Option wird das Phantompaket in mehrere kleinere Pakete (Phantomkleinpakete) segmentiert, die sukzessive gesendet werden, und zwar näher beieinanderliegend als erlaubt (d. h. der IPG zwischen zwei Phantomkleinpaketen ist unzulässig klein). Durch diese Art des Gegendrucks wird sichergestellt, dass die Vorrichtung, an der die Flusssteuerung zuerst erfolgt, eine Kollision detektiert, worauf eine kurze Ruhephase folgt, und bevor die erste Beabstandung zwischen Datenblöcken (IFS) erreicht ist, detektiert der Empfänger eine Trägeraktivität und tritt zurück. Da jedes Phantomkleinpaket von einem Empfangs-Medienzugriffskontroller (MAC) aufgrund der ungültigen Paketgröße zurückgewiesen wird, ist es nicht nötig, unzulässige CRC-Werte zu bilden.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des Schalters 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Schalter 20 weist eine Umschaltverarbeitungsmaschine 100, eine Datenübertragungseinheit 105, eine Logik 110 für Phantompakete und logische Kollisionsdomänen und zwei QUAD-integrierte Ethernet-MAC-Vorrichtungen 115 (vier MACs pro integriertes Paket 115) auf. Der Umschalter 20 bildet somit eine 8-Port-Umschalterkonfiguration. Der QUAD-MAC 115 ist eine modifizierte Version des QUAD- MACE-Chips, der bei Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Kalifornien, P/N AM79C944 erhältlich ist. Die derzeit zur Verfügung stehende Spezifikation für den QUAD-MACE ist hiermit ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten.
Der QUAD-MACE wird durch Hinzufügen von zwei Stiften pro Port modifiziert, und zwar einem Ausgangsstift (CRSx), der aktiviert wird, wenn der entsprechende Port x belegt ist (Senden oder Empfangen), und einem Eingangsstift zum Empfangen eines BLOCKx-Signals. Wenn das BLOCKx-Signal aktiviert ist, aktiviert der Port x einen Gegendruck, der solange bestehen bleibt, wie das BLOCKx-Signal aktiviert bleibt.
Wenn ein Paket am Port x empfangen wird, liest die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 den Beginn des ankommenden Pakets aus dem Port x des entsprechenden MAC 115 aus. Wenn nach der Durchführung eines Look-up zum Bestimmen des physischen Zielports, nämlich des Ports y, festgestellt wird, dass der Port y bereits belegt ist, schreibt die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 den aktiven Eingangsport als einen 3-Bit-PORT ID-Code in den Kontroller der logischen Kollisionsdomäne des entsprechenden Ausgangsports y. Der Kontroller der logischen Kollisionsdomäne wird mittels des 3-Bit-PORT SELECT-Codes ausgewählt. Jeder Port weist einen ihm zugeordneten 3-bis-8- Zeilen-Dekodierer auf (siehe Fig. 6 unten). Wenn der Port-ID ausgeschrieben ist, wird ein CRS-Ausgangssignal (das in diesem Fall einen Sende- oder Empfangszustand des Ports y anzeigt) als BLOCK-Signal an den Port x angelegt. Die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 hält diese Konfiguration aufrecht, bis der Port x erfolgreich an Port y sendet. Es sei darauf hingewiesen, dass ein CRS-Ausgangssignal eines Ports nicht an den BLOCK-Eingang des gleichen Ports zurückgesandt wird. Es sei angenommen, dass die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 geeignete Maßnahmen ergreift, wenn das an einem Port ankommende Paket physisch an sich selbst adressiert ist und keine Hardware- Blockierung durchgeführt wird.
Fig. 6 zeigt eine detaillierte Logik für eine Umschalterstruktur, die einem Gegendruck und logische Kollisionsdomänen unterstützt. Ein Kontroller 110 für Phantompakete und logische Kollisionsdomänen weist für einen Acht-Port-Umschalter acht Port x-Empfangs-Paketziel-Dekodierer 200x (einen pro Port) und acht Blockier-7-Eingangs-ODER-Gatter (G0-G7) auf. Jeder Dekodierer 200x empfängt der CRSx von einem MAC 115 und aktiviert in Reaktion auf ein dekodiertes PORT ID-Signal, das den Port y identifiziert, ein Dekodiererausgangssignal DECODEy, wenn der CRSx aktiviert ist. Entsprechende DECODEy- Signale vom Dekodierer 200x (d. h. diejenigen, die den Port y identifizieren) werden jeweils zu einem Eingang des entsprechenden Blockier-ODER-Gatter Gy geliefert.
Jeder Dekodierer 200x weist einen 3-bis-8-Zeilen-Dekodierer 250, sieben Dualeingangs-NOR-Gatter (G10-G16) und einen Inverter G17 auf. Für den Dekodierer 200x wird der CRSx in den Inverter G17 eingegeben. Ein Ausgang des Inverters G17 ist mit einem ersten Eingang jedes Gatters G10-G16 gekoppelt. Ein Ausgang von NOR-Gattern GX erzeugt das DECODEy-Signal. Das CRSx-Eingangssignal wird auch an einen Enable-Eingang des Dekodierers 250 geliefert. Der Dekodierer 250 konvertiert in Reaktion auf das PORT ID-Signal und die Aktivierung des Enable-Signals einen Bitcode, der den aktiven Empfangsport identifiziert, in einen Achtbitcode. Ein Bit jedes Bits des konvertierten PORT ID-Codes ist mit einem der zweiten Eingänge der NOR-Gatter G10- G16 gekoppelt.
Wenn z. B. Port 0 ein aktiver Empfänger ist und der identifizierte Zielausgangsport Port 7 ist (unter der Annahme, dass der CRS7 aktiviert ist), wird, wenn der Wert 0 in den Port-7-Empfangspaket-Zieldekodierer 200 geschrieben ist, der CRS7 an DECODEO zum Blockier-ODER-Gatter G0 geleitet. Wenn DECODE0 aktiv ist (z. B. der aktive CRS7 zu G0 geleitet wird), wird BLOCK0 aktiviert und ein Phantompaket zu der Kollisionsdomäne gesendet, die mit dem Port 0 gekoppelt ist, solange der CRS7 aktiviert bleibt.
Es sei angenommen, dass die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 in der Lage ist, die entsprechenden Drosselzählwerte auszulesen, wenn zwei Eingangsports aktiv sind und gleichzeitig (oder in engem zeitlichen Abstand zueinander) Zugriff auf die gleiche Ausgangseinrichtung anfordern. Die Umschaltverarbeitungsmaschine 100 wählt dann den Port mit der höchsten Drosselzählung, dem es erlaubt wird, den Ausgangsport zu belegen, während der Port-ID des Ports mit dem niedrigeren Drosselzählwert in den Kontroller für die logische Kollisionsdomäne für den zugeordneten Ausgangsport geschrieben wird.
Die vorstehende Beschreibung betrifft ein Halbduplex-Flusssteuerungssystem zur Verwendung in einem Umschalter, wobei typischerweise 10BASE-T-, 10BASE-FL- oder FOIRL- und/oder 100BASE-T4-Verbindungssegmente benutzt werden. Die folgende Beschreibung betrifft die Verwendung eines Vollduplex zum Verbinden solcher Umschalter oder zum Gewähren von Zugriff auf Vorrichtungen, die aus der Vollduplex-Operation Nutzen ziehen können, und die Erweiterbarkeit des Flusssteuerungsmechanismus auf diese Umgebungen.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Netzes 400 mit einem ersten Netzumschalter 405 und einem zweiten Netzumschalter 410, wobei jeder Umschalter Vollduplex-Ports und Halbduplex-Ports aufweist. Das Netz 400 weist mehrere Kollisionsdomänen 4151 auf, von denen jede unabhängig von den anderen arbeitet, außer bei der Übertragung von Datenpaketen zwischen den Kollisionsdomänen.
Es gibt zahlreiche mögliche Konfigurationen für das Netz 400, von denen eine nachstehend beschrieben wird, um die Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform zu vereinfachen. Weitere Konfigurationen und Orientierungen des Netzes 400 sind bei der Implementierung der vorliegenden Erfindung möglich. Das Netz 400 bietet 10 Mb/s- oder 100 Mb/s-Halbduplex-Verbindungen zwischen dem Umschalter 405 und den damit gekoppelten Kollisionsdomänen (z. B. Kollisionsdomänen 4151, 4152 und 4153), und der Umschalter 410 arbeitet mit 10Mb/s- oder 100 Mb/s-Halbduplex-Verbindungen zwischen dem Umschalter 410 und Kollisionsdomäne 4154 und Kollisionsdomäne 4155. In einem Nachtragskonzept zu der 1993er Version von ANSI/IEEE Std 802.3, Dokument #P802.3u/D5, MAC Parameters, Physical Layer, Medium Attachment Units and Repeater for 100 Mb/s Operation (Version 5.0), IEEE Standards Department, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten ist, ist eine Umgebung für eine 100 Mb/s-Operation definiert. Das Implementieren dieses Standards weist dahingehend einen Nachteil auf, dass der physische Abstand zwischen den Endstationen begrenzt ist (z. B. ungefähr 200 Meter bei Anwendung des 100BASE-T-Konzepts).
Zur Verbesserung dieser Begrenzung bei der physischen Verkabelung implementiert das Netz 400 eine Vollduplex-Faseroptik-Verbindung 420 zwischen dem Umschalter 405 und dem Umschalter 410. Bei einer Implementierung handelt es sich um eine Vollduplex-Version der 100BASE-FX-Umgebung (Klauseln 26 und 27 des 100BASE-T-Nachtragskonzepts zu der 1993er Version von ANSI/IEEE Standard 802.3, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zweck enthalten ist) mit einer physischen Verbindung, die durch eine Signaldämpfung bestimmt ist (derzeit eine Grenze von ungefähr 2 Kilometern). Somit sind der Umschalter 405 und der Umschalter 410 in der Lage, Interkollisionsdomänenpakete über die faseroptische Verbindung auszutauschen und die physischen Begrenzungen der normalen Kollisionsdomänenverbindungen zu eliminieren.
In anderen Fällen ist es wünschenswert, dass der Umschalter 405 über ein Vollduplex-Sendeprotokoll mit einer Datenbank 425 (wie z. B. einem Server) kommuniziert, um die Leistung und den Zugriff von Endstationen in einer der Kollisionsdomänen 415i auf Daten zu verbessern. Der Umschalter 405 ist über eine 100 Mb/s-Vollduplex-Twisted-Pair-Verbindung 430 mit der Datenbank 425 gekoppelt. Bei einer Implementierung für die Verbindung 430 wird eine Vollduplex-Version der 100BASE-TX-Umgebung (Klauseln 24 und 25 des 100BASE-T-Nachtragkonzepts zu der 1993er Version von ANSI/IEEE Standard 802.3, das hier ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke enthalten ist) verwendet, die die Leistung der Vollduplex-100 Mb/s-Operation ohne den Aufwand einer Faseroptikverkabelung bietet. Bei der Betriebsgeschwindigkeit des Netzes 400 ist es wichtig, einen effizienten Vollduplex-Flusssteuerungsmechanismus zum Steuern von Übermittlungen von Interkollisionsdomänenpaketen bereitzustellen. Ferner trägt eine Mischung aus Halbduplex- und Vollduplex- Umgebungen zur Komplexität des Flusssteuerungsmechanismus bei. Der Umschalter ist ferner in der Lage, Vollduplex-10 Mb/s-Ports zusätzlich zu den 100 Mb/s-Ports vorzusehen.
Bei den möglichen 10 Mb/s-Systemen verwendet 10BASE-T einen Verbindungstestimpuls in Leerlauf-Zeiten (keine Paketaktivität über eine beträchtliche Dauer), um zu prüfen, ob die antiparallele Verbindung intakt ist. 10BASE- FL (Faserverbindung) und 10BASE-FB (Faserleitung) verwenden ein "Aktiv- Leerlauf"-Signal, mit dem ein 1 MHz- bzw. 2,5 MHz-Signal übertragen wird. Diese beiden Schemata sind aus Gründen der Detektiergeschwindigkeit nicht besonders gut geeignet, Flusssteuerungsdaten in die Leerlaufanzeige zu konvertieren.
100BASE-T4 verwendet ebenfalls Verbindungstestimpulse zum Feststellen der Integrität der antiparallelen Verbindung. Obwohl 100BASE-T4 nicht für eine symmetrische 100 Mb/s-Vollduplex-Operation geeignet ist, heißt das nicht, dass dies kein Kandidat für eine asymmetrische Vollduplex-Version (wie z. B. Senden von nominell 66 Mb/s und Empfangen von nominell 33 Mb/s) ist. In diesem Fall sind wie beim 10BASE-T-System die Verbindungstestimpulse wegen des erforderlichen Abstands zwischen den Impulsen und aufgrund der Tatsache, dass mehrere Kopien der Mitteilung zum Erhöhen der Rauschunempfindlichkeit des Systems gesendet werden müssen, nicht zum Transportieren von Echtzeit-Flusssteuerungsinformationen geeignet.
Somit scheinen 10BASE-T-, 10BASE-F- und 100BASE-T4-Systeme besser für den oben dargestellten Flusssteuerungsmechanismus innerhalb des Bandes geeignet, nämlich der Erzeugung von Flusssteuerungspaketen, die einen darin eingebetteten Anzeiger enthalten, wie z. B. einen SFD oder ein Datenfeld, der/das eine Identifizierung des Pakets als Flusssteuerungsinformationen transportierendes Paket ermöglicht. Es sei darauf hingewiesen, dass das Paket gut ausgebildet sein kann (mit einer gültigen CRC) und Informationen enthalten kann, die für die nachfolgenden Leistungserwartungen des Zielsenders relevant sind. Auf diese Weise kann die Halbduplex-Flusssteuerung durch Anwendung des durch die Phantompaketerzeugung hervorgerufenen Kollisionsmechanismus erfolgen. Die Flusssteuerung für Vollduplex-Versionen von 10BASE-T und 10BASE-FL kann derart konfiguriert sein, dass sie in unterschiedlicher Weise auf das Phantompaket reagiert und die in dem Phantompaket eingebetteten Informationen verwendet, um die Sendeleistung zu modifizieren.
Andererseits senden die 100BASE-TX- und 100BASE-FX-Signalisierschemata kontinuierliche Zeichenströme, unabhängig davon, ob Daten oder Leerlauf-Informationen gesendet werden. Dies ist ein einzigartiger Aspekt dieser Technologien und ist der Grund dafür, dass sie in hohem Maße für Operationen mit dem oben genannten außerhalb des Bandes liegenden Signalisierschema geeignet sind. 100BASE-X- (TX und FX) Systeme wenden eine 4B/5B-Kodiertechnik an, wobei 4 Bits des Datenpakets genommen und in eine 5-Bit-Codegruppe konvertiert werden, die über das Medium gesendet wird. Durch das inverse Dekodierverfahren wird die empfangene 5-Bit-Codegruppe erneut auf dem 4-Bit-Datenfeld abgebildet, das an den MAC zurückgeleitet wird. Bei 100BASE-T-Systemen wird das standardisierte Interface zum Weiterleiten der 4-Bit-Informationen zwischen dem MAC und dem PHY als mediumunabhängiges Interface (MII) bezeichnet und in Klausel 22 des 802.3-Nachtragskonzepts angeführt.
Bei 100BASE-X konvertiert der PHY die 4 Bits der Binärdaten in die 5-Bit- Codegruppe, die über das Medium gesendet wird, und umgekehrt. Für die 4 Bits der Daten gibt es 16 mögliche Kombinationen. Da ein 5-Bit-Code zum Abbilden zur Verfügung steht, gibt es 32 mögliche Kombinationen für die Codegruppen. Obwohl nur 16 der möglichen 32 Kombinationen für die Codegruppen Datenbits zugewiesen sind, werden die übrigen Codegruppen für spezielle Funktionen verwendet. So wird z. B. die Leerlauf-Codegruppe (11111) während des IPG gesendet, wenn im wesentlichen keine Daten von dem MAC weitergeleitet werden. Ferner sind einige Codegruppen für Steuerungsfunktionen reserviert, z. B. werden die "J"- (11000) und "K"- (10001) Codegruppen gemeinsam verwendet, um den Beginn-des-Stroms-Begrenzer (SSD) anzuzeigen, der den Übergang von Leerlauf zu Datenblockdaten identifiziert. Die "T"- (01101) und "R"- (00111) Codegruppen werden gemeinsam verwendet, um den Ende-des-Stroms-Begrenzer (ESD) anzuzeigen, der den Übergang von Datenblockdaten zu Leerlauf identifiziert. Die "H"-Codegruppe (00100) wird zum Anzeigen ungültiger Daten verwendet und sollte nur unter speziellen Fehlerbedingungen gesendet werden. Es bleiben zu diesem Zeitpunkt 10 zusätzliche Codegruppen undefiniert, die alle ungültige Codes anzeigen, wenn solche empfangen werden. Diese sind in Tabelle 24-1 der oben genannten Klausel 24 für 100BASE-X definiert.
Dies ermöglicht die Verwendung der unbenutzten Codegruppen zum Senden von Flusssteuerungsinformationen. Diese können nicht nur innerhalb des Paketzwischenraums (IPG) übermittelt werden, sondern es ist bei sorgfältiger Auswahl der Codegruppen auch möglich, Flusssteuerungsinformationen in dem Paketdatenstrom zu übermitteln. Diese Fähigkeit zur Übermittelung in dem Datenstrom erlegt dem PHY zusätzliche Verzögerungs- (und somit Pufferungs-) Einschränkungen auf, die im Falle von 100BASE-TX beträchtlich sein können, da das Verzögerungsbudget des Netzes die Grenze bereits fast erreicht hat und einen minimalen Spielraum bietet.
Die Verwendung unbenutzter Codegruppen kann die Implementierung einer einfachen und flexiblen Flusssteuerung ermöglichen. Das Abbilden von Codegruppen für "XON", "XOFF" ermöglicht z. B. die Verwendung eines minimalen Codeplatzes. Alternativ kann es sich bei einer flexibleren Codegruppenzuweisung um eine Zuweisung einer Codegruppe als "Flusssteuerungsinformations- Kopfelement" handeln. Auf diese Weise können weitere Codegruppen für "XON", "XOFF", "Verzögerung der Übertragung um einen Zeitraum x", "Vergrößerung des IPG um einen Zeitraum x" etc. zugewiesen werden.
Es sei angenommen, dass der PHY diese Flusssteuerungs-Codegruppen interpretiert und diese über die Reconciliation-Teilschicht und die MII an den MAC weiterleitet. Im Falle einer einfachen XON/XOFF-Steuerung wird von der Annahme ausgegangen, dass der PHY einfach, eine Kollision aktiviert, um das Senden eines Pakets abzubrechen, wie oben erwähnt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einer Erweiterung dieses Schemas der PHY zum Überwachen der Spätkollisionsschwelle selbst verwendet werden kann. Wenn z. B. der Flusssteuerungsanzeiger nach der Spätkollisionsschwelle empfangen wird, puffert der PHY die Anzeige bis zum Beginn der nächsten Paketübermittlung. Auf diese Weise erfährt die nächste Paketübermittlung eine offensichtliche Kollision "in einem Fenster" und zieht sich normalerweise zurück (in dem vereinbarten Zurückziehzeitraum, der im Vollduplex-Modus auferlegt wird). Dies mildert das Problem, auf das der Sende-MAC beim Feststellen stößt, ob die Übermittlung verstümmelt werden soll, wenn das Flusssteuerungs-/Kollisionssignal nach Ablauf des Zeitschlitzes empfangen wird, und der MAC neigt dazu, die Übermittlung des gleichen Pakets zu wiederholen. Dies minimiert den Umfang der Modifikationen, die zwischen der Vollduplex- und der Halbduplex- Operation an dem MAC durchgeführt werden müssen.
Die Fähigkeit zum Senden von in ein Pakete eingebetteten Flusssteuerungsinformationen bietet deutliche Vorteile, und zwar dahingehend, dass die Körnigkeit der Steuerung des Sendeverhaltens der entfernten Station stärker kontrolliert werden kann. Die beiden folgenden Beispiele betreffen z. B. die Art der Latenz, die beim Versuch, die Flusssteuerung nur innerhalb des IPG anzuwenden, erwartet werden kann.
Beispiel für eine auf dem IPG basierende Flusssteuerung:
Ein Umschalter beginnt gerade mit dem Senden eines Pakets mit maximaler Länge (1500 Datenbytes) zu der mit einem speziellen Port verbundenen Vollduplex-Station.
Unmittelbar nachdem der Umschalter mit dem Senden begonnen hat, identifiziert er, dass er die Flusssteuerung senden muss (z. B. empfängt er gleichzeitig ein Paket von der Station, und es werden die Puffereinrichtungen knapp).
Die Station beendet ihre aktuelle Übermittlung im wesentlichen zu der gleichen Zeit, zu der der Umschalter seine eigene Übermittlung beginnt.
Die Station hat zu diesem Zeitpunkt keine Flusssteuerungsinformationen empfangen (da ein Paket mit maximaler Länge gesendet wird), so dass der IPG- Zeitgeber der Station abläuft und folgendes sendet:
(i) ein Paket mit maximaler Länge,
(ii) mehrere Pakete mit maximaler Länge (64 Datenbytes) (es können ungefähr 18 64-Byte-Pakete mit minimalem IPG während des Zeitintervalls eines einzelnen 1500-Byte-Pakets gesendet werden),
(iii) eine bestimmte Anzahl von Paketen mit mittlerer Länge (Paket mit > 64 und < 1500 Datenbytes).
Wenn der Umschalter das Senden des Pakets mit maximaler Länge beendet hat, gibt er die Flusssteuerungsmitteilung in dem IPG an die Station aus.
Wenn die Flusssteuerungsinformationen an der Station ankommen, bevor die Station bei ihrer nächsten Paketübermittlung die 512-Bitzeitschwelle erreicht hat, wird die Übermittlung abgebrochen. Wenn die Flusssteuerungsinformationen zu einem späteren Zeitpunkt als der "in einem Fenster" liegenden Kollisionszeit ankommen, wird das Senden des Pakets beendet und das Senden des nachfolgenden Pakets verzögert oder aufgehoben.
Dies zeigt, dass, wenn die antiparallele Verzögerung der Verbindung (nominell) kleiner ist als der 512 Bitzeitschlitz, der Umschalter in der Lage sein muss, entweder ein Paket mit maximaler Länge oder bis zu 18 Pakete mit minimaler Länge zu puffern. Wenn die Flusssteuerungsinformationen nach dem Zeitschlitzfenster ankommen, muss der Umschalter in der Lage sein, bis zu 2 Pakete mit maximaler Länge oder 19 Pakete, von denen 1 Paket entweder eine minimale oder eine maximale Länge aufweist, zu puffern
Die Flusssteuerung innerhalb des Pakets ermöglicht es daher dem Umschalter, den Pufferungsbedarf wesentlich zu reduzieren, wodurch eine potentiell kosteneffektivere Implementierung möglich wird.
Wenn eine kompliziertere Signalisierung angewandt wird, wie z. B. die oben beschriebene, müssen diese Informationen (wie z. B. eine Flusssteuerungs- Codegruppe zum Verzögern des Sendens für einen spezifizierten Zeit) über RXD< 3 : 0> -Leitungen des MII geliefert werden, wobei die COL-Leitung aktiviert ist, die RX_DV-Leitung deaktiviert ist, die RX_ER-Leitung aktiviert ist und einer der folgenden Codes RXD< 3 : 0> zugewiesen ist, 0001 bis 1101 oder 1111 (der Code 1110 ist für die Anzeige eines falschen Trägers reserviert, wenn die RX_DV-Leitung deaktiviert ist und die RX_ER-Leitung aktiviert ist). Mittels dieses Mechanismus können zusätzliche Informationen effektiv zu dem MAC oder einer Managementeinheit weitergeleitet werden, um das Verhalten des MAC beim erneuten Senden zu modifizieren.
Die Tatsache, dass die antiparallele Verzögerung an einer Vollduplex-Verbindung größer werden kann als der Zeitschlitz, und zwar einfach aufgrund der Verzögerung, die beim Übermitteln des Pakets über die größere Distanz auftritt, kann zu potentiellen Problemen führen, die vermieden werden sollten. In einer Situation, in der das Senden des Pakets durch die Endstation wiederholt wird, sollte der Umschalter z. B. das Paket nicht duplizieren. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Senden eines Datenblocks mit minimaler Größe. Dieser weist nur 64 Bytes auf, plus 64 Bits der Präambel, was zu einer Paketgröße von 576 Bitzeiten führt. Unter der Annahme, dass der Umschalter das Flusssteuerungssignal sendet, das bei der Bitzeit 511 an der Endstation ankommt, besteht die Möglichkeit, dass die Endstation die Datenblockübertragung beendet und die Übertragung neu plant. Da der Umschalter keinen exakten Hinweis darauf erhält, dass die Endstation das Flusssteuerungssignal empfangen hat, wenn das Paket erneut gesendet wird, kann der Umschalter ein Duplikat des vorhergehenden Pakets empfangen. Hierfür gibt es mehrere potentielle Lösungen:
(a) Erweitern des Fensters, in dem das Flusssteuerungssignal empfangen werden muss. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass, wenn das Flusssteuerungssignal gesendet worden ist, dieses immer eine erneute Übertragung bewirkt, so dass das aktuell empfangene Paket immer von dem Umschalter gelöscht werden kann. Das hat den Nachteil, dass das Wiederholungs-Fenster groß wird und das Paket möglicherweise völlig neu in den Endstationskontroller- geladen werden muss, wodurch die Ausnutzung der Busbandbreite verschlechtert wird.
(b) Ermöglichen, dass die Flusssteuerung nur im IPG wirksam wird. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung, die einen Flusssteuerungs-Datenblock empfangen hat, immer die Übermittlung des aktuell gesendeten Pakets erfolgreich abschließen, jedoch einen wesentlich größeren IPG hinzufügen, bevor sie das nächste Paket sendet. Bei Anwendung dieses Mechanismus sind keine Wiederholungen nötig. Der Nachteil hierbei ist, dass der Umschalter gezwungen ist, das aktuelle Paket zu puffern.
(c) Gewährleisten, dass der Empfang des Flusssteuerungspakets innerhalb des Fensters bewirkt, dass ein von der Endstation gesendetes Paket eine ungültige FCS hat. Dies bewirkt, dass der Umschalter oder der endgültige Zielort den Datenblock bei Empfang löscht. Der Endstationskontroller muss das gesendete Paket verstümmeln, wenn er eine Wiederholung plant, und muss das Paket normal liefern, wenn die Flusssteuerungsanforderung nach dem zulässigen Fenster empfangen wird.
(d) Gewährleisten, dass die Flusssteuerungsinformationen die Target-Vorrichtung vor der 512-Bitzeitgrenze erreichen können. Dadurch wird im wesentlichen die Einweg-Verzögerung der Verbindung auf 511 Bitzeiten begrenzt, was unerwünscht sein kann.
(e) Verwenden des PHY zum "Überwachen" der Spätkollisionsschwelle. Wenn z. B. der Flusssteuerungsanzeiger nach der Spätkollisionsschwelle empfangen wird, puffert der PHY die Anzeige bis zum Beginn der nächsten Paketübermittlung. Auf diese Weise erfährt die nächste Paketübermittlung eine offensichtliche Kollision "in einem Fenster" und zieht sich normalerweise zurück (in dem vereinbarten Zurückziehzeitraum, der im Vollduplex-Modus auferlegt wird). Dies mildert das Problem, auf das der Sende-MAC beim Feststellen stößt, ob die Übermittlung verstümmelt werden soll, wenn das Flusssteuerungs-/Kollisionssignal nach Ablauf des Zeitschlitzes empfangen wird, und der MAC neigt dazu, die Übermittlung des gleichen Pakets zu wiederholen. Dies minimiert den Umfang der Modifikationen, die zwischen der Vollduplex- und der Halbduplex-Operation an dem MAC durchgeführt werden müssen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Algorithmus zwei mögliche Ableitungen aufweist, wie nachstehend dargestellt:
1. Wiederholungs-Basis
Endstation sendet
Umschalter sendet Flusssteuerungssignal (Phantompaket oder Codegruppe)
Endstation empfängt Flusssteuerungssignal
Endstation verstümmelt Übermittlung und plant erneuten Versuch
Endstation wartet (auf Ablauf der Zeit oder "Wiederaufnahme"-Signal) Endstation wiederholt
2. Verzögerungs-Basis
Endstation sendet
Umschalter sendet Flusssteuerungssignal (Phantompaket oder Codegruppe)
Endstation empfängt Flusssteuerungssignal
Endstation beendet Übermittlung
Endstation wartet (auf Ablauf der Zeit oder "Wiederaufnahme"-Signal)
Endstation sendet nächstes Paket
Eine Alternative zu dem auf Wiederholung basierenden Algorithmus, der für Netze auf 100BASE-X-Basis spezifisch ist, sieht wie folgt aus:
3. Wiederholungs-Basis (100BASE-X)
Endstation sendet
Umschalter sendet Flusssteuerungssignal
Endstation empfängt Flusssteuerungssignal
PHY stellt Flusssteuerung "im Fenster" oder "außerhalb des Fensters" fest
Wenn "im Fenster", wendet PHY Flusssteuerung an
Wenn "außerhalb des Fensters", verzögert PHY die Flusssteuerung bis zum nächsten Sendeversuch
Endstation bricht Übermittlung ab und plant erneuten Versuch
Endstation wartet (auf Ablauf der Zeit oder "Wiederaufnahme"-Signal)
Endstation wiederholt
Eine weitere Überlegung, die sich auf die drei Versionen des Algorithmus bezieht, betrifft den Effekt des Empfangs eines Flusssteuerungssignals durch die Endstation, wenn diese aktuell nicht sendet. Es können zwei offensichtliche Wahlmöglichkeiten in Betracht gezogen werden, d. h. es kann eine Wartezeit eingeplant werden, oder es wird keine Maßnahme ergriffen. Vorzugsweise wird eine Wartezeit vor der nächsten Übermittlung eingeplant. Dadurch kann eine Flusssteuerungsanforderung aufgrund eines vorhergehenden Pakets erzeugt worden sein, diese kann durch die Verzögerung bei der Weiterleitung jedoch nach Beendigung der Übermittlung des Pakets ankommen.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass das auf Wiederholung basierende Konzept für ein innerhalb des Bandes liegendes Signalisierungsschema (Phantompaket) oder ein außerhalb des Bandes liegendes Signalisierungsschema (Codegruppe) geeignet ist, da es eine schnelle Detektierung des Flusssteuerungssignals erforderlich macht (d. h. innerhalb des Zeitschlitzes). Ferner bietet dieses Schema Vorteile, wie z. B. die Anwendbarkeit auf Halbduplex sowie Vollduplex und die Tatsache, dass das Flusssteuerungssignal im wesentlichen in einem Paket mit einem normalen Datenformat (wie z. B. durch Anwendung einer speziellen Präambel-/SFD-Sequenz oder Codegruppe) "huckepack" genommen werden kann. Dieses Schema erlaubt eine minimale Pufferung in dem Umschalter, da ohne zur Verfügung stehende Puffer gearbeitet werden kann. Das auf Verzögerung basierende Schema funktioniert gut bei außerhalb des Bandes als auch innerhalb des Bandes liegender Signalisierung, macht es jedoch erforderlich, dass der Umschalter eine minimale Pufferungsmöglichkeit bietet (d. h. er muss in der Lage sein, das aktuell gesendete Paket zu empfangen und die potentielle Verzögerung zu berücksichtigen, um eine Lieferung des Flusssteuerungspakets an die Zielstation zu gewährleisten), es sei denn, dass das Detektieren/Signalisieren der Einrichtungsbegrenzungen innerhalb des Zeitschlitzes ausgeführt werden kann (was allein wegen der Verzögerung bei der Weiterleitung nicht zweckmäßig ist).
Abschließend kann gesagt werden, dass die vorliegende Erfindung eine einfache und effiziente Lösung für ein Problem bei der Flusssteuerung in einem Halbduplex-Ethernet-Umschalter bietet. Obwohl die vorstehende Beschreibung eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist, sind verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente möglich. Daher darf die vorstehende Beschreibung nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung, der von den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, angesehen werden.

Claims

1. Verfahren zum Umleiten eines Eingangsdatenpakets, das an einem ersten Port eines Netzumschalters empfangen wird, zu einem zweiten Port des Umschalters, wobei ein Datenübertragungskanal zwischen dem zweiten Port und einem dritten Port des Umschalters vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:

Bestimmen, ob das Eingangsdatenpaket blockiert werden soll;

gekennzeichnet durch

nachfolgendes Anlegen einer Vollduplex-Gegendruckanzeige an den ersten Port, wenn eine Blockierung gewünscht ist;

Ansprechen eines mit dem Eingang des ersten Ports gekoppelten Senders, der das Eingangsdatenpaket sendet, auf die Gegendruckanzeige zum Abbrechen des Sendens des Eingangsdatenpakets; und danach

Empfangen eines erneut gesendeten Eingangsdatenpakets an dem ersten Port, wenn der zweite Port zur Verfügung steht; und danach

Leiten des Eingangsdatenpakets von dem ersten zu dem zweiten Port.

2. Umleitverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Anlegens des Gegendrucks ferner folgende Schritte umfasst:

Bilden eines Flusssteuerungspakets, das von einem mit dem ersten Port gekoppelten Vollduplex-Empfänger als Flusssteuerungsereignis erkannt wird und eine Kollisionsbedingung in einem mit dem ersten Port gekoppelten Halbduplex-Empfänger triggert; und danach

Senden des Flusssteuerungspakets von dem ersten Port.

3. Umleitverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sender einen Sendeempfänger aufweist, der in Reaktion auf die Gegendruckanzeige das Eingangsdatenpaket invalidiert, um das Senden dieses Pakets abzubrechen.

4. Umleitverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Anlegeschritt den Schritt des Einfügens einer Anzeige in ein Ausgangsdatenpaket umfasst, das gleichzeitig mit dem Empfang des Eingangsdatenpakets am Eingang des ersten Ports von dem ersten Port gesandt wird.

5. Umleitverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Anlegeschritt den Schritt des Sendens der Anzeige in einem Paketzwischenraum, der dem Ausgangsdatenpaket folgt, das gleichzeitig mit dem Empfang des Eingangsdatenpakets von dem ersten Port aus gesendet wird, umfasst.

6. Umleitverfahren nach Anspruch 3, bei dem die Gegendruckanzeige eine Rücksetzdauer umfasst, wobei das Verfahren ferner folgenden Schritt umfasst:

Extrahieren der Rücksetzdauer aus der Gegendruckanzeige; und danach

erneutes Senden des Eingangsdatenpakets nach der Rücksetzdauer.

7. Umleitverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Sendeempfänger einen Zeitgeber zum Aktivieren eines Signals für das erneute Senden nach einer vorbestimmten Verzögerung umfasst, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst:

Starten des Zeitgebers bei Empfang der Gegendruckanzeige; und danach

Initiieren des erneuten Sendens des Eingangsdatenpakets nach der Aktivierung des Signals für das erneute Senden durch den Zeitgeber.

8. Umleitverfahren nach Anspruch 3, ferner mit folgenden Schritten:

Senden eines Wiederaufnahmesignals von dem ersten Port zu dem Sendeempfänger; und danach

Ansprechen des Sendeempfängers auf das erneute Senden des Eingangsdatenpakets an den ersten Port.

9. Umleitverfahren nach Anspruch 8, bei dem eine Endstation das Senden nach einem vorbestimmten Zeitraum wieder aufnimmt, wenn das Wiederaufnahmesignal nach der vorbestimmten Verzögerung nicht empfangen worden ist.

10. Umleitverfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Eingangsdatenpaket an einem Eingang des ersten Ports des Vollduplex-Netzumschalters zu einem Ausgang des zweiten Ports des Umschalters empfangen wird, wobei der Datenübertragungskanal zwischen dem Ausgang des zweiten Ports und einem Eingang des dritten Ports des Umschalters vorgesehen ist, während ein Ausgangsdatenpaket von einem Ausgang des ersten Ports gesendet wird, wobei

der Anlegeschritt das Senden einer Gegendruckanzeige von dem ersten Port umfasst, wenn eine Blockierung gewünscht ist;

der Ansprechschritt das Abbrechen des Sendens des Eingangsdatenpakets durch einen mit dem ersten Port gekoppelten Sendeempfänger in Reaktion auf die Gegendruckanzeige umfasst, und der Empfangsschritt das Empfangen des Eingangsdatenpakets an dem ersten Port umfasst, wenn der Ausgang des zweiten Ports zur Verfügung steht.

11. Umleitverfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Sendens des Gegendrucks das Einfügen der Gegendruckanzeige in das von dem ersten Port zu dem Sendeempfänger gesandte Ausgangsdatenpaket umfasst.

12. Umleitverfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt des Sendens des Gegendrucks das Senden der Gegendruckanzeige nach dem Senden des Ausgangsdatenpakets von dem ersten Port zu dem Sendeempfänger umfasst.

13. Umleitverfahren nach Anspruch 1, bei dem:

der Schritt des Bestimmens, ob das Eingangsdatenpaket blockiert werden soll, während des Sendens eines vorhergehenden Datenpakets erfolgt;

der Schritt des Anlegens einer Vollduplex-Gegendruckanzeige während des Sendens des vorhergehenden Datenpakets erfolgt, und

der Sender in Reaktion auf die Gegendruckanzeige das Senden des Eingangsdatenpakets invalidiert und/oder aussetzt.

14. Umleitverfahren nach Anspruch 1, bei dem

der Schritt des Anlegens einer Vollduplex-Gegendruckanzeige nach dem Senden des vorhergehenden Datenpakets, jedoch vor dem Senden des Eingangsdatenpakets erfolgt; und

15. Vollduplexierbare Ethernet-Router-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:

eine Einrichtung zum Erzeugen von Flusssteuerungsinformationen durch Anlegen von Vollduplex-Gegendruckanzeigen zum Steuern des Sendens von Interkollisionsdomänenpaketen, und

eine Einrichtung zum Senden von Flusssteuerungsinformationen zu oder Empfangen von Flusssteuerungsinformationen von einer entfernt angeordneten Vorrichtung durch Anwendung einer eindeutig kodierten Struktur.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Struktur mehrere Kodierungsgruppen umfassen kann.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Struktur in dem Paketzwischenraum (IPG) gesendet werden kann.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Struktur in dem Paketzwischenraum oder den Paketdaten gesendet werden kann.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Kodierungsgruppen als unterschiedliche Mitteilungen interpretiert werden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine spezielle Kodierungsgruppe als "Sende-Stopp"-Anzeige interpretiert wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine spezielle Kodierungsgruppe als "Sende-Start"-Anzeige interpretiert wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine spezielle Kodierungsgruppe als "Änderung der Paketzwischenraum-Zeit"-Anzeige interpretiert wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine spezielle Kodierungsgruppe als "Änderung des Rücksetzintervalls"-Anzeige interpretiert wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine spezielle Kodierungsgruppe als "Änderung des Zeitschlitzintervalls"-Anzeige interpretiert wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Einrichtung zum Senden von Flusssteuerungsinformationen an eine entfernt angeordnete Einrichtung ein Ethernet-Paketformat entsprechend IEEE 802.3 benutzt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der das Paket eingebettete Flusssteuerungsinformationen enthält, wobei entweder ein spezielles Präambel-, Datenblockbegrenzerstart- (SFD-) oder Mitteilungsdatenformat verwendet wird.