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STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet der Schnittstellenschaltungen für Computernetzwerke. Die Erfindung
ist speziell auf das Gebiet der 100 Mbit Fast Ethernet Netzwerkschnittstellen
anwendbar.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Gegenwärtig gibt es zwei vorherrschende Protokolle
für die
physikalische Schicht bzw. die Bitübertragungsschicht für 100 Mbit
Fast Ethernet Schnittstellen:
- 1) 100 Base TX
(TX). Das Protokoll TX betrifft eine Netzwerkkabelart, die als Kabel
der Kategorie 5 bekannt ist, das aus zwei verdrillten Leitungspaaren
besteht.
- 2) 100 Base T4 (T4). Das Protokoll T4 betrifft eine Netzwerkkabelart,
die als Kabel der Kategorie 3 bekannt ist, das aus vier verdrillten
Leitungspaaren besteht. Die Kabel der Kategorie 3 sind allgemein
preisgünstiger
als die Kabel der Kategorie 5, wobei sie jedoch über größere Entfernungen unter einen
höheren
Signalverlust leiden.
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Es ist gegenwärtig nicht klar, ob sich T4
oder TX als führender
Protokollstandard für
das Fast Ethernet durchsetzen wird. Die Aufgabe von Ethernet-Schnittstellenschaltungen
ist es, zu bestimmen, welche Art von Protokoll von dem Computernetzwerk verwendet
wird, mit dem sie verbunden sind. Der IEEE Standard 802.3u Autonegotiation
Scheme spezifiziert eine Möglichkeit,
wie eine Schnittstellenschaltung bestimmen kann, ob das Computernetzwerk
ein mit der Schaltung kompatibles Protokoll unterstützt. Wenn
eine Schaltung mit dem Netzwerk bzw. Netz verbunden wird, übermittelt
die Schaltung gemäß dem Standard,
welches Protokoll sie unterstützt,
und wobei andere Vorrichtungen in dem Netzwerk die Unterstützung des
Protokolls anerkennen oder nicht anerkennen. Wenn die Schaltung
und das Netzwerk nicht das gleiche Protokoll unterstützen, kann
die Schaltung keine Daten über
das Netzwerk austauschen.
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In dem Dokument von Crayford mit
dem Titel "FAST
ETHERNET GETS PLUG-AND-PLAY", Wescon
Conference, IEEE Center, Hoes Lane, U.S., 7. November 1995 (1995-11-07),
Seiten 354–359, XP000586593,
ISSN: 1044-6036, wird ein Autonegotiation-Algorithmus offenbart, der ein Protokoll
verhandelt und eine Verbindung zwischen dem Netzwerk und einer Steuereinheit
für das
verhandelte Protokoll ermöglicht.
Die Steuereinheit selbst wird zur Steuerung der Netzwerkschnittstelle
freigegeben.
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Es wäre wünschenswert, wenn eine Netzwerkschnittstellenschaltung
mehrere Netzwerkprotokolle unterstützt, so dass ein Kunde das
die Schaltung aufweisende Produkt kaufen könnte, ohne darauf achten zu
müssen,
welches Protokoll das Netzwerk unterstützt. Zur Vereinfachung der
Bauweise, der Fertigung und der Erweiterbarkeit der Schaltung sollte
die Schaltung auf modulare Art und Weise jedes Protokoll der Mehrzahl
von Protokollen unterstützen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Vorgesehen ist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Ausführungsbeispiel gemäß dem gegenständlichen
Anspruch 1.
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Vorgesehen ist gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß dem gegenständlichen
Anspruch 6.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Zwischenschaltung von Computernetzwerken unter Verwendung
verschiedener Protokolle für
die Bitübertragungsschicht;
und
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2 die
Schritte eines Verfahrens zur Verwendung einer Master-/Slave-Schaltungsanordnung zur
Steuerung der Netzwerkschnittstelle, die eines einer Mehrzahl von
Protokollen für
die Bitübertragungsschicht
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung unterstützt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung führt zahlreiche spezifische
Einzelheiten aus, wie etwa die Schaltungen, Flussdiagramme etc.,
um ein umfassendes Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. In anderen Fällen wurde
auf die Darstellung allgemein bekannter Strukturen und Techniken
in näheren
Einzelheiten verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Die hierin beschriebenen spezifischen Anordnungen und Verfahren
dienen ausschließlich
zur Veranschaulichung der Grundsätze
der vorliegenden Erfindung. Für
den Durchschnittsfachmann sind zahlreiche Modifikationen in Bezug
auf die Ausführung
und die Details möglich. Die
Erfindung ist zum Beispiel auf jede Netzwerkschnittstelle anwendbar
und ist nicht auf Fast Ethernet-Netzwerke beschränkt.
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Die Erfindung umfasst eine Schaltkreisanordnung
zum Analysieren des von einem angeschlossenen Netzwerk unterstützten Protokolls
unter Verwendung von Autonegotiation bzw. dem automatischen Verhandeln.
Die Schaltkreisanordnung passt ihr Protokoll gemäß dem von dem Netzwerk unterstützten Protokoll
an. In einem Ausführungsbeispiel verwendet
die Erfindung zwei unterschiedliche Schaltungen, wobei die erste
Schaltung das Protokoll TX unterstützt, wobei die zweite das Protokoll
T4 unterstützt.
Die Schaltungen arbeiten auf eine Art und Weise zusammen, die es
der einen oder der anderen ermöglicht,
die Schnittstelle mit dem Netzwerk abhängig von dem von dem Netzwerk
verwendeten Protokoll zu steuern.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die T4-Schaltung
als Master bei der Steuerung der Schnittstelle fungieren, und wobei
die TX-Schaltkreisanordnung als Slave betrieben wird. Allgemein kann
jedoch jeder der Schaltungen als Master oder Slave betrieben werden.
Zum Beispiel kann die Behauptung eines Signals an einem Slave-Stift
an der T4-Schaltung bewirken, dass diese als Slave betrieben wird,
während
die Deaktivierung des Slave-Stifts an der TX-Schaltung dazu führt, dass
diese als Master betrieben wird.
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Die Abbildung aus 1 zeigt eine Schaltung für die Zwischenschaltung
zwischen verschiedenen Computernetzwerken unter Verwendung verschiedener
Protokolle für
die Bitübertragungsschicht. Die
Master-Schaltung 100 und die Slave-Schaltung 115 sind über eine
Netzwerkschnittstelle 110 mit dem Netzwerk gekoppelt, und
wobei sie über
eine Bus-Controller-Schnittstelle 140 mit
einem Bus-Controller 145 gekoppelt sind. Die Master-Schaltung 100 und
die Slave-Schaltung 115 sind über die
Signalisierungspfade 135, 130 und 125 miteinander
gekoppelt. Der Signalpfad 135 führt ein Signal FDX, wobei der Signalpfad 130 ein
Signal SLAVE_TRI führt,
und wobei der Signalpfad 125 ein Signal LINK_STATUS führt. Der
Bus-Controller 145 ist mit dem Rechnerbus gekoppelt und
wird zum Datenaustausch über
den Bus über
ein Computersystem verwendet. Der Bus-Controller fungiert auch als
Media Access Controller (MAC) bzw. Einheit für die Medienzugangskontrolle
für das
Netzwerk, wobei zum Beispiel die Funktionen der Begrenzung (Framing)
und Kollisionsreduzierung vorgesehen werden. In einem Ethernet-Netzwerk
unterstützt
der Bus-Controller/MAC 145 zum Beispiel
das CSMA/CD-Protokoll. Die Master-Schaltung 100 weist die
Schnittstellenschaltung 102 und die parallele Detektierungslogik 104 auf.
Die Slave-Schaltung 115 weist die Schnittstellenschaltung 106 auf.
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Die Anwendung des Master-/Slave-Signals an
den Leitungen 105 und 120 bewirkt das Verhalten der
zugeordneten Schaltung als Master In der Abbildung befindet sich
das Signal auf der Leitung 105 zum Beispiel in einem hohen
Zustand, wobei sich das Signal auf der Leitung 120 in einem
niedrigen Zustand befindet, wobei die in der Abbildung dargestellte
Beziehung zwischen Master und Slave bewirkt wird. Die Master-Slave-Beziehung ist für eine bestimmte
Installation kennzeichnenderweise fest, wobei die Anschlüsse zum
Beispiel permanent auf dem geeigneten Signalwert angebracht werden.
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Die Master-Schaltung 100 bietet
dem Netzwerk das durch den Master 100 unterstützte Protokoll sowie
das durch den Slave 115 unterstützte Protokoll an. Wenn das
Netzwerk die Unterstützung
des durch den Master 100 unterstützten Protokolls anzeigt, steuert
der Master 100 die Netzwerkschnittstelle 110 und
der Slave 115 bleibt passiv. Wenn das Netzwerk die Unterstützung des
durch die Slave-Schaltung 115 unterstützten Protokolls
anzeigt, gibt der Master 100 die Steuerung der Netzwerkschnittstelle 110 an
die Slave-Schaltung 115 ab, und der Master 100 wird passiv.
Die Master-Schaltung 100 deaktiviert die Slave-Schaltung 115 durch
Behauptung des Signals SLAVE_TRI auf dem Pfad 130, und
wobei die Schaltung daraufhin damit fortfährt, Daten über die Netzwerkschnittstelle
unter Verwendung des durch den Master 100 unterstützten Protokolls
zu übermitteln und
zu empfangen. Während
der Verhandlung des unterstützten
Protokolls durch die Master-Schaltung 100 wird das Signal
SLAVE_TRI auf dem Pfad 130 geltend gemacht, so dass die
Master-Schaltung 100 für
die Aufrechterhaltung der Steuerung der Netzwerkschnittstelle nichts
unternehmen muss.
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Wenn der Master 100 die
Steuerung an den Slave 115 abgibt, deaktiviert bzw. sperrt
er dessen Verwendung der Netzwerkschnittstelle 110 und
der Bus-Controller-Schnittstelle 140 zu dem Bus-Controller 145.
Er sperrt seine Verbindungen mit den Schnittstellen 110, 140 durch
Platzierung der Anschlüsse bzw.
Verbindungen an diesen Schnittstellen in einem Hochimpedanzzustand,
wobei die Schnittstellen weder gesteuert noch belastet werden. Wenn
der Slave 115 in ähnlicher
Weise die Steuerung an den Master 100 abgibt, sperrt er
seine Verwendung der Netzwerkschnittstelle 110 und der
Schnittstelle 140 zu dem Bus-Controller 145. Ebenso
wie der Master 100 sperrt der Slave seine Verbindungen
mit diesen Schnittstellen, indem die Verbindungen bzw. Anschlüsse an den
Schnittstellen in einem Hochimpedanzzustand platziert werden, wobei
die Schnittstellen weder gesteuert noch belastet werden.
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Die Master-Schaltung 100 gibt
die Steuerung der Schnittstelle 110 an die Slave-Schaltung 115 ab, indem
das Signal SLAVE_TRI an dem Pfad 130 freigegeben und deaktiviert
wird. Im gesperrten bzw. deaktivierten Zustand überwacht der Master 100 das Signal
LINK_STATUS auf dem Pfad 125, welches den Status der Netzwerkverbindung
anzeigt. Wenn das Signal LINK_STATUS geltend gemacht wird, zeigt
es an, dass die Slave-Schaltung 115 eine gute Verbindung
mit dem Netzwerk aufweist. Wenn das Signal durch den Slave 115 aufgehoben
wird, bedeutet dies, dass die Verbindung fehlerhaft geworden ist. Unter
diesen Umständen
muss die Master-Schaltung 100 die Steuerung der Schnittstelle 110 wieder
von dem Slave 115 übernehmen
und ein unterstütztes Protokoll
neu verhandeln. Diese Situation kann zum Beispiel auftreten, wenn
das Netzwerkkabel vorübergehend
von der Schnittstelle getrennt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder angeschlossen
wird.
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Einige Netzwerkprotokolle können in
der Lage sein, einen Datenaustausch im Vollduplexbetrieb zu unterstützen. Zum
Beispiel unterstützt
das Protokoll TX den Vollduplexbetrieb.
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Das Protokoll T4 unterstützt keinen
Datenaustausch im Vollduplexbetrieb. Wenn die Master-Schaltung 100 durch
Verhandlung bestimmt, dass das Netzwerk ein Vollduplexprotokoll
unterstützt,
so macht sie das Signal FDX auf dem Pfad 135 geltend, so
dass dem Slave 115 die Ausführung des Vollduplexbetriebs
angezeigt wird. Ansonsten wird das Signal FDX in dem Pfad 135 nicht
geltend gemacht.
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Die Master-Schaltung 100 und
die Slave-Schaltung 115 sind über die Bus-Controller-Schnittstelle 140 mit
dem Bus-Controller 145 gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Schnittstelle 140 durch den Media Independent Interface Standard
802.3u definiert. Diese Kopplung wird von dem Bus-Controller 145 zum
Lesen von Daten verwendet, die über
das Netzwerk durch die zu diesem Zeitpunkt freigegebene Schnittstellenschaltung 102 (entweder
die Schaltung 102 des Master 100 oder die Schaltung 106 des
Slave 115)empfangen werden, oder zum Schreiben von Daten über den
Bus-Controller 145 in die zu diesem Zeitpunkt freigegebene Schnittstellenschaltung 102 oder 106 zur Übermittlung über das
Netzwerk. Bei dem Bus-Controller 145 kann es sich um jede
Art von Controller handeln, wie etwa um einen PCI-Bus-Controller,
einen ISA-Bus-Controller oder einen EISA-Controller. Die Erfindung
ist nicht auf eine bestimmte Kopplung zwischen den Schnittstellenschaltungen
und dem Bus-Controller beschränkt,
und wobei andere Ausführungsbeispiele
als der Standard 802.3u verwendet werden können, ohne dabei vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die Erfindung ist ferner zur Implementierung eines
Mechanismus zur 'parallelen
Detektierung' gemäß der Beschreibung
in dem Standard 802.3u nützlich.
Unter Verwendung der in dem Standard definierten parallelen Detektierung überwacht
jede Schnittstellenschaltung parallel die Netzwerkschnittstelle 110,
wobei auf eine digitale Signatur geachtet wird, welche die kompatiblen
Vorrichtungen in dem Netzwerk identifiziert. Zum Beispiel kann sowohl
die TX unterstützende
Schnittstelle als auch die T4 unterstützende Schnittstelle die Netzwerkschnittstelle 110 parallel überwachen,
wobei entsprechend auf die Signatur einer TX- oder T4-Vorrichtung
in dem Netzwerk geachtet wird, mit der sie kompatibel sind. Wenn
eine Netzwerkschnittstelle eine kompatible Vorrichtung detektiert, übernimmt
sie die Steuerung der Netzwerkschnittstelle 110, wobei
eine ausstehende automatische Verhandlung bei Bedarf abgebrochen
wird. Aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften
können
die TX-Schnittstellenschaltungen
und die T4-Schnittstellenschaltungen auf Probleme bezüglich der
gemeinsamen Nutzung der Netzwerkschnittstelle 110 für die parallele
Detektierung treffen. Zum Lösen
dieses Problems der gemeinsamen Nutzung wird die gesamte parallele
Detektierungslogik 104 für jede Schnittstellenschaltung in
der Master-Schaltung 100 implementiert. Dies macht es nicht
mehr erforderlich, dass mehrere Schnittstellenschaltungen die Netzwerkschnittstelle 110 während der
parallelen Detektierung gleichzeitig gemeinsam nutzen. Nach der
Detektierung der Signatur einer unterstützten Vorrichtung unter Verwendung
der parallelen Detektierungslogik 104 beendet die Master-Schaltung 100 die
automatische Verhandlung (Autonegotiation) und gibt die entsprechende Schnittstellenschaltung 102 oder 106 frei.
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Andere Ausführungsbeispiele sind möglich, ohne
dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel
sind das Signal auf dem Pfad 105 und das Signal auf dem
Pfad 120 für
dei Ausführung
der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Wenn diese Signale
weggelassen werden, werden die Master-Schaltung 100 und
die Slave-Schaltung 115 vereinfacht, da sie nicht für einen Dualmodusbetrieb
als Master und Slave geeignet sein müssen. In der Abbildung sind
die TX- und T4-Schaltungen als einzelne Einheiten dargestellt. Im
Allgemeinen kann es sich bei den Schaltungen um Teilabschnitte in
einer einzelnen Einheit handeln. Darüber hinaus ist die Erfindung
nicht auf die Unterstützung
von zwei Protokollen beschränkt.
Die Unterstützung
eines dritten, vierten oder weiteren Protokolls kann auf die folgende
Art und Weise hinzugefügt
werden:
- – Die
Master-Schaltung 100 steuert anfangs die Schnittstelle.
Durch Verhandlung bestimmt sie das vom Netzwerk verwendete Protokoll.
- – Ein
Bus führt
das Signal SLAVE_TRI über
einen Pfad zwischen der Master-Schaltung 100 und mehreren
Slave-Schaltungen. Das Signal SLAVE_TRI wählt die spezielle Slave-Schaltung aus,
die das durch die Master-Schaltung 100 verhandelte Protokoll
unterstützt.
- – Das
Signal LINK_STATUS wird durch eine gemeinsam genutzte Verbindung
zwischen allen Slave-Schaltungen und der Master-Schaltung geführt. Wenn die Netzwerkverbindung
verloren geht, macht die die Schnittstelle steuernde Slave-Schaltung
das Signal LINK_STATUS geltend, wodurch bewirkt wird, dass der Master 100 die Steuerung
der Schnittstelle wieder übernimmt
und die Verbindung neu verhandelt.
- – Bei
dem Signal FDX handelt es sich um ein gemeinsam genutztes Signal
aller Slave-Schaltungen und der Master-Schaltung 100. Wenn die Master-Schaltung 100 bestimmt,
dass das Netzwerkprotokoll den Vollduplexbetrieb unterstützt, macht
sie FDX geltend, und die durch SLAVE_TRI ausgesuchte Slave-Schaltung verwendet
den Vollduplexbetrieb für
den Austausch von Daten.
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Die Abbildung aus 2 veranschaulicht ein Verfahren zur Verwendung
einer Master-Slave-Anordnung zur Steuerung einer Netzwerkschnittstelle, die
eines einer Mehrzahl von physikalischen Netzwerkprotokollen unterstützt.
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In dem Schritt 200 wird
die Slave-Schaltung deaktiviert. Nach der Deaktivierung der Slave-Schaltung
wird in dem nächsten
Schritt 205 die Master-Schaltung freigegeben. Die Master-Schaltung wird danach
in dem nächsten
Schritt 210 verwendet, um ein Netzwerkprotokoll zu verhandeln.
In dem Schritt 215 wird bestimmt, ob die Verhandlung erfolgreich
war oder nicht. Bei einer erfolglosen Verhandlung endet das Verfahren
mit dem Schritt 220. Bei erfolgreicher Verhandlung wird
in dem Schritt 225 bestimmt, ob die Master-Schaltung das
verhandelte Protokoll unterstützt.
Wenn die Master-Schaltung das verhandelte Protokoll unterstützt, wird
die Master-Schaltung in dem Schritt 235 zur Steuerung der Netzwerkschnittstelle
verwendet. Danach wird in dem Schritt 240 bestimmt, ob
die Verbindung zu dem Netzwerk verloren gegangen ist oder nicht.
Wenn die Verbindung verloren gegangen ist, wird die Schaltung zur
erneuten Verhandlung eines Netzwerkprotokolls in dem Schritt 210 verwendet.
Wenn die Verbindung nicht verloren gegangen ist, wird die Master-Schaltung
weiter zur Steuerung der Schnittstelle in dem Schritt 235 verwendet.
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In dem Schritt 230 wird
bestimmt, ob die Slave-Schaltung das verhandelte Protokoll unterstützt. Wenn
die Slave-Schaltung das verhandelte Protokoll unterstützt, wird
die Master-Schaltung
in dem Schritt 245 deaktiviert bzw. gesperrt. Wenn die
Slave-Schaltung das verhandelte Protokoll nicht unterstützt, endet
das Verfahren in dem Schritt 275, da weder die Master-
noch die Slave-Schaltung das verhandelte Protokoll unterstützen.
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Nach der Deaktivierung der Master-Schaltung
wird in dem nächsten
Schritt 250 die Slave-Schaltung freigegeben bzw. aktiviert,
und wobei danach in dem Schritt 255 der Vollduplex- oder Halbduplexbetrieb
der Slave-Schaltung freigegeben wird. In dem Schritt 265 wird
bestimmt, ob die Verbindung zu dem Netzwerk verloren gegangen ist
oder nicht. Wenn die Verbindung verloren gegangen ist, signalisiert
der Slave dem Master in dem Schritt 270, dass die Verbindung
verloren gegangen ist, und das Verfahren fährt mit dem Schritt 200 fort,
um die Verhandlung erneut zu versuchen. Wenn die Verbindung nicht verloren
gegangen ist, wird die Slave-Schaltung weiter zur Steuerung der
Schnittstelle in dem Schritt 260 verwendet.
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Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend zwar
in Bezug auf ein spezielles Ausführungsbeispiel dargestellt,
wobei diese Beschreibung die Erfindung jedoch nicht einschränkt. Vielmehr
ist die vorliegende Erfindung ausschließlich durch den Umfang der
anhängigen
Ansprüche
eingeschränkt.