DE69811622T2

DE69811622T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bandbreitenverwaltung in einem Datenübertragungsnetz

Info

Publication number: DE69811622T2
Application number: DE69811622T
Authority: DE
Inventors: Alan Stanley John Chapman; Hsiang-Tsung Kung
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: DE69811622D1; EP0926921A1; US6233245B1; EP0926921B1; CA2255385A1; CA2255385C

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Datenkommunikationsnetzen. Insbesondere bezieht sie sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Verwaltung der Bandbreite auf Verbindungsstrecken zwischen Leitweglenkungsknoten in Datennetzen. Das System ist insbesondere zur Verringerung von Überlastungen nützlich, die durch ein hohes Volumen aufweisende Verkehrsströme hervorgerufen werden.

Hintergrund der Erfindung

Ein typisches Datenkommunikationsnetz arbeitet in einer verbindungslosen Betriebsart, bei der es keine Absprachen zwischen dem Sender/Empfänger und dem Netz bezüglich der Art und Menge des Verkehrs gibt, der zu übertragen ist. Der Sender sendet einfach den Verkehr auf das Netz und verläßt sich auf die Netzkomponenten, daß der Verkehr richtig an den Empfänger geliefert wird. In diesen Netzen sind die von den Sendern und Empfängern verwendeten Protokolle so ausgelegt, daß sie die Verzögerung und Verluste berücksichtigen, die sich aus einer Überlast oder einem Stau ergeben. Diese gleichen Protokolle passen weiterhin den Verkehrsstrom in gewissem Umfang an, um eine Überlast zu mildern.
Die Netze bestehen typischerweise aus Leitweglenkungsknoten (Routern), die durch physikalische Verbindungsstrecken miteinander verbunden sind. Die Hauptfunktion der Leitweglenkungsknoten besteht darin, ankommende Pakete an die passenden abgehenden Verbindungsstrecken zu lenken. Eine Überlast in den Leitweglenkungsknoten wird üblicherweise durch eine an eine physikalische Verbindungsstrecke gelenkte Verkehrsmenge hervorgerufen, die deren Kapazität übersteigt. Warteschlangen bilden sich in dem Leitweglenkungsknoten, und wenn die Warteschlange (Puffer) überläuft, so gehen Pakete verloren. Diese Puffer können vorübergehende Verkehrsspitzen glätten, doch werden schließlich Pakete verworfen. Für das Datenaustausch-Übertragungssteuerprotokoll (TCP aus der Internet-TCP/IP-Protokollgruppe) dient der Verlust von Paketen als Stimulus zur Verringerung der Übertragungsrate, um dazu beizutragen, die Verbindungsstreckenbandbreite in einer gesteuerten Weise zu verteilen. Andere Protokolle wie z. B. UDP (unbestätigtes Datagramm-Protokoll) passen sich nicht dieser Weise an, und eine Anwendung, die UDP zur Übertragung von Informationen verwendet, kann Verkehr unabhängig von der Überlastung der Verbindungsstrecken weiter senden.
Ein hohes Volumen aufweisende Verkehrsströme auf dem Netzwerk beschleunigen die Überlast, und wenn sie sich nicht anpassen können, um diese Überlast zu mildern, so können sie in schwerwiegender Weise die Betriebsleistung für alle anderen Netznutzer beeinträchtigen. Streaming-Video ist ein Beispiel eines derartigen Verkehrs mit hohem Volumen. Video tritt immer häufiger auf und es wird erwartet, daß das Vorhandensein von Videoquellen schwerwiegende Probleme für TCP-Benutzer hervorrufen wird.
Eine Lösung dieses Problems besteht darin, das leitweggelenkte (verbindungslose) Netz durch ein verbindungsorientiertes Netz, wie z. B. ein ATM-Netz zu ersetzen, das eine Verkehrstrennung und Bandbreitenzuteilung ermöglicht. Ein Beispiel einer ATM-Realisierung ist in der Veröffentlichung von Falchi M.: IP and ATM integration: QoS Issues with Enhanced Buffer Scheduling, ISS '97, World Telecommunications Congress, Toronto, 21.-26. September 1997, Band 1, 21. September 1997, Seiten 459-464 beschrieben. Diese Veröffentlichung erläutert die Verwendung von ATM- Vermittlungen als eine Hardware-Plattform, wobei deren verbesserter Puffer- Abwicklungsmechanismus zur Steuerung der Datenübertragung zur Verwaltung von Bandbreite in einem Netz ausgenutzt wird. Leider ist eine derartige Lösung im Hinblick auf die Investitionskosten, die Umschulung und die Notwendigkeit neuer Netzverwaltungsprozeduren nicht wünschenswert.
Eine weitere Lösung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Internet Task Force (IETF) neue Protokolle für die Bandbreitenverwaltung definiert, und daß neuere im oberen Leistungsspektrum angeordnete Router die Fähigkeit haben werden, eine Bandbreitenverwaltung zu realisieren. Diese Lösung erfordert jedoch neue Hardware oder Software und steht noch nicht in weitem Umfang zur Verfügung. Weiterhin finden viele Netz-Diensteanbieter, daß der Ersatz vorhandener Ausrüstungen zu aufwendig ist.
Die hier vermittelte Hintergrundinformation zeigt klar, daß eine Notwendigkeit in der Industrie besteht, ein Verfahren für eine einfache Verwaltung der Bandbreite in einem Datenkommunikationsnetz zu schaffen, die insbesondere gut für die Verringerung von Überlast geeignet ist, die durch ein hohes Volumen aufweisende Verkehrsströme hervorgerufen wird.

Ziele und Zusammenfassung der Erfindung

Ein Ziel dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Systems, das einen Bandbreitensteuermechanismus auf einer physikalischen Verbindungsstrecke realisieren kann, die die Router mit einem anderen Knoten des Netzes verbindet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung der Bandbreite in einem verbindungslosen Netz.
Wie sie verwirklicht und allgemein hier beschrieben wird, ergibt die Erfindung einen Router zur Verwendung in einem Kommunikationsnetz, wobei der Router zur Verbindung mit einer Vielzahl von physikalischen Verbindungsstrecken unter Einfluß von zumindest einer gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke geeignet ist, um Datenverkehrseinheiten, die Quellenadresseninformationen einschließen, zu senden und zu empfangen, mit:
ersten und zweiten Eingangsports zum Empfang der Datenverkehrseinheiten von jeweiligen physikalischen Verbindungsstrecken;
einem Ausgangsport zur Verbindung mit der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke;
einem Speicher zur Realisierung erster und zweiter Warteschlangenpuffer zum Speichern der Datenverkehrseinheiten, wobei die ersten und zweiten Warteschlangenpuffer der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke zugeordnet sind;
einer Datentyp-Bestimmungseinheit, die mit den ersten und zweiten Eingangsports gekoppelt ist, wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit betreibbar ist, um die an den ersten und zweiten Eingangsports empfangen Datenverkehrseinheiten an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer zu versenden;
einer Ablaufsteuerung zur Abgabe der Datenverkehrseinheiten an den Ausgangsport von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer mit einer bestimmten Rate zur Übertragung über die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke;
wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit dadurch gekennzeichnet ist, daß die Datenverkehrseinheiten auf einer Grundlage der Quellenadressen-Information der Datenverkehrseinheiten versandt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen neuartigen Router bereit, der eine Bandbreitensteuerfunktionalität auf einer bestimmten physikalischen Verbindungsstrecke realisiert, mit der der Router verbunden ist. Der Router empfängt von einem Eingangsport Datenverkehrseinheiten, wie z. B. IP- Datenpakete, die zu einem bestimmten Ausgangsport zu senden sind, wobei die Wahl des Ausgangsports durch Aufruf der Leitweglenkungs-Logik des Routers duchgeführt wird. Die Leitweglenkungsentscheidung wird dadurch vorgenommen, daß eine Leitweglenkungstabelle gelesen wird, die den besten Weg für ein Paket zum Erreichen seines Ziels bestimmt. Beispielsweise zeigt das Adressenfeld in einem IP-Datenpaket das Ziel des Datenpaketes an. Der Router liest die Adresseninformation und befragt die Leitweglenkungstabelle, um den Ausgangsport des Routers zu bestimmen, über den das Datenpaket abgesandt werden sollte, damit das gewünschte Ziel erreicht ist. Dies Art der Datenübertragung wird als "verbindungslos" bezeichnet, weil es keine definierte Ende-zu-Ende-Verbindung in dem Netz gibt, die während einer bestimmten Datenaustauschtransaktion ausgebildet wird.
Der Router gemäß der Erfindung weist eine mehrfache Warteschlangenstruktur auf, die der physikalischen Verbindungsstrecke zugeordnet ist, über die die Bandbreitensteuerung realisiert werden soll. An einem Eingangsport des Routers ankommende IP-Datenpakete, die an den Ausgangsport gelenkt werden, der mit der bandbreitengesteuerten physikalischen Verbindungsstrecke verbunden ist, werden in einer ausgewählten der Warteschlangen angeordnet. Die Wahl der Warteschlange, die das Datenpaket empfangen soll, kann auf der Grundlage einer bestimmten erkennbaren Charakteristik des IP-Datenpaketes erfolgen, wie z. B. der Quellen-Adresseninformation, aus der man die Art der Daten ableiten kann, die das Paket enthält. In einer sehr speziellen Ausführungsform ist der Router mit zwei getrennten Warteschlangen versehen, wobei eine Warteschlange ausschließlich für Video-/Sprache-Daten bestimmt ist, die beträchtliche Mengen an Bandbreite verbrauchen, während die andere Warteschlange für den Rest des Verkehrs reserviert ist, der über die bandbreitengesteuerte physikalische Verbindungsstrecke transportiert wird. Dieser Verkehr kann eine Dateiübertragung, eine Textübertragung oder ein anderer der vielen anderen Typen von Datenaustausch sein, die allgemein wesentlich weniger Bandbreite als Video- oder Spracheverkehr erfordern.
Ein Ablaufsteuermechanismus steuert die Rate, mit der Daten aus der Warteschlange entnommen und an die physikalische Verbindungsstrecke zum Transport zu einem gewünschten Ziel weitergeleitet werden. Der Ablaufsteuermechanismus steuert effektiv die Bandbreitenzuteilung für jede Art von Verkehr durch gesteuertes Weiterleiten der Daten von jeder Warteschlange an die physikalische Verbindungsstrecke.
Die Trennung des Verkehrs in unterschiedliche Warteschlangen begrenzt die Wahrscheinlichkeit, daß die eine hohe Bandbreite aufweisende Datenübertragung die Übertragung anderen Verkehrs stört. Im Fall von Video-/Sprache-Daten werden die Datenpakete in der gleichen Warteschlange angeordnet und stehen miteinander im Wettbewerb um Bandbreite. Der andere Verkehr ist gegen eine Überlast durch die Video-/Sprache-Daten geschützt, weil er in einer anderen Warteschlange angeordnet wird.
Eine zweckmäßige Art zur Realisierung der Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Bandbreitensteuermechanismus besteht darin, den Router mit einer ATM-Schnittstelle zu versehen, die so ausgelegt ist, daß sie eine Vielzahl von virtuellen Pfaden in einer einzigen physikalischen Verbindungsstrecke bereitstellt. Insbesondere reicht es aus, jeder Warteschlange einen bestimmten virtuellen Port auf der ATM-Schnittstelle zuzuordnen und Daten von dieser Warteschlange an diesen reservierten Port zu übertragen. Die ATM-Schnittstelle ergibt die Ablaufsteuerungsmechanismus-Funktionalität, so daß die Übertragung von Daten auf jeden virtuellen Pfad in der gewünschten Weise torgesteuert wird. Wenn Datenpakete an die ATM-Schnittstelle weitergeleitet werden, werden sie in ein ATM- Format umgesetzt, das von dem IP-Datenpaket-Format verschieden ist, das normalerweise in den Datennetzen vom verbindungslosen Typ verwendet wird. Aus Gründen der Kompatibilität sollte das Ausgangsende der physikalischen Verbindungsstrecke ebenfalls an einer ATM-Schnittstelle enden, um eine geeignete erneute Umsetzung in ein IP-Datenpaket-Format zu ermöglichen.
Die Unterscheidung der Art der Daten in den Datenpaketen, die an dem Eingangsport des Routers ankommen, um zu bestimmen, in welche Warteschlange das Paket zu übertragen ist, kann in der Praxis schwierig zu erzielen sein.
Eine theoretische Möglichkeit besteht in einer Überprüfung der Nutzinformation oder des Benutzerdaten-Segmentes des IP-Datenpaketes in dem Bestreben, die Art von Daten zu bestimmen, die transportiert wird. Eine einfachere Lösung besteht darin, sich auf die Quellenadresse zu verlassen, die in dem IP-Datenpaket angeordnet ist, ohne vorhergehende Kenntnis der Art von Daten, die diese Quelle wahrscheinlich sendet. Beispielsweise können einige gut identifizierte Quellen hauptsächlich Video- oder Sprachedaten senden. Irgendein Datenpaket, das von irgendeiner dieser Quellen ausgesandt wird, kann dann so betrachtet werden, als ob es Videodaten enthält, und es wird an die zugehörige Warteschlange übertragen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, sich auf die Identität des Eingangsports des Routers zu verlassen, an dem das Datenpaket angekommen ist. Dies ist insbesondere dann geeignet, wenn der Router einen Eingangsport aufweist, der mit einer einzigen Quelle verbunden ist, die über den größten Teil der Zeit einen bestimmten Datentyp erzeugt, so daß eine starke Wahrscheinlichkeit besteht, daß ein an dem bestimmten Port ankommendes Datenpaket von dem speziellen Datentyp sein wird.
Wie sie hier verwirklicht und allgemein beschrieben wird, ergibt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Übertragung von Datenverkehrseinheiten über eine gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke, wobei jede Datenverkehrseinheit eine Quellenadresseninformation einschließt und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen von ersten und zweiten Warteschlangenpuffern, die in der Lage sind, die Datenverkehrseinheiten zu speichern;
Empfangen der Datenverkehrseinheiten von einer physikalischen Verbindungsstrecke;
Versenden der Datenverkehrseinheiten an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer;
Abgabe der Datenverkehrseinheiten auf die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer mit einer bestimmten Rate;
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Versenden auf, der Grundlage der Quellenadresseninformation der Datenverkehrseinheiten durchgeführt wird.
Wie sie hier verwirklicht und allgemein beschrieben wird, ergibt die Erfindung ein System zur Steuerung der Übertragung von Datenverkehrseinheiten über eine gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke, wobei jede Datenverkehrseinheit Quellenadresseninformation einschließt, wobei das System folgendes umfaßt:
erste und zweite Warteschlangenpuffer, die in der Lage sind, die Datenverkehrseinheiten zu speichern;
eine Datentyp-Bestimmungseinheit, die betreibbar ist, um die Datenverkehrseinheiten von einer physikalischen Verbindungsstrecke zu empfangen, und um die Datenverkehrseinheiten an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer zu versenden:
eine Ablaufsteuerung zur Abgabe der Datenverkehrseinheiten auf die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer mit einer bestimmten Rate;
wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit dadurch gekennzeichnet ist, daß die Datenverkehrseinheiten auf einer Basis der Quellenadresseninformation in den Datenverkehrseinheiten versandt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Datenkommunikationsnetzes.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer einzigen Verbindungsstrecke in einem Datenkommunikationsnetz, das Router gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten des Routers gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten einer ATM- Netzschnittstelle zeigt.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm höherer Ebene des Bandbreitensteuermechanismus, der in dem Router gemäß der Erfindung realisiert ist, und
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Prozeß zur Bestimmung der Leitweglenkung eines IP-Datenpaketes in dem Router gemäß der Erfindung vor dem Aufruf des Bandbreitensteuermechanismus zeigt.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt Beispiel einer Situation, bei der sich zwei Arten von Verkehr auf physikalischen Verbindungsstrecken 3 und 4 ausbreiten. Bei dieser Darstellung fordert ein Klient 100 des weltweiten Datennetzes (WWW) einen Zugriff auf einen WWW-Server 130 an, um Daten, beispielsweise eine Datei unter Verwendung des HTTP-Protokolls zu empfangen, und ein Video-Klient 110 fordert einen Zugang an einem Video-Server 120 an, um Videodaten zu empfangen. In diesem Fall laufen beide Arten von Verkehr über die Verbindungsstrecke 3 und die Verbindungsstrecke 4 über die Knoten A, C und D. Jeder dieser Knoten würde üblicherweise einen Router einschließen, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Aus weiter oben erläuterten Gründen ist es in diesem Fall erforderlich, den WWW-Verkehr gegen den Videoverkehr zu schützen. In einer speziellen Ausführungsform könnte der Videoverkehr (d. h. der ein hohes Volumen aufweisende Verkehr) auf 50% der Kapazität der physikalischen Verbindungsstrecke 3 beschränkt werden.
Fig. 2 zeigt eine einzelne Verbindungsstrecke, wie z. B. die Verbindungsstrecke 3 nach Fig. 1, die die Router an den Enden der Verbindungsstrecke einschließt, die mit Schnittstellen für die asynchrone Übertragungsbetriebsart (ATM) versehen sind, die so ausgelegt sind, daß sie virtuelle Ports schaffen. Im einzelnen zeigt die Darstellung einen Router 200 an einem Knoten A mit einer hiermit verbundenen ATM-Schnittstelle 220, die bei dieser Ausführungsform zwei virtuelle Eingangsports hat. Am Knoten C weist der Router 210 eine ATM-Schnittstelle 230 ebenfalls mit den gleichen virtuellen Ports auf.
Die Konstruktion des Routers 200 ist in Fig. 3 gezeigt (der Router 210 ist identisch zu dem Router 200). Der Router besteht aus Schnittstellen 305, 315, 325, einem Prozessor/Steuergerät 340 und einem Speicher 350. Ein Bus 360 verbindet diese Bauteile, um einen Datenaustausch zwischen diesen zu ermöglichen. Der in Fig. 3 gezeigte Router 200 hat acht Ports, die als Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F, Port G und Port H identifiziert sind. Diese Ports verbinden den Router mit den physikalischen Verbindungsstrecken 362, 364 und 366, die die Übertragung von Daten zu anderen Knoten des Netzes ermöglichen. Für den Zweck der Erläuterung sei angenommen, daß die Ports G und E Eingangsports auf den physikalischen Verbindungsstrecken 364 bzw. 366 sind, während die Ports F und H Ausgangsports auf diesen physikalischen Verbindungsstrecken sind. Die Eingangsports sind zum Empfang von Daten von der jeweiligen physikalischen Verbindungsstrecke bestimmt, während ein Ausgangsport zum Senden von Daten über die zugehörige physikalische Verbindungsstrecke bestimmt ist. Die Ports A, B, C und D sind speziell. Sie stellen virtuelle Ports über die gleiche physikalische Verbindungsstrecke 362 dar. Im einzelnen sind die Ports A und B zwei virtuelle Eingangsports über die physikalische Verbindungsstrecke 362, während die Ports C und D zwei virtuelle Ausgangsports über die physikalische Verbindungsstrecke 362 sind. Der Prozessor-/Steuerungseinheit 340 ist eine CPU, die Befehle ausführt, die in den Speicher 350 gespeichert sind, um die Datenleitweglenkungs-Aufgabe zu erfüllen. Der Speicher speichert weiterhin Daten, die die Prozessor- /Steuerungseinheit 340 verarbeitet, nämlich die Datenpakete, die von irgendeinem der Eingangsports empfangen werden. Die Schnittstellen 305, 315 und 325 verbinden die verschiedenen Eingangs- und Ausgangsports mit den physikalischen Verbindungsstrecken 362, 364 bzw. 366. Die Schnittstellen 315 und 325 sind von üblicher Konstruktion. Ihre Funktion besteht darin, ankommende IP-Datenpakete an den internen Datenbus 360 zu senden, so daß diese Datenpakete in dem Speicher 350 gespeichert werden können, während die Prozessor-/Steuerungseinheit bestimmt, wie die IP-Datenpakete zu behandeln sind. Auf der Ausgangsseite sind die Schnittstellen ebenfalls so konstruiert, daß sie IP-Datenpakete von dem Speicher 350 über den Datenbus 360 annehmen und die erforderlichen elektrischen Signale über die jeweiligen physikalischen Verbindungsstrecken aufprägen, so daß die Signalaussendung erfolgen kann. Es wird als nicht erforderlich angesehen, die Konstruktion und Betriebsweise der Schnittstellen 315 und 325 mit weiteren Einzelheiten zu diskutieren, weil sie für den Fachmann gut bekannt sind und diese Bauteile als solche nicht kritisch für den Erfolg der Erfindung sind.
Die Schnittstelle 305 ist unterschiedlich. Diese Schnittstelle realisiert das ATM- Übertragungsprotokoll. Dieses Protokoll ermöglicht die Schaffung mehrerer virtueller Ports (Ports A und B für Eingang und C und D für den Ausgang) über eine einzige physikalische Verbindungsstrecke. Diese Funktionalität der ATM-Schnittstelle vereinfacht sehr stark die Realisierung der Erfindung.
Fig. 4 ist ein ausführliches Blockschaltbild, das die Hauptkomponenten der ATM- Schnittstelle 305 zeigt, die gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung konfiguriert ist. Die ATM-Schnittstelle 305 schließt eine Prozessor-/Steuereinheit 410, einen Segmentierungs-/Zusammenfügungs-Chipsatz (SAC) 420, ein Gerätemodul der physikalischen Schicht (PLIM) 430 und einen Paketspeicher 440 ein, der ankommende und abgehende Warteschlangen in Form von Puffern einschließt (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Auf einer Seite der ATM- Schnittstelle 305 ist diese mit dem Router-Datenbus 360 verbunden, und auf der anderen Seite ist sie mit der physikalischen Verbindungsstrecke 362 verbunden, die eine Bandbreitenkapazität von 155 Mb/s haben könnte. Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, endet die physikalische Verbindungsstrecke 362 an einer ähnlichen ATM- Schnittstelle am anderen Ende.
Weil ATM ein spezielles Format für Zellen hat (53 Bytes), erfordert dies, daß von Protokollen einer höheren Ebene empfangene Pakete segmentiert (in der Senderichtung) und zusammengefügt (in der Empfangsrichtung) werden. Diese Aufgabe wird durch den Segmentierungs- und Zusammenfügungs-(SAR-) Chipsatz 420 ausgeführt. In einem speziellen Beispiel wird ein an die ATM-Schnittstelle 305 übertragenes IP-Datenpaket von dem SAR-Chipsatz 420 verarbeitet, der das IP- Datenpaket in eine Serie von 53-Byte-Zellen umsetzt, die über die physikalische Verbindungsstrecke 362 gesandt werden können. Die zugehörige ATM-Schnittstelle 230 am anderen Ende der physikalischen Verbindungsstrecke 362 fügt dann die Gruppe von Zellen zu einem IP-Datenpaket zusammen, das an den Router 210 zur Weiterverarbeitung weitergeleitet wird.
Das PLIM 430 ist eine Komponente der ATM-Schnittstelle 305. Es ergibt eine direkte Schnittstellenverbindung mit der physikalischen Schicht (physikalische Verbindungsstrecke 362) und wird entsprechend dem von dem Benutzer gewünschten Kommunikationsnetz-Standard gewählt (d. h. SONET/SDH, DS3, usw.)
Der Paketspeicher 440 wird zum Speichern von Paketen während des SAR- Prozesses verwendet. Die Prozessor-/Steuerungseinheit 410 ist eine CPU, die die Funktion der ATM-Schnittstelle 305 regelt. Die Prozessor-/Steuerungseinheit 410 führt Code aus, der in dem Speicher 440 gespeichert ist, um einen Ablaufsteuermechanismus zu realisieren, der weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Ein Blockschaltbild des Bandbreitensteuermechanismus, der durch den Router 200 realisiert wird, ist in Fig. 5 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. Der Bandbreitensteuermechanismus schließt einen Datentyp-Bestimmungs-Funktionsblock 500 ein, der so konstruiert ist, daß er den Typ der Daten bestimmt, die von einem IP-Datenpaket übertragen werden, das von dem Router empfangen wird. Bei einer speziellen Ausführungsform ist der Datentyp-Bestimmungs-Funktionsblock 500 durch Software in dem Router 200 realisiert und umfaßt eine Datenstruktur, wie z. B. eine Datenbank 502, die Quellenadressen von Netz-Klienten (Datenquellen) speichert, von denen bekannt ist, daß sie hauptsächlich Daten liefern, die einen hohen Bandbreitenbedarf haben, wie z. B. Video- oder Sprachedaten. Diese Datenstruktur wird in dem System auf der Grundlage von vorhergehender Kenntnis programmiert. Typischerweise bestimmt der Systemadministrator die Quellen in dem Netz, bei denen eine Wahrscheinlichkeit besteht, daß sie einen hohen Bandbreitenbedarf aufweisende Datenübertragungen erzeugen, und den Adressen dieser Quellen entsprechender Einträge werden in der Datenstruktur erzeugt. Der Datentyp-Bestimmungs-Funktionsblock 500 schließt weiterhin eine Suchfähigkeit ein, die die Quellenadresse überprüft, die in einem empfangenen IP-Datenpaket enthalten ist, und die Quellenadresse mit denjenigen vergleicht, die in der Datenbank 502 gespeichert sind. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, so schließt der Datentyp-Bestimmungsblock 500 daraus, daß das IP-Datenpaket einen großen Bandbreitenbedarf aufweist und leitet dieses Paket an eine reservierte Warteschlange 504. Wenn andererseits keine Übereinstimmung gefunden wird, so schließt der Datentyp-Bestimmungs-Funktionsblock 500 hieraus, daß das IP- Datenpaket nicht vom Typ mit hohem Bandbreitenbedarf ist und leitet das IP- Datenpaket an die Warteschlange 506. Die Warteschlangen 504 und 506 sind durch den Speicher 350 realisiert. Ein bestimmter Teil des Speichers wird zur Schaffung jeder Warteschlange reserviert. Was erforderlich ist, ist eine einfache Datenstruktur vom FIFO-Typ, in der ein Stapel von IP-Datenpaketen vorübergehend gespeichert werden kann.
Die vorstehende Betriebsweise entspricht einem Filtern der ankommenden Datenpakete und der nachfolgenden Speicherung der Datenpakete in getrennten Warteschlangen in Abhängigkeit von dem Bandbreitenbedarf jedes Paketes. Jede Warteschlange ist einem vorgegebenen virtuellen Ausgangsport an die ATM- Schnittstelle 305 zugeordnet. Im einzelnen ist die Warteschlange 504, die Daten mit hohem Bandbreitenbedarf enthält, dem virtuellen Ausgangsport C zugeordnet, während die Warteschlange 506, die Daten mit niedrigem Bandbreitenbedarf enthält, dem virtuellen Ausgangsport D zugeordnet ist. In der Praxis kann diese Zuordnung auf der Grundlage der Port-Bezeichnung ausgebildet werden. Beispielsweise kann jeder eine der virtuellen Ausgangsports C und D durch eine eindeutige Adresse bezeichnet werden. Daten von einer vorgegebenen Warteschlange werden an den zugehörigen virtuellen Ausgangsport dadurch geliefert, daß die Daten an die Adresse dieses virtuellen Ports gelenkt werden.
Sobald ein von irgendeiner der Warteschlangen 504 und 506 abgegebenes IP- Datenpaket an dem jeweiligen virtuellen Port an der ATM-Schnittstelle 305 empfangen wird, wird das IP-Datenpaket in einen Eingangspuffer gebracht, der einen Teil des Speichers 440 bildet. Der SAR-Chipsatz 420 führt dann die Umsetzung des IP-Datenpaketes in eine Serie von Zellen entsprechend dem ATM- Übertragungsformat aus. Die sich aus an einem vorgegebenen virtuellen Port dargebotenen Daten ergebenden Zellen führen alle die Port-Identifikation, so daß sie in geeigneter Weise am empfangenden Ende neu zusammengefügt werden können. Diese Operation erzeugt in dem Speicher 440 zwei Sätze von Zellen, wobei sich ein Satz aus Daten ergibt, die an einem der virtuellen Ports dargeboten werden, während sich der andere Satz aus Daten ergibt, die an dem anderen virtuellen Port dargeboten werden. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, können die Zellensätze voneinander auf der Grundlage der Identifikation des virtuellen Ports unterschieden werden. In am stärkster bevorzugter Weise wird jeder Satz von Zellen in einem getrennten Puffer gespeichert, der einen Teil des Speichers 440 bildet. Ein Ablaufsteuerungsmechanismus 508 regelt, wie die Zellen von den beiden getrennten Puffern über die physikalische Verbindungsstrecke 362 transportiert werden. Die Ablaufsteuerung 508 ist durch Software in der ATM-Schnittstelle 305 realisiert, und sie ist so ausgelegt, daß sie die Zellen von getrennten virtuellen Ports entsprechend einer vordefinierten Rate multiplexiert, die die Bandbreitenzuteilung für jeden Typ von Daten bestimmt. Bei einer speziellen Ausführungsform wird den einen hohen Bandbreitenbedarf aufweisenden Daten, die in der Warteschlange 504 gespeichert sind, ein Anteil von 50% der Bandbreite zugeteilt. Dies ergibt einen Rest von 50% für den anderen Verkehr. Bei diesem Bandbreitenzuteilungsschema entnimmt die Ablaufsteuerung 508 eine Zelle aus einem Puffer (der einem virtuellen Port zugeordnet ist) und überträgt diese Zelle auf die physikalische Verbindungsstrecke. Als nächstes entnimmt die Ablaufsteuerung 508 eine Zelle aus dem anderen Puffer und bringt diese Zelle auf die physikalische Verbindungsstrecke. Wenn die Belastung in den Puffern unter einen bestimmten Punkt absinkt, werden mehr Daten aus den Warteschlangen 504 und 506 entnommen. In dem vorstehend beschriebenen Fall wurde angenommen, daß die Puffer in dem Speicher 440 zur gleichen Zeit entleert werden.
Unterschiedliche Bandbreitenzuteilungsschemas sind möglich. Beispielsweise erfordert ein 75%/25%-Schema, daß die Ablaufsteuerung 508 so programmiert wird, daß für jede Zelle, die aus einem bestimmten Puffer (entsprechend dem Bandbreiten-Bruchteil von 25%) entnommen wird, drei Zellen aus dem anderen Puffer entnommen werden (der dem Bandbreitenteil von 75% entspricht).
In dem vorstehenden Beispiel erfolgt die Auswahl der Warteschlange, in die ein ankommendes IP-Datenpaket übertragen wird, auf der Grundlage der Adresse der Quelle, die das Paket abgegeben hat. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, sich auf die Identität des Eingangsports zu verlassen, durch den das IP-Datenpaket an den Router 200 übertragen wurde. Diese Anordnung ist für Netzkonfigurationen geeignet, bei denen der Router über eine physikalische Verbindungsstrecke mit einer einzigen Quelle verbunden ist, von der bekannt ist, daß sie Daten mit einem hohen Bandbreitenbedarf liefert. In einem speziellen Beispiel ist ein Videodaten- Klient direkt mit einem Eingangsport des Routers 200 verbunden. Zu diesem Eingangsport werden keine weiteren Verbindungen mit Ausnahme des Videodaten- Klienten hergestellt. Unter diesen Umständen ist es nicht erforderlich, die Quellenadresse in jedem IP-Datenpaket zu lesen, und es reicht aus, die Adresse des Ports zu bestimmen, durch den das IP-Datenpaket an den Router 200 geliefert wurde, um die passende Warteschlange auszuwählen.
Wenn die Daten in der Form von ATM-Zellen, die durch die physikalische Verbindungsstrecke 362 transportiert werden, an dem Router 210 ankommen, erfolgt eine Umsetzung von dem ATM-Format auf das IP-Format durch die örtliche ATM-Schnittstelle. Es ist nicht erforderlich, ausführlich das Umsetzungsverfahren zu beschreiben, weil dies für den Fachmann gut bekannt ist. Es reicht aus, daß bei ihrer Ankunft die Zellen voneinander aufgrund der Bezeichnung des virtuellen Ports getrennt werden. Die in diesen Zellen enthaltenen Daten werden dann aneinander angehängt, um die ursprünglichen IP-Datenpakete zusammenzufügen. Weil die ATM-Übertragung normalerweise die Zellenreihenfolge beibehält, muß die ATM- Schnittstelle an dem empfangenen Ende die Zellen nicht neu ordnen, sie muß lediglich die Trennung der virtuellen Pfade bewirken und die Daten dann anhängen, um das Umsetzungsverfahren abzuschließen.
Der vorstehend beschriebene Bandbreitensteuermechanismus ist lediglich auf der physikalischen Verbindungsstrecke 362 realisiert. Daher muß vor dem Aufruf dieses Mechanismus der Router 200 zunächst bestimmen, ob das IP-Datenpaket an die physikalische Verbindungsstrecke versandt wird, die bandbreitengesteuert ist. Dieses Verfahren wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben. Im Schritt 600 kommt das IP-Datenpaket an dem Router 200 über irgendeinen seiner Eingangsports an. Die Zieladresse des IP-Datenpaketes wird ausgelesen, und eine (in den Zeichnungen nicht gezeigte) Leitweglenkungstabelle, die normalerweise in dem Speicher 350 des Routers 200 gespeichert ist, wird befragt. Wie dies für den Fachmann gut bekannt ist, bestimmt die Leitweglenkungstabelle den Ausgangsport, durch den das IP-Datenpakte transportiert wird. Wenn die Auswahl irgendeinem der virtuellen Ports C oder D entspricht, wie dies im Schritt 604 bestimmt wird, so wird der Bandbreitensteuermechanismus aufgerufen, wie dies im Schritt 606 gezeigt ist, und das IP-Datenpaket wird in die passende Warteschlange in dem Schritt 610 geladen. Wenn andererseits das IP-Datenpaket über eine physikalische Verbindungsstrecke gesandt wird, die keinen Bandbreitensteuermechanismus realisiert, so wird das Paket direkt an den zugehörigen Ausgangsport übertragen, wie dies im Schritt 606 gezeigt ist.
Die vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte nicht in beschränkender Weise gelesen werden, weil Verfeinerungen und Abänderungen möglich sind, ohne von der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.

Claims

1. Router (200) zur Verwendung in einem Kommunikationsnetz, wobei der Router (200) für eine Verbindung mit einer Vielzahl von physikalischen Verbindungsstrecken (362, 364, 366) geeignet ist, die zumindest eine gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362) einschließen, um Datenverkehrseinheiten zu senden und zu empfangen, die eine Quellenadresseninformation einschließen, wobei der Router (200) folgendes umfaßt:

- erste und zweite Eingangsports (E, G) zum Empfang der Datenverkehrseinheiten von jeweiligen physikalischen Verbindungsstrecken (364, 366);

- einen Ausgangsport (C, D) zur Verbindung mit der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke (362);

- einen Speicher (350) zur Ausbildung erster und zweiter Warteschlangenpuffer (504, 506) zum Speichern der Datenverkehrseinheiten, wobei die ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke (362) zugeordnet sind;

- eine Datentyp-Bestimmungseinheit (500), die mit den ersten und zweiten Eingangsports (E, G) gekoppelt ist, wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) betreibbar ist, um die Datenverkehrseinheiten, die an den ersten und zweiten Eingangsports (E, G) empfangen werden, an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) zu versenden;

- eine Ablaufsteuerung (508) zur Abgabe der Datenverkehrseinheiten an den Ausgangsport (C, D) von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) mit einer bestimmten Rate zur Übertragung über die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362);

wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) dadurch gekennzeichnet ist, daß die Datenverkehrseinheiten auf einer Grundlage der Quellenadresseninformation der Datenverkehrseinheiten versandt werden.

2. Router (200) nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Rate entsprechend einem Teil der Gesamtbandbreite der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke (362) ausgewählt ist, der jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) zugeteilt wird.

3. Router (200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem jede Datenverkehrseinheit ein IP-Datenpaket mit einer Quellenadresse ist.

4. Router (200) nach Anspruch 3, bei dem die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) betreibbar ist, um die Quellenadresse jedes IP-Datenpaketes zu verarbeiten, um den Warteschlangenpuffer (504, oder 506) zu bestimmen, zu dem das IP- Datenpaket zu versenden ist.

5. Router (200) nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem die Datentyp- Bestimmungseinheit (500) eine Datenstruktur (502) einschließt, die Quellenadressen enhält, wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) betreibbar ist, um die Datenstruktur (502) zu durchsuchen, um den Warteschlangenpuffer (504 oder 506) zu identifizieren, der der Quellenadresse eines IP-Datenpaketes zugeordnet ist.

6. System zur Steuerung der Übertragung von Datenverkehrseinheiten über eine gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362), wobei jede Datenverkehrseinheit Quellenadresseninformation einschließt, wobei das System folgendes umfaßt:

- erste und zweite Warteschlangenpuffer (504, 506), die die Datenverkehrseinheiten speichern können;

- eine Datentyp-Bestimmungseinheit (500), die betreibbar ist, um die Datenverkehrseinheiten von einer physikalischen Verbindungsstrecke (364 oder 366) zu empfangen und um die Datenverkehrseinheiten an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) zu versenden;

- eine Ablaufsteuerung (508) zur Abgabe der Datenverkehrseinheiten an die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362) von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) mit einer bestimmten Rate, wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) dadurch gekennzeichnet ist, daß die Datenverkehrseinheiten auf einer Grundlage der Quellenadresseninformation der Datenverkehrseinheiten versandt werden.

7. System nach Anspruch 6, bei dem die bestimmte Rate entsprechend einem Teil der Gesamtbandbreite der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke (362) ausgewählt ist, der jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) zugeteilt ist.

8. System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem jede Datenverkehrseinheit ein IP-Datenpaket mit einer Quellenadresse ist.

9. System nach Anspruch 8, bei dem die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) betreibbar ist, um die Quellenadresse jedes IP-Datenpaketes zu verarbeiten, um den Warteschlangenpuffer (504 oder 506) zu bestimmen, zu dem das IP- Datenpaket zu versenden ist.

10. System nach einem der Ansprüche 6-9, bei dem die Datentyp- Bestimmungseinheit (500) eine Datenstruktur (502) einschließt, die Quellenadressen speichert, wobei die Datentyp-Bestimmungseinheit (500) betreibbar ist, um die Datenstruktur (502) zu durchsuchen, um den Warteschlangenpuffer (504 oder 506) zu identifizieren, der der Quellenadresse eines IP-Datenpaketes zugeordnet ist.

11. Verfahren zur Steuerung der Übertragung von Datenverkehrseinheiten über eine gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362), wobei jede Datenverkehrseinheit Quellenadresseninformation einschließt und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Bereitstellen erster und zweiter Warteschlangenpuffer (504, 506), die die Datenverkehrseinheiten speichern können;

- Empfangen der Datenverkehrseinheiten von einer physikalischen Verbindungsstrecke (364 oder 366);

- Versenden der Datenverkehrseinheit an einen ausgewählten einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506);

- Abgabe der Datenverkehrseinheiten an die gemeinsam genutzte physikalische Verbindungsstrecke (362) von jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) mit einer bestimmten Rate;

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Versenden auf der Grundlage der Quellenadresseninformation der Datenverkehrseinheiten durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die bestimmte Rate entsprechend einem Teil der gesamten Bandbreite der gemeinsam genutzten physikalischen Verbindungsstrecke (362) ausgewählt wird, die jedem einen der ersten und zweiten Warteschlangenpuffer (504, 506) zugeteilt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem jede Datenverkehrseinheit ein IP-Datenpaket mit einer Quellenadresse ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt der Verarbeitung der Quellenadresse jedes IP-Datenpaketes zur Bestimmung des Warteschlangenpuffers (504 oder 506) umfaßt, an den das IP-Datenpaket zu versenden ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, mit dem Schritt des Durchsuchens einer Datenstruktur (502), die Quellenadressen speichert, um den Warteschlangenpuffer (504 oder 506) zu identifizieren, der der Quellenadresse eines IP-Datenpaketes zugeordnet ist.