DE69816063T2 - Netzübergangseinrichtung mit einer adaptiven brücke zur effizienten abbildung von ethernet paketen über einem atm-basierten breitband zugangsnetz - Google Patents

Netzübergangseinrichtung mit einer adaptiven brücke zur effizienten abbildung von ethernet paketen über einem atm-basierten breitband zugangsnetz Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Datenkommunikationsnetzen und genauer Verfahren und ein Gerät zum Implementieren einer adaptiven Brückenfunktionalität in einer Netzschnittstellenvorrichtung zum Vorsehen einer effizienten Abbildung von einem oder mehr lokalen Ethernet-Netzen in einem ATM-basierten Breitbandzugangsnetz.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist zunehmend wünschenswert geworden, die (gesamten) erforderlichen Sende- und Verteilungseinrichtungen zum Vorsehen mehrfacher Kommunikationsdienste für Wohn- und Geschäftsteilnehmer zu reduzieren. Zusätzlich zu traditionellen Telekommunikations- und CATV-Diensten ist es z. B. wünschenswert, den Zweiweg-Transport von mehrfachen "Breitband-" Digitaldiensten über ein einzelnes wirtschaftliches Verteilungsnetz, wie etwa z. B. ein Faser-, Koaxial- oder kombiniertes Faser-Koaxial-Verteilungsnetz weiter zu kombinieren. Ferner ist mit der explosionsartigen Entwicklung vom jüngsten Interesse an Diensten, die mit dem "Internet" in Verbindung stehen, eine Nachfrage nach einem Zweiweg-Transport digitaler Daten bei niedrigen Kosten und hoher Geschwindigkeit auf einem Allzeithoch.
  • Es gab eine signifikante Entwicklung von Netzen mit einem asynchronen Transfermodus (asynchronous transfer mode, "ATM"), die zur Unterstützung mehrfacher digitaler Daten dienste über ein einzelnes Verteilungsnetz besonders gut geeignet sind. Mit ATM-Sendung werden Datenpakete, oder "Zellen", die Information in Bezug auf einen oder mehr Teilnehmerdienste enthalten, periodisch zusammengebaut und von einem Sendeknoten gesendet und in einem Empfangsknoten empfangen und zerlegt, wobei eine Bandbreitenutzung als eine Funktion der statistischen Dienstaktivität optimiert ist. Als spezielle Beispiele von ATM-basierten Breitbandzugangsnetzen werden eine bevorzugte Systemarchitektur und Datenübertragungsprotokoll für ein ATM-basiertes Punkt-zu-Mehrpunkt-Optiknetz in der US-Patentanmeldung Seriennummer 08/826,633, eingereicht am 3. April 1997, mit dem Titel "Data Transmission Over a Point-to-Multipoint Optical Network" offengelegt. Gleichermaßen werden eine bevorzugte Systemarchitektur und Datenübertragungsprotokoll für ein ATM-basiertes Punkt-zu-Mehrpunkt-Breitbandzugangsnetz, das ein gemeinsam genutztes koaxiales Medium einsetzt, in US-Patentanmeldungsseriennummer 08/772,088, eingereicht am 19. Dezember 1996, mit dem Titel "Network Architecture for Broadband Data Communication Over a Shared Medium" offengelegt und beschrieben.
  • Um eine derartige breite Vielfalt von Kommunikationssignalprotokollen und Diensttypen, die über eine einzelne Teilnehmerzugangsleitung gesendet werden, zu unterstützen, ist es notwendig, auch eine Multifunktionsnetzschnittstelle an jedem jeweiligen Teilnehmervoraussetzungsstandort, d. h. Wohnort oder Betrieb, vorzusehen. Insbesondere muss die Netzschnittstelle in der Lage sein, die notwendige Sendung, Empfang, Bereitstellung (d. h. Dienstparsen und Weiterleiten) und Unterhaltung durchzuführen, die benötigt werden, um ein dienstunabhängiges transparentes Gateway zwischen einem ATM-basierten Breitbandzugangsnetz und den jeweiligen Teilnehmerkommunikationsvorrichtungen zu erreichen. Ferner werden häufig Ethernetze, die zwei oder mehr Vorrichtungen in einem jeweiligen Betrieb oder Wohnort verbinden, eine beträchtliche Menge an Verkehr übertragen, der nur für eine lokale Verwendung gedacht ist. Somit kann die transparente nach oben führende (upstream) Sendung von Datenpakete von diesem Netz im Sinne von sowohl Bandbreitenutzung als auch Nachrichtensicherheit teuer sein, wobei die erhöhten Kosten von dem unnötigen Transport der Pakete innerhalb des ganzen nach oben führenden Netzes nicht erwähnt werden. Als solches wäre es wünschenswert, eine Brückenfunktionalität auf MAC-Ebene der zuvor beschriebenen Teilnehmerschnittstelle hinzuzufügen.
  • Insbesondere wird eine "Brücke" ("bridge") verwendet, um zwei oder mehr getrennte Segmente eines lokalen Netzes (z. B. Ethernetze) miteinander zu verbinden. Brücken arbeiten typischerweise durch Abbildung der MAC-Adressen der jeweiligen Endstationen, die sich in jedem Netzsegment befinden, das mit der Brücke verbunden ist und erlauben nur dem notwendigen Transport, zu dem (den) anderen Segment(en) zu passieren. Wenn z. B. ein Paket durch die Brücke von einem Netzsegment empfangen wird, bewertet die Brücke die jeweiligen Ziel- und Quelladresssegmente von dem Paket, und falls die Segmente die gleichen sind, wird das Paket fallen gelassen oder "gefiltert". Falls sich die Quellen- und Zieladresssegmente unterscheiden, dann wird das Paket zu dem (den) geeigneten Segmenten) weitergeleitet.
  • Außerdem können Brücken konfiguriert sein zu verhindern, dass sich schlechte oder falsch ausgerichtete Pakete zwischen Segmenten ausbreiten, indem sie sie nicht weiterleiten. Eine detailliertere Beschreibung von LAN-Brücken und Routern wird in "Interconnections: Bridges and Routers", von Radia Perlman (1992, Addison-Wesley) gegeben.
  • Es wird weiter Bezug auf die verschiedenen LAN-Brückenstandards genommen, die durch das IEEE-Komitee 802.1 veröffent licht werden, und insbesondere auf den Standard 802.1d, der zuerst im März 1991 veröffentlicht wurde.
  • "Lernende Brücken" nehmen selektivere Weiterleitungsentscheidungen durch Aufbauen einer internen MAC-Adresstabelle für jedes verbundene Segment basierend auf den Quelladressen der jeweiligen Nachrichten, die durch die Brücke empfangen werden, vor. In letzter Zeit wurden Multiport-Router und Hubs (oder LAN-Switches) entwickelt, um komplexere Netzverkehrverwaltungsfunktionen durchzuführen, wie etwa Weiterleitung von Paketen zwischen unterschiedlichen oder Mehrfach-LAN-Typen oder basierend auf mehrfachen "virtuellen" LAN-Bestimmungen. Eine Basiseigenschaft einer lernenden Brücke ist es, dass ein bestimmter Typ von einem "umfassenden Algorithmus" ("spanning algorithmus") eingesetzt werden muss, um Endlosschleifenrückkopplungen von Daten zwischen unterschiedlichen Brücken zu verhindern; (deshalb der Begriff "Baum", der keine Schleifen aufweist). Eine detaillierte Beschreibung von dem Ansatz eines umfassenden Baumalgorithmus (spanning tree algorithmus) wird in dem Text von Perlman vorgenommen.
  • Der umfassende Baumalgorithmus ist jedoch komplex zu implementieren, kann beträchtliche (d. h. aufwändige) Speicher- und Prozessoranforderungen auferlegen und sieht nicht notwendigerweise eine gute Sicherheit vor. Als ein Ergebnis ist der konventionelle Ansatz eines umfassenden Baums für die oben beschriebene Netzschnittstellenanwendung nicht gut geeignet.
  • US-Patent Nr. 5,060,228 ("'286 Patent") erörtert ein Brückenkommunikationssystem zum Unterstützen eines relativ großen Brückensystems ohne Erhöhung der Belastung in dem Basisnetz (backbone network). Es ist mit einer Verwendung einer lernenden Tabelle befasst, sodass jeweilige Knoten von dem Brückensystem Datenpakete innerhalb des Systems richtig weiterleiten können, ohne dass die Hinzufügung von Funktionalität zu dem Basisnetz erforderlich ist. Da es jedoch nicht mit Filterung von Nachrichtenverkehr innerhalb des Systems befasst ist, lehrt das '286-Patent eine Speicherung der Adressen für alle Endknoten des gesamten Systems in jedem Brückengerät, wobei dadurch die Speicheranforderungen für jedes Brückengerät beträchtlich erhöht werden, um eine Systemfunktionalität zu unterstützen.
  • US-Patent Nr. 5,136,580 ("'580 Patent") legt ein Gerät und Verfahren offen, das erlaubt, dass zwei oder mehr getrennte LANs verbunden oder "gebrückt" sind, sodass Verkehr zwischen den LANs auf jene Ziele begrenzt ist, die in entfernten LANs liegen. Die in dem '580-Patent offengelegten Gerät und Verfahren lehren jedoch eine Speicherung der vollständigen Adresse von jedem Endknoten in jeder Brücke innerhalb des Systems für eine Filterbearbeitung, was erneut die Speicher- und Suchbearbeitungsanforderungen zum Unterstützen von Funktionalität innerhalb des Systems erhöht.
  • PCT-Patentanmeldung WO 91/08627 ("'627 Veröffentlichung") legt eine Filterbrücke zum selektiven Weiterleiten von Nachrichten zwischen mehrfachen lokalen Netzen innerhalb eines Weitverkehrsnetzes offen, sodass Nachrichten, die für ein lokales Netz bestimmt sind, das mit der Brücke in Verbindung steht, nicht weitergeleitet werden, während Nachrichten, die für ein entferntes Netz bestimmt sind, weitergeleitet werden. Insbesondere speichert ein Paketfilter eine Tabellenspeicher, der jeweilige 64-Bit-Einträge enthält, die mit jedem Netzknoten in Verbindung stehen, wobei die ersten 48 Bit die jeweiligen Knotenadresse darstellen und die letzten 16 Bit eine Verbindungsnummer darstellen, die ein LAN identifiziert, in dem sich der Knoten befindet. Um ein Suchen zu beschleunigen, sind die Tabelleneinträge in verketteten Listen gespeichert, die als Eimer (buckets) bezeichnet werden. Um eine jeweilige gespeicherte Adresse in der Tabelle zu finden, werden die ersten zehn Bit der zu findenden Adresse verwendet, um den geeigneten Eimer zu lokalisieren, in dem die Adresse enthalten ist. Dann werden alle 48 Bits der Adresse, 16 Bit zu einem Zeitpunkt, mit den Einträgen in dem jeweiligen Eimer verglichen, um zu sehen, ob es eine Übereinstimmung gibt.
  • Während dieser Ansatz effizienter als in den zuvor angeführten Patenten ist, d. h. dadurch, dass jeder Eimer weit weniger Einträge aufweist als die gesamte Speichertabelle, erfordert er dennoch, dass die gesamte Adresse von jedem Knoten in einer verketteten Liste gespeichert wird und dass die gesamte Adresse von jeder empfangenen Nachricht mit den gespeicherten Adresseinträgen verglichen wird, um eine Entscheidung zum Weiterleiten oder Filtern vorzunehmen, was entsprechende Speicher- und Prozessorressourcen erfordert.
  • Somit wäre es wünschenswert, eine weiter verbesserte Brückenvorrichtung vorzusehen, die strikte Nachrichtenfilterung und Sicherheit mit dennoch niedrigeren Speicher- und Prozessoranforderungen vorsehen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine verbesserte Netzschnittstelle zum Abbilden vom lokalen Ethernet-Verkehr auf ein ATM-basiertes Breitbandzugangsnetz vor, wobei die Schnittstelle eine adaptive Brücke auf MAC-Ebene inkludiert, die einen schnellen Algorithmus zum Filtern ausgehender Pakete einsetzt, die nur für lokale Vorrichtungen in dem gleichen Ethernet-Segment bestimmt sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden jeweilige Teilnehmerwohnorte und Firmenstandorte jede mit einer Netzschnittstelle ausgerüstet, die Zugang zu einem ATM-basierten Breitbandzugangsnetz vorsieht. Insbesondere inkludiert die Netzschnittstelle ein Ethernet-Dienstmodul, das eine oder mehr MAC-Vorrichtungen in dem jeweiligen Wohnort oder Firmenstandort (z. B. Personalcomputer, Drucker, Faxgeräte etc.) als ein jeweiliges Segment eines lokalen Netzes verbindet.
  • In Übereinstimmung mit einem allgemeinen Aspekt der Erfindung liest das Ethernet-Dienstmodul jedes ausgehende Paket, das in dem jeweiligen Ethernet-Segment empfangen wird, wobei zuerst die Ethernet-CRC-Daten überprüft werden, um dann, falls die Paketdaten nicht verfälscht oder anderweitig falsch ausgerichtet sind, unter Verwendung des letzten Byte der MAC-Zieladresse des Paketheaders, eine Hash-Tabelle einer verketteten Liste zu indizieren, die die ersten fünf Byte der gespeicherten MAC-Adressen von Vorrichtungen enthält, die sich in dem Ethernet-Segment befinden. Falls die Zieladresse in der verketteten Liste existiert, wird das Ethernet-Paket fallen gelassen, da es zu dem Teilnehmer-LAN-Segment gehört und nicht für eine weitere Sendung nach oben gedacht ist.
  • Da nur das letzte Byte der Zieladresse zum Hashen verwendet wird, kann eine relativ kleine Hash-Tabelle von zweihundertfünfundfünfzig Einträgen verwendet werden, um in die verbleibenden fünf Byte der jeweiligen gespeicherten MAC-Adressen zu indizieren, wobei eine verkettete Liste Kollisionen in dem Hash-Wert verfolgt (d. h. wodurch ein getrennter "verketteter" Eintrag für jede MAC-Adresse mit dem gleichen gemeinsamen letzten Byte erstellt wird).
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung überprüft das Ethernet-Dienstmodul ungeachtet dessen, ob die Zieladresse eine Übereinstimmung mit einer gespeicherten Adresse ist, auch die Quelladresse der ausgehenden jeweiligen Pakete durch Verwendung des gleichen Algorithmus. Falls insbesondere eine Adresse in der verketteten Liste nicht bereits existiert, wird sie hinzugefügt. Auf diese Art und Weise lässt das Ethernet-Dienstmodul seine interne Datenbank entsprechend dem Vorhandensein und Aktivitäten von Vorrichtungen in dem Teilnehmer-Ethernet-Segment wachsen.
  • In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein variabler Timer eingesetzt, um das "Lagerleben" von gespeicherten MAC-Adressen zu verfolgen und um sicherzustellen, dass nur kürzlich aktive Adressen gespeichert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Timerticken auf ein regelmäßiges Intervall zum Durchlaufen der verketteten Liste eingestellt, wobei die verbleibende Zeit verringert wird, die jede von den jeweiligen gespeicherten MAC-Adressen übrig hat, und zur gleichen Zeit jene Adressen gelöscht werden, deren Lebensdauer abgelaufen ist. Umgekehrt wird jedesmal, wenn eine gespeicherte MAC-Adresse in dem Quelladressfeld auftaucht, ihre "Lagerleben-" Zuweisung vollständig auf einen neuen Maximalwert zurückgesetzt.
  • In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Netzschnittstelle auch als eine Protokollschnittstelle zusätzlich zu einem Paketfilter implementiert werden. Dazu werden in einer bevorzugten Ausführungsform Ethernet-Paketen, die über das ATM-basierte Netz weiterzuleiten sind, jeweilige LLC- und AAL-5-Schicht-Header (und neue CRC-Daten) für einen ATM-Zellen-Transport nach oben gegeben.
  • Andere und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit der folgenden detaillierten Beschreibung der begleitenden Zeichnungen besser verstanden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Zeichnungen veranschaulichen sowohl den Entwurf als auch den Nutzen von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen:
  • 1 ein Funktionsdiagramm von einem beispielhaften ATM-basierten Breitbandzugangsnetz ist, das eine Vielzahl von Teilnehmerwohnorten und Firmenstandorten über ein Weitverkehrsnetz (wide area network, "WAN") abbildet;
  • 2 einen bevorzugten Filterprozess von ausgehenden Paketen von einem jeweiligen Teilnehmer-Ethernet-LAN-Segment in dem Netz von 1 veranschaulicht;
  • 3 einen bevorzugten Prozess zum Aktualisieren einer verketteten Liste von gespeicherten MAC-Adressen veranschaulicht, die in dem in 2 dargestellten Filterprozess verwendet werden; und
  • 4 einen bevorzugten Protokollanpassungsprozess zum Konvertieren von Ethernet-Paketen veranschaulicht, die über das Breitbandzugangsnetz von 1 in ein ATM-Zellenformat weiterzuleiten sind.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Bezugnehmend auf 1 inkludiert ein Beispielhaftes ATM-basiertes Breitbandzugangsnetz 20 einen ATM-kompatiblen Switch 26, der ATM-Zellen von einem Multidiensttyp zu und von einer Vielzahl von Teilnehmerwohnorten 21 bzw. Geschäftsstandorten 22 sendet und empfängt. Der ATM-Switch 26 sendet und empfängt auch ATM-Zellen über ein Weitverkehrsnetz ("WAN") 24, wie etwa z. B. ein öffentliches vermitteltes Telefonnetz, ein privates Punkt-zu-Punkt- oder Punkt-zu-Mehrpunktnetz oder eine bestimmte Kombination von.
  • In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung sind die jeweiligen Teilnehmerwohnorte 21 und Geschäftsstandorte 22 jeder mit einer Netzschnittstelleneinrichtung ("NT") 28 ausgerüstet. Insbesondere unterstützt die NT 28 den Zweiweg-Transport von mehrfachen Kommunikationsdiensten über mit einem HF-Träger modulierte ATM-Zellen, die zwischen dem Switch 26 und einer jeweiligen NT 28 über ein Hybridfaser-Koaxial-("HFC") Verteilungsnetz 40 gesendet werden, wobei ein jeweiliges Koaxialzuführungskabel 38 jede NT 28 mit dem HFC-Netz 40 verbindet. Wie einem Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, kann das HFC-Verteilungsnetz 40 verschiedene wechselnde physische Formen annehmen. Als ein Beispiel kann Verkehr einer ATM-Zelle "nach unten", der von dem Switch 26 zu einer oder mehr NTs 28 gesendet wird, anfangs für einen Transport über eine gemeinsam genutzte Hochgeschwindigkeits-Optikfaser multiplext werden (nicht gezeigt), dann für eine lokale Verteilung über ein gemeinsam genutztes Koaxialkabel de-multiplext werden (ebenfalls nicht gezeigt). In wechselnden bevorzugten Ausführungsformen können gleichermaßen ein rein optisches oder koaxiales Netz eingesetzt werden.
  • Eine beispielhafte bevorzugte NT 28 wird in US-Patent Nr. 5,805,591 mit dem Titel "Subscriber Network Interface And Method" gezeigt und beschrieben. In Übereinstimmung mit dieser Offenlegung sieht eine ATM-Zellen-Mux-(Multiplexer-) Schaltungstechnik (nicht gezeigt) in den jeweiligen NTs 28 De-Multiplexen und Weiterleiten von eingehenden (d. h. nach unten) ATM-Zellen bzw. Sammeln und Multiplexen von ausgehenden (d. h. nach oben) ATM-Zellen vor, wobei die eingehenden und ausgehenden ATM-Zellen zu und von einer Vielzahl von "ATM-" Teilnehmer-Dienstmodulen (ebenfalls nicht gezeigt) innerhalb der NT 28 weitergeleitet werden.
  • Die jeweiligen Teilnehmer-Dienstmodule unterstützen jeder einzelne Dienste, inkludierend (mindestens) Telekommunikatio nen 30 (z. B. POTS und/oder ISDN), Set-Top-Telemetrie 32 (z. B. für CATV-Video auf Nachfrage), CEBus-Netz 34 (z. B. zum Verbinden von gebrauchsverwalteten Geräten) und Ethernet 36. Insbesondere verbindet ein Ethernet-Dienstmodul 29 in jeder NT 28 eine oder mehr MAC-Vorrichtungen (z. B. Personalcomputer, Drucker, Faxgeräte etc.) in dem jeweiligen Wohnort 21 oder Firmenstandort 22 als ein jeweiliges Segment eines lokalen Netzes ("LAN") (36).
  • Jedes Dienstmodul "zerlegt" die jeweiligen eingehenden Zellen, die zu ihm durch die ATM-Zellen-Mux-Schaltungstechnik weitergeleitet werden, wobei die Daten, die darin enthalten sind, in ein geeignetes Dienstprotokoll zur Abgabe durch einen teilnehmerseitigen I/O-Port (nicht gezeigt), der mit dem jeweiligen Dienstmodul in Verbindung steht, angepasst werden. Die Protokollkonvertierung kann z. B. eine Schaltungsemulation zum Vorsehen eines synchronen digitalen Datenstroms in Abhängigkeit von den jeweiligen Dienst inkludieren.
  • Umgekehrt wird Information in Signalen nach oben, die durch einen teilnehmerseitigen I/O-Port empfangen werden, in sequenzielle Zellen durch den jeweiligen Dienstmodul zusammengebaut und zu der ATM-Zellen-Mux-Schaltungstechnik abgegeben. Auf diese Art und Weise ist die ATM-Sendung von kombinierten Diensten über die Seite von Netz 20 in den I/O-Ports der Teilnehmerseite (21/22) von der jeweiligen NT 28 vorteilhaft transparent.
  • Wie nachstehend detaillierter beschrieben wird, wird die Ziel-MAC-Adresse von Paketen, die durch eine NT 28 über ein jeweiliges Ethernet-Segment 36 empfangen werden, durch das Ethernet-Dienstmodul 29 in der NT 28 analysiert um zu bestimmen, ob das Paket für eine andere Vorrichtung in dem jeweiligen lokalen LAN-Segment 36 bestimmt ist, oder für eine entfernte Vorrichtung bestimmt ist, wie etwa z. B. ein entferntes Ethernet-LAN-Segment 42 oder 44, das mit dem WAN 24 verbunden ist. Insbesondere inkludiert in Übereinstimmung mit Standard-MAC-Ethernet-Protokollen jedes Ethernet-Datenpaket ein Header-Feld, das sowohl Quell- als auch Ziel-MAC-Adressen enthält – d. h. eine einzigartige MAC- ("Medienzugangssteuerung") Adresse von sechs Byte, die durch den Hersteller der jeweiligen Vorrichtung zugeordnet wird –, wobei die Quell- und Ziel-MAC-Adressen verwendet werden, um die jeweiligen sendenden und beabsichtigten Zielvorrichtungen des Pakets anzuzeigen.
  • Bezugnehmend auf 2 liest in Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung das Ethernet-Dienstmodul 29 jedes ausgehende Paket, das in dem jeweiligen Ethernet-Segment 36 empfangen wird, wobei zuerst die angefügten Ethernet-CRC-Daten (in 4 durch Bezugszeichen 64 gezeigt) überprüft werden, um Integrität des Pakets sicherzustellen. Falls das Paket nicht verfälscht oder anderweitig falsch ausgerichtet ist, verwendet das Ethernet-Modul 29 dann das letzte Byte 46 von der MAC-Zieladresse 48 von dem Paket-Header, um in eine Hash-Tabelle 50 mit einer verketteten Liste 52 zu indizieren, die die verbleibenden fünf Byte von beliebigen Vorrichtungen enthält, die sich in dem teilnehmerseitigen Ethernet-LAN-Segment 36 befinden, deren jeweilige MAC-Adressen gegenwärtig in der Hash-Tabelle/verketteten Liste 50/52 gespeichert sind. Da nur das letzte Byte 46 von der jeweiligen Ziel-MAC-Adresse zum Nachschauen verwendet wird, wird eine relativ kleine Hash-Tabelle 50 von zweihundertfünfundfünfzig Einträgen (d. h. 28 – 1) verwendet, um in die verbleibenden fünf Byte der jeweiligen gespeicherten MAC-Adressen zu indizieren.
  • Insbesondere führt ein Zeiger von dem zugehörigen Wert 54 in der Hash-Tabelle 50 von dem letzten Datenbyte 46 der jeweiligen Zieladresse zu einem ersten verketteten Speicherraum 55 entsprechend diesem Wert. Falls es in dem ersten verketteten Speicherraum 55 keine gespeicherten Adressen gibt, gibt es keine weiteren Zeiger (d. h. oder sie zeigen auf "null") und das Paket wird weitergeleitet. Falls eine Adresse in dem ersten Raum 55 gespeichert ist – d. h. die ersten fünf Byte einer entsprechenden jeweiligen lokalen Segment-MAC-Adresse darstellend, wird sie mit den ersten fünf Byte der gegenwärtigen Zieladresse 48 verglichen, und falls es eine Übereinstimmung gibt, wird das Paket fallen gelassen.
  • Falls es keine Übereinstimmung gibt, wird ein weiteren Zeiger zu einem zweiten Speicherraum 56 verkettet. Falls in dem zweiten Speicherraum 56 erneut keine Adresse gespeichert ist, dann gibt es keine weiteren Zeiger (oder sie zeigen auf null) und das Paket wird weitergeleitet. Falls eine weitere Adresse gespeichert ist (d. h. die ersten fünf Byte der MAC-Adresse einer zweiten Vorrichtung mit dem gleichen gemeinsamen letzten Byte einer MAC-Adresse wie die gespeicherte Adresse in dem ersten Speicherraum 55 darstellend), wird erneut ein Vergleich vorgenommen. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis entweder eine passende Adresse bewirkt, dass das Paket fallen gelassen wird, oder es keine weiteren gespeicherten Adressen gibt, die mit dem jeweiligen Wert 54 des letzten Byte 46 verkettet sind, und das Paket wird weitergeleitet. Somit ist die Wahrscheinlichkeit eines schnellen Suchens und Auflösens, ob die Ziel-MAC-Adresse einer angesiedelten Vorrichtung in dem jeweiligen Teilnehmer-Ethernet-Segment 36 entspricht, hoch.
  • Mit anderen Worten, jeder Indexwert von der Hash-Tabelle 50 hat eine zugehörige verkettete Liste 52, die zu einem beliebigen Zeitpunkt "n" gespeicherte Adressen enthält, wobei n ein gewisser ganzzahliger Wert von null bis zu der Anzahl von Vorrichtungen in dem lokalen Ethernet-Segment 36 ist.
  • Ungeachtet dessen, ob die Zieladresssuche zu einer Übereinstimmung geführt hat, überprüft das Ethernet-Dienstmodul 29 dann die Quelladresse von dem jeweiligen Paket unter Verwendung des gleichen Algorithmus. Falls sie nicht bereits in der verketteten Liste 52 existiert, wird sie hinzugefügt. Auf diese Art und Weise lässt das Ethernet-Dienstmodul 29 seine interne Datenbank entsprechend dem Vorhandensein und Aktivitäten von Vorrichtungen in dem Teilnehmer-Ethernet-Segment 36 wachsen.
  • Bezugnehmend auf 3 wird ein variabler Timertick 58 eingesetzt, um die Langlebigkeit (d. h. "Lagerleben") von MAC-Adressen zu verfolgen, die in der verketteten Liste 52 gespeichert sind, und um sicherzustellen, dass nur kürzlich aktive Adresse gespeichert werden. Insbesondere wird jedesmal, wenn eine MAC-Adresse in einem Quelladressfeld auftaucht, ihre "Lagerleben-" Zuweisung vollständig auf einen gewählten Maximalwert zurückgesetzt (d. h. eine maximale Anzahl von "Ticks"). Der Timertick 58 wird auf ein regelmäßiges Intervall zum Durchlaufen der verketteten Liste 52 eingestellt (in 3 durch Linie 60 angezeigt), wobei die verbleibenden Zeitticks, die jede von den jeweiligen gespeicherten MAC-Adressen übrig hat, dekrementiert werden, und gleichzeitig jene Adressen gelöscht werden, deren Lebenszeit abgelaufen ist.
  • In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist das Lagerleben einer gespeicherten Adresse nicht länger als zwei Tage, wobei das Timertickintervall 58 innerhalb eines Bereichs von irgendwo von einer Sekunde zu einer Stunde ausgewählt wird. Wie durch einen Durchschnittsfachmann erkannt wird, ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Speicherraum in der verketteten Liste 52 somit nur auf einer Basis "wie benötigt" verwendet wird, d. h. wenn eine weitere verkettete Adresse zu einem gemeinsamen letzten Byte gemacht wird.
  • Bezugnehmend auf 4, falls ein jeweiliges Ethernet-Paket 62 wegen korrupten Daten oder basierend auf einer übereinstimmenden Ziel-MAC-Adresse in der verketteten Liste 52 nicht fallen gelassen wird, dann wird ein logischer Verknüpfungssteuerheader (logical link control header, "LLC") durch das Ethernet-Dienstmodul 59 zu der Vorderseite von dem Paket hinzugefügt, d. h. wobei der Abschnitt von Ethernet-CRC-Daten 64 von dem Paket für eine Bewertung durch das Ethernet-Dienstmodul 29 abgestreift wird. Das Paket 62 wird dann für eine ATM-Sendung durch Hinzufügen eines AAL-5-Schichtheaders angepasst, zusammen mit den neu angefügten CRC-Daten 70 angefügt, und die neu gebildete ATM-Zelle 72 wird dann in den ATM-Zellen-Sendestrom nach oben von der jeweiligen NT 28 eingefügt.
  • Wie einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein wird, werden eingehende Pakete (d. h. nach unten) ziemlich auf dem gleichen Weg gehandhabt wie die ausgehenden Pakete 62, obwohl in der umgekehrten Reihenfolge – d. h. die AAL-5- und LLC-Header werden entfernt und Ethernet-CRC-32-Daten werden dem Paket angefügt, bevor es in das jeweilige Ethernet-Segment 36 weitergeleitet wird.
  • Somit wurden Ausführungsformen und Anwendungen einer bevorzugten Netzschnittstelle einschließlich einer adaptiven Brücke zum Ausfiltern von lokalem Verkehr von dem, der für entfernte Ethernetze bestimmt ist, die sich über ein ATM-basiertes Breitbandzugangsnetz befinden, gezeigt und beschrieben. Wie einem Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, sind viele Modifikationen und Anwendungen möglich, ohne von den erfinderischen Konzepten hierin abzuweichen.
  • Als nicht-begrenzende Beispiele könnten die oben beschriebenen Filtertechniken eines schnellen Algorithmus gleichermaßen eingesetzt werden, um eingehenden Verkehr ebenso wie ausgehenden Verkehr zu filtern. Auch können die Unterweisungen der Erfindung auf eine beliebige Anzahl von Adressformaten eingesetzt werden, d. h. zusätzlich zu dem offengelegten MAC-Adressformat aus sechs Byte. Während die offengelegte Ausführungsform das letzte Byte der MAC-Adresse einsetzt, um die Hash-Tabelle und zugehörigen verketteten Listen zu indizieren, könnten ferner ausgewählte Abschnitte von dem Adressfeld (z. B. das erste Byte oder das vierte Byte etc.) gleichermaßen zur Verwendung als ein Indexwert auf einen verbleibenden Abschnitt einer Adresse eingesetzt werden, wie durch die vorliegende Erfindung gelehrt. Weiter noch kann der vorteilhafte schnelle Filteralgorithmus, der durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird, eingesetzt werden, um Nachrichten basierend auf einer beliebigen Anzahl von identifizierenden Faktoren, z. B. in einer passenden virtuellen LAN-Bestimmung, selektiv zu identifizieren und zu filtern.
  • Während die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Teil einer Netzschnittstelle (d. h. NT 28) zwischen einem lokalen Ethernet-Segment und einem ATM-basierten Weitverkehrsnetz implementiert ist, kann ferner noch, wie einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sein wird, der vorteilhafte schnelle Paketfilteralgorithmus, der durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird, in einer beliebigen einer Anzahl von Brückenvorrichtungen implementiert werden, und zwischen einer beliebigen Anzahl von gleichen oder unterschiedlichen LAN-Segmenttypen. Während die jeweiligen Netzschnittstellen-(NT)Vorrichtungen im Zusammenhang einer Unterstützung eines einzelnen Ethernet-Dienstmoduls gezeigt und beschrieben werden, ist es weiter noch für einen Durchschnittsfachmann gut möglich, eine Netzschnittstelle zu implementieren, die Nachrichten von mehrfache Ethernetzen in ein oder mehr ATM-basierte Weitverkehrsnetze weiterzuleiten, z. B. mit getrennten adaptiven Brückentabellen für jedes Ethernet-Segment.
  • Somit ist der Bereich der offengelegten Erfindungen außer durch die angefügten Ansprüche nicht begrenzt.

Claims (6)

  1. Verfahren für das selektive Weiterleiten von Meldungen von einem ersten Netzwerk zu einem zweiten Netzwerk derart, dass jede Meldung eine zugewiesene Zieladresse aufweist, wobei Meldungen, die von dem ersten Netzwerk mit einer Zieladresse übertragen werden, die ebenso in dem ersten Netzwerk lokalisiert ist, nicht zu dem zweiten Netzwerk weitergeleitet werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte enthält: Anwenden eines ersten Abschnitts (46) der Zieladresse (48) einer Meldung, übertragen von dem ersten Netzwerk (22), zum Indizieren einer Hash-Tabelle (50) mit einer Liste von Einträgen gemäß den möglichen Werten des ersten Zieladressabschnitts, und Lokalisieren eines jeweiligen Werts (54), der mit dem ersten Zieladressabschnitts abgestimmt ist; Vergleichen eines zweiten Abschnitts in der Zieladresse (48) mit jedem Eintrag (55, 56) einer jeweiligen verketteten Liste (52) eines oder mehrere Einträge in Zuordnung zu dem abgestimmten Hash-Tabellenwert (54) bis ein jeweiliger Eintrag in der verketteten Liste (55, 56) in Abstimmung zu dem zweiten Zieladressenabschnitt gefunden ist, oder bis keine weiteren Einträge in der jeweiligen verketteten Liste (52) vorliegen; und Übertragen der jeweiligen Meldung von dem ersten Netzwerk zu dem zweiten Netzwerk lediglich dann, wenn es keinen Eintrag (55, 56) in der jeweiligen verketteten Liste (52) in Abstimmung zu dem zweiten Zieladressabschnitt gibt, wobei der zweite Zieladressabschnitt die gesamte Zieladresse (48) enthält, die nicht in dem ersten Abschnitt (48) enthalten ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Zieladressabschnitt (46) aus einem angrenzenden 8-Bit Byte der Zieladresse (48) besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, in dem die Zieladresse (48) eine 6-Byte MAC Adresse ist, wobei der erste Abschnitt (46) das letzte Byte ist, und der Abschnitt jeweils das erste bis fünfte Byte der MAC Adresse ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, enthaltend den weiteren Schritt: Einkapseln einer jeweiligen von dem ersten Netzwerk zu dem zweiten Netzwerk übertragenen Meldung in ein ATM übertragen Format mit einem LLC Header-Feld (66) und einem AAL5 Header-Feld (68).
  5. Verfahren nach Anspruch 1, enthaltend den weiteren Schritt: Speichern eines zweiten Abschnitts einer Quelladresse einer Meldung, übertragen von dem ersten Netzwerk, als neuen Eintrag einer jeweiligen verketteten Liste (52) in Zuordnung zu einem Hash-Tabellenwert (54) in Abstimmung zu einem ersten Abschnitt der jeweiligen Quelladresse.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner enthaltend den Schritt: Löschen eines jeweiligen Eintrags einer verketteten Liste (52), wenn keine von dem ersten Netzwerk übertragene Meldung eine Quelladresse mit einem zweiten Abschnitt in Abstimmung zu dem jeweiligen Eintrag in einem vordefinierten Zeitintervall hat.
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