DE69836292T2

DE69836292T2 - Netzvermittlung

Info

Publication number: DE69836292T2
Application number: DE1998636292
Authority: DE
Inventors: Andre Szczepanek; Anthony Rowell
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: EP0868050B1; JPH10285208A; EP0868050A3; EP0868050A2; DE69836292D1; GB9706379D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Switch-Schaltungen für Computernetzwerke.
In einem Computernetzwerk, wie dem Ethernet (IEEE-Norm 802.3), werden Datenpakete von einem Computer oder einer anderen Vorrichtung, beispielsweise einem Netzwerkdrucker, entlang einem Satz von Leitern, die mit allen Computern zusammengeschaltet sind, zu einem anderen gesendet. Dies bedeutet, dass zu jeder Zeit nur eine Vorrichtung in dem Netzwerk ein Datenpaket senden kann. Dieses Problem kann mit einer als Switch bekannten Schaltung überwunden werden, an die mehrere Sätze von Netzwerkleitern angeschlossen sind. Jeder Satz ist mit nur einer Vorrichtung oder einer kleinen Anzahl zusammengeschalteter Vorrichtungen verbunden. Ein auf einem Leitersatz von dem Switch empfangenes Paket wird entsprechend der Netzwerkadresse des vorgesehenen Empfängers, die in dem Paket angegeben ist, auf einem anderen Satz ausgesendet. Auf diese Weise können zwei oder mehr Computer Pakete gleichzeitig zu jeweiligen Empfängern senden. Varianten dieser Vorrichtungen sind auf dem Fachgebiet verschiedentlich als Switches, Brücken und Router bekannt. Hier schließt der Begriff Switch all diese Varianten ein.
Eine bekannte Form eines Switches weist eine integrierte Switch-Schaltung auf, die mehrere Ports aufweist, die jeweils einen Satz von Anschlussstiften für Daten und Steuersignale aufweisen. Jeder Port ist mit einer jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung verbunden, die einen jeweiligen Satz von Netzwerkleitern treibt, welche damit verbunden werden, wenn ein Paket gesendet wird, und die die auf diesen Leitern vorhandenen Impulse in Impulse umwandelt, die für die integrierte Switch-Schaltung geeignet sind, wenn ein Paket empfangen wird. Die integrierte Switch-Schaltung liest die Netzwerkadresse in jedem Paket und leitet sie über den geeigneten ihrer Ports zu der geeigneten Vorrichtung auf dem Netzwerk weiter.
Der Switch ist in eine integrierte Switch-Schaltung und physikalische Schnittstellenschaltungen unterteilt, weil, abhängig von der Verkabelung und dem Impulsmodulationsprotokoll, die verwendet werden, verschiedene physikalische Schnittstellenschaltungen erforderlich sind. Weiterhin kann es angesichts der unterschiedlichen Rauschanforderungen und der verwendeten Spannungspegel wünschenswert sein, die physikalischen Schnittstellenschaltungen und integrierten Switch-Schaltungen unter Verwendung verschiedener Technologien für integrierte Schaltungen aufzubauen.
Switches verbinden typischerweise acht oder sechzehn Sätze von Netzwerkleitern. Jeder Satz ist typischerweise in einem einzigen Kabel enthalten. Gewöhnlich wird eine einzige integrierte Switch-Schaltung verwendet, um Pakete zwischen diesen Sätzen zu vermitteln, so dass eine integrierte Switch-Schaltung typischerweise acht oder sechzehn Ports aufweist. Typischerweise hat jeder Port neun Anschlussstifte. Zusätzlich zu diesen Anschlussstiften hat die integrierte Switch-Schaltung Anschlussstifte zur Verbindung mit einem Direktzugriffsspeicher, für Signale, die ihre Betriebsart steuern, und zum Treiben von Indikator-LED. Die große Gesamtzahl der erforderlichen Anschlussstifte bedeutet, dass die Gehäuse für die integrierten Switch-Schaltungen kostspielig sind. Weiterhin nimmt die große Anzahl von Kontaktstellen, die erforderlich sind, um mit diesen Anschlussstiften zu verbinden, auf dem Halbleiterchip Fläche in Anspruch, wodurch die für die Schaltungsanordnung verfügbare Fläche begrenzt wird.
Die vorliegende Erfindung strebt an, die Anzahl der erforderlichen Anschlussstifte zu verringern.
Die unter der Nummer WO 98/11696 veröffentlichte internationale Patentanmeldung ist in die regionale Phase eingetreten, bevor das europäische Patentamt nur Großbritannien benannt hat, und gehört so nach den Artikeln 54 und 108 EPÜ nur für die Benennung Großbritanniens zum Stand der Technik. In WO 98/11696 ist eine multiplexierte Schnittstelle zur Verbindung von MAC- und PHY-Schaltungen eines Ethernet-Switches offenbart.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: eine integrierte Schaltung zum Vermitteln von Datenpaketen mit:
einem Port mit mehreren Anschlüssen der integrierten Schaltung, worüber Pakete empfangen und gesendet werden,
mehreren Transceiver-Schaltungen, an denen Pakete von dem Port empfangen werden und von denen Pakete zu dem Port gesendet werden,
Schalteinrichtungen zum Übertragen von Paketen zwischen den Transceiver-Schaltungen und
einer Multiplexiereinrichtung zum Verbinden der Transceiver-Schaltungen mit dem Port während aufeinander folgender Zeiträume.
Die integrierte Switch-Schaltung kann so eingerichtet sein, dass eine Transceiver-Schaltung während einer Periode, die von derjenigen Periode, während derer sie von dem Port empfängt, verschieden ist, zu dem Port sendet.
Die Transceiver-Schaltung kann zwei Perioden nach einem Empfang von dem Port zu dem Port senden.
Mehrere Datenbits eines Pakets und/oder aufeinander folgende Werte eines Steuersignals können gleichzeitig parallel über den Port gesendet werden.
Die integrierte Switch-Schaltung kann so eingerichtet sein, dass nur ein einziges Datenbit oder ein einziger Wert eines Steuersignals über einen Anschluss des Ports während einer der Perioden gesendet wird.
Die integrierte Switch-Schaltung kann so eingerichtet sein, dass eine Anzahl von Datenbits und/oder Werten von Steuersignalen über einen Anschluss des Ports während einer der Perioden gesendet werden und dass diese Anzahl durch die Transceiver-Schaltung, die dieser Periode entspricht, bereitgestellt wird.
Die integrierte Switch-Schaltung kann einen Zähler zum Bestimmen, welche der Transceiver-Schaltungen während einer bestimmten der Perioden mit dem Port verbunden ist, aufweisen, wobei dieser Zähler dafür eingerichtet sein kann, durch ein Signal von einem Anschluss der integrierten Schaltung zurückgesetzt zu werden.
Die Multiplexiereinrichtung kann einen Multiplexer zum Auswählen der Ausgänge eines ausgewählten Transceivers aus den Ausgängen der Transceiver-Schaltungen und zum Verbinden dieser Ausgänge mit den Ausgangsanschlüssen des Ports aufweisen.
Die Multiplexiereinrichtung kann einen Bus zum Verteilen der an den Eingangsanschlüssen des Ports empfangenen Signale an die Eingänge aller Transceiver und eine Einrichtung, um einem ausgewählten Transceiver zu signalisieren, dass er die Signale auf den Bus schalten soll, aufweisen.
Die integrierte Switch-Schaltung kann einen weiteren Port oder weitere Ports aufweisen, über die Pakete gesendet oder empfangen werden.
Die integrierte Switch-Schaltung kann eine weitere Multiplexiereinrichtung zum Verbinden einer zweiten Anzahl von Transceiver-Schaltungen mit einem bestimmten der weiteren Ports während aufeinander folgender Zeiträume aufweisen.
Pakete, die von einem bestimmten der weiteren Ports gesendet oder empfangen werden, können in einer diesem Port entsprechenden Transceiver-Schaltung empfangen und von dieser gesendet werden, und diese Pakete können durch die Transceiver-Schaltung direkt von diesem Port empfangen werden und durch den Transceiver direkt zu diesem Port gesendet werden.
Eine solche Transceiver-Schaltung kann dafür eingerichtet sein, ein Datengültig-Signal während der Zeiträume, die dieser Transceiver-Schaltung zugeordnet sind, von dem Port zu empfangen, und von dem Port empfangene Daten, mit Ausnahme von Daten, die empfangen werden, wenn das Daten-gültig-Signal auf einen Falsch-Wert gesetzt ist, zu einem Paket zu formen, und die Transceiver-Schaltung kann das Ende eines Pakets erkennen, wenn das Datengültig-Signal während zweier aufeinander folgender der diesem Transceiver zugeordneten Perioden auf einen Falsch-Wert gesetzt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen: eine integrierte physikalische Schnittstellenschaltung mit:
mehreren Netzwerkports zur Verbindung mit jeweiligen Netzwerkkabeln,
mehreren physikalischen Schnittstellenschaltungen, die jeweils mit einem jeweiligen Netzwerkport verbunden sind, um Pakete über diesen Netzwerkport zu senden und zu empfangen,
einem Switch-Port zur Verbindung mit einer integrierten Switch-Schaltung und
einer Multiplexiereinrichtung zum Verbinden der physikalischen Schnittstellenschaltungen mit dem Switch-Port während aufeinander folgender Zeiträume.
Die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung kann so eingerichtet sein, dass eine physikalische Schnittstellenschaltung während einer Periode, die von derjenigen Periode verschieden ist, während der sie von dem Port empfängt, zu dem Port sendet.
Eine physikalische Schnittstellenschaltung kann zwei Perioden, nachdem sie zu dem Port gesendet hat, von dem Switch-Port empfangen.
Mehrere Datenbits oder aufeinander folgende Werte eines Steuersignals können gleichzeitig parallel über den Switch-Port gesendet werden.
Die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung kann dafür eingerichtet sein, nur ein einziges Datenbit oder einen einzigen Wert eines Steuersignals während einer der Perioden über einen Anschluss des Switch-Ports zu senden.
Die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung kann dafür eingerichtet sein, eine Anzahl von Datenbits und/oder von Werten von Steuersignalen während einer der Perioden über einen Anschluss des Switch-Ports zu senden, wobei diese Anzahl durch die physikalische Schnittstellenschaltung, entsprechend dieser Periode, bereitgestellt werden kann.
Die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung kann einen Zähler aufweisen, um zu bestimmen, welche der physikalischen Schnittstellenschaltungen während einer bestimmten der Perioden mit dem Switch-Port verbunden ist, wobei dieser Zähler dafür eingerichtet sein kann, jedes Mal dann, wenn er zurückgesetzt wird, ein Signal über einen Anschluss der integrierten Schaltung zu senden.
Die Multiplexiereinrichtung der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung kann einen Multiplexer zum Auswählen der Ausgänge einer ausgewählten physikalischen Schnittstellenschaltung aus den Ausgängen der physikalischen Schnittstellenschaltungen und zum Verbinden dieser Ausgänge mit den Ausgangsanschlüssen des Switch-Ports aufweisen.
Die Multiplexiereinrichtung der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung kann einen Bus zum Verteilen der an den Eingangsanschlüssen des Switch-Ports empfangenen Signale an die Eingänge aller physikalischen Schnittstellenschaltungen und eine Einrichtung, um einer ausgewählten physikalischen Schnittstellenschaltung zu signalisieren, dass sie die Signale auf den Bus schalten soll, aufweisen.
Eine der physikalischen Schnittstellenschaltungen kann dafür eingerichtet sein, ein Daten-gültig-Signal zum Switch-Port zu senden und dieses Signal auf einen Falsch-Wert zu setzen, wenn sie von ihrem Netzwerk-Port nicht genug Daten zum Senden über den Switch-Port empfangen hat.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen: eine Switch-Schaltung mit einer Platine, wobei auf dieser Platine eine integrierte Schaltung zum Vermitteln von Datenpaketen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und mindestens eine integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung miteinander verbunden sind.
Die Schaltungen gemäß den vorstehenden Aspekten der Erfindung können für ein Computernetzwerk geeignet sein, und dieses Netzwerk kann ein Ethernet sein.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der:
1 ein Blockdiagramm eines bekannten Switch-Typs ist und
2 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Switches gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In einer bekannten Form eines in 1 dargestellten Switches ist der Switch 1 über jeweilige Verbinder 2, von denen drei dargestellt sind, mit Kabeln (nicht dargestellt) verbunden. Jedes Kabel verbindet den Switch entweder mit einer individuellen Netzwerkvorrichtung oder mehreren Vorrichtungen gemeinsam. Jede Vorrichtung kann ein Computer, ein anderer Switch oder eine andere Vorrichtung, beispielsweise ein Netzwerkdrucker, sein. Die im Ethernet verwendeten Kabel umfassen entweder verdrillte Leiterpaare oder Koaxialkabel.
Jeder Verbinder 2 ist mit einer jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung 3 verbunden. Die physikalischen Schnittstellenschaltungen implementieren die physikalische Schnittstellenschicht der IEEE-802.3-Norm. Wenn ein Paket durch den Switch 1 empfangen wird, wandelt die physikalische Schnittstelle 3 die auf dem Kabel verwendeten Datenimpulse in jene um, die in dem Switch verwendet werden. Dies kann eine Daten- und Taktextraktion und eine Impulsumformung und Neusynchronisation mit dem in dem Switch verwendeten Taktsignal einschließen.
Die physikalische Schnittstelle erzeugt auch Steuersignale anhand der über das Kabel empfangenen Steuersignale.
Die empfangenen Daten und die Steuersignale werden von jeder physikalischen Schnittstelle über einen jeweiligen Satz von Leitern 5 zu einer integrierten Switch-Schaltung 4 gesendet. Die Signale von jeder physikalischen Schnittstelle werden zu einem jeweiligen Media-Access-Controller 6 innerhalb der integrierten Switch-Schaltung 4 gesendet. Der Media-Access-Controller 6 implementiert die Media-Access-Control-Schicht (MAC-Schicht) der IEEE-802.3-Norm. Eine Funktion jedes Media-Access-Controllers 6 besteht darin, die von der jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung empfangenen aufeinander folgenden individuellen Datenbits zu den Datenwörtern zu formen, die von der integrierten Switch-Schaltung manipuliert werden. Der Media-Access-Controller 6 stellt auch Status-Bits bereit, welche beispielsweise angeben, dass das Wort das letzte in einer von einem einzigen Paket abgeleiteten Reihe ist.
Die von dem Media-Access-Controller 6 zusammengestellten Wörter werden in einem jeweiligen Empfangs-FIFO-Puffer 7 gespeichert. Die Ziel-Netzwerkadresse eines Pakets, das in einem FIFO-Puffer 7 gespeichert ist oder gerade darin gespeichert wird, wird durch eine Adressenvergleichsschaltung 8 gelesen, die sie mit jenen vergleicht, die von den Vorrichtungen in dem Netzwerk gesammelt oder diesen zugewiesen wurden, um festzustellen, zu welchem Media-Access-Controller 6 es gesendet werden sollte. Ein Paket wird entweder für eine Periode in einer externen Bank des Direktzugriffsspeichers 9 gespeichert oder sofort zu einem Sende-FIFO-Puffer 10 bzw. zu diesem Media-Access-Controller 6 weitergeleitet, was davon abhängt, ob dieser Media-Access-Controller belegt ist und ob im Direktzugriffsspeicher 9 Pakete für diesen Media-Access-Controller warten.
Falls ein Paket sofort übertragen wird, ist dies als Abkürzungsvorgang ("cutthrough operation") bekannt. Falls es zuerst im Speicher 9 gespeichert wird, ist dies als Speicher- und Weiterleitungsvorgang bekannt.
Das Speichern von Paketen im Direktzugriffsspeicher 9 und das Abrufen von Paketen aus diesem werden durch eine Warteschlangenmanager-Schaltung 11 organisiert.
Für die Übertragung werden die in einem FIFO-Puffer 10 gehaltenen Daten eines Pakets durch den jeweiligen Media-Access-Controller 6, der auch geeignete begleitende Steuersignale erzeugt, zu Einzelbits serialisiert, wobei die Status-Bits nach Bedarf verwendet werden. Die serialisierten Daten und die Steuersignale werden über die Leiter 5 zu der jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung 3 gesendet. Die physikalische Schnittstellenschaltung erzeugt die Impulse, die die Synchronisation und Form aufweisen, die für diese Kabel verwendet werden, und sendet sie zu den Netzwerkkabeln.
In einer bekannten Form hat eine integrierte Switch-Schaltung 4 neun Stifte zur Verbindung mit einem Satz der Leiter 5, nämlich zwei für Daten (einen für jede Richtung) und sieben für Steuersignale. Diese Vorrichtung hat 24 solche Stiftsätze, die als Ports bekannt sind, und sie hat folglich 216 Stifte für eben diese Verbindungen.
2 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Switch-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die als Beispiel dienende Switch-Schaltung 21 weist eine integrierte Switch-Schaltung 24 auf, die Media-Access-Controller 26, Empfangs- und Sende-FIFO-Puffer 27 und 30, eine Adressenvergleichsschaltung 28 und eine Warteschlangenmanager-Schaltung 31 aufweist, die in der Funktion alle den entsprechenden Schaltungen in der Schaltung aus 1 ähneln. Die Switch-Schaltung 21 speichert Pakete in ähnlicher Weise wie die Schaltung aus 1 in einem Direktzugriffsspeicher 29.
Die Switch-Schaltung 21 weist eine integrierte physikalische Schnittstellenschaltung 32 auf, die mehrere physikalische Schnittstellenschaltungen 23 aufweist, welche jeweils außerhalb der integrierten Schaltung 32 mit Verbindern 22 für Netzwerkkabel (nicht dargestellt) verbunden sind. Die physikalischen Schnittstellenschaltungen formen die in dem Switch verwendeten Datenimpulse zu jenen um, die auf den Netzwerkkabeln verwendet werden, und umgekehrt und synchronisieren diese entsprechend jenen, die auf den Netzwerkkabeln verwendet werden, und umgekehrt neu. Sie konvertieren die Steuersignale auch zwischen diesen beiden Impulsformen.
Die integrierten Schaltungen 24 und 32 sind über einen Satz von Leitern miteinander verbunden. Dieser Satz umfasst nur 15 Leiter, nämlich 8 Datenleitungen (4 in jeder Richtung) und 7 Steuerleitungen. Die Steuerleitungen übertragen ähnliche Signale wie jene, die zwischen den Media-Access-Controllern und den physikalischen Schnittstellenschaltungen der Schaltung aus 1 übertragen werden. Die Verwendung der Leiter wird jedoch zwischen den Media-Access-Controllern und den jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltungen zeitlich unterteilt. Vorzugsweise werden Daten in parallelen Vier-Bit-Wörtern zwischen der integrierten Switch-Schaltung 24 und der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung überfragen (was im Gegensatz zu der Schaltung aus 1 steht, in der einzelne Bits übertragen werden).
Zum Verwalten der Zuordnung von Zeitschlitzen zu den Paaren aus den Media-Access-Controllern und den physikalischen Schnittstellen beinhaltet die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung 32 eine Schlitzzählerschaltung 36 und eine Taktschaltung 37. Der Schlitzzähler 36 erzeugt ansprechend auf das Taktsignal 39 ein Synchronisiersignal 38.
Die integrierte Switch-Schaltung 24 weist auch eine Schlitzzählerschaltung 40 auf, die geschaltet ist, um die Synchronisier- und Taktsignale von der physikalischen Schnittstellenschaltung 32 zu empfangen.
Beide Schlitzzähler zählen die Impulse des Taktsignals 39. Der Schlitzzähler 40 der integrierten Switch-Schaltung 24 wird durch das Synchronisiersignal, das vom Schlitzzähler 36 der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 jedes Mal dann erzeugt wird, wenn er einen maximalen Zählwert erreicht und sich selbst zurücksetzt, zurückgesetzt. Auf diese Weise sind beide Zähler beim Betrieb stets beim selben Wert. (Die Arbeitsweise der Schaltung während einer Anfangsphase wird nachstehend erörtert.) Die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung 32 und die integrierte Switch-Schaltung 24 kommunizieren folgendermaßen miteinander.
Die in den Schlitzzählern gespeicherten Werte bezeichnen aufeinander folgende Zeitschlitze, während derer ein Media-Access-Controller 26 ein Vier-Bit-Datenwort zur integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 sendet und eine physikalische Schnittstellenschaltung 23 ein Vier-Bit-Datenwort und zugeordnete Steuersignale zur integrierten Switch-Schaltung 24 sendet.
Die Schaltungen sind so eingerichtet, dass ein bestimmter Media-Access-Controller 26 nur zu einer bestimmten der physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 sendet und von dieser empfängt und diese physikalische Schnittstellenschaltung nur zu diesem Media-Access-Controller sendet und von diesem empfängt. Jedem Paar aus einem Media-Access-Controller und seiner jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung ist ein bestimmter nummerierter Schlitz zur Übertragung von der physikalischen Schnittstellenschaltung zum Media-Access-Controller zugewiesen. Die Übertragung in entgegengesetzter Richtung geschieht nicht während desselben Schlitzes, jedoch eine Anzahl von Schlitzen, typischerweise zwei Schlitze, später. Dies ermöglicht es, dass der Media-Access-Controller schnell auf Signale anspricht, die über das an der physikalischen Schnittstellenschaltung angebrachte Netzwerkkabel empfangen werden. Falls derselbe Schlitz zur Übertragung in beide Richtungen verwendet werden würde, würde der Media-Access-Controller von der physikalischen Schnittstellenschaltung während des nummerierten Schlitzes empfangen, müsste jedoch warten, bis dieser nummerierte Schlitz wieder auftritt, bevor er antworten kann.
Die Schlitzzähler 36 und 40 der physikalischen Schnittstellenschaltungen 32 und der integrierten Switch-Schaltung 24 geben ihre Zählwerte an die jeweiligen Multiplexer 34 und 33 aus. In der integrierten Switch-Schaltung wählt der Multiplexer 33, ansprechend auf den Zählwert des Schlitzzählers 40, einen Media-Access-Controller 26 aus und sendet ein Vier-Bit-Datenwort und zugeordnete Steuersignale von diesem Media-Access-Controller zur integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32. Gleichzeitig wählt der Multiplexer 34 in der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32, ansprechend auf den Zählwert des Schlitzzählers 36, eine physikalische Schnittstellenschaltung 23 aus und sendet von dieser physikalischen Schnittstellenschaltung ein Vier-Bit-Datenwort und zugeordnete Steuersignale zur integrierten Switch-Schaltung 24.
In der physikalischen Schnittstellenschaltung 32 werden die von der integrierten Switch-Schaltung 24 empfangenen Daten und zugeordneten Steuersignale über einen Bus 41 Latch-Stufen in jeder der physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 zugeführt. Der Schlitzzähler 36 stellt ein jeweiliges Latch-Signal für jede physikalische Schnittstellenschaltung 23 auf Leitern 42 bereit. Jedes Mal dann, wenn der Zählwert inkrementiert wird, erzeugt der Schlitzzähler einen Impuls auf nur einem der Leiter 42, nämlich demjenigen, der dem Zählwert entspricht, und ansprechend darauf latcht nur eine der physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 die von der integrierten Switch-Schaltung 24 empfangenen Daten.
In der integrierten Switch-Schaltung 24 werden die von der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 empfangenen Daten und zugeordneten Steuersignale allen Media-Access-Controllern 26 über einen Bus 43 zugeführt. Der Schlitzzähler 40 erzeugt auch einen Satz von Latch-Signalen auf Leitern 44. Wiederum wird ein Impuls auf nur einem dieser Leiter bei jedem Zählwert erzeugt, wobei dieser bestimmte Leiter dem Zählwert entspricht, und nur einer der Media-Access-Controller 26 latcht die von der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 empfangenen Daten.
Die in 2 dargestellten physikalischen Schnittstellenschaltungen serialisieren die Vier-Bit-Datenwörter zur Übertragung über die Netzwerkkabel. Die über die Netzwerkkabel empfangenen einzelnen Bits werden durch die physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 zu Vier-Bit-Parallelwörtern geformt, um sie zu den Media-Access-Controllern 26 zu übertragen.
Die aufeinander folgenden Wörter, die von einer bestimmten Media-Access-Controller-Schaltung zu ihrer jeweiligen physikalischen Schnittstellenschaltung gesendet werden, bilden Pakete, die über das jeweilige Netzwerkkabel übertragen werden.
In der Schaltung aus 2 gibt es die gleiche Anzahl physikalischer Schnittstellenschaltungen 23 wie Media-Access-Controller 26 in ihren jeweiligen integrierten Schaltungen 32 und 24.
In der dargestellten Schaltung gibt es jeweils acht von ihnen, und die physikalische Schnittstellenschaltung ist für 10-Base-T-Ethernet-Netzwerkverbindungen vorgesehen. Diese haben eine Bitrate von 10 MHz. Weil diese Bits zu Vier-Bit-Wörtern zusammengestellt sind, müssen die Leitungen zwischen dem Switch und den integrierten physikalischen Schnittstellenschaltungen 24 und 32 bei einer Rate von 2,5 MHz für jede Netzwerkverbindung, d.h. bei 20 MHz, betrieben werden, was gut innerhalb der Möglichkeit der heutigen Technologie integrierter Schaltungen liegt.
Ein anderes Beispiel einer integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32, die jener aus 2 ähnelt, enthält nur vier physikalische Schnittstellenschaltungen und erzeugt dementsprechend für jeweils vier Zyklen ihrer Taktschaltung 37 ein Synchronisiersignal. Falls dieses an die Switch-Schnittstellenschaltung 24 aus 2 angelegt wäre, die acht Media-Access-Controller 26 aufweist, würde der Schlitzzähler 40 alle vier Taktzyklen zurücksetzen, so dass nur vier Media-Access-Controller mit den physikalischen Schnittstellenschaltungen kommunizieren würden. Die anderen vier Media-Access-Controller würden keine Daten vom Netzwerk empfangen und dem Warteschlangenmanager 31 daher als nicht angeschlossen erscheinen. In diesem Beispiel arbeitet der Taktgeber 37 bei der Hälfte der Rate des Beispiels aus 2, so dass jeder Media-Access-Controller noch Vier-Bit-Wörter bei einer Rate von 2,5 MHz sendet und empfängt.
In einem anderen Beispiel einer integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung, die nur vier physikalische Schnittstellenschaltungen enthält, wird der Synchronisierimpuls noch wie in dem Beispiel aus 2 alle 400 ns erzeugt, es werden jedoch innerhalb jeder 400-ns-Periode des Takts vier Impulse bei einer Rate von 20 MHz während der ersten Hälfte der Periode erzeugt, und es wird dann ein konstanter Pegel für die zweite Hälfte bereitgestellt. Wenn eine solche integrierte physikalische Schnittstellenschaltung mit der integrierten Switch-Schaltung aus 2 verbunden ist, zählt der Schlitzzähler 40 dieser integrierten Switch-Schaltung wieder nur bis zu vier Schlitzen, woraufhin er vor dem Rücksetzen 200 ns wartet. Wiederum arbeiten nur vier Media-Access-Controller.
In einem weiteren Beispiel entspricht eine integrierte physikalische Schnittstellenschaltung derjenigen aus 2, weist jedoch zwölf physikalische Schnittstellenschaltungen 23 auf und hat einen Takt, der bei 20 MHz arbeitet, und einen Schlitzzähler 36, der über zwölf Zustände zählt und alle 600 ns einen Synchronisierimpuls erzeugt. Wenn er mit der Switch-Schnittstellenschaltung aus 2 verbunden wird, zählt der Schlitzzähler 40 dieser integrierten Switch- Schaltung über zwölf Zustände, bevor er zurücksetzt. Für die letzten vier Zustände erzeugt er keinen Impuls auf irgendeiner der Leitungen 44, so dass kein Media-Access-Controller 26 von der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung empfängt, und er stellt auch dem Multiplexer 33 ein Signal bereit, so dass er eine inaktive Ausgabe erzeugt. Die letzten vier physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung dieses Beispiels sind daher nicht verwendbar, die anderen acht bleiben aber nichtsdestoweniger funktionsfähig.
Eine integrierte Switch-Schaltung kann weitere Media-Access-Controller 26 aufweisen, die in der Weise des Beispiels aus 2 zur Verbindung mit einem einzigen Satz multiplexierter Anschlussstifte gruppiert sind. Weiterhin kann sie Media-Access-Controller aufweisen, die jeweils ihren eigenen Satz von Anschlussstiften zur Kommunikation mit einer einzigen physikalischen Schnittstellenschaltung aufweisen.
Bei einem weiteren Beispiel einer integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 ist der Schlitzzähler 36 geschaltet, um physikalische Schnittstellenschaltungen zu erkennen, die keine funktionierende Verbindung zu einer Netzwerkvorrichtung aufweisen, und dafür eingerichtet, Zustände für diese fortzulassen. Das Synchronisiersignal tritt entsprechend häufiger auf. In einer angeschlossenen integrierten Switch-Schaltung wird nur eine Anzahl von Media-Access-Controllern 26 verwendet, die der Anzahl der verwendeten physikalischen Schnittstellenschaltungen 23 gleicht. Bei einem höher entwickelten Beispiel einer integrierten Switch-Schaltung können die nicht verwendeten Media-Access-Controller einer physikalischen Schnittstellenschaltung einer anderen integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung zugeordnet werden.
In einem anderen Beispiel ist ein einzelner Port einer integrierten Switch-Schaltung aus dem Beispiel aus 2 mit zwei oder mehr integrierten physikalischen Schnittstellenschaltungen 32 verbunden, die jeweils mehrere physikalische Schnittstellenschaltungen 23 enthalten, welche so eingerichtet sind, dass sie der integrierten Switch-Schaltung als eine große integrierte physikalische Schnittstellenschaltung erscheinen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Master der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltungen das Taktsignal für alle bereitstellt und der zweiten integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung ein Signal bereitstellt, sobald alle ihrer eigenen physikalischen Schnittstellenschaltungen ihre Daten zur integrierten Switch-Schaltung gesendet haben. Beim Empfang dieses Signals erlaubt es die zweite integrierte physikalische Schnittstellenschaltung dann ihren physikalischen Schnittstellenschaltungen, ihre Daten in den anschließenden Zeitschlitzen zu senden. Jede physikalische Schnittstellenschaltung signalisiert der nächsten wiederum bis zur letzten, die dann der ersten signalisiert, dass sie wieder an der Reihe ist. Es wurde eine Daisy-Chain-Anordnung für die Steuersignale beschrieben. Alternativ könnte die integrierte physikalische Schnittstellenschaltung Modusstifte für Signale aufweisen, die festlegen, ob sie der Master, die zweite Schaltung, die dritte Schaltung usw. ist.
In diesem Beispiel von zwei oder mehr physikalischen Schnittstellenschaltungen, die mit einem einzigen Port einer integrierten Switch-Schaltung verbunden sind, sind bei den integrierten physikalischen Schnittstellenschaltungen alle Stifte zur Kommunikation mit der integrierten Switch-Schaltung, mit Ausnahme der Takt- und Synchronisiersignalstifte, zusammengeschaltet. Nur die aktive integrierte physikalische Schnittstellenschaltung kontrolliert die Ausgangsstifte ihres Multiplexers 34. Die Ausgangsstifte der Multiplexer 34 der anderen sind auf einen Hochimpedanzzustand gesetzt. Weil es eine Schlitzanzahldifferenz von typischerweise zwei zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine physikalische Schnittstellenschaltung 23 zu der integrierten Switch-Schaltung sendet, und dem Zeitpunkt, zu dem sie von der integrierten Switch-Schaltung empfängt, gibt, gibt es Zeiten, zu denen eine physikalische Schnittstellenschaltung an einer integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung sendet und eine physikalische Schnittstellenschaltung an einer anderen empfängt.
Zu dem Beispiel aus 2 zurückkehrend, wird nun die anfängliche Synchronisation der integrierten Switch-Schaltung 24 und der integrierten physikalischen Schnittstellenschaltung 32 beschrieben. Es ist anhand der vorstehenden Beispiele ersichtlich, dass die integrierte Switch-Schaltung so aufgebaut ist, dass sie mit integrierten physikalischen Schnittstellenschaltungen verbunden werden kann, die verschiedene Anzahlen physikalischer Schnittstellenschaltungen 23 enthalten. Beim Einschalten oder Rücksetzen hat die Switch-Schnittstellenschaltung 24 keine Informationen über die Anzahl der physikalischen Schnittstellenschaltungen 23, mit denen sie verbunden ist.
Nach der Erzeugung des ersten Synchronisiersignals wird eine erste physikalische Schnittstellenschaltung 23 zugeordnet, um ein Datenwort und zugeordnete Steuersignale zu senden, und ein erster Media-Access-Controller zugewiesen, um diese zu empfangen. Nun sendet jeder Media-Access-Controller 26 eine Anzahl von Schlitzen, typischerweise zwei, nachdem er empfangen hat, so dass die Media-Access-Controller 26 vom nächsten bis zum letzten im ersten Zeitschlitz zugeordnet werden sollten, so dass sie zur nächsten bis letzten physikalischen Schnittstellenschaltung 23 senden. Um welchen Media-Access-Controller es sich dabei handelt, kann nicht bestimmt werden, weil die integrierte Switch-Schaltung noch nicht die Anzahl der zu verwendenden Media-Access-Schnittstellenschaltungen 26 kennt. Dies wird nur dann offensichtlich, wenn die integrierte Switch-Schaltung 24 das zweite Synchronisiersignal nach dem Einschalten oder Rücksetzen empfängt. Daher ist die Switch-Schnittstellenschaltung dafür eingerichtet, inaktive Steuersignale auszugeben, bis das zweite Synchronisiersignal empfangen worden ist.
Gemäß einer Ausführungsform werden kleine Drifts der Rate, mit der Daten von einer physikalischen Schnittstellenschaltung 23 empfangen werden, gegenüber der erwarteten zugelassen. Falls die Daten an einer physikalischen Schnittstellenschaltung zu langsam ankommen, damit die physikalische Schnittstellenschaltung eine Gruppe von vier Bits aufweist, die zur Übertragung zur integrierten Switch-Schaltung 24 bereit sind, wenn ihr Schlitz auftritt, wird ein Daten-gültig-Signal unter den Steuersignalen, die von der physikalischen Schnittstellenschaltung 23 übertragen werden, auf einen Falsch-Wert gesetzt, um anzugeben, dass die Datensignale nicht gültig sind. Der entsprechende Media-Access-Controller 26 reagiert, indem er die während dieses Schlitzes empfangenen Daten nicht an das aktuelle Paket anhängt und bis zum nächsten Schlitz wartet.
Die Media-Access-Controller 26 können dafür eingerichtet sein, das Datengültig-Signal mit einem Falsch-Wert zu interpretieren, wodurch angegeben wird, dass das Paket beendet ist, und sie führen dem Rest der integrierten Switch-Schaltung 24 demgemäß ein Steuersignal zu. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Daten-gültig-Signal mit einem Falsch-Wert jedoch dadurch hervorgerufen werden, dass eine langsame Datenrate von der physikalischen Schnittstellenschaltung 23 empfangen wird. Die Media-Access-Controller 26 werden daher dafür eingerichtet, einen Paketendezustand nur dann zu signalisieren, wenn das Daten-gültig-Signal für zwei aufeinander folgende Schlitze falsch war.
Falls die Datenrate, die von einer physikalischen Schnittstellenschaltung 23 empfangen wird, höher als erwartet ist, werden die empfangenen Daten in dieser physikalischen Schnittstellenschaltung gepuffert, bis sie zur integrierten Switch-Schaltung 24 gesendet werden.
Große Schwankungen der Datenrate gegenüber der erwarteten werden durch diese Maßnahmen nicht behandelt.

Claims

Integrierte Schaltung (24) zum Vermitteln von Datenpaketen mit einem Port mit mehreren Anschlüssen der integrierten Schaltung, worüber Pakete empfangen und gesendet werden, mehreren Transceiver-Schaltungen (26), an denen Pakete von dem Port empfangen werden und von denen Pakete zu dem Port gesendet werden, Schalteinrichtungen (28, 29, 31) zum Übertragen von Paketen zwischen den Transceiver-Schaltungen und eine Multiplexiereinrichtung (33, 43) zum Verbinden der Transceiver-Schaltungen mit dem Port während aufeinander folgender Zeiträume.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, die so eingerichtet ist, dass eine Transceiver-Schaltung (26) während einer Periode, die von derjenigen Periode, während derer sie von dem Port empfängt, verschieden ist, zu dem Port sendet.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, die so eingerichtet ist, dass eine Transceiver-Schaltung (26) zwei Perioden nach einem Empfang von dem Port zu dem Port sendet.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere Datenbits eines Pakets und/oder aufeinander folgende Werte eines Steuersignals gleichzeitig parallel über den Port gesendet werden können.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dafür eingerichtet ist, nur ein einziges Datenbit eines Pakets oder einen einzigen Wert eines Steuersignals über einen Anschluss des Ports während einer der Perioden zu senden.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dafür eingerichtet ist, eine Anzahl von Datenbits eines Pakets und/oder Werten von Steuersignalen über einen Anschluss des Ports während einer der Perioden zu senden, wobei diese Anzahl durch die Transceiver-Schaltung (26), entsprechend dieser Periode, bereitgestellt wird.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Zähler (40) zum Bestimmen, welche der Transceiver-Schaltungen (26) während einer bestimmten der Perioden mit dem Port verbunden ist, wobei dieser Zähler dafür eingerichtet ist, durch ein Signal (38) von einem Anschluss der integrierten Schaltung zurückgesetzt zu werden.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Multiplexiereinrichtung (33, 43) einen Multiplexer (33) zum Auswählen der Ausgaben eines ausgewählten Transceivers aus den Ausgaben der Transceiver-Schaltungen (26) und zum Verbinden dieser Ausgaben mit den Ausgangsanschlüssen des Ports aufweist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Multiplexiereinrichtung (33) einen Bus (43) zum Verteilen der an den Eingangsanschlüssen des Ports empfangenen Signale an die Eingänge aller Transceiver und eine Einrichtung, um einem ausgewählten Transceiver zu signalisieren, dass er die Signale auf den Bus schalten soll, aufweist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem weiteren Port oder weiteren Ports, über die Pakete gesendet oder empfangen werden.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 mit einer weiteren Multiplexiereinrichtung zum Verbinden einer zweiten Anzahl von Transceiver-Schaltungen mit einem bestimmten der weiteren Ports während aufeinander folgender Zeiträume.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, die so eingerichtet ist, dass von einem bestimmten der weiteren Ports gesendete oder empfangene Pakete in einer diesem Port entsprechenden Transceiver-Schaltung empfangen und von dieser gesendet werden, und die so eingerichtet ist, dass diese Pakete durch die Transceiver-Schaltung direkt von diesem Port empfangen werden und durch den Transceiver direkt zu diesem Port gesendet werden.
Integrierte Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Transceiver-Schaltung (26) dafür eingerichtet ist, ein Daten-gültig-Signal während der Zeiträume, die dieser Transceiver-Schaltung zugeordnet sind, von dem Port zu empfangen, und von dem Port empfangene Daten, mit Ausnahme von Daten, die empfangen werden, wenn das Daten-gültig-Signal auf einen Falsch-Wert gesetzt ist, zu einem Paket zu formen, und die Transceiver-Schaltung dafür eingerichtet ist, das Ende eines Pakets zu erkennen, wenn das Daten-gültig-Signal während zweier aufeinander folgender diesem Transceiver zugeordneter Perioden auf einen Falsch-Wert gesetzt ist.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung (32) mit mehreren Netzwerkports zur Verbindung mit jeweiligen Netzwerkkabeln, mehreren physikalischen Schnittstellenschaltungen (23), die jeweils mit einem jeweiligen Netzwerkport verbunden sind, um Pakete über diesen Netzwerkport zu senden und zu empfangen, einem Switch-Port zur Verbindung mit einer integrierten Switch-Schaltung (24) und einer Multiplexiereinrichtung (34, 41) zum Verbinden der physikalischen Schnittstellenschaltungen (23) mit dem Switch-Port während aufeinander folgender Zeiträume.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach Anspruch 14, die so eingerichtet ist, dass eine physikalische Schnittstellenschaltung (23) während einer Periode, die von derjenigen Periode verschieden ist, während derer sie von dem Port empfängt, zu dem Switch-Port sendet.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach Anspruch 15, die so eingerichtet ist, dass eine physikalische Schnittstellenschaltung (23) zwei Perioden nach dem Senden zu dem Port von dem Switch-Port empfängt.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, die so eingerichtet ist, dass mehrere Datenbits eines Pakets oder aufeinander folgende Werte eines Steuersignals über den Switch-Port gleichzeitig parallel gesendet werden.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die dafür eingerichtet ist, nur ein einziges Datenbit eines Pakets oder einen einzigen Wert eines Steuersignals über einen Anschluss des Switch-Ports während einer der Perioden zu senden.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, die dafür eingerichtet ist, eine Anzahl von Datenbits eines Pakets und/oder von Werten von Steuersignalen über einen Anschluss des Switch-Ports während einer der Perioden zu senden, wobei diese Anzahl durch die physikalische Schnittstellenschaltung (23), entsprechend dieser Periode, bereitgestellt wird.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 19 mit einem Zähler (36) zum Bestimmen, welche der physikalischen Schnittstellenschaltungen (23) während einer bestimmten der Perioden mit dem Switch-Port verbunden ist, wobei dieser Zähler dafür eingerichtet ist, jedes Mal dann, wenn dieser Zähler zurückgesetzt wird, ein Signal über einen Anschluss der integrierten Schaltung zu senden.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Multiplexiereinrichtung (34, 41) einen Multiplexer (34) zum Auswählen der Ausgaben einer ausgewählten physikalischen Schnittstellenschaltung aus den Ausgaben der physikalischen Schnittstellenschaltungen und zum Verbinden dieser Ausgaben mit den Ausgangsanschlüssen des Switch-Ports aufweist.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Multiplexiereinrichtung (34, 41) einen Bus (41) zum Verteilen der an den Eingangsanschlüssen des Switch-Ports empfangenen Signale an die Eingänge aller physikalischen Schnittstellenschaltungen und eine Einrichtung, um einer ausgewählten physikalischen Schnittstellenschaltung zu signalisieren, dass sie die Signale auf den Bus schalten soll, aufweist.
Integrierte physikalische Schnittstellenschaltung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die physikalische Schnittstellenschaltung (23) dafür eingerichtet ist, ein Daten-gültig-Signal zum Switch-Port zu senden und dieses Signal auf einen Falsch-Wert zu setzen, wenn sie von ihrem Netzwerk-Port nicht genug Daten zum Senden über den Switch-Port empfangen hat.
Switch-Schaltung mit einer Platine, wobei auf dieser Platine eine integrierte Schaltung (21) zum Vermitteln von Datenpaketen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und mindestens eine integrierte physikalische Schnittstellenschaltung (32) nach einem der Ansprüche 14 bis 23 miteinander verbunden sind.