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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Internet-Protokoll
und insbesondere auf die Verbindung eines Haus-Netzwerkes mit dem
Internet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Traditionell
wurde das Internet mit Häusern oder
Wohnungen über
Modems verbunden. Viele Häuser
oder Wohnungen haben jedoch mehrere Geräte. Diese Geräte schließen Geräte wie zum
Beispiel Telefone, Faxmaschinen, Fernseher, Öfen, Lampen und dergleichen
ein. Es ist in manchen Fällen
wünschenswert,
diese Geräte
zu vernetzen und eine Steuerung dieser Geräte und auch einen Informationsaustausch
zwischen diesen zu ermöglichen. Beispielsweise
kann bei vernetzten Geräten
ein Gerät
Befehle von einem anderen empfangen, oder mehrere Geräte könnten durch
ein drittes Gerät
ferngesteuert werden. Weiterhin kann es wünschenswert sein, das Haus-Netzwerk
so auszulegen, dass es Zugang zu der Außenwelt hat oder von der Außenwelt aus
zugänglich
ist. Traditionell unterstützt
der Haus-Dienst lediglich einen einzigen Endpunkt aufgrund der Kompliziertheit
der Topologie-Verwaltung und der Erschöpfung des Adressen-Raumes, der durch
die Unterstützung
von IP-Netzwerken in dem Haus oder der Wohnung bedingt ist. Es besteht
eine Notwendigkeit, ein Haus-Netzwerk zu haben, das für den Rest
des Internets sichtbar ist. Wenn dies der Fall ist, so könnte jedes
Gerät an
dem Netzwerk Informationen unter Verwendung des Internets senden und
empfangen.
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Es
gibt eine Anzahl von bekannten Systemen, die ein Haus-Netzwerk mit
dem Internet verbinden. Ein derartiges System, das als ein Voll-Router bekannt
ist, ordnet jedem Gerät
an dem Haus-Netzwerk eine eindeutige Internet-Adresse zu. Bei dieser Ausgestaltung
ist das Haus oder die Wohnung nicht die End- oder Stichverbindung,
sondern das Haus-Netzwerk ist stattdessen ein Subnetzwerk. Diese
Ausgestaltung vergrößert außerdem die
Kompliziertheit der Netzwerk-Verwaltung,
während
gleichzeitig die Möglichkeit
zur erneuten Verwendung von IP-Adressen über mehrfache
Kunden hinweg zu einem Minimum gemacht wird.
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Ein
weiteres bekanntes System, das das Adressenproblem mildert, wird
als Netzwerk-Adressen-Umsetzung oder NAT bezeichnet. NAT ist eine 1:1-Adressen-Umsetzung, das heißt, für jede Adresse
in dem Haus-Netzwerk gibt es eine entsprechende Adresse an dem NAT.
Eine weitere Version von NAT, die als Portbasierte NAT bezeichnet
wird, verwendet eine N:1-Umsetzung, weil eine einzige Adresse gemeinsam
von mehrfachen Endsystemen an dem Haus-Netzwerk verwendet wird.
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Bei
der NAT und der Port-basierten NAT bleibt das Haus oder die Wohnung
die Stichleitungsverbindung an dem Internet, und Schaltungen in
dem Haus oder der Wohnung setzen die ankommende Information auf
die erforderlichen Geräte
unter Verwendung interner Netzwerk-Adressen um. Diese Adressen-Umsetzung
führt eine
zusätzliche
Adressen-Topologie-Kompliziertheit in das Haus-Netzwerk ein, was
unerwünscht
ist. Weiterhin sind die Haus-Netzwerk-Adressen privat, und die Geräte in dem
Haus-Netzwerk sind nicht zur Außenwelt
hin sichtbar. Daher kann ein ankommendes Signal nicht ein bestimmtes
Gerät kontaktieren,
ohne dass dieses Gerät
zunächst
die Verbindung aufbaut. Daher werden lediglich Klienten-Anwendungen unterstützt, und dies
gilt nicht für
Server-basierte Anwendungen. Ein zusätzliches Problem bei der NAT
besteht darin, dass sie das Ende-zu-Ende-Modell aufbricht, das von Diensten wie
zum Beispiel IP-Sicherheit (IPSEC) benötigt wird.
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Die
Port-basierte NAT ordnet jeder internen Adresse einen Socket oder
einen logischen Verbindungsendpunkt zu. Obwohl die Internet-Adresse
den Ort einer Computer-Plattform auf einem Netzwerk angeben kann,
wurde ein Socket oder ein Port, wie er in manchen Fällen bekannt
ist, traditionell dazu verwendet, eine bestimmte Anwendung auf dieser
Computer-Plattform anzugeben. Typischerweise haben es Ports ermöglicht,
dass mehrfache Anwendungen eine einzige Adresse nutzen und damit
Ports benutzen, wobei ein Internet-Protokoll-Datenstrom zu den verschiedenen
Anwendungen auf der Computer-Plattform demultiplexiert werden. Daher
setzt Port-basiertes NAT die Adresse des Gerätes an dem Haus-Netzwerk auf
eine einzige Internet-Adresse und einen bestimmten Port um. Der
Nachteil der Port-basierten NAT besteht darin, dass obwohl die Geräte in der
Lage sind, eine Verbindung aus dem Haus oder der Wohnung heraus
herzustellen, die Außenwelt
nicht in der Lage ist, die Umsetzung der Ports zu sehen und stattdessen
lediglich die einzige Internet-Adresse sieht. Daher werden, wie
in NAT, lediglich Klienten-Anwendungen
unterstützt,
und dies gilt nicht für
Server-basierte Anwendungen.
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Daher
ermöglichen
es die NAT und die Port-basierte NAT, dass ein Haus-Netzwerk, das ein Internet-Protokoll-basiertes
Subnetzwerk ist, für
das Dienste-Modell
einer einzigen öffentlichen
Adresse transparent ist. NAT und Port-basierte NAT ergeben jedoch
einen Konflikt mit den Haus-Diensten, wie zum Beispiel IPSEC, wie
dies bereits erwähnt
wurde, elektronischem Handel, Mehrspieler-Spielen und dergleichen.
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Die
Internet-Empfehlung RFC2391, die von der Internet Engineering Task
Force (IETF) im August 1998 veröffentlicht
wurde, beschreibt ein Verfahren der Lastverteilung an einem Server
durch die Verwendung der Netzwerk-Adressen-Umsetzung (LSANAT). Ein virtueller Server
wird durch mehrere Server bereitgestellt, die einen Server-Pool
bilden, wobei die Lastverteilungsfunktion durch einen LSNAT-Router bereitgestellt
wird, der mit den lastverteilenden Servern über Ports verbunden ist.
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Ein
Web-Dokument, das am 7. September 1998 an der Adresse „http.//dev.
imine.net/imine/products/ti/titc.shtml" gefunden wurde und den Titel „INFOMINE:
Team Internet, Networking Solutions and Services" trägt,
beschreibt ein System, das automatisch einen Internet-Diensteanbieter
anwählt,
eine IP-Adresse unter Verwendung von DHCP zuteilt und NAT ausführt.
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Somit
verbleibt das Problem der Unterstützung einer beliebigen Anzahl
von Geräten
in dem Haus oder der Wohnung, wobei dies transparent für den einzelnen
Internet-Identiäts-Dienste-Satz
ist.
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Aus
den vorstehenden Gründen
besteht ein Bedarf an der Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens
für Klient-
und Server-basierte Anwendungen für Geräte an einem Haus-Netzwerk,
das mit dem Internet über
eine einzige Internet-Adresse
verbunden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
für Klient-
und Server-basierte Anwendungen für Geräte an einem Haus-Netzwerk gerichtet,
das mit dem Internet über
eine einzige Internet-Adresse verbunden ist.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Haus-Überleiteinrichtung (Gateway), die
folgendes umfasst: Einrichtungen zum Verbinden eines Haus-Netzwerk-Gerätes mit
der Haus-Überleiteinrichtung,
wobei das Haus-Netzwerk-Gerät ein Klient
in einem Klient-Server-Modell ist; Einrichtungen zum Registrieren
des Haus-Netzwerk-Gerätes
an einem Port der Haus-Überleiteinrichtung,
wobei der Port eine Transportschicht-Identifikation ist; und Einrichtungen
zum Verbinden der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse,
wobei Datenverkehr von dem Internet an einen nicht registrierten
Port verworfen wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden eines Haus-Netzwerkes
mit dem Internet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte einschließt: Verbinden eines
Haus-Netzwerk-Gerätes
mit einer Haus-Überleiteinrichtung,
wobei das Haus-Netzwerk-Gerät
ein Klient in einem Klient-Server-Modell ist; Registrieren des Haus-Netzwerk-Gerätes an einem
Port der Haus-Überleiteinrichtung,
wobei der Port eine Transportschicht-Identifikation ist; und Verbinden
der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse,
wobei Datenverkehr von dem Internet zu einem nicht registrierten
Port verworfen wird.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verbindung
des Haus-Netzwerkes mit dem Internet Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenströme und Klient-
und Server-Anwendungen unterstützt,
die in den Haus-Netzwerk-Geräten verwirklicht
sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden weiter aus der folgenden
Beschreibung ersichtlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, in denen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt, das für
einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet
wird;
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2 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt, das für
einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet
wird;
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3 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt, das für
einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet
wird;
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4 ein
Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt, das für
einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet
wird;
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5 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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6 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
die für einen
Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet wird;
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7 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
das für einen
Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet wird;
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8 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
die für eine
Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet wird;
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9 ein
Ablaufdiagramm für
den Betrieb einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt, die für
einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet
wird;
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10 ein
Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung für Internet-Telefonie
zeigt; und
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11 ein
Ablaufdiagramm für
die Betriebsweise einer Ausführungsform
der Erfindung für
das Browsen des weltweiten Netzes zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN DER ERFINDUNG
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Als Überblick
wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein beschrieben.
Nachfolgend werden in diese Beschreibung die Struktur und Betriebsweise
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ausführlicher
beschrieben. Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dann beschrieben,
und auch weitere alternative Ausführungsformen.
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Obwohl
Ports traditionell Anwendungen zugeordnet wurden, die auf einer
bestimmten Computer-Plattform ablaufen, ist es möglich, einen Port als Teil
einer verteilten Architektur zu verwenden. Ports können als
eine zusätzliche
Schicht der Multiplexierung verwendet werden, um einen IP-Netzwerk-Endpunkt
in eine Konstellation von Geräten
in dem Haus oder der Wohnung aufzufächern. Dies erfordert die Definition
eines Protokolls, um eine Lokalisierung der Port-Administration für den Netzwerk-Endpunkt auf einer
Plattform in dem Haus-Netzwerk
zu ermöglichen.
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Weiterhin
kann ein Protokoll es ermöglichen, dass
eine verteilte Port-Verwaltung für
eine einzige Internet-Adresse über
das lokale Netzwerk (LAN) des Hauses oder der Wohnung erstreckt
wird. Somit kann das Protokoll zum Implementieren des Vorstehenden
als ein Internet-Protokoll-Residenz-Protokoll (IPRP) bezeichnet
werden. IPRP ergänzt
die normale Implementation des IP in dem Haus oder der Wohnung,
um es mehrfachen örtlichen
Endpunkten zu ermöglichen,
eine Port-Multiplexierung
miteinander auf einen einzigen Netzwerk-Endpunkt durchzuführen, statt
eine direkte IP-Peer-Kommunikation zwischen den Netzwerk-Elementen
in dem Haus oder der Wohnung zu verwenden. Üblicherweise ist die Verbindungsmöglichkeit
mit dem Internet eine Überlagerung über das
Haus-Netzwerk, und
die Intra-Haus-Verbindungsmöglichkeit
erfordert keine Netzwerk-Schicht.
Die Netzwerk-Schicht oder IP-Schicht, wie sie manchmal bekannt ist,
ist die Protokoll-Abwicklung des Internet-Protokolls (IP).
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Das
IPRP teilt die IP-Schicht in dem Haus oder der Wohnung in ein Klient-Server-Modell auf. Die Klienten
befinden sich in den Geräten
und bieten traditionelle IP-Schichten
zu den höheren
Schichten in jedem Gerät.
Der Server verwaltet die Ports, leitet den Datenverkehr an die bestimmten
Klienten auf der Grundlage einer Port-Demultiplexierung weiter,
untersagt Klient-Daten-Verkehr, falls passend, und filtert ankommenden
Datenverkehr von dem Internet.
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Die
Architektur zum Implementieren des IPRP schließt eine Haus-Überleiteinrichtung (Gateway)
ein, die die Netzwerk-Stapel-Schicht abschließt und Port-Datenverkehr zu
den Geräten
auf dem Haus-LAN auffächert.
Die Haus-Überleiteinrichtung hält Bindungen
zwischen bestimmten Endsystemen und interessierenden Ports derart
aufrecht, dass die Port-Nummern (sowohl UDP als auch TCP) als eine Form
einer Subnetz-Adressierung in dem Haus wirken. Wenn Geräte eingeschaltet
werden, registrieren sie „Ports
von Interesse" bei
der Haus-Überleiteinrichtung.
Datenverkehr von dem Internet zu nicht registrierten Ports wird
stillschweigend durch die Haus-Überleiteinrichtung
verworfen. Die vorhandene Haus-Vernetzung erfordert keinen Adressen-Plan, um
zu funktionieren, so dass die „Netzwerk-Nachbarschaft" weiter unabhängig von
Internet-Diensten arbeitet.
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Daher
ist, soweit es die Außenwelt
betrifft, das Haus oder die Wohnung eine einzige Host-Adresse. Die
Haus-Überleiteinrichtung
steuert jedoch, welches Gerät
oder welche Kombination von Geräten
mit der Außenwelt
verbunden ist oder diese sieht. Ein Vorteil dieser Konfiguration
besteht darin, dass ein Zugriff auf jedes Haus-Gerät erfolgt,
als ob das Gerät
direkt mit der Außenwelt
verbunden sein würde.
Weiterhin verwendet diese Implementation eine minimale Menge an
Ressourcen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Haus oder
die Wohnung gegenüber
dem Netzwerk verdeckt ist. Üblicherweise
erfordert ein IP-Adressen-Plan
ein hohes Ausmaß an
Verwaltung und ist analog dazu, dass zusätzliche Telefonnummern erforderlich
sind, wenn zusätzliche
Telefone einem Haus oder einer Wohnung hinzugefügt werden. Die vorliegende
Erfindung ist analog zu dem Erstrecken einer einzigen Telefonleitung
als ein Bus durch das Haus.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 4 werden
nunmehr Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Die Erfindung schließt ein Haus-Netzwerk 10 und
eine Haus-Überleiteinrichtung 12 ein. Das
Haus-Netzwerk 10 schließt zumindest ein Haus-Netzwerk-Gerät 14 ein.
Die Haus-Überleiteinrichtung 12 schließt zumindest
einen Haus-Überleiteinrichtungs-Port 16 ein.
Die Haus-Überleiteinrichtung 12 ist
mit dem Internet 18 verbunden. In der gesamten folgenden
Beschreibung wird eine Verbindung als eine Übertragung von Daten definiert,
die auf einem Signal verkörpert
sind. Üblicherweise
wird die Verbindung unter Verwendung einer Drahtleitung, einer Übertragungsleitung,
eines Bus, eines Wellenleiters, Lichtleitfaseroptiken oder ähnlichen
Signal-Schwingungs-Führungseinrichtungen erzielt. Drahtlose
Verbindungen unter Verwendung von Antennen sind ebenfalls möglich. Tatsächlich kann
irgendein Übertragungsmedium
verwendet werden, solange die Möglichkeit
gegeben ist, Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Mehrpunkt- und Rundsende-Dienste
zu haben.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung, die für
einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet
wird. Ein Punktzu-Punkt-Datenstrom ist ein Datenstrom, der zwischen
einem einzigen Haus-Netzwerk-Gerät und der
Außenwelt
fließt, nämlich dem
Internet. Eine Klient-Anwendung
ist ein Haus-Netzwerk-Gerät,
das einen Kontakt mit dem Internet einleitet.
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So
ist in 1 das Haus-Netzwerk-Gerät 14 mit der Haus-Überleiteinrichtung 12 unter
Verwendung eines einzigen Haus-Überleiteinrichtungs-Ports 16 verbunden.
Dieser Port 16 kann von dem Gerät 14 oder der Haus-Überleiteinrichtung 12 ausgewählt werden.
Der Port 16 wird lediglich dann von dem Gerät 14 ausgewählt, wenn
es sich als ein Server anschließt,
das heißt
auf das Netzwerk horcht, und zwar auf den Ports, die als „gut bekannte
Ports" bekannt sind,
die für
Internet-Anwendungen
definiert sind. Wenn das Gerät 14 als
ein Klient des Netzwerkes wirkt, so fordert das Gerät 14 eine
Port-Nummer von der Haus-Überleiteinrichtung 12 an.
Daher ist der Geräte-Typ üblicherweise
nicht einem bestimmten Port 16 zugeordnet, sondern stattdessen
kann die Anwendung, die das Gerät
als ein Server unterstützt,
einen „gut
bekannten Port" zugeordnet
werden.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung, die für
einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet
wird. Eine Server-Anwendung ist ein Haus-Netzwerk-Gerät, das auf
eine Initialisierung von dem Internet wartet. Üblicherweise ist das Gerät 14 mit
einem Port 16 verbunden, der dem Typ des Gerätes zugeordnet
ist. Dies ermöglicht
es, dass Signale von dem Internet, die versuchen, das Gerät 14 zu
erreichen, korrekt von der Haus-Überleiteinrichtung 12 auf
ein Gerät 14 in
dem Haus demultiplexiert werden können, das den Dienst bieten
möchte
oder diesen abschließt.
In vielen Fällen
wird, wenn ein Signal von dem Internet 18 ankommt, die
Verbindung auf einen zweiten Port 16 geändert, wie dies durch die gestrichelten
Linien in 2 gezeigt ist.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung, die für
einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Klient-Anwendung verwendet
wird. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Anwendung gemeinsam von mehreren Geräten in dem Haus verwendet.
Ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom sind Daten, die zwischen zwei
oder mehr Haus-Netzwerk-Geräten
und dem Internet laufen. Wie dies in 3 gezeigt
ist, sind die zwei Geräte 14 mit
dem gleichen Port 16 verbunden.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung, die für
einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom und eine Server-Anwendung verwendet
wird. Diese Ausführungsform
ist ähnlich
der nach 2. Nachdem ein anfänglicher
Kontakt von dem Internet zu den Geräten 14 hergestellt
wurde, wird die Verbindung üblicherweise
zu einem anderen Port 16 bewegt, wie dies durch die gestrichelten
Linien angezeigt ist. In 4 sind jedoch zwei Geräte 14 mit
dem Port 16 verbunden.
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In
allen den 1 bis 4 können viel mehr
Geräte 14 vorhanden
sein. Weiterhin können alle
vier einzelnen Ausführungsformen
gleichzeitig oder in irgendeiner Kombination in einer anderen Ausführungsform
der Erfindung auftreten. Weiterhin kann jedes Haus-Netzwerk-Gerät 14 mit
einem eines vorgegebenen Bereiches von Haus-Überleiteinrichtungs-Ports 16 verbunden
werden, wobei der Bereich durch die Haus-Überleiteinrichtung 12 bestimmt
ist. Der vorgegebene Bereich ist üblicherweise ein Pool von Ports 16,
die nicht speziell für
einen bestimmten Typ von Gerät 14 bestimmt
sind.
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Die
Haus-Netzwerk-Geräte 14 können ein Telefon,
eine Telefax-Maschine, ein Computer-implementierter Browser für das weltweite
Datennetz (WWW), ein Haus-Beleuchtungssystem,
ein Sicherheitssystem, ein Ofen, ein Mikrowellengerät, ein Trockner,
eine Waschmaschine, ein Kühlschrank,
ein Fernseher, ein Stereogerät,
ein VCR, ein DVD-Gerät oder
irgendein anderes Hausgerät
sein, das gesteuert werden kann oder das Information senden oder empfangen
kann.
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Wenn
nunmehr die Betriebsweise der verschiedenen Ausführungsformen betrachtet wird,
so wird auf die 5 bis 9 Bezug
genommen.
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Klient-Anwendungen,
das heißt
bei denen der Dienst von innerhalb des Hauses aus initialisiert wird,
werden typischerweise als ein Punkt-zu-Punkt-Datenstrom behandelt.
Ein Punkt-zu-Punkt-Datenstrom ist üblicherweise ein einziges Endsystem,
das an einen einzigen TCP- oder UDP-Port gebunden ist. Es gibt jedoch
viele Anwendungen vom Server-Typ, wie zum Beispiel IP-Telefonie,
bei denen mehr als ein Endsystem in dem Haus an einer Implementierung
der Anwendung interessiert sein kann. Eine Server-Anwendung ist ähnlich wie
die Telefonie, die E-mail oder Web-Seiten-Hosting, bei denen die
Kombination einer IP-Adresse
und einer „gut
bekannten Port-Nummer" als
der traditionelle Kontaktpunkt dient, um die Außenwelt zu bedienen. In vielen
dieser Szenarien wird eine Anwendungsschicht-Netzanpassung an der
Haus-Überleiteinrichtung
verwendet, um die Anwendung von einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
an die IP-Schicht-Adresse
(die denkt, dass sie lediglich mit einem Endsystem zu tun hat) auf
die Gemeinschaft von interessierten Endsystemen in dem Haus umzuwandeln.
Es ist üblicherweise
wünschenswert,
dass dies im Kontext eines einzigen Protokoll-Rahmenwerkes erfolgt, wie zum Beispiel
IPRP, im Gegensatz zu einem getrennten Protokoll. Weiterhin sind
die Ports an der Transport-Schicht definiert, so dass ein IP-Port
typischerweise entweder ein UDP-Port ist, wobei der Transport-Dienst
ein Datagramm ist, oder ein TCP-Port ist, wobei der Transport-Dienst
ein Datenstrom ist.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung. Speziell
schließt
das Verfahren zum Verbinden eines Haus-Netzwerkes mit dem Internet
die Verbindung von zumindest einem Haus-Netzwerk-Gerät mit einer Haus-Überleiteinrichtung
unter Verwendung von zumindest einem Haus-Überleiteinrichtungs-Port (Schritt 20)
und die Verbindung der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse (Schritt 22)
ein. Es sei bemerkt, dass der Verbindungsschritt 22 in
vielen Fällen vor
den anderen Schritten ausgeführt
wird, und dass manchmal die Verbindung zu Beginn hergestellt wird und
dann über
die Netzwerk-Operationen hinweg verbunden bleibt. Weiterhin kann
der Schritt des Verbindens von zumindest einem Haus-Netzwerk-Gerät mit der Überleiteinrichtung
die Erkundung der Überleiteinrichtung
einschließen.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Datenstroms und eines Klient-Anwendungs-Gerätes. Das
Verfahren schließt
die folgenden Schritte ein:
- • Anfordern
von zumindest einem Haus-Überleiteinrichtungs-Port
(Schritt 24);
- • Verbinden
von zumindest einem Haus-Netzwerk-Gerät mit einer Haus-Überleiteinrichtung unter Verwendung
eines der Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 20). Der Schritt 20 verwendet einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom
und verwendet als ein Klient-Anwendungs-Gerät eines der Haus-Netzwerk-Geräte;
- • Verbinden
der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse
(Schritt 22);
- • nachdem
die Verbindung zwischen der Haus-Überleiteinrichtung und dem
Klient-Anwendungs-Gerät
nicht mehr länger
benötigt
wird, Freigeben des Haus-Überleiteinrichtungs-Ports (Schritt 26).
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Ein
Telefon, eine Telefax-Maschine oder ein anderes ähnliches Gerät kann als
das Klient-Anwendungs-Gerät
verwendet werden. Zu Anfang benötigt eine
Haus-Endsystem-Anwendung
eine Verbindungsmöglichkeit
zu der Außenwelt
und fordert daher eine Port-Nummer von der internen Schnittstelle an.
Diese Anforderung wird in eine Anforderung für einen nicht-spezifischen
Port an die Haus-Überleiteinrichtung
umgesetzt. Die Haus-Überleiteinrichtung gewinnt
einen einzelnen Port aus einem Pool von nicht anwendungsspezifischen
Ports und liefert diesen an das Endsystem zurück. Gleichzeitig zeichnet die
Haus-Überleiteinrichtung
intern auf, dass es eine spezielle Bindung zwischen der Port-Nummer
und der örtlichen
Adresse des Endsystems gibt, so dass sie den Datenverkehr von dem
Netzwerk zu dem korrekten örtlichen
Gerät demultiplexieren
kann. Ein Beispiel einer Adresse eines örtlichen Endsystems für spezifischen
Medien ist eine Ethernet-MAC-Adresse.
Als wahlweise Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann die Haus-Überleiteinrichtung eine Rundsendung
an alle Geräte
in dem Haus ausführen,
und diese könnten
eine ausreichende Information haben, um die örtliche Anwendbarkeit der Information
zu bestimmen. Weiterhin kann ein Ausfall der Überleiteinrichtung oder eines
oder mehrerer Endsysteme dazu führen,
das die Bindungsinformation desynchronisiert wird. Verschiedene
Mechanismen zur Wiederherstellung der Synchronisation sind in der
Technik gut bekannt, wie zum Beispiel Mietzeiten für Port-Nummern.
Die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergänzen
diese Erholungs-Mechanismen durch die Hinzufügung einer weiteren Zuverlässsigkeit.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Datenstroms und einer Server-Anwendung. Das Verfahren schließt die folgenden
Schritte ein:
- • Anfordern eines ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 28);
- • Verbinden
von zumindest einem Haus-Netzwerk-Gerät mit einer Haus-Überleiteinrichtung unter Verwendung
eines der Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 30). Schritt 30 verwendet einen Punkt-zu-Punkt-Datenstrom
und ein Server-Anwendungs-Gerät als eines
der Haus-Netzwerk-Geräte;
- • Verbinden
der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse
(Schritt 22);
- • nach
dem Verbinden des Server-Anwendungs-Gerätes mit dem ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Port,
Horchen auf dem ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Port auf eine anfängliche
Datentransaktion (Schritt 32);
- • nachdem
die anfängliche
Datentransaktion ankommt, Anfordern eines zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 34);
- • nach
dem Anfordern des zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports,
Verbinden des Datentransaktions-Datenflusses mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port (Schritt 36);
- • nach
dem Verbinden des Datentransaktions-Datenflusses mit dem zweiten
Haus-Überleiteinrichtungs-Port,
Verbinden des Server-Anwendungs-Gerätes mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port
(Schritt 38);
- • nach
dem Verbinden des Server-Anwendungs-Gerätes mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port,
Freigeben des ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports (Schritt 40). Wahlweise
kann das Server-Anwendungs-Gerät weiter
auf neue Datentransaktionen auf dem ersten Port horchen, während es
die vorhandene Anwendung auf dem zweiten Port mit Diensten versorgt;
und
- • nach
dem Ende des Datentransaktions-Datenflusses, Freigeben des zweiten
Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 42).
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Ein
Telefon, eine Telefax-Maschine oder ein anderes ähnliches Gerät kann als
das Server-Anwendungs-Gerät
verwendet werden. Bei der Ausführungsform
nach 7 fordert das Gerät oder Endsystem eine bestimmte
Port-Nummer an. Weiterhin kann, wenn die Haus-Überleiteinrichtung keine ausreichende
Kenntnis darüber
hat, um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung von dem Internet auf eine örtliche
Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung
anzupassen, sie die Anzahl von Port-Inhabern auf eins beschränken. Wenn
die Haus-Überleiteinrichtung mehrfache
Endpunkte für
eine bestimmte Anwendung unterstützen
kann, so wird sie dies tun, und wenn nicht, so läßt sie lediglich einen einzigen
Inhaber zu.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstroms und einer Klient-Anwendung.
Das Verfahren schließt
die folgenden Schritte ein:
- • Anfordern
von zumindest einem Haus-Überleiteinrichtungs-Port
(Schritt 24);
- • Verbinden
von zumindest zwei der Haus-Netzwerk-Geräte mit einer Haus-Überleiteinrichtung unter Verwendung
eines der Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 44). Schritt 44 verwendet einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom,
und zumindest zwei Klient-Anwendungs-Geräte werden als zumindest zwei
der Haus-Netzwerk-Geräte verwendet;
- • Verbinden
der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse
(Schritt 22);
- • nachdem
die Verbindung zwischen der Haus-Überleiteinrichtung und dem
Klient-Anwendungs-Geräten
nicht mehr länger
erforderlich ist, Freigeben des Haus-Überleiteinrichtungs-Ports (Schritt 26).
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Telefone
oder ähnliche
Geräte
können
als die Klient-Anwendungs-Geräte
verwendet werden. Weiterhin können
die Geräte,
die Interesse an einer bestimmten Anwendung zeigen, dies zu willkürlichen Zeitpunkten
tun.
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9 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Betriebsweise einer Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstroms und einer Server-Anwendung.
Das Verfahren schließt
die folgenden Schritte ein:
- • Anfordern
eines ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 28);
- • Verbinden
von zumindest einem Haus-Netzwerk-Gerät mit einer Haus-Übeleiteinrichtung unter Verwendung
eines der Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 46). Schritt 46 verwendet einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenstrom,
und zumindest zwei Server-Anwendungs-Geräte in Form von zumindest zwei
der Haus-Netzwerk-Geräte sind
Server-Anwendungs-Geräte;
- • Verbinden
der Haus-Überleiteinrichtung
mit dem Internet unter Verwendung einer einzigen Internet-Adresse
(Schritt 22);
- • nach
dem Verbinden der Server-Anwendungs-Geräte mit dem ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Port, Horchen
auf dem ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Port
auf eine anfängliche
Datentransaktion (Schritt 32);
- • nachdem
die anfängliche
Datentransaktion ankommt, Anfordern eines zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 34). Üblicherweise
versorgt der, der als erstes antwortet, die Transaktion mit Diensten,
und die Überleiteinrichtung
koordiniert, ob die anderen Geräte
teilnehmen können. Weiterhin
lösen manche
Anwendungen, wie zum Beispiel eine Lastverteilung, den Datenstrom
auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
nach einem anfänglichen
Punkt-zu-Mehrpunkt-Horch-Schritt auf. Weiterhin ermöglichen
es manche Anwendungen, wie zum Beispiel Mehrfach-Nebenstellen-Mehrfach-Leitungs-Telefonie,
dass mehrfache Endsysteme gleichzeitig an dem Dienst teilnehmen;
- • nach
dem Anfordern des zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports,
Verbinden des Datentransaktions-Datenflusses mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port (Schritt 36);
- • nach
dem Verbinden des Datentransaktions-Datenflusses mit dem zweiten
Haus-Überleiteinrichtungs-Port,
Verbinden der Server-Anwendungs-Geräte mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port
(Schritt 48);
- • nach
dem Verbinden der Server-Anwendungs-Geräte mit dem zweiten Haus-Überleiteinrichtungs-Port,
Freigeben des ersten Haus-Überleiteinrichtungs-Ports (Schritt 40).
Wahlweise kann das Server-Anwendungs-Gerät weiterhin auf neue Datentransaktionen
auf dem ersten Port horchen, während
es die vorhandene Anwendung auf dem zweiten Port mit Diensten versorgt;
und
- • nach
dem Ende des Datentransaktions-Datenflusses, Freigeben des zweiten
Haus-Überleiteinrichtungs-Ports
(Schritt 42).
-
Telefone
oder andere ähnliche
Geräte
können
als Server-Anwendungs-Geräte
verwendet werden.
-
Einige
Vorteile der Ausführungsformen
der Erfindung sind wie folgt:
- • einige
Haus-Geräte,
wie zum Beispiel ein Telefon oder eine Fax-Maschine haben eine dauernde Netzwerk-Präsenz;
- • einige
Haus-Geräte,
wie zum Beispiel ein Browser für
das weltweite Datennetz (WWW), haben eine Netzwerk-Präsenz auf
Anforderung;
- • einige
Haus-Geräte,
wie zum Beispiel ein Drucker, haben keine Netzwerk-Präsenz;
- • das
Haus-Netzwerk ist beliebig, weil jedes Haus in unterschiedlicher
Weise konfiguriert sein kann;
- • das
Haus-Netzwerk ist von der Verwaltung der Internet-Adressen entkoppelt;
- • das
Haus-Netzwerk ist „steckerfertig", das heißt es ist
ein minimaler Grad an Konfiguration durch den Benutzer des Haus-Netzwerkes
erforderlich; und
- • das
Haus-Netzwerk wandelt örtlich Punkt-zu-Punkt-Datenströme in Punkt-zu-Mehrpunkt-Datenströme um, wie
zum Beispiel ein Auffächern
des Läutens
aller der Internet-Telefone, die mit dem Haus-Netzwerk verbunden
sind.
-
Weitere
Ausführungsformen
und Alternativen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beschrieben.
Es wird zunächst
die IP-Telefonie betrachtet, wie sie in dem Ablaufdiagramm nach 10 erläutert ist.
Jedes IP-Telefon in den Häusern
verwendet IPRP zur automatischen Ermittlung der öffentlichen Internet-Adresse
für das
Haus (Schritt 50) und meldet Interesse an einem Port an,
der der IP-Telefonie zugeordnet ist (Schritt 52). Ankommender
Datenverkehr an die Haus-Internet-Adresse/den IP-Telefonie-Port wird innerhalb
des Hauses als eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung
an alle IP-Telefone geführt
(Schritt 54). Alle die IP-Telefone läuten (Schritt 56).
Eine Arbitration zwischen den Telefonen (Schritt 58) und
einer Multimedien-Mischung (Schritt 60) ist üblicherweise
erforderlich, damit die Telefone ähnlich wie das derzeitige POTS-Paradigma
arbeiten. POTS ist üblicherweise
als „einfacher
alter Telefondienst" bekannt
und ein POTS-Paradigma besteht darin, dass sich alle Telefone in
dem Haus so verhalten, als ob sie auf einem Bus sind. Alle Telefone
läuten
und ermöglichen
es Benutzern, eine Sprachverbindung gemeinsam zu nutzen. Weiterhin
können
die Telefone willkürlich
zu der Verbindung hinzugefügt oder
aus dieser entfernt werden.
-
Eine
weitere Ausführungsform
betrachtet einen persönlichen
Computer (PC) an dem Haus-Netzwerk, wie dies in dem Ablaufdiagramm
nach 11 gezeigt ist. Beim Einschalten gibt der PC eine DHCP-Anforderung
an das Netzwerk ab (Schritt 62). Das IPRP überträgt dies
an die Haus-Überleiteinrichtung
(Schritt 64). Ein DHCP ist in vielen Fällen als dynamisches Host-Konfigurations-Protokoll
bekannt und wird normalerweise auf einem LAN für ein Endsystem dazu verwendet,
dass dieses Einzelheiten seiner Netzwerk-Konfiguration ermitteln
kann. Die Überleiteinrichtung
erkennt, das dies DHCP ist, anhand der Kombination einer Kombination
einer Identifikation einer höheren
Protokoll-Schicht und eines Ziel-Ports
(Schritt 66). Die Überleiteinrichtung
antwortet mit einer Host-Internet-Adresse (Schritt 68). Eine
abgehende Browser-Anforderung für
das weltweite Datennetz (WWW) borgt eine Port-Nummer von der Host-Überleiteinrichtung
(Schritt 70) und verwendet diese Nummer für die Sitzung
(Schritt 72). Die Erstreckung zusätzlicher Fenster oder Dienste verbraucht
typischerweise mehr Port-Nummern (Schritt 74). Software
auf der Anwendungsebene hat in korrekter Weise Kenntnis von der
Host-Internet-Adresse,
die in den einen nach außen
gerichteten Port ermöglichenden
Klient-basierten Anwendungen verwendet wird, wie zum Beispiel elektronischem
Handel, um zu arbeiten (Schritt 76).
-
Vielfältige Modifikationen, Änderungen
und Anpassungen können
an den speziellen Ausführungsformen
der Erfindung durchgeführt
werden, die vorstehend beschrieben wurde, ohne von dem Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen, der in den Ansprüchen definiert ist. Beispielsweise
kann die Verwendung eines zweiten Ports kein zwingender Schritt
für irgendeines
der Ausführungsbeispiel
sein, sondern er wird typischerweise dazu verwendet, dass ein Server
mehrfache Klienten mit Diensten versorgen kann, während er
sie auf der Anwendungsebene unter Verwendung von Ports demultiplexiert.