DE69937598T2

DE69937598T2 - Auf Identifikationsmarken basierendes Paketvermittlungssystem

Info

Publication number: DE69937598T2
Application number: DE69937598T
Authority: DE
Inventors: Denis R. Rowlett Beaudoin; Andre Hartwell Szczepanek; Iain Cople Robertson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: EP0996256A3; EP0996256B1; EP0996256A2; DE69937598D1; US6621818B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Datenkommunikationsnetze und ist genauer auf Switch-Architekturen für die paketbasierte Kommunikation, wie z. B. Ethernet, gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren ist der Einsatz lokaler Netze (LANs) aus Personal-Computern und Arbeitsplatzrechnern in Geschäfts- und Bildungsunternehmen weitverbreitet geworden. Diese modernen Netze haben signifikante Produktivitätsgewinne geschaffen, nicht nur dadurch, dass sie Einzelpersonen mit der Fähigkeit versehen haben, elektronisch miteinander zu kommunizieren, sondern außerdem dadurch, dass die den gemeinsamen Zugriff auf Datenbanken und Dokumente ermöglicht haben, die in einem zentralen Server und in vernetzten Client-Arbeitsplatzrechnern gespeichert sind. Bei der sich immer verbessernden Leistung moderner Kommunikations- und Netzelemente verwenden nun sowohl große als auch kleine Unternehmen Netze zwischen ihren Personal-Computern und Arbeitsplatzrechnern. Herkömmliche LANs können außerdem durch Bridges oder Router in ein weiträumiges Netz (WAN) untereinander verbunden sein. Typischerweise enthält jedes Netzsegment eine Anzahl von Client-Arbeitsplatzrechnern und eine Bridge oder einen Router; die Verbindung der Bridges und Router nach Art eines Rings oder Baumes erlaubt die Kommunikation zwischen Clients, die sich in verschiedenen Segmenten des WAN befinden. Ferner erweitert die Verfügbarkeit des Internet-Zugriffs auf derartige vernetzte Computer den Desktop-Zugriff über lokale proprietäre Datenquellen hinaus auf weltweite öffentliche und sichere Datenquellen-Standorte.
Die schnelle Verbesserung der Funktionalität und der Leistung moderner Personal-Computer und Arbeitsplatzrechner hat wiederum einen Wunsch nach einer Netzkommunikation mit höheren Datenraten erzeugt, da die Quantität der Daten, die durch einen Client-Arbeitsplatzrechner verarbeitet werden kann, entsprechend zugenommen hat. Ähnlich kann die Kommunikation mit hoher Bandbreite den Austausch von Datentypen, wie z. B. 3-D-Bildern, Bewegtbildern, Tondateien und dergleichen, ermöglichen, von denen jeder durch große Datenblöcke reprä sentiert wird. Ein weiterer Trend geht von der Halbduplex-Kommunikation über das Netz zur Vollduplex-Netzkommunikation, die gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten erlaubt und folglich effektiv die Bandbreite verdoppelt, während sie den Bandbreitenverlust aufgrund von Kollisionen eliminiert.
Die paketbasierte Datenkommunikation ist ein häufiger Zugang zur Datenkommunikation in LANs und WANs, besonders bei Verbindungen mit hoher Datenrate über belegte Netze. Im Gegensatz zu verbindungsorientierten Netzen, in denen eine dedizierte Verbindung zwischen den Quell- und Zielknoten im Netz aufgebaut wird, teilt die Paketvermittlung jede Nachricht (d. h. jeden zu übertragenden Datenblock) in kleine Pakete. Jedes Paket überträgt zusammen mit einer Kennung seiner Stelle in der Folge der Pakete, die die Gesamtnachricht umfasst, Kennungen der Quell- und Zielknoten seiner entsprechenden Nachricht. Dies erlaubt die multiplexierte Übermittlung von Paketen von mehreren Nachrichten zwischen verschiedenen Quell- und Zielknoten über das Netz. Die Kennungen in jeden Paket erlauben den Zielknoten, jene Pakete zurückzubehalten, die an sie adressiert sind, und die empfangenen Pakete erneut in die übertragene Nachricht zu sequentialisieren. Im Ergebnis erlauben die paketvermittelten Netze, dass mehrere Knoten zu einem gegebenen Zeitpunkt miteinander kommunizieren, wobei jede Kommunikation einen Anteil der Gesamtnetzbandbreite verwendet, ohne andere Kanäle zu blockieren. Beispiele herkömmlicher paketbasierter Netze enthalten Ethernet, Token-Ring und FDDI.
Traditionell sind viele Ethernet-LANs so konstruiert worden, dass sie Repeater oder Hubs verwenden, mit denen jeder Client-Arbeitsplatzrechner verbunden ist; die Hubs schaffen die Flexibilität beim Hinzufügen und Entfernen von Clients aus dem Netz, wobei sie außerdem die Verwendung verdrillter Aderpaare für die Netzkommunikation erlauben. Die meisten vorhandenen Hubs und Repeater schaffen nur eine Halbduplex-Kommunikation, wobei sich jedoch als solches irgendeine Menge von Konflikten zwischen den Clients im gleichen Netz-"Segment" (d. h., die dem gleichen Hub zugeordnet sind) ergeben kann.
Vor kurzem sind LAN-Switches für die Verwendung sowohl in Ethernet-Netzen als auch in FDDI- und Token-Ring-LANs verfügbar geworden. Ein LAN-Switch besitzt mehrere Ports, von denen jeder mit einem Client-Arbeitsplatzrechner (oder einem Netz-Hub, je nachdem) verbunden sein kann oder eine Auf wärtsstrecke zu einem weiteren Switch oder einem Server bereitstellen kann. Ein LAN-Switch unterscheidet sich von einer Bridge oder einem Hub insofern, als der Switch die gleichzeitige Vermittlung von Paketen zwischen mehreren Paaren seiner Ports erlaubt. Im Ergebnis stellt der Switch insgesamt eine höhere Bandbreite mit verringerter Latenz für seine Clients bereit. Außerdem können die Ports eines Ethernet-Switches sowohl über einen Hub mit einem Netzsegment als auch über ein dediziertes Segment mit einem Client-Arbeitsplatzrechner verbunden sein.
1 veranschaulicht ein herkömmliches vermitteltes Ethernet-Netz aus den Client-Arbeitsplatzrechnern C₀ bis C₇ mit dem Server SVR. In diesem Beispiel umfassen die Client-Arbeitsplatzrechner C₀ bis C₃ ein Netzsegment, das am Halbduplex-Hub H angebracht ist. Als solcher kann nur einer der Client-Arbeitsplatzrechner C₀ bis C₃ zu einem gegebenen Zeitpunkt senden oder empfangen.
Der Hub H ist mit einem Port des Ethernet-Switches SW verbunden. Die Client-Arbeitsplatzrechner C₄ bis C₆ sind mittels dedizierter Vollduplex-Verbindungen mit anderen Ports des Switches SW verbunden. Der Switch SW ist außerdem mittels einer Vollduplex-Verbindung mit dem Server SVR verbunden. Die Verwendung des vollduplexfähigen Switches SW erlaubt den Client-Arbeitsplatzrechnern C₄ bis C₆, miteinander, mit dem Server SVR oder über den Hub H mit einer der Client-Stellen C₀ bis C₃ in mehreren Paaren zu kommunizieren und folglich die Gesamtbandbreite des Netzes zu verbessern. Als solche werden die Ethernet-Switches, wie z. B. der Switch SW in 1, in Netzanwendungen mit hohem Verkehr populär.
Ehemals ist jedoch die Anzahl der durch herkömmliches Switches unterstützbaren Ports relativ beschränkt gewesen. Herkömmliche Ethernet-Switches können z. B. in der Größenordnung von vierundzwanzig Vollduplex-10-Mbit/s-Ports und drei Vollduplex-100-Mbit/s-Ports unterstützen. Mit dem Erscheinen der Gigabit-Ethernet-Kommunikation treten nun herkömmliche Ethernet-Switches zum Unterstützen von acht Vollduplex-100-Mbit/s-Ports und einem 1000-Mbit/s-Port ("Gigabit-Port") in den Markt ein.
Die Netzkonstrukteure und -anwender verlangen jedoch die Unterstützung einer großen Anzahl von Ports, insbesondere falls dedizierte Vollduplex-Verbin dungen von Client-Arbeitsplatzrechnern (z. B. den Client-Arbeitsplatzrechnern C₄ bis C₆ nach 1) gewünscht werden. Infolge der Begrenzung der Anzahl der von herkömmlichen Switch-Architekturen unterstützten Ports müssen diese herkömmlichen Konstruktionen zusätzliche Hierarchieebenen in die Vermittlungsarchitekturen einfügen, um die gewünschte Anzahl von Ports für ein gegebenes Netz bereitzustellen. Nicht nur das Management des Netzes wird in derartigen herkömmlichen Anordnungen komplex, sondern die Rekonfiguration der Ports im Netz wird ziemlich beschwerlich gemacht.
Im US-Patent 5.475.679 ist ein ATM-Switch mit großer Kapazität offenbart. In dieser Anordnung wird ein Pre-Tag auf die durch einen Kreuzungspunkt-Switch zu übertragenden Daten angewendet, so dass die Daten für einen speziellen Ziel-Port in einem zugeordneten Bereich des Pufferspeichers gespeichert werden. Indem die Daten für jeden Port akkumuliert werden, wird der Bedarf, für jedes Paket zwischen den Ports zu vermitteln, verringert, was den Durchsatz vergrößert.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtung, wie sie in den Ansprüchen dargelegt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen weiter beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht sind, worin:
1 ein Blockschaltplan eines herkömmlichen vermittelten Ethernet-Netzes ist;
2 ein Blockschaltplan eines vermittelten Ethernet-Netzes ist;
3 ein Blockschaltplan eines Switch-Systems im Netz nach 2 ist;
4a und 4b Blockschaltpläne von Switch-Vorrichtungen in integrierter Schaltung sind, die im Switch-System nach 3 verwendet werden;
5 ein Ablaufplan ist, der den Betrieb einer der Switch-Vorrichtungen nach 4a beim Ausführen einer Flusssteuerung veranschaulicht;
6a bis 6e graphische Speicherdarstellungen sind, die ein Beispiel des Flusssteuerungsprozesses nach 5 veranschaulichen;
7 ein Impulsdiagramm ist, das die Darstellung eines Außerband-Ring-ID-Pre-Tags in einem Ethernet-Nachrichtpaket veranschaulicht;
8a bis 8c Ablaufpläne sind, die den Betrieb des Switch-Systems nach 1 veranschaulichen;
9 ein Blockschaltplan eines Switch-Systems für das Netz nach 2 ist;
10 ein Blockschaltplan eines Switch-Systems im Netz nach 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist;
11a und 11b Impulsdiagramme sind, die veranschaulichen, wie die Pakete mit einem Pre-Tag für die erweiterte Port-Kenntnis versehen werden, wie es im Switch-System nach 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet wird;
12 ein Blockschaltplan eines Kreuzschienenmatrix-Switches ist, wie er im Switch-System nach 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet wird; und
13 ein Ablaufplan ist, der ein Beispiel des Betriebs des Switch-Systems nach 10 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtung, wie sie in den Ansprüchen dargelegt sind. Zuerst wird etwas Hintergrund, der für das Verständnis der Erfindung hilfreich ist, beschrieben.
2 ist ein Blockschaltplan auf hoher Ebene eines Ethernet-Netzes, in dem die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung leicht implementiert werden kann. Wie im Fall des herkömmlichen vermittelten Netzes, der oben bezüglich 1 erörtert worden ist, sind die Client-Arbeitsplatzrechner C₀ bis C₃ über den Hub H in einem Netzsegment verbunden. Sowohl der Hub H als auch die Client-Arbeitsplatzrechner C₄ bis C₆ sind mit entsprechenden Ports des Switch-Systems 10 verbunden. In dem Beispiel nach 1 ist der Hub H über den Port P₀ mit dem Switch-System 10 verbunden, während die Client-Arbeitsplatzrechner C₄, C₅, C₆ über die Ports P_k, P_m bzw. P_n mit dem Switch-System 10 verbunden sind. Jeder der Ports P besitzt in dieser beispielhaften Implementierung 100-Mbit/s-Vollduplex-Verbindungen. Das Switch-System 10 ist mittels der Aufwärtsstrecke UL, die als eine Hochleistungs-Vollduplex-Verbindung (z. B. 1000-Mbit/s- oder "Gigabit"-Vollduplex-Verbindung) arbeitet, außerdem mit dem Server SVR verbunden.
Das Switch-System 10 kann eine hohe Anzahl von Ports P behandeln; zusätzlich kann, wie in 2 angegeben ist, das Switch-System 10 außerdem eine (oder mehrere) Hochgeschwindigkeits-Aufwärtsstrecken UL unterstützen. Es wird z. B. davon ausgegangen, dass das Switch-System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend der aktuellen Technologie in der Größenordnung von vierundzwanzig bis zweiunddreißig Ports P unterstützen kann, von denen jeder 100-Mbit/s-Verbindungen besitzen kann. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass andere Verbindungen in Anzahl und Typ außerdem durch das Switch-System 10 unterstützt werden können, wie es aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun die Anordnung des Switch-Systems 10 ausführlich beschrieben. Das Switch-System 10 schafft in dieser Ausführungsform der Erfindung mittels einer relativ einfachen Systemarchitektur einen Ethernet-Switch mit einer 0/24/1-Fähigkeit (d. h. mit null 10-Mbit/s-Ports, vierundzwanzig 100-Mbit/s-Ports und einem 1000-Mbit/s-Port).
Wie in 3 gezeigt ist, enthält das Switch-System 10 drei Ethernet-Switch-Vorrichtungen 20 und eine Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtung 30, die nach Art eines Rings verbunden sind. Jede der Switch-Vorrichtungen 20 ist eine einzelne integrierte Schaltung, die eine 0/8/1-Ethernet-Switch-Fähigkeit bereitstellt, während die Switch-Vorrichtung 30 eine einzige integrierte Schaltung ist, die eine 0/0/2-Ethernet-Switch-Fähigkeit bereitstellt. Jeder Switch 20 ist mit einem externen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 22 verbunden und arbeitet im Zusammenhang mit einem externen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 22, wie in 3 gezeigt ist, der vorzugsweise mittels der wohlbekannten Rambus-Architektur organisiert und mit dem Switch 20 verbunden ist. Die Ringverbindung der Switches 20, 30 miteinander wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Jeder Switch 20 besitzt acht 100-Mbit/s-Ports, die nummerierten Ports 0 bis 7, für jede Vorrichtung, die in Gruppen von vier mit Vierfach-Schnittstellenvorrichtungen 24 der physikalischen Schicht verbunden sind. Ein Beispiel einer geeigneten Schnittstellenvorrichtung 24 der physikalischen Schicht ist die von Broadcom verfügbare BCM5208. Jede Schnittstellenvorrichtung 24 der physikalischen Schicht ist wiederum mit vier Magnetumsetzern 26 verbunden, um die Signale von entsprechenden RJ-45-Buchsen in der RJ-45-Bank 28 anzusteuern und zu empfangen. Beispiele der Magnetumsetzer enthalten die S558-5999-47-Vierfachumsetzer (d. h. vier Umsetzer pro Einheit), die von Bel Fuse verfügbar sind, und deren Äquivalente. Die RJ-45-Buchsen in der Bank 24 besitzen eine herkömmliche Konstruktion, um eine Ethernet-Verbindung mittels verdrillter Aderpaare zu schaffen. Als solche entsprechen die RJ-45-Buchsen der Bank 28 den Ports P₀ bis P_n nach 2, mit denen die Hubs H und die Client-Arbeitsplatzrechner C verbunden sein können.
Jeder Switch 20 besitzt außerdem einen Gigabit-Port, einen 1000-Mbit/s-Port, der als der Port 8 nummeriert ist, der zur Vollduplex-Kommunikation fähig ist. In der Ringanordnung ist die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₀ mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₁ verbunden, ist die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₁ mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₂ verbunden und ist die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₂ mit der Empfangsseite des Ports 1 der Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtung 30 verbunden. Die Sendeseite des Ports 1 des Switches 30 ist mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₀ verbunden, was den Ring vervollständigt.
Bei der Implementierung des Switch-Systems 10 ist es in Anbetracht der über den Ring ausgeführten Kommunikation mit hoher Datenrate bevorzugt, dass die Switches 20, 30 physisch so nah wie möglich beieinander angeordnet sind und auf diese Weise lange Signalwege vermieden werden. Außerdem sind kleine Reihenwiderstände (z. B. 33 Ω) vorzugsweise in der Nähe der Sendeanschlüsse der Gigabit-Ports angeordnet, um das unkontrollierte Schwingen des Signals zu verhindern.
Die Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtung 30 unterstützt zwei 1000-Mbit/s-Vollduplex-Ports, die als die Ports 0 und 1 nummeriert sind, von denen jeder vorzugsweise eine integrierte physikalische Codierungs-Teilschicht-Logik enthält, um eine direkte digitale Zehn-Bit-Schnittstelle zu den Gigabit-Sendern/Empfängern zu schaffen. Der Port 0 des Switches 30 ist mit einem Parallel-Seriell-Umsetzer/Seriell-Parallel-Umsetzer 32 verbunden, der parallele Daten vom Switch 30 in einen seriellen Datenstrom (und umgekehrt) umsetzt; der Parallel-Seriell-Umsetzer/Seriell-Parallel-Umsetzer 32 ist mit dem optischen Modul 34 verbunden, das ein serieller Sender/Empfänger ist, der für die Verwendung mit einer Lichtwellenleiterverkabelung angepasst ist, die in diesem Beispiel als die Aufwärtsstrecke UL dient.
Das Switch-System 10 dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält außerdem eine optionale Zentraleinheit (CPU) 29, die so programmiert ist, dass sie die Managementfunktionen bezüglich der Switches 20, 30 bereitstellt. Die CPU 29 kann mittels ihrer entsprechenden digitalen Eingabe-/Ausgabe-Ports DIO an jeden der Switches 20, 30 gekoppelt sein. Die Managementfunktionen, die durch die CPU 20 gesteuert werden können, enthalten die Unterstützung für das einfache Netznachrichtenprotokoll (SNMP), Spanning Tree (Bridge-Protokoll-Dateneinheit-Rahmen oder BPDU-Rahmen) und den Betrieb virtueller lokaler Netze (VLAN-Betrieb).
Unter Bezugnahme auf 4a wird nun die Architektur eines der Switches 20 ausführlich beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass die anderen der Switches 20 ähnlich konstruiert sind.
Wie in 4a gezeigt ist, kommuniziert jeder der 100-Mbit/s-Ports 0 bis 7 mit einer zugeordneten medienunabhängigen Schnittstelle (MII) 41 (d. h. steuert sie an und wird durch sie angesteuert, im bidirektionalen Sinn), die wiederum an eine 10-/100-Mbit/s-Endgeräte-Anschlußsteuerung (10-/100-Mbit/s-MAC) 42 angeschlossen ist, die dem Port zugeordnet ist. Jede MAC 42 ist bidirektional mit dem lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 gekoppelt, wie in 4a gezeigt ist. Auf der Empfangsseite für einen gegebenen Port dienen die MII 41 und die MAC 42 dazu, die ankommenden Daten vom Port zu interpretieren, die Präambel der Daten zu erfassen und zu entfernen und sowohl Parameter wie die Adresse, die Rahmenlänge und andere Kopfinformationen zu extrahieren als auch die CRC-Prüfsummen-Daten-Behandlung auszuführen. Die MAC 42 setzt dann die Daten in dem durch den Vermittlungsspeicher 45 bereitgestellten Puffer zusammen. Auf der Sendeseite liest die MAC 42 die Daten aus dem Vermittlungsspeicher 45 und leitet diese Daten zur entsprechenden MII 41 und folglich zur physikalischen Schicht weiter; die CRC-Blockprüfungen werden ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Daten nicht verfälscht sind. Die MII 41 formatiert und sendet dann die zu sendenden Daten in der für das spezielle Medium, das mit dem Port verbunden ist, geeigneten Weise. Außerdem enthält jede MAC 42 vorzugsweise irgendeine Menge adaptiver Leistungsoptimierungslogik, die auf port-weiser Basis freigegeben wird, um die Gesamtleistung des Switch-System 10 durch die Verzögerung von Rahmen zu verbessern, die von den Ports zu senden sind, die zahlreiche Halbduplex-Kollisionsereignisse erfahren haben. Jede der MACs 42 führt in Kombination mit der zugeordneten MII 42 außerdem vorzugsweise irgendeine Menge der Flusssteuerung aus, z. B. mittels des Antwortens auf den "Gegendruck" vom Ziel ihrer Sendungen.
Der Gigabit-Port, der Port 8, des Switches 20 wird mittels der GMII/PMA-Schnittstelle 47 in Kombination mit der 100/1000-MAC 46 bereitgestellt. Für die Schnittstelle 47 sind drei mögliche Betriebsarten verfügbar, einschließlich des Betriebs als eine physikalische Medienanschlussschnittstelle (PMA), als eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) für die 100-Mbit/s-Kommunikation und als eine Gigabit-MII (GMII) für die 1000-Mbit/s-Kommunikation. Die Auswahl der speziellen Schnittstellen-Betriebsart kann mittels Konfigurationssignalen ausgeführt werden, die an die Steueranschlüsse dieses Ports angelegt werden. Wie oben bezüglich 3 angegeben worden ist, steuert ähnlich die GMII/PMA-Schnittstelle 47 die Sendedatenleitungen TX DATA und die Flusssteuerleitung FLOW an und empfängt Signale auf den Empfangsdatenleitungen RX DATA und der Flusssteuerleitung COL. Andere (nicht gezeigte) Steuerleitungen und Anschlüsse werden außerdem durch die Schnittstelle 47 für den Betrieb in den oben angegebenen Betriebsarten bereitgestellt. Zusätzlich zur Sende- und Empfangsfunktionalität, die oben bezüglich der MACs 42 angegeben worden ist, stellt die MAC 46 außerdem eine Vollduplex-Hardware-Flusssteuerung bereit, z. B. mittels einer rahmengestützten Flusssteuerung entsprechend dem IEEE- Standard 802.3. In der Ringanordnung nach 3 wird die Flusssteuerung mittels der FLOW- und COL-Anschlüsse an der Schnittstelle 47 übertragen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
Wie oben angegeben worden ist, dient der lokale Paketvermittlungsspeicher 45 als ein Pufferspeicher für jeden der Sendekanäle, die durch die Ports 0 bis 8 des Switches 20 behandelt werden. Außerdem kann ein externer Hochgeschwindigkeitsspeicher implementiert sein (z. B. der RAM 22 nach 3), z. B. mittels einer Rambus-Schnittstelle unter der Steuerung des Rambus-DRAM-Controllers 50. In dieser Weise kann der lokale Paketvermittlungsspeicher 45 als ein Puffer arbeiten, der sich innerhalb des Switches 20 befindet, wobei die Daten dann zum und vom RAM 22 in Bursts mit hoher Bandbreite übertragen werden, was folglich die Wahrscheinlichkeit von Speicherpuffer-Engpässen verringert.
Wie in 4a angegeben ist, enthält der lokale Paketvermittlungsspeicher 45 außerdem einen Abschnitt, der für speicherkonforme Register dediziert ist, die durch verschiedene Schnittstellen adressierbar sind, wie im Folgenden angegeben wird, in erster Linie zum Speichern von Steuer- und Konfigurationsinformationen für den Switch 20. Die Zustände dieser Register setzen folglich die Parameter fest, unter denen die verschiedenen Steuerfunktionen innerhalb des Switches 20 die dadurch ausgeführten Ethernet-Vermittlungsoperationen steuern, wie nun beschrieben wird. Die Vermittlung der Pakete wird in erster Linie durch die Vermittlungsmaschine 49 in Kombination mit der Adressennachschlag-Maschine 48 ausgeführt. Die Vermittlungsmaschine 49 arbeitet im Wesentlichen als ein Warteschlangemanager, wobei sie den Empfangs- und Sendeverkehr entsprechend einer vorgegebenen Menge von Regeln priorisiert. Die höchste Priorität wird z. B. vorzugsweise gegenwärtig überfragen Rahmen zugeordnet, um Unterschreitungs-Bedingungen zu vermeiden; die nächste Priorität wird jenen zugeordnet, die empfangen werden, wenn der freie Pufferspeicher nicht leer ist, wobei folglich sichergestellt wird, dass die empfangenen Rahmen nicht fallengelassen werden, es sei denn, der Empfang ist unmöglich. Die niedrigere Priorität wird den Rahmen zugeordnet, die für die Übertragung in die Warteschlange eingereiht sind, für die aber die Übertragung noch nicht begonnen worden ist, und die niedrigste Priorität wird den Netzmanagementrahmen zugeordnet. Die Vermittlungsmaschine 49 ist außerdem mit dem Rambus-DRAM-Controller 50 für die Steue rung der Sendung und des Empfangs der Paketdaten zum und vom RAM 22 (3) gekoppelt, wie es geeignet ist.
Die Adressennachschlag-Maschine 48 ist eine Logik zum Speichern der Paketadressenzuordnungen bezüglich der Ports, die durch den Switch 20 unterstützt werden, und zum Ausführen der Quelladressen- und Zieladressenvergleiche mit den gespeicherten Zuordnungen. Zusätzlich leitet die Adressennachschlag-Maschine 48 außerdem Pakete mit unbekannten Adressen in Reaktion auf Konfigurationsinformationen, die mittels programmierbarer Masken gespeichert sind, zu einem oder mehreren spezifizierten Ports weiter, wie im Folgenden beschrieben wird. Der Betrieb der Adressennachschlag-Maschine 48 beim Ausführen der Kommunikation in der Ringanordnung nach 3 wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Zusätzlich kann die Adressennachschlag-Maschine 48 außerdem die Logik zum Unterstützen virtueller LANs enthalten, wie sie z. B. durch den IEEE-Standard 802.1Q spezifiziert sind. In diesem Fall kann jeder Port so programmiert sein, dass er ein Zugriffs-Port oder ein Nichtzugriffs-Port ist, wobei in diesem Fall die Adressennachschlag-Maschine 48 Rahmen mit VLAN-Tags erkennen kann und diese Rahmen zu Systemen senden kann, die ähnlich die VLAN-Funktionalität unterstützen.
Der Switch 20 enthält ferner bestimmte andere Funktionen, die bei seinem Management und seiner Steuerung nützlich sind. Die EEPROM-Schnittstelle 54 schafft eine Kommunikationsfähigkeit mit einem externen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), in dem die Konfigurationsinformationen programmiert und gespeichert sein können. Beim Rücksetzen oder Einschalten greift der Switch 20 über die Schnittstelle 54 auf die im externen EEPROM enthaltenen Konfigurationsinformationen zu und lädt diese Konfigurationsinformationen in die speicherkonformen Register in seinem lokalen Speicher 45. Die CPU-Schnittstelle 56 ist mit dem Port DIO verbunden, um Konfigurations- und Managementinformationen, z. B. mittels des direkten Speicherzugriffs (DMA), zwischen den speicherkonformen Registern im lokalen Speicher 45 des Switches 20 und der CPU 29 (3), falls sie in Switch-System 10 vorhanden ist, zu senden und zu empfangen. Diese Managementinformationen, vorzugsweise in der Form von Paketen, die zu der durch den Switch 20 behandelten Kommuni kation ähnlich sind, werden über die Management-MAC 57 an den lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 angelegt und aus ihm gelesen. Andere im Switch 20 enthaltene verschiedenartige Funktionen enthalten die Managementschnittstelle 58, die eine serielle Schnittstelle für die MII-Managementdaten schafft, die LED-Schnittstelle 59, von der Signale an die LED-Indikatoren des Switch-Systems 20 für die Betrachtung durch die Bedienungsperson angelegt werden können, und die JTAG-Schnittstelle 60 für den Empfang und die Sendung serieller Testsignale in der herkömmlichen Weise. Außerdem enthält der Switch 20 Hardware-Fernüberwachungs-(Hardware-RMON-) und Etherstat-Managementinformationsbasen (Etherstat-MIBs) 52 für das Speichern von Betriebsparametern pro Port, die extern überwacht werden können.
Der Gigabit-Switch 30 ist ähnlich konstruiert wie der Switch 20, wie nun bezüglich 4b beschrieben wird, in der sich gemeinsame Bezugszeichen auf gemeinsame Merkmale in den Switches 20 und 30 beziehen. Wie in 4b gezeigt ist, unterstützt der Switch 30 zwei Gigabit-Ports, die als die Ports 0 und 1 nummeriert sind, mittels der Kombination der 100/1000-MAC 46 und der GMII/PMA-Schnittstelle 47. Wie im Fall des Gigabit-Ports des Switches 20 kann die GMII/PMA-Schnittstelle 47 in irgendeiner von drei auswählbaren Betriebsarten arbeiten, nämlich als eine physikalische Medienanschlussschnittstelle (PMA), als eine medienunabhängige Schnittstelle (MII) für die 100-Mbit/s-Kommunikation und als eine Gigabit-MII (GMII) für die 1000-Mbit/s-Kommunikation. Die GMII/PMA-Schnittstelle 47₀ steuert die Sendedatenleitungen TX DATA und die Flusssteuerleitung FLOW an und empfängt Signale auf den Empfangsdatenleitungen RX DATA und der Flusssteuerleitung COL für den Gigabit-Port 0, während für den Gigabit-Port 1 die GMII/PMA-Schnittstelle 47₁ die Sendedatenleitungen TX DATA und die Flusssteuerleitung FLOW ansteuert und Signale auf den Empfangsdatenleitungen RX DATA und der Flusssteuerleitung COL empfängt. Für jeden Port sind außerdem (nicht gezeigte) andere Steuerleitungen und Anschlüsse für die Schnittstelle 47 für den Betrieb in den oben angegebenen Betriebsarten vorgesehen. Wie oben angegeben worden ist, schafft die MAC 46 außerdem eine Vollduplex-Hardware-Flusssteuerung mittels der rahmengestützten Flusssteuerung entsprechend dem IEEE-Standard 802.3. Ähnlich wie im Fall des obenbeschriebenen Switches 20 wird jedoch in der Ringanordnung nach 3 die Flusssteuerung mittels der Steuerleitungen FLOW und COL an der Schnittstelle 47 übertragen, wie nun ausführlicher beschrieben wird.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, arbeitet die Flusssteuerung sowohl in Ethernet-Netzen als auch in anderen Kommunikationsnetzen entsprechend dem Konzept des "Gegendrucks". Um das Risiko verworfener ankommender Nachrichtenrahmen zu verringern, schaffen die Ethernet-Netzelemente, wie z. B. die Switches 20, 30, irgendeinen Betrag der Pufferung für ihre Empfangsseiten; wie oben bezüglich der 4a und 4b angegeben worden ist, enthalten die Switches 20, 30 eine derartige Paketpufferung sowohl mittels des lokalen Paketvermittlungsspeichers 45 als auch mittels des externen RAM 22. Der Gegendruck bezieht sich auf ein empfangendes Netzelement, das einem sendenden Netzelement angibt, dass unzureichende Betriebsmittel (z. B. Pufferkapazität) auf der Empfangsseite für die Verarbeitung der aktuellen Nachricht verfügbar sind. Das sendende Netzelement kann dann auf das Gegendruck-Signal antworten, um das Senden weiterer Pakete über den Kanal anzuhalten, bis die bereits gepufferten Pakete verarbeitet und aus dem Paketpuffer gelöscht worden sind, was zusätzlichen Raum für neue Pakete freigibt. Die Switches 20, 30 bewerkstelligen den Gegendruck, indem sie einen aktiven Zustand auf der Steuerleitung FLOW auf der Empfangsseite der zugeordneten Ports aktivieren; dieses Signal wird am Sende-Port eines weiteren Netzelements, wie z. B. eines weiteren Switches 20, 30, an seinem Steuereingang COL empfangen. Bei der Halbduplex-Kommunikation gibt ein aktiver Zustand auf der Steuerleitung FLOW (der auf der Steuerleitung COL empfangen wird) ein Kollisionsereignis an, wobei in Reaktion auf dieses die Übertragung angehalten wird; bei der Vollduplex-Kommunikation veranlasst dieser aktive Zustand auf der Steuerleitung FLOW in flussfähigen Elementen das sendende Element, Pausenrahmen zu erzeugen.
Die Switches 20, 30 enthalten eine effiziente Technik zum Bestimmen, wann ein Gegendruck ausgeübt werden sollte, insbesondere Fall der "Warteschlangenblockierung". Die Situation der Warteschlangenblockierung tritt auf, wenn sich ankommender Netzverkehr von mehreren Quellen an einem einzigen Empfangs-Port in einem derartigen Ausmaß ansammelt, dass er die Bandbreite dieses Empfangs-Ports überlastet. Für den Fall der Switches 20, 30 kann eine derartige Situation durch die Pufferfähigkeit für kurze Bursts behandelt werden; eine anhaltende Überlastung kann jedoch sogar einen großzügig bemessenen Puffer erschöpfen. Entsprechend herkömmlicher Pufferungszugänge werden benachbarte, nicht in Beziehung stehende Übertragungskanäle außerdem beeinflusst, wenn sich der Rahmen-Rückstand zu einem derartigen Ausmaß vergrößert, dass er die verfügbaren Betriebsmittel verbraucht, was die Gesamtnetzleistung verschlechtert. Herkömmliche Switches verwenden z. B. einen Flussschwellenwert, der ein Steuerregisterwert ist, der der Anzahl der im Puffer verbleibenden Puffer entspricht, bei der, wenn sie erreicht wird, ein Gegendruck auf die empfangenen Kommunikationskanäle auszuüben ist. Entsprechend diesem herkömmlichen Zugang übt der Switch einen Gegendruck auf alle Ports aus, ungeachtet dessen, welcher Port oder welche Ports die Überlastung verursachen, wenn der ankommende Verkehr zu einem derartigen Ausmaß gepuffert wird, dass der Zählstand der verfügbaren Puffer den Flussschwellenwert erreicht, ob dies auf einen besonders vorherrschenden Kanal zurückzuführen ist oder ob dies auf alle Kanäle zurückzuführen ist, die die Switch-Bandbreite ein wenig überlasten. Sobald die gepufferten Pakete zu dem Ausmaß verarbeitet sind, dass der Zählstand der freien Puffer abermals den Flussschwellenwert übersteigt, wird der Gegendruck entfernt, was die Sendung von neuen Paketen von den Quell-Netzelementen erlaubt. Während der Flussschwellenwert so ausgewählt werden kann, um den Abschluss eines Rahmens mit maximaler Größe für jeden der Ports zu optimieren, wobei tatsächlich ausreichend Zeit für jeden Port bereitgestellt wird, um die Flusssteuerungsmechanismen zu aktivieren, ohne es zu erfordern, dass ein Rahmen "weggeworfen" wird, erlaubt dieser herkömmlichen Zugang einer kleinen Minderheit der Ports, einen Flusssteuerungs-Gegendruck in Kanälen zu verursachen, die nicht für die Überlastung verantwortlich sind, wobei die gesamte Netzkommunikation ungünstig beeinflusst wird.
Die Switches 20, 30 sind in eine Betriebsart konfigurierbar, bei der sich der Schwellenwert der Betriebsmittelverwendung, bei dem der Gegendruck auf einen sendenden Kanal auszuüben ist, mit den verfügbaren Speicherbetriebsmitteln des Switches 20, 30 ändert. In dieser Weise kann ein Kanal mit starkem Verkehr in einem höheren Maß unterstützt werden, wenn die Anzahl der Kanäle, die Verkehr übertragen, niedrig ist, aber ohne dieselben Betriebsmittel unfair zu belegen, wenn der Switch 20, 30 viele Kanäle empfängt. Die folgende Beschreibung wird um der Klarheit willen bezüglich des Switches 20 dargestellt, wobei es selbstver ständlich ist, dass der Switch 30 ähnlich konstruiert ist und in einer ähnlichen Weise arbeitet.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun der Betrieb des Switches 20 zum Anwenden der Flusssteuerung bei der Warteschlangenblockierung ausführlich beschrieben. Dieser Betrieb wird bezüglich eines einzigen Ports k beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass eine ähnliche Verarbeitung und ein ähnliches Treffen von Entscheidungen gleichzeitig bezüglich der anderen Ports ausgeführt werden, die durch den Switch 20 unterstützt werden. Außerdem wird davon ausgegangen, dass dieser Betrieb des Switches 20 in erster Linie durch die Logik in der Vermittlungsmaschine 49 in ihm ausgeführt wird, obwohl es natürlich selbstverständlich ist, dass eine solche andere Logik, die im Switch 20 für das Management des Betriebs der Kommunikations-Ports vorgesehen ist, äquivalent die im Folgenden beschriebenen Operationen ausführen kann. Als solches wird im Folgenden einfach auf den Switch selbst, der die Operationen ausführt, Bezug genommen, wobei es selbstverständlich ist, dass eine bestimmte Logikschaltungsanordnung darin typischerweise die Operationen ausführt.
Im Prozess 62 empfängt der Port k ein Nachrichtenpaket, wobei er in der Entscheidung 63 bestimmt, ob dieses empfangene Paket gepuffert werden muss (die Entscheidung 63 lautet ja) oder ob die Bandbreite des Ports k zu diesem Zeitpunkt ausreichend ist, so dass das Paket ohne Pufferung verarbeitet werden kann. Falls das Paket verarbeitet werden kann (die Entscheidung 63 nein lautet), wird der Prozess 64 durch den Switch 20 ausgeführt, um das empfangene Paket zu verarbeiten, im Allgemeinen durch das Weiterleiten des Pakets zu seinem Ziel-Port entsprechend der aufgezeichneten Zieladresse, wie sie durch die Adressennachschlag-Maschine 48 gefunden wird. Dann wird die Steuerung zurück zum Prozess 62 für den Empfang des nächsten Paketes geleitet.
Falls das empfangene Paket an diesem Punkt nicht verarbeitet werden kann (die Entscheidung 63 ja lautet), führt der Switch 20 als Nächstes die Entscheidung 65 aus, um zu bestimmen, ob die Schwelle der Warteschlangenblockierung (HOLE-Schwelle) für den Port k überschritten worden ist. Die HOLE-Schwelle ändert sich entsprechend der Menge der verfügbaren Puffer im Paketpufferspeicher (der den lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 und den externen RAM 22 enthält). Gemäß dieser beispielhaften Implementierung ist die HOLE-Schwelle für einen speziellen Port k die Anzahl der verfügbaren Puffer, die im Paketpufferspeicher des Switches 20 verbleiben. Als solche ändert sich die HOLE-Schwelle entsprechend der Anzahl der Ports des Switches 20, die sich im Rückstand befinden und deshalb die Pufferung durch den Paketpufferspeicher erfordern. Effektiv ist die HOLE-Schwelle für einen gegebenen Port gleich der Hälfte der verfügbaren Puffer zu diesem Zeitpunkt. Im stationären Zustand wird in dem Fall, in dem n Ports gepuffert werden, jeder Port mit 1/(n + 1) des Gesamtpaketpufferspeichers versehen. Falls z. B. nur ein Port gepuffert wird, kann dieser Port 1/2 des Gesamtpaketpufferspeichers belegen, bevor die HOLE-Schwelle erreicht wird; falls sechs Ports gepuffert werden, beträgt die HOLE-Schwelle für jeden 1/7 des Paketpuffer-Speicherraums. Demzufolge bestimmt in der Entscheidung 65 der Switch 20, ob für den aktuellen Port k die HOLE-Schwelle durch das empfangene Paket überschritten wird, indem er bestimmt, ob die Anzahl der Puffer, die dem Port k zugeordnet sind, größer als die Anzahl der Puffer ist, die im Paketspeicher des Switches 20 verfügbar bleiben. Falls ausreichend Betriebsmittel im Paketpufferspeicher für den Port k verbleiben (die Entscheidung 65 nein lautet), puffert der Switch 20 das am Port k empfangene Paket im Prozess 66, verarbeitet das älteste gepufferte Paket für den Port k im Prozess 64 und erwartet das nächste vom Port k zu empfangende Paket (Prozess 62).
Falls jedoch die Anzahl der für die vom Port k empfangenen Pakete belegten Puffer bereits die HOLE-Schwelle erreicht hat (die Entscheidung 65 ja lautet), antwortet der Switch 20 auf das neu empfangene Paket durch das Ausüben eines Gegendrucks auf den Port k. Wie oben angegeben worden ist, nimmt dieser Gegendruck vorzugsweise die Form an, dass die Empfangsseite des Ports k einen aktiven Pegel auf seiner Ausgangssteuerleitung FLOW aktiviert; in Reaktion auf dieses (auf der Steuerleitung COL empfangene) Gegendrucksignal ergreift der sendende Port die geeigneten Maßnahmen entsprechend seiner Fähigkeit, die die Erfassung einer Kollision (wie z. B. in der Halbduplex-Betriebsart) oder die Erzeugung von Pausenrahmen in flussfähigen sendenden Vollduplex-Ports enthalten können.
Der Switch 20 fährt dann damit fort, zu versuchen, den Rückstand zu bereinigen, indem er die dem Port k zugeordneten gepufferten Pakete im Prozess 70 verarbeitet, während der Gegendruck auf den Port k ausgeübt wird. Bei der Verarbeitung eines oder mehrerer gepufferter Pakete im Prozess 70 (im Allgemeinen in einer FIFO-Weise) führt der Switch 20 die Entscheidung 71 aus, um zu bestimmen, ob die Anzahl der durch den Port k verwendeten Puffer weiterhin die Anzahl der dann verfügbaren Puffer im Paketpufferspeicher überschreitet, gefolgt von der Verarbeitung der Pakete, die durch den Prozess 70 ausgeführt wird. Es sollte angegeben werden, dass sich die Anzahl der verfügbaren Puffer im Paketpufferspeicher und folglich die HOLE-Schwelle im Prozess 71 in Abhängigkeit von der durch die anderen Ports des Switches 20 unterdessen ausgeführten Pufferung von der durch die Entscheidung 65 verwendeten HOLE-Schwelle unterscheiden können. Falls die HOLE-Schwelle für den Port k immer noch überschritten ist (die Entscheidung 71 ja lautet), wird die Steuerung zurück zum Prozess 70 für die Verarbeitung weiterer Pakete für den Port k geleitet, während der Gegendruck immer noch verbleibt. Falls jedoch die dem Port k zugeordneten Pufferbetriebsmittel nun unter die HOLE-Schwelle der Anzahl der verfügbaren Puffer fallen (die Entscheidung 71 nein lautet), kann der Switch 20 nun den Gegendruck vom Port k entfernen, um die weitere Pufferung der empfangenen Pakete im Prozess 72 zu erlauben; die Steuerung kehrt dann zum Prozess 62 für den Empfang weiterer Pakete am Port k zurück, die nun durch das Quell-Netzelement gesendet werden (der Gegendruck ist nun entfernt).
Unter Bezugnahme auf die 6a bis 6e wird nun ein Beispiel des Betriebs des Switches 20 im Zusammenhang mit dem Prozess nach 5 für den Fall von zwei Ports beschrieben, die die Pufferung im Paketpufferspeicher erfordern, der aus dem lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 und dem RAM 22 besteht, wie oben angegeben worden ist. Für die Einfachheit der Beschreibung wird das Beispiel nach den 6a bis 6e im Zusammenhang mit dem lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 beschrieben, der eine Gesamtmenge von sechzehn verfügbaren Puffern besitzt, wobei es selbstverständlich ist, dass der Paketpufferspeicher eines tatsächlichen Switches 20 im Allgemeinen viel mehr als sechzehn Gesamtpuffer besitzt.
6a veranschaulicht den Zustand der beispielhaften Puffer des lokalen Paketvermittlungsspeichers 45 in dem Fall, in dem der Port 2 des Switches 20 Nachrichtenpakete in sieben Puffern des lokalen Paketvermittlungsspeichers 45 gepuffert hat. In diesem Beispiel eines Paketspeichers mit sechzehn Puffern und weil an diesem Punkt nur ein Port (der Port 2) Pakete puffert, beträgt die HOLB-Schwelle effektiv acht Puffer, die ein halb (1/n, mit n = 2) der Anzahl der verfüg baren Puffer ist. Unter Bezugnahme auf 5 bestimmt dieser Fall der Entscheidung 65 für den Port 2, dass die gepufferten Rahmen des Ports 2 nur sieben Puffer belegen, wobei neun Puffer verfügbar bleiben, und dass deshalb die HOLE-Schwelle für den Port 2 noch nicht erreicht worden ist (d. h. Entscheidung 65 lautet nein). In diesem Fall wird kein Gegendruck auf den Port k ausgeübt, wobei die gepufferten Pakete durch den Prozess 64 in der üblichen Weise verarbeitet werden.
6b veranschaulicht den Fall, in dem die Anzahl der für die vom Port 2 empfangenen Pakete erforderlichen Puffer die HOLE-Schwelle von acht Puffern in diesem Beispiel erreicht hat; dies ist darauf zurückzuführen, dass der Port 2 acht Puffer belegt, wobei acht verfügbare Puffer verbleiben. In diesem Fall (die Entscheidung 65 lautet ja) wird der Prozess 68 durch den Switch 20 ausgeführt, um den Gegendruck auf den Port 2 ausüben, was dem entspricht, dass die Empfangsseite des Ports 2 einen aktiven Pegel an ihrem Ausgang FLOW aktiviert. In Reaktion antwortet die Quelle der Pakete für den Port 2 auf den Gegendruck in einer Weise, die der Art jener Kommunikation entspricht.
In 6c puffert ein zweiter Port, nämlich der Port 7, nun außerdem Pakete im lokalen Paketvermittlungsspeicher 45. In diesem Beispiel belegt der Port 2 weiterhin acht Puffer, wobei der Port 7 nun vier Puffer belegt. Wie oben angegeben worden ist, wird der Gegendruck bereits vom Port 2 ausgeübt, wobei er in Anbetracht dessen, dass die durch die Pakete des Ports 2 belegten acht Puffer größer als die verfügbar verbleibenden vier Puffer sind, weiterhin ausgeübt wird. Außerdem wird ebenfalls auf den Port 7 ein Gegendruck ausgeübt, da die durch seine Pakete belegten vier Puffer die Anzahl (vier) der verfügbaren Puffer erreicht haben. Dieser Gegendruck auf die Ports 2 und 7 erlaubt folglich, dass die gepufferten Pakete verarbeitet werden und der Pufferraum geleert wird, wie in 6d gezeigt ist.
In dem in 6d gezeigten Zustand belegen die Pakete vom Port 2 sieben Puffer, während die Pakete vom Port 7 drei Puffer belegen, wobei sechs Puffer verfügbar bleiben. Weil die Anzahl der durch die Pakete des Ports 7 belegten Puffer kleiner als die der verfügbaren Puffer ist, kann als solcher der Gegendruck vom Port 7 entfernt werden, da seine Pufferspeicherverwendung unter der aktuellen HOLE-Schwelle liegt. Die durch die Pakete des Ports 2 belegten Puffer überschreiten jedoch immer noch die Anzahl der verfügbaren Puffer, wobei als solche die Pufferung des Ports 2 weiterhin die HOLE-Schwelle überschreitet; wobei demzufolge der Gegendruck auf den Port 2 ausgeübt verbleibt. Es sollte angegeben werden, dass infolge des Vorhandenseins der gepufferten Pakete für einen zweiten Port (d. h. den Port 7) die HOLE-Schwelle nun niedriger als im Fall nach den 6a und 6b ist. Im Anschluss an den fortgesetzt auf den Port 2 ausgeübten Gegendruck werden seine gepufferten Pakete weiterhin verarbeitet, was die dadurch belegten Puffer auf ein Niveau unter der HOLE-Schwelle verringert (wie in 6e gezeigt ist), wobei an diesem Punkt der Gegendruck ebenso vom Port 2 entfernt wird.
In dieser Weise schafft die dynamische Bestimmung der HOLE-Schwelle basierend auf der Verwendung des Paketpufferspeichers durch alle verfügbaren Ports einen effizienten und dennoch fairen Zugang für den Aufruf des Gegendrucks. Falls der Paketpufferspeicher durch eine Anzahl von Ports nicht stark verwendet wird, kann eine Nachricht mit besonders hoher Bandbreite effizient durch die Verwendung eines relativ großen Puffers verarbeitet werden; umgekehrt kann, falls viele Ports ihre Pakete Puffern, kein Port den Paketpufferspeicher unfair beherrschen, wobei auch kein Port unfair von einer derartigen Pufferung ausgeschlossen wird. Es wird deshalb davon ausgegangen, dass die Switches 20, 30 im Ergebnis dieser sich dynamisch ändernden Schwelle wichtige Vorteile für die Gesamtnetzleistung bereitstellen können.
Außerdem fördert die durch die Switches 20, 30 ausgeführte Behandlung der Warteschlangenblockierung zusätzlich den Gesamtbetrieb einer umfangreicheren Implementierung, wie z. B. das Switch-System 10 und die Alternativen zu ihm. Ein derartiger Vorteil ist darauf zurückzuführen, dass die Switches 20, 30 die Flusssteuerung in einer fairen und effizienten Weise selbst behandeln, so dass sich die stromabwärtige Vermittlungsstruktur nicht mit Flusssteuerungsproblemen befassen muss; dies erlaubt die Verwendung von Vermittlungsstrukturen mit einfacherer Architektur, die für die Paketvermittlung optimiert sind, die Verringerung der Kosten umfangreicher Vermittlungssysteme und außerdem die Verbesserung der Netzleistung durch die Entlastung der Flusssteuerungsfunktion vom kritischen Weg der Vermittlungsstruktur.
Die obenbeschriebenen Techniken der Warteschlangenblockierung können außerdem in Kombination mit anderen Zugängen der Flusssteuerung verwendet werden. Der herkömmliche Flussschwellenwert kann z. B. zusätzlich zum HOLB-Schwellenwert verwendet werden, so dass die Flusssteuerung auf einen Port angewendet wird, wann immer entweder die HOLE-Schwelle oder die Flussschwelle überschritten ist. Es wird davon ausgegangen, dass diese und andere Alternativen für die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind, die auf diese Beschreibung Bezug nehmen.
In 3 ist das Switch-System 10 als ein Ring der Switches 20 und des Switches 30 angeordnet, wie oben angegeben worden ist. Die Switches 20, 30 können beim Empfang oder der Sendung Pre-Tags auf die Rahmen vor ihrer erneuten Sendung zu den Ziel-Ports anwenden. Dieses Anwenden von Pre-Tags ermöglicht die Ringanordnung des Switch-Systems 10. Wie für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich werden wird, die auf die folgende Beschreibung Bezug nehmen, kann das Anwenden von Pre-Tags, die durch den Switch 20 auf seine übertragenen Pakete angewendet werden können, zwei verschiedene Typen besitzen. Für die Ringanordnung nach 3 beziehen sich die Paket-Pre-Tags auf die Ringarchitektur und auf die Anleger um diesen Ring. In Anbetracht des ersten Typs der Pre-Tags für die Verwendung in der Ringkonfiguration des in 3 gezeigten Switch-Systems 10 muss jeder der Switches 20 und außerdem der Switch 30 so konfiguriert sein, dass er sowohl die geeigneten Pre-Tag-Informationen erzeugt und auf sie antwortet als auch seine eigene Stelle innerhalb der Ringarchitektur erfasst. Diese Konfigurationsinformationen, die einen Wert der "Ring-ID" enthalten, der dem speziellen Switch 20 zugeordnet ist, sind vorzugsweise in einem internen Register des Switches 20, 30 gespeichert; vorzugsweise sind die Konfigurationsinformationen in einem externen EEPROM gespeichert, der beim Rücksetzen durch den Switch 20, 30 über die EEPROM-Schnittstelle 56 gelesen wird, um die richtigen Konfigurationsinformationen in die internen Register des Switches 20, 30 zu setzen. Alternativ kann die CPU 29 außerdem diese Konfigurationsinformationen über die digitale Schnittstelle DIO bereitstellen. Als solche nimmt die folgende Beschreibung die geeignete Konfiguration des Switches 20, einschließlich der Zuordnung eines Wertes der Ring-ID dafür, an.
Für die Ringanordnung nach 3 ist der Ring-ID-Pre-Tag ein "Außerband"-Pre-Tag, weil der Pre-Tag im Paket vor der Aktivierung des Sendefreigabesignals vorhanden ist; demzufolge werden die bereits vorhandenen Präambel-Informationen im Paket nicht gestört. 7 ist ein Impulsdiagramm, das die relative Stelle des Ring-ID-Pre-Tag-Signals veranschaulicht. Wie es üblich ist, wird ein Taktsignal durch einen sendenden Ring-Port, nämlich den Gigabit-Port 8 des Switches 20, an einer Steuerleitung PORT CLK dargestellt, die eine der Steuerleitungen ist, die von ihm abgehen; selbstverständlich empfängt der empfangende Switch 20, 30 dieses Taktsignal auf der Empfangsseite seines Gigabit-Ports 8 für den synchronen Empfang der auf den Leitungen TX DATA gesendeten (und auf den Leitungen RX DATA empfangenen) Datensignale. Wie außerdem in 7 gezeigt ist, wird ein Steuersignal durch den sendenden Switch 20 auf der Steuerleitung PORT EN ausgegeben, wobei es (mit einem aktiv hohen Pegel) den Zeitpunkt angibt, zu dem gültige Paketinformationen durch den sendenden Switch 20 auf den Leitungen TX DATA <7:0> von seinem Gigabit-Port 8 dargestellt werden; diese Signale werden auf den entsprechenden Empfangsdatenleitungen RX DATA <7:0> auf der Empfangsseite des Gigabit-Ports 8 des nächsten Switches 20 (oder 30) in der Ringanordnung empfangen (wie z. B. in 3 gezeigt ist). Wie in 7 gezeigt ist, wird der Ring-ID-Pre-Tag durch den Switch 20 auf den Leitungen TX DATA <7:0> während der Periode des PORT CLK vor der aktiven Anstiegsflanke des Steuersignals PORT EN gesendet. Als solcher wird der Ring-ID-Pre-Tag als ein Außerband-Pre-Tag bezeichnet, weil seine Daten vor den gültigen Paketdaten dargestellt werden (beginnend mit dem aktiven Pegel des Steuersignals PORT EN). Die Empfangsseiten der Gigabit-Ports (der Ports 8) jedes der Switches 20, 30, die in der Ringanordnung verbunden sind, sind in einer derartigen Weise konfiguriert, dass sie die auf ihren Leitungen RX DATA <7:0> in dieser vorhergehenden Taktperiode empfangenen Ring-ID-Pre-Tag-Informationen behalten.
Die tatsächlichen Ring-ID-Pre-Tag-Daten werden vorzugsweise auf den Leitungen TX DATA <7:0> in einer redundanten Weise dargestellt. Unter Bezugnahme auf die 4a und 4b wird davon ausgegangen, das die dem Port 8 des Switches 20 (und den Ports 0 und 1 des Switches 30) zugeordnete MAC 46 die Schaltungsanordnung ist, die den Pre-Tag für die davon gesendeten Pakete erzeugt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die vier Leitungen TX DATA <3:0> einen Ring-ID-Wert (d. h. einen von sechzehn) vollständig darstellen und dass die vier Leitungen TX DATA <7:4> den völlig gleichen Wert spiegeln. Diese Redundanz versieht den empfangenden Switch 20, 30 mit irgendeiner Menge der Fehlererfassung und möglicherweise einer Technik zum Erfassen des Ring-ID-Pre-Tag selbst.
Die Ring-ID-Werte sind jedem Switch 20, 30 in der speziellen Ringanordnung des Switch-Systems 10 eindeutig zugeordnet. Der jedem Switch 20, 30 zugeordnete spezielle Ring-ID-Wert ist nicht kritisch und die Reihenfolge einer derartigen Zuordnung ist es auch nicht, mit Ausnahme, dass der Ring-ID-Wert von null vorzugsweise für die Verwendung durch eine optionale Management-CPU reserviert ist. Wie im Folgenden angegeben wird, kann in einigen Anordnungen ein einzelner Switch 30 in zwei separaten Ringen liegen, wobei er folglich eine Ring-ID für jeden der zwei Ringe besitzt; in diesem Fall erfordert der richtige Betrieb, dass sich diese zwei Ring-ID-Werte für diesen Switch 30 voneinander unterscheiden.
Unter Bezugnahme auf 3 in Kombination mit den 8a bis 8c werden nun der Betrieb des Switch-Systems 10, das mittels der Switches 20 und des Switches 30 implementiert ist, die in dem in 3 gezeigten Ring angeordnet sind, und die Verwendung des obenbeschriebenen Pre-Tag-Merkmals ausführlich beschrieben. Wie oben angegeben worden ist, wird jeder der Switches 20, 30 so konfiguriert, dass er in einer Ringkonfiguration, wie z. B. im Switch-System 10, arbeitet, indem die geeigneten Werte beim Rücksetzen oder Einschalten in ihre entsprechenden Steuerregister gesetzt werden, wobei derartige Werte außerdem die jedem Switch 20, 30 zugeordnete Ring-ID enthalten. Für die Switches 20, 30, die so konstruiert sind, wie oben bezüglich den 4a bzw. 4b beschrieben worden ist, kann eine derartige Konfiguration mittels der Management-CPU 29, die die speicherkonformen Konfigurationsregister im lokalen Paketvermittlungsspeicher 45 über die digitale Schnittstelle DIO lädt, oder alternativ durch den Switch 20, 30, der einen externen EEPROM, der die Konfigurationsdaten enthält, über seine EEPROM-Schnittstelle 54 liest, verursacht werden.
Die Switches 20, 30 "lernen" die Adressen jedes der Ports innerhalb des Switch-Systems 10, über den die Kommunikation ausgeführt wird. Dieser Lernprozess muss für einen gegebenen Port vor der erfolgreichen Lenkung irgendwelcher Pakete an ihn stattfinden. Demgemäß wird dieser Lernprozess zuerst für das Switch-System 10 unter Bezugnahme auf die 8a in Kombination mit 3 mittels eines Beispiels seines Betriebs beschrieben.
In dem Beispiel nach 8a wird ein Nachrichtenpaket im Prozess 74 an einem der lokalen Ports (den Ports 0 bis 7) des Switches 20₁ im nach Art eines Rings angeordneten Switch-System 10 empfangen, wie in 3 gezeigt ist. Als Nächstes führt der Switch 20₁ die Entscheidung 75 mittels seiner Adressennachschlag-Maschine 48 aus, um zu bestimmen, ob die Zieladresse (DA) dieses Pakets bei einem seiner lokalen Ports (den Ports 0 bis 7) aufgezeichnet ist. Wenn ja (die Entscheidung 75 ja lautet), würde das Paket zu dem lokalen Port weitergeleitet werden, der durch die Adressennachschlag-Maschine 48 dieser Zieladresse zugeordnet wird. Falls die Zieladresse beim Gigabit-Port 8 als einem Ziel anderswo im Ring des Switch-Systems 10 entsprechend aufgezeichnet ist oder falls die Zieladresse nicht bei der Adressennachschlag-Maschine 48 aufgezeichnet ist, lautet die Entscheidung 75 nein, wobei die Steuerung zum Prozess 78 weitergeleitet wird, um das Paket für die Sendung über den Gigabit-Port 8 vorzubereiten. Wie oben angegeben worden ist, hat in diesem Beispiel keiner der Switches 20, 30 im Switch-System 10 die Zieladresse dieses speziellen Pakets schon aufgezeichnet. Als solche lautet die Entscheidung 75 für dieses Paket nein.
Als Nächstes bereitet der Switch 20₁ das Paket für die Sendung über die Ringanordnung des Switch-Systems vor, indem er seinen Ring-ID-Wert im Prozess 78 als einen Pre-Tag zu diesem empfangenen Paket hinzufügt. Das Paket ist dann für die Sendung über den Gigabit-Port 8 des Switches 20₁ bereit. Für den Zweck des Ausführens der Flusssteuerung bestimmt der Switch 20₁ zuerst in der Entscheidung 79, ob die Steuerleitung COL auf der Sendeseite seines Gigabit-Ports 8 frei ist. Falls sie nicht frei ist, was bedeutet, dass der nächste stromabwärtige Switch 20₂ einen Gegendruck durch das Aktivieren seiner Leitung FLOW ausübt, wiederholt der Switch 20₁ die Schleife aus dem Wartezustand 80 und der Entscheidung 79, bis die Steuerleitung COL frei ist (die Entscheidung 79 ja lautet), wobei der Switch 20₁ in Reaktion darauf im Prozess 82 das Paket mit dem Ring-ID-Pre-Tag zum Gigabit-Port 8 des Switches 20₂ sendet.
Die obenbeschriebene Verarbeitung, die dann auf den Empfang eines Pakets von einem lokalen Port, wie z. B. einem der Ports 0 bis 7 des Switches 20₁ , an gewendet wird, wird sogar nach dem hierin beschriebenen Aufzeichnungs- und Lernprozess für empfangene Pakete ähnlich ausgeführt. In dieser Hinsicht werden die Prozesse 74, 76, 78, 82 zusammen mit den Entscheidungen 75, 79 und dem Wartezustand 80 hierin zusammen als der Empfangsprozess 83 für den lokalen Port bezeichnet, da derartige Prozesse durch die Switches 20 (und mit geringfügiger Variation durch den Switch 30) auf jedes an einem der lokalen Ports empfangene Paket angewendet werden.
Der Empfang eines Pakets an einem Gigabit-Port, nämlich dem Port 8, eines Switches 20, 30 veranlaßt, dass der empfangende Switch den Empfangsprozess 84 für den Gigabit-Port ausführt. In diesem Beispiel führt, wie in 8a gezeigt ist, nach der Sendung des Pakets vom Switch 20₁ im Prozess 82 der Switch 20₂ im Prozess 84₂ seinen Empfangsprozess für den Gigabit-Port aus. Die durch den Switch 20₂ im Prozess 84₂ ausgeführten Operationen folgen einem verallgemeinern Prozess 84, wie er durch jeden der Switches 20, 30 beim Empfang eines Pakets vom Ring über ihren Gigabit-Port ausgeführt wird, wie nun bezüglich 8b beschrieben wird. Diese Beschreibung bezieht sich auf den Betrieb eines der Switches 20, wobei es selbstverständlich ist, dass der Betrieb des Switches 30 in einer ähnlichen Weise vonstatten geht.
Im allgemeinen Fall wird, wie in 8b gezeigt ist, der Prozess 84 begonnen, indem der Switch 20 im Prozess 86 an seinem Gigabit-Port, dem Port 8, ein Paket vom Ring empfängt. Wie oben angegeben worden ist, enthält dieses Paket einen Ring-ID-Pre-Tag, der in der in 7 gezeigten Weise dargestellt wird. Dann führt der Switch 20 die Entscheidung 87 aus, um zu bestimmen, ob der Ring-ID-Wert im empfangenen Paket jenem des Switches 20 selbst entspricht. Wenn ja (die Entscheidung 87 ja lautet), war das Paket ursprünglich durch den Switch 20 selbst an den Ring ausgegeben worden und hat den ganzen Ring zurückgelegt, ohne zu irgendeinem Ziel-Port weitergeleitet worden zu sein; als solcher wird der Switch 20 das Paket im Prozess 88 filtern oder verwerfen. Dies verhindert, dass ein Paket wiederholt den Ring umkreist und unnötig Bandbreite belegt.
Falls die Ring-ID jener des empfangenden Switches 20 selbst nicht entspricht (die Entscheidung 87 nein lautet), führt der Switch 20 als Nächstes die Entscheidung 89 aus, um zu bestimmen, ob die im Paket spezifizierte Zieladresse (DA) in der Adressennachschlag-Maschine 48 des Switches 20 als einem der lokalen Ports oder dem Gigabit-Port des Switches 20 als das Ziel des Pakets entsprechend aufgezeichnet worden ist. Wenn ja (die Entscheidung 89 ja lautet), führt die Adressennachschlag-Maschine 48 des Switches 20 als Nächstes die Entscheidung 95 aus, um den Port des Switches 20 zu bestimmen, dem die Zieladresse entspricht und zu dem das empfangene Paket weiterzuleiten ist. Falls die Zieladresse für einen der lokalen Ports 0 bis 7 aufgezeichnet ist (die Entscheidung 95 lokal lautet), löst der Switch 20 im Prozess 96 den Ring-ID-Pro-Tag vom Paket und reiht im Prozess 98 das Paket für die Sendung über den geeigneten lokalen Port in die Warteschlange ein. Die Sendung des Pakets wird dann in der herkömmlichen Weise über den lokalen Port ausgeführt. Falls die Zieladresse für den Gigabit-Port 8 des Switches 20 aufgezeichnet ist (die Entscheidung 95 Gigabit lautet), sendet dann der Switch 20 das Paket mittels des Ports 8 erneut über den Ring. Diese Sendung wird durch den Switch 20 ausgeführt, der zuerst über die Entscheidung 91 und den Wartezustand 92 in der obenbeschriebenen Weise wartet, bis die Steuerleitung COL seines Gigabit-Ports 89 frei wird. Wenn die Steuerleitung COL frei ist (die Entscheidung 91 ja lautet), sendet der Switch 20 das Paket über seinen Gigabit-Port mit dem gleichen Ring-ID-Pre-Tag, wie er im Prozess 86 empfangen worden ist, (da dieser Ring-ID-Wert den Switch 20 angibt, der das Paket ursprünglich auf den Ring gesetzt hat) auf den Ring.
Im Beispiel nach 8a wird in dem Beispiel, in dem die Zieladresse des Pakets nicht bekannt ist und in dem der Ring-ID-Wert des empfangenen Pakets dem Ring-ID-Wert des Switches 20₁ entspricht, der erste Fall des Empfangsprozesses 84₂ für den Gigabit-Port durch den Switch 20₂ in Reaktion auf den Empfang eines Pakets vom Switch 20₁ über den Ring an seinem Gigabit-Port 8 ausgeführt. In diesem Beispiel bestimmt abermals in 8b der Switch 20₂ , dass die Ring-ID nicht die von ihm selbst ist (die Entscheidung 87 lautet nein) und dass die Zieladresse des empfangenen Pakets in der Adressennachschlag-Maschine 48 des Switches 20₂ nicht aufgezeichnet ist (die Entscheidung 89 lautet ebenfalls nein). Nun führt der Switch 20₂ eine Lernoperation aus, wie nun unter fortgesetzter Bezugnahme auf 8b beschrieben wird.
Wenn die Entscheidung 89 einen Nein-Wert zurückschickt, fährt der Prozess 84 im Switch 20 (im allgemeinen Fall; der durch den Switch 20₂ ausgeführte Pro zess 84₂ im spezifischen Beispiel nach 8a) mit dem Prozess 90 fort, in dem der Switch 20 die Quelladresse des empfangenen Pakets in der Adressennachschlag-Maschine 48 aufzeichnet. Weil spezifisch die Zieladresse des Pakets unbekannt ist, verwendet der Switch 20 diese Gelegenheit, die Quelladresse des Pakets als einen Port zu lernen oder aufzuzeichnen, der in einem Switch 20, 30, der von ihm selbst verschieden ist, im Ring liegt; im Ergebnis zeichnet der Switch 20 die Quelladresse dieses Pakets bei seinem Gigabit-Port 8 auf, so dass der Switch 20 dann alle nachfolgenden Pakete, die eine Zieladresse besitzen, die gleich der Quelladresse des aktuellen Pakets ist, zu seinem Gigabit-Port 8 weiterleitet. Nach dem Abschluss des Prozesses 90 sendet der Switch 20 im Prozess 94 das Paket (das den Ring-ID-Wert beibehält) über seinen Gigabit-Port 8, sobald die Steuerleitung COL frei ist (die Entscheidung 91 und der Wartezustand 92).
Im Beispiel nach 8a wird folglich der Prozess 84₂ durch den Switch 20₂ ausgeführt, mit dem Ergebnis, dass das Paket nach der Aufzeichnung der Quelladresse des Pakets (die der lokale Port des Switches 20₁ ist, der das Paket im Prozess 74 empfangen hat) bei seinem Gigabit-Port 8 durch den Switch 20₂ zurück auf den Ring angewendet wird. Wie in 3 gezeigt ist, empfängt der Switch 30 als Nächstes dieses Paket bei einem seiner zwei Gigabit-Ports, nämlich bei seinem Port 1. Der Prozess 84₃₀ wird dann durch den Switch 30 ausgeführt; der Prozess 84₃₀ entspricht mit der leichten Ausnahme, dass der lokale Port, auf den in der Entscheidung 95 Bezug genommen wird, dem Gigabit-Port 0 und folglich der Aufwärtsstrecke UL entspricht, dem in 8b gezeigten Prozess 84. In dem Beispiel nach 8a ist die Zieladresse des Pakets im Switch 30 nicht für die Aufwärtsstrecke UL aufgezeichnet, wobei als solches das Ergebnis des Prozesses 84₃₀ die Aufzeichnung der Quelladresse des Pakets beim Gigabit-Port 1 und die erneute Sendung des Pakets auf den Ring für den Empfang durch den Switch 20₀ ist.
Im Prozess 84₀ des Beispiels nach 8a bestimmt der Switch 20₀ ähnlich, dass die Ring-ID dieses Pakets seiner eigenen Ring-ID nicht entspricht (die Entscheidung 87 lautet nein) und dass die Zieladresse des Pakets in seiner Adressennachschlag-Maschine 48 nicht aufgezeichnet ist (die Entscheidung 89 lautet ebenfalls nein). Der Switch 20₁ zeichnet dann im Prozess 90 die Quelladresse in seiner Adressennachschlag-Maschine 48 auf und sendet das Paket mittels der Entscheidung 91, des Wartezustands 92 und des Prozesses 94, wobei es seinen Ring-ID-Pre-Tag immer noch beibehält.
Die sich aus dem Prozess 84₀ ergebende Sendung sendet dieses Paket zurück zum Switch 20₁ , so dass das Paket den ganzen Ring des Switch-Systems 10 vollständig zurückgelegt hat. Dann führt der Switch 20₁ den Prozess 84₁ aus, wie er ihn für jedes ankommende Paket an seinem Gigabit-Port 8 ausführen würde. In diesem Beispiel jedoch besitzt das empfangene Paket eine Ring-ID, die jener des Switches 20₁ selbst entspricht (die Entscheidung 87 lautet ja), weil der Switch 20₁ der Urheber des Pakets gewesen ist, insofern als der Ring betroffen ist. Dann filtert der Switch 20₁ dieses Paket im Prozess 88, um zu verhindern, dass es erneut um den Ring umläuft. Selbst wenn das Paket selbst verworfen wird, hat jedoch nun jeder der Switches 20, 30 den lokalen Port des Switches 20₁ , der das Paket empfangen hat, in seinen entsprechenden Adressennachschlag-Maschinen aufgezeichnet. Demgemäß wird jedes Paket, das nun eine Zieladresse für diesen lokalen Port im Switch 20₁ besitzt, von allen Switches 20, 30 im Switch-Systems 10 erkannt und ungeachtet der Quelle richtig zu ihm gelenkt. Im Ergebnis ist schließlich jeder der lokalen Ports in jedem der Switches 20, der Verkehr überträgt, in jedem Switch 20, 30 im Ring aufgezeichnet, so dass dann die Kommunikation über den Ring ausgeführt werden kann, wie nun bezüglich 8c beschrieben wird.
8c veranschaulicht im Allgemeinen sowohl die Verarbeitung der Pakete, die entweder an den lokalen Ports oder an den Gigabit-Ports der Switches 20 des Switch-Systems 10 empfangen werden, als auch die Verarbeitung der Pakete, die entweder am Aufwärtsstrecken-Port oder am Gigabit-Ring-Port des Switches 30 darin empfangen werden. Wie in 8c gezeigt ist, führt, beispielhaft mit der Verarbeitung durch den Switch 20₂ beginnend, der Switch 20₂ den Empfangsprozess 83 für den lokalen Port an den an seinen lokalen Ports empfangenen Paketen und den Empfangsprozess 84 für den Gigabit-Port an den an seinem Gigabit-Port von der Ringanordnung des Switch-Systems 10 empfangenen Paketen aus. Unter Bezugnahme auf den Switch 20₁ in 8c und außer dem auf die speziellen Schritte im Prozess 83, die oben bezüglich 8a erörtert worden sind, wird ein am lokalen Port des Switches 20₂ empfangenes Paket, falls es an einen weiteren lokalen Port des Switches 20₂ mit einer Zieladresse adressiert ist, die bei der Adressennachschlag-Maschine 48 darin aufgezeichnet ist, durch den Prozess 76 an den lokalen Ziel-Port gesendet; die Pakete des lokalen Ports, die eine Zieladresse besitzen, die einem weiteren Port im Ring zugeordnet ist, oder für die die Zieladresse nicht aufgezeichnet ist, werden über den Gigabit-Port entlang des Ringes weitergeleitet, in diesem Fall als ein zum Switch 30 gesendetes Ringpaket, wie in 8c gezeigt ist. Wie oben bezüglich 8a beschrieben worden ist, wird jedes an einem lokalen Port des Switches 20₂ empfangene Paket, das zum Ring weitergeleitet wird, vor der Sendung mit dem Ring-ID-Pre-Tag mit einem Pre-Tag versehen.
Wie oben bezüglich der 8a und 8b beschrieben worden ist, kann der Switch 20₂ außerdem an seinem Gigabit-Port 8 Pakete vom Ring empfangen.
Diese Pakete werden durch den obenbeschriebenen Empfangsprozess 84 für den Gigabit-Port verarbeitet. Kurzum, beim Prozess 84, der bestimmt, dass der Ring-ID-Pre-Tag des empfangenen Ringpakets der Ring-ID des Switches 20₂ selbst entspricht, wird das Paket verworfen, wie in 8c gezeigt ist. Falls das Ringpaket von einem weiteren Switch 20, 30 bezogen wird und eine Zieladresse besitzt, die einem der lokalen Ports des Switches 20₂ entspricht, wird der Ring-ID-Pre-Tag vom Paket gelöst, wobei das Paket für die Sendung beim adressierten lokalen Port des Switches 20₂ in eine Warteschlange eingereiht wird und vom adressierten lokalen Port des Switches 20₂ gesendet wird. Wie oben beschrieben worden ist, wird ferner, falls das Ringpaket nicht an einen der lokalen Ports des Switches 20₂ adressiert ist, aufgrund dessen, dass es eine Zieladresse besitzt, die durch die Adressennachschlag-Maschine 48 dem Gigabit-Port 8 des Switches 20₂ zugeordnet wird, oder aufgrund dessen, dass es eine nicht erkannte Zieladresse besitzt, (in diesem Fall) das Paket über den Ring zum nächsten Switch 30 gesendet, wobei darum der gleiche Wert des Ring-ID-Pre-Tag beibehalten wird.
Wie oben angegeben worden ist, befindet sich im Ringbeispiel nach den 3 und 8c der Switch 30 unmittelbar stromabwärts vom Switch 20₂ . In dieser Hinsicht kann der Switch 30, wie oben angegeben worden ist, den Empfangsprozess 84 für den Gigabit-Port ausführen, um zu bestimmen, ob das empfangene Ringpaket an den lokalen Port des Switches 30 adressiert ist, der in diesem Beispiel der Aufwärtsstrecken-Gigabit-Port 0 des Switches 30 ist, wobei in diesem Fall das empfangene Ringpaket im Prozess 76' über die Aufwärtsstrecke gesendet wird. Der Prozess 84 bestimmt außerdem, ob das empfangene Ringpaket vom Switch 30 ausgegangen ist (indem es den gleichen Ring-ID-Wert wie der Switch 30 besitzt), wobei in diesem Fall das Paket verworfen wird, oder ob das empfangene Ringpaket an einen weiteren Port (oder an einen unbekannten Port) im Ring gerichtet ist, wobei in diesem Fall das empfangene Ringpaket mit seinem aktuellen Ring-ID-Pre-Tag zum nächsten Switch 20₀ im Ring des Switch-Systems 10 weitergeleitet wird.
Der Switch 30 kann außerdem Pakete von seinem eigenen "lokalen" Port empfangen, der, wie in 3 gezeigt ist, sein Port 0 ist, der mit der Aufwärtsstrecke UL verbunden ist. In dieser Hinsicht führt der Switch 30 den Empfangsprozess 83' für die Aufwärtsstrecke aus, der zum obenbeschriebenen Empfangsprozess 83 für den lokalen Port ganz ähnlich ist. Falls der Switch 30 ein Paket empfängt, das an einen Port anderswo im Ring adressiert ist (wie durch eine aufgezeichnete Zieladresse oder durch eine unbekannte Zieladresse angegeben wird), sendet der Prozess 83' das Paket vom Ring-Gigabit-Port 1 des Switches 30 in einer ähnlichen Weise wie sie oben bezüglich des Switches 20₂ beschrieben worden ist. Es ist außerdem möglich (wenn auch unwahrscheinlich), dass das von der Aufwärtsstrecke empfangene Paket zurück zur Aufwärtsstrecke selbst adressiert ist, wobei in diesem Fall der Prozess 83' das Paket für die Sendung über die Aufwärtsstrecke im Prozess 76' in die Warteschlange einreiht.
Wie in 8c gezeigt ist, sind die Switches 20₀ und 20₁ ähnlich im Ring mit den Switches 20₂ , 30 verbunden. Jeder der Switches 20₀ und 20₁ kann die an ihren lokalen Ports empfangenen Pakete durch den obenbeschriebenen Prozess 83 für die Sendung vom lokalen Port oder vom Gigabit-Port in Abhängigkeit von der Paketzieladresse verarbeiten. Zusätzlich sind die Switches 20₀ und 20₁ außerdem so programmiert, dass sie den Prozess 84 an den an ihren Gigabit-Ports von den Gigabit-Ports der Switches 30 bzw. 20₀ empfangenen Paketen ausführen.
Die an einem der lokalen Ports von einem der Switches 20 empfangenen Pakete, die eine Zieladresse besitzen, die der Aufwärtsstrecke UL vom Switch 30 oder zu einem der anderen lokalen Ports im empfangenden Switch 20 oder irgendeinem der anderen Switches 20 im Switch-Systems 10 entspricht, können leicht über den Ring des Switch-Systems 10 zum gewünschten Port gesendet werden. Dieses Management und diese Behandlung der Nachrichtenpakete wird in einer effizienten Weise behandelt, wobei die Switches 20 selbst das Management der Lenkung der Nachrichtenpakete über Hochgeschwindigkeitsverbindungen (z. B. Gigabit-Verbindungen) ausführen, die den Ring umfassen. Im Ergebnis und in Anbetracht dessen, dass sich der Ringverkehr nur in einer Richtung bewegt (was die Möglichkeit von Kollisionen ausschließt), beträgt die theoretische Bandbreite des Switch-Systems 10 in diesem Beispiel 4 Gbit/s. Außerdem wird für die Ringsendungen die Flusssteuerung automatisch in einer Weise ausgeführt, die die Pufferbetriebsmittel fair und effizient zuweist, wie sie benötigt werden und wie sie verfügbar sind. Das Vermittlungssystem 10 schafft unter Verwendung einer relativ einfachen und sich selbst managenden Architektur einen Ethernet-Switch mit hoher Dichte, in diesem Beispiel einen Switch mit einer 0/24/1-Kapazität.
Unter Bezugnahme auf 9 wird das Switch-System 110 nun ausführlich beschrieben. Das Switch-System 110 kann in ein Gesamt-Ethernet-Netz in ähnlicher Weise wie das in 2 gezeigte Switch-System 10 implementiert werden. Das Switch-System 110 schafft mittels eines einzigen Rings aus Switches, wie nun beschrieben wird, eine vergrößere Kapazität bezüglich des Switch-Systems 10, spezifisch als ein Ethernet-Switch mit einer 0/32/2-Kapazität.
Wie in 9 gezeigt ist, enthält das Switch-System 110 vier Ethernet-Switch-Vorrichtungen 20 und zwei Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtungen 30, die nach Art eines Ringes verbunden sind. Die Switch-Vorrichtungen 20 sind einzelne Switch-Vorrichtungen in integrierter Schaltung, die so konstruiert sind, wie oben bezüglich 4a beschrieben worden ist, wobei als solche jede eine 0/8/1-Ethernet-Switch-Fähigkeit bereitstellt, während die Switch-Vorrichtungen 30 einzelne Switch-Vorrichtungen in integrierter Schaltung sind, die so konstruiert sind, wie oben bezüglich 4b beschrieben worden ist, und die eine 0/0/2-Ethernet-Switch-Fähigkeit bereitstellen. Wie im Fall des obenbeschriebenen Switch-Systems 10 ist jeder Switch 20 mit einem externen Rambus RAM 22 verbunden und arbeitet im Zusammenhang mit einem externen Rambus RAM 22. Jeder der Switches 20, 30 kann außerdem auf Wunsch mit einer externen CPU (wie z. B. der in 3 gezeigten CPU 29) für die Zwecke des Managements des Switch-Systems 110 verbunden sein.
Wie im Switch-System 10 besitzt jeder Switch 20 acht lokale 100-Mbit/s-Ports, die als die Ports 0 bis 7 nummeriert sind, wobei jeder Port mittels Schnittstellenvorrichtungen der physikalischen Schicht und Magnetumsetzern mit einer entsprechenden RJ-45-Buchse für die Verbindung mit einem Client-Arbeitsplatzrechner oder einem Netz-Hub verbindbar ist. Jeder Switch 20 besitzt außerdem einen Gigabit-Vollduplex-Port (d. h. 1000-Mbit/s-Vollduplex-Port). Im Switch-System 110 ist die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₀ mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₁ verbunden, während die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₁ mit der Empfangsseite des Ports 1 der Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtung 30₀ verbunden ist. Die Sendeseite des Gigabit-Ports 1 der Gigabit-Switch-Vorrichtung 30₀ ist mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₂ verbunden, die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₂ ist mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₃ verbunden, die Sendeseite des Ports 8 des Switches 20₃ ist wiederum mit der Empfangsseite des Gigabit-Ports 1 des Gigabit-Switches 30₁ verbunden. Die Sendeseite des Ports 1 des Switches 30₁ ist mit der Empfangsseite des Ports 8 des Switches 20₀ verbunden, was den Ring vervollständigt.
Wie oben beschrieben worden ist, unterstützt jede der Gigabit-Ethernet-Switch-Vorrichtungen 30 zwei 1000-Mbit/s-Vollduplex-Ports, die als die Ports 0 und 1 nummeriert sind, von denen jeder vorzugsweise eine integrierte physikalische Codierungs-Teilschicht-Logik enthält, um eine direkte digitale Zehn-Bit-Schnittstelle zu den Gigabit-Sendern/Empfängern zu schaffen. Wie im Fall des Switches 30 im Switch-System 10, das oben bezüglich 3 beschrieben worden ist, ist der Gigabit-Port 0 jedes der Switches 30 mit einer entsprechenden Aufwärtsstrecke, wie z. B. einer Lichtwellenleitereinrichtung, z. B. mittels eines Parallel-Seriell-Umsetzer/Seriell-Parallel-Umsetzers und eines optischen seriellen Sender/Empfänger-Moduls gekoppelt.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es bevorzugt, dass die Switches 20, 30 physikalisch so nah wie möglich beieinander angeordnet sind und auf diese Weise lange Signalwege vermieden werden. Außerdem sind kleine Reihenwiderstände (z. B. 33 Ω) vorzugsweise in der Nähe der Sendeanschlüsse der Gigabit-Verbindungen angeordnet, um das unkontrollierte Schwingen des Signals zu verhindern. Die spezielle Reihenfolge, in der die Switch-Vorrichtungen 20, 30 im Ring des Switch-Systems 110 verbunden sind, ist nicht besonders kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, dass, wenn mehrere Gigabit-Switches 30 in einem einzigen Ring enthalten sind, wie im Beispiel nach 9, diese Gigabit-Switches 30 nicht zueinander benachbart sind. In dieser Weise muss der Aufwärtsstrecken-Verkehr von den lokalen Ports des Switches 20 für die Sendung (z. B.) über die mit dem stromabwärtigen Switch 30₁ des Paars von Switches 30 verbundene Aufwärtsstrecke nicht notwendigerweise durch den Gigabit-Switch 30₀ hindurchgehen.
Der Betrieb der Switches 20, 30 beim Ausführen der Kommunikation zwischen den zweiunddreißig lokalen 100-Mbit/s-Ports, die an die Switches 20 gekoppelt sind, und den Gigabit-Aufwärtsstrecken, die an die Switches 30 gekoppelt sind, ist zu jenem völlig gleich, der oben bezüglich des Switch-Systems 10 beschrieben worden ist. Selbstverständlich müssen die Adressennachschlag-Maschinen 48 in den Switches 20, 30 eine ausreichende Größe besitzen, um die Adressen der acht zusätzlichen 100-Mbit/s-Ports und der zusätzlichen Gigabit-Aufwärtsstrecke unterzubringen, die im Switch-System 110 bezüglich des obenbeschriebenen Switch-Systems 10 vorgesehen sind.
Wie aus einem Vergleich des Switch-Systems 10 mit dem Switch-System 110 offensichtlich ist, kann auf Wunsch zusätzliche Kapazität leicht durch die Verbindung weiterer Switch-Vorrichtungen 20, 30 geschaffen werden. Außerdem wird davon ausgegangen, dass die Konfiguration jedes der Switches 20, 30 wie im Ringsystem von der Anzahl der Switches 20, 30, die so implementiert sind, solange unabhängig ist, wie die jedem der Switches 20, 30 zugeordneten Ring-ID-Werte eindeutig zugeordnet sind. Als solche kann zusätzliche Switch-Kapazität einfach durch die Ergänzung von Switch-Vorrichtungen 20, 30 in ein vorher konfiguriertes Switch-System geschaffen werden. Diese neue Konfiguration wird hergestellt, indem das ursprüngliche Switch-System ausgeschaltet wird, die Vorrichtungen untereinander verbunden werden (vorausgesetzt, dass physikalische Leiterplatten-Betriebsmittel für dieselben verfügbar sind) und das Switch-System eingeschaltet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein komplexer Ring aus Gigabit-Switches konstruiert werden, wie nun bezüglich 11 beschrieben wird. Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung kann das Switch-System 310 gemäß dieser vierten Ausführungsform der Erfindung am Ort des Switch-Systems 10 nach 2 arbeiten, wobei folglich die Netzvermittlung für eine große Anzahl von Client-Arbeitsplatzrechnern, entweder direkt oder über Netz-Hubs, geschaffen wird. In der beispielhaften Implementierung nach 11 schafft, wie nun beschrieben wird, das Switch-System 310 eine 0/0/8-Vermitt-lungskapazität mit acht Gigabit-Aufwärtsstrecken UL₀ bis UL₇.
Das Switch-System 310 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung enthält zwei Ringe aus Gigabit-Switches 30, wobei die Switches 30₀ bis 30₃ und der Port 0 des Switches 30₈ einen Ring bilden, während die Switches 30₄ bis 30₇ und der Port 1 des Switches 30₈ den anderen Ring bilden. Wie aus 11 offensichtlich ist, liegt der Switch 30₈ in beiden Ringen; wie oben angegeben worden ist, muss der Ring-ID-Wert für den Port 0 des Switches 30₈ vom Ring-ID-Wert für den Port 1 des Switches 30₈ verschieden sein. Die Switches 30₀ bis 30₃ und der Port 0 des Switches 30₈ besitzen jeder eindeutige Ring-ID-Werte in Bezug aufeinander, wobei die Switches 30₄ bis 30₇ und der Port 1 des Switches 30₈ eindeutige Ring-ID-Werte in Bezug aufeinander besitzen, obwohl ein oder mehrere Switches 30, die ganz in einem Ring liegen, die gleiche Ring-ID wie ein Switch 30 besitzen können, der ganz im anderen Ring liegt.
Der Betrieb der Switches 30 im Switch-System 310, um zu lernen und Nachrichtenpakete zu lenken, folgt im Wesentlichen der oben bereitgestellten Beschreibung, weil die an einer der Aufwärtsstrecken UL ankommenden Pakete zu einer weiteren der Aufwärtsstrecken UL entweder im selben Ring oder im anderen Ring gelenkt werden können, indem jeder Switch 30 einen Ring-ID-Pre-Tag abfragt, den der empfangende Switch 30 an dem Paket anbringt, und das Paket längs des Ringes weiterleitet, falls die Zieladresse nicht seiner eigenen Aufwärtsstrecke UL entspricht, wie durch die Adressennachschlag-Maschine 48 darin bestimmt wird.
Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht folglich, dass Switch-Systeme, die eine große Anzahl von Hochgeschwindigkeits-Verbindungen (z. B. Gigabit-Verbindungen) besitzen, gemäß einer einfachen Architektur leicht konstruiert und verwirklicht werden können. Wie oben angegeben worden ist, kann die Konfiguration des Switches beim Rücksetzen beeinflusst werden, z. B. mittels einer Management-CPU oder durch Konfigurationsregister-Einstellungen, die in einem externen EEPROM oder dergleichen beibehalten werden. Deshalb wird eine Hochleistungs-Netzvermittlung leicht geschaffen.
Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform der Erfindung wird, wie nun ausführlicher beschrieben wird, eine weitere Fähigkeit der Switches 20, 30, die oben beschrieben worden ist, vorteilhaft beim Schaffen eines Netz-Switches mit hoher Dichte verwendet. Die Aufmerksamkeit wird nun auf 10 gerichtet, in der das Switch-System 410 gemäß dieser fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Das beispielhafte Switch-System 410 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung schafft einen Switch mit einer 0/108/0-Fähigkeit, wie aus der folgenden Beschreibung offensichtlich wird.
Das Switch-System 410 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält sechzehn Switches 20₁ bis 20₁₆ , wobei jeder der Switches 20 vorzugsweise so konstruiert ist, wie oben bezüglich 4a beschrieben worden ist, so dass er acht lokale 100-Mbit/s-Ports (die Ports 0 bis 7) und einen Gigabit-Port (den Port 8) besitzt. Der Gigabit-Port 8 jedes Switches 20 ist in einer Vollduplexweise mit einem entsprechenden Port des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 verbunden. Die Vollduplexverbindung der Ports 8 der Switches 20 mit dem Switch 100 enthält dedizierte Sende- und Empfangsseiten, wie oben erörtert worden ist, mit entsprechenden Steuersignalen, wie z. B. COL und FLOW, Freigaben und Taktsignalen. Die Management-CPU 29, die optional mit den digitalen Eingabe-/Ausgabe-Ports DIO jedes der Switches 20 verbunden sein kann (wobei eine derartige Verbindung in 10 nicht gezeigt ist), ist bidirektional mit dem Port 0 des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 verbunden, der für die Management-Kommunikation reserviert ist. Über den Port 0 des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 kann die Management-CPU 29 den Betrieb des Switch-Systems 410 konfigurieren, um solche Netzkommunikationsfunktionen, wie z. B. die BPDU-Weiterleitung für den Spanning-Tree-Algorithmus, SNMP-Pakete für das Netzmanagement und IGMP-Rahmen für die IP-Punkt-Mehrpunkt-Kommunikation, zu implementieren.
Der Betrieb des Switch-Systems 410 verwendet eine Funktionalität der erweiterten Port-Kenntnis, die durch die Switches 20 geschaffen wird, die gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung konstruiert sind, wie oben bezüglich 4a beschrieben worden ist. Diese erweiterte Port-Kenntnis bezieht sich auf den zugeordneten Speicher in der Adressennachschlag-Maschine 48 jedes Switches 20 eines stromabwärtigen Ziels für bestimmte Zieladressen der von einem lokalen Port empfangenen Nachrichtenpakete. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das stromabwärtige Ziel eines von einem der Ports des Kreuzschienenmatrix-Switches 100. Beim Empfang eines Nachrichtenpakets, das eine Zieladresse besitzt, die für einen der Ports des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 aufgezeichnet ist, erzeugt der empfangende Switch 20 (z. B. die dem Port 8 zugeordnete MAC 46) einen Inband-Pre-Tag, der auf das Paket angewendet wird, wenn es vom Gigabit-Port 8 des Switches 20 zum Kreuzschienenmatrix-Switch 100 weitergeleitet wird, wobei das Pre-Tag den Port (oder die Ports in einer Punkt-Mehrpunkt-Kommunikations-Betriebsart) des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 enthält, an den das Paket durch den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 zu vermitteln ist.
Sowohl das Freigeben dieser Funktion der erweiterten Port-Kenntnis in den Switches 20 als auch die Konfiguration der Switches 20, damit sie in Kombination mit dem Kreuzschienenmatrix-Switch 100 im Kreuzschienen-Switch-System 410, wie es z. B. 10 in gezeigt ist, arbeiten, wird beim Rücksetzen oder Einschalten durch das Laden der Konfigurationsinformationen in die Steuerregister in den Switches 20 ausgeführt. Wie oben beschrieben worden ist, enthält der lokale Paketvermittlungsspeicher 45 in den Switches 20 (4a) speicherkonforme Register darin, in die die Konfigurationsinformationen von der Management-CPU 29 über den Port DIO und die Schnittstelle 56 oder von einem externen EEPROM über die Schnittstelle 54 geladen werden können. Diese Konfigurationsoperation ermöglicht es folglich den Switches 20, auf Wunsch im Switch-System 410 gemäß dieser Beschreibung zu arbeiten.
Unter Bezugnahme auf 11a wird nun ein Beispiel des Versehens mit Inband-Pre-Tags, das durch einen der Switches 20 gemäß der bevorzugten Aus führungsform der Erfindung erzeugt wird und wie es im Zusammenhang mit dem Switch-System 410 gemäß dieser fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, beschrieben. 11a veranschaulicht die vom Port 8 von einem der Switches 20 beim Weiterleiten eines Pakets zum Kreuzschienenmatrix-Switch 100 in Reaktion auf den Empfang eines Pakets an einem seiner lokalen Ports gesendeten Signale, wobei das Paket eine Zieladresse besitzt, die (in der Adressennachschlag-Maschine 48) für einen der anderen Ports des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 aufgezeichnet ist (d. h. außer dem Port, mit dem der empfangende Switch 20 verbunden ist).
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der durch den Switch 20 angewendete Inband-Pre-Tag ein Zweiunddreißig-Bit-Pre-Tag, der in einer gespiegelten oder redundanten Weise auf die Datenleitungen TX DATA <3:0> und TX DATA <7:4> angewendet wird. Der Zweiunddreißig-Bit-Pre-Tag wird, wie in 11a gezeigt ist, wird vier Bits auf einmal (in der oben angegebenen gespiegelten Weise) in jedem der ersten acht Zyklen des Sendetakts CLK angewendet, nachdem die Steuerleitung TX EN auf einen aktiv hohen Logikpegel angesteuert worden ist. Der Switch 20 wendet den Inband-Pre-Tag auf den Rahmen an derselben Stelle (d. h. den ersten acht Taktzyklen) wie der an, an der die Präambel- und Rahmenanfang-Trennzeichen (SOF-Trennzeichen) vorgesehen sind. Als solcher löst der empfangende Switch 20 beim Empfang eines Pakets von einem seiner lokalen Ports, wenn das Paket an eine Stelle adressiert ist, die für einen der anderen Ports des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 aufgezeichnet ist, die Präambel und das SOF-Trennzeichen vom Rahmen und fügt den Inband-Pre-Tag darin ein, wie in 11a gezeigt ist.

Der durch die Switches 20 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung angewendete Zweiunddreißig-Bit-Sende-Pre-Tag ist wie folgt gebildet:

Pre-Tag-Bits	Funktion
31:28	unbedingt auf null gesetzt
27	gibt an, ob die empfangende MAC 42 einen IEEE-802.1Q-Kopf hinzugefügt hat
26:25	unbedingt auf null gesetzt
24:20	identifiziert den lokalen Port des Switches 20, der das Paket empfangen hat
19:17	unbedingt auf null gesetzt
16:0	Bitmap, die den Port oder die Ports des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 angibt, an den das Paket zu senden ist (1 = empfängt das Paket; 0 = empfängt das Paket nicht)

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, kann der Kreuzschienenmatrix-Switch 100 Pakete gleichzeitig an mehrere seiner Ports rundsenden, wie durch die Bitmap angegeben ist, die in dem durch den empfangenden Switch 20 angewendeten Inband-Pre-Tag enthalten ist.
Selbstverständlich muss die Adressennachschlag-Maschine 48 vor dem durch die Switches 20 im Switch-System 410 gemäß der Betriebsart mit erweiterter Port-Kenntnis angewendeten Anwenden von Inband-Pre-Tags trainiert werden, um die Zieladressen zuzuordnen. Dieses Training wird durch den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 selbst ausgeführt, der einen Pre-Tag an einem Paket erzeugt, das zum Port 8 von einem oder mehreren Switches 20 im Switch-System 410 gesendet wird. Nun wird unter Bezugnahme auf 11b das Training der Switches 20 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung bezüglich eines durch den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 erzeugten Inband-Empfangs-Pre-Tags und bezüglich dessen, wie er durch die Empfangsseite des Gigabit-Ports 8 eines der Switches 20 empfangen wird, beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird das Training durch den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 ausgeführt, der ein Paket von einem weiteren Switch 20 empfängt, der mit einem seiner Ports verbunden ist, jeden Pre-Tag von ihm löst und dann den Trainings-Inband-Pre-Tag auf das Paket vor seiner Sendung über einen oder alle der Ports anwendet, die den Switches 20 zugeordnet sind.

Wie in 11b gezeigt ist, erzeugt der Kreuzschienenmatrix-Switch 100 einen Inband-Pre-Tag, der durch die Switches 20 auf ihren Datenleitungen RX DATA <3:0> in den ersten acht Zyklen des Verbindungstaktes CLK empfangen wird, nachdem die Datengültig-Steuerleitung RX DV durch den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 auf einen aktiv hohen Pegel angesteuert worden ist. Die Inhalte dieses Inband-Pre-Tags sind wie folgt:

Pre-Tag-Bits	Funktion
31	gibt (mit einem "1"-Zustand) an, dass das Paket ein Empfangslernpaket ist
30:5	nicht beachten
4:0	codierter Wert des Ports am Kreuzschienenmatrix-Switch 100, der den Rahmen empfangen hat

Beim Empfang des Pakets mit einem Lern-Pre-Tag in dieser Form ordnet der Switch 20 die in den Bits 4:0 des Pre-Tags codierte Port-Nummer der Quelladresse des Pakets zu (die in den Rahmendaten enthalten ist, die dem Pre-Tag folgen, wie in 11b gezeigt ist). Diese Zuordnung wird in der Adressennachschlag-Maschine 48 im Switch (oder in den Switches) 20, die den Lern-Pre-Tag und das zugeordnete Paket empfangen, gespeichert und ist in ihr zugänglich.
Alternativ kann die Adressennachschlag-Maschine 48 in den Switches 20 durch die Management-CPU 29 trainiert werden, die die geeigneten Zustände darin mittels des (nicht gezeigten) digitalen Eingabe-/Ausgabe-Ports DIO setzt.
Unter Bezugnahme auf 12 wird nun die Konstruktion des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 12 gezeigt ist, enthält der Kreuzschienenmatrix-Switch 100 die Vermittlungsstruktur 102 und siebzehn Ports P. Der Port P₀ ist bidirektional an die Management-CPU 29 gekoppelt, wie in 10 gezeigt ist, während die Ports P₁ bis P₁₆ bidirektional entsprechend an die Switches 20₁ bis 20₁₆ gekoppelt sind. Wie in 12 für das Beispiel des Ports P₈ gezeigt ist, enthält die bidirektionale Verbindung zwischen dem Switch 20 und seinem Port P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 die Leitungen TX DATA und RX DATA, mittels derer der Kreuzschienenmatrix-Switch 100 die Daten vom Switch 20 empfängt bzw. die Daten zum Switch 20 sendet. Die Steuersignalleitungen sind außerdem in dieser bidirektionalen Verbindung enthalten, einschließlich der durch den Port P angesteuerten Leitung COL und der durch den Port P empfangenen Leitung FLOW, so dass die Flusssteuerung in der oben beschriebenen Weise ausgeführt werden kann.
Die Vermittlungsstruktur 102 ist mit jedem der Ports P verbunden, um die geeignete Paketlenkung auszuführen, wie sie durch die Pre-Tags der übertragenen Pakete bestimmt ist. Die spezielle Verwirklichung der Vermittlungsstruktur 102 ist nicht kritisch und die Auswahl irgendeiner Sorte von Pufferschema damit ist es auch nicht, da davon ausgegangen wird, dass die spezielle Implementierung der Vermittlungsstruktur 102 durch die Fachleute auf dem Gebiet ausgewählt werden kann.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rahmenverarbeitungsanforderungen an den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 in Anbetracht dessen relativ klein, dass die Switches 20 die Adressennachschlag-Entscheidungen und die Pre-Tag-Verarbeitung ausführen. Als solche müssen die Ports P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 zusätzlich zur notwendigen Funktionalität, die für den Empfang und die Sendung der Nachrichtenpakete erforderlich ist, nur die hierin beschriebene notwendige Pre-Tag-Manipulation ausführen. Diese Verarbeitung durch die Ports P entlastet die Vermittlungsstruktur 102 von Verarbeitungsanforderungen, die von jenen für die Lenkung der Pakete verschieden sind, wie sie durch die Port-Adresse angewiesen wird, wobei als solches die Vermittlungsstruktur 102 eine relativ einfache Konstruktion besitzen kann. In Anbetracht dessen, dass der Betrieb der Kreuzschienenmatrix-Vermittlung selbst oft im kritischen Weg der Netzvermittlung liegen kann, kann diese Konstruktion des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 deshalb zu einer verbesserten Gesamtvermittlungsleistung führen.
Unter Bezugnahme auf 13 wird nun der Betrieb des Switch-Systems 410 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. Diese Beschreibung nimmt an, dass die Switches 20 entweder mittels der Management-CPU 29 oder mittels der Empfangs-Trainings-Pre-Tags, wie oben bezüglich 11b beschrieben worden ist, bereits trainiert worden sind, um die Zieladressen für die an ihren lokalen Ports empfangenen Pakete den Ports P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 zuzuordnen. In jedem Fall können die Switches 20, sobald ein derartiges Training ausgeführt worden ist, empfangene Pakete in der Weise weiterleiten, die nun beschrieben wird.
Der Betrieb des Switch-Systems 410 beginnt mit dem Prozess 104, in dem ein Netzpaket an einem der lokalen Ports (den Ports 0 bis 7) des Switches 20_R empfangen wird. Der Switch 20_R beginnt die Verarbeitung dieses Pakets unter Verwendung seiner Adressennachschlag-Maschine 48, um die Entscheidung 105 auszuführen, um zu bestimmen, ob die Zieladresse des empfangenen Pakets in ihr aufgezeichnet ist. Falls nein (die Entscheidung 105 nein lautet), wird das Paket im Prozess 106 zu einem der Ports des Switches 20_R weitergeleitet, der (in der Konfiguration) als der Empfänger von Paketen mit unbekannten Adressen bezeichnet ist. Falls die Zieladresse beim Switch 20_R aufgezeichnet ist (die Entscheidung 105 ja lautet), führt die Adressennachschlag-Maschine 48 im Switch 20_R die Entscheidung 107 aus, um zu bestimmen, ob die Zieladresse des empfangenen Pakets einem der lokalen Ports (den Ports 0 bis 7) des Switches 20_R entspricht. Wenn ja (die Entscheidung 107 ja lautet), leitet der Switch 20_R das Paket zu diesem spezifizierten Port weiter, wobei die Kommunikation ausgeführt ist.
Falls das Paket für ein Ziel vorgesehen ist, das an einem der lokalen Ports von einem der anderen Switches 20 gekoppelt ist, die an den Kreuzschienenmatrix-Switch 100 gekoppelt sind, (die Entscheidung 107 nein lautet), führt der Switch 20_R als Nächstes den Prozess 110 aus, um das Paket für die Sendung an ihn vorzubereiten. Im Prozess 110 löst der Switch 20_R die Präambel und das Rahmenanfang-Trennzeichen (und anderen derartigen geeigneten Systemaufwand) vom Paket und wendet das geeignete in Band-Sende-Pre-Tag, wie oben bezüglich 11a beschrieben worden ist, einschließlich einer Angabe des Ports oder der Ports P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100, zu dem das Paket weiterzuleiten ist, an. Die Sendung des Pakets an den Kreuzschienenmatrix- Switch 100 findet im Prozess 112 statt, in dem der Switch 20_R das Paket über seinen Gigabit-Port 8, über die Leitungen TX DATA, wie oben angegeben worden ist, an den entsprechenden Port P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 sendet. Vorzugsweise ist eine Flusssteuerungsfähigkeit vorgesehen, so dass der Switch 20_R vor einer derartigen Sendung warten muss, bis die Steuerleitung COL am Port 8 frei ist.
Wie oben angegeben worden ist, ist der Betrieb des Kreuzschienenmatrix-Switches 100 zum Ausführen der geeigneten Vermittlung relativ einfach, da die Verarbeitung und der Adressen-Gleichheitsprüfung bereits durch den Switch 20_R ausgeführt worden sind. Demzufolge führt der Kreuzschienenmatrix-Switch 100 den Prozess 114 einfach durch das Weiterleiten des Pakets, auf Wunsch einschließlich des Pre-Tags, zu dem gewünschten Port oder den gewünschten Ports P des Kreuzschienenmatrix-Switches 100, der durch den Pre-Tag angegeben ist, aus.
Im Prozess 116 empfängt der Ziel-Switch 20_D das Paket an seinen Gigabit-Port 8 vom Kreuzschienenmatrix-Switch 100. Das Paket selbst enthält die Zieladresse (die bereits durch den Switch 20_R gelernt worden ist, damit der richtige Pre-Tag angewendet werden kann). Als solche muss die Adressennachschlag-Maschine 48 im Switch 20_R nur die Zieladresse mit dem richtigen ihrer eigenen lokalen Ports 0 bis 7 in Verbindung bringen und das Paket an ihn weiterleiten. Die Lenkung des Netzpakets durch das Switch-System 410 ist folglich abgeschlossen.
Selbstverständlich können alternative Anordnungen des Kreuzschienenmatrix-Switch-Systems gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung außerdem implementiert werden, während innerhalb des Umfangs der Erfindung verblieben wird. Die vorliegende Erfindung schafft eine große Menge an Flexibilität und ein leichte Implementierung derartiger alternativer Anordnungen.
Die Fachleute auf dem Gebiet, die auf diese Beschreibung Bezug nehmen, werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung zahlreiche Vorteile in der Konstruktion und im Betrieb von Netz-Switch-Systemen schafft. Diese Vorteile, die oben angegeben worden sind, enthalten die Fähigkeit, einen Hochleistungs-Netz-Switch mit hoher Dichte in einer Weise zu schaffen, die für Änderungen der Switch-Kapazität leicht modifiziert werden kann. Außerdem wird eine Modularität bei der Anordnung des Switch-Systems und folglich weitere Flexibilität bei seiner Konstruktion und Implementierung durch die vorliegende Erfindung geschaffen, insbesondere durch das Erlauben der leichten Verbindung mehrerer Leiterplatten oder sogar Switch-Gehäuse in ein einziges Switch-System. Außerdem schafft die vorliegende Erfindung die Fähigkeit, Flusssteuerungstechniken leicht zu implementieren, besonders in einer Weise, die verhindert, dass ein einziger Kanal einen unfairen Anteil der Pufferbetriebsmittel der Switch-Vorrichtung belegt, während die Verwendung eines großen Anteils dieser Betriebsmittel erlaubt wird, falls die Paketpufferung durch andere der Übertragungskanäle nicht verwendet wird.
Während die vorliegende Erfindung gemäß ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird selbstverständlich davon ausgegangen, dass Modifikationen an oder Alternativen zu diesen Ausführungsformen, wobei derartige Modifikationen oder Alternativen die Vorzüge und Vorteile dieser Erfindung erlangen, für die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind, die auf diese Beschreibung und ihre Zeichnung Bezug nehmen. Es wird davon ausgegangen, dass derartige Modifikationen und Alternativen im Umfang dieser Erfindung liegen.

Claims

Vermittlungssystem für ein paketbasiertes Datenkommunikationsnetz, mit: einem Kreuzschienenmatrix-Switch (100) mit mehreren Ports (1, ..., 16) und einer Vermittlungsstruktur (102) zum Koppeln von Paketen, die an einem der mehreren Ports empfangen werden, mit einem oder mehreren anderen der mehreren Ports; und mehreren Switch-Vorrichtungen (20₁ , ..., 20₁₆ ), wovon jede wenigstens einen lokalen Port (PORTS 0 THRU 7) und wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Port (PORT 8), der mit einem entsprechenden Port der Kreuzschienen-Switchmatrix gekoppelt ist, besitzt und wobei jede der mehreren Switch-Vorrichtungen eine Schaltungsanordnung aufweist, um auf Pakete, die an einem lokalen Port empfangen und von dem Hochgeschwindigkeits-Port gesendet werden, einen Pre-Tag anzuwenden, wobei: die Schaltungsanordnung so beschaffen ist, dass sie auf jedes der Pakete einen Pre-Tag anwendet, wobei der Pre-Tag, der auf ein bestimmtes Paket angewendet wird, einem oder mehreren der mehreren Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch entspricht, an die das Paket weitergeleitet werden soll, wobei die Schaltungsanordnung ferner so beschaffen ist, dass sie den Pre-Tag anhand einer Übereinstimmung der Zieladresse des Pakets mit einem Port einer zweiten der mehreren Switches, die einen mit dem Kreuzschienenmatrix-Switch gekoppelten Port besitzt, ableitet; und die Vermittlungsstruktur des Kreuzschienenmatrix-Switch in Reaktion auf den Pre-Tag das Paket zu dem einen oder den mehreren Ports vermittelt, zu denen das Paket weitergeleitet werden soll.
Vermittlungssystem nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Switch-Vorrichtungen mehrere lokale Ports besitzt und ferner eine Schaltungsanordnung aufweist, um anhand einer Übereinstimmung des durch die Schaltungsanordnung auf das Paket angewendeten Pre-Tags mit dem lokalen Port eine Lenkung eines von dem Kreuzschienenmatrix-Switch empfangenen Pakets zu einem ihrer lokalen Ports auszuführen.
Vermittlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der mehreren Switch-Vorrichtungen ferner eine Adressennachschlag-Schaltungsanordnung zum Bestimmen des Wertes des Pre-Tags, der auf ein an einem lokalen Port empfangenes Paket angewendet werden soll, in Reaktion auf eine Zieladresse des empfangenen Pakets und auf im Voraus definierte Adressen, die jedem Port zugeordnet sind, umfasst.
Vermittlungssystem nach Anspruch 3, wobei der Kreuzschienenmatrix-Switch so beschaffen ist, dass er bei Empfang eines Pakets einen lernenden Pre-Tag erzeugt, der dem Port des Kreuzschienenmatrix-Switch entspricht, der das Paket empfangen hat, und das empfangene Paket mit dem lernenden Pre-Tag zu einem weiteren seiner Ports weiterleitet; wobei die Adressennachschlag-Schaltungsanordnung in jeder der mehreren Switch-Vorrichtungen so beschaffen ist, dass sie dem lernenden Pre-Tag eines empfangenen Pakets eine Quelladresse, die in dem empfangenen Paket enthalten ist, zuordnet.
Verfahren zum Vermitteln von Nachrichtenpaketen in einem Datenkommunikationsnetz mittels eines Vermittlungssystems, das mehrere Switch-Vorrichtungen besitzt, die mit entsprechenden Ports eines Kreuzschienenmatrix-Switch gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen (104) eines Nachrichtenpakets an einem lokalen Port einer ersten Switch-Vorrichtung, wobei das Nachrichtenpaket eine Zieladresse besitzt; Vergleichen (107) der Zieladresse des empfangenen Pakets mit einer Aufzeichnung von Zieladressen, die Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch zugeordnet sind; in Reaktion auf die Zuordnung einer Zieladresse zu einem Port des Kreuzschienenmatrix-Switch Anheften (110) eines Port-Pre-Tags an das empfangene Paket, wobei der Port-Pre-Tag einen Wert besitzt, der einem oder mehreren Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch, der der Zieladresse zugeordnet ist, entspricht, und Senden (112) des Pakets und des Pre-Tags von einem Hochgeschwindigkeits-Port der ersten Switch-Vorrichtung zu dem Port des Kreuzschienenmatrix-Switch; Empfangen des Pakets und des Pre-Tags bei dem Kreuzschienenmatrix-Switch; anhand des Pre-Tags Senden (114) des Pakets von dem einen oder den mehreren Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch wie in dem Pre-Tag angegeben.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst: nach dem Schritt des Sendens des Pakets von dem einen oder den mehreren Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch Empfangen des Pakets bei einem Hochgeschwindigkeits-Port einer zweiten Switch-Vorrichtung; bei der zweiten Switch-Vorrichtung Vergleichen der Zieladresse des empfangenen Pakets mit einer Aufzeichnung von Zieladressen, die lokalen Ports der zweiten Switch-Vorrichtung zugeordnet sind; und dann Senden (116) des Pakets von dem lokalen Port der zweiten Switch-Vorrichtung, der der Zieladresse des Pakets zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem der Schritt des Anheftens eines Port-Pre-Tags an das empfangene Paket umfasst: Entfernen eines Präambel-Feldes aus dem Paket; und Einfügen des Port-Pre-Tags in das Paket an Stellen, an denen sich vor dem Entfernungsschritt das Präambel-Feld befunden hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, das ferner umfasst: Trainieren der Aufzeichnung in jeder der mehreren Switch-Vorrichtungen, um Zieladressen zu Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch zuzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Trainingsschritt umfasst: Ausgeben eines Nachrichtenpakets von einer der mehreren Switch-Vorrichtungen an einen Port des Kreuzschienenmatrix-Switch; Anwenden eines Trainings-Pre-Tags auf das ausgegebene Nachrichtenpaket bei dem Kreuzschienenmatrix-Switch, wobei der Trainings-Pre-Tag dem Port des Kreuzschienenmatrix-Switch, an den das Paket ausgegeben wurde, entspricht; Senden des Pakets und des Trainings-Pre-Tags über einen oder mehrere der Ports des Kreuzschienenmatrix-Switch zu Entsprechenden der mehreren Switch-Vorrichtungen, die damit verbunden sind; und bei jeder Entsprechenden der mehreren Switch-Vorrichtungen Aufzeichnen eines Zieladressen-Wertes zusammen mit dem Port des Kreuzschienenmatrix-Switch, der dem Wert des Trainings-Pre-Tags entspricht.