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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Datenkommunikationsverfahren
und -Gerät
und insbesondere ein Verfahren und Gerät, die eine Schaltzentrale mit
einer Vielzahl von Datennetzwerk-Zugangsservern verwenden.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
herkömmliche
Weg für
einen Heimnutzer eines Personal-Computers
(PC), um auf das Internet zuzugreifen, ist, einen Telefonanruf über seinen
Telefonbetreiber mit einem Internet-Dienstanbieter aufzubauen. Der Dienstanbieter
ordnet eine Internet-Adresse zu dem PC („Teilnehmer-Endgerät") für die Dauer
einer Sitzung zu und agiert als ein Protokollumwandler für Daten,
die zwischen dem Internet und dem Teilnehmerendgerät übertragen
werden.
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Neuerlich
ist es vorgeschlagen worden, die Funktionalität des Internet-Dienstanbieters
in bestimmten Vermittlungsstellen des Telefonnetzwerkes zu kombinieren.
Ein Vorteil davon ist, dass der Teilnehmer lediglich eine einzelne
Rechnung für
sowohl Telefonanrufe als auch Internet-Zugang empfängt.
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Die
Veröffentlichung
ARKKO J ET AL.: „DIAL-UP
SERVICE VIA THE INTEGRATED ACCESS SYSTEM" ERICSSON REVIEW, No. SPEC. INT. ISS,
2 June 1998 stellt einige der technischen Lösungen dar, die eine Skalierbarkeit
und Kosteneffektivität für einen
Massenmarkt sicherstellen, wenn Benutzer eines Internets oder Intranetzes
auf ihre Netzwerke zugreifen.
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Auf
Vermittlungsstellen, die mit dieser Einrichtung bereitgestellt sind,
wird von Teilnehmern zugegriffen, die eine vordefinierte Zugangsnummer wählen. Die
Vermittlungsstellen enthalten „Intelligenz", die es diesen ermöglicht,
zu erkennen, dass ein Anruf, der an dieser Nummer empfangen wird, eine
Internet-Zugangsanfrage ist. In Reaktion stellt die Vermittlungsstelle
eine Verbindung zwischen dem Teilnehmerendgerät und dem Internet über einen
aus einer Anzahl so genannter Internet-Zugangsserver (IASs-Internet
Access Servers) bereit – alternativ
bekannt als Netzwerkzugangsserver (NASS – Network Access Servers).
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Die
Verbindung zwischen dem Teilnehmerendgerät und dem IAS ist eine Leitungs-vermittelte Verbindung,
d. h. die eine reservierte Bandbreite belegt und verwendet ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP – Point-to-Point
Protocol), wie z. B. definiert in RFC 1661. Die reservierte Bandbreite
umfasst einen Integrierte-Dienste-Digitalnetzwerk-(ISDN – Integrated
Services Digital Network)-Verkehrskanal (5-Kanal), der eine Bandbreite
von 64 Kbit/Sek. bereitstellt.
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Die
Anzahl von IASs, die an einer Vermittlungsstelle bereitgestellt
sind, bestimmt die Internet-Zugangskapazität der Vermittlungsstelle. Jedoch ist
unter Verwendung von PPP die Bandbreite, auf die von einem einzelnen
Teilnehmer zugegriffen werden kann, auf 64 Kbit/Sek. begrenzt (d.
h. ein ISDN-B-Kanal).
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Ein
Mehrfachverbindungs-(Multilink)-PPP (RFC 1990 (1717) (1934) ist
vorgeschlagen worden, um weitere Übertragungsbandbreiten an Benutzerendgeräte bereitzustellen.
Dieses Protokoll verwendet eine Kombination von zwei oder mehr Verbindungen,
um einen einzelnen, größeren Kanal
bereitzustellen. Unter Berücksichtigung
zum Beispiel der Situation, bei der die Teilnehmerleitung zu der
Vermittlungsstelle die Integrierte-Dienste-Digitalnetzwerk-(ISDN)-Benutzernetzwerkschnittstelle
verwendet, ist es möglich,
beide der Kommunikations-B-Kanäle
zum Internet-Zugang
zu verwenden, die auf der Teilnehmerleitung verfügbar sind.
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Dies
funktioniert zufrieden stellend so lange alle der einzelnen B-Kanäle, die
den Multilink-Kanal aufbauen, an der gleichen IAS enden. Jedoch
kann Multilink-PPP nicht arbeiten, wo einzelne B-Kanäle über unterschiedliche
IAS bereitgestellt werden, da die Reihenfolge von Datenpaketen,
die zwischen dem Internet und dem Teilnehmerendgerät gesendet werden,
auf Grund von Variationen in den Übertragungsverzögerungen
zwischen unterschiedlichen B-Kanälen
verloren werden kann. Ebenso stellt IP keinen Mechanismus bereit,
wodurch Pakete mit der gleichen IP-Adresse über unterschiedliche IASs gesendet
werden können.
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Es
scheint oft durch, dass, wenn ein Niederbandbreitenzugang an ein
Benutzerendgerät
bereitgestellt worden ist, und dass ein Endgerät nachfolgend zusätzliche
Bandbreite anfordert (d. h. unter Verwendung von Multilink-PPP),
der zugeordnete IAS jene Bandbreite nicht bereitstellen kann und
daher ein Mehrfachverbindungszugang nicht bereitgestellt werden
kann. Obwohl es möglich
ist, immer Ersatzkapazität
auf einem IAS für
ein Teilnehmerendgerät
bereitzustellen, das bereits einem Kanal auf jenem IAS zugeordnet
ist, kann dieses verschwenderisch von Bandbreitenressourcen sein.
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Dieses
Problem könnte
durch Erhöhen
der Kapazität
gelindert werden, die von einem IAS bereitgestellt wird. Jedoch
ist eine Kapazität
eine Funktion einer Prozessorleistung, eines Leistungsverbrauchs, einer
Brettgröße, usw.
und kann nicht leicht erzielt werden. Eine alternative Lösung, die
vorgeschlagen worden ist, beteiligt ein Verbinden mehrerer IASs
(die normalerweise in der Form von gedruckten Schaltungsbrettern
bereitgestellt werden, die in Einbaugehäuse einer Vermittlungsstelle
geladen werden) mit einem gemeinsamen Mehrfachspur-Zellenbus. Der Nachteil
dieser Lösung
ist, dass die Anzahl von IAS die in dieser Weise miteinander verbunden
werden können,
begrenzt ist (auf Grund von Grenzen, die von der Kapazität des gemeinsamen
Bus auferlegt werden) und ebenso, dass ein neues Inter-IAS-Kommunikationsprotokoll
erforderlich ist.
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Es
wird erwähnt,
dass ähnliche
Probleme beim Verbinden eines Teilnehmerendgerätes mit anderen Typen von Datennetzwerken über Datennetzwerk-Zugangsservern
entstehen, wo es gewünscht wird,
ein Multilink-PPP zu verwenden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile
zu überwinden
oder zumindest zu lindern. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Schaltzentrale zum Verbinden eines Benutzerendgerätes mit
einem Datennetzwerk unter Verwendung eines Mehrfachverbindungs-Punkt-zu-Punkt-Datenkommunikationsprotokolls
bereitzustellen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Verbinden eines Endgerätes
mit einem Datennetzwerk bereitgestellt, bei dem die Verbindung durch
einen einer Vielzahl von Datennetzwerk-Zugangsservern hergestellt wird,
die mit dem Datennetzwerk gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst:
Empfangen
einer anfänglichen
Datennetzwerkzugangsanfrage von dem Endgerät, wobei die Anfrage an eine
erste Adresse gerichtet ist, die an dem Endgerät vordefiniert ist;
in
Reaktion auf die anfängliche
Anfrage, Allozieren eines ersten Übertragungskanals an das Endgerät auf einem
der Datennetzwerkzugangsserver, für den der Anteil der Kommunikationsbandbreite
in Verwendung weniger als ein vorbestimmter Anteil ist;
Liefern
einer neuen Datennetzwerkzugangsadresse an das Endgerät;
Empfangen
einer nachfolgenden Zugangsanfrage von dem Endgerät, die an
die neue Adresse gerichtet ist;
in Reaktion auf die nachfolgende
Anfrage, Allozieren eines weiteren Übertragungskanals an das Endgerät auf dem
Datennetzwerkzugangskanal, auf dem der erste Kanal bereits bereitgestellt
wird, selbst falls der Anteil der Kommunikationsbandbreite des Datennetzwerkzugangsservers
in Verwendung den vordefinierten Anteil überschreitet.
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Durch
Sicherstellen, dass die Übertragungsbandbreite
für ein
gegebenes Endgerät
immer auf einem einzelnen Datennetzwerk-Zugangsserver zugeordnet wird, stellen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sicher, dass ein Mehrfachverbindungs-Punkt-zu-Punkt-Protokoll
als das Kommunikationsprotokoll zwischen dem Endgerät und dem
Datennetzwerk verwendet werden kann. Darüber hinaus erhöhen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeit durch Vermeiden von
Zugang zu einem bestimmten, reservierten Teil der Kapazität jedes
Netzwerk-Zugangsserver für erstmalige
Anfragen, dass Kapazität
an einem gegebenen Netzwerk-Zugangsserver
für ein
Mehrfachverbindungs-Punkt-zu-Punkt-Protokoll verfügbar ist.
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In
bestimmten Ausführungsformen
der Erfindung ist das Datennetzwerk ein Weitbereichsnetzwerk, wie
zum Beispiel das Internet, in welchem Fall die Datennetzwerk-Zugangsserver
Internet-Zugangsserver sind.
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Die
Netzwerk-Zugangsserver können
an einer einzelnen Schaltzentrale bereitgestellt werden, an die
Zugangsanfragen von dem Teilnehmerendgerät gerichtet werden. Alternativ
können
die Netzwerk-Zugangsserver über
mehrere Schaltzentralen verteilt sein, bei denen Zugangsanfragen
zwischen Schaltzentralen in Abhängigkeit
einer Nachfrage weitergeleitet werden.
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Die
oder jede Schaltzentrale, bei der Datennetzwerk-Zugangsserver bereitgestellt werden,
kann eine Vermittlungsstelle eines Telefonnetzwerkes sein, in welchem
Fall das Endgerät
mit der Vermittlungsstelle/den Vermittlungsstellen über eine
Telefonleitung des Telefonnetzwerkes oder über einen drahtlosen Telefonkommunikationskanal
verbunden sein kann. Vorzugsweise sind die ersten und die neuen
Adressen Telefonnummern (B-Nummern),
die von dem Endgerät
angerufen werden können
(siehe zum Beispiel ITU-T, I. 331, E. 164).
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Das
Endgerät
kann mit einem weiteren Datennetzwerk verbunden sein, z. B. einem
Lokalbereichsnetzwerk (LAN – Local
Area Network) und über jenes
Netzwerk mit der Schaltzentrale/den Schaltzentralen.
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Das
Endgerät
kann ein Teilnehmerendgerät sein,
auf dem eine Benutzeranwendung läuft,
z. B. ein Web-Browser. Alternativ kann das Endgerät eine Weiterleitungsfunktionalität für andere
Endbenutzer-Endgeräte
bereitstellen, die mit dem zuerst erwähnten Endgerät über ein
Lokalbereichsnetzwerk (LAN) oder ein Weitbereichsnetzwerk (WAN)
verbunden sind.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zum Verbinden
eines Endgerätes
mit einem Datennetzwerk bereitgestellt, wobei das Gerät umfasst:
eine
Vielzahl von Datennetzwerkzugangsservern, die angepasst sind, mit
dem Datennetzwerk gekoppelt zu werden;
eine erste Empfangsvorrichtung
zum Empfangen einer anfänglichen
Datennetzwerkzugangsanfrage von dem Endgerät, wobei die Anfrage an eine
erste Adresse gerichtet ist, die an dem Endgerät vordefiniert ist;
eine
erste Steuervorrichtung, die angeordnet ist, in Reaktion auf die
anfängliche
Anfrage einen ersten Übertragungskanal
auf einem der Datennetzwerkzugangsserver an das Endgerät zu allozieren,
für den der
Anteil der Kommunikationsbandbreite in Verwendung weniger als ein
vorbestimmter Anteil ist;
eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen
an das Endgerät
einer neuen Datennetzwerkzugangsadresse;
eine zweite Empfangsvorrichtung
zum Empfangen einer nachfolgenden Zugangsanfrage von dem Endgerät, die an
die neue Adresse gerichtet ist;
eine zweite Steuervorrichtung,
die angeordnet ist, in Reaktion auf die nachfolgende Anfrage, einen
weiteren Übertragungskanal
auf dem Datennetzwerkzugangsserver an das Endgerät zu allozieren, auf dem der
erste Kanal bereits bereitgestellt wird, selbst falls der Anteil
der Kommunikationsbandbreite des Datennetzwerkzugangsservers in
Verwendung den vordefinierten Anteil überschreitet.
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In
einer Ausführungsform
des obigen, zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Datennetzwerk
das Internet und die Datennetzwerk-Zugangsserver sind Internet-Zugangsserver.
Vorzugsweise umfasst das Gerät
eine Vielzahl von Schaltzentralen, unter denen die Internet-Zugangsserver verteilt
sind. Hoch vorzugsweise sind die Schaltzentralen Vermittlungsstellen
eines Telefonnetzwerkes und das Netzwerk umfasst eine Telefonleitung
oder eine drahtlose Funktelefonverbindung, die das Endgerät mit der
Vermittlungsstelle koppelt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie das gleiche in Wirkung
gebracht werden kann, wird sich nun mittels eines Beispiels auf
die begleitenden Zeichnungen bezogen, in denen:
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1 schematisch
die Architektur eines öffentlichen
Telefonnetzwerkes zeigt, das ein Teilnehmerendgerät mit dem
Internet verbindet;
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2 allgemein
die Protokollstapel darstellt, die von Internet-Zugangsservern des
Netzwerkes aus 1 bereitgestellt werden; und
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3 ein
Flussdiagramm ist, das die Verfahren eines Betriebs des Netzwerks
aus 1 darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
von Ausführungsformen
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Es
wird in 1 ein Personal-Computer (PC) 1 dargestellt,
der mit einem Lokalbereichsnetzwerk (LAN) 2 verbunden ist.
Das LAN 2 stellt typischerweise ein Datenkommunikationsnetzwerk
zur Intra-Büro-
oder Intra-Gebäude-Kommunikation
bereit. Das LAN 2 weist einen Server auf (nicht gezeigt in 1),
der das LAN steuert und dieses mit einer Teilnehmerleitung 3 eines öffentlichen
Telefonnetzwerkes 4 verbindet.
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Eine
Verbindung kann zwischen der Teilnehmerleitung 3 und einer
schaltenden Vermittlungsstelle 5 des Netzwerkes 4 über einen
Konzentrator/Zentralumschalter 6 durchgeführt werden.
Der Konzentrator empfängt
viele unterschiedliche Teilnehmerleitungen und multiplext/demultiplext
Signale zwischen jenen Leitungen und einer Hochkapazitäts-Hauptleitung 7,
die den Konzentrator 6 mit der Vermittlungsstelle 5 verbindet.
Verbindungen zwischen dem Konzentrator 6 und der Vermittlungsstelle
können manchmal
weitere, dazwischen liegende, schaltende Vermittlungsstellen verwenden,
obwohl diese nicht in 1 gezeigt sind. Zum Zwecke des
vorliegenden Beispiels wird angenommen, dass das Telefonnetzwerk 4 die
Integrierte-Dienste-Digitalnetzwerk-(ISDN)-Benutzernetzwerkschnittstelle
für Kommunikationen
zwischen dem LAN 2 und der Vermittlungsstelle 5 verwendet.
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Die
Vermittlungsstelle 5 ist mit einer Anzahl (in diesem Falle
vier) von Internet-Zugangsservern (IASs) 8a bis 8d verbunden,
die wiederum parallel mit einem Zentrum/Hub 9 verbunden
sind. Das Zentrum 9 agiert ist ein Multiplexer/Demultiplexer
zwischen den IASs 8 und einem Router/Weiterleiter 15, über den
das Telefonnetzwerk 4 mit dem „offenen" Internet verbunden ist. Jede IAS 8 ist
mit einem gedruckten Schaltungsbrett bereitgestellt, das in einem
Einbaugehäuse
der Vermittlungsstelle 5 installiert ist.
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Die
Vermittlungsstelle 5 ist mit jedem IAS 8 über eine
Leitung verbunden, die 32 64 Kbits/Sec-Kanäle bereitstellt. Ein Teilnehmerendgerät wird einem
dieser Kanäle
auf Anfrage hin derart zugeordnet, dass eine Leitungs-vermittelte
Verbindung zwischen dem Teilnehmerendgerät 1 und einem IAS 8 hergestellt
werden kann. Ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP) wird verwendet,
um den Kanal zwischen dem Teilnehmerendgerät 1 und dem zugeordneten
IAS 8 herzustellen und zu steuern (einschließlich Zuordnen
einer IP-Adresse zu dem Teilnehmerendgerät). Die Protokollstapel, die
in dem IAS 8 gegenwärtig
sind, sind in 2 dargestellt, bei denen der
linke Stapel für
Kommunikationen mit dem Teilnehmerendgerät 1 sorgt, während der
rechte Stapel für
Kommunikationen mit dem Internet sorgt.
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Die
Vermittlungsstelle 5 weist ein Allokationssteuergerät 11 auf
oder ist mit diesem verbunden, das einen Mikroprozessor oder digitalen
Signalprozessor mit verknüpftem
Speicher umfassen kann. Das Steuergerät 11 hält einen
Satz oder eine Datenbank von Teilnehmeridentitäten aufrecht (d. h. Teilnehmerleitungsnummern),
für die
gegenwärtig
eine aktive Internetverbindung existiert und die für jede derartige
Identität
die zugeordnete Bandbreite (d. h. Anzahl von B- Kanälen)
und IAS 8. Das Steuergerät 11 steuert ebenso
die Allokation von IASs und Übertragungskanälen zu Teilnehmerleitungen
in Abhängigkeit
der Daten, die in seiner Datenbank gespeichert sind.
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Der
Betrieb des Netzwerkes aus 1 wird nun
unter Bezug auf das Flussdiagramm aus 3 beschrieben.
Betrachten wir zunächst
den Fall, bei dem ein PC 1 zum ersten Mal einen Niederbandbreiten-Internetzugang über den
Server in seinem LAN 2 anfordert (Schritt 17)
und einen der verfügbaren ISDN-B-Kommunikationskanäle verwendet.
Diese Anfrage wird durch Wählen
von dem Server einer vordefinierten Telefonnummer (B-Nummer) durchgeführt, die
den Anruf und die Anfrage an die Vermittlungsstelle 5 weiterleitet.
Die Vermittlungsstelle erkennt die Natur des Anrufes und ordnet
dem Teilnehmer einen B-Kanal auf einem bestimmten der IASs 8a zu
(Schritt 18).
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Innerhalb
jedes IAS 8 wird ein vordefinierter Teil der Gesamtübertragungskapazität für Mehrfachverbindungs-Internetzugangsanfragen
reserviert. Für
den Zweck dieses Beispiels ist der reservierte Teil 20%, obwohl
ein anderer geeigneter Teil in Abhängigkeit der erwarteten, relativen
Nachfrage nach PPP und Mehrfachverbindungs-PPP (MP) gewählt werden
kann. Die B-Kanal-Allokation, die von dem Steuergerät 11 für eine erstmalige
Anfrage durchgeführt
wird, wird daher von einem IAS durchgeführt, bei dem die Kapazität in Verwendung
weniger als 80% beträgt.
Das Steuergerät 11 zeichnet
dann die Telefonnummer (A-Nummer) des Anrufers zusammen mit dem
IAS 8a auf, der zu dem Teilnehmer zugeordnet ist. Der PC 1 ist
dann in der Lage, auf das Internet unter Verwendung von PPP zuzugreifen.
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Das
Steuergerät 11 gibt
dann an den PC 1 eine neue Zugangsanfragenummer (B-Nummer) 14 unter
Verwendung eines Mehrfachverbindungs-PPP zurück (Schritt 19). An
dem PC 1 ersetzt diese B-Nummer temporär die zuvor verwendete Zugangsnummer.
Die neue B-Nummer ist effektiv ein Zugangsschlüssel für das Teilnehmerendgerät 1 zu
den reservierten 20% einer Kapazität an dem IAS 8a, auf dem
der erste B-Kanal zugeordnet wurde.
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In
dem Fall, dass der Teilnehmer (PC 1) eine zusätzliche Übertragungsbandbreite
zum Kommunizieren mit dem Internet benötigt, wird ein neuer Anruf (Schritt 20)
auf dem zweiten ISDN-B-Kommunikationskanal zu der neuen B-Nummer
durchgeführt
und die Anfrage wird weiter zu der Vermittlungsstelle 5 geleitet.
Das Steuergerät 11 erkennt,
dass dies eine Anfrage ist, ein Mehrfachverbindungs-PPP zu verwenden
(Schritt 17) und darüber
hinaus, dass der Teilnehmer das Recht hat, auf die reservierten
20% einer Kapazität
in dem IAS 8a zuzugreifen, bei dem der erste Kanal bereits
existiert. Ein zweiter B-Kanal wird dann dem Teilnehmer auf dem
IAS 8a zugeordnet (Schritt 21). Ähnlich werden
dritte, vierte, usw. Zugangsanfragen (falls möglich) an die neue B-Nummer
gerichtet, auf deren Basis das Steuergerät 11 weitere B-Kanäle zu dem
Teilnehmer auf dem IAS 8a zuordnet.
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Wenn
eine Verbindung beendet wird (Schritt 22) und eine neue
erstmalige Zugangsanfrage durchgeführt wird, kehrt der PC 1 zu
der ursprünglichen vorgespeicherten
B-Nummer zurück,
um die Anfrage durchzuführen.
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Es
wird von dem auf dem Gebiet tätigen Fachmann
anerkannt, dass unterschiedliche Modifikationen gegenüber der
oben beschriebenen Ausführungsform
getätigt
werden können,
ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum
Beispiel kann das Telefonnetzwerk angeordnet sein, eine Internet-Zugangsanfrage
von der Vermittlungsstelle 5 zu einer alternativen Vermittlungsstelle weiterzuleiten,
wenn die erste Vermittlungsstelle keine ausreichende Kapazität aufweist,
um der Anfrage zu genügen.
Diese Übertragung
kann sowohl für
erstmalige Anfragen als auch für
Mehrfachverbindungsanfragen gelten. Im letzteren Fall kann die Übertragung
in der gleichen Weise durchgeführt
werden, wie oben für
die Intra-Vermittlungsstellen-IAS-zu-IAS-Übertragung
beschrieben.
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Während die
obige Ausführungsform
unter Bezug auf Multilink-PPP
beschrieben worden ist, kann jedes ähnliche Protokoll verwendet
werden, das es erlaubt, dass zwei oder mehrere getrennte Kanäle effektiv
in einem einzelnen Kanal mit hoher Bandbreite verbunden werden,
zum Beispiel Multilink + PPP. In einer anderen Modifikation wird
die PPP- oder MP-Verbindung zwischen den IAS und dem Server des
LAN 2 hergestellt. Der Server leitet dann Daten zu und
von den Teilnehmerendgeräten
weiter, die mit dem LAN verbunden sind.