JP3980244B2 - Ｕｓｂに基づくネットワーキングおよび入出力ハブ - Google Patents
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- Information Transfer Systems (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、コンピュータ・システム・ネットワークに関し、より詳細には、ネットワーク化されたパーソナル・コンピュータ・システムに関する。さらに詳細には本願は、コンピュータのネットワーク化のために、ユニバーサル・シリアル・バスに基づく通信を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータのネットワーク化は、当業界において一般的であり、数年来そうであった。ネットワーク内の多数のコンピュータ・システムを接続する能力は、サーバ／クライアントとしてであろうとピア・ツー・ピアであろうと、ビジネスに不可欠のツールとなり、最近はユーザの家庭に入り始めた。コンピュータのネットワーク化を可能な限り多数の人々が利用できるようにするには、これらのネットワークのセットアップおよび操作を可能な限り容易にすることが望ましい。
【０００３】
現在のネットワーキング機器は一般に、ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）からなり、このＮＩＣは、各コンピュータ・システムにインストールされ、次いで他のコンピュータ・システムに接続される。このＮＩＣをインストールすることすら、ほとんどのコンピュータ・ユーザの能力を越えている。なぜなら、ＮＩＣのインストールは一般に、コンピュータ・システムのシャシを実際に開け、ＮＩＣをシステム・ボード上に物理的にインストールすることが必要となるからである。
【０００４】
次いで各ＮＩＣを、多数のシステムを「ハブ・アンド・スポーク」構成でネットワーク化することのできるネットワーク・ハブに接続するか、あるいは、他の１つまたは複数のシステムにデイジー・チェーン構成で直接接続しなければならない。次いで、適切なオペレーティング・システム・ドライバを使用して、各システムを相互に通信するように構成しなければならない。その後プリンタなどの他の機器をネットワークに接続し、このネットワーク上のコンピュータ・システム間で共用することができる。
【０００５】
コンピュータ・ネットワークのセットアップが比較的複雑なため、技術者を雇う費用を進んで引受ける気があり、かつそうすることが可能でない限り、インストールを行うことは、ほとんどの個人または小企業の能力を越えている。したがって、コンピュータ・システムおよび機器をネットワーク化する、可能な限り容易な手段を実現することが望ましい。
【０００６】
ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）仕様は、ホスト・コンピュータと、同時にアクセス可能な広範な周辺装置との間のデータ交換をサポートするケーブル・バスを記述している。このバスにより、ホストと他の周辺装置が動作中に、周辺装置を接続し、構成し、使用し、取り外すことが可能となる。すなわち、周辺装置は「ホット・スワップ可能」である。今や、ほとんどのパーソナル・コンピュータ・システムが、インストールされたＵＳＢポートを備えているので、ユーザは任意の数の周辺装置をホスト・コンピュータ・システムに単にプラグインして、広範な装置を容易に接続し、取り外すことができる。
【０００７】
このホスト・コンピュータ・システムは、ＵＳＢホスト・コントローラがインストールされているシステムである。これは、ホスト・ハードウェア・プラットフォーム（ＣＰＵ、バス等）、および使用中のオペレーティング・システムを含む。これは一般に、存在する唯一の実コンピュータ・システムであり、接続された他のＵＳＢ装置はすべて、ＵＳＢハブまたはこのコンピュータ・システム用の周辺装置のいずれかである。http://www.usb.orgにて入手可能であり、参照により本明細書中に合体するが、ＵＳＢ仕様では、いかなるＵＳＢシステム内にも、ただ１つのホストしか存在しないことが必要とされることに留意されたい。
【０００８】
ＵＳＢシステムには、上述のＵＳＢホストと、プリンタ、スキャナ、モデムなど１つまたは複数のＵＳＢ装置と、ＵＳＢ装置をホストに接続し、ホストと通信する方式（manner）であるＵＳＢインターコネクトという、３つの基本的なタイプの装置がある。インターコネクトは、バス・トポロジー、インター・レイヤー・リレーションシップ、データ・フロー・モデル、およびＵＳＢスケジュールを含む。インターコネクト、ならびに装置およびホストの要件の詳細は、ＵＳＢ仕様にあるが、平均的ユーザの関心事ではない。
【０００９】
ＵＳＢ接続およびＵＳＢ装置を使用することが平均的ユーザにとって容易なため、ＵＳＢは、コンピュータ・システムおよび装置間の多数の通信を実施する好ましい手段である。しかしＵＳＢ仕様では、どのシステム内にも、ただ１つのＵＳＢホストしか存在しないことが必要とされるので、ＵＳＢは複数のコンピュータ・システムのネットワークには、利用できなかった。したがって、ＵＳＢシステムの使い易さを、コンピュータのネットワーク化システムに組み込む手段を提供し、ほとんどのユーザにとって技術的に分かりやすい、改善されたコンピュータ・ネットワーキング・システムを提供することが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の一目的は、改善されたコンピュータ・システム・ネットワークを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、パーソナル・コンピュータをネットワーク化する改善されたシステムおよび方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、ユニバーサル・シリアル・バスに基づく通信を使用して、パーソナル・コンピュータをネットワーク化する改善されたシステムおよび方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
したがって、ＵＳＢ通信を使用してパーソナル・コンピュータ・システム間でネットワーク通信を提供するシステムおよび方法がここに提供される。本開示のＵＳＢネットワーキング・ハブによって、ＵＳＢに基づくネットワーク内に複数のホストが存在することができるようになる。このネットワーキング・ハブは、複数ホスト間の通信に対応する統合仮想ネットワーク・アダプタを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、本発明のいくつかの好ましい実施形態の動作および特徴について詳述するが、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義され、以下のどの説明によっても定義されないことが、当業者には理解されよう。
【００１５】
次に図、特に図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態がその中で実施されるデータ処理システムのブロック図を示している。データ処理システム１００は例えば、米国ニューヨーク州アーモンクのインターナショナル・ビジネス・マシンズ・コーポレイション（ＩＢＭ）から市販のデスクトップ型パーソナル・コンピュータの１つでもよい。データ処理システム１００は、処理装置１０１および１０２を含み、これらの処理装置は、例示的実施形態では、それぞれレベル２（Ｌ２）のキャッシュ１０３および１０４に接続され、これらのキャッシュは、それぞれシステム・バス１０６に接続されている。
【００１６】
システム・バス１０６には、システム・メモリ１０８およびプライマリ・ホスト・ブリッジ（ＰＨＢ）１２２も接続されている。ＰＨＢ１２２は、入出力バス１１２をシステム・バス１０６に結合し、データ・トランザクションを一方のバスから他方のバスに中継または変換する。例示的実施形態では、データ処理システム１００は、入出力バス１１２に接続されたグラフィックス・アダプタ１１８を含み、ディスプレイ１２０に対するユーザ・インターフェース情報を受け取る。ハード・ディスク・ドライブでもよい不揮発生記憶装置１１４、ならびに従来型のマウス、トラックボール、または類似のものを含んでもよいキーボード／ポインティング・デバイス１１６などの周辺装置は、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）ブリッジ１２１によって入出力バス１１２に接続されている。ＰＨＢ１２２は、入出力バス１１２によって、ＰＣＩスロット１２４およびＵＳＢコントローラ１２６にも接続されている。
【００１７】
図１の例示的実施形態は、単に本発明を説明する目的で示したものにすぎず、形態および機能の両面で、多数の変形形態が可能であることを当業者なら理解されよう。例えばデータ処理システム１００は、コンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、サウンド・カード、オーディオ・スピーカ、ならびに他の多数のオプション・コンポーネントを含んでもよい。そのような変形形態はすべて、本発明の趣旨および範囲に含まれると考えられる。データ処理システム１００、および後述の例示的ネットワーキング・ハブは、説明のための例として示したものにすぎず、アーキテクチャ上の限界を暗示するものではない。
【００１８】
次に図２を参照すると、ネットワーキング・ハブ（Networking hub）２００は、複数のサブハブ２０２、２０４、２０６を含み、そのそれぞれが、関連する仮想ネットワーク・アダプタ（ＶＮＡ）２１０、２１２、２１４を有する。各サブハブ（sub-hub）は、ホスト接続２２０、２２２、２２４で単一のアップストリーム・ホストに接続され、ポート２３０、２３２、２３４上の１つまたは複数のＵＳＢ装置に接続されている。ＵＳＢ仕様では、ＵＳＢ周辺装置を「機能」と呼んでいることに留意されたい。「装置」と「機能」という用語はここでは交換可能に使用する。各サブハブによって、それぞれのサブハブのアップストリーム・ホストと、そのサブハブのポートに接続された装置との間で、従来の方法で通信することができるようになる。この図では、各サブハブにただ１つのポートしか取り付けられていないが、各サブハブは複数のポートをサポートできることを、当業者なら理解されよう。
【００１９】
各サブハブのそれぞれのＶＮＡ２１０、２１２、２１４は、論理相互接続２４０を通じて相互接続され、各サブハブ間の通信を可能にする。ＶＮＡシステムを介して通信することにより、複数ホスト間の通信が可能になる。各サブハブは、１つのアップストリーム接続、１つのＶＮＡ、および１つまたは複数のダウンストリーム接続に対処することができる。アップストリーム接続２２０、２２２、２２４は、直接ホストに接続する必要はなく、例えば一連の相互接続されたＵＳＢハブを介して接続してもよいことに留意されたい。
【００２０】
各ＵＳＢシステムにただ１つのホストしか接続できないことを必要とするＵＳＢ仕様の限界を克服するために、ＶＮＡシステムが提供される。好ましい実施形態では、ＶＮＡ２１０、２１２、２１４は各ホストにとって、それぞれのサブハブ２０２、２０４、２０６に接続されたイーサネット・アダプタに見える。したがって各ホストは、それぞれのサブハブのＶＮＡを介して通信することにより、他のサブハブと相互に通信することができ、かつ他のサブハブに接続されたノードおよび装置と通信することができる。
【００２１】
次に図３を参照すると、代替ネットワーキング・ハブ２５０が提供され、その中で単一のＶＮＡコントローラ２６０が、各サブハブ２５２、２５４、２５６間の通信を管理する。この実施形態は、ホストおよびＵＳＢ装置にとって機能的には図２の実施形態と同一に見えるが、複数のＶＮＡコントローラ２１０、２１２、２１４の機能を１つのＶＮＡコントローラ２６０に統合することによって、ロジックの無駄な重複を削減する。この単一のＶＮＡは、各サブハブにとって、それ自体専用のネットワーク装置に見える。
【００２２】
このシステムは、上述のとおり動作し、アップストリーム接続２７０、２７２、２７４上のホストがそれぞれサブハブ２５２、２５４、２５６を介してポート２８０、２８２、２８４上のＵＳＢ装置に通信することを可能にする。ＶＮＡ２５０によってサブハブ間の通信が可能となり、したがって各ホストが相互に効果的に通信することができる。ＶＮＡ間モジュール２８６およびハブ間ＶＮＡ接続２８８によって、複数のネットワーキング・ハブを相互接続することが可能となる。
【００２３】
次に図４を参照すると、例示的なＶＮＡ３００のより詳細なブロック図を示している。ＶＮＡ３００は、図２に示すとおり、複数のサブハブ入力を有する単一のＶＮＡである。ＵＳＢ Ｉ／Ｆブロック３３０、３４０、３５０は、ＶＮＡが相互接続するＵＳＢサブハブ用のＵＳＢインターフェース接続である。これらは、ＶＮＡ通信を管理するマイクロコントローラ３１０に接続される。ＶＮＡファームウェア３７０は、不揮発性フラッシュ・メモリに格納することが好ましい。ランダム・アクセス・メモリ３６０は、バッファおよびスクラッチパッド・メモリとして使用される。
【００２４】
ＶＮＡ間ポート３８０は、他のＶＮＡに直接接続するために使用されるオプション・ポートである。好ましい実施形態では、このポートを介する通信は、標準のシリアル通信であり、複数のＶＮＡを接続するために標準ヌル・モデム・ケーブルを使用することができる。もちろん、より高い帯域幅が望まれる場合には、任意の数の高速相互接続でこのポートを実施することもできる。
【００２５】
ＵＳＢＩ／Ｆ（ＶＮＡ）ブロック３２０は、ＶＮＡがＵＳＢ「機能」または装置として動作するためのオプションの専用ＵＳＢポートである。これは、ＵＳＢホストがＶＮＡと直接通信するために、例えばＶＮＡファームウェアを更新するために使用することができる。
【００２６】
図５を参照すると、ネットワーク・ハブの初期化順序を詳述する流れ図を示している。起動時に（ステップ４１０）、ＶＮＡマイクロコントローラがＵＳＢインターフェースを初期化しかつイネーブルして、接続（attach）されたサブハブが認識し接続できるようにする（ステップ４２０）。次いで、コネクトされたサブハブがＶＮＡを認識し、ＵＳＢ機能として接続する（ステップ４３０）。この後、ホストがサブハブに、そのＵＳＢアップストリーム接続を介して問い合せたとき（ステップ４４０）、サブハブは、ＶＮＡが接続されたＵＳＢ機能であることを示す（ステップ４５０）。その後ホストは、ＶＮＡをＵＳＢサブハブに接続されたネットワーク・アダプタと見なすので、ＶＮＡをＵＳＢ／ネットワーク機能として接続する（ステップ４６０）。次いでホストは、ＶＮＡに対する適切なネットワーク・ドライバをロードし（ステップ４７０）、初期化ルーチンが終了する（ステップ４８０）。
【００２７】
次に図６を参照すると、ＶＮＡデータ移送ルーチンを示す流れ図を示している。システムが動作しているとき（ステップ５１０）、ＶＮＡマイクロコントローラが、サブハブ経由でそのＵＳＢインターフェースの１つを介してホストからデータ・パケットを受信する（ステップ５２０）。このデータ・パケットはＶＮＡＲＡＭにバッファされ（ステップ５３０）、次いで、宛先サブハブに送出される（ステップ５４０）。データ・パケットが再送出されるとき、ＶＮＡコントローラは、発信元でないＵＳＢインターフェースに対してのみこのパケットを再ブロードキャストすることに留意されたい。これによって、再送信されたパケット・ブロードキャストを発信元のサブハブが受信することが防止される。次に、ＶＮＡ間ポートがイネーブルされている場合には（ステップ５５０）、データ・パケットは、ＶＮＡ間接続を介しても送出される（ステップ５６０）。最後に、すベてのブロードキャストが完了すると、ＶＮＡ ＲＡＭバッファがクリアされ（ステップ５７０）、ルーチンが終了する（ステップ５８０）。
【００２８】
以上本発明を好ましい実施形態に関して詳細に示し、かつ述べたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細に様々な変更を加えることができることを当業者なら理解されよう。例えば、上記の議論では、特にユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）仕様について述べたが、この開示のネットワーク化システムおよび仮想ネットワーク・アダプタは、いかなる通信基準、ならびに異なるコンピュータ・アーキテクチャおよびシステムに対しても修正可能である。他の変形形態も、確かに当業者の能力の範囲内にあり、特許請求の範囲に含まれると期待される。
【００２９】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３０】
（１）それぞれが通信ポートを有する複数のコンピュータ・システムと、
前記通信ポートのそれぞれに接続された装置ハブと、
前記装置ハブに接続された少なくとも１つの周辺装置とを備えるコンピュータ・システム・ネットワークであって、
前記装置ハブが、各コンピュータ・システムには、取り付けられたネットワーク・アダプタを有するハブに見えるネットワーク。
（２）前記装置ハブが複数のサブハブを有し、各サブハブが前記コンピュータ・システムのそれぞれに接続されている、上記（１）に記載のネットワーク。
（３）前記装置ハブが、前記コンピュータ・システムのそれぞれ用の専用ネットワーク・アダプタをエミュレートするマイクロプロセッサ・システムを備える、上記（１）に記載のネットワーク。
（４）前記コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記装置ハブと通信する、上記（１）に記載のネットワーク。
（５）前記通信ポートがＵＳＢポートである、上記（１）に記載のネットワーク。
（６）前記コンピュータ・システムが、前記装置ハブを介して相互に通信する、上記（１）に記載のネットワーク。
（７）コンピュータ・システムがそれぞれ、少なくとも１つの前記周辺装置を動作させることができる、上記（１）に記載のネットワーク。
（８）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信するように動作可能に接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
前記サブハブのそれぞれに接続された仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
前記仮想ネットワーク・アダプタが、各サブハブに接続されたネットワーク・アダプタをエミュレートし、前記サブハブ間の通信を可能にする通信ハブ。
（９）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１０）前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（８）に記載の通信ハブ。（１１）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１２）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１３）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信するように動作可能に接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
それぞれが前記サブハブのそれぞれに接続された、複数の仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
前記仮想ネットワーク・アダプタのそれぞれが、そのそれぞれのサブハブに接続されたネットワーク・アダプタをエミュレートし、前記サブハブ間の通信を可能とするように相互に接続されている通信ハブ。
（１４）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１５）前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１６）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１７）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１８）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信する動作をするように接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
前記サブハブのそれぞれに接続された、仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
第１のホスト・コンピュータ・システムから前記サブハブのうち第１のサブハブを介してデータを受信するステップと、
前記仮想ネットワーク・アダプタが、前記データを他のすべての前記サブハブに送信するが、前記サブハブの前記第１のサブハブには送信しないステップを実行する通信ハブ。
（１９）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２０）
前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２１）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２２）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２３）前記仮想ネットワーク・アダプタを、他のハブの仮想ネットワーク・アダプタに接続することができ、その間でホスト通信を可能とする、上記（１８）に記載の通信ハブ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従った、データ処理システムのブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に従った、ネットワーキング・ハブのブロック図である。
【図３】本発明の代替実施形態に従った、ネットワーキング・ハブのブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に従った、仮想ネットワーク・アダプタのより詳細なブロック図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に従った、仮想ネットワーク・アダプタの初期化処理の流れ図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従った、データ伝送ルーチンの流れ図である。
【符号の説明】
２００ 入出力およびネットワーキング・ハブ
２０２ サブハブ
２０４ サブハブ
２０６ サブハブ
２１０ 仮想ネットワーク・アダプタ
２１２ 仮想ネットワーク・アダプタ
２１４ 仮想ネットワーク・アダプタ
２２０ アップストリーム０
２２２ アップストリーム１
２２４ アップストリームｎ
２３０ ポート０
２３２ ポート１
２３４ ポートｎ
２４０ ＶＮＡ論理相互接続
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、コンピュータ・システム・ネットワークに関し、より詳細には、ネットワーク化されたパーソナル・コンピュータ・システムに関する。さらに詳細には本願は、コンピュータのネットワーク化のために、ユニバーサル・シリアル・バスに基づく通信を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータのネットワーク化は、当業界において一般的であり、数年来そうであった。ネットワーク内の多数のコンピュータ・システムを接続する能力は、サーバ／クライアントとしてであろうとピア・ツー・ピアであろうと、ビジネスに不可欠のツールとなり、最近はユーザの家庭に入り始めた。コンピュータのネットワーク化を可能な限り多数の人々が利用できるようにするには、これらのネットワークのセットアップおよび操作を可能な限り容易にすることが望ましい。
【０００３】
現在のネットワーキング機器は一般に、ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）からなり、このＮＩＣは、各コンピュータ・システムにインストールされ、次いで他のコンピュータ・システムに接続される。このＮＩＣをインストールすることすら、ほとんどのコンピュータ・ユーザの能力を越えている。なぜなら、ＮＩＣのインストールは一般に、コンピュータ・システムのシャシを実際に開け、ＮＩＣをシステム・ボード上に物理的にインストールすることが必要となるからである。
【０００４】
次いで各ＮＩＣを、多数のシステムを「ハブ・アンド・スポーク」構成でネットワーク化することのできるネットワーク・ハブに接続するか、あるいは、他の１つまたは複数のシステムにデイジー・チェーン構成で直接接続しなければならない。次いで、適切なオペレーティング・システム・ドライバを使用して、各システムを相互に通信するように構成しなければならない。その後プリンタなどの他の機器をネットワークに接続し、このネットワーク上のコンピュータ・システム間で共用することができる。
【０００５】
コンピュータ・ネットワークのセットアップが比較的複雑なため、技術者を雇う費用を進んで引受ける気があり、かつそうすることが可能でない限り、インストールを行うことは、ほとんどの個人または小企業の能力を越えている。したがって、コンピュータ・システムおよび機器をネットワーク化する、可能な限り容易な手段を実現することが望ましい。
【０００６】
ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）仕様は、ホスト・コンピュータと、同時にアクセス可能な広範な周辺装置との間のデータ交換をサポートするケーブル・バスを記述している。このバスにより、ホストと他の周辺装置が動作中に、周辺装置を接続し、構成し、使用し、取り外すことが可能となる。すなわち、周辺装置は「ホット・スワップ可能」である。今や、ほとんどのパーソナル・コンピュータ・システムが、インストールされたＵＳＢポートを備えているので、ユーザは任意の数の周辺装置をホスト・コンピュータ・システムに単にプラグインして、広範な装置を容易に接続し、取り外すことができる。
【０００７】
このホスト・コンピュータ・システムは、ＵＳＢホスト・コントローラがインストールされているシステムである。これは、ホスト・ハードウェア・プラットフォーム（ＣＰＵ、バス等）、および使用中のオペレーティング・システムを含む。これは一般に、存在する唯一の実コンピュータ・システムであり、接続された他のＵＳＢ装置はすべて、ＵＳＢハブまたはこのコンピュータ・システム用の周辺装置のいずれかである。http://www.usb.orgにて入手可能であり、参照により本明細書中に合体するが、ＵＳＢ仕様では、いかなるＵＳＢシステム内にも、ただ１つのホストしか存在しないことが必要とされることに留意されたい。
【０００８】
ＵＳＢシステムには、上述のＵＳＢホストと、プリンタ、スキャナ、モデムなど１つまたは複数のＵＳＢ装置と、ＵＳＢ装置をホストに接続し、ホストと通信する方式（manner）であるＵＳＢインターコネクトという、３つの基本的なタイプの装置がある。インターコネクトは、バス・トポロジー、インター・レイヤー・リレーションシップ、データ・フロー・モデル、およびＵＳＢスケジュールを含む。インターコネクト、ならびに装置およびホストの要件の詳細は、ＵＳＢ仕様にあるが、平均的ユーザの関心事ではない。
【０００９】
ＵＳＢ接続およびＵＳＢ装置を使用することが平均的ユーザにとって容易なため、ＵＳＢは、コンピュータ・システムおよび装置間の多数の通信を実施する好ましい手段である。しかしＵＳＢ仕様では、どのシステム内にも、ただ１つのＵＳＢホストしか存在しないことが必要とされるので、ＵＳＢは複数のコンピュータ・システムのネットワークには、利用できなかった。したがって、ＵＳＢシステムの使い易さを、コンピュータのネットワーク化システムに組み込む手段を提供し、ほとんどのユーザにとって技術的に分かりやすい、改善されたコンピュータ・ネットワーキング・システムを提供することが望ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の一目的は、改善されたコンピュータ・システム・ネットワークを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、パーソナル・コンピュータをネットワーク化する改善されたシステムおよび方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、ユニバーサル・シリアル・バスに基づく通信を使用して、パーソナル・コンピュータをネットワーク化する改善されたシステムおよび方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
したがって、ＵＳＢ通信を使用してパーソナル・コンピュータ・システム間でネットワーク通信を提供するシステムおよび方法がここに提供される。本開示のＵＳＢネットワーキング・ハブによって、ＵＳＢに基づくネットワーク内に複数のホストが存在することができるようになる。このネットワーキング・ハブは、複数ホスト間の通信に対応する統合仮想ネットワーク・アダプタを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、本発明のいくつかの好ましい実施形態の動作および特徴について詳述するが、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義され、以下のどの説明によっても定義されないことが、当業者には理解されよう。
【００１５】
次に図、特に図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態がその中で実施されるデータ処理システムのブロック図を示している。データ処理システム１００は例えば、米国ニューヨーク州アーモンクのインターナショナル・ビジネス・マシンズ・コーポレイション（ＩＢＭ）から市販のデスクトップ型パーソナル・コンピュータの１つでもよい。データ処理システム１００は、処理装置１０１および１０２を含み、これらの処理装置は、例示的実施形態では、それぞれレベル２（Ｌ２）のキャッシュ１０３および１０４に接続され、これらのキャッシュは、それぞれシステム・バス１０６に接続されている。
【００１６】
システム・バス１０６には、システム・メモリ１０８およびプライマリ・ホスト・ブリッジ（ＰＨＢ）１２２も接続されている。ＰＨＢ１２２は、入出力バス１１２をシステム・バス１０６に結合し、データ・トランザクションを一方のバスから他方のバスに中継または変換する。例示的実施形態では、データ処理システム１００は、入出力バス１１２に接続されたグラフィックス・アダプタ１１８を含み、ディスプレイ１２０に対するユーザ・インターフェース情報を受け取る。ハード・ディスク・ドライブでもよい不揮発生記憶装置１１４、ならびに従来型のマウス、トラックボール、または類似のものを含んでもよいキーボード／ポインティング・デバイス１１６などの周辺装置は、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）ブリッジ１２１によって入出力バス１１２に接続されている。ＰＨＢ１２２は、入出力バス１１２によって、ＰＣＩスロット１２４およびＵＳＢコントローラ１２６にも接続されている。
【００１７】
図１の例示的実施形態は、単に本発明を説明する目的で示したものにすぎず、形態および機能の両面で、多数の変形形態が可能であることを当業者なら理解されよう。例えばデータ処理システム１００は、コンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）ドライブ、サウンド・カード、オーディオ・スピーカ、ならびに他の多数のオプション・コンポーネントを含んでもよい。そのような変形形態はすべて、本発明の趣旨および範囲に含まれると考えられる。データ処理システム１００、および後述の例示的ネットワーキング・ハブは、説明のための例として示したものにすぎず、アーキテクチャ上の限界を暗示するものではない。
【００１８】
次に図２を参照すると、ネットワーキング・ハブ（Networking hub）２００は、複数のサブハブ２０２、２０４、２０６を含み、そのそれぞれが、関連する仮想ネットワーク・アダプタ（ＶＮＡ）２１０、２１２、２１４を有する。各サブハブ（sub-hub）は、ホスト接続２２０、２２２、２２４で単一のアップストリーム・ホストに接続され、ポート２３０、２３２、２３４上の１つまたは複数のＵＳＢ装置に接続されている。ＵＳＢ仕様では、ＵＳＢ周辺装置を「機能」と呼んでいることに留意されたい。「装置」と「機能」という用語はここでは交換可能に使用する。各サブハブによって、それぞれのサブハブのアップストリーム・ホストと、そのサブハブのポートに接続された装置との間で、従来の方法で通信することができるようになる。この図では、各サブハブにただ１つのポートしか取り付けられていないが、各サブハブは複数のポートをサポートできることを、当業者なら理解されよう。
【００１９】
各サブハブのそれぞれのＶＮＡ２１０、２１２、２１４は、論理相互接続２４０を通じて相互接続され、各サブハブ間の通信を可能にする。ＶＮＡシステムを介して通信することにより、複数ホスト間の通信が可能になる。各サブハブは、１つのアップストリーム接続、１つのＶＮＡ、および１つまたは複数のダウンストリーム接続に対処することができる。アップストリーム接続２２０、２２２、２２４は、直接ホストに接続する必要はなく、例えば一連の相互接続されたＵＳＢハブを介して接続してもよいことに留意されたい。
【００２０】
各ＵＳＢシステムにただ１つのホストしか接続できないことを必要とするＵＳＢ仕様の限界を克服するために、ＶＮＡシステムが提供される。好ましい実施形態では、ＶＮＡ２１０、２１２、２１４は各ホストにとって、それぞれのサブハブ２０２、２０４、２０６に接続されたイーサネット・アダプタに見える。したがって各ホストは、それぞれのサブハブのＶＮＡを介して通信することにより、他のサブハブと相互に通信することができ、かつ他のサブハブに接続されたノードおよび装置と通信することができる。
【００２１】
次に図３を参照すると、代替ネットワーキング・ハブ２５０が提供され、その中で単一のＶＮＡコントローラ２６０が、各サブハブ２５２、２５４、２５６間の通信を管理する。この実施形態は、ホストおよびＵＳＢ装置にとって機能的には図２の実施形態と同一に見えるが、複数のＶＮＡコントローラ２１０、２１２、２１４の機能を１つのＶＮＡコントローラ２６０に統合することによって、ロジックの無駄な重複を削減する。この単一のＶＮＡは、各サブハブにとって、それ自体専用のネットワーク装置に見える。
【００２２】
このシステムは、上述のとおり動作し、アップストリーム接続２７０、２７２、２７４上のホストがそれぞれサブハブ２５２、２５４、２５６を介してポート２８０、２８２、２８４上のＵＳＢ装置に通信することを可能にする。ＶＮＡ２５０によってサブハブ間の通信が可能となり、したがって各ホストが相互に効果的に通信することができる。ＶＮＡ間モジュール２８６およびハブ間ＶＮＡ接続２８８によって、複数のネットワーキング・ハブを相互接続することが可能となる。
【００２３】
次に図４を参照すると、例示的なＶＮＡ３００のより詳細なブロック図を示している。ＶＮＡ３００は、図２に示すとおり、複数のサブハブ入力を有する単一のＶＮＡである。ＵＳＢ Ｉ／Ｆブロック３３０、３４０、３５０は、ＶＮＡが相互接続するＵＳＢサブハブ用のＵＳＢインターフェース接続である。これらは、ＶＮＡ通信を管理するマイクロコントローラ３１０に接続される。ＶＮＡファームウェア３７０は、不揮発性フラッシュ・メモリに格納することが好ましい。ランダム・アクセス・メモリ３６０は、バッファおよびスクラッチパッド・メモリとして使用される。
【００２４】
ＶＮＡ間ポート３８０は、他のＶＮＡに直接接続するために使用されるオプション・ポートである。好ましい実施形態では、このポートを介する通信は、標準のシリアル通信であり、複数のＶＮＡを接続するために標準ヌル・モデム・ケーブルを使用することができる。もちろん、より高い帯域幅が望まれる場合には、任意の数の高速相互接続でこのポートを実施することもできる。
【００２５】
ＵＳＢＩ／Ｆ（ＶＮＡ）ブロック３２０は、ＶＮＡがＵＳＢ「機能」または装置として動作するためのオプションの専用ＵＳＢポートである。これは、ＵＳＢホストがＶＮＡと直接通信するために、例えばＶＮＡファームウェアを更新するために使用することができる。
【００２６】
図５を参照すると、ネットワーク・ハブの初期化順序を詳述する流れ図を示している。起動時に（ステップ４１０）、ＶＮＡマイクロコントローラがＵＳＢインターフェースを初期化しかつイネーブルして、接続（attach）されたサブハブが認識し接続できるようにする（ステップ４２０）。次いで、コネクトされたサブハブがＶＮＡを認識し、ＵＳＢ機能として接続する（ステップ４３０）。この後、ホストがサブハブに、そのＵＳＢアップストリーム接続を介して問い合せたとき（ステップ４４０）、サブハブは、ＶＮＡが接続されたＵＳＢ機能であることを示す（ステップ４５０）。その後ホストは、ＶＮＡをＵＳＢサブハブに接続されたネットワーク・アダプタと見なすので、ＶＮＡをＵＳＢ／ネットワーク機能として接続する（ステップ４６０）。次いでホストは、ＶＮＡに対する適切なネットワーク・ドライバをロードし（ステップ４７０）、初期化ルーチンが終了する（ステップ４８０）。
【００２７】
次に図６を参照すると、ＶＮＡデータ移送ルーチンを示す流れ図を示している。システムが動作しているとき（ステップ５１０）、ＶＮＡマイクロコントローラが、サブハブ経由でそのＵＳＢインターフェースの１つを介してホストからデータ・パケットを受信する（ステップ５２０）。このデータ・パケットはＶＮＡＲＡＭにバッファされ（ステップ５３０）、次いで、宛先サブハブに送出される（ステップ５４０）。データ・パケットが再送出されるとき、ＶＮＡコントローラは、発信元でないＵＳＢインターフェースに対してのみこのパケットを再ブロードキャストすることに留意されたい。これによって、再送信されたパケット・ブロードキャストを発信元のサブハブが受信することが防止される。次に、ＶＮＡ間ポートがイネーブルされている場合には（ステップ５５０）、データ・パケットは、ＶＮＡ間接続を介しても送出される（ステップ５６０）。最後に、すベてのブロードキャストが完了すると、ＶＮＡ ＲＡＭバッファがクリアされ（ステップ５７０）、ルーチンが終了する（ステップ５８０）。
【００２８】
以上本発明を好ましい実施形態に関して詳細に示し、かつ述べたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、その形態および詳細に様々な変更を加えることができることを当業者なら理解されよう。例えば、上記の議論では、特にユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）仕様について述べたが、この開示のネットワーク化システムおよび仮想ネットワーク・アダプタは、いかなる通信基準、ならびに異なるコンピュータ・アーキテクチャおよびシステムに対しても修正可能である。他の変形形態も、確かに当業者の能力の範囲内にあり、特許請求の範囲に含まれると期待される。
【００２９】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３０】
（１）それぞれが通信ポートを有する複数のコンピュータ・システムと、
前記通信ポートのそれぞれに接続された装置ハブと、
前記装置ハブに接続された少なくとも１つの周辺装置とを備えるコンピュータ・システム・ネットワークであって、
前記装置ハブが、各コンピュータ・システムには、取り付けられたネットワーク・アダプタを有するハブに見えるネットワーク。
（２）前記装置ハブが複数のサブハブを有し、各サブハブが前記コンピュータ・システムのそれぞれに接続されている、上記（１）に記載のネットワーク。
（３）前記装置ハブが、前記コンピュータ・システムのそれぞれ用の専用ネットワーク・アダプタをエミュレートするマイクロプロセッサ・システムを備える、上記（１）に記載のネットワーク。
（４）前記コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記装置ハブと通信する、上記（１）に記載のネットワーク。
（５）前記通信ポートがＵＳＢポートである、上記（１）に記載のネットワーク。
（６）前記コンピュータ・システムが、前記装置ハブを介して相互に通信する、上記（１）に記載のネットワーク。
（７）コンピュータ・システムがそれぞれ、少なくとも１つの前記周辺装置を動作させることができる、上記（１）に記載のネットワーク。
（８）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信するように動作可能に接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
前記サブハブのそれぞれに接続された仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
前記仮想ネットワーク・アダプタが、各サブハブに接続されたネットワーク・アダプタをエミュレートし、前記サブハブ間の通信を可能にする通信ハブ。
（９）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１０）前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（８）に記載の通信ハブ。（１１）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１２）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（８）に記載の通信ハブ。
（１３）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信するように動作可能に接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
それぞれが前記サブハブのそれぞれに接続された、複数の仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
前記仮想ネットワーク・アダプタのそれぞれが、そのそれぞれのサブハブに接続されたネットワーク・アダプタをエミュレートし、前記サブハブ間の通信を可能とするように相互に接続されている通信ハブ。
（１４）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１５）前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１６）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１７）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（１３）に記載の通信ハブ。
（１８）それぞれがホスト・コンピュータ・システムと通信する動作をするように接続された、複数のホスト接続と、
それぞれが前記ホスト接続のそれぞれに接続された、複数のサブハブと、
前記サブハブのそれぞれに接続された、仮想ネットワーク・アダプタとを備える通信ハブであって、
第１のホスト・コンピュータ・システムから前記サブハブのうち第１のサブハブを介してデータを受信するステップと、
前記仮想ネットワーク・アダプタが、前記データを他のすべての前記サブハブに送信するが、前記サブハブの前記第１のサブハブには送信しないステップを実行する通信ハブ。
（１９）前記ホスト・コンピュータ・システムが、ユニバーサル・シリアル・バス仕様に従って前記通信ハブと通信する、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２０）
前記ホスト接続がＵＳＢポートである、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２１）前記ホスト・コンピュータ・システムが、前記通信ハブを介して相互に通信する、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２２）各サブハブが、少なくとも１つの周辺装置と通信するように構成されている、上記（１８）に記載の通信ハブ。
（２３）前記仮想ネットワーク・アダプタを、他のハブの仮想ネットワーク・アダプタに接続することができ、その間でホスト通信を可能とする、上記（１８）に記載の通信ハブ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に従った、データ処理システムのブロック図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に従った、ネットワーキング・ハブのブロック図である。
【図３】本発明の代替実施形態に従った、ネットワーキング・ハブのブロック図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に従った、仮想ネットワーク・アダプタのより詳細なブロック図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に従った、仮想ネットワーク・アダプタの初期化処理の流れ図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に従った、データ伝送ルーチンの流れ図である。
【符号の説明】
２００ 入出力およびネットワーキング・ハブ
２０２ サブハブ
２０４ サブハブ
２０６ サブハブ
２１０ 仮想ネットワーク・アダプタ
２１２ 仮想ネットワーク・アダプタ
２１４ 仮想ネットワーク・アダプタ
２２０ アップストリーム０
２２２ アップストリーム１
２２４ アップストリームｎ
２３０ ポート０
２３２ ポート１
２３４ ポートｎ
２４０ ＶＮＡ論理相互接続
Claims (7)
- それぞれがユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートを有する複数のホスト・コンピュータ・システムと、
前記ＵＳＢポートのそれぞれに接続されたＵＳＢネットワーキング・ハブと、
前記ＵＳＢネットワーキング・ハブに接続された少なくとも１つのＵＳＢ周辺装置とを備えるコンピュータ・システム・ネットワークであって、
前記ＵＳＢネットワーキング・ハブは、それぞれが前記ＵＳＢポートのそれぞれに接続され、かつ少なくとも１つのＵＳＢ周辺装置と接続される複数のサブハブと、マイクロコントローラを含む仮想ネットワークアダプタ（ＶＮＡ）とを備え、
ＶＮＡの通信を管理する前記マイクロコントローラは、
前記ＵＳＢネットワーキング・ハブの初期化の起動時に、各サブハブと相互接続する複数のＵＳＢインターフェースを初期化しかつイネーブルして、各サブハブが、前記ＵＳＢインターフェースを認識し接続し、次いで、ＶＮＡを認識しＵＳＢ機能として接続し、前記ホスト・コンピュータ・システムのそれぞれに接続できるようにし、前記ホスト・コンピュータ・システムが、ＶＮＡをネットワーク・アダプタと見なし、ＵＳＢ／ネットワーク機能として接続できるようにし、
前記サブハブ経由で前記ＵＳＢインターフェースの１つを介してホスト・コンピュータ・システムからデータ・パケットを受信してバッファリングし、宛先サブハブまたはＶＮＡ間ポートに前記データ・パケットを再送出するとき、発信元でない前記サブハブに対してのみ前記データ・パケットを再ブロードキャストするネットワーク。 - ＶＮＡを介して、各ホスト・コンピュータ・システムが相互通信する、請求項１に記載のネットワーク。
- 各ホスト・コンピュータ・システムが、前記少なくとも１つのＵＳＢ周辺装置を動作させる、請求項１に記載のネットワーク。
- それぞれがホスト・コンピュータ・システムと接続される複数のユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ホスト接続と、
それぞれが前記ＵＳＢホスト接続のそれぞれに接続され、かつ少なくとも１つのＵＳＢ周辺装置と接続される複数のサブハブと、
前記サブハブのそれぞれに接続され、マイクロコントローラを含む仮想ネットワーク・アダプタ（ＶＮＡ）とを備えるＵＳＢネットワーキング・ハブであって、
ＶＮＡの通信を管理する前記マイクロコントローラは、
前記ＵＳＢネットワーキング・ハブの初期化の起動時に、各サブハブと相互接続する複数のＵＳＢインターフェースを初期化しかつイネーブルして、各サブハブが、前記ＵＳＢインターフェースを認識し接続し、次いで、ＶＮＡを認識しＵＳＢ機能として接続し、前記ホスト・コンピュータ・システムのそれぞれに接続できるようにし、前記ホスト・コンピュータ・システムが、ＶＮＡをネットワーク・アダプタと見なし、ＵＳＢ／ネットワーク機能として接続できるようにし、
前記サブハブ経由で前記ＵＳＢインターフェースの１つを介してホスト・コンピュータ・システムからデータ・パケットを受信してバッファリングし、宛先サブハブまたはＶＮＡ間ポートにデータ・パケットを再送出するとき、発信元でない前記サブハブに対してのみ前記データ・パケットを再ブロードキャストするＵＳＢネットワーキング・ハブ。 - ＶＮＡを介して、各ホスト・コンピュータ・システムが相互通信する、請求項４に記載のＵＳＢネットワーキング・ハブ。
- 各ホスト・コンピュータ・システムが、前記少なくとも１つのＵＳＢ周辺装置を動作させる、請求項４に記載のＵＳＢネットワーキング・ハブ。
- ＶＮＡ間モジュールおよびハブ間ＶＮＡ接続によって、複数のＵＳＢネットワーキング・ハブを相互接続する、請求項４に記載のＵＳＢネットワーキング・ハブ。
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