JPH05508278A - ディジタルデータ通信網のリピータ - Google Patents

ディジタルデータ通信網のリピータ

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JPH05508278A
JPH05508278A JP92506943A JP50694392A JPH05508278A JP H05508278 A JPH05508278 A JP H05508278A JP 92506943 A JP92506943 A JP 92506943A JP 50694392 A JP50694392 A JP 50694392A JP H05508278 A JPH05508278 A JP H05508278A
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アダムズ,マーテイン チヤールズ
ソニ,デイパク モハンラル
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    • H04L49/351Switches specially adapted for specific applications for local area network [LAN], e.g. Ethernet switches
    • HELECTRICITY
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    • H04L12/00Data switching networks
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  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Time-Division Multiplex Systems (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)
  • Reduction Or Emphasis Of Bandwidth Of Signals (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ディジタルデータ通信網のリピータ 本発明は、例えばローカルエリアネットワークとして広く使用されているイーサ ネット(Ethernet)のプロトコルのような、C5MA、あるいは特にC 3MA/CD(carrier sensing muLiple acces s with or without collision deteLion )プロトコルで動作するディジタルデータ通信網の多端子(マルチポート)リピ ータに関する。このような通信網(以下、ネットワークという)では各局は(通 常トランシーバ、あるいはメディアアクセス装置(MAD)を経由して)少なく とも一つの多端子リピータ(MPR)を含み、また一つまたは複数のルータ(R outer)、及び/あるいは一つまたは複数のブリッジ(Bridge)を含 むこともあるネットワーク機器に接続されている。
この連結(リンク)は電線あるいは同軸ケーブルによる電気的接続、ファイバあ るいは自由空間を通しての光結合、その他の適当な方法により行なわれる。
このようなネットワークを通じて送信するデータは発信地において前もって定め られたフォーマットによるディノタルパケットに組み立てられる。このフォーマ ットには、そのパケットを受信することになっている局を示す宛先アドレスセグ メントと、パケットがその局から発信されたことを示す発信アドレスセグメント の二つが他のものと共に含まれるが、この二つは通常フレームの先頭付近に位置 する。通常各局にはそれぞれ独自の数字列(アドレス)が与えられ、これにより その局が宛先アドレスセグメントにあるか、発信アドレスセグメントにあるかを 識別するのに使用される。
C3MA/CDプロトコルにおいては、ある第一の局が、現在ネットワークから データを受信していなければ、すぐ送信したいデータがあればその送信を試みる 。このとき別の第二の局が第一の局が送信を始めた直後でかつ第二の局が第一の 局の送信開始を知る前に送信を始めると「衝突J (collision)信号 が生成され、二つの局は送信を停止し、再度送信を試みる前にある時間待機する ことになる。この待機時間は各局に対してそれぞれ相違するようにランダム化す るか、予め割当られており、同じ二つの発信局よりのそれぞれの信号間の繰り返 し衝突を避けるか、最小にするようになっている。
データ衝突の発生を最小限に抑えることは、ネットワークのスピードと容量の両 性能にとって大事なことである、小規模な基本ネットワークでは、データフレー ムは、到来する信号を再生しこれを全ての局に、また/あるいはそれに直接接続 された他のMRPに、データフレームの長さの僅か数分の1の時間遅れで無差別 に配分する少なくとも一つのMRPによって、出来るだけ速やかに全ての局に配 布される。
ネットワークが少し大きくなると、この方法ではアクセスをめる局数が増加し、 また連鎖状のMRPによる総時間遅れが増加すると共に段々不満足なものとなる 。比較的小規模なネットワークでさえ全てのフレームを各局に送信するのは保安 上からも受け入れ難いことが起こり得る。従って、あるネットワークはMRPで 連結されたセクションに分割するのでなく、ブリッジとかルータで連結したセク ションに分割されている。ブリッジとルータとの違いは本発明を理解するのには あまり関係がない。
これらの各々は、フレームが到達すると少なくとも宛先アドレスを読み取り、こ の宛先と蓄積されたデータと比較してネットワークのどの部分がそのフレームの 受取を必要としているかを決定するまでの間到来フレームを蓄積する。これが終 わるとそのフレームはネットワークのその部分のみに再送信される。ブリッジと ルータは複雑で高価であり、必然的にしばしばフレーム長よりも大幅に長くなる 遅延を引き起こす。また一方では、これらはネットワークの予め設定された区分 では衝突を分離制御することを可能にし、またネットワーク中のある要素での総 トラヒック量を減少させることによりシステムの容量を増加させる。
本発明は、比較的僅かの追加コストでC3MA/CDネットワークの容量を増加 させ、通常のMRPよりも遅延時間を大きくすることなく、また予め設定された セクションにネットワークを分割する要なく動作するMRPを提供するものであ る。
本発明による多端子リピータは下記の諸要素より成る。
(a) リピータと、局あるいは他のリピータとを(あるいは要求があれば他の ハードウェアと)連結する複数の双方向性通信端子、及び (b) 上記端子のうちの何れが一つで受信した到来信号を再生し、その再生信 号を他の端子より出力する再生器、と 更に下記の諸要素を持っていることを特徴!+する、即ち (c) 上記再生信号を前記他の端子の全てに、あるいは一部を除いた残りの全 てに出力することを可能とするスイッチング手段、及び (d) 各到来データフレームのアドレスセグメントを読み取る機能と、蓄積デ ータと比較することにより上記他の端子の中の一部は到来フレームより読みとっ たアドレスに該当しない端子であると判定する機能と、ある選択された期間、上 記のごとく該当しないと判定された端子に上記再生信号を出力するのを中止し、 これらの端子への到来信号を受信し再生してこれらの端子の他の端子に引続き送 信できる状態にこれらの端子を戻すように上記スイッチング手段を動作させる機 能とを有する制御手段。
リピータはまた上記最後に述べた状態にある端子によって受信されたフレームの 宛先セグメントを読み取り、その宛先が現在同一の条件にある別の端子に該当す るがどうかを蓄積データと比較し、もし該当しないのであれば衝突信号を最初の 端子に出方する手段をもっことが望ましい。
更にスイッチング手段はどれかの端子で受信した信号を独立して他の端子のそれ ぞれに、またすべての端子にスイッチ可能なりロスポイントスイッチまたは同等 のものであることが望ましい。
双方向性端子は(またはその一部分は)入力端子と出力端子とが区別されている 複合端子構造であってもよい。
下記の他にも可能な方策が存在することは否定しないが、下記のごとき動作手順 は本発明の一部に含まれるものである。
第一手順 データ信号が全くない場合、全ての端子は「アイドル」即ち(0)として記録さ れ、全てのスイッチは閉状態にあって、リピータのどれかの端子に入力として現 われる信号は再生されて最初すべての端子に出力される、(一端子は受信状態( R1)、他の全ての端子は送信状態(Tl))。
データフレームのアドレスセグメントが受信されると、これを抽出し、蓄積され ている表を調べてその受取局が接続された端子は(あるいは障害に対して弾力的 に運用出来るように二重の回路網をもったネットワークの特別なる場合は複数の 端子は)どれであるかを識別し、スイッチング手段は直ちにその識別された端子 (一端子または複数端子)を除いて全ての(TI)端子を(R1)端子より切り 離し、これらの端子を(0)状態に戻して相互接続を維持するように動作する。
(0)状態に復帰したこれらの端子のどれか一つにデータフレームが受信され受 信状態(R2)におかれると、データフレームは再生されて最初は(0)状態に ある全ての他の端子に送信され、その状態を送信状態(T2)に変更する。
再度アドレスセグメントが抽出されて蓄積されている表と比較される、しかしこ の場合に参照する一番の目的は受取局が(T2)状態にある端子につながってい るか否かを判断するためである。もしくその端子が(R1)か(T1)状態にあ って) (T2)状態でないと、到来フレームは受取りが出来ず衝突信号を出来 るだけ速やかに(R2)端子に送りそのフレームの発生局に対して送信を停止さ せなければならない。
もし受取局が(T2)端子のいずれかであると、全ての(T2)端子に送信を続 けてよい、あるいは要求されるならば、受取局が接続された端子(一端子あるい は複数端子)のみに送信を続け、残りの他の端子は切り離されてこれらは相互に 接続されて(0)状態に戻される、従ってこのようなことが一回あるいは複数回 繰り返すことが許されるが、各繰り返しごとにその恩恵が減ることは了解される べきである。
データフレームの受信と送信が完了するとそれに関係した端子は速やかにアイド ル(0)状態に戻されて、スイッチング手段により現在その状態にある他の端子 に接続される。しかしながら多(のネットワークでは、ある局が特定の他の局に フレームを丁度送信し終わると、その局か直ちに少なくとももう一フレームを同 一の局宛に送信を試みる可能性が高い。従ってアイドル状態が復帰するのに時間 遅延があるので、もし別のフレームがネットワークの通常のサイクルタイム以内 に同一の受信端子(R1)に受信されると、そのフレームは最初前と同様に同一 の送信端子(T1)に対してのみ出力される、ついでアドレスセグメントか読み とられもしこれが再び同一の端子(Tl)に該当すればそのままでよいが、そう でなければ衝突信号が受信端子(R1)に返されて、発信原始局が再度試みた時 に可能なれば必要な接続が存在するように、受信端子と送信端子は直ちにアイド ル状態(0)に戻されることが必要である。
第二手順 一つの発信局から他の一つの宛先局に一連のフレームが継続して送られる可能性 が高いネットワークでは、スイッチング手段を操作して一フレームの送信が完了 した時のみ再生信号の出力を停止するようにすることは別の手段として有効であ る。
この方法はスイッチング操作は「破片J (fragments)(即ち不完全 フレーム)をつくらない利点があるが、独立のフレーム及び各一連のフレームの 最初のフレームが全ての局(上記フレームが受信される直前に「アイドル」状態 にある端子に接続されていた局を除いて)に送信されるという些細な不利益があ る。
この場合は通常フレームの終端とスイッチング操作の間に遅延時間を設けてアイ ドル状態を復帰させることが適切である。
多端子リピータは局番号(宛先アドレス)とその端子番号との関係の表で前もっ てプログラムされているか、あるいは、各到来フレームの発信アドレスを読み取 り自己学習によってそれ自身の表を作成し、その信号が受信された端子番号と共 に、もしこれが未だ表に含まれていなかったならばこれに格納するようプログラ ムされる。
特にこのように自己学習でプログラムされたリピータでは(これに限定されない が)蓄積された表に載っていない局宛のアドレスのフレームは、可能性のある端 子、あるいは理想的には全ての端子に送信されなければならない。後者の場合、 全ての端子がアイドル状態(0)でないならアイドル状態になるまで衝突信号を 使用することを必要とする。
本発明を更に、−例をあげて付属の図面を用いて説明する。
第1図は本発明の多端子リピータを少なくとも−っ含む小規模ローカルエリアネ ットワークをトポロジ的に示す図面である。
第2図は本発明の多端子リピータの単純化した機能を示す図面である。
第3図は第2図の多端子リビ、−夕の一部となるクロスポイントスイッチの概略 図である。
まず第1図について、説明の目的で図示したネットワークは、二個の多端子リピ ータを含み、その中のMRP−Aは本発明による多端子リピータであり、MRP −Bは本発明によるまた別の多端子リピータであってもよいが、全く通常の多端 子リピータであってもよい。MRP−Aは6個の端子1〜6を含み、端子6はM RP−8に接続している。ネットワークはまた2進数、0001から1010で 示す端末局を含んでいる。0001から0101までの番号は図示のごと<MR P−^の各種端子に接続され、残りの端末局はMRP−Hの端子に接続されてい る。
本発明を説明するため選ばれた多端子リピータは自己学習型である、初期スター ト時はこのネットワークの動作は全く通常のものと同様で最初の到来データフレ ームはそれを発生した局を除いて全ての局に中継される。
次に、機能ユニットの繰り返しをすべて省略して単純化した第2図について主と して述べると、リピータの通常の動作は端子7の一つに受信された信号が通常の 再生回路8を通り、その後クロスポイントスイッチ9を経由して残りの端子7に 送られる(もし望まれるのであれば再生回路はクロスポイントスイッチの下流側 に配置してもよい)。
再生信号は、クロスポイントスイッチ9に送るのと並行して、シフトレジスタ1 0にも送られ、このシフトレジスタは信号フレームから宛先アドレスと発信アド レスを抜取り、これらをそれぞれコンパレータ/読取り器11とコンパレータ/ 更新器12に送る。コンパレータ/読取り器11とフンパレータ/更新器12は メモリ13にアクセスし、コンパレータ/読取り器11はメモリ13内の宛先ア ドレスを探す、この段階ではまだメモリにはデータがないのでその宛先は見つか らず、その結果スイッチ制御器14には命令は送付されない。従ってスイッチ制 御器は、クロスポイントスイッチの設定を、信号が引続き全ての端子に(入力端 子を除き)送付されるようしたままである。
ところで、コンパレータ/更新器12は同様に到来フレームの発信アドレスをメ モリ内のリストと比較する。前と同様に存在しないことが判るので、端子状況メ モリ15に質問して受信状態(R1)にある端子、即ち新しい発信アドレスが直 接または間接に接続されるべき端子を確認する。コンパレータ/更新器12はこ の情報をメモリ13に書き込む。
このプロセスは他の局が第一フレームを送信するとき繰り返され、そして比較的 短時間にメモリ13は表1に示される様な局の完全な一覧表を作り上げる。
表1 局番号 端子番号 +010 6 MRP−Aが、既に前にフレームを送信した局に宛られたフレームを受信すると 、直ちにコンパレータ/読取り器11はメモリ13で宛先アドレスを読みだして 見つけ、スイッチ制御器14に指示して受信局(R1)と、メモリ13の表より 決められる宛先局がつながっている端子(T1)との間の接続を行い、これらの 端子を他の全てから切り離す(他の端子を(0)状態に戻す)。
第3図において、クロスポイントスイッチ9は縦横列共0−6の番号をつけられ た標準的な7x7クロスポイントスイツチとして示されている。それぞれの横列 は、同一の番号の縦列と、そのクロスポイント[0,01、[1,1]1、 、  、 [6,6]における構成スイッチを恒久的に閉結することにより、あるい はこれに相当する結線により接続されている。これ以外には縦列との結線はない 。横列1−6番の各々はそれぞれ再生回路(双方向性と仮定して)を経由して該 当する番号の端子に接続されている、しかし横列0は衝突信号発生器16に接続 されている。このようにしてクロスポイント[n、 +*]における(ここでn >mであり、且つ−〉Oとする)構成スイッチは要求があれば端子番号nと墓を 相互に接続する。スイッチ制御器14の動作がないときはこれらの15個のスイ ッチは閉じている。
各クロスポイント[n、 01を構成するスイッチは衝突信号発生器を端子番号 nに接続する働きをする。スイッチ制御514の動作がないときはこれらの6個 のスイッチは開放されている。n<10の場合のクロスポイント[n、 +++ ]の各スイッチは冗長性を持っている、([1,4]のスイッチは[4,1]の スイッチと[4,4]の固定接続によって並列に挿入されている)、シかし標準 型のクロスポイントスイッチを簡単なロジックである程度冗長性をもたせて使用 することは、スイッチ制御器に更に複雑なるロジックを採用してスイッチング手 段の冗長性を除去するよりは好ましいように思われる。
今、局0001が、以前少なくともlフレーム送信し従ってメモリ13には端子 番号3が記録されている局0110に向けてフレームを送信するとすると考える 。端子1にフレームが現われると端子間を接続している全てのスイッチは今説明 したごとく既に閉路されている。しかしコンパレータ/読取り器11がメモリ1 3の表よりそのフレームの宛先局が端子3につながっている判断すると、スイッ チ制御器14に指示してクロスポイントスイッチを動作させて[2,1] 、[ 4,1] 、[5,1コ、[6,1コ、及び[3,2] (即ち端子1及び3に 接続しているもので、1,3相互接続以外のもの)の構成スイッチを開放し、他 の全てのスイッチを閉路させる。従って残りのフレームは端子3のみに送信され る。そのフレームを受信し再送信するのに要する残りの時間は端子1は(R1) 状態、また端子3は(TI)の状態、他の全ての端子は(0)状態にある。
しばらくの間、他の局は0001局よりフレームの送信が完全に終わるまで非活 動の状態で留まると仮定する。そのフレームの終わりにクロスポイントスイッチ は、局001がまた直ち0110局に宛て別のフレームを送信すると予測して短 時間スイッチの状態を保持する。もし正規のサイクル時間内に他のフレームの送 信が始まらないと、スイッチ制御器14は自動的にクロスポイントスイッチ9を 初期状態にリセットする。もしその局がサイクル時間内にフレームの送信をすれ ば、そのフレームは最初は現状の接続に従って端子3のみに送信される。ついで その宛先アドレスがソフトレジスタ10(第2図)により読みとられコンパレー タ/読取り器11に送られる。コンパレータ/読取り器はメモリ13を参照し、 その宛先アドレスがスイッチ制御器14に指示した第一フレームの送付ルートと 同一の端子であるか否かを判断する。もしそうであるならコンパレータ/読取り 器はスイッチ制御器14に(必要ならば)指示して端子l及び3ついての現設定 を維持させる。もし該当しないのであれば、そのフレームはこれを受取るように 定められた局には送信されていないことになり、コンパレータ/読取り器11は スイッチ制御器14に指示して構成スイッチ[1,0]を閉路し、その際、衝突 信号発生器16より局0001がその送信を停止するまでの時間、衝突信号を局 0001に送り、それから[1,01のスイッチを開放し、全ての端子間のスイ ッチユニットを閉路することによりリセットする。
次に、フレームが端子Iより端子3に送信されている間、局0010が別のフレ ームを局0101に送る事を希望し、また0010局は以前送信したものと想定 する。端子4は端子lより端子3に送信されているフレームを受信していないの で、この端子がフレームを受信したとき衝突信号は発生しないが、フレームは最 初端子lと3を除いて全ての端子に対して再送信される。前と同様に到来信号は シフトレジスタ10に到達しく多端子リピータの構成にもよるが、シフトレジス タは最初のフレームを受信したシフトレジスタと異なってもよいが、同一のもの でもよい)、その宛先アドレスは前と同様にコンパレータ/読取り器11に送ら れる。コンパレータ/読取り器はメモリ13(メモリはすべてのユニットに共通 である)に照会して宛先局が信号が送信される端子5につながっているかを確か める。この時点で本発明によるより簡単なるMRPでは処置をしないが、端子4 で受け取ったフレームは端子番号2.5.6に継続して送信される。もし希望す るのであれば、コンパレータ/読取り器がスイッチ制御器に適当な指令を出して 、改善された安全対策として、あるいは局0001が局0110に送信を継続し また局0010が局0101に送信を継続している間でもこれらの端子の一つで 受信された第3のフレームを他の端子に(あるいはその逆方向に)送ることが出 来るようにするため、端子2.6のスイッチを切断してもよい。
ついで、フレームが0001局より0110局に送信されている間、端子2.4 .5、及び6ハ(0)状態にあり、局0011が局0001にフレームを送信し ようと試みる場合を考える。最初は、到来フレームは端子4.5.6のみに再送 信されるが、宛先局はこれらの端子の何れにも接続されていないので無駄に終わ る。しかしながらフレームの宛先アドレスが前と同様にシフトレジスタ10によ り抜き取られ、コンパレータ/読取り器11によりメモリ13の内容と比較され る。これによりコンパレータ/読取り器11は宛先アドレスは(0)状態でない 端子に該当し、従って旨く送信されないと判定する。従ってコンパレータ/読取 り器11は、スイッチ制御器14に指示してクロスポイントスイッチの[2,0 ]の素子を閉じ、衝突信号を端子2に供給しこれにより局0011の送信の試み を停止させ、またその後端子2.4.5.6を、(0)状態を回復するようにリ セットする。局0011はシステム媒体アクセスプロトコルに従って決められた 手順で再度状みる。
最後にMRP−Aの全ての端子が(0)状態であるとき局0111がMRP−B を通して局1000に信号を送ると考える。従ってこのフレームはMRP−A  (通常の多端子リピータと仮定する)の端子6に現われる。最初、そのフレーム は端子1から5までの全てに中継されるが、ひとたび宛先アドレスがシフトレジ スタ10により読みとられコンパレータ/読取り器11によりメモリ13の表と 参照されると、受取局は端子6に接続されている(現実には間接的につながって いる)と判断される。従って、コンパレータ/読取り器11はスイッチ制御器1 4に指示して、クロスポイントスイッチ9を動作させて、[6,1] 、16. 2] 、[6,3]、[6,4] 、[6,5]にあるスイッチ素子を開放する 。これにより端子6がアイドル状態(0)に戻り予め設定された時間の間その状 態で留まるまで、あるいは端子6が他の端子の一つにつながった局に宛てられた フレームを受け取るまで、MRP−Aは全く送信を行なわない。
盾 要 約 書 たとえばイーサネット・ローカルエリヤ・ネットワークの様な、C5MAまたは C3MA/CDプロトコルに従って動作するデータネットワーク用の多端子リピ ータは、クロスポイントスイッチまたは他の適当なスイッチング手段を介して端 子から端子へ送信される信号を持っている。各到来データフレームの宛先アドレ スは読取られ、記憶されているテーブルと比較されて、どの1個またはそれ以上 の端子にそのフレームを送信する必要があるかを判定し、次に、スイッチング手 段が、他の端子へ不要にそのフレームが伝送されることを中止するように動作す る。
従って残った端子はアイドル状態に戻り、もしその端子が第1フレームの送信に 使用されていなければ、第1フレームと重畳する第2フレームを受信し、再送信 することができる。もしこの第2フレームが、既に使用中の端子を要求すると、 衝突信号が戻されて、発信局は通常の方法で送信を停止し、その後スイッチング 手段はリセットされて、その発信局が再度試みた(または他の信号を受信した) とき適切に応動するようになる。
国際調査報告 国際調査報告

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.多端子リピータであって; (a)上記リピータを、一つの局あるいは他のリピータとそれぞれ連結する複数 の双方向性通信端子、及び(b)上記端子の何れか一つで受信した到来信号を再 生し、再生信号を他の上記端子より出力する再生器、を具備し;特徴として、更 に (c)上記再生信号を、上記他の端子の全てに、あるいは一部を除いた残りの全 てに、出力することを可能とするスイッチング手段、及び (d)各到来データフレームのアドレスセグメントを読み取る機能と、蓄積デー タと比較することにより上記他の端子の中の一部は到来フレームより読みとった アドレスに該当しない端子であると判定する機能と、ある選択された時間、上記 のごとく該当しないと判定された端子に上記再生信号を出力することを中止し、 これらの端子には到来信号が受信され再生されてこれらの端子の他の端子に引続 き送信されるような状態にこれらの端子を戻す機能とを有する制御手段、を有す る多端子リピータ。
  2. 2.請求項1に記載の多端子リピータであって;請求項1の最後に述べた状態に ある端子で受信されたフレームの宛先アドレスセグメントを読み取り、これを蓄 積データと比較してこれが現在、上記状態にある他の端子に該当するかどうかを 判定し、もし該当しなければこれらの端子の第一の端子に衝突信号を出力する手 段を含んでなる多端子リピータ。
  3. 3.請求項1または2に記載の多端子リピータであって;上記スイッチング手段 は、何れかの端子で受信した信号を独立して、各端子にまた他の端子のそれぞれ に切り替えるクロスポイントスイッチ、あるいはこれと同等のものである多端子 リピータ。
  4. 4.請求項1乃至3のうちの何れかに記載の多端子リピータであって;局番号( 宛先アドレス)とその端子番号との関係を記述した表で前もってプログラムされ ている多端子リピータ。
  5. 5.請求項1乃至3のうちの何れかに記載された多端子リピータであって;各到 来フレームの発信アドレスを読み取り、これが未だ自己の表に格納されていない ものであれば、これを信号が受信された端子番号と共に自己の表に格納すること により局番号と端子番号との関係を示す自分自身の表を自己学習し維持するよう にプログラムされている多端子リピータ。
JP92506943A 1991-04-04 1992-03-30 ディジタルデータ通信網のリピータ Pending JPH05508278A (ja)

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