RU2060539C1

RU2060539C1 - Device for data transmission and channel access for local-area network

Info

Publication number: RU2060539C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Колосков
Original assignee: Михаил Сергеевич Колосков
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1996-05-20

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: device has input-output control unit, Manchester code unit, buffer memory unit for reception and transmission computer packets. In addition device has prologue restore unit, short packet deleting unit, unit for control and channel commutation, buffer memory unit for network packets and flip-flop. Device may be used for interface between local-area network and computer. It provides constant worst-case time for delivery of packets, when length of local-area network is increased. EFFECT: increased field of application. 3 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительным сетям и системам и может быть использовано для построения локальных вычислительных сетей шинной и кольцевой топологии. The invention relates to computer networks and systems and can be used to build local area networks of bus and ring topologies.

Известны устройства передачи данных и доступа к каналу (так называемые контроллеры локальной сети), отличающиеся топологией сетевого канала шинная топология, кольцевая, звездообразная и другие, а также способом доступа станции к каналу. Наличие проблемы доступа к каналу обусловлено тем, что в вычислительных сетях наиболее распространенных топологий кольцевой и шинной, с которыми связано и данное изобретение, сетевой канал является единой средой связи, по которой выполняют передачи все станции поочередно. Одновременный выход в канал двух и более станций вызывает искажение передач, так называемое состояние конфликта. Правила очередности занятия канала различными станциями и правила выхода из конфликта в случае его возникновения составляют существенно метода доступа к каналу. Метод доступа к каналу имеет решающее значение для эффективности работы сети и определяет такие параметры, как пропускная способность сети, перегрузочная способность и время доставки пакета по сети. Known devices for data transmission and access to the channel (the so-called controllers of the local network), differing in the topology of the network channel, bus topology, ring, star-shaped and others, as well as the way the station accesses the channel. The problem of access to the channel is due to the fact that in the computer networks of the most common ring and bus topologies, with which this invention is also connected, the network channel is a unified communication medium through which all stations transmit in turn. Simultaneous access to the channel of two or more stations causes transmission distortion, the so-called conflict state. The rules for the sequence of occupation of the channel by various stations and the rules for resolving a conflict in the event of its occurrence constitute essentially a method of access to the channel. The channel access method is critical to network performance and defines parameters such as network bandwidth, congestion, and packet delivery time over the network.

Таким образом, касаясь разновидностей и типов локальных вычислительных сетей, можно сказать, что они различаются по двум основным признакам топологии и методу доступа к каналу. В настоящее время наибольшее распространение получили две топологии шинная и кольцевая, что подтверждается фактами принятия международных стандартов ISO по этим топологиям. Thus, regarding the varieties and types of local area networks, we can say that they differ in two main features of the topology and the method of access to the channel. Currently, the two bus and ring topologies are most widely used, which is confirmed by the adoption of ISO international standards for these topologies.

А из методов доступа наиболее распространены множественный метод доступа [1] и маркерный метод доступа [2]
Известны устройства передачи данных и доступа (в дальнейшем будем называть их контроллерами), реализующие указанные методы доступа и топологии. Например, контроллеры сетей ETHERNEТ [1] реализующие шинную топологию и множественный метод доступа и контроллеры сети ARCNET [3] реализующие кольцевую топологию и маркерный метод доступа.And among access methods, the most common are multiple access method [1] and marker access method [2]
Known devices for transmitting data and access (in the future we will call them controllers) that implement these access methods and topologies. For example, network controllers ETHERNET [1] implementing a bus topology and multiple access method and network controllers ARCNET [3] implementing a ring topology and token access method.

Однако известные устройства шинной топологии имеют малую протяженность сети. Длина сети по стандарту без специальных повторителей не более 500 м, а с использованием повторителей 2500 м. Кроме того, в сети шинной топологии затруднено использование оптоволоконного кабеля, что в настоящее время все чаще сужает область применения. However, known bus topology devices have a small network length. The network length according to the standard without special repeaters is no more than 500 m, and with the use of repeaters 2500 m. In addition, the use of fiber optic cable is difficult in the bus topology network, which nowadays increasingly reduces the scope.

В сети кольцевой топологии может быть достигнута значительно большая дальность до нескольких километров между соседними станциями и соответственно несколько десятков километров в целом по сети. Однако в то же время локальные вычислительные сети кольцевой топологии имеют существенный недостаток, а именно низкую живучесть, связанную с тем, что в сети такого типа пакет последовательно пересылается от станции к станции, подвергаясь ретрансляции и восстановлению на каждой станции. В результате при отказе одной или двух станций или обрыве сегмента, соединяющего соседние станции, вся сеть выходит из строя. В сети шинной топологии этого не происходит, так как отказы станций не влияют на функционирование сети в целом. Кроме того, кольцевые сети имеют худшее время доставки пакета, так как при прохождении пакета по сети происходит задержка ретрансляции на каждой станции, которая по мере увеличения числа пройденных станций естественно накапливается. In a ring topology network, a significantly greater range of up to several kilometers between neighboring stations and, accordingly, several tens of kilometers in the whole network can be achieved. However, at the same time, local area networks of a ring topology have a significant drawback, namely, low survivability due to the fact that in a network of this type a packet is sequentially sent from station to station, undergoing relaying and restoration at each station. As a result, if one or two stations fail or a segment is disconnected connecting neighboring stations, the entire network fails. In the bus topology network, this does not happen, since station failures do not affect the functioning of the network as a whole. In addition, ring networks have the worst packet delivery time, since when a packet passes through the network, a relay delay occurs at each station, which naturally accumulates as the number of stations passed increases.

В итоге для этих рассмотренных типов сетей вырисовываются две различные области применения. Сети шинной топологии это относительно короткие сети с большим числом абонентов, используемые для построения кустовой локальной сети внутри одного помещения или здания. Число возможных абонентов несколько сотен. As a result, two different areas of application emerge for these types of networks. Bus topology networks are relatively short networks with a large number of subscribers, used to build a cluster local network inside a room or building. The number of possible subscribers is several hundred.

Сети кольцевой топологии длинные, с малым количеством абонентов для соединения кустовых локальных сетей, т.е. помещений или зданий между собой в пределах территории предприятия. Количество абонентов несколько единиц или десятков. Ring topology networks are long, with a small number of subscribers for connecting clustered local networks, i.e. premises or buildings among themselves within the territory of the enterprise. The number of subscribers is several units or tens.

Практически это означает, что для построения на предприятии информационной сети необходимо использовать одновременно в рамках единой интегрированной сети как сети шинной топологии, так сети кольцевого типа. В имеющейся в настоящее время практике для построения сетей шинной и кольцевой топологии используют различные контроллеры с соответствующим различным программным обеспечением. Это требует двойных затрат на разработку аппаратного обеспечения, т. е. контроллеров, а также и программного обеспечения. Кроме того, увеличиваются эксплуатационные трудности и затраты при эксплуатации сетей различных архитектур. In practice, this means that to build an information network at an enterprise, it is necessary to use both a bus topology network and a ring-type network at the same time as part of a single integrated network. In the current practice, various controllers with corresponding various software are used to build bus and ring topology networks. This requires double the cost of developing hardware, i.e., controllers, as well as software. In addition, operational difficulties and costs increase when operating networks of various architectures.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство передачи данных и доступа (контроллер) для локальной сети шинной топологии с множественным доступом [3] Оно содержит контроллер ввода/вывода, блок манчестерского кодирования, буферную память принимаемых и передаваемых собственных пакетов, причем первый выход данных блока манчестерского кодирования подключен к выходу данных для передачи в сеть устройства, вход данных и выход признака конфликта в сети блока манчестерского кодирования подключены соответственно к одноименным входам устройства. Of the known devices, the closest to the proposed one is a data and access transmission device (controller) for a local bus topology network with multiple access [3] It contains an input / output controller, a Manchester coding unit, a buffer memory of received and transmitted own packets, and the first data output the Manchester coding unit is connected to the data output for transmission to the device network, the data input and the output of the conflict sign in the network of the Manchester coding unit are connected respectively to the device inputs of the same name.

Недостатком этого устройства является малая протяженность сети даже с использованием оптических повторителей не более 2,5 км, что сужает функциональные возможности сети такого типа и область применения. The disadvantage of this device is the small length of the network even with the use of optical repeaters of not more than 2.5 km, which narrows the functionality of the network of this type and scope.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения гарантированного времени доставки пакетов при увеличении протяженности локальной вычислительной сети. The aim of the invention is to expand the scope by providing a guaranteed time for packet delivery while increasing the length of the local area network.

Для этого в устройство, содержащее контроллер ввода/вывода, блок манчестерского кодирования, буферную память принимаемых и передаваемых собственных пакетов, причем первый выход данных блока манчестерского кодирования подключен к выходу данных для передачи в сеть устройства, вход данных и вход признака конфликта в сети блока манчестерского кодирования подключены соответственно к одноименным входам устройства, введены блок восстановления преамбулы, блок ликвидации коротких пакетов, буферная память сетевых пакетов, блок управления и коммутации каналов и триггер, причем второй выход данных блока манчестерского кодирования соединен с информационным входом блока восстановления преамбулы и первым информационным входом блока управления и коммутации пакетов, вход признака занятости сети которого соединен с одноименными входами блока восстановления преамбулы и блока ликвидации коротких пакетов, с входом сброса триггера и выходом признака занятости сети блока манчестерского кодирования, первый выход синхроимпульсов которого соединен с первыми входами синхронизации контроллера ввода/вывода и блока восстановления преамбулы, второй вход синхронизации которого соединен с одноименным входом контроллера ввода/вывода и вторым выходом синхроимпульсов блока манчестерского кодирования, выход признака конфликта в сети которого соединен с одноименным входом контроллера ввода/вывода, информационный вход и вход признака занятости сети которого соединены соответственно с одноименными выходами блока управления и коммутации каналов, выходы управления передачей и приемом которого соединены соответственно с одноименными входами блока манчестерского кодирования, выход блока восстановления преамбулы соединен с информационным входом буферной памяти сетевых пакетов и вторым информационным входом блока управления и коммутации каналов, выходы управления записью и считыванием которого соединены соответственно с одноименными входами буферной памяти сетевых пакетов, вход управления отключением выходов которого соединен с выходом блока ликвидации коротких пакетов, вход признака окончания передачи пакета которого соединен с одноименным выходом буферной памяти сетевых пакетов, выход признака загруженности которой соединен с одноименными входами блока ликвидации коротких пакетов и блока управления и коммутации каналов, третий информационный вход которого соединен с информационным выходом буферной памяти сетевых пакетов, входы управления передачей и приемом блока управления и коммутации пакетов соединены соответственно с одноименными выходами контроллера ввода/вывода, адресный и информационный входы выходы которого соединены соответственно с одноименными выходами-входами буферной памяти принимаемых и передаваемых пакетов, вход управления записью которой соединен с установочным входом триггера и выходом управления записью контроллера ввода/вывода, выход управления считыванием которого соединен с одноименным входом буферной памяти принимаемых и передаваемых пакетов, выход триггера соединен с входом признака режима записи пакетов блока управления и коммутации каналов. To this end, a device containing an input / output controller, a Manchester coding unit, a buffer memory of received and transmitted native packets, the first data output of a Manchester coding unit is connected to a data output for transmission to the device’s network, a data input and an input of a sign of conflict in the network of the Manchester block encodings are connected respectively to the inputs of the same device, a preamble recovery unit, a short packet elimination unit, a network packet buffer memory, a control unit, and channel mutations and a trigger, and the second data output of the Manchester coding unit is connected to the information input of the preamble recovery unit and the first information input of the control and packet switching unit, the input of which network is busy is connected to the inputs of the preamble recovery unit and the short packet elimination unit of the same name, with a reset input trigger and the output of the sign of busy network block Manchester coding, the first output of the clock pulses of which are connected to the first inputs of synchronization to an I / O controller and a preamble recovery unit, the second synchronization input of which is connected to the input of the I / O controller and the second output of the clock pulses of the Manchester coding unit, the output of a sign of conflict in the network of which is connected to the input of the I / O controller, the information input and the input of the busy indicator the networks of which are connected respectively to the outputs of the control unit and channel switching of the same name, the outputs of the transmission and reception control of which are connected respectively to by the named inputs of the Manchester coding block, the output of the preamble recovery block is connected to the information input of the buffer memory of network packets and the second information input of the control and switching channel channels, the write and read control outputs of which are connected respectively to the inputs of the buffer memory of network packets of the same name, the output switching control input of which is connected with the output of the block elimination of short packets, the input of the sign of the end of the transmission of the packet which is connected to the output of the same name buffer memory of network packets, the output of the load indicator of which is connected to the inputs of the same name eliminating short packets and the control unit and switching channels, the third information input of which is connected to the information output of the buffer memory of network packets, the inputs of the transmission and reception of the control unit and switching packets are connected respectively the outputs of the I / O controller of the same name, the address and information inputs of which are connected respectively to the outputs of the same name and buffer memory of received and transmitted packets, the recording control input of which is connected to the installation input of the trigger and the write control output of the I / O controller, the read control output of which is connected to the buffer input memory of the received and transmitted packets of the same name, the trigger output is connected to the input of the packet recording mode indicator control unit and channel switching.

На фиг. 1 показана общая схема устройства; на фиг.2 пример реализации блока восстановления преамбулы; на фиг.3 пример реализации блока ликвидации коротких пакетов. In FIG. 1 shows a general diagram of a device; figure 2 an example implementation of the recovery block of the preamble; figure 3 an example implementation of the block elimination of short packets.

Устройство содержит контроллер пакетов ввода/вывода 1, блок манчестерского кодирования 2, блок восстановления преамбулы 3, буферную память сетевых пакетов 4, блок ликвидации коротких пакетов 5, блок управления и коммутации каналов 6, буферную память принимаемых и передаваемых собственных пакетов 7, триггер 8. The device comprises an I / O packet controller 1, a Manchester coding block 2, a preamble recovery block 3, a network packet buffer memory 4, a short packet elimination unit 5, a channel control and switching unit 6, a buffer memory of its own received and transmitted packets 7, trigger 8.

На фиг.1 показаны также части, не входящие непосредственно в устройство, а показывающие его сопряжение с вычислительной сетью в кольцевом режиме, приемопередатчик входящего канала 10 и исходящего канала 11, входящий кабельный сегмент 12 и исходящий 13. Figure 1 also shows parts that are not directly included in the device, but showing its pairing with the computer network in a ring mode, the transceiver of the incoming channel 10 and outgoing channel 11, the incoming cable segment 12 and outgoing 13.

Блок восстановления преамбулы (см. фиг.2) содержит схему определения конца преамбулы 15, двупортовую одноразрядную буферную память 16, генератор искусственной преамбулы 17, счетчик битов 18, мультиплексор 19. The recovery block of the preamble (see figure 2) contains a circuit for determining the end of the preamble 15, a two-port single-bit buffer memory 16, an artificial preamble generator 17, a bit counter 18, a multiplexer 19.

Блок ликвидации коротких пакетов (см. фиг.3) содержит одновибратор, настроенный на длину короткого пакета 20, сдвиговый регистр признаков длины пакета 21, счетчик количества пакетов в буфере 22 и мультиплексор 23. Block elimination of short packets (see figure 3) contains a one-shot tuned to the length of the short packet 20, a shift register of signs of the length of the packet 21, the counter of the number of packets in the buffer 22 and the multiplexer 23.

Передача информации по сети шинной топологии производится в виде пакетов, имеющих следующий формат. В начале пакета передается специальная синхронизирующая последовательность, называемая преамбулой и представляющая собой чередующуюся последовательность "0" и "1" длиной 64 бита, далее идут адреса станции назначения пакета и станции отправления, поле типа пакета, поле передаваемой информации и последним идет код циклического контроля. Information is transmitted over the bus topology network in the form of packets having the following format. At the beginning of the packet, a special synchronization sequence is transmitted, called the preamble and which is an alternating sequence of “0” and “1” 64 bits in length, then the addresses of the packet destination and departure stations, the packet type field, the transmitted information field, and the cyclic control code last.

Опишем теперь узлы, входящие в устройство. Контроллер ввода/вывода выполняет следующие функции:
параллельно-последовательное преобразование байтов принимаемых и передаваемых пакетов;
генерация преамбулы при передаче и уничтожение при приеме;
распознавание адреса принимаемого пакета;
подсчет и анализ кода циклического контроля;
выполнение процедур доступа к каналу на основе анализа состояния канала: "свободно", "занято", "конфликт";
выполнение алгоритма преодоления конфликта при попадании станции в конфликт.We now describe the nodes included in the device. The I / O controller performs the following functions:
parallel-serial conversion of bytes of received and transmitted packets;
generation of a preamble in transmission and destruction in reception;
recognition of the address of the received packet;
counting and analysis of a cyclic control code;
performing channel access procedures based on the analysis of the channel status: “free”, “busy”, “conflict”;
execution of the conflict resolution algorithm when a station gets into a conflict.

Блок манчестерского кодирования 2 выполняет манчестерское кодирование последовательного потока информации, передаваемого с контроллера ввода/вывода в вычислительную сеть и декодирование поступающей из сети в контроллер ввода/вывода информации, а также транслирует сигналы состояния сети CRS-"занято" и COL-"коллизия". The Manchester coding unit 2 performs Manchester coding of a sequential stream of information transmitted from the input / output controller to the computer network and decoding the information coming from the network to the input / output controller, and also transmits network status signals CRS-busy and COL- collision.

Блок восстановления преамбулы приходящего пакета 3 восстанавливает номинальную длину преамбулы 64 бита. Дело в том, что во время манчестерского декодирования поступающего из входящего канала пакета при вхождении манчестерского кодека в синхронизм теряется 5-7 первых битов преамбулы. Поскольку при работе в кольцевой сети пакет может последовательно проходить все станции сети, подвергаясь при этом многократному декодированию, то необходимо принять меры, исключающие потери битов преамбулы при прохождении пакета через станцию, так как в противном случае при прохождении через 7-8 станций преамбула будет полностью потеряна. The preamble recovery unit of the incoming packet 3 restores the nominal preamble length of 64 bits. The fact is that during the Manchester decoding of a packet coming from the incoming channel when the Manchester codec enters the synchronism, the 5-7 first bits of the preamble are lost. Since when working in a ring network, a packet can go through all stations of a network in sequence, being subjected to multiple decoding, it is necessary to take measures to prevent loss of preamble bits when a packet passes through a station, because otherwise, when passing through 7-8 stations, the preamble will be completely lost.

Принцип работы блока восстановления преамбулы известен и может быть пояснен с помощью фиг.2. При поступлении на приемные цепи Rx+Rx-блока 2 первого бита преамбулы приходящего пакета кодек выставляет сигнал CRS начало приема. После получения этого сигнала блок восстановления преамбулы начинает с помощью генератора искусственной преамбулы 17 генерировать по сигналу синхронизации ТхС искусственную преамбулу, формат которой известен 8 байтов чередующихся "1" и "0" с заменой в последнем байте последнего "0" на "1". Так как преамбула заканчивается кодом "11", который собственно и является признаком окончания преамбулы и начала содержательной части пакета (адреса получателя пакета). Параллельно с передачей искусственной преамбулы блок восстановления с помощью схемы определения конца преамбулы 15 анализирует "естественную" укороченную преамбулу, приходящую по цепи приема RxD на предмет ее окончания по признаку "11" и начала содержательной информации. The principle of operation of the recovery block of the preamble is known and can be explained using figure 2. When the first packet of the preamble of the incoming packet arrives at the Rx + Rx-block 2 receiving chains, the codec sets the signal CRS to start receiving. After receiving this signal, the preamble recovery unit starts using the artificial preamble generator 17 to generate an artificial preamble from the TxC synchronization signal, the format of which is known by 8 bytes of alternating "1" and "0" with the last byte replaced by "1" by "1". Since the preamble ends with the code "11", which in fact is a sign of the end of the preamble and the beginning of the content of the packet (address of the packet recipient). In parallel with the transmission of the artificial preamble, the recovery unit, using the preamble 15 end determination circuit, analyzes the “natural” shortened preamble arriving along the RxD reception chain for its completion by the sign “11” and the beginning of the content information.

Приходящая после окончания преамбулы (после поступления "11") содержательная информация записывается в последовательном коде в одноразрядный буфер 16. Окончание передачи искусственной преамбулы определяется путем подсчета битов преамбулы счетчиком 18, после чего мультиплексор 19 переключается на передачу в цепь RxDP содержательной информации временно до окончания передачи искусственной преамбулы, записанной в двупортовую буферную память 16. Таким образом весь пакет последовательно проходит через двупортовую буферную память 16. При этом с помощью приемной тактовой последовательности RxC принимаемый пакет записывается в буфер 16, а с помощью передающей тактовой последовательности TxC читается и через мультиплексор 19 выдается из блока восстановления преамбулы далее на передачу или в буферную память сетевых пакетов 4. The information that arrives after the end of the preamble (after receipt of "11") is recorded in a sequential code into a single-bit buffer 16. The end of the transmission of the artificial preamble is determined by counting the preamble bits by the counter 18, after which the multiplexer 19 switches to transmitting the information to the RxDP circuit temporarily until the end of the transmission artificial preamble recorded in the dual-port buffer memory 16. Thus, the entire packet sequentially passes through the dual-port buffer memory 16. Moreover, with p power received packet reception clock RxC sequence stored in the buffer 16, and via the transmit clock sequence TxC read through multiplexer 19 and is output from the restoring unit further transmitting a preamble or in the buffer memory 4 of network packets.

Буферная память сетевых пакетов 4 имеет известный метод организации по принципу "первый вошел первый вышел" FIFO, который реализован, например, в микросхеме КМ536ИР2. The buffer memory of network packets 4 has a well-known method of organization on the basis of the "first-in-first-out" FIFO principle, which is implemented, for example, in the KM536IR2 chip.

В буферную память 4 по сигналу FIFO IN заносятся биты принимаемого пакета, поступающие по цепи RxDP, а по сигналу FIFO OUT биты, находящиеся в буфере пакетов, выдаются на выход TxDF. Сигнал FRDY возникает при наличии информации в буфере. Емкость буфера должна обеспечивать прием 2-3-х пакетов. Так для сети по спецификации Ethernet, имеющей максимальную длину пакетов 1500 байт, емкость буфера должна быть 4-6 Кбайт. The bits of the received packet arriving on the RxDP circuit are entered into the buffer memory 4 by the FIFO IN signal, and the bits in the packet buffer are output to the TxDF output by the FIFO OUT signal. The FRDY signal occurs when there is information in the buffer. The capacity of the buffer should ensure the reception of 2-3 packets. So for a network according to the Ethernet specification, with a maximum packet length of 1500 bytes, the buffer capacity should be 4-6 KB.

Блок ликвидации коротких пакетов 5 предназначен для удаления из сети паразитных пакетов, состоящих из преамбулы и адреса получателя, которые возникают в кольцевой сети при приеме станцией пакета. Дело в том, что заголовок любого пакета, приходящего на станцию, начинает одновременно ретранслироваться в исходящий канал и приниматься собственным контроллером ввода/вывода 1 для определения адреса этого пакета. Контроллер ввода/вывода дешифрирует адрес получателя, который следует непосредственно за преамбулой и в том случае, если пакет не предназначен данной станции, отвергает пакет и не вмешивается в процесс его ретрансляции в исходящий канал. Если пакет предназначается данной станции, то контроллер ввода/вывода после дешифрации адреса начинает принимать поступающий пакет и одновременно прерывает ретрансляцию. В результате начальная часть пакета, содержащая преамбулу и адрес получателя, уходит в исходящий канал и будет ретранслироваться далее по сети. Эта ситуация типична для сетей кольцевой топологии, и в этом случае обычно принимаются меры для удаления таких паразитных пакетов из сети. Как правило, они определяются по признаку длины. Block elimination of short packets 5 is designed to remove spurious packets from the network, consisting of the preamble and the recipient address, which occur in the ring network when the station receives the packet. The fact is that the header of any packet arriving at the station begins to be relayed simultaneously to the outgoing channel and is received by its own I / O controller 1 to determine the address of this packet. The I / O controller decrypts the recipient address, which immediately follows the preamble, and if the packet is not intended for this station, rejects the packet and does not interfere with the process of relaying it to the outgoing channel. If the packet is intended for this station, then the I / O controller after decrypting the address starts receiving the incoming packet and simultaneously interrupts the relay. As a result, the initial part of the packet, containing the preamble and recipient address, goes to the outgoing channel and will be relayed further over the network. This situation is typical of ring topology networks, and in this case, measures are usually taken to remove such spurious packets from the network. As a rule, they are determined by length.

На фиг. 3 показана принципиальная схема блока ликвидации коротких пакетов, а выше перечислены входящие в блок узлы. Его работа происходит следующим образом. In FIG. Figure 3 shows a schematic diagram of a block for eliminating short packets, and the nodes included in a block are listed above. His work is as follows.

На блок ликвидации коротких пакетов 5 подается сигнал наличия приема из входящего канала CRS, длительность которого точно соответствует длине пакета. По длительности сигнала CRS блок ликвидации 5 при записи в буферную память сетевых пакетов 4 отличает короткие пакеты. Затем при выдаче пакетов этот признак используется для того, чтобы с помощью сигнала OUT EN отключить выход буферной памяти 4, а время выгрузки из буфера короткого пакета. Таким образом блок ликвидации коротких пакетов работает совместно с буфером 4. The block of elimination of short packets 5 receives a signal of the presence of reception from the incoming channel CRS, the duration of which corresponds exactly to the length of the packet. The duration of the CRS signal block elimination 5 when writing to the buffer memory of network packets 4 distinguishes short packets. Then, when issuing packets, this feature is used to disable the output of buffer memory 4 using the OUT EN signal, and the time for unloading a short packet from the buffer. Thus, the block elimination of short packets works in conjunction with buffer 4.

Итак, при поступлении пакета на входные цепи манчестерского кодека возникает сигнал CRS, который передним фронтом запускает одновибратор 20, настроенный на длительность короткого пакета. В качестве примера скажем, что в спецификации Ethernet преамбула и адрес получателя составляют 20 байтов, что при скорости передачи 10 Мбит/с составляет длительность приема короткого пакета 16 мкс. Таким образом длительность короткого пакета можно принять 20-25 мкс. So, when a packet arrives at the input circuits of the Manchester codec, a CRS signal arises, which triggers a single-shot 20, which is configured for the duration of a short packet, with a leading edge. As an example, let's say that in the Ethernet specification, the preamble and destination address are 20 bytes, which at a transmission speed of 10 Mbit / s is the duration of the reception of a short packet of 16 μs. Thus, the duration of a short burst can be taken 20-25 μs.

По окончании приема пакета сигнал CRS сбрасывается и задним фронтом этого сигнала в сдвиговый регистр 2 заносится состояние на этот момент выхода одновибратора 1. Если длительность приема пакета составит меньше импульса одновибратора, то в сдвиговый регистр 2 запишется признак короткого пакета, например "1". В противоположном случае соответственно "0". Очевидно, что в сдвиговый регистр будут записаны признаки всех пакетов, содержащихся в буферной памяти сетевых пакетов 4. Реверсивный счетчик 22, отсчитывающий единицу вперед по заднему фронту CRS и единицу назад по сигналу окончания передачи из буфера 4 очередного пакета END PAK будет содержать номер пакета, подлежащего в данный момент передаче. Выходы этого счетчика, поданные на управляющие входы мультиплексора 23, будут настраивать мультиплексор на выдачу со сдвигового регистра признака длины соответствующего пакета, а выход мультиплексора FIFO DATA ENABLE будет уже запрещать выведение в канал из буферной памяти 4 коротких паразитных пакетов и разрешать выведение пакетов нормальной длины. At the end of packet reception, the CRS signal is reset and the trailing edge of this signal is entered in shift register 2 the state at this moment of output of one-shot 1. If the duration of the packet is less than the pulse of one-shot, then the shift register 2 is written a sign of a short burst, for example "1". In the opposite case, respectively, "0". Obviously, the signs of all packets contained in the buffer memory of network packets 4 will be recorded in the shift register. Reversible counter 22, which counts one unit forward on the trailing edge of the CRS and one unit backward according to the transmission end signal from buffer 4 of the next END PAK packet, will contain the packet number, currently subject to transfer. The outputs of this counter, applied to the control inputs of the multiplexer 23, will configure the multiplexer to output a sign of the length of the corresponding packet from the shift register, and the output of the FIFO DATA ENABLE multiplexer will already prohibit the output of 4 short stray packets into the channel from the buffer memory and allow the output of packets of normal length.

Блок управления и коммутации каналов 6 (БУКК) представляет собой логическую схему, физически реализованную в виде программируемой логической матрицы ПАЛ, которая направляет потоки принимаемых и передаваемых данных в соответствующие узлы устройства в зависимости от режима работы и вырабатывает необходимые для реализации этих режимов сигналы управления. The control and switching unit of channels 6 (BUKK) is a logical circuit physically implemented in the form of a programmable logic matrix PAL, which directs the flows of received and transmitted data to the corresponding nodes of the device depending on the operating mode and generates control signals necessary for the implementation of these modes.

Внутренняя структура и функционирование БУКК может быть строго задана с помощью логических уравнений, связывающих входные и выходные сигналы. The internal structure and functioning of the BCCC can be strictly defined using logical equations linking the input and output signals.

Дадим определение входных и выходных сигналов. Let us define the input and output signals.

Входные сигналы:
MOD переключение режима работы контроллера: в кольцевой сети или в шинной сети;
FRDY буферная память сетевых пакетов 4 содержит пакет;
TxDF передаваемые данные с буферной памяти 4;
RxDP принятые данные с блока восстановления преамбулы;
CRSI сигнал наличия приема из входящего канала, поступающий от манчестерского кодека;
RxD принимаемые данные с манчестерского кодека;
TxE включение манчестерского кодека на передачу;
ADDR сигнал записи байтов в буферную память принимаемых и передаваемых собственных пакетов 6;
TxDC передаваемые данные из контроллера ввода/вывода 1.Input signals:
MOD switching controller operation mode: in a ring network or in a bus network;
FRDY buffer memory network packets 4 contains a packet;
TxDF transmitted data from buffer memory 4;
RxDP received data from the preamble recovery unit;
CRSI signal of the presence of reception from the incoming channel coming from the Manchester codec;
RxD received data from the Manchester codec;
TxE inclusion of the Manchester transmission codec;
ADDR signal to write bytes to the buffer memory of received and transmitted own packets 6;
TxDC transmitted data from I / O controller 1.

Выходные сигналы:
FIFO OUT сигнал выгрузки пакетов из буферной памяти 4;
FIFOIN сигнал записи принимаемого пакета в буферную память 4;
RxD принимаемые данные для контроллера ввода/вывода 1;
CRSO сигнал занятого состояния канала для контроллера ввода/вывода 1;
TxEC сигнал включения манчестерского кодека на передачу;
TxD передаваемые данные для манчестерского кодека 2.Output signals:
FIFO OUT signal for unloading packets from the buffer memory 4;
FIFOIN signal to write the received packet to the buffer memory 4;
RxD received data for I / O controller 1;
Channel busy signal CRSO for input / output controller 1;
TxEC signal enable Manchester codec transmission;
TxD transmitted data for Manchester codec 2.

Внутренняя организация блока 6 однозначно определяется логическими уравнениями. Однако прежде чем их приводить, целесообразно определить основные функции, выполняемые устройством, которые за счет переключения каналов должен обеспечивать БУКК. The internal organization of block 6 is uniquely determined by logical equations. However, before they can be cited, it is advisable to determine the main functions performed by the device, which, due to the switching of channels, should be provided by the BCCH.

Прежде всего сигнал MOD обеспечивает настройку на шинную, либо кольцевую топологию сети. First of all, the MOD signal provides tuning to the bus or ring network topology.

При шинной топологии блок 6 обеспечивает один стандартный для метода CSMA/CD режим работы устройства, который достигается стандартным соединением манчестерского кодека 2 и контроллера ввода/вывода 1, которое показано в [3] В этом случае цепи манчестерского кодека 2 RxD, TxD, CRS, TxC, RxC, COL, TEN соединяются с одноименными цепями контроллера ввода/вывода 1, который реализует необходимые протокольные функции метода доступа CSMA/CD. With a bus topology, block 6 provides one standard device mode for the CSMA / CD method, which is achieved by the standard connection of the Manchester codec 2 and I / O controller 1, which is shown in [3] In this case, the circuit of the Manchester codec 2 RxD, TxD, CRS, TxC, RxC, COL, TEN are connected to the same circuit of the I / O controller 1, which implements the necessary protocol functions of the CSMA / CD access method.

В режиме кольцевой топологии информационные пакеты передаются соответствующему получателю путем последовательной передачи от станции к станции. Находящиеся в кольце станции анализируют адреса назначения всех приходящих из входного канала пакетов. Если станция обнаруживает, что пакет "чужой", то он ретранслируется далее в исходящий канал, а если пакет предназначен для данной станции, то пакет принимается, а ретрансляция прекращается. In the ring topology mode, information packets are transmitted to the corresponding recipient by serial transmission from station to station. The stations located in the ring analyze the destination addresses of all packets arriving from the input channel. If the station detects that the packet is “foreign”, then it is relayed further to the outgoing channel, and if the packet is intended for this station, then the packet is received, and the relay stops.

В связи с этим для работы в кольцевом режиме предлагаемое устройство должно обеспечивать функции ретрансляции пакетов и прекращения ретрансляции после распознавания "своего" адреса пакета. Попутно здесь возникают две проблемы. Первая это восстановление преамбулы, которая связана с тем, что при манчестерском декодировании пакета кодеком 2 начальные биты преамбулы теряются, а в исходящий канал необходимо передавать пакет в исходном неиспорченном виде. И вторая проблема это уничтожение коротких пакетов, которые возникают при приеме "своего" пакета и прекращении ретрансляции. Ретрансляция прекращается в этом случае после дешифрации адреса пакета, а это означает, что часть пакета будет передана в исходящий канал и будет далее циркулировать по кольцу, если этот паразитный пакет не уничтожить. In this regard, to operate in ring mode, the proposed device must provide the functions of relaying packets and stopping relaying after recognizing "its" packet address. Along the way, two problems arise here. The first is the restoration of the preamble, which is due to the fact that during Manchester decoding of a packet by the codec 2, the initial bits of the preamble are lost, and the packet must be transmitted in the outgoing channel in its original unspoiled form. And the second problem is the destruction of short packets that occur when receiving "their" packet and stop relaying. In this case, relaying stops after decryption of the packet address, which means that part of the packet will be transmitted to the outgoing channel and will continue to circulate in the ring if this spurious packet is not destroyed.

При выполнении передачи в режиме кольцевой топологии существует также проблема доступа к каналу. When performing transmission in the ring topology mode, there is also a problem of access to the channel.

В изобретении применен известный алгоритм "вставка регистра" [4] используемый в сетях кольцевой топологии, сущность которого состоит в следующем. The invention uses the well-known algorithm "insert register" [4] used in networks of ring topology, the essence of which is as follows.

Станции контролируют наличие приема из входящего канала и могут начать передачу при его отсутствии. Передача ведется в исходящий канал. Это единственное условие для определения возможности канала передачи. Stations control the presence of reception from the incoming channel and can start transmitting in the absence of it. Transmission is in the outgoing channel. This is the only condition for determining the transmission channel capability.

После начала собственной передачи, очевидно, в любое время может начаться прием из входящего канала. Поскольку в этот момент ни собственный прием, ни ретрансляция вновь прибывающего пакета невозможны, то его необходимо запомнить в буферной памяти сетевых пакетов типа FIFO. Пакетов может прибыть несколько и все их необходимо запомнить. After the start of own transmission, obviously, at any time, reception from the incoming channel may begin. Since at this moment neither your own reception nor retransmission of a newly arriving packet is possible, it must be remembered in the buffer memory of network packets of the FIFO type. There may be several packages and all of them must be remembered.

После окончания собственной передачи помещенные в буферную память пакеты подаются на вход собственного контроллера ввода/вывода для анализа их принадлежности данной станции и приема в случае необходимости, а также передаются в исходящий канал для дальнейшей ретрансляции. Средством для предотвращения взаимного наложения передач и конфликтов в канале являются буферные памяти, имеющиеся на каждой станции. Эти буферные памяти удобно использовать и для уничтожения коротких паразитных пакетов, возникающих при ретрансляции. After the end of its transmission, the packets placed in the buffer memory are fed to the input of their own I / O controller for analysis of their belonging to this station and reception, if necessary, and are also transmitted to the outgoing channel for further relaying. Means for preventing the mutual overlapping of transmissions and conflicts in the channel are the buffer memory available at each station. It is also convenient to use these buffer memories for destroying short spurious packets arising from relaying.

Таким образом теперь можно сформулировать функции, которые выполняет устройство в режиме кольцевой топологии:
1) прием и дешифрация адреса пакета;
2) ретрансляция пакета;
3) восстановление преамбулы при ретрансляции;
4) буферизация приходящих пакетов во время собственной передачи;
5) обнаружение и уничтожение "коротких" пакетов;
6) определение наличия приема из входного канала.Thus, now we can formulate the functions that the device performs in the ring topology mode:
1) reception and decryption of the packet address;
2) packet relay;
3) restoration of the preamble during relay;
4) buffering of incoming packets during its own transmission;
5) detection and destruction of "short"packets;
6) determining the availability of reception from the input channel.

Функции 1 и 6 являются общими для режимов как шинной, так и кольцевой топологии, а функции 2-5 специфические для режима кольцевой топологии. Functions 1 and 6 are common for both bus and ring topology modes, and functions 2-5 are specific for ring topology mode.

Для выполнения дополнительных функций, присущих кольцевому режиму, предлагаемое устройство выполняет коммутацию каналов принимаемых и передаваемых данных, реализует управление буферной памятью сетевых пакетов типа FIFO, а также при необходимости прерывает процесс ретрансляции. To perform additional functions inherent in the ring mode, the proposed device performs switching of the channels of received and transmitted data, implements management of the buffer memory of network packets of the FIFO type, and also interrupts the relay process, if necessary.

Коммутация каналов принимаемых данных должна обеспечивать поступление информации на цепь принимаемых данных RxD контроллера ввода/вывода 1 с кодека 2 или с блока восстановления преамбулы 3, или с буферной памяти сетевых пакетов 4. Switching of the channels of the received data should ensure the flow of information to the chain of received data RxD of the input / output controller 1 from the codec 2 or from the recovery block of the preamble 3, or from the buffer memory of the network packets 4.

Коммутация каналов передаваемых данных должна обеспечивать поступление информации на цепь передаваемых данных TxDM манчестерского кодека 2;
с контроллера ввода/вывода 1 или с блока восстановления преамбулы 3 или с буферной памяти 4.Switching the channels of transmitted data should ensure the flow of information to the transmitted data chain TxDM of the Manchester codec 2;
from the I / O controller 1 or from the recovery block of the preamble 3 or from the buffer memory 4.

Цепи управления должны обеспечивать:
загрузку пакета в буферную память 4 (сигнал FIFO IN);
выгрузку пакета из буферной памяти 4 (сигнал FIFO OUT);
включение/выключение передатчика манчестерского кодека, в частности прерывание трансляции (сигнал TxEC) при приеме собственного пакета.Management circuits should provide:
loading a packet into buffer memory 4 (FIFO IN signal);
unloading a packet from buffer memory 4 (FIFO OUT signal);
turning on / off the transmitter of the Manchester codec, in particular, interruption of broadcasting (TxEC signal) when receiving its own packet.

Коммутация каналов и выработка управляющих сигналов, необходимых для реализации перечисленных функций в режиме кольцевой топологии, выполняется блоком управления и коммутации каналов, который может быть реализован в виде программируемой логической матрицы (ПАЛ). Функционирование блока управления и коммутации каналов 6 таким образом может быть однозначно определено логическими уравнениями, которые связывают значения сигналов на входе ПАЛ со значениями сигналов на выходе. Switching channels and generating control signals necessary for the implementation of these functions in the ring topology mode is performed by a control and switching unit of channels, which can be implemented in the form of a programmable logic matrix (PAL). The functioning of the control unit and switching channels 6 in this way can be uniquely determined by logical equations that relate the values of the signals at the input of the PAL with the values of the signals at the output.

Рассмотрим сначала коммутацию цепей принимаемых и передаваемых данных между манчестерским кодеком и контроллером ввода/вывода. В режиме шинной топологии цепи принимаемых и передаваемых данных этих устройств соединяются стандартным образом, а именно цепи одноименных сигналов соединяются между собой. Режиму шинной топологии придадим прямое значение сигнала MOD. В режиме кольцевой топологии (

) принимаемые данные идут с манчестерского кодека, т.е. принимают значение RxDM при пустой буферной памяти 4 (FRDY,

) и поступают с буферной памяти 4, т.е. принимают значение TxDF в противоположном случае. Сказанное выше может быть выражено следующим логическим уравнением:
RxD RxDM ^.

+ MOD ^. (RxDM x

+ TxDF ^. FRDY) (1)
Передаваемые данные в режиме кольцевой топологии могут поступать на манчестерский кодек 2 с контроллера ввода/вывода при собственной передаче станции (TxD), с блока восстановления преамбулы при ретрансляции (RxDP) и с буферной памяти 4 при наличии в ней пакетов (TxDF). Условия коммутации канала передаваемых данных выражаются логическим уравнением:
TxDM TxD ^. MOD+

^. (RxDP ^.

·

+TxD · TxE+TxDF · FRDY

) (2)
Определим теперь логические уравнения для сигналов управления.First, consider the switching of the chains of received and transmitted data between the Manchester codec and the input / output controller. In the bus topology mode, the chains of the received and transmitted data of these devices are connected in a standard way, namely, the chains of the same name signals are interconnected. To the bus topology mode we assign a direct signal value to the MOD signal. In ring topology mode (

) the received data comes from the Manchester codec, i.e. take the value RxDM with empty buffer memory 4 (FRDY,

) and come from buffer memory 4, i.e. take the value of TxDF in the opposite case. The above can be expressed by the following logical equation:
RxD RxDM ^.

+ MOD ^. (RxDM x

+ TxDF ^. FRDY) (1)
The transmitted data in the ring topology mode can be transmitted to Manchester codec 2 from the input / output controller when the station itself is transmitted (TxD), from the relay preamble recovery unit (RxDP) and from buffer memory 4 if there are packets in it (TxDF). The conditions for switching the channel of the transmitted data are expressed by the logical equation:
TxDM TxD ^. MOD +

^. (RxDP ^.

·

+ TxD TxE + TxDF FRDY

) (2)
We now define the logical equations for the control signals.

Загрузка поступающего пакета в буферную память 4 должна производиться в том случае, если в данный момент имеет место собственная передача или передача из буферной памяти 4:
FIFO IN CRSM ^. TxE + CRSH ^. FRDY (3)
Выгрузка пакетов из буферной памяти 4 при отсутствии собственной передачи и при наличии пакетов в буферной памяти
FIFO OUT FRDY ^.

(4)
Управление передачей в исходящий канал, т.е. сигналом TxEC, должно соответствовать следующим условиям:
соответствие TxE при собственной передаче;
в режиме ретрансляции включение передатчика в начале ретрансляции до момента распознавания собственного адреса;
выключение ретрансляции, если пакет "свой".Downloading the incoming packet to the buffer memory 4 should be carried out if at the moment there is a private transfer or transmission from the buffer memory 4:
FIFO IN CRSM ^. TxE + CRSH ^. FRDY (3)
Unloading packets from buffer memory 4 if there is no native transmission and if there are packets in the buffer memory
FIFO OUT FRDY ^.

(4)
Outbound transmission control, i.e. TxEC signal must meet the following conditions:
TxE compliance in native transmission;
in relay mode, the transmitter is turned on at the beginning of the relay until the recognition of its own address;
relay off if the packet is "own".

Принадлежность пакета определяется по сигналу ADDR записи в буфер поступающих пакетов 7. Если пакет "чужой", то сигнал записи не возникает и передатчик манчестерского кодека остается включенным до момента окончания ретрансляции. Ретранслируемый пакет может поступать с блока восстановления преамбулы 3 или из буферной памяти 4. Таким образом логическое уравнение включения передатчика манчестерского кодека имеет вид:
TxEC TxE ^. MOD +

(TxE +

x
x (CRSM ^.

·

+ FRDY ^. ADDR)
(5)
Сигнал занятого состояния канала CRSO, поступающий на контроллер ввода/вывода в режиме шинной топологии, соединяется с соответствующим выходом манчестерского кодека, а в режиме кольцевой топологии должен еще сигнализировать о наличии передачи из буферной памяти. В результате логическое уравнение можно записать в виде:
CRSO CRSM ^. MOD +

(CRSM + FRDY) (6)
Буферная память принимаемых и передаваемых собственных пакетов 7 предназначена для промежуточного хранения принимаемых из сети и передаваемых в сеть пакетов, имеет байтовую организацию и емкость, достаточную для хранения от 2 до 4 принимаемых пакетов и одного, двух передаваемых пакетов.The membership of the packet is determined by the signal ADDR write to the buffer of incoming packets 7. If the packet is “foreign”, then the recording signal does not occur and the transmitter of the Manchester codec remains on until the end of the relay. The relay packet may come from the recovery block of the preamble 3 or from the buffer memory 4. Thus, the logical equation for enabling the transmitter of the Manchester codec is:
TxEC TxE ^. MOD +

(TxE +

x
x (CRSM ^.

·

+ FRDY ^. ADDR)
(5)
The busy signal of the CRSO channel arriving at the input / output controller in the bus topology mode is connected to the corresponding output of the Manchester codec, and in the ring topology mode it should also signal the presence of transmission from the buffer memory. As a result, the logical equation can be written as:
CRSO CRSM ^. MOD +

(CRSM + FRDY) (6)
The buffer memory of received and transmitted own packets 7 is intended for intermediate storage of packets received from the network and transmitted to the network, has a byte organization and a capacity sufficient to store from 2 to 4 received packets and one, two transmitted packets.

Триггер 8 приема собственного пакета предназначен для хранения признака приема станцией адресованного ей пакета. Он вводится импульсом записи в память 7 первого байта и сбрасывается задним фронтом сигнала CRSM, который сигнализирует об окончании приема пакета. The trigger 8 for receiving its own packet is designed to store the sign of the station receiving the packet addressed to it. It is entered by a write pulse into memory 7 of the first byte and is reset by the trailing edge of the CRSM signal, which signals the end of packet reception.

Приемопередатчики 10 и 11 в состав устройства не входят и показаны для иллюстрации включения устройства в сеть кольцевой топологии. Приемопередатчики для сетей шинной топологии с методом доступа CSMA/CD типа Ethernet содержат приемопередающие усилители, схему обнаружения коллизии в канале. В режиме шинной топологии используется один приемопередатчик, подключаемый к предлагаемому устройству стандартом. The transceivers 10 and 11 are not part of the device and are shown to illustrate the inclusion of the device in a ring topology network. Transceivers for bus topology networks with the CSMA / CD type Ethernet access method include transceivers and amplifiers, a channel collision detection circuit. In bus topology mode, one transceiver is used, which is connected to the proposed device by the standard.

Сопряжение контроллера ввода/вывода 1 с компьютером осуществляется через системный компьютерный интерфейс известным образом с использованием буферной памяти принимаемых и передаваемых пакетов 7. The I / O controller 1 is coupled to a computer via a computer system interface in a known manner using the buffer memory of received and transmitted packets 7.

На фиг.1 показано подключение устройства к сети кольцевой топологии, и в данном случае необходимы два приемопередатчика. Приемопередатчики те же, что для режима шинной топологии. Отличий нет. Один предназначен для подключения входящего канала и соединен с манчестерским кодеком цепями Rx, а другой приемопередатчик используется для сопряжения с исходящим каналом и связан с манчестерским кодеком передающими цепями Tx. Figure 1 shows the connection of the device to a ring topology network, and in this case two transceivers are needed. Transceivers are the same as for bus topology mode. There are no differences. One is for connecting the incoming channel and is connected to the Manchester codec by Rx circuits, and the other transceiver is used to interface with the outgoing channel and is connected to the Manchester codec by Tx transmit circuits.

Работа устройства в целом производится следующим образом. The operation of the device as a whole is as follows.

Если устройство используется в режиме шинной топологии, то переключатель режима устанавливается в положение MOD=1 и блок управления и коммутации каналов принимает состояние, в котором обеспечивается соединение контроллера ввода/вывода 1 и манчестерского кодека 2 стандартным для метода CSMA/CD способом. Этот способ соединения и работа устройства в таком режиме подробно описаны в [3] Применительно к предлагаемому устройству это сводится к тому, что блок восстановления преамбулы 3, буферная память сетевых пакетов 4 и блок уничтожения коротких пакетов исключаются из работы и функционирование устройства осуществляется полностью по известному протоколу CSMA/CD. If the device is used in the bus topology mode, the mode switch is set to MOD = 1 and the control and switching unit of the channels assumes a state in which the input / output controller 1 and the Manchester codec 2 are connected in the standard way for the CSMA / CD method. This connection method and the operation of the device in this mode are described in detail in [3]. With regard to the proposed device, this boils down to the fact that the preamble recovery unit 3, the buffer memory of network packets 4 and the destruction unit of short packets are excluded from operation and the device operates completely according to the known CSMA / CD protocol.

Суть его коротко сводится к следующему. Its essence is briefly reduced to the following.

Все станции через приемопередатчики параллельно подключены к единому шинному каналу, при этом каждая станция непрерывно контролирует три состояния канала: "занято", "свободно", "конфликт". All stations through transceivers are connected in parallel to a single bus channel, and each station continuously monitors three channel conditions: busy, free, conflict.

Для выполнения передачи станция дожидается состояния "свободно" и занимает канал для передачи. Если канал занимает одна станция, то она благополучно завершает передачу. Если же в канал одновременно выходят две и более станций, то возникает состояние "конфликт", которое определяется приемопередатчиками и доводится до сведения контроллера. Попав в конфликт, станции прекращают передачу и начинают отсчет случайных интервалов времени, по истечении которых повторяют попытку выхода в канал. Если интервалы задержки передачи оказываются разными у конфликтующих станций, то станция, отсчитавшая меньший интервал, занимает канал благополучно выполняет передачу. Если интервалы оказываются одинаковыми, то конфликт повторяется и повторяется та же процедура выхода из конфликта, пока конфликт не будет преодолен. To complete the transfer, the station waits for the “free” state and occupies the channel for transmission. If the channel occupies one station, then it successfully completes the transmission. If two or more stations simultaneously enter the channel, then a “conflict” state occurs, which is determined by the transceivers and brought to the attention of the controller. Once in a conflict, the stations stop transmitting and start counting random time intervals, after which they try to exit the channel again. If the transmission delay intervals turn out to be different for the conflicting stations, then the station that has counted the smaller interval occupies the channel and successfully transmits. If the intervals turn out to be the same, then the conflict is repeated and the same procedure for overcoming the conflict is repeated until the conflict is overcome.

Рассмотренные выше процедуры алгоритма управления доступа к каналу выполняет контроллер ввода/вывода 1 при стандартном соединении с кодеком 2 и со- ответствующим подсоединением приемопередатчика (трансивера). The channel access control algorithm described above is performed by the I / O controller 1 with a standard connection to the codec 2 and the corresponding connection of the transceiver (transceiver).

В режиме кольцевой топологии устройство включается (см. фиг.1) с помощью двух трансиверов. Трансивера входящего канала 10 и трансивера исходящего канала 11, которые соединены через разъем с манчестерским кодеком 2 цепями принимаемых данных Rx+ и Rx- и цепями передаваемых данных Tx+ и Tx- соответственно. Таким образом манчестеpский кодек 2 принимает данные только из входящего канала и передает данные только в исходящий канал. In the ring topology mode, the device is turned on (see figure 1) using two transceivers. The transceiver of the incoming channel 10 and the transceiver of the outgoing channel 11, which are connected through a connector to the Manchester codec 2, the received data chains Rx + and Rx- and the transmitted data chains Tx + and Tx-, respectively. Thus, the Manchester codec 2 receives data only from the incoming channel and transmits data only to the outgoing channel.

Работа устройства в режиме кольцевой топологии производится следующим образом. Прежде всего для упорядочения описания в работе устройства необходимо выделить следующие операции:
доступ станции к каналу для выполнения передачи пакета;
передача пакета по сети;
предотвращение конфликтных ситуаций в сети.The operation of the device in the ring topology mode is as follows. First of all, to streamline the description in the operation of the device, it is necessary to distinguish the following operations:
station access to the channel for packet transmission;
packet transmission over the network;
conflict prevention in the network.

Доступ станции к каналу при кольцевой топологии выполняется на основании анализа состояния канала "занято", "свободно", так же, как и в алгоритме Ethernet с помощью контроллера ввода/вывода 1, который и выполняет этот алгоритм. Отличие в данном случае состоит в том, что алгоритм Ethernet предусматривает также процедуру выхода станций из конфликтной ситуации, т.е. дополнительно выполняется еще процедура выхода станций в канал после возникновения конфликта. При кольцевой топологии конфликт не возникает (за счет введения буферных памятей сетевых пакетов 4 на каждой станции) и таким образом можно сказать, что в контроллере ввода/вывода в этом случае используется только основная часть процедуры доступа, не связанная с конфликтом. Цепь обнаружения коллизии COL имеет вспомогательное значение и может использоваться для определения неисправностей исходящего кабельного сегмента. Известно, что при попытке выполнения передачи в кабельную сеть, выполненную по стандарту Ethernet, в случае обрыва или рассогласования кабеля возникает сигнал коллизии. Таким образом в случае подсоединения цепей коллизии CD+ и СD- к исходящему трансиверу 12, как показано на фиг.1, будет дополнительно выполняться контроль исправности исходящего кабельного сегмента. Station access to the channel in a ring topology is performed based on the analysis of the busy, free status of the channel, just like in the Ethernet algorithm using I / O controller 1, which performs this algorithm. The difference in this case is that the Ethernet algorithm also provides a procedure for the stations to get out of a conflict situation, i.e. In addition, another procedure is performed for the stations to enter the channel after a conflict occurs. With a ring topology, a conflict does not arise (due to the introduction of buffer memories of network packets 4 at each station), and thus it can be said that in the I / O controller in this case only the main part of the access procedure is used that is not related to the conflict. The COL collision detection circuit has an auxiliary value and can be used to identify faults in the outgoing cable segment. It is known that when you try to transfer to a cable network made according to the Ethernet standard, a collision signal occurs in the event of a cable break or mismatch. Thus, in the case of connecting the CD + and CD- collision chains to the outgoing transceiver 12, as shown in Fig. 1, an operability monitoring of the outgoing cable segment will be additionally performed.

Более подробно процедура доступа в режиме кольцевой топологии выглядит следующим образом. In more detail, the access procedure in the ring topology mode is as follows.

Канал "занят" и по нему невозможно начать передачу в том случае если:
идет прием пакета из входящего канала, который либо принимается данным контроллером, либо ретранслируется дальше в исходящий канал;
идет передача пакета из буферной памяти сетевых пакетов 4. При этом пакет либо принимается собственным контроллером ввода/вывода, если он предназначен данной станции, либо ретранслируется дальше по сети.The channel is busy and it is impossible to start transmission on it if:
a packet is being received from the incoming channel, which is either received by this controller or relayed further to the outgoing channel;
the packet is being transferred from the buffer memory of network packets 4. In this case, the packet is either received by its own I / O controller, if it is intended for this station, or relayed further over the network.

Сообщение о состоянии канала ("занято", "свободно") контроллер ввода/вывода получает по сигналу CRSO, значение которого определяется логическим уравнением (6), которое и отражает перечисленные выше условия. Решение о начале передачи по значению сигнала CRSO принимает контроллер ввода/вывода 1, так как это совпадает с условием захвата канала в алгоритме CSMA/CD (Ethernet). The channel status message (busy, free) is received by the I / O controller using the CRSO signal, the value of which is determined by the logical equation (6), which reflects the above conditions. The decision to start the transmission by the value of the CRSO signal is made by the input / output controller 1, since this coincides with the condition of channel capture in the CSMA / CD (Ethernet) algorithm.

Сигнал COL-коллизии в канале при кольцевой топологии используется для контроля исправностей исходящего канала. Так как свои исходящие каналы контролируют все станции, то под контролем оказывается вся сеть. The channel COL collision signal in a ring topology is used to monitor the health of the outgoing channel. Since all stations control their outgoing channels, the entire network is under control.

Таким образом, доступ к каналу в режиме кольцевой топологии определяется только значением сигнала CRSO, поступающим на контроллер ввода/вывода 1, который далее выполняет процедуры доступа к каналу в соответствии с алгоритмом CSMA/CD (Ethernet). Thus, access to the channel in the ring topology mode is determined only by the value of the CRSO signal supplied to the input / output controller 1, which then performs the channel access procedures in accordance with the CSMA / CD (Ethernet) algorithm.

Получив доступ к каналу по значению сигнала CRSO-"свободно", контроллер ввода/вывода начинает выполнять собственную передачу. Начало передачи контроллер ввода/вывода 1 инициализирует сигналом TxE (TRANSMIT ENABLE). Получив сигнал TxE, блок управления и коммутации 6 соединяет цепь передаваемых данных контроллера ввода/вывода TxD с цепью передаваемых данных TxDM манчестерского кодека 2, а цепь TxE с цепью инициализации манчестерского кодека TxEC. Начинается передача пакета в формате Ethernet (ISO 8 802.3). Having accessed the channel by the value of the CRSO- signal "free", the I / O controller begins to carry out its own transmission. I / O controller 1 initializes the transfer with a TxE signal (TRANSMIT ENABLE). Having received the TxE signal, the control and switching unit 6 connects the transmitted data circuit of the TxD I / O controller to the transmitted data chain TxDM of Manchester codec 2, and the TxE circuit with the initialization circuit of the Manchester codec TxEC. Ethernet packet transmission begins (ISO 8 802.3).

Формат пакета Ethernet имеет следующие поля: преамбула 8 байт, адрес приемника 6 байт, адрес передающей станции 6 байт, поле управляющей информации 2 байта, поле передаваемого информационного массива до 1500 байт, контрольная последовательность 4 байта. The Ethernet packet format has the following fields: preamble 8 bytes, receiver address 6 bytes, address of the transmitting station 6 bytes, control information field 2 bytes, transmitted information field up to 1500 bytes, control sequence 4 bytes.

В режиме кольцевой топологии устройство (см. фиг.1) подключается к двум приемопередатчикам: принимающему 10 и передающему 11. In the ring topology mode, the device (see Fig. 1) is connected to two transceivers: receiving 10 and transmitting 11.

При собственной передаче передаваемые данные с контроллера ввода/вывода проходят через блок управления и коммутации 6, манчестерский кодек 2 на передающий трансивер 11 и далее в исходящий кабельный сегмент, который связан с входным приемопередатчиком следующей станции. Таким образом передача пакета производится по кольцу в одном направлении. На каждой станции пакет принимается с помощью входного приемопередатчика и подается на манчестерский кодек 2, а с выхода манчестерского кодека по цепи RxDM подается на блок восстановления преамбулы 3 и контроллер ввода/вывода 1 через блок управления и коммутации 6. Если в данный момент станция не выполняет собственную передачу и буферная память сетевых пакетов 4 пуста, то контроллер ввода/вывода 1 начинает прием заголовка пакета, а с блока восстановления преамбулы 3 начинается ретрансляция принимаемого пакета в исходящий канал на следующую станцию. Контроллер ввода-вывода 1, приняв адрес приемника, находящийся в заголовке пакета, устанавливает принадлежность пакета данной станции. Если пакет "свой", то контроллер ввода/вывода 1 начинает прием пакета в буферную память 7 приходящих пакетов, о чем свидетельствует появление сигнала записи в память MWR. Ретрансляция пакета в следующую станцию при этом прекращается. Сигнал MWR, поступает на триггер 8, взводит его, образуя сигнал адреса "своего" пакета ADDR. При появлении сигнала ADDR блок управления и коммутации
6 выключает передатчик манчестерского кодека 2 путем снятия сигнала TxEC, прерывая таким образом ретрансляцию пакета. При этом в следующую станцию и далее по сети ретранслируется начальная часть заголовка пакета, включающая преамбулу и адрес приемника. Этот укороченный пакет далее уничтожается с помощью схемы уничтожения коротких пакетов 5 и буферной памяти 4.In their own transmission, the transmitted data from the input / output controller passes through the control and switching unit 6, Manchester codec 2 to the transmitting transceiver 11 and then to the outgoing cable segment, which is connected to the input transceiver of the next station. Thus, the packet is transmitted in a ring in one direction. At each station, the packet is received using the input transceiver and fed to Manchester codec 2, and from the output of the Manchester codec through the RxDM chain, it is sent to the preamble 3 recovery unit and I / O controller 1 through the control and switching unit 6. If the station does not currently perform Since the own transmission and the buffer memory of the network packets 4 is empty, the input / output controller 1 starts receiving the packet header, and from the recovery block of preamble 3, the received packet is relayed to the outgoing channel to the next antsiyu. The I / O controller 1, having accepted the address of the receiver located in the packet header, establishes the packet belonging to this station. If the packet is “your”, then the I / O controller 1 starts receiving the packet into the buffer memory 7 of the incoming packets, as evidenced by the appearance of a write signal in the MWR memory. Relaying the packet to the next station then stops. The MWR signal, arrives at trigger 8, cocking it, forming the signal of the address of the "own" ADDR packet. When an ADDR signal appears, the control and switching unit
6 turns off the transmitter of the Manchester codec 2 by removing the TxEC signal, thereby interrupting the relay of the packet. In this case, the initial part of the packet header, including the preamble and receiver address, is relayed to the next station and further over the network. This shortened packet is then destroyed using the scheme of destruction of short packets 5 and buffer memory 4.

Если же после приема станцией адреса пакета оказывается, что пакет не предназначается данной станции ("чужой"), то контроллер ввода/вывода прекращает прием, а станция продолжает ретрансляцию пакета в следующую станцию и далее до той станции, которой он предназначен и которая его примет. Таким образом пакет передается от станции отправителя до станции назначения путем последовательной ретрансляции через промежуточные станции. If, however, after the station receives the packet address, it turns out that the packet is not intended for the given station ("alien"), then the I / O controller stops receiving, and the station continues relaying the packet to the next station and further to the station to which it is intended and which will receive it . Thus, the packet is transmitted from the sender station to the destination station by relaying sequentially through intermediate stations.

При выполнении станцией собственной передачи может начаться прием пакета от предыдущей станции, т.е. может возникнуть ситуация, сходная с той, которая происходит при одновременном выходе станций в канал в режиме шинной топологии при методе доступа CSMA/CD (Ethernet). В методе CSMA/CD в этом случае вступает в действие алгоритм преодоления конфликта, описанный выше. When the station performs its own transmission, packet reception may begin from the previous station, i.e. a situation similar to that which occurs when the stations simultaneously enter the channel in the bus topology mode with the CSMA / CD (Ethernet) access method may occur. In the CSMA / CD method, in this case, the conflict resolution algorithm described above is activated.

В устройстве возможная конфликтная ситуация предотвращается за счет введения в устройство буферной памяти сетевых пакетов типа FIFO для хранения нескольких пакетов. Таким образом, в общем виде процедура предотвращения конфликтов между передаваемыми и принимаемыми пакетами выглядит следующим образом. Если в данный момент станция занята собственной передачей и не может выполнить ни приема пакета, ни ретрансляции, то поступающий пакет временно заносится в буферную память 4. После завершения собственной передачи контроллером ввода/вывода 1 и освобождения исходящего канала начинают передаваться пакеты, пришедшие из входного канала и хранящиеся в буферной памяти. Если в буфере 4 накопилось несколько пакетов, то они с межпакетным промежутком выдаются из буфера. При этом они поступают через блок управления и коммутации 6 на вход контроллера ввода/вывода 1 для приема и на вход передатчика манчестерского кодека 2 для ретрансляции. Контроллер ввода/вывода 1 и манчестерский кодек 2 функционируют в этом случае так же, как и при приеме непосредственно из линии, а именно контроллер ввода/вывода 1 принимает заголовок пакета и дешифрирует адрес пакета. Если пакет "свой", то контроллер ввода/вывода начинает принимать пакет в буферную память 7 и дает сигнал на прерывание ретрансляции. Если пакет "чужой", то контроллер ввода/вывода пакет игнорирует и продолжается дальнейшая ретрансляция пакета. Буферная память 4 при этом не освобождает исходящий канал для контроллера ввода/вывода, пока все пакеты, находящиеся в буферной памяти не будут переданы (см. уравнение 6). In the device, a possible conflict situation is prevented by introducing network packets of the FIFO type into the buffer memory device to store several packets. Thus, in general terms, the procedure for preventing conflicts between transmitted and received packets is as follows. If at the moment the station is busy with its own transmission and can neither receive a packet nor relay, then the incoming packet is temporarily stored in buffer memory 4. After the completion of its own transmission by the I / O controller 1 and release of the outgoing channel, packets coming from the input channel begin to be transmitted and stored in buffer memory. If several packets have accumulated in buffer 4, then they are issued from the buffer with an inter-packet gap. At the same time, they come through the control and switching unit 6 to the input of the input / output controller 1 for reception and to the input of the transmitter of the Manchester codec 2 for relay. The input / output controller 1 and the Manchester codec 2 function in this case in the same way as when received directly from the line, namely, the input / output controller 1 receives the packet header and decrypts the packet address. If the packet is “your own”, then the I / O controller starts receiving the packet in the buffer memory 7 and gives a signal to interrupt the relay. If the packet is “alien”, then the I / O controller ignores the packet and continues to relay the packet further. The buffer memory 4 does not free the outgoing channel for the I / O controller until all packets in the buffer memory are transferred (see equation 6).

Таким образом основным средством предотвращения конфликтных ситуаций из-за столкновения одновременных передач различных станций являются буферные памяти объемом, необходимым для хранения 2-3 пакетов, введенные в состав каждой станции. Thus, the main means of preventing conflict situations due to the collision of simultaneous transmissions of different stations are buffer memory with the volume necessary to store 2-3 packets introduced into each station.

Прием станцией "своего" пакета, сопровождается возникновением короткого "паразитного" пакета, который будет ретранслироваться через последующие станции и дойдет до станции, ведущей передачу данного пакета. Эта станция загрузит его в свою буферную память сетевых пакетов 4 до окончания передачи. При загрузке в буферную память этот пакет схемой уничтожения коротких пакетов будет отменен как короткий. После окончания собственной передачи короткий пакет из буферной памяти будет выгружен, однако передача его на входы контроллера ввода/вывода 1 и манчестерского кодека 2 будет запрещена. В результате этот пакет будет уничтожен. Reception of the “own” packet by the station is accompanied by the appearance of a short “spurious” packet, which will be relayed through subsequent stations and will reach the station transmitting this packet. This station will load it into its buffer memory of network packets 4 until transmission is complete. When loaded into the buffer memory, this packet will be canceled as short by the scheme of destroying short packets. After the end of its own transmission, a short packet from the buffer memory will be unloaded, however, its transmission to the inputs of the I / O controller 1 and Manchester codec 2 will be prohibited. As a result, this package will be destroyed.

При передаче пакета по сети от станции отправления до станции назначения на каждой станции производится переприем и ретрансляция пакета с полным восстановлением синхронизации, что выполняется с помощью манчестерского кодека. Однако манчестерский кодек при входе в синхронизацию может потерять несколько начальных битов преамбулы. Восстановление преамбулы производится с помощью известной схемы восстановления преамбулы 3, которая дополняет потерянные биты преамбулы и обеспечивает сохранение целостного пакета. Пример схемы блока восстановления преамбулы приведен на фиг.2. When a packet is transmitted over the network from the departure station to the destination station, at each station, the packet is retransmitted and relayed with full restoration of synchronization, which is performed using the Manchester codec. However, the Manchester codec may lose several initial bits of the preamble when entering synchronization. The preamble recovery is performed using the well-known preamble recovery scheme 3, which supplements the lost preamble bits and ensures the integrity of the entire packet. An example of a circuit block recovery preamble shown in figure 2.

Claims

A device for transmitting data and accessing a channel for a local area network, comprising an input-output controller, a Manchester coding unit, a buffer memory of received and transmitted own packets, the first data output of a Manchester coding unit being connected to a data output for transmitting to the device network, a data input and the input of a sign of conflict in the network of the Manchester coding block is connected respectively to the inputs of the same name on the device, characterized in that, in order to expand the scope by To ensure guaranteed delivery time of packets while increasing the length of the local area network, it contains a preamble recovery unit, a short packet elimination unit, network packet buffer memory, a channel control and switching unit and a trigger, the second data output of the Manchester coding unit being connected to the information input of the preamble recovery unit and the first information input of the control unit and packet switching, the input of a sign of network occupancy which is connected to the inputs of the same name a preamble recovery unit and a short packet elimination unit, with a trigger reset input and an output of a network busy indicator of a Manchester coding unit, the first sync pulse output of which is connected to the first synchronization inputs of the input-output controller and the preamble recovery unit, the second synchronization input of which is connected to the input controller of the same name -the output and the second output of the clock pulses of the Manchester coding block, the output of a sign of a conflict in the network of which is connected to the counter input of the same name I / O driver, the information input and input of the network busy indicator are connected respectively to the outputs of the control and switching unit of the channel, the outputs of transmission and reception control of which are connected respectively to the inputs of the Manchester coding unit, the output of the preamble recovery unit is connected to the information input of the network buffer memory packets and the second information input of the control unit and switching channels, the outputs of the control recording and reading of which are connected respectively only with the inputs of the buffer memory of the network packets of the same name, the output switching control input of which is connected to the output of the short packets elimination unit, the input of the packet transmission end sign is connected to the network packets buffer output of the same name, the load sign of which is connected to the inputs of the short packets elimination unit control and switching unit of channels, the third information input of which is connected to the information output of the buffer memory of network packets, control inputs The transmission and reception of the control and packet switching unit are connected respectively to the outputs of the I / O controller of the same name, the address and information inputs / outputs of which are connected to the outputs and inputs of the received and transmitted packets of the same name, the recording control input of which is connected to the trigger setup input and I / O controller write control output, the read control output of which is connected to the input of the buffer memory of the same name received and transmitted packets trigger output connected to the input feature recording mode control unit packet and circuit switching.