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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Kommunikationsvorrichtung für
die Verwendung bei dem Weiterleiten von Nachrichten und insbesondere
dem Weiterleiten von Nachrichten in einem Computernetz sowie auf
eine Router/Switch-Vorrichtung für
eine derartige Kommunikationsvorrichtung.
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Es ist häufig wünschenswert, Verarbeitungsvorrichtungen
wie Mikrocomputer in einem Netz zu verbinden, bei dem ein Mikrocomputer
mit anderen Mikrocomputern in dem Netz kommunizieren kann. Bei solchen Netzen
wäre es
eine unnötige
Einschränkung,
wenn ein Mikrocomputer nur mit seinen unmittelbaren Nachbarn kommunizieren
könnte,
d. h. mit den Vorrichtungen, die mit ihm fest verdrahtet sind. Es
ist gegenwärtig
bekannt, dass Mikrocomputer in einem Netz Prozesse durchführen können, deren
Funktion es ist, Nachrichten durch das Netz zu leiten. Das heißt, bei
diesem Prozess wird eine Nachricht empfangen und ein Befehl ausgeführt, der
zur Folge hat, dass die Nachricht an den entsprechenden benachbarten
Mikrocomputer weitergeleitet wird, wo diese Prozedur möglicherweise
wiederholt werden muss. Dies ist aufwendig sowohl bezüglich der
Bearbeitungszeit für
den Prozess in dem Mikrocomputer als auch in Bezug auf den Aufwand,
um die Prozesse in einem Programm bei einer bestimmten Netzwerkarchitektur
verschiedenen Mikrocomputern zuzuweisen.
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Es sind Vorrichtungen für das Weiterleiten
von Nachrichten verschiedener Art bekannt. Manche sind speziell
für eine
bestimmte Netzwerkarchitektur ausgelegt, während andere so funktionieren,
dass Switch-Kanäle
zwischen den verarbeitenden Vorrichtungen vorgesehen sind, die mit
der Router-Vorrichtung verbunden sind. Bei vielen Netzen speisen
die Router-Vorrichtungen jeweils ein Paket ein, legen seinen Zielort
fest und schicken das Paket an die nächste Vorrichtung. Dies ist
insofern nachteilig, als in jeder Vorrichtung Speicherplatz für die übermittelten
Pakete benötigt
wird und möglicherweise
große
Verzögerungen
zwischen Ausgabe eines Pakets und seinem Empfang entstehen. Bislang
gibt es keine flexible, schnelle und effiziente Router-Vorrichtung
für das
Weiterleiten von Nachrichten in einem Netz.
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In diesem Zusammenhang wird auf den
Artikel "Hop-by-Hop
Flow Control on Unreliable Connections" in IEEE International Conference of
Communications, 1987, Communications-Sound to Light, Band 3, 7.–10. Juli
1987, Seattle, Seite 1683–1687
verwiesen. Hier wird die Ablaufsteuerung in Segmenten eines virtuellen Kreises
durch ein Computernetz diskutiert.
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In
US
4 740 958 wird ein Datenübertragungssystem mit mehreren
Verarbeitungsknoten beschrieben. Das Ziel besteht darin sicherzustellen,
dass Puffer innerhalb der Verarbeitungsknoten nicht überlaufen,
und dazu wird ein System von Bestätigungssigna len eingesetzt.
Die Knoten werden durch ein Bündel
von sechs optischen Fasern miteinander verbunden, wobei jede Faser
ein Manchester-Code-Signal überträgt. Fünf der Fasern übertragen
digitale Daten, die aus vier Datenbits und einem dazugehörigen Paritätsbit bestehen.
Die sechste Faser überträgt ein Bestätigungssignal
in Gegenrichtung. Das Bestätigungssignal
wird verwendet, um Zähler
zu steuern, die die Anzahl von Nachrichten speichern, die in dem
Empfangspuffer zu einem bestimmten Kanal warten.
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Dieses System benötigt eine eigene Faser für das Bestätigungssignal.
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In
US
4 380 063 wird ein Ablaufsteuerungsmechanismus für Block-Switch-Knoten
beschrieben. Hier wird ein Pufferüberlauf vermieden, indem bei
jedem Knoten ein Zähler
für das
Speichern der Angabe der verfügbaren
Pufferkapazität
am anderen Ende jeder Ausgangsverbindung vorgesehen wird. Wann immer
eine Nachricht aus einem Puffer ausgelesen wird, wird ein Token
oder ein Bestätigungssignal über die
Verbindung zurückgeschickt,
und dies wird verwendet, um den Zähler zu aktualisieren und anzuzeigen,
dass die verfügbare
Pufferkapazität
zugenommen hat.
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Token werden über eigene Token-Leitungen übertragen,
so dass hierfür
eigene Verbindungen zwischen den Knoten benötigt werden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Ablaufsteuerungssystem zu schaffen, das auf den Verbindungen
zwischen den Knoten beruht, die für die normale Nachrichtenübertragung
zur Verfügung
stehen, so dass die Konnektivität
in einem Netz von Routern vereinfacht wird.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Netze mit untereinander
kommunizierenden Mikrocomputern und anderen Vorrichtungen. Sie ist
insbesondere einsetzbar bei der Kommunikation zwischen Vorrichtungen,
die über
Paare von unidirektionalen Kommunikationsleitungen verbunden sind, über die
serielle Bitpakete in einem oder mehreren Formaten übertragen
werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen von
Nachrichten mit einer Eingangsschaltung geschaffen, die eine Speichervorrichtung
zum Abspeichern von Daten und einen Empfangseingang zum Empfangen
von Eingangsdaten umfasst, einem Zähler für das Abzählen des Umfangs von Daten,
die in der Speichervorrichtung gespeichert sind, und eine Ausgangsschaltung
zum Übertragen
eines Ablaufsteuerungscodes vom Ausgang aus, wenn genügend Speicherkapazität in der
Speichervorrichtung für
einen vorgegebenen Umfang von Daten vorhanden ist, wobei die Ausgangsschaltung
mit einem Dateneingang zum Empfangen einer ersten Folge von Daten
und einem Ablaufsteuerungsanforderungseingang für das Empfangen von Ablaufsteuerungsinformation
ausgestattet ist, wobei die Eingangsschaltung mit der Ausgangsschaltung
verbunden ist, um die Ablaufsteuerungsinformation über den Ablaufsteuerungsanforderungseingang
bereit zu stellen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgangsschaltung
dazu dient, die Daten der ersten Folge und die Ablaufsteuerungsinformation
in mehrere Ausgangscodes zu wandeln, wobei jeweils eine vorgegebene
Bitlänge
festgelegt ist, und um die Ausgangscodes als eine Ausgangsfolge über den
Ausgang zu übertragen,
wobei die Codes aus einer Gruppe von Codes ausgewählt werden,
wobei eine Menge von diesen als Datencodes bezeichnet wird und einer,
der sich nicht in dieser Menge befindet, als Ablaufsteuerungscode
bezeichnet wird, und dass die Eingangsdaten in Form einer Folge
von ankommenden Codes vorliegen und die Eingangsschaltung dazu dient,
die ankommenden Codes der Eingangsfolge in Dateneinheiten, die durch
die Speicherschaltung abgespeichert werden, und in die Ablaufsteuerungsinformation
zu wandeln, wobei die Ausgangsschaltung veranlasst wird, den Ablaufsteuerungscode
in der Ausgangsfolge zu übertragen,
wenn genügend
Speicherkapazität
in der Speichervorrichtung vorhanden ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine
Kommunikationsvorrichtung mit der oben beschrieben Kombination aus
Eingangs- und Ausgangsschaltung. Die Codes sind Bitsequenzen, die
seriell oder parallel übertragen werden
können.
Hier wird hauptsächlich
die serielle Übertragung
erläutert.
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Damit wird bei der vorliegenden Erfindung
ein bestimmtes serielles Bitpaket (im Folgenden als Ablaufsteuerungs-Token
bezeichnet) auf einer Kommunikationsleitung übertragen, um die Menge der
anderen seriellen Bitpakete zu steuern, die über die andere Kommunikationsleitung übertragen
werden. Dies ist insbesondere, aber nicht ausschließlich anwendbar
auf die Kommunikation zwischen Vorrichtungen, bei denen Sequenzen
von Bytes von Daten als Sequenzen von seriellen Bitpaketen übertragen
werden, gefolgt von einem bestimmten seriellen Bitpaket, das als
Ende einer Sequenzmarkierung dient. Insbesondere ist dies anwendbar auf
die Kommunikation zwischen mehr als zwei Vorrichtungen, bei denen
Sequenzen von Bytes von Daten als Sequenzen von seriellen Bitpaketen übertragen
werden, wobei das erste oder mehrere erste Bytes jeder Sequenz den
Header-Abschnitt bilden. Derartige Kommunikationssysteme werden
in unserer britischen Patentanmeldung 8915136.9 (Page, White und
Farrer, Aktenzeichen 64199) beschrieben.
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Es wird auf die europäische Anmeldung
90307110.8 verwiesen, aus der diese Anmeldung als Teilanmeldung
hervorgegangen ist. Bei der Anmeldung wird ein Verfahren zum Weiterleiten
von Nachrichten beschrieben, bei dem das Lesen eines Header-Abschnittes ausgeführt wird,
bevor das vollständige
Paket empfangen wird mit, wonach die Übertragung des Nachrichtenabschnitts
durch eine Router/Switch-Vorrichtung folgt Dies wird als "wormhole routing" bezeichnet. Es hat
den erheblichen Vorteil gegenüber
bekannten Weiterleitungstechniken, dass bei der bevorzugten Ausführungsform
Pufferplatz nur für
den Header-Abschnitt und nicht für
das vollständige
Paket benötigt
wird.
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Diese Anmeldung beschreibt außerdem die
Auswahl eines Ausgangs einer Router/Switch-Vorrichtung für einen
Bereich von Zielknotenidentifizierungen, hier als "interval labelling" bezeichnet.
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Die Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann bei jeder Router/Switch-Vorrichtung in einem Netz
mit Routern vorgesehen werden, das dazu dient, Nachrichten zwischen
einer ersten Computervorrichtung am Ursprungsknoten und einer zweiten
Computervorrichtung am Zielknoten weiterzuleiten, wobei jeder Paketausgang
von dem Ursprungsknoten durch den Zielknoten bestätigt wird,
wenn das Paket dort empfangen wurde. Hierzu ist die Schaltung zur
Erzeugung von Paketen der Computervorrichtungen in der Lage, ein
Bestätigungspaket
bei Empfang eines Datenpakets zu erzeugen. In diesem Zusammenhang wird
auf unsere britische Anmeldung 8915136.9 (Page, White und Farrer,
Aktenzeichen 64199) verwiesen, in der Computervorrichtungen für den Aufbau
von Computernetzen beschrieben werden, für die diese Erfindung besonders
eingesetzt werden kann. Die Datenpakete und Bestätigungspakete bilden die Basis
der synchronisierten Prozess-Prozess-Kommunikation zwischen Prozessen,
die von Prozessoren entfernter Computervorrichtungen bearbeitet
werden.
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Unter synchronisierter Prozess-Prozess-Kommunikation
ist zu verstehen, dass die kommunizierenden Prozesse sich auf korrespondierenden
Programmstufen befinden, wenn die Nachrichtenübertragung durchgeführt wird.
Eine Nachricht kann unter Umständen
mehrere der oben genannten Datenpakete enthalten.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Übertragen
von mehreren Bitsequenzen von einer ersten Kommunikationsvorrichtung
an eine zweite Kommunikationsvorrichtung angegeben, wobei die Bitsequenzen
jeweils die gleiche Anzahl von Bits aufweisen und eine Gruppe bilden,
wobei das Verfahren umfasst: Bezeichnen einer Bitsequenz aus der
Gruppe als Ablaufsteuerungscode und anderer Bitsequenzen als Dateneinheiten
und auf Seiten der zweiten Kommunikationsvorrichtung Abzählen der
Anzahl von Dateneinheiten, die von der ersten Kommunikationsvorrichtung übertragen
werden und in der zweiten Kommunikationsvorrichtung gespeichert
werden, und für
den Fall, dass die Kapazität
bei der zweiten Kommunikationsvorrichtung für eine vorgegebene Anzahl von
Dateneinheiten vorhanden ist, Übertragen
des Ablaufsteuerungscodes von der zweiten Kommunikationsvorrichtung
zu der ersten Kommunikationsvorrichtung, um die Übertragung der vorgegebenen
Anzahl von Dateneinheiten an die zweite Kommunikationsvorrichtung
freizugeben.
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Bei einem bevorzugten Codierungsformat
ist jede Bitsequenz sechs Bits lang, wobei jede Sequenz drei Einsen
und drei Nullen enthält,
von denen sechzehn Kombinationen verwendet werden, um verschiedene Werte
mit vier Daten-Bits darzustellen, wobei eine Kombination verwendet
wird, um das Ende der Nachrichtenpakete anzuzeigen, und eine Kombination
verwendet wird, um den Ablauf der Datencodes und das Ende der Paketcodes
in entgegengesetzter Richtung zu steuern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren für
das Codieren von Daten zur Übertragung
von Nachrichten durch mehrere Router-Vorrichtungen als Bitsequenzen
angegeben, wobei bei dem Verfahren die Bitsequenzen aus einer endlichen
Menge von zwanzig Bitsequenzen ausgewählt werden, wobei jede Bitsequenz
sechs Bits aus drei Einsen und drei Nullen aufweist, wobei eine
erste Teilmenge der endlichen Menge, die aus sechzehn Bitsequenzen
besteht, für
die Verwendung als Datencodes gekennzeichnet wird, und eine zweite
Teilmenge der endlichen Menge für
die Verwendung als Steuercodes zum Steuern der Übertragung der Datencodes gekennzeichnet
wird, wobei die zweite Teilmenge aus vier Bitsequenzen besteht,
die nicht Teil der ersten Teilmenge sind, wobei ein erster der Steuercodes
als Ablaufsteuerungscode zum Steuern des Umfangs von Datencodes
bei der Übertragung
zwischen einer Ursprungsvorrichtung und einer Zielvorrichtung gekennzeichnet
wird, ein zweiter der Steuercodes als Nullcode zum Aufrechterhalten
der fortlaufenden Übertragung,
wenn es keinen Datencode zum Übertragen
gibt, gekennzeichnet wird, und ein dritter der Steuercodes als ein
Paketende-Code gekennzeichnet wird, durch den das Ende eines Paketes
identifiziert wird, das zusammen mit diesem Paketende-Code wenigstens
einen Code enthält.
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Zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung und zum Nachweis, wie diese umgesetzt werden
kann, bezieht sich das Folgende auf das Beispiel in den beigefügten Zeichnungen.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Router/Switch-Vorrichtung.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung der Router/Switch-Vorrichtung.
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3 ist
ein Blockdiagramm des Header-Abschnitt-Puffers der Router/Switch-Vorrichtung.
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4 ist
ein Blockdiagramm der Header-Leseschaltung der Router/Switch-Vorrichtung.
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5 ist
ein Blockdiagramm des Random-Header-Generators.
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6 ist
ein Blockdiagramm der Header-Löschschaltung.
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7 zeigt
einen Teil der Switch-Schaltung der Router/Switch-Vorrichtung.
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8 zeigt
den Fluss der Daten durch einen Teil der Switch-Schaltung.
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9 zeigt
die externen Verbindungen zu einem der Switch-Elemente der Switch-Schaltung.
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10 ist
ein Blockdiagramm der Struktur eines Switch-Elements.
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11 ist
ein Beispiel eines Computergitternetzes.
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1 zeigt
die grundsätzlichen
Aufbaumerkmale einer Router/Switch-Vorrichtung 1 mit einer
Kommunikationsvorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. In 1 stellen
dick gezeichnete Pfeile Datenpfade dar, während dünn gezeichnete Pfeile Befehlspfade
sind. Die Router/Switch-Vorrichtung beinhaltet eine Switch-Schaltung
in Form eines Kreuzschienenschalters 10, über den
irgendeiner von mehreren Nachrichteneingängen 12a, ..., 12n mit
irgendeinem von mehreren Nachrichtenausgängen 14a, ..., 14n verbunden
werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt es 32 Eingänge und 32 Ausgänge, die
paarweise 32 Nachrichtenverbindungen bilden. Der Kreuzschienenschalter
umfasst eine Switch-Schaltung 32 für das Verbinden der Ausgänge, die
verhindert, dass mehr als ein Eingang mit jedem Ausgang zu irgendeiner
Zeit verbunden wird. Aus Gründen
der Klarheit sind nur zwei Verbindungen dargestellt, die mit La,
Ln bezeichnet sind und durch eine unterbrochene Linie um die Komponenten
der Verbindung herum angedeutet sind. Die folgende Beschreibung
bezieht sich auf die Verbindung La, aber alle anderen Verbindungen
sind genauso geeignet für
die mögliche
gemeinsame Nutzung einiger ihrer Komponenten, was später erläutert wird.
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Die Verbindung La beinhaltet eine
Kommunikationsvorrichtung, die hier als Verbindungsmodul 18 bezeichnet
wird, das dazu dient, die Router/Switch-Vorrichtung mit einer weiteren
Router/Switch-Vorrichtung oder irgendeiner anderen Vorrichtung zu
verbinden, und die zum Empfangen und Senden von Nachrichtenpaketen
an und von der Router/Switch-Vorrichtung ausgelegt ist. Diese Verbindung
kann durch ein bidirektionales Paar von unidirektionalen Kanälen 4a, 6a hergestellt
werden. Jedes Nachrichtenpaket hat ein serielles Datenformat und
beinhaltet einen Header zum Identifizieren des Zielknotens des Paketes.
Ein Ziel- oder Ursprungsknoten in einem Computernetz ist im Allge meinen,
aber nicht immer eine Computervorrichtung, mit der Prozesse durchgeführt werden
können.
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Serielles
Datenformat
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Ein besonders geeignetes serielles
Datenformat für
die Verbindungsmodule ist die getaktete Daten-Codierung (clock-with-data
encoding). Indem drei Null-Bits und drei Eins-Bits jeweils als Abschnitt
mit sechs Bits gesendet werden, bleibt die Strombilanz ausgeglichen
(DC-balance), und das Taktsignal kann unter Einsatz eines Phasenkreises
(phase-locked loop) gewonnen werden. Diese Technik wird als 3-aus-6-Codierung
bezeichnet. Es gibt 20 unterschiedliche 3-aus-6-Codes. Um Daten-Bytes
effizient zu übertragen,
werden 16 dieser Codes ausgewählt,
um die verschiedenen möglichen
Werte eines Halbbytes (4 Bit nibble) darzustellen. Damit kann ein
Byte als zwei Codes gesendet werden. Wo die Übertragung kontinuierlich erfolgen
muss (beispielsweise in einem Phasenkreissystem), ist es notwendig,
einen einzelnen Nullcode vorzusehen, der übertragen wird, wenn kein anderer
Code übertragen
wird.
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Wenn ein Nachrichtenpaket direkt
von einer Ursprungsvorrichtung an eine Zielvorrichtung geschickt wird,
ist es nicht notwendig, dass die Länge des Paketes innerhalb des
Paketes angezeigt wird; es ist lediglich notwendig, sicherzustellen,
dass die Ursprungsvorrichtung und die Zielvorrichtung bezüglich der
Länge übereinstimmen.
Wo jedoch Pakete Router/Switch-Vorrichtungen durchlaufen, muss es
möglich
sein, dass diese Router/Switch-Vorrichtungen die Länge des
durchlaufenden Paketes bestimmen, so dass die (temporär verbundene)
Route durch die Switch-Schaltung 10 abgekoppelt werden
kann, wenn das Ende des Paketes ausgegeben worden ist. Außer für den Fall,
dass jedes Paket die gleiche Länge
hat, ist es deswegen erforderlich, dass in dem Protokoll die Anzeige
der Paketlänge
vorgesehen ist, entweder durch eine Abschlussmarkierung oder eine
Längenangabe
am Anfang. Diese Einführung
einer Längenangabe
am Anfang erhöht
die Verzögerung
des Pakets durch die Router/Switch-Vorrichtung und macht außerdem eine
Logikeinrichtung erforderlich, um das Paket abzuzählen. Eine
bessere Technik besteht daher darin, ein Steuerungs-Token als Paketendmarkierung
zu reservieren.
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Das vollständige Protokoll eines 3-aus-6-Codierungssystems
wird daher in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Welches Bitmuster
exakt welchem Token entspricht, ist vollständig beliebig und wird daher
nicht gezeigt.
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Es versteht sich, dass das 3-aus-6-Codierungsschema
nur eines von vielen ist, die verwendet werden können, vorausgesetzt, dass die
obigen Anforderungen bezüglich
Paketende und (die weiter unten erläuterten) "Ablaufsteuerungs-Token" erfüllt werden.
Insbesondere versteht sich, dass keine Notwendigkeit besteht, dass
die Steuercodierungen das gleiche Format oder die gleiche Länge wie
die codierten Datenwerte haben, noch dass die Daten als Folge von
4-Bit-Werten übertragen
werden, vorausgesetzt, dass eine Folge von Bytes effizient übertragen
werden kann.
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Das Verbindungsmodul ist mit einem
Header-Puffer 20 über
einen Eingangsdatenpfad 36 und einen Ausgangsbefehlspfad 34 verbunden.
Das Verbindungsmodul ist außerdem
mit einer Header-Abstreifvorrichtung 28 über einen
Ausgangsdatenpfad 40 und einen Eingangsbefehlspfad 38 verbunden.
Der Header-Puffer 20 kann mit der Header-Leseschaltung in
der Form eines Intervallwahlschalters 22 über Discard-
und Select-Pfade 21, 61 kommunizieren
und ist permanent mit dem Intervallwahlschalter 22 über eine
Header-Verbindung 23 verbunden. Der Intervallwahlschalter 22 liest
den Header-Abschnitt
eines ankommenden Pakets, bestimmt daraufhin den Ausgang des Switch-Schaltkreises 10,
an den die Nachricht gesendet werden soll, und setzt den Switch-Schaltkreis 10 entsprechend.
Hierzu ermöglicht
ein Befehls-Adresspfad 26 dem Intervallwahlschalter 22,
mit der Switch-Schaltung 10 zu kommunizieren. Die Switch-Schaltung kann Befehle
an den Header-Puffer über
den Pfad 19 schicken. Der Header-Puffer 20 kann außerdem mit
einem Random-Header-Generator 24 über Request- und Header-Pfad 2, 27 kommunizieren,
wobei deren Sinn und Zweck später
erläutert wird.
Ein Nachrichtenpaket wird von der Switch-Vorrichtung über die
Header-Abstreifvorrichtung 28 ausgegeben,
wobei deren Sinn und Zweck ebenfalls später erläutert wird. Die Header-Abstreifvorrichtung
kann Befehle an die und von der Switch-Schaltung 10 über die
Pfade 29, 31, 7 senden bzw. empfangen.
Die Bezugsziffer 30 bezeichnet die Initialisierungsschaltung,
die verwendet wird, um die Router/Switch-Vorrichtung für den Betrieb einzurichten.
Im Folgenden wird der Betrieb jeder Komponente der Router/Switch-Vorrichtung
beschrieben.
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Es versteht sich, dass die Notwendigkeit,
einen Paket-Header vor jedem Datenblock zu übertragen, die Zeit reduziert,
die effektiv für
die Übertragung
von Daten verfügbar
ist, und damit die effektive Datenbandbreite reduziert. Damit ist
es wünschens wert,
die Paket-Header so kurz wie möglich
zu halten. Es ist jedoch auch wünschenswert,
dass man irgendeine einer großen
Anzahl von Anschlussverbindungen in einem Netz spezifizieren kann,
wenn es sich um ein großes
Netz handelt. Zu diesem Zweck ist es mit der vorliegenden Erfindung
möglich,
die Größe der Paket-Header
zu variieren, so dass sie ausreichend groß gemacht werden können, damit
alle Anschlussverbindungen in einem großen Netz spezifiziert werden
können,
oder dass sie im Fall eines kleinen Netzes kleiner gemacht werden
können,
um die Verringerung der effektiven Datenbandbreite zu reduzieren.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
umfasst jede Router-Vorrichtung
ein Flag, das festlegt, ob Paket-Header eine Länge von einem oder zwei Bytes
haben. Ein Byte ist die kleinste Größe des Headers, bei der die
Pakete noch nicht als aus einer Sequenz von Bytes bestehend angesehen
werden, und zwei Bytes reichen aus, um 65.536 Anschlussverbindungen
unterscheiden zu können.
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Verbindungsmodule
und ihr Ablaufsteuerungsmechanismus
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Jedes Verbindungsmodul 18 lässt Anfragen
nach Daten von dem Header-Puffer 20 über den Pfad 34 zu
und gibt anschließend
Daten über
den Pfad 36 aus. Es werden auch Anfragen nach Daten von
der Header-Abstreifvorrichtung 28 über den Pfad 38 ausgegeben,
und anschließend
werden Daten über
den Pfad 40 empfangen. Es ist wichtig, dass die Ablaufsteuerung
zwischen der Router/Switch-Vorrichtung und einer damit über das
Verbindungsmodul verbundenen Vorrichtung aufrechterhalten bleibt.
Um dies zu gewährleisten,
multiplext das Verbindungsmodul 18 die Ablaufsteuerungsinformation
in Datenfolgen zwischen der Router/Switch-Vorrichtung und einer
damit verbundenen Vorrichtung. Um dies zu gewährleisten, ohne dass zu viel Bandbreite
verbraucht wird, und um damit die Übertragungsrate von Daten so
groß wie
möglich
zu lassen, fassen die Verbindungsmodule die Daten zu Gruppen (batches)
zusammen, anstatt sie einzeln zu übertragen. Hierzu beinhaltet
jedes Verbindungsmodul einen Puffer, der groß genug ist, um eine vollständige Gruppe
von Daten (batch) aufzunehmen, und der in der Lage ist, zu zählen, wie
viele Daten sowohl noch gesendet als auch noch empfangen werden
müssen.
Eine einfache Art, den Fluss der Gruppen von Daten (batches) zu
regulieren, besteht darin, ein Ablaufsteuerungs-Token in Form eines
bestimmten Codes aus der Menge von Codes zu reservieren, die durch
das Verbindungsmodul 18 gesendet und empfangen werden können. Ein
Ablaufsteuerungs-Token wird übertragen,
wann immer das Verbindungsmodul 18 der Router/Switch-Vorrichtung
ausreichend Pufferraum für
eine vollständige
Gruppe (batch) von Daten aufweist.
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Die Verbindungsmodule regulieren
den Datenfluss unabhängig
von den Paketen, die darin enthalten sein können. Zu jedem Zeitpunkt können die
Daten, die durch ein Verbindungsmodul gepuffert werden, einen Teil
oder das Ganze eines oder mehrerer aufeinander folgender Pakete
bilden.
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In 2 umfasst
jedes Verbindungsmodul: einen Ausgangspuffer 42, der Daten
und Ablaufsteuerungsinformation in ein serielles Format für die Übertragung
wandelt und dies mit einer Frequenz übermittelt, die durch ein Taktsignal
0 vorgegeben wird, und einen Eingangspuffer 44, der das
serielle Format in Daten, die gespeichert werden, sowie Ablaufsteuerungsinformation,
die von ihm an den Ausgangspuffer 42 übertragen werden, decodiert.
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Die Einheit der Ablaufsteuerung ist
eine Ablaufsteuerungsgruppe (batch). Jede Datengruppe besteht aus
mehreren Codes, wobei jeder Code entweder Daten mit vier Bits oder
einen Paketende-Code darstellt. Beispielsweise kann die Ablaufsteuerungsgruppe
aus sechzehn Codes bestehen.
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Jedes Verbindungsmodul, das mit einer
separaten Vorrichtung verbunden ist, die ihr eigenes Verbindungsmodul
umfasst, oder einer ähnlichen
Kommunikationsvorrichtung, hält
eine Ziffer für
die Anzahl der Daten fest, die an das andere Verbindungsmodul geschickt
werden können,
ohne dass weitere Ablaufsteuerungsinformation empfangen wird. Diese
Ziffer wird Kredit genannt. Jede Verbindung eines verbundenen Paars
von Verbindungsmodulen hält
eine Ziffer für
die Anzahl von Daten fest, die durch das andere Verbindungsmodul gesendet
werden können,
ohne dass weitere Ablaufsteuerungsinformation gesendet wird. Diese
Ziffer wird Debit genannt.
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Jede Verbindung eines verbundenen
Paars von Verbindungsmodulen zeigt an, dass sie bereit ist, eine weitere
Datengruppe zu empfangen, indem ein Ablaufsteuerungs-Token gesendet
wird. Wenn dies der Fall ist, erhöht sie ihren Debit um die Anzahl
von Daten in der Gruppe. Wenn die andere Verbindung des Paars den Ablaufsteuerungs-Token
empfängt,
so erhöht
sie ihren Kredit um die Zahl der Daten in der Gruppe.
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Der Ablaufsteuerungsmechanismus der
Verbindungsmodule wird im Folgenden mit Bezug auf 2 erläutert,
wobei angenommen wird, dass ein serielles Datenformat ähnlich dem
oben beschriebenen vorliegt. Es versteht sich jedoch, dass der Ablaufsteuerungsmechanismus
im Wesentlichen auf die gleiche Art arbeitet, wenn ein anderes Datenformat
verwendet wird, oder sogar wenn Daten als parallele Signale anstatt
in einem seriellen Format gesendet werden.
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Wann immer der Eingangspuffer 44 auf
Kanal 4 ein Ablaufsteuerungs-Token empfängt und decodiert, signalisiert
er dies dem Ausgangspuffer auf dem Pfad 41 "fct.seen". Wann immer der
Ausgangspuffer ein Signal auf dem Pfad 41 "fct.seen" empfängt, erhöht er seine
Ziffer für
die Anzahl von Codes, die noch übertragen werden
sollen (Kredit), um die Größe der Ablaufsteuerungsgruppe
(batch).
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Der Eingangpuffer 44 hält eine
Ziffer für
die Zahl der Codes fest, die empfangen werden sollen, bevor der
Kredit des angeschlossenen Verbindungsmoduls der separaten Vorrichtung
aufgebraucht ist. Diese Ziffer sollte die gleiche wie die entsprechende
Kreditziffer in dem Ausgangspuffer des verbundenem Verbindungsmoduls
der separaten Vorrichtung sein, die mit der Router/Switch-Vorrichtung
verbunden ist, abgesehen von Abweichungen auf Grund von Codes, die
zwischen den beiden Verbindungsmodulen gerade übertragen werden.
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Der Eingangspuffer 44 enthält einen
First in-First out-Puffer (FIFO), der wenigstens so viele Codes
puffern kann, wie in einer Ablaufsteuerungsgruppe (batch) enthalten
sind. Die Codes, außer
den Nullcodes und den Ablaufsteuerungs-Token, werden in dem Puffer
gespeichert, und in dem Puffer wird eine Ziffer bezüglich der
Anzahl der Codes festgehalten. Wenn ein Signal auf dem Pfad 34 "request.in" empfangen wird,
so beseitigt der Eingangspuffer 44 das erste Element aus
dem FIFO, sendet es auf dem Pfad 36 "data.out" und reduziert die Ziffer der Anzahl
von Codes, die in dem FIFO gespeichert sind, es sei denn, es gibt
keine Codes in dem FIFO, wobei in diesem Fall der erste Code, der
außer
den Nullcodes und den Ablaufsteuerungs-Token, empfangen wird, direkt
auf dem Pfad "data.out" gesendet wird.
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Wann immer die Summe der Anzahl von
Codes in dem Eingangspuffer 44 und der Anzahl von Codes, die
empfangen werden sollen, bevor die aktuelle Ablaufsteuerung aufgebraucht
ist (Debit), kleiner ist als die Differenz zwischen der Größe des Puffers
und der Größe einer
AblaufsteuerungsGruppe, signalisiert der Eingangspuffer 44 dies
dem Aufgangspuffer 42 auf dem Pfad "send.fct". Der Ausgangspuffer sendet dann einen Ablaufsteuerungs-Token
bei der nächsten
Gelegenheit.
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Es versteht sich, dass für den Fall,
dass die Größe des Eingangspuffers
FIFO exakt gleich der Größe der Ablaufsteuerungsgruppe
(batch) ist, der Eingangspuffer dem Ausgangspuffer signalisieren
wird, ein Ablaufsteuerungs-Token nur zu senden, wenn der Eingangspuffer
FIFO vollständig
leer ist und die aktuelle Ablaufsteuerungsgruppe vollständig erledigt
ist. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, den Eingangspuffer FIFO
in Bezug auf die Kapazität
etwas größer als
die Größe der Ablaufsteuerungsgruppe
zu machen, damit der Datenfluss nicht unterbrochen wird.
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Im Folgenden werden der Eingangs-
und der Ausgangspuffer in der OCCAM 2-Sprache erläutert. Diese Beschreibungscodes
werden als Bytes dargestellt, und Signale werden durch Kanäle dargestellt,
die nur Boolsche-Werte enthalten. Die OCCAM-Sprache wird in "The OCCAM 2 Reference Manual" beschrieben, auf das
hiermit verwiesen wird.
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In OCCAM 2 wird das Verbindungsmodul 18 durch
eine parallele Zusammensetzung der Eingangs- und Ausgangspuffer 44, 42 dargestellt.
Die Pfade aus dem und in das Modul seien in allgemeinerer Art und Weise
definiert. Dann wird das Verbindungsmodul dargestellt durch:
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Der Eingangspuffer wird in dem Teil
von OCCAM beschrieben, der in Anhang 1 und 1A wiedergegeben ist.
Der FIFO-Speicher wird hier als Ringpuffer mit einer Kapazität von "input.buffer.size" mit Zeigern darauf ("first" und "last") implementiert.
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Dies entspricht der Verwendung eines
kleinen Teils eines Schreib-/Lesespeichers in dem Eingangspuffer
selbst. Es versteht sich, dass andere Techniken verwendet werden
könnten,
um den FIFO-Speicher zu implementieren, ohne dass dadurch der Ablaufsteuerungsmechanismus
der Verbindungsmodule betroffen wird. Die Eingangspuffergröße muss
wenigstens so groß wie
die Größe der Ablaufsteuerungsgruppe
(batch) sein. Wenn die Ablaufsteuerungsgruppe (batch) eine Größe von 16
hat, so müsste
die Eingangspuffergröße wenigstens
16 betragen, und für
einen möglichst
störungsfreien
Datenfluss könnte
sie noch etwas größer sein, beispielsweise
20.
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Der Ausgangspuffer enthält außerdem einen
kurzen FIFO-Speicher, um den Datenfluss störungsfrei zu bewältigen.
Es gibt keine Beschränkung
in Bezug auf die Größe dieses
FIFO-Speichers auf Grund des Ablaufsteuerungsmechanismus. Der Ausgangspuffer
fordert dazu auf, Daten zu senden, indem er dies über den Pfad 38 "request.out" signalisiert, wann
immer Platz zum Puffern eines Codes vorhanden ist. Zu jedem Zeitpunkt
danach kann er einen Code empfangen, der auf den Pfad "data.in" übertragen wird.
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Der Ausgangspuffer hält eine
Ziffer bezüglich
der Zahl von Codes fest, die noch übertragen werden müssen, bevor
die gegenwärtige
Ablaufsteuerungsgruppe (batch) erledigt ist. Zu jedem Zeitpunkt,
zu dem ein Code außer
einem Nullcode oder einem Ablaufsteuerungs-Token übertragen
wird, wird diese Ziffer um eins reduziert.
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Der Ausgangspuffer wird durch den
Teil von OCCAM in Anhang 2 dargestellt. Er enthält einen FIFO-Speicher mit
der Kapazität "output.buffer.size", die zum Beispiel
3 sein kann. Dieser Teil von OCCAM (Anhang 2) zeigt eine alternative
Implementierung des FIFO-Speichers als lineare Matrix, deren Inhalt
sukzessive reduziert wird, wann immer ein Code unten weggenommen
wird. Es versteht sich, dass eine ähnliche Implementierung für den Eingangspuffer
verwendet werden kann bzw. dass die Ringpufferimplementierung in dem
Eingangspuffer in dem Ausgangspuffer ebenfalls hätte verwendet werden können.
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Es versteht sich, dass ein äquivalenter
Grad an Ablaufsteuerung in einem alternativen System erreicht werden
kann, bei dem der Ausgangspuffer seinen "Kredit" ursprünglich auf die Größe einer
Ablaufsteuerungsgruppe setzt und der Eingangspuffer seine "ausstehenden Token" anfangs auf den
gleichen Wert setzt, anstatt dass beide zu Anfang auf null gesetzt
werden, wie es hier gezeigt ist. In diesem Fall würde ein
Ablaufsteuerungs-Token nur gesendet werden, nachdem die erste Ablaufsteuerungsgruppe übertragen
wurde, anstatt vorher, wie es in der obigen Beschreibung der Fall
war.
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Es folgt aus Gründen der Vollständigkeit
eine Beschreibung der weiteren Komponenten der Router/Switch-Vorrichtung
nach 1.
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Header-Puffer
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Die Struktur des Header-Puffers 20 bei
jeder Verbindung La, ..., Ln ist in 3 dargestellt.
Der Header-Puffer wird durch eine Steuerlogik gesteuert, die allgemein
durch Block 51 dargestellt ist. Es gibt einen Token-Puffer 50,
in dem ein Token abgelegt werden kann, der entweder ein Daten-Halbbyte
(nibble) oder ein Paketende-Token sein kann. Dieser Token-Puffer 50 signalisiert,
wenn er einen Token über
den Pfad 36 erhalten hat, der ein Paketende-Token ist,
und zwar auf der Leitung "Got.EOP", und signalisiert
auf der Leitung "Got.token.b", sobald er einen
anderen Token erhält.
Er übermittelt
seinen Inhalt an eine Switch-Vorrichtung 52, wenn er ein
Signal von der Steuerlogik 51 erhält, und zwar auf "Send.t." Die Switch-Vorrichtung
wird durch die Steuerlogik 51 gesteuert, so dass für den Fall,
dass das Signal "Set.s1" hoch ist, die Switch-Vorrichtung 52 ihr
Eingangssignal an einen Multiplexer 54 sendet. Wenn das
Signal "Set.s1" niedrig ist, übermittelt
die Switch-Vorrichtung 52 ihr Eingangssignal an den Ausgangsmultiplexer 56.
Die Multiplexer 54, 56 werden durch die Signale "Set.m2" und "Set.m1" von der Steuerlogik 51 gesteuert.
Der Header-Puffer 20 beinhaltet außerdem einen First in-First
out-Puffer (FIFO) 58 mit
ausreichend Kapazität
für einen
2-Byte-Header (4 Token). Er ist permanent mit dem Intervallwahlschalter 22 über die
Header-Verbindung 23 verbunden, die in 3 nicht dargestellt ist. Wenn das Signal "Set.m1" hoch ist, sendet
der Multiplexer 56 das Ausgangssignal des FIFO-Speichers
an den Kanal "DataOut" 12a, wenn
das Signal "Set.m1" niedrig ist, sendet
der Ausgangsmultiplexer 56 das Ausgangssignal der Switch-Vorrichtung 52 an
den Pfad 12a "DataOut". Wenn das Signal "Set.m2" hoch ist, sendet der
Multiplexer 54 das Ausgangssignal des Random-Header-Generators 24 (1), das über den Pfad 27 empfangen
wurde, an den FIFO-Speicher. Wenn das Signal "Set.m2" niedrig ist, sendet der Multiplexer 54 das Ausgangssignal
der Switch-Vorrichtung 52 an
den FIFO-Speicher. Sobald der FIFO-Speicher 58 ein Token empfängt, signalisiert
er dies auf dem Pfad "Got.token.f", es sei denn, er
wird durch den Token aufgefüllt,
wobei er dies in diesem Fall auf dem Pfad "Full" signalisiert.
Er gibt einen Token aus, wann immer er ein Signal auf dem Pfad "Send.h" empfängt. Wenn
er leer wird, signalisiert er dies auf dem Pfad "Empty". Wenn er einen Eingang auf dem Pfad "Reset" empfängt, so
lässt er
seinen gesamten Inhalt unbeachtet, signalisiert dies allerdings
nicht auf dem Pfad "Empty". Die effektive Größe des FIFO-Speichers
wird durch ein dazugehöriges
Flag 60 gesteuert, das ein Paket-Header-Längen-Flag
ist. Wenn dieses Flag gesetzt ist, so sind die Paket-Header zwei
Bytes lang, und der FIFO-Speicher signalisiert dies auf dem Pfad "Full" nur, wenn er vier
Token enthält. Wenn
diese Flag nicht gesetzt ist, sind die Paket-Header ein Byte lang,
und der FIFO-Speicher signalisiert dies auf dem Pfad "Full" nur, wenn er zwei
Token enthält.
In diesem Fall werden die beiden oberen Token des FIFO-Speichers
auf null gesetzt. Die Paket-Header-Längen-Flags 60 werden
bei allen Verbindungen La bis Ln identisch gesetzt, und es versteht
sich, dass sie mit einem einzigen Latch implementiert werden können, dessen
Ausgang fächerförmig an
alle Verbindungen ausgegeben wird. Es gibt außerdem ein Flag 62 zu
der Steuerlogik 51, das das Randomisierungs-Flag für die Verbindung
ist. Wenn dieses Flag gesetzt wird, erhält man einen zufalls-Header
von dem Random-Header-Generator 24 für jedes Paket, das über die
Verbindung ankommt. Um dieses Flag für jede Verbindung anders setzen
zu können,
gibt es bei jeder Verbindung einen separaten Latch.
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Das Verhalten des Header-Puffers 20 hängt von
den Vorgaben dieses Randomisierungs-Flags der Verbindung La ab:
wenn
das Flag 62 gesetzt wird, signalisiert der Header-Puffer 20 dies
dem Random-Header-Generator 24 und speichert den Zufalls-Header,
der zurückgeschickt
wird. Sobald irgendwelche Daten von dem Verbindungsmodul 18 ankommen,
signalisiert er dies auf dem Pfad 61 "Select" dem angeschlossenen Intervallwahlschalter 22;
wenn
das Flag 62 nicht gesetzt ist, wird der Header-Puffer mit
den ersten ankommenden Daten gefüllt,
und wenn er einen Header enthält
(1 oder 2 Bytes, je nach Vorgabe der Paket-Header-Länge), so
signalisiert er dies dem angeschlossenen Intervallwahlschalter 22.
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Wenn der Wahlschalter 22 dem
Puffer 20 signalisiert, dass der Header unbeachtet bleiben
soll, so erfolgt dies durch Zurücksetzen
des FIFO-Speichers 58, und der Header-Puffer wird durch den Datenstrom wieder
aufgefüllt,
und wenn er einen Header enthält
(1 oder 2 Bytes, je nach Vorgabe der Paket-Header-Länge), so
signalisiert er dies dem angeschlossenen Intervallwahlschalter.
Der Header-Puffer überträgt seinen
Inhalt als Reaktion auf Anfragen, die von dem Kreuzschienenschalter 10 empfangen
wurden. Wenn das Randomisierungs-Flag oder die Verbindung gesetzt
worden ist, so wird der Header-Puffer
von selbst durch den Random-Header-Generator gefüllt, andernfalls wird er von
selbst durch die Datenfolge gefüllt,
und der Zyklus wird nach Weiterleitung eines Paketende-Tokens wiederholt.
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Intervallwahlschalter
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Der Betrieb des Intervallwahlschalters 22 wird
im Folgenden mit Bezug auf 4 erläutert. Der
Intervallwahlschalter 22 fällt die Entscheidung über die
Weiterleitung bei jedem Paket mit Hilfe eines Intervallwahlalgorithmus.
Der Inhalt des FIFO-Speichers 58 des Header-Puffers 20 wird
kontinuierlich einer "Leiter" von 33 Basis- und
Grenzwertkomparatoren 66a, ..., 66n zugeführt, von
denen vier rechts in der Figur dargestellt sind. Es gibt 33 Komparatoren,
da es in der beschriebenen Ausführungsform
32 Verbindungen gibt. Jeder Komparator ist mit einem Paar von Registern 68a,
..., 68n verbunden, außer
dem untersten Komparator 66a, dessen Basiswert fest auf
null liegt. Jedes Register 68i-1 wird mit dem Basiswert
eines Komparators 68i sowie dem Grenzwert eines anderen, 68i-1, verbunden,
außer
dem obersten Register 68n, das nur mit dem Grenzwert des
obersten Komparators 66n verbunden ist. Im Normalbetrieb
werden die Register mit einer nicht abnehmenden Länge von
16-Bit-Werten bei jeder Verbindung programmiert, so dass die Spitze
der "Leiter" nicht null ist.
Der Ausgang jedes Komparators wird mit einem jeweiligen 5 Bit-Register 70a,
..., 70n verbunden, dessen Inhalt an ein Adress-Gate 72 geschickt
wird, wenn der Paket-Header größer als
oder gleich dem Basiswert und kleiner als der Grenzwert ist, die
mit dem entsprechenden Komparator verbunden sind. Unten in 4 ist ein "Portal"-Komparator 74 für Einzelwerte
gezeigt, dessen Ausgänge
durch ein Select-Gate 73 gegatet werden, das das "Select"-Signal von dem Header-Puffer 20 erhält. Wenn
das Select-Signal von dem Header-Puffer gesendet wird, so ist der
Inhalt des FIFO Header-Puffers 58 der Paket-Header, der über den
Header-Pfad 23 mit dem Eingang des Komparators 74 verbunden
ist. Wenn der Paket-Header nicht gleich dem Inhalt eines 16-Bit-Registers 76 ist,
das mit dem Komparator 74 verbunden ist, wird ein "Nein"-Signal an das Select-Gate 73 geschickt,
das es dann möglich
macht, dass die Adresse, die von der "Leiter" aus Basis- und Grenzwertkomparatoren 60a,
..., 66n erzeugt wird, über
den Pfad 26 an den Kreuzschienenschalter 10 geschickt
wird. Wenn der Paket-Header gleich dem Inhalt des 16-Bit-Registers 76 ist,
das mit dem Komparator 74 verbunden ist, wird ein "Ja"-Signal an den Header-Puffer 20 gesendet,
das ihm mitteilt, den Header auf dem Pfad 21 unbeachtet
zu lassen. In diesem Fall wird der Ausgang der Komparatoren-Leiter
nicht an den Kreuzschienenschalter 10 gesendet.
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Random-Header-Generator
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Der Betrieb des Random-Header-Generators
wird im Folgenden mit Bezug auf 5 erläutert. Ein
Zufallszahlengenerator 80, der oben in 5 gezeigt ist, erzeugt 16-Bit-Pseudozufallszahlen
mit Hilfe eines Schieberegisters mit Rückkopplung oder auf eine andere
Art. Wenn er ein Signal von einer Übertragseinheit 82 empfängt, die
mit ihm verbunden ist, erzeugt er eine derartige Zahl. Die Übertragseinheit 82 berechnet
den Übertrag
dieser Zahl mit dem Wert, der in einem dazugehörigen 16-Bit-Register 83 gespeichert
ist. Wenn die Übertragseinheit 82 ein
Signal von einer Token-Einheit 86 erhält, sendet sie diesen 16-Bit-Rechnungsübertrag weiter
und fordert eine weitere Pseudozufallszahl von dem Zufallszahlengenerator 80 an.
Die Token-Einheit speichert den 16-Bit-Übertrag,
bis sie eine Anfrage von dem Header-Puffer 20 über den
Pfad 25 erhält.
Sie sendet dann die niedrigsten vier Bits des Übertrags und verschiebt die
restlichen Bits um vier Plätze
nach unten. Sie wiederholt diese Aktion, bis sie die Anzahl von
Halbbytes (nibbles) gesendet hat, die der Länge des Headers entsprechen
(nämlich
2 oder 4, je nach Vorgabe des dazugehörigen Flags 60, wie
es in 3 dargestellt
ist), und wiederholt dann den Zyklus. Es versteht sich, dass der
Bereich der Random-Header, die erzeugt wurden, beliebig verallgemeinert
werden kann, indem ein zusätzliches
16-Bit-Register
sowie ein Addierer vorgesehen wird, um seinen Inhalt zu dem Ausgang
der Übertragseinheit
hinzuzuzählen,
bevor das Ergebnis an die Token-Einheit weitergeleitet wird.
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Header-Abstreifvorrichtung
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Der Betrieb der Header-Abstreifvorrichtung
wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben.
Wie ersichtlich, gibt es einen einzigen Token-Puffer 85,
der in der Tat identisch mit dem Token-Puffer 50 in dem Header-Puffer 20 (3) ist. Der Token-Puffer 85 signalisiert
dies der Steuerlogik 84, wenn er einen Token über den
Pfad 14a" DataIn" empfangen hat, der
ein Paketende-Token ist, auf der Leitung "Got.EOP", und er signalisiert es der Steuerlogik 84 über die
Leitung "Got.token.b", wann immer er einen
anderen Token empfängt.
Er überträgt den Inhalt
auf dem "DataOut"-Pfad 40,
wenn er von der Steuerlogik 84 ein Signal auf "Send.t" erhält.
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Kreuzschienenschalter
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Der Kreuzschienenschalter 10 ist
eine 32-mal-32-Matrix aus Switch-Elementen 88. 7 zeigt einen Abschnitt
des Kreuzschienenschalters 10 mit 20 Switch-Elementen mit
dicken Pfeilen, die den Datenfluss andeuten. Anfragen bezüglich Datenfluss
in entgegengesetzter Richtung sind in 7 nicht
dargestellt. Ursprünglich
sind alle Switch- Elemente "aus", d. h. im Zustand
A in 7. Wenn der Eingang
i mit dem Ausgang j verbunden werden soll, so wird das Switch-Element 88 (i,
j) "ein"-geschaltet, und
die Daten fließen
von dem Eingang zu dem ausgewählten
Ausgang, wie es in dem Zustand B in 7 gezeigt
ist.
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8 zeigt
den Datenfluss in einem 4-mal-5-Abschnitt des Kreuzschienenschalters 10,
wenn zwei der Switch-Elemente Y und Z "ein"-geschaltet
und alle anderen "aus"-geschaltet sind. Man beachte, dass bei
dieser Konfiguration der Eingang 12b "in.2" mit
dem Ausgang 14c "out.3" verbunden ist und
dass der Eingang 12c "in.3" mit dem Ausgang 14b "out.2" verbunden ist. Man
beachte, dass das Switch-Element U 88 (2, 2), dass sich
im Zustand "aus" befindet, Daten
für beide
Verbindungen liefert. Man beachte außerdem, dass durch den "Ein"-Zustand der Schalter
Y 88 (3, 2) und Z 88 (2, 3) der Schalter V 88 (3,
3) abgekoppelt wurde, aber dies hat keine Konsequenzen, da der Eingang "in.3" mit "out.2" über den Schalter Y verbunden
ist, so dass die Switch-Vorrichtung V nicht unbedingt Daten von
dem Eingang weiterleiten muss; und außerdem wurde der Ausgang "out.3" mit dem Eingang "in.2" verbunden. Die Entscheidungsschaltung 32 hat
zur Folge, dass die Switch-Vorrichtung V auch keine Daten zum Ausgang "out.3" zu schicken braucht.
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Die externen Verbindungen jedes Switch-Elements 88 (i,
j) sind in 9 dargestellt.
Die Leitung ADDR, die den Adresspfad 26 von dem Intervallwahlschalter 22 darstellt,
ist mit all den Switch-Elementen in jeder Zeile verbunden, d. h.
mit denen mit dem gleichen Wert für i. Diese Verbindungen werden
im Folgenden genauer erläutert.
Jedes Switch-Element 88 (i, j) des Kreuzschienenschalters
ist identisch, und die Blockstruktur eines dieser Elemente ist in 10 gezeigt. Es gibt drei
Hauptkomponenten: eine Switch-Vorrichtung 90, einen Komparator 92 und
einen Arbiter-Server (ARB) 94, die in der europäischen Patentanmeldung 90307110.8
erläutert
werden, aus der die vorliegende Anmeldung als Teilanmeldung hervorgegangen
ist und auf die hiermit verwiesen wird.
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Initialisierung
von Flags und Registern
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Die folgenden Parameter müssen vorgegeben
werden, bevor die Router/Switch-Vorrichtung
arbeiten kann:
die Header-Paketlänge (1 oder 2 Bytes),
die
Komparatorvorgaben für
die Intervallwahlschalter 22 und die dazugehörigen Ausgangsverbindungsnummern
für jeden
Bereich von Zielknotenidentifizierungen,
der Portal-Komparatorwert
für die
Intervallwahlschalter 22,
bei jeder Verbindung: es
müssen
die Flags "randomise
on input" und "strip header on output" gesetzt werden,
der
Bereich der Zufalls-Header (wenn eines der Flags "randomise on input" gesetzt ist).
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Diese müssen durch die Router/Switch-Vorrichtung
eingegeben werden und in die entsprechenden Latch-Vorrichtungen
und Register geladen werden. Dies kann auf viel-fache Art erfolgen, beispielsweise durch Senden
vordefinierter Befehlscodes über
eine extra vorgesehene Verbindung, die Kanäle zu allen Latch-Vorrichtungen
und Registern enthält.
Man beachte, dass alle Intervallwahlschalter und Random-Header-Generatoren
identisch programmiert werden müssen.
Diese Initialisierung ist grafisch in 1 durch
die Initialisierungslogik 30 dargestellt.
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Die Vorrichtung wurde mit einem Intervallwahlschalter
und einem Random-Header-Generator
pro Verbindung dargestellt und beschrieben. Es versteht sich, dass
beide dieser Einheiten nur einmal oder zweimal pro Paketeingabe
bei der Verbindung verwendet werden und damit im Prinzip von verschiedenen
Verbindungen gemeinsam genutzt werden können, die durch einen Bus verbunden
sind, wobei ein Entscheidungsschema (arbitration scheme) verwendet
wird, um mehrfache gleichzeitige Anfragen nach Ressourcen aufzulösen. Beispielsweise
könnte
das Entscheidungsverfahren (arbitration method), das in dem Kreuzschienenschalter 10 verwendet
wird, eingesetzt werden, um einen Intervallwahlschalter oder einen
Header-Generator für
mehrere Verbindungen zu nutzen.
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11 zeigt
das Beispiel eines Netzes, bei dem mehrere Router/Switch-Vorrichtungen RS
eingesetzt werden, um Nachrichten zwischen Ursprungsknoten und Zielknoten
weiterzuleiten, die in 11 durch
die Kreise N dargestellt sind. Die Router/Switch-Vorrichtungen sind
durch ihre Verbindungen L miteinander verbunden, wobei jede Verbindung
ein fest verdrahtetes bidirektionales Paar von unidirektionalen
Kanälen
aufweist, wie es mit den Bezugsziffern 4, 6 in 1 dargestellt ist. Die Ziel-
und Ursprungsknoten N des Netzes können eine Computervorrichtung
beliebiger Art sein, jedoch ist die Router/Switch-Vorrichtung, die
hier beschrieben wurde, insbesondere anwendbar bei Netzen mit Mikrocomputern,
wie es in GB 111399 und unserer ebenfalls anhängigen britischen Patentanmeldung
Nr. ... (Page, White und Farrer, Aktenzeichen 64199) beschrieben
wird. Verbindungen mit Ziel- und Ursprungsknoten N werden Anschlussverbindungen
in 11 genannt. In 11 ist jede Router/Switch-Vorrichtung
mit vier Nachrichtenverbindungen dargestellt – tatsächlich sind es in der oben
beschriebenen Ausführungsform
32.
