DE69330371T2 - System zur netzwerkweiten Bandbreitenzuordnung - Google Patents

System zur netzwerkweiten Bandbreitenzuordnung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Datenkommunikation und speziell auf ein System zur netzwerkweiten Bandbreitenzuordnung in einem Netzwerk, das aus mindestens einem FDDI-Segment besteht.
  • Es gehört zu den aktuellen Themen auf dem Gebiet der Datenkommunikation, die Ausführung von Multimedia-Anwendungen auf verbundenen Netzwerken zu ermöglichen.
  • Ein aktuelles Anliegen ist es insbesondere, den Bedarf der Multimedia-Anwendungen hinsichtlich Bandbreite und garantierten Endpunkt-zu-Endpunkt-Verzögerungen, die mit dem Begriff Anforderungen der Servicequalität (Quality of Service, QoS) bezeichnet werden, zu decken.
  • Die Verfügbarkeit des auf Schnittstellen für mit Lichtleitern übertragene Daten basierenden FDDI-Netzwerkes (Fiber Distributed Data Interface, FDDI) ist in diesem Zusammenhang von großem Interesse. Die Benutzer der Telekommunikation reagieren besonders empfindlich auf deren Antwortzeit und die garantierte Bandbreite der Kommunikation durch das Netzwerk, besonders bei der Kommunikation zwischen Multimedia-Anwendungen, d. h. eine Client-/Server-Anwendung sollte imstande sein, Multimedia-Daten über ein Telekommunikationsnetzwerk jederzeit und ohne Verzögerung zu senden und zu empfangen.
  • Solche QoS-Anforderungen setzen voraus, dass das Telekommunikationsnetzwerk in der Lage ist, seine verfügbare Bandbreite und Antwortzeit, die sich möglicherweise zeitlich ändern und somit die Übertragungsqualität beeinflussen, zu verwalten. Die Aufgabe besteht in der netzwerkweiten Zuordnung in einem Netzwerk, das FDDI und verbundene lokale Netze (Local Area Networks, LANs), wie beispielsweise das in Fig. 9 dargestellte, einschließt.
  • Die Bandbreitenzuordnung ist das Mittel, um eine bestimmte Stufe an Servicequalität in einem LAN oder innerhalb verbundener LANs zu reservieren und zu diesem Zweck werden zwei Komponenten eingesetzt: ein Zuordner und ein Anforderer.
  • Der Zuordner ist die Komponente, die für die Verwaltung und Überwachung der Kapazität der LAN-Komponenten, d. h. der Brücken und Segmente, zuständig ist und somit entscheidet, ob einer bestimmten Anforderung einer Bandbreitenzuordnung stattgegeben werden kann.
  • Der Anforderer ist die Komponente, die für die Anforderung der Reservierung einer bestimmten Servicequalitätsstufe zuständig ist.
  • Weitere Details über die Bandbreitenzuordnung hinsichtlich LANs finden sich im Nachfolgenden.
  • Die Servicequalität-Anforderungen werden für FDDI-Segmente durch den Einsatz synchronen Datenverkehrs erfüllt. Der Prozess der synchronen Zuordnung ist, wie im Nachfolgenden erklärt, bereits definiert und standardisiert.
  • Ausgehend von der Tatsache, dass es nur eine Berechtigungseinheit geben sollte, die Zuordnungen erteilt, liegt das sich stellende Problem darin, wie die Koexistenz dieser zwei Prozesse bewerkstelligt wird.
  • Die Veröffentlichung in den Berichten der ACM SIGCOM '92- Konferenz mit dem Titel "Continuous Media Communication with Dynamic QOS Control using ARTS with an FDDI Network" von H. Tokuda et al. bezieht sich auf die Kommunikation kontinuierlicher Medien, bei der die zeitnahe Zustellung von Daten wie beispielsweise Digitalvideo- und Digitalaudiopaketen gefordert wird. Die Parameter der Servicequalität spezifizieren die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften solcher kontinuierlichen Mediendaten. Um die rechtzeitige Zustellung kontinuierlicher Mediendaten zu gewährleisten, muss das System die Kommunikationsverzögerung durch Sicherung der erforderlichen Prozessor- und Netzwerkressourcen minimieren. Das auf Kapazität basierende Sitzungsreservierungsprotokoll (Capacity Based Session Reservation Protocol, CBSRP), das zur Realisierung vorhersehbarer Echtzeitübertragungen vorgeschlagen wurde, wurde erweitert, um die dynamische Steuerung der Servicequalität zu unterstützen. Es wurde ein Modell zur Servicequalitätsteuerung implementiert, durch welches das Netzwerk die Zuordnung der Netzwerkbandbreite in einem FDDI-Netzwerk dynamisch anpasst.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Problem zu lösen, das sich durch die Zuordnung synchroner Bandbreite auf einem FDDI-Segment ergibt, wenn diese Zuordnung durch einen zentralen Zuordner in einer verbundenen LAN-Domäne vorgenommen wird.
  • Dieser zentrale Zuordner (oder Servicequalität-Zuordner) ist für die Durchführung der Zuordnung auf einer netzwerkweiten Basis verantwortlich, unabhängig vom verwendeten Protokoll zwischen den zwei Punkten, welche synchronen Datenverkehr austauschen. Um dieses tun zu können, muss der Zuordner jedoch einen Dialog mit den Agenten führen, die verantwortlich sind für die Bandbreitenzuordnung auf jedem FDDI-Segment: Zuordner für synchrone Bandbreiten (Synchronous Bandwidth Allocator, SBA). Diese Verbindung wird durch einen Agenten mit dem Namen Drittpartei-Anforderer (Third Party Requestor, 3PR) hergestellt, hierbei handelt es sich um den eigentlichen Gegenstand der Erfindung.
  • Statt der Schaffung eines neuen Mitspielers, d. h. des bereits erwähnten Drittpartei-Anforderers, hätte sich der Fachmann auch eine Lösung, wie sie in Fig. 7 gezeigt wird, vorstellen können. Dies hätte jedoch die Schnittstelle zwischen dem Protokoll-Stack und dem Stationsadapter (mit NDIS oder ODI standardisiert) verändert, mit entsprechenden Kosten und Verzögerungen in der Entwicklung.
  • Im Gegensatz dazu empfängt der erfindungsgemäße Drittpartei- Anforderer vom Servicequalität-Zuordner (QoS Allocator) alle Informationen, die er für die Anforderung der Bandbreitenreservierung auf dem FDDI-Segment benötigt. Dem Station-Management-Standard entsprechend ist der Drittpartei- Anforderer in der Lage, im Auftrag der FDDI-Station zu handeln, welche den Datenverkehr synchron übergibt und eine Bandbreitenzuordnung vom Zuordner synchroner Bandbreiten anfordert. In Übereinstimmung mit der Entscheidung des Zuordners synchroner Bandbreiten antwortet der Drittpartei-Anforderer daraufhin dem Servicequalität-Zuordner, welcher die Zuordnung über den ganzen Pfad genehmigen oder ablehnen wird.
  • Die Leistungen dieser Erfindung bestehen darin, die Koexistenz zweier Bandbreitenzuordnungsprozesse (des zentralen Zuordnungsprozesses des Servicequalität-Zuordners und des Zuordnungsprozesses des Zuordners synchroner Bandbreiten für FDDI-Segmente) zu ermöglichen, die Station-Management-Standards voll zu erfüllen und die Erstellung einer speziellen Schnittstelle auf Stationsebene zwischen der Anwendung, die die Bandbreite anfordert, und den FDDI-Adaptern zu vermeiden.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den folgenden Figuren leichter verständlich:
  • Fig. 1 zeigt die unteren Schichten des IEEE- Kommunikationsschichtenmodells, der Grundlage für den ANSI- Station-Management-Standard, der für FDDI verwendet wird.
  • Fig. 2 zeigt das Format eines FDDI-Rahmens und eines FDDI- Tokens.
  • Fig. 3 stellt ein Beispiel einer FDDI-Übertragung zwischen einem Client und einem Server dar.
  • Fig. 4 zeigt die Bandbreitenzuordnung über ein FDDI-Netzwerk.
  • Fig. 5 veranschaulicht die Struktur des Servicequalität- Zuordners (QoS Allocator) und des Servicequalität-Anforderers (QoS Requestor) dar.
  • Fig. 6 stellt ein Beispiel eines Protokolls dar, das zwischen dem Servicequalität-Zuordner und dem Servicequalität-Anforderer zur Bandbreitenzuordnung über LANs verwendet wird.
  • Fig. 7 zeigt eine Lösung des Problems außerhalb des Rahmens der Erfindung.
  • Fig. 8 zeigt einen Überblick über die vorliegende Erfindung.
  • Fig. 9 zeigt ein Beispiel für verbundene FDDI- und LAN- Netzwerke.
    • Bandbreitenzuordnung über LANs
  • Innerhalb der letzten Jahre gab es seitens vieler Firmen immer wieder Interesse an der Entwicklung und Unterstützung von Anwendungen, die PC- und Stationsanwendern Multimedia- Informationen zur Verfügung stellen. Multimedia bezieht sich im Allgemeinen auf die Fähigkeit, Informationen zu erfassen, zu verändern, zu editieren, zu speichern, zu verteilen und zu präsentieren, wobei die Informationen zu einem oder mehreren dieser Datentypen gehören: Standardtext, Grafiken, Bilder, Animationen, Ton oder Bewegtbildvideo.
  • Bei vielen Multimedia-Anwendungen werden die Informationen in Geräten, die sich fern der Anwenderstationen befinden, erzeugt oder gespeichert. In solchen Fällen muss ein Kommunikationsnetzwerk für den Transportmechanismus von Station zu Station sorgen und dabei die eindeutigen Merkmale bewahren, welche Multimedia-Informationen kennzeichnen, d. h. Bandbreite- und Latenzzeit-Anforderungen. Zusammenfassend gesagt, benötigen Multimedia-Anwendungen ein Verfahren, das es den Anwendungen erlaubt, Datenstromeigenschaften, d. h. die Übertragungsrate, zu spezifizieren, eine vorgegebene Bandbreite und Latenzzeit für den Datenstrom anzufordern und gewährt zu bekommen und sicher sein zu können, dass die angeforderte Bandbreite und Latenzzeit gleichzeitig im Netzwerk gewährt werden. Diese Fähigkeiten werden zusammengefasst als Servicequalitätsgarantien des LAN bezeichnet.
  • Um die Servicequalität-Management-Anforderungen auf lokalen Netzen zu erfüllen, wurden folgende Komponenten und Protokolle entwickelt:
  • Ein Servicequalität-Anforderer umfasst folgende Funktionen:
  • - Annehmen einer Anforderung vorgegebener Servicequalität von einer vorgegebenen LAN-Datenverkehr-Quelle, d. h. einer Multimedia-Anwendung, an ein vorgegebenes Ziel auf dem LAN.
  • - Formatieren und Weiterleiten der Anforderung zum Servicequalität-Zuordner auf dem LAN.
  • - Empfangen des Ergebnisses einer Servicequalität-Anforderung vom Servicequalität-Zuordner und das Informieren der Anwendung über das Ergebnis der Anforderung.
  • - Verwalten der Informationen über die Servicequalität- Anforderung, die dem Servicequalität-Anforderer vom Servicequalität-Zuordner gewährt wurde.
  • Ein Servicegualität-Zuordner umfasst folgende Funktionen:
  • - Annehmen einer Anforderung vorgegebener Servicequalität vom Servicequalität-Anforderer, und zwar von einer vorgegebenen Quelle (oder Station) an ein vorgegebenes Ziel auf dem LAN.
  • - Servicequalität-Berechnung: Diese Funktion überprüft eine Servicequalität-Anforderung und den aktuellen Status der zugeordneten Servicequalitäten, um festzustellen, ob das Netzwerk für die vorgegebene Servicequalität sorgen kann.
  • - Auf der Berechnung basierendes Entscheiden, ob die Servicequalität-Anforderung gewährt oder abgelehnt wird.
  • - Verwalten der Informationen über den Status der auf dem LAN zugeordneten Servicequalitäten und über die Kapazität des Netzwerks, um die für die Servicequalität reservierten Datenströme zu unterstützen.
  • Fig. 5 stellt die Struktur des Servicequalität-Zuordners und des Servicequalität-Anforderers in einem Lokalnetz dar. Fig. 6 zeigt ein Beispiel für das Kommunikationsprotokoll zwischen dem Servicequalität-Anforderer und dem Servicequalität- Zuordner für eine Servicequalität-Anforderung und eine -Antwort. Weitere Details können der Veröffentlichung mit dem Titel "Quality of Service Management for Multimedia Traffic on Local Area Networks" entnommen werden.
    • Lichtwellenleiter-Netzschnittstelle (FDDI)
  • Eine Lichtwellenleiter-Netzschnittstelle beschreibt einen dualen, gegenläufig rotierenden Lichtwellenleiterring, der bei 100 Megabits pro Sekunde arbeitet. Die FDDI verwendet ein Token-Passing-Protokoll, wobei jede Station die Möglichkeit hat, Rahmen zu übertragen, wenn ein Token übergeben wird. Die FDDI verwendet zwei Ringe, wobei der eine Primärring und der andere Sekundärring genannt wird. Der Primärring kann mit dem Hauptringpfad verbunden sein, während der Sekundärring als Sicherungsringpfad dient.
  • Die Stationen können, wenn sie direkt angeschlossen sind, entweder an einem oder an beiden Ringen angeschlossen sein. Um zwischen Stationen, die an einem oder an beiden Ringen angeschlossen sind, unterscheiden zu können, werden zwei Klassen von Stationen definiert: Eine Klasse A-Station ist an beiden Ringen direkt angeschlossen, während Klasse B-Stationen an einem der Ringe angeschlossen sind.
  • Eine der Hauptanforderungen an FDDI ist die Erstellung einer Hochgeschwindigkeitszentralverbindung (high-speed backbone), um verschiedenartige LANs zu verbinden.
  • Zu diesem Zweck muss die Gestaltung eines FDDI-Lokalnetzes Zuverlässigkeit und Kapazität garantieren. Die Anschlusskosten brauchen nicht zu eng begrenzt werden, da die meisten der preiswerteren Stationen mit den langsameren LANs verbunden werden, die ihrerseits über Brücken an die FDDI- Zentralverbindung angeschlossen wurden.
  • Die Lichtwellenleiter-Netzschnittstelle erfüllt diese Anforderung durch:
  • - den Betrieb bei einer Datenübertragungsrate von 100 Megabits pro Sekunde und somit Bereitstellung einer großen Bandbreite.
  • - das Verfügen über eine duale Lichtwellenleiterring- Konfiguration, die bei einem Ausfall von den A-Stationen neu konfiguriert werden kann. Dies sorgt für Zuverlässigkeit und Wiederanlauf.
  • - die Möglichkeit, Stationen entweder an beiden oder nur an einem Ring anzuschließen.
  • Der ANSI-Standard konnte bei der Definition und Entwicklung des Standards viel von der bereits geleisteten Arbeit des IEEE profitieren. Bis zu diesem Grad verwendeten sie ein ähnliches Modell zur Schichtung der Protokolle. Die Struktur ist in Fig. 1 dargestellt. Der FDDI-Standard geht von der Verwendung des logischen Verbindungsstandards IEEE 802.2 aus; er versucht nicht, diesen als Teil des FDDI-Standards zu definieren.
    • Steuerung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium (Medium Access Control. MAC)
  • In dieser Schicht lehnt sich der FDDI-Standard sehr stark an die Methoden des IEEE an, besonders an die Token-Ring-Spezifikation 802.5 (der FDDI MAC-Standard ist ein Teil der ISO 9314: ISO 9341-2).
  • Wenn eine Station einen Rahmen übertragen möchte, muss sie auf die Ankunft eines Tokens warten. Der Token wird durch die übertragende Station aus dem Ring entfernt, bevor die eigentliche Rahmenübertragung beginnt.
  • Die Rahmengröße auf einem FDDI-Lokalnetz ist durch Taktungsvorgaben auf 4500 Bytes begrenzt. Bei der FDDI- Datenübertragungsrate, und aufgrund der Tatsache, dass ein FDDI- Ring physisch sehr groß sein kann, ist es äußerst wahrscheinlich, dass der Rahmen physisch kürzer ist als die Länge des Rings.
  • Die Rahmen- und die Token-Struktur in einem FDDI-Lokalnetz sind in Fig. 2 dargestellt.
    • Zuordnung der FDDI-Kapazität
  • Da der Token immer freigegeben wird, bevor der Rahmenheader zurück gekommen ist, kann das in einer Token-Ring-Architektur verwendete Prioritätsreservierungssystem zur Prioritätszugriffserteilung an Stationen auf dem Ring bei der FDDI nicht funktionieren. Außerdem ist die FDDI so entworfen, dass verbindenden Stationen eine weitaus größere Kontrolle über die Verwendung der Netzwerkkapazität gegeben wird. Der verwendete Mechanismus ist stark abhängig von den Zeitgebern innerhalb jeder Station. Die FDDI definiert zwei Klassen von Datenverkehr:
  • - Synchroner Datenverkehr
  • Hierfür wird eine garantierte Bandbreite benötigt, d. h., eine Station muss Zugang zum Ring erhalten und ihre Rahmen innerhalb einer vorgegebenen Zeit übertragen.
  • - Asynchroner Datenverkehr
  • Der Datenverkehr wird nur dann übertragen, wenn die Belastung des Rings unter ein vorgegebenes Niveau sinkt. Ein solcher Datenverkehr kann beispielsweise eine Dateiübertragung sein, bei der die gesamte Zugriffs- oder Antwortzeit nicht so wichtig ist.
  • Um die Menge einer jeden Datenverkehrsart zu steuern, welche von einer Station übertragen werden kann, implementiert die FDDI ein Taktungstoken-Zugriffsprotokoll. Die Stationen erwarten die Sichtung eines Tokens innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls. Dieses Intervall ist bekannt als die "Zielumlaufdauer des Token" (Target Token Rotation Time, TTRT). Bei allen Stationen ist der gleiche TTRT-Wert eingestellt. Der Wert wird festgelegt, wenn sich eine Station am Ring initialisiert.
  • Jede Station misst die Zeit zwischen aufeinander folgenden Erscheinungen eines Tokens. Hierfür verwendet die Station den Zeitgeber für die Umlaufdauer des Token (Token Rotation Timer, TRT).
  • Wenn ein Token die Station passiert, wird der TRT auf den Wert der TTRT eingestellt und beginnt rückwärts zu zählen. Wenn der TRT vor der Sichtung des nächsten Tokens abläuft, dann wird ein als Spätzähler bezeichneter Zähler erhöht. Der Token wird als spät bezeichnet. Unter normalen Umständen sollte der Token innerhalb der Zielzeit wieder erscheinen. Der Token wird dann als früh bezeichnet.
  • Drei Ereignisse finden bei jeder Sichtung eines Tokens durch eine Station statt:
  • - Die Station kann beginnen, synchrone Rahmen zu übertragen.
  • - Wenn der TRT noch nicht abgelaufen ist, d. h. der Token früh war, wird die verbleibende Zeit im Token- Haltezeitgeber gespeichert (Token Holding Timer, THT). Der THT gibt demnach die Zeit an, um die ein Token früher kam.
  • - Der TRT wird auf den Wert der TTRT zurückgesetzt und kann von Neuem beginnen, rückwärts zu zählen.
  • Die Station kann solange Rahmen synchron übertragen, bis eine der synchronen Datenübertragung zugeordnete Zeit abläuft (der Zeitgeber für synchrone Zuordnung). Der Wert dieses Zeitgebers kann für jede Station unterschiedlich sein, aber der Gesamtwert aller synchronen Zuordnungszeitgeber auf den aktiven Stationen muss stets etwas kleiner als die TTRT sein.
  • Die Erfüllung dieser Bedingung ist Aufgabe der Stationsmanagementprotokolle.
  • Wenn der Zeitgeber abgelaufen ist oder alle synchronen Rahmen übertragen worden sind, darf die Station asynchrone Rahmen übertragen. Die Entscheidung beruht auf dem Wert des Spätzählers. Wenn der Zähler auf null steht, können asynchrone Rahmen entsprechend der Zeit, die in der TTRT gespeichert wurde, übertragen werden. Wenn dieser Zeitgeber gegen null läuft, muss die Übertragung abgebrochen werden und ein Token muss freigegeben werden.
  • In der Zwischenzeit läuft der TRT kontinuierlich ab. Er lief sowohl während der synchronen als auch während der asynchronen Übertragung weiter ab. Wenn beide Übertragungen aufgrund abgelaufener Zeit (Token-Haltezeit und synchrone Zuordnung) abgebrochen wurden, und vorausgesetzt, dass andere Stationen Rahmen zu versenden haben, wird der TRT mit ziemlicher Sicherheit vor der Wieder-Sichtung des Tokens ablaufen. Wenn der Token spät ist, wird der Spätzähler erhöht, es wird keinen Wert zum Speichern in der THT geben und die Station wird keine asynchronen Rahmen bei der nächsten Sichtung des Tokens senden dürfen. Auf eine gewisse Art wurde die Station dafür bestraft, dass sie so viel Datenverkehr zu senden hatte. Diese Strafe betrifft jedoch nur den asynchronen Datenverkehr; die Station kann bei der Sichtung eines Tokens synchronen Datenverkehr jederzeit übertragen.
  • Wenn der nächste Token früh ankommt, wird der Spätzähler vermindert. Wenn der Wert null erreicht, kann die Station erneut asynchronen Datenverkehr übertragen.
  • Wenn dieser Betrieb über alle Stationen des Rings betrachtet wird, dann versucht der Kapazitätszuordnungsalgorithmus, den aktuellen TRT-Wert unter dem Zielwert zu halten. Da synchroner Datenverkehr immer gesendet werden kann, garantiert der Mechanismus dem synchronen Datenverkehr einen Bandbreitenbetrag. Asynchroner Datenverkehr wird nur dann gesendet, wenn übrige Kapazitäten auf dem Lokalnetz vorhanden sind und ein gerechter Zugriff der Stationen gewährleistet ist.
  • Durch Anwendung dieses Mechanismus kann das FDDI-Netzwerk einen Datenverkehr, der einen definierten synchronen Bandbreitenanteil erfordert, d. h. Multimedia-Datenverkehr, bewältigen und auch Blockdatenübertragungen unterstützen, bei denen die Anforderungen an die Antwortzeit weniger festgelegt sind.
    • Physisches Protokoll (Physical Protocol. PHY)
  • Wie auch in den IEEE-Standards legt die physische Schicht die Signalrate, die Verschlüsselung und das Takten des lokalen Netzes fest. Für FDDI beträgt die Datenrate auf dem Ring 100 Megabits pro Sekunde.
  • Das physische FDDI-Protokoll ist Teil der ISO 9314: ISO 9341-1.
    • Vom physischen Medium abhängige Schicht (Physical Medium Dependent, PMD)
  • Diese Schicht wird zur Angabe des in der FDDI verwendeten Lichtwellenleitertyps und der -größe, der Anschlüsse und der Wellenlänge des durch den Lichtwellenleiter übertragenen Lichtstrahls verwendet.
  • Die physische Datenträgerabhängigkeit ist Teil der ISO 9314: ISO 9341-3.
    • Stationsmanagement (SMT)
  • Diese Schicht definiert die Protokolle, welche die Stationen zur Kommunikation verwenden, um ihre Zeitgeber, zum Beispiel TTRT oder ihre Synchron-Zuordnungszeitgeber, einzustellen. Ohne einen einheitlichen Satz von Protokollen, die von allen an dem oder den Ringen angeschlossenen Stationen verwendet werden, ist es der FDDI nicht möglich, die Funktion, die Kapazität und die Leistung zu liefern, für die sie entworfen wurde.
  • Das FDDI-Stationsmanagement ist Teil von ANSI X3T9: ANSI X3T9-5.
  • Das Stationsmanagement stellt eine Anzahl rahmenbasierter Dienste und Funktionen zur Verfügung, welche von übergeordneten Funktionen zum Zusammenstellen von Informationen und zur Kontrolle über das angeschlossene FDDI-Netzwerk verwendet werden können.
  • Eine Anzahl von Stationsmanagement-Rahmenprotokollen sind Anfrage-Antwort-Rahmenprotokolle. Diese Protokolle werden zwischen einem einzelnen Anforderer und einem oder mehreren Antwortern ausgeführt, abhängig vom Adressiermodus des Anforderungsrahmens.
    • Nachbarbenachrichtigung
  • Dieses Protokoll erfüllt folgende Funktionen:
  • - Es bestimmt eine logische übergeordnete Nachbaradresse und die logische untergeordnete Nachbaradresse.
  • - Es stellt eine doppelte Adresse eines in Betrieb befindlichen FDDI-Ringes fest.
  • - Es generiert einen periodischen Rahmen-Handshake, welcher den Betrieb der lokalen Station überprüft.
  • Das Protokoll führt diese Funktionen durch regelmäßige Einleitung eines Anforderung-Antwort-Rahmenaustausches zwischen einer Station und ihrem nächsten untergeordneten Nachbarn aus. Die verwendeten Rahmen sind Stationsmanagement- Nachbarinformationsrahmen.
    • Protokoll des Statusberichts
  • Eine Station führt das Protokoll des Statusberichts zur regelmäßigen Bekanntgabe des Stationsstatus aus, welcher für die Verwaltung eines FDDI-Netzwerks nützlich ist. Diese Statusinformation wird mit Hilfe von Statusberichtrahmen übertragen.
    • Protokoll des Parametermanagements
  • Dieses Protokoll führt das Fernmanagement der Stationsattribute durch. Es wird durch Parametermanagement-Rahmen verwirklicht. Das Protokoll des Parametermanagements deckt alle Attribute der Stationsmanagement-Datenbank (Management Information Base, MIB), Attribut-Gruppen und Aktionen ab.
    • Stationsstatus-Sendeaufruf
  • Es wird ein Mechanismus zum Erhalten des zusammengefassten Stationsstatus von einer entfernten Station aus über ein Sendeaufrufprotokoll (Anfrage/Antwort) bereitgestellt. Dieses Protokoll wird mit Hilfe der Statusinformationsrahmen durchgeführt.
    • Echoprotokoll
  • Dieses Protokoll wird für den Test der Loopback-Adresse von Station zu Station auf einem FDDI-Ring bereitgestellt. Das Echoprotokoll wird mit Hilfe von Echorahmen durchgeführt, welche jede beliebige Menge implementierungsspezifischer Echodaten bis zur maximalen, von FDDI-Standards unterstützten Rahmengröße enthalten kann.
    • Zuordnung synchroner Bandbreiten
  • Dieses Protokoll stellt einen deterministischen Mechanismus zur Zuordnung synchroner Bandbreiten bereit und unterstützt die Überwachung der Über-Zuordnung synchroner und gesamter Bandbreite.
  • Das Protokoll unterstützt die folgenden Funktionen:
  • - Das Verwalten der Zuordnung von begrenzten synchronen Bandbreitenressourcen.
  • - Das Überwachen des zur Verwendung zugeordneten Betrags synchroner Bandbreite.
  • - Das Überwachung des Rings hinsichtlich Über-Zuordnung synchroner Bandbreite.
  • Das Protokoll führt die Zuordnungsfunktionen durch einen Austausch von Anfrage/Antwort-Rahmen zwischen einer Station, die synchrone Bandbreite verwendet, und einem Managementprozess für synchrone Bandbreiten durch. Die verwendeten Rahmen sind Ressourcezuordnungsrahmen.
  • Das Stationsmanagement liefert die Spezifikation der Managementinformation, die mit dem Betrieb des Stationsmanagements zusammenhängt.
  • Diese Information, die für eine Funktion höherer Schicht, d. h. Systemmanagement, bereitgestellt wird, wird durch eine objektorientierte Methode dargestellt, welche mit der von OSI- Managementstandards verwendeten Methode übereinstimmt. Die Systemmanagementinformation wird in Form verwalteter Objekte beschrieben. Der Stationsmanagement-Standard beschreibt vier Klassen verwalteter Objekte:
  • - Die SMT-Klasse verwalteter Objekte bildet die Managementinformation für eine FDDI-Station ab.
  • - Die MAC-Klasse verwalteter Objekte bildet die Managementinformation für die MAC-Entitäten innerhalb einer Station ab.
  • - Die PATH-Klasse verwalteter Objekte bildet die Managementinformation ab, die für das Management der Konfigurationspfade innerhalb einer Station benötigt wird.
  • - Die PORT-Objektklasse bildet die Managementinformation ab, die für die Entitäten innerhalb einer Station, die das physische Protokoll bzw. die vom physischen Medium abhängige Schicht betreffen, benötigt wird.
  • Fig. 3 zeigt ein Beispiel für ein FDDI-Netzwerk, das Kommunikation zwischen der Server-Station und den Client- Stationen über einen FDDI-Ring zulässt. Eine Server-Station, welche zum Beispiel ein IBM Risc 6000-Computer sein kann, ist mit dem Ring verbunden. Ebenso sind Client-Stationen, welche zum Beispiel IBM Personal System/2-Computer sein können, mit dem Ring verbunden. Auf der Server-Station sind die jeweiligen Anwendungsprogramme, wie z. B. für Videoserver oder grafische Datenserver, geladen.
  • Da die Server-Station und die Client-Stationen mit dem gleichen FDDI-Netzwerk verbunden sind, ist auf ihnen das Stationsmanagementprogramm geladen.
    • Zuordnung synchroner Bandbreiten über das FDDI-Netzwerk
  • Die Zuordnung synchroner Bandbreiten über ein FDDI-Netzwerk wird durch Verwendung des Ressourcenzuordnungsrahmenprotokolls durchgeführt. Dieses Protokoll setzt einen zentralen Zuordner synchroner Bandbreitenressourcen voraus und sorgt für die Verwaltung des Zuordners synchroner Bandbreiten, die Feststellung von Über-Zuordnung und die Fähigkeit zur Wiederherstellung nach Fehlern infolge von Über-Zuordnung. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Zuordnung synchroner Bandbreite. Eine Station muss vor der Einleitung der synchronen Übertragung zuerst eine Zuordnung synchroner Bandbreite erhalten.
  • Eine Station, die ihre aktuelle Zuordnung synchroner Bandbreite ändern möchte, muss die neue Zuordnungsmenge von der Managementstation für die Zuordnung synchroner Bandbreiten anfordern.
  • Um eine Änderung der Zuordnung anzufordern, sendet eine Station eine Ressourcenzuordnungsrahmen-Anforderung (Zuordnungsanforderung) an die Managementstation für die Zuordnung synchroner Bandbreiten. Eine Managementstation für die Zuordnung synchroner Bandbreiten wird mit einer Ressourcenzuordnungsrahmen-Antwort antworten, welche den Erfolg oder den Misserfolg der Anforderung angibt. Wenn die Anforderung misslingt, kann die Station ihre Zuordnungsanforderung innerhalb der im Antwortrahmen spezifizierten, verfügbaren Bandbreite anpassen und den Austausch neu beginnen.
  • Die Station ändert die Attribute ihrer synchronen Bandbreite in der Management-Datenbank, wenn die Antwort eine erfolgreiche Zuordnung meldet.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 8 näher beschrieben.
  • Beim Prozess der Zuordnung synchroner Bandbreiten ist der Servicegualität-Zuordner für die netzwerkweite Zuordnung zuständig. Wenn jedoch ein Segment entlang dieses Pfades ein FDDI-Segment ist, dann wird die Bandbreitenzuordnung auf diesem Segment von einem Lokalagenten mit dem Namen "Zuordner synchroner Bandbreiten" verwaltet. Der FDDI- Bandbreitenzuordnungsprozess wird durch den Stationsmanagement- Standard festgelegt, welcher wiederum durch ANSI definiert ist. Er verwendet spezielle Rahmen, Ressourcenzuordnungsrahmen (Resource Allocation Frames, RAF) genannt, die durch das Stationsmanagement definiert sind.
  • Da ein durch einen Standard definierter Bandbreiten- Zuordnungsprozess verfügbar ist, ist es die erfindungsgemäße Lösung, diesem zu folgen und einen Mechanismus zum Datenaustausch zwischen den zwei Prozessen zu schaffen. Dies ist die Aufgabe eines Drittpartei-Anforderers. Dieser Agent stellt die Schnittstelle zwischen dem Servicequalität-Zuordner und dem Zuordner synchroner Bandbreiten dar. Er empfängt Anforderungen vom Servicequalität-Anforderer, wie beispielsweise "AllocationRequest" (Zuordnungsanforderung) oder "ChangeRequest" (Änderungsanforderung). Vor der Beantwortung durch "AllocationConfirm" (zuordnungsbestätigung) oder "ChangeConfirm" (Änderungsbestätigung) sollte er den Zuordner synchroner Bandbreiten, die Berechtigungsinstanz auf dem FDDI-Segment, konsultieren, welcher im Auftrag der FDDI-Station die Bandbreite anfordert. Nachfolgend ist die Reihenfolge der Ereignisse dargestellt, die in diesem Fall stattfinden:
    • Konvertierung zwischen den Parametern des Servicequalität- Zuordners und den Parametern des Drittpartei-Anforderers
  • Nach dem Empfang eines "AllocationRequest"- oder eines "ChangeRequest"-Rahmens (Fluss (b), in Fig. 8 "NRR_Req" genannt) von einem Servicequalität-Anforderer, führt der Servicequalität-Zuordner einige Konvertierungen (mapping) (Vorgang (c)) zwischen den generischen Parametern, welche für eine Multi-Segment-Zuordnung verwendet werden, und den für eine Zuordnung über ein einzelnes FDDI-Segment nötigen Parametern durch. Mit diesen spezifischen FDDI-Parametern sendet der Servicequalität-Zuordner einen "AllocationRequest"- oder einen "ChangeRequest"-Rahmen zum Drittpartei-Anforderer (Fluss (d), "3P_RReq" genannt).
  • Die Konvertierung wird wie folgt beschrieben:
    • Tabelle 1: Parameterkonvertierung NRR_Req Parameter 3PR_Req Parameter
  • Durchsatz Nutzinformationen
  • Vorschlag 50 Bytes Systemaufwand
  • MAC-Quellenadresse Zuordnungsadresse
  • Zugriffsklasse SBA-Kategorie
  • Endpunkt-zu-Endpunkt-Verzögerung Max T_neg
  • Durchschnittliche Paketgröße Min Segment_size
  • Hinweis: Es darf nicht mehr als eine ausstehende Zuordnung je MAC-Adresse geben.
    • Reihenfolge der Ereignisse innerhalb des Drittpartei-Anforderers zur Bandbreitenzuordnung auf dem FDDI-Segment
  • Nach dem Empfang des "AllocationRequest"- oder des "ChangeRequest"-Flusses vom Servicequalität-Anforderer wird der Drittpartei-Anforderer auf dem FDDI-Ring (a) einen Fluss (e) den Stationsmanagement-Rahmen "PMF Get Request" (PMF Hole Anforderung), zum FDDI-Server absetzen, um zwei Management- Datenbank-Attribute (MTB-Attribute), FddiPayload (FDDI- Nutzinformationen) und FddiOverhead (FDDI-Systemaufwand), zu erhalten.
  • Der FDDI-Server sollte antworten, indem er einen Fluss (f), den Stationsmanagement-Rahmen "PMF Get Response", an den Drittpartei-Anforderer zurück sendet und die angeforderten Attribute mitteilt.
  • Der Drittpartei-Anforderer ist nun in der Lage, den Fluss (g) "SBA RAF Allocation Request" (SBA RAF Zuordnungsanforderung), zum Zuordner synchroner Bandbreiten zu senden, da er alle zum Aufbau des Rahmens benötigten Elemente - Nutzinformationen, Systemaufwand, Zuordnungsadresse, SBA-Kategorie, Max T_Neg, Min Segment_size) erhalten hat.
  • Der Zuordner synchroner Bandbreiten gewährt oder lehnt die Anforderung ab. Er antwortet entsprechend dem Drittpartei- Anforderer mit dem Fluss (h), "SBA RAF Allocation Response" (SBA RAF Zuordnungsantwort).
  • Vorausgesetzt, die Anforderung der Multimedia-Anwendung wurde gewährt, muss der Drittpartei-Anforderer zunächst die MIB- Attribute des FDDI-Servers aktualisieren, um den Stationsmanagement-Standard zu erfüllen, bevor die Multimedia- Anwendung beginnen kann. Dann sendet der Drittpartei-Anforderer den Fluss (i), Stationsmanagement-Rahmen "PMF Set" (PMF Setze), um das MIB-Attribut FddiPayload (FDDI-Nutzinformationen) zu aktualisieren.
  • Zum vorhergehenden Fluss sollte der FDDI-Server die Anforderung bestätigen und den Fluss (j), den Stationsmanagement-Rahmen "PMF Set Response" (PMF Setze Antwort), an den Drittpartei-Anforderer zurück senden.
  • Der gleiche Prozess wird zur Aktualisierung des MIB-Attributes FddiOverhead (FDDI-Systemaufwand) wiederholt: Der Drittpartei- Anforderer sendet den Fluss (k), den Stationsmanagement-Rahmen "PMF Set", an den FDDI-Server.
  • Der FDDI-Server antwortet dem Drittpartei-Anforderer, indem er den Fluss (1), den Stationsmanagement-Rahmen "PMF Set Response", zurück sendet und somit bestätigt, dass die Änderung vorgenommen wurde.
    • Antwort des Drittpartei-Anforderers an den Servicequalität- Zuordner
  • Der Drittpartei-Anforderer ist jetzt in der Lage, den Fluss (m), "AllocationConfirm" (Zuordnungsbestätigung) oder "ChangeConfirm" (Änderungsbestätigung) an den Servicequalität-Zuordner zu senden.
  • Der Servicequalität-Zuordner antwortet dem Servicequalität- Anforderer durch einen Fluss (n), "AllocationConfirm" (Zuordnungsbestätigung) oder "Changeconfirm" (Änderungsbestätigung).
  • Entsprechend dieser Antwort genehmigt oder verweigert der Servicequalität-Anforderer den Beginn des synchronen Datenverkehrs der Multimedia-Anwendung.

Claims (1)

1. System zur netzwerkweiten Bandbreitenzuordnung in einem Netzwerk, das aus mindestens einem FDDI-Segment und mindestens einem Nicht-FDDI-Segment besteht und Folgendes umfasst:
- einen an das FDDI-Segment gekoppelten Server, welcher einen Servicequalität-Anforderer zur Anforderung von Servicequalität umfasst,
- einen Netzwerk-Bandbreiten-Zuordner (network bandwith allocator, NRR), welcher einen an das Nicht-FDDI-Segment gekoppelten Servicequalität-Zuordner zum Empfang von Anforderungen vom und Senden von Antworten an den Servicequalität-Anforderer umfasst,
- einen Zuordner synchroner Bandbreiten (synchronous bandwidth allocator, SBA) auf dem FDDI-Segment zur Bandbreitenzuordnung auf dem FDDI-Segment,
wobei das System dadurch charakterisiert ist, dass es Folgendes umfasst:
- einen Drittpartei-Zuordner (Third Party Requestor, 3PR) mit Ein-/Ausgängen zum Verbinden des Netzwerk-Bandbreiten- Zuordners (NRR) mit dem Zuordner synchroner Bandbreiten (SBA) sowie Ein-/Ausgängen zum Verbinden des Servers mit dem Zuordner synchroner Bandbreiten (SBA), und
- Mittel (C) im Netzwerk-Bandbreiten-Zuordner (NRR) mit Ein- /Ausgang zum Verbinden des Servicequalität-Zuordners mit dem Drittpartei-Zuordner (3PR).
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