DE69817391T2 - Verfahren zur ip-rahmenübertragungs umleitung in atm-netzen mit verteilter architektur - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von IP-Rahmen über einen Schalter eines ATM-Netzes mit verteilter Architektur und Speicherung am Ausgang.
  • Die unter der Abkürzung ATM ("Asynchronous Transfer Mode") bekannten Kommunikationsnetze gestatten den Umlauf von Datenpaketen fester Länge, sogenannten ATM-Zellen, bestehend aus einem Vorspann von fünf Bytes und einem Datenkörper von 48 Bytes. Der Vorspann enthält insbesondere einen logischen Kanal-Identifikator, auch VPI/VCI-Feld genannt (aus dem Englischen "Virtual Path Identification" und "Virtual Channel Identification"), der die Weiterleitung der Zelle in den auf dem Weg der Zelle von dem sendenden zum empfangenden Benutzer angetroffenen Schaltern erlaubt.
  • Die Anwendungen, die die ATM-Netze für die Übermittlung ihrer Daten verwenden können, sind sehr vielfältig. Die meisten Anwendung für die ATM-Netze haben ein eigenes Format für ihre Daten: Es kann sich beispielsweise um Rahmen im IP-Format des Internet-Protokolls oder um Rahmen des Standardformats MPEG handeln ("Moving Picture Expert Group"). Die Anpassung zwischen dem Format der Rahmen einer Anwendung und dem Format der ATM-Zellen erfolgt in einer sogenannten Anpassungsschicht AAL ("ATM Adaptation Layer"), die insbesondere die Rahmen in Zellen unterteilen beziehungsweise die vom Netz empfangenen Zellen wieder in Rahmen zusammenfassen soll.
  • Jeder ATM-Schalter verwendet, wie in 1a gezeigt, vier große Funktionseinheiten, nämlich eine Zugangsfunktion 1 zu jedem Port eines ATM-Schalters, eine ATM-Funktionsschicht 2, eine Mischfunktion 3 und eine Verwaltungsfunktion 4.
  • Die Zugangsfunktion 1 wandelt ATM-Zellen in das Format um, das für den an den Port angeschlossenen Übertragungsträger paßt und umgekehrt. Diese Funktion erlaubt es, die an der ATM-Schicht ankommenden Zellen in einem einheitlichen Format zu präsentieren, unabhängig vom Nenndurchsatz und der optischen oder elektrischen oder funktechischen oder anderen Natur des Übertragungsträgers, von dem sie kommen. Die Ports eines Schalters erlauben es, mehrere Schalter miteinander zu verbinden, aber auch, einen Benutzer der ATM-Dienste an einen Schalter anzuschließen.
  • Die für die Zugangsfunktion durchzuführenden Verarbeitungen werden in einer umfangreichen Standardliteratur sowohl von ANSI, als auch von UIT wie dem ATM-Forum beschrieben. Die großen Klassen von Schnittstellenschaltungen, die in diesen Druckschriften beschrieben werden, sind folgende:
    • – Die Schnittstelle PDH ("Plesiochronous Digital Hierarchy"), die in der Druckschrift UIT-T G.804, G.703 definiert ist;
    • – die Schnittstelle SDH ("Synchronous Digital Hierarchy"), die in der Druckschrift UIT-T G.708 u. s. w. definiert ist;
    • – die Schnittstelle SONET ("Synchronous Optical Network"), die in der Druckschrift ANSI-T 1.105 u. s. w. definiert ist;
    • – die Schnittstelle IBM 25,6 Mbit/s, die in der Druckschrift af-phy-0040.000 definiert ist.
  • Die Funktion der ATM-Schicht 2 faßt mehrere Funktionen zusammen, insbesondere die Verwaltung der Vorspann-Informationen der Zellen, die Übersetzung der logischen Kanäle VPI/VCI ("Virtual Path Identification" und "Virtual Channel Identification") , die Verarbeitung der OAM-Verwaltungszellen ("Operations Administration and Maintenance"), einen erheblichen Teil der Verkehrsverwaltung, die unter den Namen "Traffic Management" bekannt ist und die unter den Abkürzungen UPC ("Usage Parameter Control"), SCD ("Selective Cell Discard"), EPD ("Early PDU Discard") und RM-Zellen ("Ressource Management") u. s. w. umfaßt.
  • Die in der ATM-Schicht zu realisierenden Verarbeitungen werden insbesondere in den folgenden Standard-Druckschriften von UIT und vom ATM-Forum beschrieben:
    • – B-ISDN ATM-Layer-Specification [UIT-TI.361],
    • – B-ISDN Operation and Maintenance Principles and Functions [UIT-TI.610],
    • – Traffic Management Specification, Version 4.0 [AF-TM 4.0].
  • Die Mischfunktion 3 lenkt die Zellen von einer Eingangsrichtung in eine oder mehrere Ausgangsrichtungen, abhängig von den in der ATM-Schicht bei der Übersetzung logischer Kanäle erarbeiteten Angaben.
  • Diese Funktion steht im Zentrum jedes ATM-Schalters und wird in einer umfangreichen Literatur beschrieben, die hier nicht aufgezählt zu werden braucht. Der Mischring und das Mischnetz bilden zwei häufige Realisierungsformen dieser Funktion.
  • Die Verwaltungsfunktion 4 enthält Unterfunktionen wie die lokale Überwachung des Schalters (Alarm, Erkennung der Konfiguration des Schalters und der lokalen Topologie, Verwaltung der Versionen u. s. w.), den Dialog mit der zentralisierten Netzüberwachung, die Dialoge, die zur Bildung von virtuellen geschalteten Kreisen erforderlich sind, u. s. w.
  • Für eine genauere Beschreibung bestimmter dieser Unterfunktionen wird beispielsweise auf die Standardliteratur des ATM-Forums verwiesen:
    • – ATM-User-Network Interface (UNI) Signaling Specification, Version 4.0 (af-sig-0061.000),
    • – Private Network-Network Interface Specification, Version 1.0 (af-pnni-0055.000),
    • – Integrated Layer Management Interface (af-ilmi 0065.000).
  • Diese verschiedenen Funktionen verbinden sich untereinander, wie nachstehend ausgeführt ist. Es sei bemerkt, daß die Verwaltungsfunktion sich genau wie ein Benutzer verhält, es sei denn, daß der Anschluß an eine ATM-Schicht nicht über einen externen Port des Schalters verläuft und somit keine Zugangsfunktion erfordert. Dagegen behandelt die Verwaltungsfunktion nicht nur ATM-Zellen, sondern auch Informationen, die dann über eine Anpassungsschicht AAL segmentiert und wieder zusammengefügt werden müssen. Diese Schicht bildet dann eine zusätzliche Funktion, nämlich die der Anpassung.
  • Ein üblicher Aufbau des Schalters besteht darin, die Funktionen auf unterschiedliche Hardware-Organe zu verteilen, die eventuell verdoppelt sind, um bei Ausfall eines Organs gleicher Natur einzuspringen, und die in Schaltern ausreichender Zahl implantiert sind, um die voraussichtliche Last der Bearbeitungen abhängig von der Konfiguration des Netzes an dieser Stelle zu bewältigen. In der Praxis sind diese Organe Druckschaltungskarten mit elektronischen Bauelementen in einem Einschub, die untereinander über eine oder mehrere Busleitungen an der Rückseite des Einschubs Daten austauschen. Man nennt dies üblicherweise eine "verteilte Architektur".
  • Traditionell unterscheidet die Hardwarestruktur eines verteilten ATM-Schalters, wie 1b zeigt, drei Arten von Moduln, nämlich einen Mischmodul 5, einen Verwaltungsmodul 6 und Verbindungsmoduln 71 , ..., 7n . Die Funktionen des Schalters verteilen sich über diese verschiedenen Moduln, jedoch mit der Einschränkung, daß die Verbindungsmoduln mindestens die Zugangsfunktion, der Mischmodul 5 die Mischfunktion und der Verwaltungsmodul 6 die Verwaltungsfunktion erfüllen.
  • Die Verbindungen 81 , ..., 8n zwischen jedem Verbindungsmodul und dem Mischmodul (l) werden "Mischverbindungen" genannt. Außerdem realisiert jeder Verbinder eine Zugangsfunktion, die einen oder mehrere Ports verwalten kann. Wenn eine Zelle einen Schalter durchläuft, durchquert sie zuerst einen ersten Verbinder, den Eingangsverbinder für diese Zelle, dann einen zweiten Verbinder, den Ausgangsverbinder. Da mehrere Eingangsverbinder gleichzeitig Zellen an einen gemeinsamen Ausgangsverbinder senden können, kann sich ein Stau von Zellen ergeben, da der Ausgangsdurchsatz dieses Ausgangsverbinders begrenzt ist. Mechanismen zur Speicherung und zur Bildung von Warteschlangen für die Zellen werden dann aktiviert, bis sich der Stau aufgelöst hat. Diese Speichermechanismen können sich am Eingang, am Ausgang, in der Mischstufe oder in mehreren dieser Organe zugleich befinden. Man spricht dann von einer Architektur mit Speicherung am Eingang, am Ausgang u. s. w.
  • Die Benutzer eines Kommunikationsnetzes können mehrere Arten des Austausches ihrer Daten in Betracht ziehen. Diese sind schematisch in den 2a bis 2f dargestellt. Der Punkt-zu-Punkt-Modus gemäß 2a bringt zwei Benutzer A und D exklusiv in Verbindung, wobei jeder Sender und Empfänger sein kann. In diesem Modus wird alles, was einer der Benutzer aussendet, vom anderen empfangen. Eine Variante des Punkt-zu-Punkt-Modus besteht darin, die Sender- oder Empfangsrollen jedes der beiden Benutzer zu spezialisieren (Einweg-Punkt-zu-Punkt-Verbindung).
  • Der Modus von einem Punkt zu mehreren Punkten ( 2b) verbindet mehr als zwei Benutzer A, C, D, von denen einer ausschließlich Sender ist und die anderen ausschließlich Empfänger sind. Alles, was der Sender aussendet, wird von allen Empfängern empfangen.
  • Der Modus von mehreren Punkten zu einem Punkt ( 2c) verbindet ebenfalls mehrere Benutzer A, B, C, von denen einer exklusiv Empfänger und die anderen ausschließlich Sender sind. Alles, was von einem der Sender ausgesendet wird, empfängt der Empfänger.
  • Schließlich verbindet der Modus von mehreren Punkten zu mehreren Punkten, der nicht dargestellt ist, mindestens zwei Benutzer, von denen jeder Sender und Empfänger sein kann. In diesem letztgenannten Modus wird alles, was ein beliebiger Benutzer aussendet, von allen anderen Benutzern und auch vom Sender empfangen.
  • Die Verbindungen von mehreren Punkten zu mehreren Punkten und von einem Punkt zu mehreren Punkten sind im Fall eines Nachrichtennetzes mit verteiltem Medium besondrs üblich, wie z. B. bei den Ethernet-Netzen, die schematisch in 2e dargestellt sind. In diesem Fall sind nämlich alle Benutzer an ein gemeinsames Medium anschlossen, und alle angeschlossenen Stationen A, B, C, D empfangen alle Informationen, die von einer der anderen Stationen ausgesendet werden. Dagegen erfordert im Fall eines ATM-Netzes, das schematisch in 2f dargestellt ist, die Verbreitung einer von einem der Benutzer ausgesendeten Zelle an zahlreiche Empfänger A, B, C, D, daß das Netz selbst Kopien der fraglichen Zelle erzeugt.
  • Der Begriff "Verbindung" wird für jede Kommunikation gemäß einem der oben definierten Modi zwischen einer genau definierten Gruppe von Benutzern verwendet, wobei diese Kommunikation mit einer genauen Liste von Attributen versehen ist, wie die Parameter der Dienstqualität, Verkehrsparameter u. s. w.
  • Die Realisierung von Verbindungen in den verschiedenen oben definierten Modi über ein ATM-Netz kann aus verschiedenen Blickwinkeln gesehen werden, insbesondere der Signalisierung; der Routenwahl, der Weiterleitung der Daten und der Verwaltung der Ressourcen.
  • Hinsichtlich der Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden die Aspekte der Signalisierung und der Routenwahl ausführlich in den Druckschriften [UIT-T Q.2931], [AF-SIG 4.0], [AF-PNNI1.0], AF-IISP] der Standardliteratur beschrieben.
  • Sie bestehen darin, in dem Netz einen Weg zwischen zwei Benutzern derart zu bestimmen, daß dieser Weg die Bedingungen der Dienstqualität und des Verkehrs der Ver bindung erfüllt. Dieser Weg wird durch eine Liste von Arterien definiert. Jeder Schalter auf dem Weg fügt der Verbindung eine logische Kanalnummer bezüglich der Eingangsarterie der Verbindung in den Schalter hinzu und unterhält eine Übersetzungstabelle, die diesem Identifikator die Ausgangsrichtung, die die Zelle wählen muß, und den Identifikator des logischen Kanals der Verbindung im nächstfolgenden Schalter entsprechen läßt. So kann jede Zelle einer Verbindung schrittweise weitergeleitet werden, indem lediglich der im Vorspann der Zelle vorhandene Identifikator des logischen Kanals und die örtliche Übersetzungstabelle konsultiert werden.
  • In einem Schalter mit verteilter Architektur, wie in 1b gezeigt, kann diese Übersetzung durch die ATM-Schichtfunktion des Eingangsverbinders realisiert werden. Die Zelle wird dann an den Mischmodul mit einer Angabe über die Ausgangs-Mischverbindung abgegeben, an die die Mischstufe die Zelle weiterschalten soll. Diese Angabe kann in einem spezifischen Vorspann weiterübermittelt werden, der am Anfang der Zelle hinzugefügt wird. Übersetzungsvorrichtungen gemäß diesem Anwendungsfall wurden von der Anmelderin beispielsweise in den französischen Patentanmeldungen 2 670 972, 2 681 164 und 2 726 669 und in der noch unveröffentlichten französischen Patentanmeldung 97 07355 beschrieben.
  • Symbolisch können die Verbindungen von einem Punkt zu mehreren Punkten durch einen "Baum" dargestellt werden, dessen "Wurzel" die aussendenden Benutzers und dessen "Blätter" die empfangenden Benutzer darstellen. Die Realisierung solcher Verbindungen ist standardisiert hinsichtlich der Signalisierung und der Routenwahl. Es handelt sich einfach darum, eine Verbindung von einem Punkt zu mehreren anderen Punkten herzustellen, indem zuerst eine Verbindung von einem Punkt zu einem Punkt erzeugt wird, und indem dann neue "Blätter" aufgepfropft werden. Diese Hinzufügung von "Blättern" kann aufgrund einer Initiative der "Wurzel" oder auch des "Blatts" erfolgen.
  • Hinsichtlich der Weiterleitung der Zellen kann das Modell der Verbindung von Punkt zu Punkt, das heißt die einfache Übersetzung des Eingang nicht immer angewendet werden. In 3a, in der entsprechende Elemente wie in 1b die gleichen Bezugszeichen tragen, ist eine Verbindung von einem Punkt zu mehreren Punkten dargestellt. Diese Verbindung beginnt am Eingang in den Schalter über einen Port P1 und endet in den Ports P2, P4, P5, P7, In diesem Fall kann die oben erwähnte Eingangsübersetzung die Mischstufe 5 veranlassen, jede Zelle der Verbindung zu den drei betroffenen Mischverbindern (73 , 74 , 7n ) zu kopieren, aber sie kann nicht die Ausgangsports angeben, an die die Zelle gesendet werden soll. Hierzu muß diese Information in die Übersetzungstabellen eingefügt werden und vom Eingang bis zum Ausgang übertragen werden. Der logische Ausgangskanal hängt im übrigen von jedem Ausgangsport ab und ein gemeinsamer logischer Kanal kann nicht für alle Ausgänge zugewiesen werden.
  • Aus all diesen Gründen wird im allgemeinen eine doppelte Übersetzung bevorzugt, nämlich eine Eingangsübersetzung, die den logischen Kanal der Zelle durch einen "Diffusionsindex" ersetzt, der für die Verbindung innerhalb des Schalters repräsentativ ist, und dann eine zweite Übersetzung am Ausgang, die den Diffusionsindex in eine Liste von Paaren der Form [Port; logischer Kanal] mit den eventuell erforderlichen weiteren Kopien übersetzt.
  • Die Verbindungen von mehreren Punkten zu einem Punkt und von mehreren zu mehreren Punkten werden derzeit nicht in den Standardisierungsorganen behandelt, die sich mit ATM befassen. Es gibt also derzeit keine Signalisierung und keine definierte Routenwahl für solche Verbindungen.
  • Hinsichtlich der Weiterleitung der Zellen stellt sich für jede Kommunikationstopologie, die Daten von geographisch verschiedenen Quelle zu einem gemeinsamen Punkt konvergieren lassen soll, das Problem der Verschachtelung der verschiede nen Anwendungsrahmen PDU ("Protocol Data Unit"). Da nämlich die Anwendungsrahmen (PDU) durch die AAL-Schicht in Zellen segmentiert werden, kommen die Zellen verschiedener Rahmen beim Empfänger verschachtelt an. Um die Rahmen wieder aneinanderzureihen, muß der Empfänger herausfinden können, zu welchem Rahmen jede Zelle gehört. Der Mechanismus der Segmentierung, der meistens in den UHR-Verbindungen verwendet wird, die in der Anpassungsschicht AAL 5 realisiert werden, ermöglicht diese Identifizierung nicht. Er ermöglicht nur die Identifizierung der letzten Zelle des PDU-Rahmens, was in den Modi Punkt-zu-Punkt und von einem Punkt zu mehreren Punkten ausreicht, da die ATM-Zellen sequentiell übertragen werden.
  • Trotz all dieser Probleme gibt es einen Bedarf an Verbindungen im Modus von mehreren Punkten zu einem Punkt und von mehreren zu mehreren Punkten. Sie könnten theoretisch durch Überlagerung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder Verbindungen von einem Punkt zu mehreren Punkten bearbeitet werden. Der Fall ergibt sich insbesondere im Rahmen der Ortsnetz-Emulation (LAN-Emulation) oder LANE ("Local Array Network Emulation"), bei der ein komplizierter Mechanismus zur Emulation eines gemeinsamen Mediums (ELAN) innerhalb eines ATM-Netzes [AF LANE] eingesetzt wird. Jedem Benutzer ist eine LEC-Funktion ("LAN Emulation Client") zugeordnet. Der gemeinsame Medium-Emulator erlaubt es, Verbindungen von mehreren Punkten zu mehreren Punkten unter Verwendung des unter der englischen Abkürzung BUS ("Broadcast or Unknown Server") bekannten Servers herzustellen, der in der Norm LANE definiert ist und dessen Architektur in 3e gezeigt ist und den Benutzer zur Übertragung von Nachrichten an alle Benutzer eines gemeinsamen emulierten Mediums oder an einen anderen Benutzer übertragen zu werden, an den er noch nicht unmittelbar angeschlossen ist. Jeder Benutzer von ELAN besitzt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zum Server, und dieser Server BUS besitzt eine Verbindung von einem Punkt zu mehreren Punkten zu allen ELAN-Benutzern, wie dies 3b zeigt.
  • Ein anderes Beispiel für den Bedarf an Verbindungen von mehreren Punkten zu einem Punkt und von mehreren Punkten zu mehreren Punkten wird durch die Routenwahlemulation zwischen lokalen Netzen geliefert. Diese Funktion kann insbesondere gemäß der unter der Abkürzung MPOA bekannten Norm ("Multiprotocol Over ATM") des ATM-Forums realisiert werden, die eine virtuelle Routenwahl zwischen verschiedenen emulierten lokalen Netzen (ELAN) oder verschiedenen virtuellen lokalen Netzen (VLAN) eines ELAN ermöglicht [AF MPOA]. Eine andere Möglichkeit zur Emulation der Routenwahl besteht darin, eine Routenwahl-Software in die Verwaltungseinheit des ATM-Schalters einzubauen. Eine solche Funktion zur Routenwahl-Emulation wird nachfolgend als virtuelles Routenwahlorgan bezeichnet. In diesem Zusammenhang kann ein virtuelles Routenwahlorgan einem Benutzer der verschiedenen ELAN gleichgesetzt werden, die es miteinander verbindet. Hierzu muß ihm eine LEC-Funktion (Routenwahl-LEC) für jeden ELAN entsprechen. Das virtuelle Routenwahlorgan muß in einem Schalter beispielsweise durch einen spezifischen Prozeß realisiert werden, der im Verwaltungsmodul abläuft, was die Gefahr in sich birgt, daß der Modul überlastet wird, wenn der Nachrichtenaustausch zwischen ELANS intensiv genug ist.
  • Die Patentanmeldung EP 0 597 487 beschreibt ein IP-Giga-Routenwahlorgan (mit IP-Schnittstellen), das in einem ATM-Mischkern realisiert wird. Der ATM-Kern ist ein ganz normaler ATM-Schalter, wobei die Umwandlung von IP zu ATM und dann von ATM zu IP in äußeren Anpassungs-Endstellen erfolgt. Diese Anpassungsorgane enthalten Übersetzungstabellen zwischen IP-Adressen und logischen ATM-Kanälen. Die Verarbeitung der ATM-Schicht im ATM-Kern haben keine Kenntnis über die im IP-Vorspann vorhandenen Informationen.
  • Der Aufsatz "Integration of IP Packet Forwarding in an ATM-Switch von Karl J. Schrodi und Hans-Joachim Hey, veröffentlicht beim XVI World Telecom Congress Proceeding, beschreibt das Prinzip der Integration eines Routenwahlorgans in einen Schalter, um Schalterports zu sparen und virtuelle Ports auf diesem Organ zu definieren, wodurch die Kurzschlüsse zugelassen werden. Diese Druckschrift zeigt, daß wie in jedem Routenwahlorgan die Empfangsadresse gefiltert werden kann, um bestimmte Pakete daran zu hindern, ihr Ziel aus administrativen Gründen zu erreichen. Hierzu verwendet man eine übliche Routentabelle, die somit unter Berücksichtigung einer IP-Zieladresse und einer Unternetz-Maske das Finden einer IP-Adresse eines Übergangs und der entsprechenden Schnittstelle erlaubt.
  • Ziel der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu beheben. Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von IP-Rahmen in Form von Anwendungs-PDU-Rahmen in einem ATM-Schalter mit verteilter Architektur und Speicherung am Ausgang, wobei der Schalter einen Verwaltungsmodul und mehrere Eingangs- und Ausgangsverbinder enthält, die eine Emulationsfunktion für die Routenwahl von IP-Rahmen zwischen den Benutzern der verschiedenen ELAN-Medien aufweist, die in jedem der ELAN durch seinen Routenwahlmodul LEC repräsentiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
    • – die Übertragungsfunktion für Rahmen in die ATM-Schicht der Eingangsverbinder verlegt ist, wobei die Übertragungsfunktion mindestens einen Schritt der Übersetzung des Vorspanns der Zellen des Anwendungsrahmens enthält und dieser Schritt aufweist:
    • – aus der ersten Zelle jedes PDU-Anwendungsrahmens, der an einem Eingangsverbinder ankommt, wird die IP-Adresse des Empfängers entnommen,
    • – falls die IP-Adresse in einer Maskentabelle des entsprechenden Eingangsverbinders enthalten ist, wird ein Wertepaar aus logischem Kanal und ausgehender Richtung für die betreffende IP-Adresse und den logischen Eingangskanal gesucht und auf alle anderen Zellen des Anwendungsrahmens angewendet,
    • – falls die IP-Adresse nicht in der Maskentabelle enthalten ist oder die Information überholt ist, wird eine Bitte um Aktualisierung der Maske an den Verwaltungsmodul (4) gerichtet und die Maskentabelle aufgrund der Routenwahl-Informationen, die im Verwaltungsmodul enthalten sind, aktualisiert.
  • Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • 1a zeigt ein Prinzipschema eines ATM-Schalters nach dem Stand der Technik.
  • 1b zeigt ein Prinzipschema eines ATM-Schalters mit verteilter Architektur nach dem Stand der Technik.
  • Die 2a bis 2f zeigen schematisch Kommunikationsmodi zwischen Benutzern eines ATM-Netzes.
  • 3a zeigt ein Beispiel für die Durchschaltung einer ATM-Zelle in einem Schalter für eine Verbindung von einem Punkt zu mehreren Punkten.
  • 3b zeigt ein Beispiel für die Überlagerung von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder Verbindungen von einem Punkt zu mehreren Punkten in einer emulierten LAN-Architektur.
  • 3c zeigt das Prinzip der Routenwahl zwischen ELANs.
  • Die 3d und 3e zeigen den erfindungsgemäß realisierten dynamischen Kurzschlußprozeß.
  • 4 ist ein Beispiel für die Organisation eines ATM-Schalters zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es, die Mängel des oben angegebenen Stands der Technik hinsichtlich der zu großen Belastung der Verwaltungseinheit zu beheben, die ein virtuelles Routenwahlorgan für IP-Rahmen enthält. Das Verfahren erlaubt es, innerhalb des ATM-Schalters eine veritable Dezentralisierung der IP-Relaisfunktion (im Englischen "IP Forwarding") zu realisieren, indem die Rolle des Routenwahlorgans auf seine Funktion der Berechnung von Routen begrenzt wird, die bereits im Stand der Technik bekannt ist.
  • 3c zeigt einen Fall, in dem dieses Verfahren anwendbar ist. Das virtuelle Routenwahlorgan besitzt ebenso viele LEC-Routenwahlmoduln wie ELANs, die es kennt. Wenn der Benutzer UA, der zu einem ELAN A gehört, einen IP-Rahmen an einen Benutzer UB senden will, beginnt er mit der Benutzung der Diffusionsmittel im ELAN A (Diffusionsserver BUS). Wenn das Routenwahlorgan in dem Schalter die Existenz des Benutzers UB kennt, erklärt sich der Modul LEC dieses Routenwahlorgans, das dem ELAN A zugeordnet ist, als Empfänger aller IP-Rahmen, die für den Benutzer UB bestimmt sind. Dann stellt der Benutzer UA die direkte ATM-Verbindung mit dem LEC A gemäß dem üblichen in der Norm LANE spezifizierten Verfahren her und benutzt sie, um Rahmen an den Benutzer UB auszusenden. Nach dem Stand der Technik müssen die Rahmen bis zum internen Routenwahlorgan des Verwaltungsmoduls gelangen, damit sie zum Benutzer UB unter Verwendung der direkten ATM-Verbindung weitergegeben werden können, die zwischen dem Modul LEC-B und dem Benutzer UB existiert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gibt an, daß für jeden Anwendungsr-PDU-Rahmen, der auf einer direkten Verbindung betreffend den Modul LEC A ankommt, der Eingangsverbinder dessen erste Zelle untersucht und daraus die IP-Adresse des Empfängers entnimmt. Er durchläuft dann eine Maskentabelle, die aufgrund von vom Verwaltungsmodul kommenden Routeninformationen aktualisiert wird und findet dort bei der IP-Adresse und auf dem ankommenden logischen Kanal ein Paar [logischer Kanal; ausgehende Richtung]. Die ausgehende Richtung ist der Identifikator für den von der direkten Verbindung zwischen dem Modul LEC B und dem Benutzer UB betroffenen Mischverbinder. Der logische Kanal ist ein interner Index, der den logischen Kanal dieser Verbindung aufgrund eines Übersetzungsmechanismus wieder finden kann, der weiter unten beschrieben wird. Wenn der Eingangsverbinder die gesuchte IP-Adresse in der Maskentabelle nicht findet, sendet er eine Bitte um Aktualisierung der Maske an den Verwaltungsmodul. Die in der Tabelle gefundenen Informationen dienen dann zur Übersetzung des ATM-Vorspanns jeder Zelle des betreffenden PDU-Rahmens. Dies erlaubt mithilfe eines dynamischen Übersetzungsprozesses, wobei die Übersetzungstabelle potentiell während des Durchlaufs jedes PDU-Raumens verändert wird, einen sogenannten "dynamischen Kurzschluß" zwischen zwei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen herzustellen, wie dies in 3e schematisch angedeutet ist.
  • Wenn der in der Eingangs-Übersetzungstabelle gefundene logische Kanal einfach der der direkten Verbindung zwischen dem Modul LEC B und dem Benutzer UB zugeordnete Kanal wäre, ergäbe sich eine Verschachtelung zwischen den verschiedenen gleichzeitig von mehreren Benutzern der betroffenen ELANs an denselben Benutzer UB des ELAN B gesendeten PDUs.
  • Um diesen Nachteil zu beheben, sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine doppelte Übersetzung vor. Hierzu sind die Eingangs- und Ausgangsverbinder des Schalters wie in 4 gezeigt mit Übersetzungstabellen 9 versehen, wobei die entsprechenden Elemente wie in 3c dieselben Bezugszeichen tragen. In 4, in der nur zwei Eingangsverbinder 7i und 7k und nur ein Ausgangsverbinder 7j dargestellt sind, tragen die Übersetzungstabellen der Eingangsverbinder 71 und 7k die Bezugszeichen 9i und 9k , und die Übersetzungstabelle des Ausgangsverbinders 7j trägt das Bezugszeichen 9j . Diese Übersetzungstabellen ermöglichen im dargestellten Beispiel die Verbindung zwischen sendenden Benutzern UA1 und UA2 und empfangenden Benutzern UB und UC, wobei der eine Benutzer UB ein örtliches Netz ist. Jede Zelle, die von einem sendenden Benutzer ankommt, adressiert eine Überset zungstabelle 9 über ein Paar von Werten, das von der Nummer des logischen Kanals und der IP-Adresse (@IP1, @IP2, ...) des empfangenden Benutzers gebildet wird. Das Paar aus logischem Kanal und IP-Adresse wird von der Übersetzungstabelle 9 in ein Paar von Werten umgewandelt, die von einem Indexwert VM und einer Nummer Lj zur Identifizierung eines Ausgangsverbinders j gebildet wird, der von der direkten Verbindung zwischen dem Modul LEC B der Verwaltungseinheit 4 und dem Modul LEC UB des empfangenden Benutzers betroffen ist. Im Beispiel der 4 realisiert die Übersetzungstabelle 9i des Verbinders 71 die Übersetzung des Wertepaares [VLi(UA1);@IP1] in ein Wertepaar [VM(UA1,UB);Lj] , wobei VLi(UA1) der in dem Verbinder 71 der direkten Verbindung zwischen dem Benutzer UA1 und dem Modul LEC A des Verwaltungsmoduls 4 zugeordnete logische Kanal, @IP1 die IP-Adresse des empfangenden Benutzers, der zum örtlichen Netz UB gehört, VM(UX, UY) die interne Verbindungs-Indexnummer ist, die jedem Paar von Benutzern (UX, UY) zugeordnet ist, und Lj der Identifikator des Mischverbinders 7j ist, der von der direkten Verbindung zwischen dem Modul LEC B und dem empfangenden Benutzer UB betroffen ist.
  • Ebenfalls nach dem gleichen Prinzip zeigt das Beispiel gemäß 4 ein Beispiel für die Verbindung zwischen einem Benutzer UA2 und zwei empfangenden Benutzern mit der Adresse @IP2 beziehungsweise @IP3. In diesem Beispiel werden Nachrichten von UA2 an UB und von UA2 zum Benutzer UC je im Verbinder 7k durch die folgenden Beziehungen realisiert:
    VLk(UA2; @IP2) --> VM(UA2; UB),Lj
    bzw. VLk(UA2; @IP3) --> VM(UA2; UC),Lj
  • Erfindungsgemäß besitzt jeder Ausgangsverbinder 7j eine große Zahl von Warteschangen 11n , sodaß eine der Schlangen Fj(UX,UY) eindeutig jedem Paar (UX, UY) zugeordnet werden kann, wobei UY ein Benutzer ist, dessen direkte Verbindung zwischen ihm und seinem LEC-Routenwahlorgan LEC Y über den Verbinder 7j verläuft. Eine Ausgangs-Übersetzungstabelle 9j , die sich in jedem der Ausgangsverbinder 7j befindet, bewirkt eine Ausgangsübersetzung des Werts des Index VM(UX, UY) in ein Paar [VLj(UY);Fj(UX, UY)] , wobei VLj(UY) der in dem Ausgangsverbinder 7j der direkten Verbindung zwischen dem Benutzer UY der in dem Ausgangsverbinder 7j der direkten Verbindung zwischen dem Benutzer UY und dem Modul LEC Y zugeordnete logische Kanal und Fj(UX, UY) die Nummer der Warteschlange des Verbinders 7j ist, die dem Paar (UX, UY) zugeordnet ist.
  • Der interne Index VM (UX, UY) soll die Ausgangsübersetzung auf dem vom Benutzer UY betroffenen Verbinder 7j erlauben. Es ist daher nicht erforderlich, daß die Funktion VM, die jedem Paar (UX, UY) einen Index zuordnet, (injektiv) eindeutig ist, da die Übersetzung des Index im Kontext des Verbinders j erfolgt. Die Anzahl von notwendigen Indexwerten in der Gesamtheit des Schalters entspricht also dem Höchstwert der Anzahl von Ausgangswarteschlangen in jedem der Verbinder. Außerdem ist es auch unnötig, die Funktion VM für jedes Paar (UX, UY) zu definieren, da zwei beliebige Benutzer UX und UY nicht immer miteinander Nachrichten austauschen, oder manchmal Nachrichten austauschen, ohne über das Routenwahlorgan zu gehen, das zum gleichen ELAN gehört. Die Zuweisung der Indexwerte und der Ausgangswarteschlangen kann also dynamisch erfolgen ausgehend von dem ausgedrückten Bedarf, beispielsweise bezüglich der Aktualisierung der Eingangsübersetzungsmasken.
  • Schließlich bewirkt ein Ausgangsschiedsrichter, der dem Fachmann bekannt ist und daher nicht dargestellt wird, die Extraktion der Zellen aus den Warteschlangen "im PDU-Modus" und deren Übertragung auf die physische Schnittstelle. Der Betrieb "im PDU-Modus" bedeutet, daß eine Warteschlange erst als zum Senden bereit angesehen wird, wenn sie mindesten einen vollständigen PDU-Rahmen enthält und der Schiedsrichter nur vollständige PDUs entnimmt.
  • Bibliographischer Anhang
  • Aufsatz: [Hyojeong Song et al.] in HPC ASIA '97 "A simple and fast scheduler for input queued ATM switches" Normen des ATM-Forums:
    [AF TM4.0] Traffic Management Specification Version 4.0 ATM Forum af-tm-0056.000
    [AF SIG4.0] ATM User network Interface (UNI) Signaling Specification Version; ATM-Forum af-sig-0061.000
    [AF PNNI1.0] Private Network Interface Specification Version 1.0 ATM-Forum, af-pnni-0055.000
    [AF IISP] Interim Interswitch Signaling Protocol ATM-Forum, af-pnni-0026.000
    [AF LANE] LAN Emulation over ATM Version 1.0 ATM-Forum, af-lane-0021.000
    [AF MPOA] Multiprotocol over ATM Version 1.0 ATM Forum, af-mpoa-0087.000

Claims (3)

  1. Verfahren zur Übertragung von IP-Rahmen in Form von Anwendungs-PDU-Rahmen in einem ATM-Schalter mit verteilter, Architektur und Speicherung am Ausgang, wobei der Schalter einen Verwaltungsmodul (4) und mehrere Eingangs- und Ausgangsverbinder (7i , ..., 7k , 7j ) enthält, die eine Emulationsfunktion für die Routenwahl von IP-Rahmen zwischen den Benutzern der verschiedenen ELAN-Medien aufweist, die in jedem der ELAN durch seinen Routenwahlmodul LEC repräsentiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß – die Übertragungsfunktion für Rahmen in die ATM-Schicht der Eingangsverbinder (7i , ..., 7k ) verlegt ist, wobei die Übertragungsfunktion mindestens einen Schritt der Übersetzung des Vorspanns der Zellen des Anwendungsrahmens enthält und dieser Schritt aufweist: – Aus der ersten Zelle jedes PDU-Anwendungsrahmens, der an einem Eingangsverbinder (7i ,..., 7k ) ankommt, wird die IP-Adresse des Empfängers entnommen, – falls die IP-Adresse in einer Maskentabelle (9i , ..., 9k ) des entsprechenden Eingangsverbinders (7i , ..., 7k ) enthalten ist, wird ein Wertepaar aus logischem Kanal und ausgehender Richtung für die betreffende IP-Adresse und den logischen Eingangskanal gesucht und auf alle anderen Zellen des Anwendungsrahmens angewendet, – falls die IP-Adresse nicht in der Maskentabelle (9i , ..., 9k ) enthalten ist oder die Information überholt ist, wird eine Bitte um Aktualisierung der Maske (9i , ..., 9k ) an den Verwaltungsmodul (4) gerichtet und die Maskentabelle (9i , ..., 9k ) aufgrund der Routenwahl-Informationen, die im Verwaltungsmodul enthalten sind, aktualisiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt der doppelten Übersetzung enthält, nämlich einer ersten Übersetzung in jedem Eingangsverbinder (7i , ..., 7k ) zur Umwandlung der vom Benutzer UX abhängigen logischen Kanalnummer VIi zwischen dem Benutzer UX und dem LEC-Modul des Routenwahlorgans bezüglich des ELAN, zu dem der Benutzer UX gehört, und der IP-Adresse des Empfängers jedes vom Benutzer UX kommenden und an den Eingang eines Verbinders (7i , ..., 7k ) angelegten Anwendungsrahmens in eine interne Indexnummer VM, die von UX und UY abhängt und eine Identifikationsnummer Lj eines Ausgangsverbinders (7j ), und einer zweiten Übersetzung in jedem Ausgangsverbinder (7j ) zur Umwandlung der von UX und UY abhängigen Indexnummer VM in eine Nummer eines von Uj abhängigen logischen Kanals VLj, der im Ausgangsverbinder (7j ) der direkten Verbindung zwischen dem Benutzer UY und seinem LEC-Routenwahlmodul zugeordent ist, und eine Nummer einer Warteschleife des Ausgangsverbinders (7j ), die dem Paar (UX, UY) zugeordnet ist.
  3. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, – jedem Ausgangsverbinder (7j ) eine Warteschlange (11n ) für jedes Benutzerpaar zuzuordnen, wobei der zweite Benutzer an den betreffenden Verbinder angeschlossen ist, sodaß die direkte Verbindung zwischen ihm und dem entsprechenden LEC-Routenwahlmodul über diesen Verbinder verläuft, – die internen Indexwerte und die Ausgangswarteschleifen (11n ) unter Bezugnahme auf die Aktualisierung der Masken (9i , ..., 9k ) der Eingangsübersetzung dynamisch zuzuordnen, – und einen Schiedsmodus im PDU-Modus zwischen den verschiedenen Warteschleifen zu verwenden, um die Übertragung der Zellen ohne Verschachtelung der PDU-Rahmen zu gewährleisten.
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