DE60300991T2

DE60300991T2 - Vom Medientyp unabhängige Switcharchitektur

Info

Publication number: DE60300991T2
Application number: DE60300991T
Authority: DE
Inventors: Shiri Los Altos Kadambi; Shekhar San Jose Ambe; Sandeep Relan
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: US6934787B2; US20030163625A1; EP1341348A1; US20090138644A1; US20050268017A1; DE60300991D1; US20060184712A1; US7054977B2; US7469310B2; US7725639B2; EP1341348B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Switch-Architektur, die von der Art des Mediums unabhängig ist, wobei das Medium aus den physikalischen Verbindungen und Protokollen besteht, die es ermöglichen, Daten zu empfangen und zu verarbeiten. Im Besonderen ermöglicht es die Architektur, eine Switch-Konfiguration an die Anforderungen der Switching-Umgebung anzupassen, insbesondere wenn die Switching-Umgebung auf gemischte Medienarten gerichtet ist.
BESCHREIBUNG DES RELEVANTEN STANDES DER TECHNIK
Ein Switch wird als Netzwerkkomponente definiert, die ankommende Daten empfängt, die Daten temporär speichert und die ankommenden Daten (entweder unberührt oder möglicherweise nach gewissen Modifikationen) an einen anderen Port sendet. Das Switching (Vermitteln) wird durch Ermitteln einer Bestimmungsadresse aus den ankommenden Daten und Senden der Daten an einen oder mehrere Ports erzielt, die der Bestimmungsadresse zugeordnet sind. Die Verwendung von Switches ist bei der Handhabung des Datenstroms in Hochgeschwindigkeitsnetzwerken unverzichtbar.
Ein Schalter für Netzwerkanwendungen dient im Allgemeinen dazu, eine bestimmte Medienart- und Netzwerktechnologie zu handhaben. Die Architektur eines solchen Switch, die eng mit einer Medienart verbunden ist, ist häufig nur schwer an zukünftige Medienarten und sich entwickelnde Paket-Switching-Technologien anzupassen. Beispielsweise basiert die Architektur von Carrier-Sense-Multiple-Access/Collision-Detection-(CSMA/CD)-Ethernet-Netzwerk-Switches auf durch den 802.3-Standard definierten Media-Access-Controllern (MAC) und einem Bitübertragungsschicht-(PHY)-Untersystem als deren Bausteine. Die aktuellen auf dem 802.3-Standard basierenden Ethernet-Switches sind dicht mit der MAC-Schicht integriert und hängen hinsichtlich des Verbindungsstatus bis zu einem gewissen Grad von der PHY ab. Die aktuellen Netzwerk-Switches müssten neu konzipiert werden, um an andere Netzwerktechnologien oder unterschiedliche Medienschnittstellen angepasst zu werden.
Da aktuelle Switch-Architekturen media-centric (medienkonzentriert) sind, d.h. auf die Medienart konzentriert sind, für die sie Daten vermitteln, schränkt dieser Aspekt häufig zusätzlich die Struktur der Switches ein. Somit kann ein Switch, der zum Vermitteln (Switching) von Ethernet-Paketen entwickelt wurde, nicht dazu in der Lage sein, Daten zu vermitteln, die ein kabelsatzartiger Kasten (cable set type box) empfangen würde, wobei beide Switches aufgrund der Medienarten, die sie handhaben, ziemlich unterschiedlich konfiguriert sein könnten. Aufgrund dessen bestimmt die Medienart die Switch-Architektur in großem Maße. Häufig sind die Abschnitte des Switch, die die MAC-, Adressenauflösungs- und Content-Aware-Filterlogik bestimmen, in einem Block integriert, um ein mit dem 802.3-Standard konformes Ethernet-Switching bereitzustellen.
Die Architekturen, die spezifischen Medienarten zugeordnet sind, haben die Vorteile, dass sie als Einzel-Chip-Lösung für diese Medienart hoch integriert und hoch optimiert sind. Sie unterliegen jedoch hinsichtlich der Flexibilität mehreren Einschränkungen. Im Besonderen unterstützen sie nur eine Medienart (z.B. Standard-802.3-, Ethernet-II-Switching und -Routing) und sie brauchen spezielle externe Chips oder eine Umsetzerlogik, um an andere Medienarten, wie etwa drahtlose Medien, ADSL/VDSL, Sonet, etc., angeschlossen werden zu können und häufig benötigen sie neue Siliziumimplementierungen, um eine höhere oder niedrigere Portdichte unterstützen zu können.
Die bekannten Switches hindern außerdem Anbieter der Switches daran, die spezifischen Anforderungen der Benutzer dieser Switches zu erfüllen. Nehmen wir beispielsweise einen spezifischen Switch auf einem Chip, der 34 Fast-Ethernet-Ports und 2-Gigabit-Ports bereitstellt. Ein Kunde für diesen Chip möchte vielleicht 40 Fast-Ethernet-Ports, ein anderer eine Kapazität von 4 Gig-Ports und ein dritter vielleicht nur 24 Fast-Ethernet-Ports haben. Da die Chiparchitektur vorgegeben ist, müssten für den ersten Kunden zwei der spezifischen Chips so konfiguriert werden, dass ihre Anforderungen erfüllt werden. Der zweite Kunde würde ebenfalls zwei spezifische Switches brauchen, um den Bedarf von 4 Gig-Ports zu befriedigen, während der dritte Kunde nur einen einzelnen Switch benötigen würde, wobei der Chip jedoch unter seiner Kapazität genutzt würde. In jedem Fall muss der Kunde eine Kapazität kaufen, die er nicht braucht, was es einem Hersteller erschwert, die spezifischen Bedürfnisse des Verbrauchers zu erfüllen. Darüber hinaus ist es, wie vorstehend besprochen, wenn die Kunden die Switches unter Verwendung "gemischter Medienarten" benutzen oder diese zukünftig mit neuen Medienarten verwenden möchten, nicht möglich, die gekauften Switches bei diesen Kapazitäten einzusetzen. Nehmen wir beispielsweise einen Kunden, der ein auf dem 802.11-Standard basierendes LAN-Netzwerk, ein auf dem 802.3-Standard basierendes LAN-Netzwerk und ein auf irgendeinem Industriestandard basierendes Heimanwendungsnetzwerk (Home Appliance Network) hat. Wenn der Kunde zwischen diesen drei verschiedenen Medienarten Verkehr vermitteln möchte, benötigen die aktuellen Architekturen eine Überbrückung zwischen allen drei LAN-Netzwerken unter Verwendung eines unterschiedlichen Satzes von ASIC-Lösungen.
Somit besteht Bedarf an einer Switch-Architektur, die es ermöglicht, die Anzahl und Art der Ports an Kundenwünsche anzupassen, ohne die Verarbeitungskapazitäten der Switches zu wenig zu nutzen. Darüber hinaus besteht Bedarf an einer Switch-Architektur, die es ermöglicht, die ursprüngliche Switch-Konfiguration auch nach dem Verkauf zu erweitern und weiterhin an Kundenwünsche anzupassen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Netzwerkvorrichtungen und -verfahren zu überwinden.
D1 betrifft einen Netzwerk-Router und insbesondere einen Mechanismus, der es ermöglicht, die Anzahl an Ports zu verringern, die erforderlich ist, um mehrere verschiedene Netzwerke durch den Router miteinander zu verbinden. Der Router umfasst einen Port zur Verbindung mit einem Multiplexing-Fabric, das den Verkehr zwischen mehreren verschiedenen Netzwerken und einer Routing-Engine durchführt, welche den Verkehr zwischen den mehreren Netzwerken steuert, die diesen Port benutzen.
D2 betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer erweiterten Steuerbefehlschnittstelle zum Unterstützen von Netzwerkverbindungen zu Gateway-Einrichtungen (Netzübergangseinrichtungen), wie etwa Routern.
D3 betrifft eine Docking-Station für tragbare Computer.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, es Switches oder Routern, welche Datenpakete unterschiedlicher Medienarten handhaben, zu ermöglichen, Pakete, die zwischen unterschiedlichen Netzwerken bewegt werden, voneinander zu unterscheiden.
Dieses Ziel wird durch die Netzwerkvorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 10 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In dieser Offenbarung ist eine neue Architektur für die nächsten Generationen von Switches dargelegt, die von den Eingangsteil-PHY- und -MAC-Schichten unabhängig sind. Die vorliegende Erfindung sieht eine äußerst flexible und hoch integrierte Lösung vor, bei der sich die gesamte Adressenauflösungs- und Filterlogik an einer zentralen Stelle befindet. Die vorliegende Erfindung kann auf Silizium basieren und könnte auf einem einzelnen Chip (Kostenoptimierung) ausgeführt werden oder kann auf einem Chipsatz (sorgt für maximale Flexibilität) zur System-Level-Implementierung basieren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten offenbart. Die Netzwerkvorrichtung umfasst wenigstens einen Media-Port und wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station, die mit dem wenigstens einen Media-Port kommuniziert. Wenigstens ein Master ist mit der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station verbunden, wobei der wenigstens eine Master dafür konfiguriert ist, Daten zu handhaben und zu verarbeiten, die von dem wenigstens einen Media-Port empfangen und über die wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station an den wenigstens einen Master weitergeleitet wurden. Die Netzwerkvorrichtung ist dafür konfiguriert, die Media-Ports unterschiedlicher Medienarten zu handhaben.
Darüber hinaus kann die Netzwerkvorrichtung dafür konfiguriert sein, Media-Ports unterschiedlicher Medienarten zu handhaben, die dieselbe Hochgeschwindigkeits-Docking-Station oder unterschiedliche Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen nutzen. Der wenigstens eine Media-Port kann außerdem ankommende Daten mit Tags versehen, die von dem wenigstens einen Master dafür verwendet werden können, die Daten zu kategorisieren. Diese Tags stellen Informationen über einen Quellenport und einen Bestimmungsport für empfangene Daten und eine Medienart-ID für den wenigstens einen Media-Port bereit.
Bei der Netzwerkvorrichtung kann der Master auch mit einer dedizierten CPU kommunizieren, um empfangene Daten zu verarbeiten. Der wenigstens eine Master kann für jeden Media-Port einen Service-Agent umfassen und der Service-Agent zugeordnete Speicher- und Logikblöcke aufweisen. Die Service-Agents dienen dazu, von der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station empfangene Daten zu komprimieren, dekomprimieren oder zwischenzuspeichern.
Darüber hinaus kann die Netzwerkvorrichtung außerdem wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station aufweisen, die gegenüber von dem wenigstens einen Media-Port ankommenden Daten keinen Gegendruck erzeugt. Dies kann erreicht werden, wenn jeder Media-Port der Netzwerkvorrichtung eine maximale Bandbreite und die wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station eine Bandbreite hat, die größer als eine Summe jeder maximalen Bandbreite eines jeden Media-Ports der Netzwerkvorrichtung ist.
Darüber hinaus umfasst der wenigstens eine Media-Port mindestens einen Port und mindestens einen Paketweg, der zwischen dem wenigstens einen Port und der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station kommuniziert. Dieser wenigstens eine Paketweg kann ein Punkt-zu-Punkt-Bus sein, der eine direkte Verbindung zwischen dem wenigstens einen Port und der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station vorsieht. Alternativ kann dieser wenigstens eine Paketweg ein Shared-Bus sein, wobei ein Shared-Bus-Protokoll den Datenstrom zwischen dem wenigstens einen Port und der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station vermittelt.
Die Netzwerkvorrichtung kann viele Medienarten handhaben, die gemäß IEEE802.3-Spezifikationen, IEEE802.11-Spezifikationen, einer Spezifikation für drahtlose Kommunikation, die Daten-, Sprach- und Content-Centric-Anwendungen unterstützt, IEEE1394-Spezifikationen, Kommunikationsspezifikationen für Kabelmodems, Sonet-Spezifikationen (Synchronous-Optical-Network-Spezifikationen) und Spezifikationen für eine auf Switches basierende serielle I/O-Verbindungsarchitektur, die für Fehlertoleranz und Skalierbarkeit aufgebaut ist, ausgeführt sind.
Die Netzwerkvorrichtung kann wenigstens zwei Master und wenigstens zwei Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen umfassen, wobei die Master über eine erste Hochgeschwindigkeits-Docking-Station miteinander verbunden sind und wenigstens einer der Master über eine zweite Hochgeschwindigkeits-Docking-Station mit dem wenigstens einen Media-Port verbunden ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Handhaben von Daten in einer Netzwerkvorrichtung offenbart. Ankommende Daten werden an einem Media-Port empfangen und dann an eine Hochgeschwindigkeits-Docking- Station übermittelt. Die Daten werden verdichtet und an einen Master weitergeleitet, wo wenigstens ein Teil der verdichteten Daten verarbeitet wird. Die Daten werden basierend auf dem verarbeiteten Inhalt des wenigstens einen Teils der Daten an einen anderen Media-Port übermittelt. Eine erste Medienart des Media-Ports entspricht einer zweiten Medienart des anderen Media-Ports oder unterscheidet sich von dieser.
Die Erfindung wird außerdem durch ein Verfahren zum Handhaben von Daten in einer Netzwerkvorrichtung verkörpert. Ankommende Daten werden an einem Media-Port empfangen und dann an eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station übermittelt. Die Daten werden verdichtet und an einen Master weitergeleitet, wo wenigstens ein Teil der verdichteten Daten verarbeitet wird. Die Daten werden basierend auf dem verarbeiteten Inhalt des wenigstens einen Teils der Daten an einen anderen Media-Port übermittelt. Eine erste Medienart des Media-Ports entspricht einer zweiten Medienart des anderen Media-Ports oder unterscheidet sich von dieser.
Darüber hinaus kann das Verfahren das Übermitteln (Forwarding) der Daten an eine zweite Hochgeschwindigkeits-Docking-Station umfassen, die mit dem anderen Media-Port kommuniziert. Der Übermittlungsschritt kann auch das Durchlaufen eines zweiten Masters und einer anderen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station umfassen, um den Bestimmungs-Media-Port für die Daten zu erreichen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten vorgesehen, die umfasst:
wenigstens einen Media-Port,
wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station, die mit dem wenigstens einen Media-Port kommuniziert, und
wenigstens einen Master, der mit der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station verbunden ist, wobei der wenigstens eine Master dafür konfiguriert ist, Daten zu handhaben und zu verarbeiten, die durch den wenigstens einen Media-Port empfangen und über die wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station an den wenigstens einen Master weitergeleitet wurden,
wobei die Netzwerkvorrichtung dafür konfiguriert ist, Media-Ports unterschiedlicher Medienarten zu handhaben.
Der wenigstens eine Master umfasst vorteilhafterweise mindestens einen Service-Agent, wobei die Anzahl der Service-Agents gleich der oder kleiner als die Anzahl der Media-Ports sein könnte.
Der wenigstens eine Service-Agent umfasst vorteilhafterweise ihm zugeordnete Speicher- und Logikblöcke.
Der wenigstens eine Service-Agent ist vorteilhafterweise dafür konfiguriert, von der wenigstens einen Hochgeschwindigkeits-Docking-Station empfangene Daten zu komprimieren, dekomprimieren und zwischenzuspeichern.
Der wenigstens eine Media-Port versieht vorteilhafterweise ankommende Daten mit Tags, die von dem wenigstens einen Master dazu verwendet werden, die Daten zu kategorisieren.
Die Tags stellen vorteilhafterweise Informationen über einen Quellenport und einen Bestimmungsport für die empfangenen Daten und eine Medienart-ID für den wenigstens einen Media-Port bereit.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß IEEE802.3-Spezifikationen.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß IEEE802.11-Spezifikationen.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß einer Spezifikation für drahtlose Kommunikation, die Daten-, Sprach- und Content-Centric-Anwendungen unterstützt.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß IEEE1394-Spezifikationen.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß Kommunikationsspezifikationen für Kabelmodems.
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß Sonet-Spezifikationen (Synchronous-Optical-Network-Spezifikationen).
Die Medienarten umfassen vorteilhafterweise Medienarten gemäß Spezifikationen für eine auf Switches basierende serielle I/O-Verbindungsarchitektur, die für Fehlertoleranz und Skalierbarkeit aufgebaut ist.
Der wenigstens eine Master umfasst vorteilhafterweise wenigstens zwei Master und die wenigstens eine Hochgeschwindigkeits-Docking-Station wenigstens zwei Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen, wobei die wenigstens zwei Master durch eine erste der wenigstens zwei Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen miteinander verbunden sind und wenigstens einer der wenigstens zwei Master über eine zweite der wenigstens zwei Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen mit dem wenigstens einen Media-Port verbunden ist.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt oder gehen aus dieser hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur leichteren Umsetzung derselben in die Praxis werden nun, aus Gründen der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung, bevorzugte Ausführungsformen in Zusammenhang mit den folgenden Figuren beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung des Netzwerk-Switch mit einem einzelnen Master und mehreren Docking-Stationen zeigt, und
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausgestaltung des Netzwerk-Switch mit mehreren Mastern und mehreren Docking-Stationen zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Switch gerichtet, der einen zentralisierten "Master" mit abnehmbaren Flügeln aus "Media-Ports" als Bausteine des Switch aufweist. Der erfindungsgemäße Switch kann "n" Ports zur Paketvermittlung mittels einer Pro-Port-Verarbeitungsmaschine (per port processing engine) aufweisen, die in einem Master zentralisiert ist. Die Medienschnittstellen für "n" Ports (die aus gleichen oder sogar einer Mischung unterschiedlicher Medienarten bestehen können) sind als Kammern in einem Flügel einer bausteinartigen Ausgestaltung organisiert. Diese Flügel oder "Docking-Stationen" docken über einen üblichen Hochgeschwindigkeits-Schnittstellenbus an diesen Master an. Dieser Schnittstellenbus sollte eine summierte Bandbreite haben, die die Gesamtsumme der von jedem Flügel benötigen maximalen Bandbreite übersteigt. Dies ist in 1 dargestellt.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäße medienunabhängige Switch-Architektur hat drei Hauptbausteine: 1. den Master 101, 2. das/die Docks) 102 und 3. die Media-Ports 103. Diese sind nachfolgend jeweils im Detail beschrieben.
Der Master 101 ist der Haupt-"Administrator", der sämtliche, bevorzugt in Form von Paketen, empfangenen Daten handhabt und verarbeitet sowie die Paketdaten schließlich an den geeigneten Port vermittelt. Der Master 101 ist konfigurierbar durch eine dedizierte CPU, Memory-Engine und andere Logik, um mit der Benutzersoftware zu interagieren. Um ein Hochleistungs-Switching zu erreichen, wird der Master von den "n" Service-Agents unterstützt, die jeweils einem Media-Port 103 zugeordnet sind, d.h. je einer für eine Anzahl von "n" Media-Ports, oder es könnte ein Service-Agent für mehrere Media-Ports vorhanden sein. Diese Entscheidung hängt von der Spitzenbandbreite jedes Media-Ports und der maximalen Bandbreitenhandhabungsfähigkeit eines Service-Agent ab.
Die Docking-Station 102 gleicht im Grunde einer "Durchgangshalle" zwischen dem Master und den Media-Ports ohne Wartezeit und mit verlustfreiem Bytetransfer. Das bedeutet die Docking-Station blockiert keine von den Media-Ports ankommenden Bytes oder erzeugt gegenüber diesen keinen Gegendruck. Außerdem bringt die Docking-Station zwischen den Media-Ports und dem Master keine Taktlücken in den Bytestrom ein. Die Docking-Station dient als Vermittler (Facilitator) und schiebt einfach beständig die Bytes von einem Ende zum anderen, wobei geeignete Tag-Bits verwendet werden, um den Start oder das Ende von gültigen Byteströmen zu kennzeichnen. Die tatsächliche Paketbildung wird jeweils seitens des Masters oder der Media-Ports durchgeführt.
Diese Docking-Station muss eine solche Überschussbandbreite haben, dass die Gesamtsumme größer als die Summe der maximalen Bandbreiten aller Media-Ports ist. Die Überschussbandbreite ist erforderlich, um dem Overhead zusätzlicher Bytes aus der Tag-Einfügung und den durch sie durchgeführten Verarbeitungstätigkeiten Rechnung zu tragen.
Der Media-Portblock besteht aus einer Ansammlung von mehreren PHY-MAC-Paaren, die in einem einzelnen Baustein mit der Hochgeschwindigkeits-Docking-Station-Schnittstelle integriert sind. Die Architektur dieses Blocks ist äußerst einfach und klar, wie die folgenden Schritte zeigen:

1. Jeder Media-Port übermittelt den ankommenden Paketstrom an seinen zugeordneten Ausgangspaketweg,
2. die Paketwege übertragen Datenströme zwischen Media-Ports und der Docking-Schnittstelle,
3. der vom Master ankommende Datenstrom wird in Pakete und auf jeweilige IN-Paketwege aufgeteilt, und
4. jeder Media-Port, der auf seinen IN-Paketwegen Pakete empfängt, sendet sie nach draußen an die externe Welt.

Der Paketweg 104 ist der Kanal oder die Leitung zum Übertragen von Informationen als Pakete oder Bytes zwischen einzelnen Media-Ports und der Docking-Station. Der Paketweg modifiziert im Allgemeinen die von ihm transportierten Informationen nicht, sofern dies nicht ausdrücklich von einer Implementierung verlangt wird.
Der Paketweg kann als Shared-Bus oder als Punkt-zu-Punkt-Voll-(oder Halb-) Duplexbus zwischen einem Media-Port und der Docking-Station ausgeführt werden. Die exakte Implementierung hängt von der Bandbreite, Latenzzeit und anderen Faktoren gemäß den spezifischen Implementierungsanforderungen ab.
Implementierungsbeispiele umfassen Punkt-zu-Punkt- und Shared-Bus-Beispiele. Bei Punkt-zu-Punkt ist der MAC jedes Media-Ports direkt mit der Docking-Station verbunden und die Docking-Station übernimmt die Steuerung der Pakete zwischen dem Master und dem jeweiligen MAC des Media-Ports. Bei einem Shared-Bus verbindet ein Hochgeschwindigkeits-Shared-Bus alle Media-Ports und die Docking-Station. Das Shared-Bus-Protokoll übernimmt die Steuerung der Pakete oder Bytes zwischen dem Media-Port und der Docking-Station.
Obgleich die hierin angegebenen allgemeinen Richtlinien dazu verwendet werden, die Komponenten des Switch vorzusehen, können die genauen Details basierend auf den Kosten, der Anzahl und Art der Media-Ports sowie den Leistungsanforderungen vom Benutzer gewählt werden.
Der Master wird durch eine CPU gesteuert und konfiguriert seine Service-Agents. Die Service-Agents verfügen über einen gewissen Umfang an zugeordnetem Speicherpool, um ankommenden Verkehr zu handhaben. Die Service-Agents sehen eine Vielzahl an Funktionen vor, die das Komprimieren und Dekomprimieren, die Zwischenspeicherung von eingehenden und abgehenden Paketen, die Speicherverwaltung für die Paketspeicherung, Regeln- und Tabellen-Lookups, die Paketverarbeitung gemäß spezifizierten Arbeitsgängen, die Über- und Vermittlung (Forwarding und Switching) von Paketen an andere Media-Port-Service-Agents oder sogar an die CPU sowie eine Aufnahme der Pakete in eine Statistik umfassen. Bei der Komprimierungsfunktion werden die von der Hochgeschwindigkeits-Docking-Station-Schnittstelle aufgefangenen Bytes durch den jeweiligen Service-Agent innerhalb gültiger Paketgrenzen verdichtet.
Beim Dekomprimierungsverfahren werden die Pakete, die vom Master über die Hochgeschwindigkeits-Docking-Schnittstelle an die Media-Ports gesendet werden, durch die jeweiligen Service-Agents zu Bytes dekomprimiert.
Die Docking-Station verfügt über einen Kommunikationskanal (eine Hochgeschwindigkeitsverbindungsleitung) mit einer Bandbreite, die die Gesamtsumme der maximalen Bandbreiten aller Media-Ports übersteigt. Die Überschussbandbreite ist nötig, um den Overhead aus den durch sie durchgeführten Tätigkeiten, welche das Tagging, Komprimieren und Aufteilen (Splitting) umfassen, zu kompensieren. Beim Tagging werden den Byteströmen zusätzliche Bits hinzugefügt, um gültige Bytegrenzen zu kennzeichnen. Beim Komprimieren werden Bytes von den Media-Ports (auf die Paketwege) für diese Hochgeschwindigkeitsverbindungsleitung serialisiert. Die Aufteilungsfunktion wird durch Deserialisieren des Bitstroms von der Hochgeschwindigkeitsverbindungsleitung in Bytes durchgeführt, die an jeweilige Bestimmungs-Media-Ports oder Master-Service-Agents gesendet werden sollen.
Beispielsweise bei einem integrierten Medienmodul mit 48 Ports und 100 MBit + 4 Ports und 1 Gigabit (gesamte summierte Bandbreite: 17,6 Gigabit/sec), ist eine Docking-Station, die einen 10-Gigabit-XGMII-MAC verwendet (maximal unterstützte Bandbreite: 20,0 Gigabit/sec), sowohl in das Master- als auch das Media-Dock-Ende integriert. Die Media-Ports sind an die Docking-Station über zugeordnete Bytewege von jedem Media-Port angeschlossen. Die Docking-Station am Media-Port-Ende multiplext die Bytewege kontinuierlich im Round-Robin-Modus zu ihrer XGMII. Die Docking-Station am Master-Modul-Ende empfängt diese Bytes an ihrem Ende der XGMII-Schnittstelle im Round-Robin-Modus. In ähnlicher Weise werden Bytes vom Master-Modul an den Media-Port übertragen.
Eine Tagging-Technik wird in Abhängigkeit von den Implementierungsanforderungen so definiert, dass sie gültige Byte-, Quellen- und Bestimmungs-Media-Port-IDs anzeigt. In Abhängigkeit von der für die Docking-Station verwendeten Hochgeschwindigkeitsverbindungsschnittstelle werden die von den Media-Ports eingehenden Bytes in ein Zellenformat (CF) komprimiert oder verdichtet. Dieses Format (CF) ist ein implementierungsanforderungsspezifischer Standard, der beliebige Medienarten übergreift und einen grundlegenden Informationssatz hinsichtlich der Quellen-Media-Port-ID, der Medienart-ID, der Länge der gültigen Datenbytes und, je nach Bedarf, weiterer Felder vorsieht. Die weiteren Felder können CRC oder Prüfsummen und andere Informationen enthalten, wenn eine Überschussbandbreite zur Verfügung steht.
Der Media-Portblock ist eine Anhäufung von "n" Ports, bestehend aus einer beliebigen Kombination der folgenden darin integrierten Logikblöcke: PHY, MAC und Paket- oder Informationsverarbeitungslogik. Der Wert "n" hängt mehr von der Siliziumausführung des Masters hinsichtlich der Fähigkeit des Masters ab, "n" Service-Agents und entsprechende Speicher- und Logikblöcke vorzusehen. Er hängt auch von der Tatsache ab, dass die durch die Docking-Station unterstützte maximale Bandbreite größer als die summierte Bandbreite von "n" Media-Portblöcken sein muss.
Der Media-Portblock kann Ports unterschiedlicher Medienarten umfassen. Einige Beispiele dieser Medienarten umfassen:

– IEEE 802.3 basierend auf 10-/100-/1000-/10G- und zukünftigen Spezifikationen,
– IEEE 802.11 basierend auf drahtlosen Medien,
– BLUETOOTH, eine drahtlose Kommunikationsspezifikation, die Daten-, Sprach- und Content-Centric-Anwendungen und andere drahtlose Medien unterstützt,
– Firewire (IEEE 1394) für Audio- und Videomedien,
– Kabelmodem,
– Synchronous Optical Network, SONET (OC-48-/OC-192-/OC-768- und zukünftige Spezifikationen), und
– INFINIBAND, eine auf Switches basierende serielle I/O-Verbindungsarchitektur, die für Fehlertoleranz und Skalierbarkeit aufgebaut ist.

Die vorstehende Liste ist nicht als Einschränkung zu verstehen, vielmehr kann in den Media-Ports jeder beliebige Bus, jedes beliebige Netzwerkmedium oder jeder beliebige Kanal verwendet werden, der/das beliebige Informationen (Daten oder Multimedia) bereitstellt. Jeder der Ports im Media-Portblock kann Informationen als Pakete oder Bytes über die Paketwege senden oder empfangen.
Die Architektur der vorliegenden Erfindung sieht eine innovative Lösung für eine Vielzahl an Anwendungen vor, wobei die folgenden Ziele erreicht werden. Die Architektur ist universell einsetzbar und hat einen breiten Anwendungsbereich, der Multimedia, Networking und Speicherung umfasst. Die Architektur ist außerdem einzigartig und lässt sich schnell vermarkten. Die Architektur lässt sich leicht an jede beliebige neue MAC/PHY-Technologie anpassen. Die Architektur ist auch skalierbar, so dass Stapel aus mehreren Mastern Lösungen für größere Konfigurationen bereitstellen können. Eine solche Ausführungsform ist in 2 dargestellt, wobei mehrere Master 201 über die Paketwege 204 und mehrere Hochgeschwindigkeits-Docking-Stationen 202 mit den Media-Ports 203 verbunden sind.
Die Architektur der vorliegenden Erfindung ist auch dahingehend kosteneffizient, dass derselbe Master-Kern für mehrere Lösungen verwendet werden kann, d.h. ein großes Volumenpotential hat. Darüber hinaus ist die Architektur flexibel und sieht Lösungen für einen breiten Marktbereich bei einer umfangreichen Mischung von Medien (drahtlose Medien, Kabel, ADSL, etc.) vor.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie nicht auf bestimmte Medien konzentriert (media-centric) ist und dafür ausgelegt werden kann, mit unterschiedlichen Medienarten verwendet zu werden. Dies macht das Konfigurierungsverfahren des Switch zur Erfüllung von Kundenwünschen einfach und verbessert die Vermarktbarkeit des Switch. Die vorliegende Erfindung verhindert außerdem Backups an den Ports, da die Media-Ports keine echte Verarbeitung durchführen, sie leiten lediglich Daten an den Master weiter. Bei der bekannten Architektur summieren sich die Verzögerungen an jedem Port und tragen zu Backups von Paketen an den Ports bei. Diese Verzögerungen werden, wie vorstehend ausgeführt, beseitigt, da der Master einen größeren Durchsatz als alle Ports zusammen hat.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Daten über unterschiedliche Medien verteilt werden können. Daher kann ein gegebener Fast-Ethernet-Port an einem Port gespiegelt werden, der kein Fast-Ethernet-Port ist. Es können auch Ports unterschiedlicher Medienarten miteinander verbunden werden, um eine große Kapazität bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung verringert außerdem die Notwendigkeit, Switches zu stapeln, um gewisse Anforderungen zu erfüllen, während sie dennoch ein Stapeln von Switches unter Verwendung einer Medienart ermöglicht, die für die Anwendung am besten geeignet sein kann.
Die vorstehend besprochene Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Ausführungsform auf einem Halbleitersubstrat, wie etwa Silizium, mittels geeigneter Halbleiterherstellungstechniken ausgeführt und basiert auf einem Schaltungslayout, das auf der Basis der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein dürfte. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Halbleiterkonzipierung und -herstellung sollte dazu in der Lage sein, basierend auf der vorstehend ausgeführten architektonischen Beschreibung die verschiedenen Module, Schnittstellen und Komponenten, etc. der vorliegenden Erfindung auf einem einzelnen Halbleitersubstrat zu implementieren. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, die erfindungsgemäß offenbarten Elemente als diskrete elektronische Komponenten auszuführen, wodurch die funktionellen Aspekte der Erfindung vorteilhaft genutzt würden, ohne durch die Verwendung eines einzelnen Halbleitersubstrats die Vorteile zu maximieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich die vorliegende Erfindung als Beispiel einen Switch zur Verarbeitung von Paketdaten anführt, die vorliegende Erfindung nicht auf Policy-Based-Frame-Verarbeitung und -Klassifizierung beschränkt ist. Obgleich die Erfindung basierend auf diesen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, dürfte es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass gewisse Modifikationen, Variationen und alternative Ausgestaltungen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Zur Bestimmung des Maßes und Ziels der Erfindung sollte daher auf die anhängigen Ansprüche Bezug genommen werden.

Claims

Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten mit: wenigstens einem Media-Port (103), wenigstens einem Master (101), wenigstens einem Dock (102), das zwischen dem wenigstens einen Master (101) und dem wenigstens einen Media-Port (103) kommuniziert, wobei der wenigstens eine Master (101) dafür konfiguriert ist, Daten zu handhaben und zu verarbeiten, die durch den wenigstens einen Media-Port (103) empfangen und über das wenigstens eine Dock (102) an den wenigstens einen Master (101) weitergeleitet wurden, wobei die Netzwerkvorrichtung dafür konfiguriert ist, Media-Ports (103) unterschiedlicher Medienarten zu handhaben, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Media-Port ankommende Daten mit Tags versieht, die dafür verwendet werden, die Daten durch den wenigstens einen Master zu kategorisieren, wobei die Tags an einem Quellenport und einem Bestimmungsport Informationen für empfangene Daten und eine Medienart-ID für den wenigstens einen Media-Port bereitstellen.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach Anspruch 1, wobei die Netzwerkvorrichtung dafür konfiguriert ist, Ports (103) unterschiedlicher Medienarten unter Nutzung desselben wenigstens einen Docks (102) zu handhaben.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens ein Dock (102) mindestens zwei Docks (102) umfasst und die Netzwerkvorrichtung dafür konfiguriert ist, Media-Ports (103) unterschiedlicher Medienarten unter Nutzung unterschiedlicher Docks (102) der mindestens zwei Docks (102) zu handhaben.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der wenigstens eine Master (101) mit einer dedizierten CPU kommuniziert, um empfangene Daten zu verarbeiten.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder Media-Port (103) der Netzwerkvorrichtung eine maximale Bandbreite und das wenigstens eine Dock (102) eine Bandbreite hat, die größer als eine Summe jeder maximalen Bandbreite jedes Media-Ports (103) der Netzwerkvorrichtung ist.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der wenigstens eine Media-Port mindestens einen Port (103) und mindestens einen Paketweg (104) umfasst, der zwischen dem wenigstens einen Port und dem wenigstens einen Dock (102) kommuniziert.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Paketweg (104) einen Punkt-zu-Punkt-Bus umfasst, der eine direkte Verbindung zwischen dem wenigstens einen Port und dem wenigstens einen Dock (102) vorsieht.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der wenigstens eine Paketweg (104) einen Shared-Bus umfasst, wobei ein Shared-Bus-Protokoll den Datenstrom zwischen dem wenigstens einen Port und dem wenigstens einen Dock (102) vermittelt.
Netzwerkvorrichtung zur Handhabung von Daten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der wenigstens eine Master (101) mindestens einen Service-Agent umfasst, wobei die Anzahl der Service-Agents gleich der oder kleiner als die Anzahl Media-Ports (103) sein könnte.
Verfahren zum Handhaben von Daten in einer Netzwerkvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: das Empfangen von ankommenden Daten an einem Media-Port (103), das Übermitteln (Forwarding) der Daten an ein Dock (102), das Packing der Daten, das Weiterleiten der Daten an einen Master (101), das Verarbeiten wenigstens eines Teils der gepackten Daten durch den Master (101), und das Übermitteln der Daten an einen anderen Media-Port (103) basierend auf dem verarbeiteten Inhalt des wenigstens einen Teils der Daten (103), wobei eine erste Medienart des Media-Ports einer zweiten Medienart des anderen Media-Ports entspricht oder sich von dieser unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner das Versehen ankommender Daten mit Tags umfasst, die dafür verwendet werden, die Daten durch den wenigstens einen Master (101) zu kategorisieren, wobei die Tags an einem Quellenport und einem Bestimmungsport Informationen für die empfangenen Daten und eine Medienart-ID für den wenigstens einen Media-Port (103) bereitstellen.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach Anspruch 10, wobei der Media-Port ferner einen Port (103) und einen Paketweg (104) umfasst, der mit dem Dock (102) verbunden ist, und wobei der Schritt des Übermittelns der Daten an ein Dock das Übermitteln von Daten über den Paketweg (104) an das Dock (102) umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach Anspruch 11, wobei der Paketweg (104) einen Punkt-zu-Punkt-Bus umfasst, der eine direkte Verbindung zwischen dem Port (103) und dem Dock (102) vorsieht.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach Anspruch 11, wobei der Paketweg einen Teil eines Shared-Bus umfasst, wobei ein Shared-Bus-Protokoll den Datenstrom zwischen dem Port und dem Dock vermittelt.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Schritt des Übermittelns der Daten an einen anderen Media-Port (103) das Übermitteln der Daten an ein zweites Dock (102) umfasst, das mit dem anderen Media-Port kommuniziert.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach Anspruch 14, wobei das zweite Dock (102) mit einem zweiten Master (101) verbunden ist und der andere Media-Port (103) mit einem dritten Dock (102) kommuniziert, das mit dem zweiten Master (101) verbunden ist, und die Übermittlung zwischen dem ersten Master (101), dem zweiten Dock (102), dem zweiten Master (101) und dem dritten Dock (102) stattfindet.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß IEEE802.3-Spezifikationen umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß IEEE802.11-Spezifikationen umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß einer Spezifikation für drahtlose Kommunikation umfasst, die Daten-, Sprach- und Content-Centric-Anwendungen unterstützt.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß IEEE1394-Spezifikationen umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß Kommunikationsspezifikationen für Kabelmodems umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß Sonet-Spezifikationen (Synchronous-Optical-Network-Spezifikationen) umfasst.
Verfahren zum Handhaben von Daten nach einem der Ansprüche 10 bis 21, wobei der Schritt des Empfangens ankommender Daten an einem Media-Port (103) das Empfangen von Daten gemäß Spezifikationen für eine auf Switches basierende serielle I/O-Verbindungsarchitektur umfasst, die für Fehlertoleranz und Skalierbarkeit aufgebaut ist.