Blok przesyłu danych w sieci transmisji danych i sieć transmisji danych

advertisement
RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL
(21) Numer zgłoszenia:
(2 2 ) Data zgłoszenia:
322116
21.02.1996
5 1 IntCl7:
(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:
H04L 12/42
H04L 12/56
H04Q 3/00
21.02.1996, PCT/EP96/00703
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(54)
(30)
(8 7) Data i numer publikacji zgłoszenia
międzynarodowego:
(73)
Uprawniony z patentu:
INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES
CORPORATION, Armonk, US
(72)
Twórcy wynalazku:
Kenneth J. Christensen, Tampa, US
Francis E. Noel, Durham, US
Rudolf E. Rehquate, Raleigh, US
Thomas Stammely, Cary, US
Jerry Dagher, Raleigh, US
Beymer Jr. Bevill, Fuquay-Varina, US
(74)
Pełnomocnik:
Muszyński Andrzej, POLSERVICE
Pierwszeństwo:
10.03.1995,US,08/402470
Zgłoszenie ogłoszono:
05.01.1998 BUP 01/98
(45)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.10.2000 WUP 10/00
PL 179711 B1
19.09.1996, WO96/28915,
PCT Gazette nr 42/96
Blok przesyłu danych w sieci transmisji danych i sieć transmisji danych
(43)
(57)
(11) 179711
(13) B1
1. Blok przesyłu danych w sieci transmisji danych, w którym każdy port zawiera pierwsze połączenie
portu i drugie połączenie portu oraz układ nadajnika 1
układ odbiornika, znamienny tym, że każdy port (16)
bloku przesyłu danych zawiera pierwszy transformator
(58), z pierwszym uzwojeniem dołączonym do pierwszego połączenia portu (50) 1z drugim uzwojeniem, oraz
drugi transformator (60),z pierwszym uzwojeniem
dołączonym do drugiego połączenia portu (52) 1 z drugim uzwojeniem, przy czym w pierwszym trybie operacyjnym drugie uzwojenie
pierwszego transformatora
(58) jest dołączone do układu nadajnika (54) i drugie
uzwojenie drugiego transformatora (60) jest dołączone
do układu odbiornika (56),
zaś w drugim trybie operacyjnym drugie uzwojenie pierwszego transformatora
(58) jest dołączone do układu odbiornika
(56) 1 drugie
uzwojenie drugiego transformatora (60) jest dołączone
do układu nadajnika (54).
Fig. 1
Blok przesyłu danych w sieci transmisji danych i sieć transmisji danych
Zastrzeżenia
patentowe
1. Blok przesyłu danych w sieci transmisji danych, w którym każdy port zawiera
pierwsze połączenie portu i drugie połączenie portu oraz układ nadajnika i układ odbiornika, znamienny tym, że każdy port (16) bloku przesyłu danych zawiera pierwszy transformator (58), z pierwszym uzwojeniem dołączonym do pierwszego połączenia portu (50) i z
drugim uzwojeniem, oraz drugi transformator (60), z pierwszym uzwojeniem dołączonym
do drugiego połączenia portu (52) i z drugim uzwojeniem, przy czym w pierwszym trybie
operacyjnym drugie uzwojenie pierwszego transformatora (58) jest dołączone do układu
nadajnika (54) i drugie uzwojenie drugiego transformatora (60). jest dołączone do układu
odbiornika (56), zaś w drugim trybie operacyjnym drugie uzwojenie pierwszego transformatora (58) jest dołączone do układu odbiornika (56) i drugie uzwojenie drugiego transformatora (60) jest dołączone do układu nadajnika (54).
2. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy port (16) zawiera pierwszy przełącznik (16) dołączający źródło napięciowe prądu stałego do pierwszego połączenia portu
(50) oraz drugi przełącznik (66) dołączający drugie połączenie portu (52) do powrotnej
ścieżki prądu stałego w pierwszej pozycji oraz do pierwszego połączenia portu (50) w drugiej pozycji.
3. Blok według zastrz. 1, znamienny tym, że port (16) jest dołączony do koncentratora (14, 44).
4. Sieć transmisji danych zawierająca adaptery sieciowe oraz koncentrator łączący je den lub większą liczbę adapterów sieciowych, tworzących sieć typu token-ring, znamienna
tym, że zawiera blok przesyłu danych (40, 46, 47) z jednym z pewnej liczby adapterów sieciowych (24, 36, 37, 42, 43) połączonych z pierwszym portem (16) tego bloku przesyłu
danych, przy czym koncentrator (14, 44) połączony jest z kolejnym portem (16) tego bloku
przesyłu danych.
* * *
Przedmiotem wynalazku jest blok przesyłu danych w sieci transmisji danych i sieć
transmisji danych.
W cyfrowych systemach transmisji danych złożone sygnały zegara i danych w postaci
binarnej wysyła się, poprzez przewody lub światłowody, z nadajnika linii transmisyjnej do
odbiornika linii transmisyjnej. Nadajnikiem lub odbiornikiem w systemie transmisji danych
może być pojedynczy komputer lub może nim być lokalna sieć komputerowa (LAN). Określony komputer lub stacja w sieci LAN może wysyłać informacje do innych stacji w sieci
LAN albo odbierać informacje z innych stacji. Stacja włącza się do sieci LAN, gdy potrzebuje połączyć się z inną stacją oraz odłącza się od sieci LAN, po zakończeniu połączenia.
Powszechną topologią sieci LAN jest sieć typu token-ring, to jest sieć o architekturze
pierścieniowej i sztafetowym sposobie transmisji. Architektura pierścieniowa sieci token-ring
służy do łączenia urządzeń dołączonych do sieci. Sieć token-ring umożliwia jednokierunkow ą transmisję danych między stacjami przy użyciu procedury przekazywania znacznika.
Architektura pierścieniowa pozwala na przekazywanie znaczników od węzła stowarzyszonego z określonym, dołączonym do sieci urządzeniem, takim jak komputer osobisty, do innego węzła w tej sieci. Węzeł, który jest gotowy do wysyłania danych może przechwycić
znacznik, a następnie wystawić dane do transmisji. Jeśli informacja odebrana przez węzeł
lub stację, przeznaczona jest dla stacji położonej dalej wzdłuż sieci, to stacja odbierająca
musi przekazać informację wzdłuż sieci LAN, do następnej przyległej stacji i tak dalej, aż
informacja osiągnie końcowe przeznaczenie. Urządzenie lub stacja komputerowa, próbująca
179 711
3
uzyskać dostęp do węzła sieci token-ring powinna mieć adapter, który fizycznie połączony
jest z siecią token-ring. Urządzenie dostępowe musi realizować procedurę dostępu do sieci
token-ring zgodnie z protokołem standardu.
Sieć typu token-ring ma dwie szybkości transmisji danych: 4 Mbps i 16 Mbps. Zwykle obie te szybkości przesyłu są używane, często też w jednej sieci można stosować szybkość transmisji danych 4 Mbps, podczas gdy w innej sieci stosuje się szybkość transmisji 16
Mbps, przy czym użytkownik może życzyć sobie mieć dostęp do obu tych sieci.
Wiele sieci LAN wykorzystuje koncentratory lub huby, znane jako jednostki wielodostępne, do łączenia wielu stacji w jednym węźle sieci. Poszczególne, wielostanowiskowe
jednostki dostępu łączą się z każdą stacją poprzez 4-przewodowy kabel. Wiele takich kabli
odchodzi od koncentratora do poszczególnych stacji, formując strukturę w kształcie gwiazdy. Fizycznie, każda stacja jest osobno podłączona do koncentratora swoim kablem, gdzie
może uzyskać dostęp do węzła sieci. Wszystkie stacje dołączone do określonego koncentratora działają z tą samą szybkością sieciową, na przykład 4 Mbps. Kiedy koncentrator
podłączony jest do sieci token-ring, wtedy logiczna konfiguracja sieci umiejscawia każdą
stację podłączoną do koncentratora w oddzielnym węźle w ramach sieci. Koncentrator sam
może łączyć dołączone urządzenia w sieć token-ring lub może być połączony z innymi koncentratorami, formując większą sieć token-ring, obejmującą wszystkie urządzenia przyłączone do wszystkich koncentratorów. Koncentratorem inteligentnym jest taki koncentrator,
który zawiera procesor sterujący elektroniką przełączającą przeznaczoną do sterowania
dostępem do sieci.
Termin koncentrator odnosi się zwykle do jednostki wielodostępnej MAU. System taki wprowadza specyfikacja IEEE 802.5, odnosząca się do takiego systemu, jak jednostka
sprzęgu między sieciowego. Pojedyncze kable składają się z dwóch par skrętek, które łączą
adapter sieciowy lub inne urządzenie komunikacyjne z portem koncentratora. Pojedyncze
kable łączą się z innymi identycznymi kablami, tworząc kompletny koncentrator. Chociaż
liczba kabli w koncentratorze może się zmieniać, to jednak najbardziej popularna konfiguracja wykorzystuje osiem kabli, co wynika głównie z fizycznego rozmiaru łączówki, stosowanej w sieci token-ring, która pasuje do standardowego stojaka ze sprzętem.
Każdy komputer dołączony do sieci, połączony jest z kablem z odpowiednim portem
kabla koncentratora, przy czym komputer sprawuje poprzez ten kabel, kontrolę nad mechanizmem włączania się/obejścia przy użyciu wymuszenia typu "fantom", mającego postać
napięcia prądu stałego. To stałe napięcie jest przezroczyste przy przechodzeniu danych
nadawanych przez komputer, stąd nazwa "fantom". Przyłożone napięcie używane jest w
ramach portu kabla koncentratora, aby oddziaływać na szeregowe wprowadzenie włączenie
komputera do sieci. Zanik wymuszenia fantomowego powoduje akcję wyprowadzenia, która dokonuje obejścia komputera i powoduje, że komputer wchodzi w stan zapętlenia.
Komputer przyłączony do sieci zawiera kartę adaptera sieciowego złożoną z elementów sprzętowych oraz podzespołów elektronicznych, koniecznych zarówno do łączenia się z
jednostką MAU poprzez kabel, jak i do wprowadzania danych i komunikowania się w sieci
token-ring. Specyfikacja IEEE wymaga, aby w istniejących adapterach sieci token-ring dane
wysyłane były pomarańczowo-czamą parą przewodów, a odbierane poprzez czerwono-zieloną
parę przewodów w kablu interfejsowym nośnika. Adaptery sieci token-ring łączą się bezpośrednio z jednostką MAU w taki sposób, że jednostka MAU odbiera dane na pomarańczowoczarnej parze przewodów, a nadaje poprzez czerwono-zieloną parę przewodów. Prąd wymuszenia fantomowego, to jest wymuszenia spowodowanego prądem fantomowym podlega
wysterowaniu przez adapter token-ring na czerwono-zielonej parze przewodów, aby umożliwić włączenie się do sieci token-ring. Prąd wymuszenia fantomowego spełnia podwójną
funkcję, to jest służy do wykrywania błędnego połączenia kablowego oraz do włączenia
przekaźnika w jednostce MAU do szeregowego podłączenia komputera do sieci token-ring.
Stąd, adaptery są źródłem prądu wymuszenia fantomowego, a jednostka MAU stanowi dla
niego ujście.
Ze względu na to, że wyżej opisana sieć token-ring umożliwia łączenie się każdego
adaptera sieciowego z każdym innym adapterem sieciowym, to każde takie połączenie w
4
179 711
sieci token-ring musi być przeprowadzone poprzez koncentrator. W konsekwencji, dwa
komputery usytuowane obok siebie w ramach sieci LAN muszą łączyć się przy użyciu pasma sieciowego o ograniczonej szerokości, które dzieli się pomiędzy każdy adapter przyłączony do sieci. Istnieją dwa problemy, które nie pozwalają na bezpośrednie połączenie ze
sobą dwóch adapterów sieciowych. Pierwszy z nich to bezpośrednie połączenie dwóch adapterów sieciowych, spełniających standard przedstawiony w specyfikacji IEEE 802.5,
prowadziłoby do bezpośredniego połączenia pary skrętek nadawczych adapterów (pary pomarańczowo-czamej) oraz ich przewodów odbiorczych (para skrętek czerwono-zielona), nie
dopuszczając do żadnego połączenia między dwoma adapterami sieciowymi. Drugi problem
to, że obecnie dostępne adaptery sieciowe nie mogą być ujściem dla prądu wymuszenia
fantomowego, mogą one być jedynie ich źródłem. Bez możliwości stworzenia ujścia dla
prądu wymuszenia fantomowego, adapter próbujący łączyć się byłby źródłem prądu wymuszenia fantomowego dla adaptera odbiorczego, który nie mógłby być ujściem dla prądu
wymuszenia fantomowego. Stąd adapter będący źródłem, mógłby wykryć warunek "błąd
okablowania", to jest błąd lub uszkodzenie związane z okablowaniem. Po wykryciu warunku błędu okablowania adapter mógłby automatycznie zatrzymać przesyłanie danych.
Istotą bloku przesyłu danych w sieci transmisji danych, według wynalazku, w którym
każdy port zawiera pierwsze połączenie portu i drugie połączenie portu oraz układ nadajnika i układ odbiornika, jest to, że każdy port bloku przesyłu danych zawiera pierwszy transformator, z pierwszym uzwojeniem dołączonym do pierwszego połączenia portu i z drugim
uzwojeniem, oraz drugi transformator, z pierwszym uzwojeniem dołączonym do drugiego
połączenia portu i z drugim uzwojeniem, przy czym w pierwszym trybie operacyjnym drugie uzwojenie pierwszego transformatora jest dołączone do układu nadajnika i drugie
uzwojenie drugiego transformatora jest dołączone do układu odbiornika, zaś w drugim trybie operacyjnym drugie uzwojenie pierwszego transformatora jest dołączone do układu odbiornika i drugie uzwojenie drugiego transformatora jest dołączone do układu nadajnika.
Korzystnie każdy port zawiera pierwszy przełącznik dołączający źródło napięciowe
prądu stałego do pierwszego połączenia portu oraz drugi przełącznik dołączający drugie
połączenie portu do powrotnej ścieżki prądu stałego w pierwszej pozycji oraz do pierwszego połączenia portu w drugiej pozycji.
Korzystnie port jest dołączony do koncentratora.
Istotą sieci transmisji danych, według wynalazku, zawierającej adaptery sieciowe oraz
koncentrator łączący jeden lub większą liczbę adapterów sieciowych, tworzących sieć typu
token-ring, jest to, że zawiera blok przesyłu danych z jednym z pewnej liczby adapterów
sieciowych połączonych z pierwszym portem tego bloku przesyłu danych, przy czym koncentrator połączony jest z kolejnym portem tego bloku przesyłu danych.
Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość skrzyżowania przewodów adapterów sieciowych, do nadawania i odbierania, dla umożliwienia bezpośredniego połączenia między adapterami. Ponadto zaletą jest realizacja ujścia dla wymuszenia fantomowego,
aby zapobiegać wykrywaniu fałszywego warunku "błąd okablowania", gdy dwa urządzenia
sieciowe łączą się bezpośrednio, oraz dostarczenie bezpośredniego łącza między dwoma
urządzeniami sieciowymi raczej o pełnej szerokości pasma sieciowego, na przykład 16
Mbps, niż pasma dzielonego, dostarczanego przez połączenia poprzez sieć token-ring.
Wynalazek w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1
przedstawia system transmisji danych tworzący sieć według przykładu wykonania wynalazku, fig. 2 - schemat pojedynczego portu wieloportowego przełącznika LAN jako bloku
przesyłu danych według wynalazku w trybie adaptera, fig. 3 - schemat pojedynczego portu
wieloportowego przełącznika LAN skonfigurowanego w trybie portu, fig. 4 - schemat standardowego adaptera połączonego z portem przełącznika LAN skonfigurowanego w trybie
portu, fig. 5 - schemat portu wieloportowego przełącznika LAN skonfigurowanego w trybie
adaptera do połączenia ze standardową jednostką MAU, fig. 6 - schemat blokowy portu
pierwszego przełącznika LAN w trybie adaptera oraz port drugiego przełącznika LAN w
trybie portu, fig. 7 - sieć działań automatycznego określania typu przyłączonego urządzenia
179 711
5
i konfiguracji wieloportowego przełącznika LAN, zaś fig. 8 - sieć działań, będącą kontynuacją sieci działań z fig. 7.
N a fig. 1 przedstawiono schemat blokowy systemu łączności tworzącego sieć, zawierający wieloportowy przełącznik LAN, jako bloku przesyłu danych według wynalazku.
Bardziej szczegółowo fig. 1 przedstawia system transmisji danych tworzący sieć 10, do którego włączone są wieloportowe przełączniki LAN 40, 46, 47. Sieć 10 obejmuje lokalną sieć
komputerową (LAN), uformowaną przez pewną liczbę dołączonych urządzeń lub stacji 12,
takich jak komputery osobiste lub stacje robocze. Stacje 12 są połączone ze sobą poprzez
koncentratory 14, 44 oraz poprzez przełączniki LAN 40, 46, 47. Typowy koncentrator może
obsługiwać do 8 dołączonych urządzeń oraz może stanowić zakończenie sieciowego połączenia między dołączonymi urządzeniami wolnostojącymi. Koncentrator ten może być
również dołączony do sieci głównej, łączącej wiele koncentratorów, formujących większą
sieć na obszerniejszym obszarze geograficznym.
Każda stacja 12 łączy się z koncentratorami 14, 44, takimi jak jednostka MAU, portem przyłączeniowym 16 poprzez kabel 22. Określone, dołączone urządzenie lub stacja 12
włącza się do sieci za pomocą adaptera sieciowego 24, 36, 37, 42, 43, umieszczonego w
stacji 12. Adapter ten zapewnia bezpośrednie połączenie z kablem oraz zapewnia, że każda
stacja uzyskuje dostęp do sieci, aby wysyłać oraz odbierać dane, przy czym adapter zawiera
także część sprzętową i/lub oprogramowanie niezbędne do fizycznego połączenia z siecią
oraz do działania w jej ramach.
Koncentratory 14, 44 stanowią takie fizyczne zakończenie połączenia między portami
16, że dołączone urządzenie 12 może łączyć się z innym dołączonym urządzeniem 12. Koncentratory 14, 44 są koncentratorami inteligentnymi, mającymi logikę sterującą oraz mechanizmy przekaźnikowe, służące do sterowania łączeniem różnych stacji 12.
Główny pierścień 26 łączy koncentrator 14 z wieloma koncentratorami, takimi jak
koncentrator 44, które są szeregowo połączone wzdłuż sieci pierścieniowej. Pierścień główny może obejmować kabel światłowodowy lub inny typ nośnika używanego w transmisji
danych, na przykład ekranowana łub nieekranowana skrętka dwużyłowa z przewodów miedzianych. Każdy koncentrator połączony jest z głównym pierścieniem 26 poprzez urządzenie wejście pierścienia/wyjście pierścienia (RI/RO) zawarte w koncentratorze. Porty
WE/WY w koncentratorach 14, 44 łączą się ze sobą poprzez pierścień główny, formując
taki pierścień układu transmisji, że dane przemieszczają się w kierunku zgodnym z ruchem
wskazówek zegara dookoła sieci pierścieniowej. Umożliwia to łączenie stacji włączonych
do portu 16 nie tylko z innymi stacjami 12 dołączonymi do koncentratora 14, lecz także z
innymi stacjami i serwerami w sieci, które są dołączone do różnych koncentratorów, takich
jak koncentrator 44.
Korzystnie architektura sieci token-ring służy do połączenia dołączonych urządzeń
lub stacji 12 w ramach sieci LAN. Sieć token-ring umożliwia jednokierunkową transmisję
danych między stacjami w układzie o formie pierścienia za pomocą procedury przekazywania znacznika. Topologia pierścieniowa umożliwia przekazywanie znaczników od określonej stacji 12 do innej stacji, dołączonej do koncentratora 14 lub do innej stacji, dołączonej
do koncentratora 44. Stacja 12, gdy gotowa jest do wysłania danych, może przechwycić
znacznik, a następnie wprowadzić dane do transmisji w sieci.
Korzystną siecią token-ring jest sieć token-ring zgodna ze standardem IEEE 802.5, która zezwala na szerokopasmowe połączenie typu każdy z każdym dla poszczególnych stacji.
Taka sieć token-ring może działać z przepływnością albo 4 Mb/sec, albo 16 Mb/sec oraz
wspomaga działanie do 260 stacji w jednym pierścieniu. Sieć token-ring wykorzystuje różnicowy kod Manchester, będący techniką kodowania cyfrowego, w której każdy okres przeznaczony dla jednego bitu dzieli się na dwie komplementarne połówki, w celu zakodowania cyfrowej fali pasma podstawowego. Przejście, to jest zmiana stanu sygnału na początku okresu
bitu, reprezentuje jedną z cyfr binarnych, mianowicie "0", podczas gdy brak przejścia, to jest
zmiany stanu sygnału na początku okresu bitu, reprezentuje cyfrę binarną" 1".
Dołączona stacja 12, próbująca uzyskać dostęp do sieci i mająca swój adapter sieciowy, rozpoczyna włączanie swojego portu poprzez wprowadzenia "Fazy 0" procesu włączę-
6
179 711
nia adaptera. Podczas tej fazy adapter sieciowy wysyła ramki adresowane do siebie, aby
określić, czy kabel oraz układy nadawcze i odbiorcze działają poprawnie. Dlatego też, podczas tej fazy, wszystkie ramki są zawracane z powrotem do adaptera poprzez koncentrator,
tak że jeśli łącze jest sprawne, to adapter odbierze dokładnie to, co wysyła poprzez kabel.
Po skończeniu Fazy 0, adapter sieciowy wprowadza "Fazę 1" poprzez podanie prądu
wymuszenia fantomowego do kabla. Port koncentratora 16 wykrywa obecność prądu i wysyła przerwanie o wykryciu fantomu do jednostki centralnej koncentratora, która steruje
koncentratorami 14, 44. Przerwanie o wykryciu fantomu służy do identyfikacji kabla próbującego włączyć się do sieci. Jednostka centralna, dopóki nie zostanie to inaczej ustawione
przez system zarządzania siecią, włącza przekaźniki połączone szeregowo z portem 16, aby
podłączyć stację próbującą dostać się do sieci. Alternatywnie, niektóre koncentratory nie są
koncentratorami inteligentnymi i nie muszą mieć jednostki centralnej ani nawet być zasilane. W tego typu koncentratorach prąd wymuszenia fantomowego ładuje kondensator, który
następnie uaktywnia przekaźnik w koncentratorze, aby włączyć dołączony adapter.
Jak wiadomo, przełączniki LAN znane są w dziedzinie transmisji danych i sieci komputerowych oraz służą do zapewnienia transmisji danych między urządzeniami lub segmentami sieci LAN dołączonymi do wielu portów przełącznika LAN. Segment sieci LAN
można tu określić jako grupę węzłów, w której wszystkie węzły wykorzystują tę samą warstwę fizyczną modelu połączenia systemów otwartych (OSI). W celu połączenia dwóch
urządzeń lub dwóch segmentów sieci, przełącznik LAN uaktywnia węzeł w jednym segmencie sieci LAN, aby połączył się z węzłem w różnym od danego segmencie sieci LAN.
Typowo, przełącznik LAN odbiera dane z węzła w jednym segmencie LAN oraz przekazuje
te dane do innego segmentu LAN, który zawiera węzeł przeznaczenia. Korzystnie przełącznik LAN jest wieloportowym przełącznikiem LAN, takim jak przełącznik LAN 40.
Przełącznik LAN wykonuje kilka funkcji. Mianowicie, port przełącznika LAN zapewnia sterowanie dostępem do nośnika (MAC) oraz realizuje warstwę fizyczną (PHY)
niezbędne do sprzęgania i komunikacji z urządzeniami, dołączonymi do portu. Ponadto port
przełącznika LAN utrzymuje bieżącą statystykę portu, włączając w to liczbę ramek przechodzących, poprawnych i niepoprawnych, oraz status operacyjny portu. Ramki niepoprawne to te, które zawierają błędy. Port utrzymuje również tablice adresowe, zawierające listę
adresów węzłów połączonych z innymi portami wieloportowego przełącznika LAN. Wraz z
utrzymywaniem tych tablic adresowych port zawiera również układy do określania i wybierania portów przeznaczenia. Port obejmuje także bufory do buforowania ramek wchodzących i/lub wychodzących. Buforowanie może być potrzebne, gdy port przeznaczenia jest
zajęty lub gdy ramki przybywają z sumaryczną przepływnością, przekraczającą pojemność
portu docelowego. Wreszcie, port przełącznika LAN zapewnia logikę interfejsu dla "osnowy przełącznikowej". Termin "osnowa przełącznikowa" odnosi się do układów, które przenoszą dane z jednego portu do drugiego. Taką osnową przełącznikową może być magistrala
szybkiego przesyłania lub przełącznik skrośny.
Adapter sieciowy 42 połączony jest z portem a przełącznika LAN 40, natomiast adapter sieciowy 43 łączy się z portem b przełącznika LAN 40. Jednostka MAU 44 połączona
jest z portem c przełącznika LAN 40 poprzez kabel 32. Również dwa przełączniki LAN 40 i
46 są połączone od portu d przełącznika LAN 40 do portu e przełącznika LAN 46. Przełącznik LAN 40 połączony jest również od swego portu e z portem e przełącznika LAN 47.
Każde z powyższych połączeń wieloportowego przełącznika LAN 40 z koncentratorem,
adapterami sieci i przełącznikami realizowane jest poprzez standardowy kabel, o standardowym okablowaniu w postaci dwóch par skrętek, jak jest to wymagane zgodnie ze standardem IEEE 802.5.
Przełączniki LAN 40, 46 i 47 działają jako mosty o wysokiej przepływności, jak jest
to znane w dziedzinie transmisji danych i tworzenia sieci. Przełącznik LAN może łączyć
dowolne dwa urządzenia dołączone do jego portów, stąd zapewnia on łącze między tymi
urządzeniami. Przełącznik LAN może łączyć dołączony adapter z innym dołączonym adapterem, dołączony adapter z innym koncentratorem lub dołączony adapter z innym dołączonym przełącznikiem LAN. Także przełącznik LAN umożliwia połączenie lokalnych pę-
179 711
7
tli, kanałów lub pierścieni poprzez dopasowanie układów oraz udogodnienia dotyczące dokładności transmisji danych.
Każdy port przełącznika LAN skonfigurowany jest w odpowiednim trybie operacyjnym, to jest albo w trybie portu, albo w trybie adaptera. W "trybie portu" przełącznik LAN
jest skonfigurowany tak, aby prawidłowo nadawać i odbierać dane oraz stanowić ujście dla
prądu wymuszenia fantomowego. W "trybie adaptera" przełącznik LAN jest skonfigurowany tak, aby prawidłowo nadawać i odbierać dane oraz stanowić źródło prądu wymuszenia
fantomowego, na przykład jak to przedstawiono na fig. 1 porty a, b przełącznika LAN 40
mogłyby być skonfigurowane w trybie portu, aby odbierać i nadawać dane odpowiednio z
adapterów sieciowych 42 i 43. Port c przełącznika LAN 40 mógłby być skonfigurowany w
trybie adaptera, aby umożliwić odbieranie oraz nadawanie danych do jednostki MAU 44.
Przy włączaniu się do sieci token-ring, adapterowi sieciowemu 42 musi przedstawiać się, że
jest to podłączenie do portu jednostki MAU. Stąd, porty a, b przełącznika LAN 40 muszą
być skonfigurowane tak, aby wydawały się być identyczne z portem jednostki MAU. Podobnie, włączenie się jednostki MAU 44 musi przedstawiać się jej, jako bezpośrednie połączenie z adapterem. W konsekwencji, port c przełącznika LAN 40 musi być skonfigurowany
do emulacji adaptera. Według niniejszego wynalazku, kiedy adapter sieciowy 42 próbuje włączyć się do sieci token-ring i inicjuje łączność, wtedy przełącznik LAN 40 zapewnia ujście
dla prądu wymuszenia fantomowego. Dlatego, w celu umożliwienia adapterowi sieciowemu
42 komunikowania się z adapterem sieciowym 36, jeden port przełącznika LAN mógłby być
ustawiony w trybie adaptera, natomiast drugi w trybie portu, pozwalając na transmisję danych
między portem d przełącznika LAN 40 oraz portem e przełącznika LAN 46.
Na fig. 2 przedstawiono schemat pojedynczego portu wieloportowego przełącznika
LAN jako bloku przesyłu danych według wynalazku. Port skonfigurowany jest w trybie
adaptera. Kiedy kabel standardu IEEE 802.5 łączy urządzenie z portem, wtedy pierwsze
połączenie portu 50 łączy się ze skrętką czamo-pomarańczową oraz drugie połączenie portu
52 łączy się ze skrętką czerwono-zieloną. Pierwsze połączenie portu 50 łączy się z pierwszym uzwojeniem transformatora 58, a drugie połączenie portu 52 łączy się z pierwszym
uzwojeniem drugiego transformatora 60. Drugie uzwojenie pierwszego transformatora 58
oraz drugie uzwojenie drugiego transformatora 60 łączą się z przekaźnikiem 62. Zarówno
układ nadajnika 54, jak i układ odbiornika 56 są połączone z przekaźnikiem 62.
Port zawiera układy nadajnika 54 oraz układy odbiornika 56, które wykonują funkcje
nadajnika oraz odbiornika, niezbędne do wspierania możliwości dołączania oraz połączenia
z każdym możliwym do dołączenia urządzeniem, zaliczając w to adaptery sieciowe, jednostki MAU oraz inne przełączniki. LAN. Przekaźnik 62 tworzy elektryczne połączenie
między układami 54 i 56 oraz transformatorami 58' i 60 w funkcji sygnału "sterowania przekaźnika 3". Sygnał "sterowanie przekaźnika 3" ustawia przekaźnik 62 w połączenie przedstawione na fig. 2, gdy port jest w trybie adaptera. Kiedy sygnał "sterowanie przekaźnika 3"
wskazuje na tryb adaptera, wtedy przekaźnik 62 łączy układ nadajnika 54 z pierwszym
transformatorem 58 oraz łączy układ odbiornika 56 z drugim transformatorem 60. Kiedy
sygnał "sterowanie przekaźnika 3" wskazuje na tryb portu, wtedy przekaźnik 62 łączy elektrycznie układ nadajnika 54 z drugim transformatorem 60 oraz łączy układ odbiornika 56 z
pierwszym transformatorem 58, jak przedstawiono na fig. 3.
Odnosząc się z powrotem do fig. 2, źródło fantomowe napięcia stałego (DC) łączy się z
przełącznikami 64, którymi steruje sygnał "sterowanie przekaźnika 1". Przełączniki 64 łączą
dwa bieguny źródła fantomowego DC z pierwszym uzwojeniem pierwszego transformatora
58, aby umożliwić pobieranie prądu wymuszenia fantomowego z tego portu, przez dołączone
urządzenie z wyjścia pierwszego połączenia portu poprzez skrętkę czamo-pomarańczową.
Dodatkowo, kiedy port jest skonfigurowany w trybie adaptera, wtedy musi dostarczyć ścieżkę
powrotną dla prądu fantomowego poprzez drugie połączenie portu 52. Przełączniki 66 są sterowane przez sygnał "sterowanie przekaźnika 2" oraz są przełączane, aby łączyć pierwsze
uzwojenie drugiego transformatora 60 z uziemieniem, gdy port jest w trybie adaptera.
W alternatywnym przykładzie wykonania, do ścieżki powrotnej włącza się szeregowo
sprzęgacz optyczny 69. Wyjście sprzęgacza optycznego 69 wskazuje, czy port jest w trybie
8
179 711
adaptera, czy portu, poprzez obecność lub brak wymuszenia fantomowego. Kiedy port
skonfiguruje się w tryb portu, wtedy sprzęgacz optyczny 69 będzie wskazywał prąd płynący
w ścieżce powrotnej.
Na fig. 3 jest przedstawiony port wieloportowego przełącznika LAN, skonfigurowany
w trybie portu. Jak opisano poprzednio, przekaźnik 62 jest ustawiony w konfiguracji skrośnej poprzez sygnał "sterowanie przekaźnika 3" w trybie portu, aby połączyć układ nadajnika 54 z drugim transformatorem 60 oraz połączyć układ odbiornika 56 z pierwszym transformatorem 58. Sygnał "sterowanie przekaźnikiem 1" otworzyło przełączniki 64, aby odłączyć źródło fantomowe od pierwszego połączenia portu 50, tak że prąd wymuszenia fantomowego nie wypływa, gdy port jest w frybie portu. Również przełączniki 66 zostały przełączone przez sygnał "sterowanie przekaźnika 2", aby połączyć pierwsze uzwojenia transformatorów 58 i 60 (poprzez rezystory 68) oraz zapewnić ścieżkę powrotną (to jest uziemienie) dla prądu, którego źródłem jest, dołączone poprzez skrętkę czarno-pomarańczową,
urządzenie.
Jak można zauważyć z powyższego opisu, przełącznik LAN jest w stanie emulować na
każdym ze swoich własnych portów albo adapter sieciowy, albo port koncentratora. Podczas
emulacji adaptera sieciowego przełącznik LAN będzie źródłem prądu wymuszenia fantomowego i będzie nadawał dane poprzez skrętkę czarno-pomarańczową oraz będzie odbierał dane oraz
dostarczał uziemienie dla prądu wymuszenia fantomowego na skrętce czerwono-zielonej. Podczas emulacji portu koncentratora przełącznik LAN będzie odbierał dane poprzez skrętkę czarno-pomarańczową oraz będzie nadawał dane poprzez skrętkę czerwono-zieloną. Ponadto, będąc
w trybie portu, port przełącznika LAN zapewnia elektryczne połączenie napięcia stałego między pierwszym a drugim połączeniem portu, aby zapewnić ścieżkę powrotną poprzez skrętkę
czerwono-zieloną dla źródła prądu fantomowego.
Na fig. 4, 5 i 6 przedstawiono trzy schematy, z których każdy przedstawia port przełącznika LAN albo w trybie adaptera, albo w trybie portu, odpowiednio dla dołączonego
urządzenia. Na fig. 4 przedstawiono standardowy adapter połączony z portem wieloportowego przełącznika LAN skonfigurowanego w trybie portu. Standardowy adapter zawiera
układ nadajnika 70, układ odbiornika 72 i transformatory 74, 76. Ze względu na to, ze port
przełącznika LAN musi być w trybie portu, aby komunikować się ze standardowym adapterem, to przekaźnik 62 jest odpowiednio skrzyżowany, aby połączyć układ nadajnika 70 z
układem odbiornika 56 oraz, aby połączyć układ nadajnika 54 z układem odbiornika 72.
Również przełączniki 66 są przełączone, aby połączyć pierwsze uzwojenia transformatorów
portu 58 i 60, aby zapewnić ścieżkę powrotną dla prądu wymuszenia fantomowego.
Na fig. 5 zobrazowany jest port przełącznika LAN skonfigurowany w trybie adaptera do
połączenia ze standardową jednostką MAU. W trybie adaptera, przełączniki 64 są zamknięte,
aby dostarczyć prąd wymuszenia fantomowego dla standardowej jednostki MAU poprzez
parę skrętek czarno-pomarańczową. Jednostka MAU zwraca prąd wymuszenia fantomowego
poprzez parę skrętek czerwono-zieloną do uziemienia poprzez przełączniki 66.
Na fig. 6 przedstawiono port pierwszego przełącznika LAN w trybie adaptera oraz
port drugiego przełącznika LAN w trybie portu. Dwa przełączniki LAN są tu połączone
raczej za pomocą kabla standardowego niż kabla skrzyżowanego, jak byłoby to wymagane
przez dotychczas znane przełączniki LAN.
Przełącznik LAN jest urządzeniem inteligentnym, mającym możliwości przetwarzania
danych, włączając w to określanie węzła przeznaczenia dla ramki danych w oparciu o informację adresową odebraną z danymi oraz przekazywanie odebranych danych do portu
połączonego z węzłem przeznaczenia. Jak to zostanie opisane poniżej, przełącznik LAN
określa automatycznie, jaki jest typ urządzenia dołączonego do każdego z jego portów, a
następnie konfiguruje te porty albo w trybie portu, albo w trybie adaptera, umożliwiając
poprawną komunikację między każdym z dołączonych urządzeniem. W ten sposób całe
okablowanie może mieć tę samą polaryzację, to znaczy nie są potrzebne kable skrosowane,
i nie wymagane jest działanie ręczne, na przykład instalacja specjalnych kabli lub ustawianie przełączników konfiguracji portu, przy niskim koszcie oraz wyższej niezawodności instalacji i utrzymania jej w ruchu.
179 711
9
Dodatkową właściwością portu przełącznika LAN jest więc jego możliwość automatycznego określania typu urządzenia dołączonego do portu, konfigurowanie portu we właściwym trybie operacyjnym, wymaganym do zapewnienia łączności z urządzeniem (na
przykład połączenie przełącznik LAN - przełącznik LAN wymaga odwrotnej polaryzacji do
nadawania oraz odbierania danych między dwoma portami przełącznika/ów, to znaczy wymagane jest, aby jeden był w trybie portu a drugi w trybie adaptera). Opisany poniżej sposób wykrywa dołączony przełącznik LAN oraz prawidłowo konfiguruje port, aby umożliwić
łączność z dołączonym przełącznikiem LAN.
Port ma również możliwość określania, czy dołączony adapter lub przełącznik LAN
jest urządzeniem pół dupleksowym, czy pełno dupleksowym, na przykład, jak to widać na
fig. 1 adapter 42 jest adapterem pół dupleksowym (HDX) a adapter 43 jest adapterem pełno
dupleksowym (FDX). Także przełącznik LAN 47 jest przełącznikiem FDX a przełącznik
LAN 46 jest przełącznikiem HDX. W terminologii sieci token-ring, pół dupleks (HDX) odnosi się do zwykłego protokołu dostępu z przekazywaniem znacznika, jak jest to określone
w standard IEEE 802.5. Pełny dupleks (FDX) odnosi się do protokołu dostępu z natychmiastowym nadawaniem, definiowany obecnie przez standard IEEE 802.5. Operacja FDX opiera się na połączeniu punkt-punkt dwóch urządzeń i nie wykorzystuje znacznika. W trybie
FDX każde urządzenie może nadawać i odbierać w dowolnym czasie, to jest bez czekania
na znacznik.
Każdy port przełącznika LAN zawiera sterownik token-ring, włączając w to wprowadzenie warstwy fizycznej PHY oraz sterowanie MAC. Ponadto, każdy sterownik token-ring
obejmuje jednostkę centralną, zwaną jednostką centralną portu. Jednostka centralna portu
steruje określaniem typu połączenia, a następnie wykonuje włączenie dołączonego urządzenia poprzez konfigurację portu przełącznika LAN w odpowiednim trybie operacyjnym. Port
przełącznika LAN konfiguruje się przez wysterowanie jednego lub większej liczby sygnałów trybu, w szczególności, sygnałów sterowania przekaźnikami 1-3, jak zostało to opisane
powyżej przy konfigurowaniu trybu adaptera lub portu. Proces ten jest opisany szczegółowo
poniżej w powiązaniu z fig.7 i 8. Zatem, są możliwe dwie konfiguracje dla portu w trybie
adaptera (adapter FDX albo adapter HDX) oraz dwie konfiguracje dla portu w trybie portu
(port FDX albo port HDX ).
Na fig. 7 i 8 przedstawiono sieć działań automatycznego określania typu dołączonego
urządzenia oraz konfigurowania portu przełącznika LAN dla wieloportowego przełącznika
LAN. Proces zaczyna się w etapie 100, w którym to jednostka centralna startuje czasomierz
pomiaru czasu T nieaktywności. Czasomierz ten mierzy czas dla trybu wykrywania nieaktywności. Sumaryczny czas T nieaktywności określa się, używając generatora liczb losowych, czas ten jest z przedziału od 3 do 3,2 sek. Poprzez użycie generatora liczb losowych
zapewnia się, ze obydwa połączone porty przełącznika LAN nie będą zawsze w trybie wykrywania nieaktywności w tym samym czasie, ale w konsekwencji jeden będzie próbował
podłączyć się do drugiego. Zatem w etapie 100 port przełącznika ustawia się w tryb portu.
W etapie 105 określa się, czy nastąpiło wyczerpanie czasu T nieaktywności. Jeśli czas
T nieaktywności został wyczerpany, to proces przechodzi do etapu 145. Jeśli czas T nieaktywności nie został wyczerpany, to proces przechodzi do etapu 110, gdzie określa się, czy
odebrano ramkę FDX. Jeśli tak, to port przełącznika LAN zostaje otworzony, to jest skonfigurowany, jako port FDX, co przedstawiono w etapie 115. Jeśli nie odebrano ramki FDX w
etapie 110, to port przełącznika LAN określa, czy prąd wymuszenia fantomowego został
wysterowany przez dołączone urządzenie, jak przedstawiono w etapie 120. Jeśli prąd wymuszenia fantomowego nie został wykryty w etapie 120, to proces powraca do etapu 105.
Prąd wymuszenia fantomowego może być wykryty przez taki czujnik, jak sprzęgacz
optyczny 69, przedstawiony na fig. 2. Jeśli jeden z dwóch etapów decyzyjnych 110 lub 120
jest twierdzący, to dołączone urządzenie próbuje włączyć się do portu.
Jeśli prąd wymuszenia fantomowego został wykryty w etapie 120, to port określił, ze
adapter lub port przełącznika LAN, będący w trybie adaptera jest dołączony do tego portu.
Proces przechodzi do etapu 125, w którym port nadaje ramkę FDX z układu nadawczego 54
poprzez skrętkę czerwono-zieloną do układu odbiorczego dołączonego urządzenia. Zatem w
10
179 711
etapie 125 startuje czasomierz pomiaru czasu T odpowiedzi dla odmierzania czasu oczekiwania na odpowiedź. Czas T odpowiedzi zapewnia taki okres czasu, w którym port przełącznika LAN oczekuje na transmisję odpowiedzi ramki rejestracyjnej FDX. Wartość czasu
T odpowiedzi wynosi 800 milisekund.
Następnie proces przechodzi do etapu 130, w którym port nasłuchuje, czy dołączony
adapter lub przełącznik nadaje ramkę FDX. Jeśli odebrana zostanie ramka FDX, to port
przełącznika LAN zostanie otwarty, to jest zostanie skonfigurowany jako port FDX, jak
przedstawiono to w etapie 115. Jeśli ramka FDX nie została odebrana w etapie 130 oraz
czas T odpowiedzi nie wyczerpał się, jak określono to w etapie 135, to proces wraca w pętli
do etapu 130, w którym port przedłuża nasłuchiwanie, czy dołączony adapter nadaje ramkę
FDX. Jeśli czas T odpowiedzi czasomierza wyczerpał się, to proces przechodzi do etapu
140, w którym port przełącznika LAN zostaje otwarty, to jest skonfigurowany jako port
HDX. Zatem, w etapie 140 port nadaje ramkę oczyszczającą pierścień. Ramka oczyszczająca jest ramką MAC zdefiniowaną przez standard IEEE 802.5, używaną do zerowania segmentu pierścienia z ramek lub znaczników.
Gdy proces przejdzie do etapu 145 w wyniku wyczerpania się czasu T nieaktywności
czasomierza określonego w etapie 105, to startuje czasomierz czasu T zawijania. Wartość
czasu T zawijania wynosi 30 milisekund. Zatem, w etapie 145 przekaźnik 62 w porcie
przełącznika LAN ustawia się w pozycji bez skrzyżowania lub w trybie adaptera, przy
czym, jak zdefiniowano w standardzie IEEE 802.5, port wysyła ramkę sterowania MAC z
testem duplikacji adresu (DAT).
Następnie, port nasłuchuje za dowolnym typem ramki, którą ma odebrać jego układ
odbiorczy, w etapie 150. Jeśli nie została odebrana żadna ramka, to port kontynuuje powrót
w pętli do etapu 150, aż wyczerpie się czas T zawijania w etapie 155, a proces wraca do
etapu 100. Jeśli jakaś ramka została odebrana przez port przed wyczerpaniem się czasu T
zawijania, to proces przechodzi do etapu 160, w którym startuje czasomierz pomiaru czasu
błędu T, korzystnie wartość czasu T błędu wynosi od 10 do 15 sekund, przy czym port jest
źródłem prądu wymuszenia fantomowego (zamknięte przełączniki 64), podając prąd wymuszenia fantomowego na skrętce czamo-pomarańczowej. Jeśli czas T błędu nie wyczerpał
się, jak jest to określone w etapie 165, to w etapie 170 port określa, czy odebrano ramkę
dowolnego typu. Jeśli żadna ramka nie została odebrana, to proces powraca do etapu 165.
Jeśli jakaś ramka została odebrana, to port określa, czy ramka ta jest ramką FDX, w etapie
175. Jeśli ramka ta jest ramką FDX, to port ustawia wyłączenie prądu wymuszenia fantomowego oraz konfiguruje się w trybie adaptera FDX. Jeśli w etapie 175 zostało określone,
że ta ramka nie jest ramką FDX, to dołączony port musi być portem HDX. W takim przypadku, port przełącznika LAN ustawia wyłączenie prądu wymuszenia fantomowego i konfiguruje się jako adapter HDX, jak wskazano w etapie 185.
Jeśli czas T błędu wyczerpie się, jak określono to w etapie 165, zanim port odbierze
dowolną ramkę, to proces przechodzi do etapu 190, w którym określa się, czy został wykryty warunek błędu w okablowaniu. Jeśli zajdzie warunek błędu w okablowaniu, na przykład kabel nie jest dołączony do portu, to prąd wymuszenia fantomowego nie będzie miał
ścieżki powrotnej i zostanie wykryty błąd. Gdy błąd zostanie wykryty w etapie 190, to proces wraca do etapu 100. Jeśli żadnego błędu nie wykryto w etapie 190, to proces przechodzi
do etapu 185, w którym wyłącza się prąd wymuszenia fantomowego, a port jest konfigurowany jako adapter HDX.
Podsumowując, przełącznik LAN jako blok przesyłu danych jest w stanie emulować
albo adapter sieciowy, albo port koncentratora na każdym swoim porcie. Podczas emulacji
adaptera sieciowego, port przełącznika LAN będzie źródłem prądu wymuszenia fantomowego i będzie nadawał dane poprzez skrętkę czamo-pomarańczową oraz będzie odbierał
dane i zapewniał uziemienie dla prądu wymuszenia fantomowego poprzez skrętkę czerwono-zieloną. Ponadto, będąc w trybie portu, port przełącznika LAN zapewnia elektryczne
połączenie dla prądu stałego między pierwszym a drugim połączeniem portu, aby zapewnić
ścieżkę powrotną poprzez skrętkę czerwono-zieloną dla źródła prądu fantomowego.
179 711
179 711
179 711
179 711
Fig. 5
179 711
Fig.6
179 711
Fig. 7
179 711
Fig. 8
179 711
Fig. 1
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.
Cena 4,00 zł.
Download
Random flashcards
Create flashcards