[发明专利]分组交换设备及具这样的分组交换设备的本地通信网络

说明书

技术领域

本发明是涉及一种分组交换设备且涉及一种包括这样的分组交换设备的本地通信网络。 

背景技术

本地通信网络也称为“局域网”(LANs)，其被限制在一个地理区域且包括一个或多个通信服务器和工作站(也称为节点)，其经由像是同轴电缆、玻璃纤维电缆或是双绞线的通信线路网络来彼此连接。各种类型的网络拓扑，像是总线(bus)、星型(star)或是树状(tree)结构对于局域网是可能的。局域网是由网络操作系统和网络协议而操作。 

目前，LAN网络协议的最普遍标准是以太网(Ethernet)。通过以太网，数据目前可以高达100兆位(Mbits)每秒(Mbps)的速度传输。在OSI层模型中，在网络中的数据传输的国际参考模型的构成是七层的堆栈，据此，协议数额是依照各层定义出而分配其服务到各自下一较高层次中，以太网被分配到第二层，这也被称为导线层(conductor layer)。在这个导体层中，要传输的数据被捆绑而形成分组(packets)以加入各自通信协议的特定信息。在网络中，导体层负责将数据分组从节点传输到节点以及负责错误侦测。因此，以太网支持各种类型的通信协议，像是TCP/IP协议或是IPX协议。 

在以太网概念中，导体层被分割成两个层次，据此第一层次将所谓的表头加到数据，表头包含正确数据传输的接收器协议所需的信息。在以太网协议的第二层次中，数据分组随后由附加的表头和另外的末端区段(也 可称为表尾)封装，以将数据分组从节点运送到节点。通过这样的以太网数据分组(也可称为以太网电报)，具有高达1500字节(bytes)长度的数据可以被传输。 

再者，以太网确定定义单个节点如何利用和占据网络的物理连接路径的访问方法。据此，以太网根据所谓载波侦听多路访问/冲突检测方法(CSMA/CD)而运作。在这个访问方法中，节点准备发送传输路径在发送之前是否为闲置的检查。接着，数据被传送。当所有的节点可以在同时发送数据时，冲突可能就产生。注意到冲突的节点接着将阻断传输。为了避免两个节点仅以小的时间延迟开始发送，所有发送的节点产生所谓JAM信号，因此所有位在传输路径的节点阻断目前传输的数据分组的进行，以便不会打扰传输。 

以太网协议主要是用在办公室通信网络。由于在标准硬件和软件组件的应用中的以太网概念的有利处以及由于即使在简单网络技术的情况中也可达到高数据传输速度的可能性，也存有能够利用在工业制造中的以太网络通信的需求以交换数据和进行控制任务。然而，在目前的以太网协议中，仅允许在自动化技术中的限制应用，特别是由于实时功能不足时。为了控制机器，需要的是没有时间波动而进行的控制任务的周期处理，即，在几微秒的范围中从预期周期时间有着小偏差，在可预见答复时间内发生对控制需求的反应。然而，由以太网所使用的CSMA/CD访问方法不能保证这样的固定反应时间。在强劲的净负荷的情况下，所使用的访问方法可能实际上造成在某些时间不能传输以太网电报的事实，所以对控制需求的保证答复时间无法得到保障。 

为了仍然在以太网网络可以达到一定的实时，这样的以太网网络经常被配置为星型拓朴而使用分组交换设备(被称为交换机)。从而，在以下称为参与者的各个节点包含网络交换机的点对点连接。这样的网络拓朴包 括在参与者和中央交换机间的点对点联机，但是需要复杂的布线，而且因此涉及高成本。 

交换机检查在寻址参与者的地址的网络中循环的各个以太网电报，且随后通过相应的点对点连接而转发以太网电报到寻址参与者中。从而交换机通常的运作方式是，它们通过地址而逐渐学习那个参与者在那个交换机接口。通过在交换机中如此产生的动态地址表，收到了以太网电报就决定以太网电报要传输到的接口。然而，如果在交换机中的接收的以太网电报的目标地址没有存有地址输入或是接收的以太网电报分别是多播(multicast)或广播(broadcast)电报时，接收到的以太网电报通过所有的接口传输。 

对于传输顺序，交换机通常采用FIFO(先进先出)原则，其中以太网电报首先被接收也首先被发送。然而，这防止以太网电报的可靠实时处理。更多目前的交换机因此支持所谓的VLAN标记，其中为了确保实时功能，单个的以太网电报在传输期间而被列为优先。再者，由于为了允许实时处理的特定协议标识，所以知道哪些切换机在预定的时间点传输以太网电报。然而，由于特定协议标识的需求，这样的切换机仅可以根据各自的协议而处理产生的以太网电报。相反地，为了确保实时处理，由其它以太网协议所产生的以太网电报不能在时间控制规则中被交换。