Устройство повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети ethernet

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в адаптерах локальной вычислительной сети Ethernet. Технический результат достигается за счет повышения скорости передачи информации и надежности функционирования локальной вычислительной сети Ethernet. Устройство повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети Ethernet, содержащее формирователь импульсов и элемент ИЛИ, подключают к адаптеру. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, точнее к системам передачи информации, а именно к устройствам для осуществления доступа абонента системы к шине локальной вычислительной сети, и может быть использовано в адаптерах локальной вычислительной сети Ethernet.

В настоящее время широкое распространение в мире получили локальные вычислительные сети Ethernet. Они состоят из абонентов локальной вычислительной сети, сетевых адаптеров, подключаемых непосредственно к абонентам локальной вычислительной сети, соединительных кабелей, концентраторов, мостов, шлюзов и так далее.

Известны сетевые адаптеры Ethernet, которые производятся большим количеством предприятий во всем мире.

Однако при использовании этих адаптеров, как показывают многочисленные теоретические исследования и наблюдения в реальных локальных вычислительных сетях Ethernet, при потоке в сети, превышающем 1/е от максимального потока, что составляет около 3 Мбит/с, возможно увеличение количества конфликтов в сети, вплоть до развития клинча, при котором пропускная способность шины локальной вычислительной сети падает до нуля.

Задачей изобретения является создание такого устройства для повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети Ethernet, которое позволило бы значительно повысить скорость передачи информации и надежность функционирования вычислительной сети.

Данная задача решается тем, что устройство повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети содержит формирователь импульсов и элемент ИЛИ, первых вход элемента ИЛИ соединен со входом формирователя импульсов и предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети, выход формирователя импульсов соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети.

Это позволяет значительно повысить скорость передачи информации по шине данных и надежность функционирования вычислительной сети.

В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 схематично изображает упрощенную конфигурацию локальной вычислительной сети, согласно изобретению, фиг. 2 представляет блок-схему адаптера локальной вычислительной сети Ethernet, фиг. 3 представляет блок-схему устройства повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети Ethernet, согласно изобретению.

Упрощенная конфигурация локальной вычислительной сети изображена на фиг. 1.

Вычислительная сеть состоит из N абонентов А₁, A₂ ..., A_i ... A_N, каждый из которых через свой адаптер D₁, D₂ ..., D_i ...., D_N связан с шиной В данных.

Абонентами А₁, A₂ . . ., A_i ..., A_N могут быть отдельные ЭВМ, обменивающиеся между собой информацией с помощью сетевых адаптеров D₁, D₂ ..., D_i . . .., D_N, узловые процессоры, с помощью которых отдельные локальные вычислительные сети объединяются в сеть большего размера, функциональные узлы вычислительной системы, связанные между собой шиной В данных, и так далее.

Шиной В данных может быть коаксиальный кабель, отрезки коаксиальных кабелей, витая пара проводников, радиоканал и тому подобное.

Упрощенная блок-схема адаптера D_i локальной вычислительной сети Ethernet изображена на Фиг. 2. Адаптер D_i состоит из приемопередатчика 1, подключенного к шине данных локальной вычислительной сети, кодека 2, осуществляющего выделение тактовых сигналов и данных из синхросмеси, передаваемой по шине В данных локальных вычислительной сети, и преобразование подготовленных к передаче данных и тактовых сигналов в синхросмесь, сетевого контроллера 3, осуществляющего управление кодеком 2, буферизацию данных, последовательно-параллельное преобразование данных, ведение контрольных последовательностей битов, прием данных, формирование и дешифрацию адреса и так далее, в соответствии с протоколом IEEE 802.3 (Ethernet/Cheapernet), и блока 4 связи с абонентом A_i.

Блок-схема патентуемого устройства повышения быстродействия работы адаптера локальной вычислительной сети Ethernet изображена на Фиг. 3.

Патентуемое устройство 5 содержит формирователь импульсов 6 и элемент ИЛИ 7, первый вход элемента ИЛИ 7 соединен со входом формирователя импульсов 6 и предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети, выход формирователя импульсов 6 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 7, выход элемента ИЛИ 7 предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети.

Данные со входа/выхода, свидетельствующие о передаче данных в канале вычислительной сети, поступают на вход формирователя импульсов 6 и на первый вход элемента ИЛИ 7. Сигнал с выхода формирователя импульсов 6 поступает на второй вход элемента ИЛИ 7. Объединенный сигнал с выхода элемента ИЛИ 7 поступает на вход/выход, свидетельствующий о передаче данных в канале вычислительной сети.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в адаптер D_i между кодеком 2 и сетевым контроллером 3 адаптера D_i.

Блоки сообщения, предназначенные к передаче по шине В данных, поступают на второй вход/выход блока 4 связи с абонентом и с первого входа/выхода блока 4 связи с абонентом поступают на второй вход/выход сетевого контроллера 3. С первого входа/выхода сетевого контроллера 3 информацию и синхроимпульсы передают на второй вход/выход кодека 2. С первого входа/выхода кодека 2 передаваемые блоки сообщения в виде синхросмеси поступают на второй вход/выход приемопередатчика 1, и далее с первого входа/выхода приемопередатчика 1 данные передают в шину В данных локальной вычислительной сети Ethernet.

Абоненты A₁, A₂, ... A_N вычислительной сети передают блоки сообщения по шине В данных, используя адаптеры D₁, D₂ ... D_N. Для этого в каждом абоненте A_i (1 i N) подготовленный блок сообщения передают через вход/выход блока 4 связи с абонементом на второй вход сетевого контроллера 3 и запоминают в нем. При этом на третьем выходе сетевого контроллера 3 устанавливают уровень напряжения логической единицы.

Информация о сообщениях, передаваемых по шине В данных, постоянно поступает со второго входа/выхода приемопередатчика 1 на первый вход/выход кодека 2. Со второго входа/выхода кодека 2 декодированные данные и синхроимпульсы поступают на первый вход/выход сетевого контроллера 3. Сигнал, соответствующий состоянию шины В данных локальной вычислительной сети, CRS (Carrier Sense), формируют на выходе кодека 2. Этот сигнал CRS через элемент ИЛИ 7 поступает на вход формирователя импульсов 6. Отрицательный перепад сигнала CRS инициирует работу формирователя импульсов 6. На выходе формирователя импульсов 6 формируют импульс блокировки длительностью 1 - 2000 мкс, отстоящий на 1 - 2 мкс от заднего фронта сигнала CRS. Этот импульс блокировки поступает на второй вход элемента ИЛИ 7 и далее на вход CRS сетевого контроллера 3. Появление уровня логической единицы на входе CRS сетевого контроллера 3 блокирует работу счетчика паузы, входящего в состав сетевого контроллера 3 и задерживают тем самым на время, равное длительности импульса блокировки, начало передачи блока сообщения, если сетевой контроллер 3 ждет освобождения шины В данных локальной вычислительной сети для того, чтобы передать блок сообщения.

При возникновении конфликта в локальной вычислительной сети сигнал конфликта передают со второго входа/выхода приемопередатчика 1 на первый вход/выход кодека 2. Со второго входа/выхода кодека 2 этот сигнал передают на первый вход/выход сетевого контроллера 3, который обрабатывает эту ситуацию в соответствии с протоколом IEEE 802.3.

Все элементы заявляемого устройства являются типовыми узлами, выполняемыми таким образом, как это принято в технике приема и обработки данных, используемыми по своему прямому назначению.

В качестве кодека 2 может быть использована микросхема DP8391 фирмы National Semiconductor (США).

Формирователь импульсов 6 может быть выполнен с помощью микросхемы К155АГ3, включенной типовым образом, чтобы образовать два последовательно запускаемых одновибратора. При этом вторую, третью, десятую и одиннадцатую ножки микросхемы К155АГ3 соединяют с потенциалом уровня логической единицы, первая ножка микросхемы К155АГ3 является входом формирователя импульсов 6, девятую ножку микросхемы К155АГ3 соединяют с тринадцатой ножкой микросхемы К155АГ3, пятая ножка микросхемы К155АГ3 является выходом формирователя импульсов 6.

Длительность импульса, вырабатываемого на тринадцатой ножке микросхемы К155АГ3, устанавливают приблизительно равной 1,5 мкк, длительность импульса, вырабатываемого на пятой ножке микросхемы К155АГ3, устанавливают в диапазоне 1,0 - 20,0 мкс внешним переменным резистором либо набором резисторов с помощью переключателя (на Фиг. 3 не показаны).

Применение предлагаемого устройства не связано с какими-либо изменениями в математическом обеспечении сети.

Если установить предлагаемые устройства во все адаптеры Di (1 i N) локальной вычислительной сети Ethernet и в каждом из них установить собственную длительноcть импульса блокировки, так что разница между длительностями импульсов блокировки любой пары адаптеров Di (1 i N) будет не меньше двойного времени распространения сигнала из конца в конец локальной вычислительной сети, то конфликты между адаптерами Di (1 i N) будут практически невозможны, поскольку каждый раз после освобождения шины В данных локальной вычислительной сети различные адаптеры Di (1 i N) будут пытаться занять шину В данных локальной вычислительной сети в различное время.

В обычной ситуации основным источником потока данных в локальной вычислительной сети является сервер. Если установить предлагаемые устройства в адаптер сервера, то, как показывает программное моделирование работы локальной вычислительной сети, количество конфликтов в сети при больших загрузках значительно снижается, в результате чего пропускная способность сети многократно возрастает.

Как показывает моделирование ЛВС длиной 1000 м, на которой равномерно распределены 30 станций, передающих пакеты сообщений средней величины 150 байт, пропускная способность канала передачи информации с использованием предлагаемых устройств возрастает в 2 - 3 раза, надежность увеличивается не менее чем в 10 раз. Данные о повышении средней скорости передачи информации в зависимости от входного потока ЛВС и числа высокоактивных абонентов, каждый из которых снабжен предлагаемым устройством, приведены в таблице 1, аналогичные данные о сокращении максимального времени доставки сообщения приведены в таблице 2.

Данные программной модели проверены на технологическом стенде, имеющемся в распоряжении автора. По результатам измерения соотношения средних задержек обслуживания в стандартной сети Ethernet к задержками обслуживания с использованием предлагаемых устройств составляет 1,56, а максимальных - 30,7. Максимальные задержки обслуживания составляют по результатам измерения в стандартной сети Ethernet 6500 мкс, в с использованием предлагаемых устройств - 212 мкс.

Проверка в реальной локальной вычислительной сети Ethernet 10 МГц, работающей с сетевой ОС Netware, включающей в свой состав 3 рабочие станции i80386, сервер i80386 и сервер i80486, показала, что при загрузке сети потоками широковещательных посылок длительностью 1088 байт программой IPX Load Programm V2.32 пакета IPX Test двумя рабочими станциями примерно на 70% включение в состав сетевых адаптеров рабочих станций предлагаемых устройств с длительностями импульса блокировки соответственно 2 и 4 мкс увеличивает скорость записи/чтения сервера примерно в 2 раза.

При этом не была отмечена необходимость каких-либо изменений в используемом матобеспечении.

Все вышесказанное позволяет рекомендовать использование предлагаемого устройства и в сетях конторского типа, в серверах в первую очередь, для гарантии работоспособности сети при различного рода всплесках активности абонентов.

Формула изобретения

Устройство повышения быстродействия работы адаптера вычислительной сети, содержащее формирователь импульсов и элемент ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ соединен со входом формирователя импульсов и предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети, выход формирователя импульсов соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ предназначен для подключения к входу/выходу, свидетельствующему о передаче данных в канале вычислительной сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MF4A Признание патента Российской Федерации на изобретение недействительным полностью

Орган, принявший решение: Палата по патентным спорам

Дата принятия решения: 07.12.2004

Извещение опубликовано: 20.01.2005        БИ: 02/2005