专利名称：网络总线桥和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络总线桥和使用网络总线桥的网络系统，更具体地说，本发明涉及这样一种总线桥和网络系统，它们能使总线带宽使用效率免受由传输延时造成的降低。
具有IEEE1394高速串行总线(以下简称“IEEE1394总线”)的网络已作为一种总线型网络受到人们的重视。IEEE1394总线有许多特征性性能，如自动设置节点ID(标识)，热插入即用，以及适于传输活动图像数据的同步方式等，因而已被采用为用于传输数字图像数据的总线。
对于通常在IEEE1394-1995中使用的仲裁，根节点发出一个传输许可。在P1394b中，节点传输顺序由称作“工长(BOSS)仲裁”的过程来确定。对于工长仲裁，称作“工长”的节点发出传输许可。在该节点发出传输许可后，这个节点便不再是工长，而收到这一传输许可的节点成为新的工长。
换言之，工长仲裁是一种令牌传递(token passing)。把传输许可给予另一节点从而不再是工长，这对应于“扔出令牌”，而通过接受传输许可成为工长则对应于“接受令牌”。
工长仲裁与一般令牌传递的不同点在于，在令牌传递中令牌的循环顺序是预先确定的，而在工长仲裁中是每次通过竞争确定成为工长(接受一令牌)的节点。就是说，在工长仲裁中，不想传输数据的节点不会成为工长(即不接受令牌)。
一般而言，半双工总线型网络的优点是易于广播和网络拓扑的灵活性，而缺点是当一个节点传输一包的一帧时其他节点不能传输。一个节点传输一帧的时间周期精确地大于“从一帧被开始传输之时到下一帧能被传输之时的时间周期”。这一周期通?？啥ㄒ逦唤诘憧即湟恢〉氖笨痰奖淮渲〈幼芟咧邢У氖笨痰氖奔渲芷?。就是说，当总线加宽(即节点延时最大值被设大)以供长距离传输时，传输延迟时间变长。结果，“从一帧被开始传输之时到下一帧能被传输之时的时间间期”被传输延时给拉长了。从下面的式[1]可清楚看出这一点，式[1]指出同样大小的帧传输到整个总线所需的时间(帧大小)/(传输速率)+传输延时[1]可以理解，当发生传输延时时，额外的时间等于传输同样大小帧所需的传输延时，从而发生了传输延时降低带宽效率的情况。这个问题的麻烦在于，如从式[1]可见，传输速率越高，传输延时的影响就越大。
为对付这一降低效率的问题，通常采用大帧。因为从式[1]可看出，当帧变大时传输延时的影响能被减轻。所以大帧能减轻传输效率的降低。
使用IEEE1394总线的网络是半双工总线型网络之一。所以这一网络有其特点，即如果传输距离拉长从而产生传输延时，则带宽效率被降低。
在P1394b工长仲裁中，工长能传输一帧。当在传输该帧之后工长把传输许可传送给另一节点之后，它不再是工长了。收到传输许可的节点成为新的工长并能在此之后立即传送一帧。就是说，在P1394b中，其间不能传输帧的时间周期是工长传输传输许可的时刻到另一节点接收该传输许可并成为新工长的时刻的时间段。在这一时间周期期间，在总线上没有工长。所以任何帧都不能传输。下面将参考
图13和图14更详细地描述这一点。
图13显示使用IEEE1394总线的网络系统实例图，图14是该网络系统操作时间实例图。在图13所示网络系统中，四个节点“A”、“B”、“C”、“D”连到IEEE1394总线上。节点“B”是周期(cycle)主控器(master)。在图14中，最上方的双箭头指示传输周期为125μS。在次最上方区域由双箭头指示的“B”、“C”、“D”、“A”、“D”、“B”、“C”和“A”时间区间内，与这些字母对应的节点成为工长。就是说，它们按节点“B”→节点“C”→节点“D”→节点“A”→节点“D”→节点“B”→节点“C”→节点“A”这样的顺序依次成为工长。在每个节点成为工长期间，由传输延时造成的空闲时间周期由双箭头指示(在上数第三区域)。在图14中由加在最左区域的“A”、“B”、“C”、“D”指示节点“A”、“B”、“C”、“D”的传输时间。
下面将描述图13所示网络系统的操作。在作为周期主控器和工长的节点“B”在总线上传输一个周期起始包CS之后，它在总线上传输一个传输许可令牌。周期起始包CS和传输许可令牌在总线上流动并被节点“A”、“C”、“D”接收。节点“C”接收传输许可令牌从而变成工长。在此之后，节点“C”在总线上传输一个同步包IsC和传输许可令牌。类似地，节点“D”和“A”按此顺序成为工长。节点“D”在总线上传输一个同步包IsD和传输许可令牌，节点“A”在总线上传输一个同步包IsA和传输许可令牌。在节点“B”、“C”、“D”和“A”按上述方式在总线上顺序传输同步包之后，节点“D”和“C”顺序传输异步包AD和AC。在传输异步包时，确定收到该异步包的节点向发送节点返回一个认可包。所以，对于异步包AD，节点“B”成为工长并向节点“D”返回认可包，而对异步包AC，节点“A”成为工长并向节点“D”返回认可包。
由上文的解释可以理解，空闲时间周期是不存在工长的时间周期。在令牌传递的情况中，空闲周期是令牌在网络上流动的时间周期。所以，对于工长仲裁，上述一般公式[1]变成如下公式[2](帧大小)/(传输速率)+(传输许可令牌的传输时间)[2]在IEEE1394总线的情况中，如果成为工长的节点集中在一个窄的区域，则长距离(如大的总线)将不会由于长距离传输延时造成任何效率下降。其理由如下?？障惺奔涫谴湫砜闪钆拼拥鼻肮こは蛳乱桓龉こご渌檬奔?。所以，只有成为工长的节点(它们希望传输)之间的传输延时才成为问题，而总线大小并不直接与效率相关。就是说，下列不等式成立(式[1]之值)≥(式[2]之值)[3]然而，变为工长的节点(它们希望传输)集中在一宽总线的窄区域内的情况通常是很少的。通?？悸堑氖钦庑┙诘愦嬖谟诖幼芟咭欢说搅硪欢说那?。所以，总线大小的影响难于被减小，因此式[2]的值基本上不会比式[1]的值小许多?？梢运?，工长仲裁比一般令牌传递有效得多。
解决这一低效率问题的一个途径是类似于一般网络系统那样使帧变大。帧越大，则传输许可令牌的传输时间造成的影响就越小。
然而，IEEE1394总线伴有一个致命的问题。如图14中所示，IEEE1394总线有125μsec(微秒)的周期。为减少抖动(jitter)，数据传输的执行是在每个周期中重复传输一个小帧。例如，如果数据是在6Mbps带宽上传输，则必须在一个周期内传送一帧，该帧的大小至少为6Mbps×125μS=750位=94字节(4字节+头段大小)。这一周期受到IEEE1394总线的如下限制，这由下列不等式表示(对于一周期内要传输的所有帧，式[2]值的总和)≤125μS[4]不等式[4]的更具体表达式变为下式(一周期内传输的包数=∑[(包k的帧大小)/(传输速率)+(传输许可令牌从工长(K)到工长(K+1)的传输时间)≤125μS[5]就是说，如果要做成大帧，则不仅必须满足由技术规格定义的帧大小的限制，还必须满足由不等式[5]定义的条件。这意味着如果在一周期内要传输的帧数增大到太大，则帧的大小就不能做大。由于IEEE1394总线有这样的问题，即不能做成大帧，故需要其他解决方法。
为解决上述问题，已做出本发明。本发明的一个目的是提供一种网络总线桥和网络系统，它们能在诸如IEEE1394总线这样的半双工总线型网络系统中防止总线带宽使用效率受传输延时降低。
本发明的第一网络系统包含一个发送节点；一个或多个接收节点；以及连在发送节点和接收节点之间的半双工总线。以这种结构布局，实现了从发送节点到接收节点的单向传输，于是总线带宽使用效率能免于被传输延时降低，从而能改善传输效率。
本发明的第一网络总线桥包含一个或多个发送端口。以这种结构布局，使从一个传输端口到半双工总线的单向传输成为可能。
本发明的第二网络总线桥包含一个或多个接收端口。以这种结构布局，使从半双工总线到接收端口的单向传输成为可能。
本发明的第二网络系统包含有一个发送端口和一个发送/接收端口的第一网络总线桥；多个二第网络总线桥，每个有一个接收端口和一个发送/接收端口；以及连在发送端口和接收端口之间的半双工总线。以这种结构布局，通过实现第一网络总线桥的发送端口和第二网络总线桥的接收端口之间的单向传输，使传输效率能得到改善。
本发明的第三网络系统包含有一个发送端口和一个发送/接收端口的第一网络总线桥；有一个接收端口和一个发送/接收端口的第二网络总线桥；有一个发送端口和一个发送/接收端口的第三网络总线桥；以及有一个接收端口和一个发送/接收端口的第四网络总线桥，这里通过半双工总线把第一网络总线桥的发送端口与第二网络总线桥的接收端口相连；通过半双工总线把第三网络总线桥的发送端口与第四网络总线桥的接收端口相连；通过半双工总线把第一网络总线桥的发送/接收端口与第四网络总线桥的发送/接收端口相连；以及通过半双工总线把第二网络总线桥的发送/接收端口与第三网络总线桥的发送/接收端口相连。
以这种结构布局，通过实现从发送端口到接收端口的单向传输，使传输效率能得到改善?；褂?，通过提供一对在反方向的单向传输，能实现高传输效率的双向传输。
本发明的第三网络总线桥包含一个或多个发送端口；以及一个或多个接收端口。以这种结构布局，使从发送端口到半双工总线的单向传输和从接收端口到半双工总线的单向传输成为可能。
本发明的第四网络系统包含两个第三网络总线桥，这里两个第三网络总线桥之一的发送端口和接收端口分别通过半双工总线与另一个第三网络总线桥的接收端口和发送端口相连；而这两个第三网络总线桥的发送/接收端口通过半双工总线相连。以这种结构布局，通过实现从发送端口到接收端口的单向传输，使传输效率能得到改善?；褂?，通过提供一对在相反方向上的单向传输，使能实现高传输效率的双向传输。
本发明的第四网络系统包含三个或更多个第三网络总线桥，这里重复进行两个相邻网络总线桥之一的发送端口和接收端口与这两个相邻网络总线桥中另一个的接收端口和接收端口之间通过半双工总线的连接，以形成一个环路，沿此环路数据单向流动。以这种结构布局，通过实现从发送端口到接收端口的单向传输，使传输效率能得到改善，并实现环型传输。
图1给出根据本发明第一实施例的网络系统示意图；图2给出图1所示网络系统传输计时的一例；图3是根据本发明第二实施例作为网络总线桥的全双工3端口桥结构的方框图；图4A和4B是具有图3所示全双工3端口桥的网络系统结构图；图5A和5B的方框图说明图4A和4B中所示网络系统的操作；图6A-6D给出使用普通桥的网络系统和图4A和4B中所示网络系统的比较；图7A和7B说明在图5A和5B中所示网络系统中发生出现故障时要执行的操作；图8A和8B显示具有图3所示全双工3端口桥的网络系统的另一种结构；图9显示具有图3所示全双工3端口桥的网络系统的又一种结构；图10A和10B的方框图说明图8A和8B中所示网络系统的操作；图11A和11B的方框图说明根据本发明第三实施例作为网络总线桥的一个单向桥的结构；图12A和12B显示具有图11A和11B所示单向桥的一个网络系统；图13显示传统网络系统系统一例；以及图14显示传统网络系统传输计时一例。
将参考图1至图12B详细描述本发明的实施例。(第一实施例)
在本发明的第一实施例中，由IEEE1394总线把一个发送节点和一个接收节点连在一起，并只进行从发送节点到接收节点的单向传输，以改善传输效率。
图1显示根据本发明的第一实施例的一个网络系统，图2显示该网络系统传输计时的一例。在图1所示网络系统中，通过IEEE1394总线连接两个节点“A”和“B”。节点“A”总是周期主控器和工长。节点“B”只作为接收节点操作。要传送的包是同步包和异步流包，二者都不需要返回认可。没有传输需要返回认可的异步包。作为节点使用的装置是，例如DVD记录器/播放器、MD记录器/播放器、电视接收机、个人计算机等。
如图2所示，在按上述配置的网络系统中，在节点“A”发送一个周期起始包CS之后，它在总线上顺序传送5个同步包IsA，在此之后顺序地在总线上传输2个异步流包AssA。在总线上传输的每个包在一个传输延迟时间之后由节点“B”接收。实际上，由于各包之间有帧际间隙，故不可能有100％的传输效率。然而，如果在一个节点的处理过程不会变成瓶颈的话，传输效率能提高到理论上的最大效率。
如前所述，在根据本发明第一实施例的网络系统中，由于节点“B”不进行发送操作，故不必要从作为周期主控器和工长的节点“A”向节点“B”发送传输许可令牌。所以没有如图14所示空闲时间，从而有可能防止传输效率被降低。
在图1所示实施例中，虽然使用了一个接收节点，但可以有多个接收节点连到发送节点“A”。(第二实施例)本发明的第二实施例涉及具有一个普通端口、一个或多个发送端口及一个或多个接收端口的全双工多端口桥以及使用这种桥的网络系统。(2-1)全双工3端口桥图3的框图显示根据本发明第二实施例作为网络总线桥的全双工3端口桥的结构。
如图3所示，全双工3端口桥1有一个普通端口2，一个接收端口3和一个发送端口4，每个都与IEEE1394总线相连。普通端口2、接收端口3和发送端口4分别连到物理层处理单元(PHY)5、7和9。物理层处理单元5、7和9分别连于链路层处理单元(LINK)6、8和10。路由单元11和异步流包/异步包转换单元(Assn-Stream/Assn Convering Unit)12连在链路层处理单元6、8和10当中。
普通端口2能实现发送/接收操作，接收端口3只能实现接收操作，而发送端口4只能实现发送操作。普通端口2连到该总线，接收端口3连到下流线，发送端口4连到上流线。物理层处理单元5、7、9执行IEEE1394总线物理层的处理，而链路层处理单元6、8、10执行链路层本身的处理。路由单元11执行被接收包的路由处理。如果经由普通端口2接收的一包是一个异步包，则异步流包/异步包转换单元12把它转换成异步流包。如果经由普通端口2接收的一包是由原始异步包转换而成的异步流包，则转换单元12把它转换成异步包。当在网络系统中发生出现故障时，接收端口3和发送端口4能作为普通端口操作。图3中的虚线指示系统出现故障期间的数据流。
图3中所示桥包括一个发送端口和一个接收端口。然而，如果满足发送端口总吞吐量等于接收端口总吞吐量这一条件的话，则发送端口数和接收端口数不需要相等。再有，例如可以使用包括一个发送端口和一个接收端口的中断节点，或者可以使用这样的节点，它包括一个发送端口和多个普通端口，并作为它们之间的普通桥进行操作。再有，还可以提供一个同步包/异步包转换单元(Iso/Asyn converting unit)，它执行同步包和异步包之间的转换。再有，图3中只显示了与网络间连接有关的方框。然而，可以使用分别用于同步数据(Iso data)的记录器/播放器、电视调谐器、显示器或其他装置来实现分别具有桥功能的DVD记录器/播放器、机顶盒或电视接收机。(2-2)具有全双工3端口桥的网络系统图4A和4B显示具有图3所示全双工3端口桥的网络系统一例。图4A显示连接关系和数据流，而图4B显示两桥之间形成的总线。
这一网络系统有第一全双工3端口桥1-1、第二全双工3端口桥1-2、总线#A和总线#B。第一全双工3端口桥1-1的普通端口连于总线#A，第二全双工3端口桥1-2的普通端口连于总线#B。第一全双工3端口桥1-1的发送端口和接收端口分别连于第二全双工3端口桥1-2的接收端口和发送端口。在第一全双工3端口桥1-1的发送端口和第二全双工3端口桥1-2的接收端口之间提供了总线#C。在第二全双工3端口桥1-2的发送端口和第一全双工3端口桥1-1的接收端口之间提供了总线#D。发送端口继续作为周期主控器和工长。通常，接收端口不会变成工长。
在如上配置的网络系统中，在总线#A和第一全双工3端口桥1-1的普通端口之间实现同步包、异步包及异步流包的双向传输。类似地，在总线#B和第二全双工3端口桥1-2的普通端口之间实现同步包、异步包及异步流包的双向传输。再有，在第一全双工3端口桥1-1的发送端口和第二全双工3端口桥1-2的接收端口之间实现同步包和异步流包的单向传输。类似地，在第二全双工3端口桥1-2的发送端口和第一全双工3端口桥1-1的接收端口之间实现同步包和异步流包的单向传输。必要时，由第一和第二全双工3端口桥1-1和1-2执行异步流包和异步包之间的转换。
接下来，将参考图5A和5B描述图4A和4B中所示网络系统的操作。
首先将描述图5A和5B中所示的网络系统初始操作。
首先通过电缆把第一全双工3端口桥1-1的发送端口4-1和第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2相连。于是产生一个总线复位。在一个3-ID处理中，发送端口4-1成为周期主控器。发送端口4-1不能成为周期主控器的情况将在以后描述。完成自-ID(self-ID)处理以建立总线。这个总线称作#C。
发送端口4-1和接收端口3-2通过总线#C彼此进行协商以确认以下两个事实。当一个全双通信成为可能时，发送端口4-1成为一个发送端口，而接收端口3-2成为一个接收端口。由于接收端口3-1和发送端口4-2尚未连接，所以仍不可能进行全双工通信。
在这种情况中，不必要预先确定发送端口4-1和接收端口3-2当中哪一个成为发送端口和另一个成为接收端口。这可在协商过程中动态地确定。如果发送端口4-1尚未成为周期主控器，则产生总线复位，从而使发送端口4-1成为周期主控器。在上述确认之后，发送端口4-1和接收端口3-2之间的连接作为普通半双工总线发挥其功能，直至发送端口4-2和接收端口3-1连接起来为止。
接下来，通过电缆将发送端口4-2和接收端口3-1相连。于是，产生总线复位。在3-ID处理中，发送端口4-2成为周期主控器。发送端口4-2不能成为周期主控器的情况将在以后描述。完成自-ID处理以建立总线。这个总线称作#D。
发送端口4-2和接收端口3-1通过总线#D彼此进行协商以确认以下事实。当一个全双工通信成为可能时，发送端口4-2成为一个发送端口，而接收端口3-2成为一个接收端口。由于发送端口4-1和接收端口3-2已被连接而且已经完成协商，故全双工通信是可能的。
在这种情况中，不必要预先确定发送端口4-2和接收端口3-1当中哪一个成为发送端口和另一个成为接收端口。这可在协商过程中通过考虑发送端口4-1和接收端口3-2之间的关系而动态地确定。如果发送端口4-2尚未成为周期主控器，则产生总线复位，从而使发送端口4-2成为周期主控器。其后，做出确认，通过使用总线#C和#D作为单向总线来开始全双工通信。
接下来将参考图5A描述发送操作。
一包从总线#A传输到第一全双工3端口桥1-1的普通端口2-1。这一包经由物理层处理单元(PHY)5-1和链路层处理单元(LINK)6-1输入到路由单元11-1。
如果该包的目的地不是总线#B，则路由单元11-1抛掉该包，而如果该包的目的地是总线#B，则路由单元11-1识别该包的类型。如果判定该包是一异步包，则这一包被异步流包/异步包转换单元(Asyn-Stream/Asyn converting unit)12-1转换成异步流包。这一转换后的异步流包经由链路层处理单元(LINK)10-1、物理层处理单元(PHY)9-1及发送端口4-1传输到总线#C。另一方面，如果路由单元11-1判断该包是一个同步包或异步流包，则这一包直接经由链路层处理单元10-1、物理层处理单元9-1及发送端口4-1传送到总线#C。
传输到总线#C的该包从第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2输入到这个桥的内部，然后从其普通端口传输到总线#B。在这种情况中，第二全双工3端口桥1-2的操作类似于第一全双工3端口桥1-1的接收操作，它将在下文中参考图5B描述。
将参考图5B描述接收操作。一个包从总线#D传输到第一全双工3端口桥1-1的接收端口3-1。这一包经由物理层处理单元7-1和链路层处理单元8-1输入到路由单元11-1。
如果该包的目的地不是总线#A，则路由单元11-1抛掉该包，而如果该包的目的地是总线#A，则路由单元11-1识别该包的类型。如果判定该包是从原始异步包转换而成的一个异步流包，则由异步流包/异步包转换单元12-1将该包转换成异步包。这个转换后的异步包经由链路层处理单元6-1、物理层处理单元5-1及普通端口2-1传输到总线#A。另一方面，如果路由单元11-1判断该包是一个同步包或一个原始异步流包，则这一包直接经由链路层处理单元6-1、物理层处理单元5-1及普通端口2-1传输到总线#A。
图6A-6D给出使用普通桥的网络系统和图4A和4B中所示网络系统的比较。图6A显示使用普通桥的网络系统的结构，图6B显示当传送一异步包时该网络系统的操作。图6C显示图4A和4B中所示网络系统的结构，而图6D显示当传送一异步包时该网络系统的操作。
如图6A和6B中所示，如果要把一个异步包从总线#A传输到总线#B，则它从总线#A传输到普通桥BR#1。在普通桥BR#1向总线#A返回一个认可包(Ack-Pending)之后，它把该异步包传输到普通桥BR#2。在普通桥BR#2向普通桥BR#1返回一个认可包(Ack-pending)之后，它把该异步包传输到总线#B。在总线#B接收该异步包之后，它向普通桥BR#2返回一个认可包(Ack-complete)。
在图6C和6D中所示本实施例中，一个异步流包在全双工3端口桥1-1和1-2之间传输。虽然全双工3端口桥1-1和1-2转换一包，但它们不返回认可包(Ack-pending)，所以这一网络系统的传输效率高于使用普通桥的网络系统的传输效率。本实施例的网络系统能实现全双工通信，而其传输效率未被降低。该总线可做成长距离的总线但不降低传输效率。
图7A和7B说明在图5A和5B中所示网络系统中发生出现故障时在该网络系统中要执行的操作。图7A显示恰在发生出现故障之前网络系统的状态，图7B显示在该出现故障被解决之后网络系统的状态。
如图7A中所示，在第一全双工3端口桥1-1的发送端口4-1和第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2之间能进行单向传输和在第二全双工3端口桥1-2的发送端口4-2和第一全双工3端口桥1-1的接收端口3-1之间能进行单向传输的状态中，假定发送端口4-2和接收端口3-1之间的电缆被断开，从而在它们之间不能传输数据。
在这种情况中，当第一和第二全双工3端口桥1-1和1-2得知接收端口3-1和发送端口4-2之间的连接被断开时，桥1-1和桥1-2把发送端口4-1和接收端口3-2改变成普通端口。结果，如图7B中所示，在这些端口之间变成能实现半双工双向传输。
图8A和8B显示具有图3所示全双工3端口桥的网络系统的另一种结构。这是由四个全双工3端口桥1-1、1-2、1-3及1-4配置而成的环型网络系统。假定如图8A所示构成环的状态下在一个全双工3端口桥1-4中发生出现故障从而切断了该环。这时另三个全双工3端口桥1-1、1-2及1-3的发送和接收端口变为普通端口，从而能在这三个全双工3端口桥1-1、1-2及1-3当中实现半双工双向传输?；谎灾?，尽管图7A和7B中所示网络系统能对付的只是电缆的断开，但图8A和8B所示的这一网络系统还能对付节点出现故障。
在图8A和8B中，虽然环路由四个桥构成，但它可由三个或更多个桥构成。再有，可以使用图9中所示网型网络系统。
接下来将描述检测节点出现故障的方法。出现故障是按下述方式检测出来的。在一种出现故障检测方法中，位于出现故障节点附近的节点检测该出现故障并把它通告其他节点。在另一种出现故障检测方法中，一个“连接确认包”在该环路中周期性地循环，如果该包不被循环了，则能检测到任何出现故障。为了确定出现故障地点的位置，该包以单向发送，而收到该包的节点返回一个响应，这与追踪根(trace root)类似。于是，可通过检验哪里没有返回响应来确定出现故障地点的位置。一旦确定了出现故障地点并确认环路已经失效，则在原始环路上宣布这一结果其后，不再进行单向传输，该总线用作为普通总线。
可以不使用上述有些复杂的过程。使用单向总线完全取决于接收节点不发送数据。如果接收节点开始发送，则单向通信被破坏。所以，如果检测到出现故障的最远顺流节点开始向逆流方向发送，则在此时单向通信被破坏，于是可能知道该环路是异常的，于是总线自动改变成普通总线。这意味着当接收节点由于任何理由(不只限于节点出现故障)而开始发送时单向传输被破坏因而环路不能被使用。顺流方向是当环路完整时一包沿环路流动的方向，而逆流方向是与顺流方向相反的方向。
接下来，将参考图10A和10B详细描述图8A和8B中所示环型网络系统的操作。
首先，将描述图8A和8B所示环型网络系统的初始操作。
现在考虑的情况是第一全双工3端口桥1-1的发送端口4-1连于第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2，而且第一全双工3端口桥1-1的接收端口3-1连于第四全双工3端口桥1-1的发送端口4-4。
首先，第一全双工3端口桥1-1的发送端口4-1经由电缆连于第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2。于是产生一个总线复位。在一个3-ID处理中，发送端口4-1成为周期主控器。发送端口4-1不能成为周期主控器的情况将在以后描述。完成自-ID处理以建立总线。这个总线称作#C。
发送端口4-1和接收端口3-2通过总线#C彼此进行协商。当环路建立时，确认发送端口4-1成为发送端口和接收端口3-2成为接收端口。在这种情况中，不必要预先确定发送端口4-1和接收端口3-2中哪一个成为发送端口和另一个成为接收端口。这可在协商过程中通过考虑总线上构成环路其他部分的各节点之间的关系而动态地确定。
如果发送端口4-1尚未成为周期主控器，则发生总线复位以使发送端口4-1成为周期主控器。接下来，确认是否建立了环路。这里假定环路尚未建立(在本例中，接收端口3-1和发送端口4-4之间没有连接)。所以确认该环路尚未建立。确认环路是否建立的过程将在以后描述。在这一确认之后，在发送端口4-1和接收端口3-2之间的总线将作为普通总线操作，直至环路建立为止。
接下来，第一全双工3端口桥1-1的接收端口3-1通过电缆与第四全双工3端口桥1-4的发送端口4-4连接。于是产生一个总线复位。在3-ID处理中，发送端口4-4成为周期主控器。发送端口4-4不能成为周期主控器的情况将在以后描述。完成自-ID处理以建立总线。这个总线称作总线#D。
发送端口4-4和接收端口3-1通过总线#D彼此协商。当环路建立起来时，确认发送端口4-4成为发送端口，而接收端口3-1成为接收端口。在这种情况下，不必要预先确定发送端口4-4和接收端口3-1中哪一个成为发送端口和另一个成为接收端口。这可在协商过程中通过考虑构成环路其他部分的总线上各节点之间的关系来动态地确定。
如果发送端口4-4尚未成为周期主控器，则产生总线复位，以使发送端口4-4成为周期主控器。接下来，确认环路是否已建立。确认环路是否建立的过程将在以后描述。
如果确认环路已建立，则传送关于环路已建立和环型传输开始的信息。当传输这一信息时，在本例中，总线#C和#D用作单向总线构成该环路。
有以下几种方法可作为确认环路是否建立的方法。
一种方法是确认环路的末端。由于该节点有发送和接收端口，所以如果发送端口和接收端口之一或二者未被连接，则可确认那个节点是“末端”?；仿吠瓿傻氖笨潭杂τ谠恰澳┒恕钡慕诘悴辉俪晌澳┒恕钡氖笨?。认出它不是“末端”的节点沿顺流方向流动一个环路检测包。
收到这一包的节点沿顺流方向流动这一包，如果它不是“末端”的话。如果该包从逆流节点返回到首先发出该包的节点，则能认识到该环路已经建立。
是“末端”的节点沿逆流方向返回一包，指出该环路尚未建立。当从顺流节点收到这一包，则能认识到该环路尚未建立。
然而，利用这种确认方法，只能认出单个独立环路。为了能认出一个环路的建立，而在该环路中有多个环路共享该环路的一部分(例如如图9中所示)，则需要设计得更好的方法。有如下两种方法处置这种情况。
一种对策是对每个环路利用其“环路ID(标识)”或能代替环路ID的特定信息(如该环路中的节点清单)的方法。如果把环路ID加到环路检测包中以明确指出要检测的环路，则每个环路可如同独立的环路那样处置。然而，利用这种对策，就必须频繁地交换信息，诸如关于在哪个环路中包含一个主节点(subject node)的信息，关于要建立什么环路的信息，关于如何对各环路建立路由的信息，以及其他信息。
例如，假定一个环路LO#A已经建立，而下一个环路现正在建立之中。不同于LO#A的ID的一个适当ID加到环路检测包中。添加ID的规则包括准备一些足够大的数；随机选取这些数；准备区别已建立环路和仍未建立环路的ID；等等?？梢蕴峁┮桓龉芾硪汛嬖诘幕仿稩D的服务器。这里假定现在在建立之中的环路是LO#B。于是该包流向顺流一方。一旦收到用于检测环路LO#B的一包，收到该包的帧把它流向所有顺流方。在环路LO#A中包含的每个节点给该包添加一个标记，指明该节点包含在环路LO#A中。另一方面，在环路LO#A中没包含的每个节点向该包添加一个标记，指出该包已穿过了在环路LO#A中不包含的路径。于是，能认出已在后续情况中建立了一个新环路。围绕该环路循环并从逆流方返回的包有标记指出该包已穿过了在现有环路中不包含的路径，或有标记指出该包已穿过了在不同于环路LO#A的环路中包含的路径。
另一对策是这样一种方法，它不考虑一个节点是否包含在多少环路中。该节点只认出它是否包含在至少一个环路中或它是否不包含在任何环路中?；仿芳觳獍飨蛩沉鞣?。如果该包围绕该环路循环并返回该节点，则可认出该节点属于某环路。在这种情况中，不必要认出该包已通过的路径。
应对从“末端”节点返回的包予以注意，它指出“没有建立任何环路”。只有当从所有顺流方收到指出“没有建立任何环路”的包时，该节点才向逆流方发送指出“没有建立任何环路”的包。就是说，这一操作所遵循的算法类似于查询中的所谓“反向追踪”。以这种方式，当该节点从所有顺流方收到指出“没有建立任何环路”的包时，该节点能知道它不属于任何环路，无需使用该网络的拓扑信息(这一点不仅对首先发送环路检测包的节点成立，而且对所有顺流节点也成立)。
如果对多环路的这些对策结合到一起，则存在一种可能性，即该包永远不会消失。为处置这一问题，使用了一个接力段限制，第二次收到的包被抛掉，或者需要其他手段。
接下来将参考图10A描述发送操作。
一包从总线A传输到第一全双工3端口桥1-1毫的普通端口2-1。这一包经由物理层处理单元(PHY)5-1和链路层处理单元(LINK)6-1输入到路由单元11-1。
如果该包的目的地不是总线#B1至#B3，则路由单元11-1抛掉该包，然而，如果该包的目的地是总线#B1至#B3的任何一个，则路由单元11-1识别该包的类型。如果判定该包是一个异步包，则该包由异步流包/异步包转换单元12-1转换成一个异步流包。这个转换后的异步流包通过链路层处理单元(LINK)10-1、物理层处理单元(PHY)9-1和发送端口4-1传输到总线#C。另一方面，如果路由单元11-1判断该包是一个同步包或一个异步流包，这该包通过链路层处理单元(LINK)10-1、物理层处理单元(PHY)9-1及发送端口4-1直接传输到总线#C。代替通过判断该包的目的地是否是总线#B1至#B3中的任何一个来确定该包是否要被抛掉，可以通过判定该包的目的地是否是总线#A来确定该包是否要被抛掉。
发送到总线#C的包从第二全双工3端口桥1-2的接收端口3-2输入到桥1-2的内部。第二全双工3端口桥1-2的操作类似于第一全双工3端口桥1-1的接收操作，这将在下文中参考图10B加以描述。
将参考图10描述接收操作。一包从总线#D发送到第一全双工3端口桥1-1的接收端口3-1。这一包通过物理层处理单元(PHY)7-1和链路层处理单元(LINK)8-1输入到路由单元11-1。
如果该包的目的地是总线#A，则路由单元11-1识别该包类型。如果判定该包是一个从原始异步包转换而成的一个异步该包，则由异步流包/异步包转换单元12-1将该包转换成异步包。这个转换后的异步包经由链路层处理单元(LINK)6-1、物理层处理单元(PHY)5-1及普通端口2-1传输到总线#A。另一方面，如果路由单元11-1判断该包是一个同步包或一个原始异步流包，则这一包直接经由链路层处理单元6-1、物理层处理单元5-1及普通端口2-1传输到总线#A。
如前所述，本发明的第二实施例有如下技术特点(1)至(5)。(1)由于通过固定周期主控器和工长来实现发送和接收端口之间的单向传输，从而使传输效率能尽可能地最接近于100％。(2)由于能减轻传输延时的影响，因而即使对于使用长电缆的长距离传输，传输效率也将不会被降低。(3)全双工和环型拓扑结构相结合，再有，当电缆被断开或节点中发生出现故障时，可通过把发送和接收端口改变成普通的发送/接收端口来实现双向传输。因此，对出现故障的抵抗能力极好。(4)按原样使用传统的物理层处理单元和传统的链路层处理单元，只增加异步包和异步流包之间的转换手段，便能够成桥。(5)能配置成有各种拓扑结构的网络系统。(第三实施例)本发明的第三实施例涉及具有一个普通端口和一个发送或接收端口的单向桥以及使用这种桥的网络系统。(3-1单向桥)图11A和11B的方框图显示根据本发明第三实施例构成的作为网络总线桥的单向桥的结构。图11A显示一个单向发送桥，图11B显示一个单向接收桥。
如图11A中所示，单向发送桥21有一个普通端口22和一个发送端口23，它们每个都连到IEEE1394总线上。普通端口22和发送端口23分别连到物理层处理单元(PHY)24和26。物理层处理单元(PHY)24和26分别连到链路层处理单元(LINK)25和27。地址过滤单元28和异步流包/异步包转换单元(Asyn-Stream/Asyn converting unit)29连在链路层处理单元25和27之间。
如图11B中所示，单向接收桥31有一个普通端口32和一个接收端口33，它们每个都连到IEEE1394总线上。普通端口32和接收端口33分别连到物理层处理单元(PHY)34和36。物理层处理单元(PHY)34和36分别连到链路层处理单元(LINK)35和37。地址过滤单元28和异步流包/异步包转换单元(Asyn-Steam/Asyn converting unit)39连在链路层处理单元35和37之间。
在单向发送和接收桥中，地址过滤单元28和38执行所接收包的路由功能，类似于第二实施例的路由单元11。其他构件的功能与第二实施例中由相同参考数字代表的构件的功能类似。
虽然图11A和11B中所示桥每个有一个普通端口和一个发送或接收端口，但本发明不限于这种结构配置。例如，可以使用有一个发送端口和一个接收端口的中继节点，或者可以使用这样的节点，它有一个发送端口和多个普通端口，并作为它们之间的普通桥进行操作。再有，图11A和11B中只显示了与网络连接有关的那些方框。然而，如果提供了用于同步数据的记录器/播放器、电视调谐器、显示器或其他装置，则可以实现具有桥功能的DVD记录器/播放器、机顶盒或电视接收机。(3-2)具有单向桥的网络系统图12A和12B显示一个网络系统，它使用了图11A和11B中所示的单向桥。图12A中所示网络系统能执行广播，而图12B中所示网络系统能执行双向传输。
图12A中所示网络系统有一个单向发送桥21-1，四个单向接收桥31-1至31-4，一个广播总线，以及五个总线#1至#5。单向发送桥21-1的一个普通端口连到总线#1，而它的发送端口连到广播总线。单向接收桥31-1至31-4的接收端口连到广播总线，而它们的普通端口分别连到总线#2至#5。每个发送端口继续作周期主控器和工长。一般而言，接收端口不会成为工长。
在按上述配置的网络系统中，从总线#1输入到单向发送桥2-1的一包经由广播总线输入到每个单向接收桥31-1至31-4，然后经由单向接收桥31-1至31-4输入到总线#2至#5。所以这一系统能实现广播通信而不损失传输效率。再有，还可能实现长距离传输而不降低传输效率。
图12B中所示网络系统有二个单向发送桥21-1和21-2，二个单向接收桥31-1和31-2，以及二个总线#1和#2。单向发送桥21-1和21-2的普通端口分别连到总线#1和#2。单向接收桥31-1和31-2的普通端口分别连到总线#2和#1。单向发送桥21-1和21-2的发送端口分别连到单向接收桥31-1和31-2的接收端口。每个发送端口继续作周期主控器和工长。一般而言，接收端口不会成为工长。
在按上述配置的网络系统中，从总线#1发送的一包经由单向发送桥21-1和单向接收桥31-1输入到总线#2。从总线#2发送的一包经由单向发送桥21-2和单向接收桥31-2输入到总线#1。所以这一网络系统能实现全双工通信而不损失传输效率。再有，还可能实现长距离传输而不降低传输效率。
在图12A和12B中所示每个单向桥中，当由于电缆断开或该网络系统中其他节点出现故障使得不能进行单向传输时，通过把发送和接收端口变成普通的发送/接收端口以构成普通桥，可实现半双工双向传输。
如前所述，本发明的第三实施例有如下技术特点(1)至(4)。(1)由于通过固定周期主控器和工长来实现发送和接收端口之间的单向传输，从而使传输效率能尽可能地最接近于100％。(2)由于能减轻传输延时的影响，因而即使对于使用长电缆的长距离传输，传输效率也将不会被降低。(3)全双工和环型拓扑结构相结合。再有，当电缆被断开或节点中发生出现故障时，可通过把发送和接收端口改变成普通的发送/接收端口来实现双向传输。因此，对出现故障的抵抗能力极好。(4)按原样使用传统的物理层处理单元和传统的链路层处理单元，只增加异步包和异步流包之间的转换手段，便能构成桥。再有，能使用二个端口构成桥，因而系统结构比第二实施例简单。
本发明不仅适用于使用IEEE1394总线的网络系统，还适用于使用半双工型总线的其他网络系统。
如前面提到的那样，根据本发明的网络系统，单向传输的执行是从发送节点或发送端口到接收节点或接收端口。所以能提供一种具有极好效果的网络系统，它能使总线带宽使用效率免受由传输延时造成的降低，从而改善传输效率。
根据本发明的网络总线桥，能提供一种具有极好效果的网络总线桥，它能执行向半双工总线和从半双工总线的单向传输，从而改善传输效率。
再有，根据本发明的网络系统，从发送端口到接收端口的单向传输能改善传输效率。通过在反方向提供一对单向传输，使能提供一种效果极好的网络系统，它能实现高传输效率的双向传输。
根据本发明的网络系统，能提供一种效果极好的网络系统，它能通过纳入从发送端口到接收端口的单向传输，改善传输效率，并实现环型传输。
权利要求
1．一个网络系统，包含一个发送节点；一个或多个接收节点；以及一个连在所述发送节点和所述接收节点之间的半双工总线。
2．根据权利要求1的网络系统，这里所述半双工总线是与IEEE1394兼容的；以及所述发送节点是周期主控器。
3．根据权利要求1的网络系统，这里当在网络中发生出现故障时，所述发送和接收节点变为发送/接收节点。
4．根据权利要求2的网络系统，这里当在网络中发生出现故障时，所述发送和接收节点变为发送/接收节点。
5．与半双工总线连接的网络总线桥，包含一个或多个发送端口。
6．根据权利要求5的网络总线桥，这里当在网络中发生出现故障时，所述发送端口变为发送/接收端口。
7．与半双工总线连接的网络总线桥，包含一个或多个接收端口。
8．根据权利要求7的网络总线桥，这里当在网络中发生出现故障时，所述接收端口(33)变为发送/接收端口。
9．一个网络系统，包含有一个发送端口和一个发送/接收端口的第一网络总线桥；多个第二网络总线桥，每个有一个接收端口和一个发送/接收端口；以及连接在所述发送端口和所述接收端口之间的半双工总线。
10．一个网络系统，包含有一个发送端口和一个发送/接收端口的第一网络总线桥；有一个接收端口和一个发送接收端口的第二网络总线桥；有一个发送端口和一个发送/接收端口的第三网络总线桥；以及有一个接收端口和一个发送/接收端口的第四网络总线桥；这里所述第一网络总线桥的所述发送端口经由一半双工总线与所述第二网络总线桥的所述接收端口相连；所述第三网络总线桥的所述发送端口经由一半双工总线与所述第四网络总线桥的所述接收端口相连；所述第一网络总线桥的所述发送/接收端口经由一半双工总线与所述第四网络总线桥的所述发送/接收端口相连；以及所述第二网络总线桥的所述发送/接收端口经由一半双工总线与所述第三网络总线桥的所述发送/接收端口相连。
11．连到半双工总线上的网络总线桥，包含一个或多个发送端口；以及一个或多个接收端口。
12．根据权利要求11的网络总线桥，这里当在网络中发生出现故障时，所述发送和接收端口变为发送/接收端口。
13．一个网络系统，包含二个根据权利要求11的网络总线桥，这里所述二个网络总线桥之一的所述发送和接收端口分别经由半双工总线连接到所述二个网络总线桥中另一个的所述接收和发送端口。
14．一个网络系统，包含二个根据权利要求12的网络总线桥，这里所述二个网络总线桥之一的所述发送和接收端口分别经由半双工总线连接到所述二个网络总线桥中另一个的所述接收和发送端口。
15．一个网络系统，包含三个或更多个根据权利要求11的网络总线桥，这里所述三个网络总线桥的二个相邻网络总线桥之一的所述发送和接收端口分别经由半双工总线连接到所述二个相邻网络总线桥中另一个的所述接收和发送端口，以构成一个环路，数据在一个方向上沿此环路流动。
16．一个网络系统，包含三个或更多个根据权利要求12的网络总线桥，这里所述三个网络总线桥的二个相邻网络总线桥之一的所述发送和接收端口分别经由半双工总线连接到所述二个相邻网络总线桥中另一个的所述接收和发送端口，以构成一个环路，数据在一个方向上沿此环路流动。
17．根据权利要求9的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包被转换成异步流包或同步包。以从所述发送端口发送。
18．根据权利要求10的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包被转换成异步流包或同步包以从所述发送端口发送。
19．根据权利要求13的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包被转换成异步流包或同步包以从所述发送端口发送。
20．根据权利要求14的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包被转换成异步流包或同步包，以从所述发送端口发送。
21．根据权利要求15的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包将被转换成异步流包或同步包，以从所述发送端口发送。
22．根据权利要求16的网络系统，这里如果从发送/接收端口收到的一包是一个符合IEEE1394要求的异步包，则所收到的包被转换成异步流包或同步包，以从所述发送端口发送。
全文摘要
在第一总线和第一全双工3端口桥之间以及在第二总线和第二全双工3端口桥之间分别实现了双向传输。在第一全双工3端口桥的发送和接收端口与第二全双工3端口桥的接收和发送端口之间实现了同步包和异步流包的单向传输。第一全双工3端口桥和第二全双工3端口桥在必要时实现异步流包和异步包之间的转换。
文档编号H04L12/46GK1288312SQ0011814
公开日2001年3月21日 申请日期2000年6月9日 优先权日1999年9月10日
发明者佐佐木雄飛, 篠原利章, 都築健吾 申请人:松下电器产业株式会社