DE69934226T2

DE69934226T2 - TCP/IP/PPP Modem

Info

Publication number: DE69934226T2
Application number: DE69934226T
Authority: DE
Inventors: Ward Michael Petaluma JOHNSON; John Shigeto San Jose MINAMI; Ryo Palo Alto KOYAMA
Original assignee: Nvidia Corp
Current assignee: Nvidia Corp
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: WO1999065219A1; ATE347230T1; DE69934226D1; TW431099B; EP1086573B1; EP1086573A1; AU741089B2; US20040213290A1; JP2002518892A; US20070044002A1; US6765901B1; US7483375B2; CA2328829A1; KR20010043790A; AU4435999A; HK1037901A1; US20070030861A1; US7996568B2; CN1305681A

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kombinieren eines Netzwerkstapels mit einem Modemkern für eine Verwendung bei sowohl Computer- als auch Nicht-Computer-Anwendungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein internetbewusstes Modem, das irgendeine Anzahl von Punkt-Zu-Punkt-Vorrichtungen mit den Netzwerkprotokollen kombiniert, die notwendig sind, um in dem Internet zu kommunizieren, wobei diese Vorrichtungen herkömmliche Modems verschiedener Geschwindigkeit von 2400 kbps bis 56 kbps, ISDN-Modems, neuere xDSL-Modems und digitale zelluläre Modems umfassen.
Beschreibung des Stands der Technik
Computermodems wurden in einer Zeit entwickelt, als die meisten Verbindungen zu proprietären Online-Diensten, interaktiven Terminals, Nachrichtenbrettdiensten (BBSs = Bulletin Board Services) oder Firmennetzwerksystemen hergestellt wurden. An sich war es notwendig, Verbindungsprotokolle in einer Software zu implementieren, weil zu der Zeit eine Anzahl derartiger Protokolle existierte. Diese Protokolle umfassten x-Modem, y-Modem, z-Modem, Kermit und interaktive schriftzeichenbasierte Schnittstellen.
Heute wird mit einer Beliebtheit des Internet eine große Mehrheit von Modems nun ausschließlich verwendet, um eine Verbindung zu ISPs herzustellen, die wiederum den Benutzer mit dem Internet verbinden. Deshalb gibt es nun einen vorherrschenden Satz von Verbindungsprotokollen. Derartige Protokolle werden für die meisten Modemverbindungen verwen det. Folglich gibt es einen echten Bedarf und einen Vorteil bei einem Entwerfen eines Modems, das internetbereit ist.
Die Verbindungsprotokolle, die durch das Internet verwendet werden, und die hierarchische Beziehung derselben sind in 1 gezeigt. Diese Protokolle umfassen TCP 10, IP 11, UDP 13 und PPP 12. Ein Optimieren eines Modems für eine Verwendung mit dem Internet bietet viele Vorteile, einschließlich einer reduzierten Übertragungslatenz, reduzierter Wartungsanforderungen, niedrigerer Verarbeitungsanforderungen von der CPU des Systems und optimierter Übertragungsraten.
Aktuelle Computersysteme behandeln ein Modemuntersystem als eine serielle Vorrichtung. Ein Blockdiagramm eines existierenden Systems ist in 2 gezeigt. Bei einem derartigen System wird eine Internetanwendung, wie beispielsweise ein Web-Browser 21, in einer Software 19 auf der Haupt-CPU 22 ausgeführt. Diese Anwendung wiederum ruft den Computernetzwerkstapel 23 auf, der ebenfalls in einer Software implementiert ist. Der Netzwerkstapel implementiert die Protokolle TCP, IP, UDP und PPP. Sobald die Daten verarbeitet wurden, werden die resultierenden Pakete durch die CPU über den Computerbus 28 zu einer Seriell-Tor-Schnittstelle 27 in dem Modemsystem 30 gesendet. Das Modemsystem, z. B. eine Modemkarte 18, wird durch den Host-Prozessor als eine serielle I/O-Vorrichtung angesehen. Diese Vorrichtungen nehmen gewöhnlich Daten in Bytemengen an und platzieren dieselben in einem ausgehenden FIFO 24. Diese FIFOs können irgendwo zwischen 8 Byte und 64 Byte liegen. Die CPU schreibt normalerweise eine feste Anzahl von Bytes, wartet dann darauf, dass die serielle I/O-Vorrichtung dieselbe benachrichtigt, dass alle Daten gesendet wurden und dass dieselbe bereit ist, mehr Daten anzunehmen. Diese Benachrichtigung wird häufig über Systemunterbrechungen vorgenommen. Die Paketdaten werden, nachdem dieselben in den FIFO geschrieben sind, mit der ausgehenden Datenrate dem Modemkern 25 und somit der Telefonleitung 29 zugeführt.
Für empfangene Daten platziert das Modem zuerst alle eingehenden Pakete in den Eingangs-FIFO 26. Die Vorrichtung kann dann konfiguriert sein, um die Host-CPU zu unterbrechen, wenn irgendwelche Daten verfügbar sind oder wenn die empfangenen Daten einen gewissen Pegel (d. h. 16 Byte) erreichen. Wenn dieselbe benachrichtigt ist, liest die CPU alle Daten in dem Eingangs-FIFO und speichert die Daten temporär in einem Puffer in einem Systemspeicher (nicht gezeigt). Das untere Protokoll, PPP (siehe 1), kann anfangen, die Daten zu verarbeiten, aber dasselbe kann die Daten nicht zu der nächsten Schicht hinaufleiten, bis das gesamte Paket empfangen ist.
Sobald das gesamte Paket empfangen ist, leitet der PPP-Abschnitt des Softwarenetzwerkstapels die Daten hinauf zu dem zweiten Protokoll (IP). Die IP-Software verarbeitet dann den IP-Kopfblock und leitet nach einem Verifizieren der Kopfblockprüfsumme das Paket zu der TCP-Handhabungseinrichtung. Die TCP-Handhabungseinrichtung prüft dann die Prüfsumme derselben und leitet die Daten zu der geeigneten Anwendung weiter, wie es durch die TOR-Nummer (PORT-Nummer) in dem TCP-Kopfblock spezifiziert ist.
Weil die meisten Modems in Computern heute verwendet werden, um eine Verbindung mit dem Internet herzustellen, macht dasselbe es ökonomisch machbar und praktisch, ein Modem für diese Umgebung zu optimieren. Was dies nach sich zieht, ist ein Einbetten der Fähigkeit in dem Modemsystem, die nötigen Netzwerkprotokolle zu handhaben, und eine Verwendung der Kenntnis der Protokolle, um die Übertragungscharakteristika des Modems abzustimmen. Dies ist das gleiche Grundprinzip hinter der Beliebtheit von Windows-Beschleunigergrafikkarten. Weil Grafikchiphersteller wissen, dass eine große Mehrheit von PCs heutzutage das Betriebssystem Microsoft Windows^® ausführen, stellen dieselben die Architekturen derselben fein ein, um die Leistungsfähigkeit in dieser Umgebung zu verbessern. Dies wäre nicht praktisch, falls es eine Anzahl von Betriebssystemen mit unterschiedlichen Grafik-APIs gäbe, jede mit unterschiedlichen Grafik-APIs gäbe, jede mit einem erheblichen Marktanteil. Bei dem einen überwiegenden Standard jedoch haben sich die meisten Grafikkartenhersteller entschieden, die Software derselben für die Windows-Umgebung zu optimieren, obwohl heutige Pentiumklasse-Prozessoren sehr wohl zum Handhaben der Grafikaufgaben ohne eine externe Unterstützung in der Lage sind. Dies ist so, weil die Funktion unter den meisten Umständen erforderlich ist und es vorteilhaft ist, den Host-Prozessor zu entlasten, so dass derselbe so viel mehr MIPs aufweist, um Standardanwendungen auszuführen.
Eine ähnliche Situation besteht nun auf dem Modemkartenmarkt. Es wäre deshalb vorteilhaft, den Internetnetzwerkprotokollstapel zusammen mit einer speziellen Logik einzubetten, wodurch ermöglicht wird, dass die Modemvorrichtung internetbereit wird, derart, dass das Modemsystem viel von der Netzwerkprotokollverarbeitung von der Haupt-CPU entlädt, während die Gesamtleistungsfähigkeit des Kommunikationssystems verbessert wird.
PORTABLE COMPUTER AND COMMUNICATIONS ASSOCIATION – MODEM STANDARDS COMMITTEE: „The IP Modem Interface Standard" PCCA DRAFT, [Online] 5. Juni 1998, XP002120914 (ftp://ftp.wrp.com/pcca/ipmd0506.pdf>) offenbart eine Architektur, die eine DCE-Vorrichtung umfasst, die unter Verwendung von V.24-Schaltungen mit einer DTE-Vorrichtung verbunden ist. Zum Implementieren eines IP-Modems weist die DCE einen Internetprotokollstapel auf.
Die WO 97/17764 bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen globalen Netzwerkkommunikator, der eine anwendungsspezifische Kommunikationsvorrichtung im Wesentlichen lediglich für Globalnetzwerkkommunikationen umfasst und eine anwendungsspezifische Globalnetzwerkbenutzerschnittstelle umfasst. Eine Netzwerkprotokollverarbeitungsschaltungsanordnung ist für eine Kommunikation mit dem globalen Netzwerk und zum Formatieren von Daten zu einem erforderlichen Protokoll, das durch das globale Netzwerk eingesetzt wird, und zum Übersetzen von Daten, die von dem globalen Netzwerk empfangen werden, in ein Format wirksam, das für die Benutzerschnittstelle annehmbar ist. Eine Kommunikationsleitungsschnittstelle verbindet die Netzwerkprotokollverarbeitungsschaltungsanordnung mit dem globalen Netzwerk und umfasst logische und physische Schnittstellenvorrichtungen und Modulations- und Demodulationsvorrichtungen für Informationen, die zu dem globalen Netzwerk gesendet werden, bzw. Informationen, die von dem globalen Netzwerk empfangen werden, und eine Netzwerkzugriffsaktivierungsschaltungsanordnung zum Einleiten einer Kommunikation zwischen dem Kommunikator und dem globalen Netzwerk.
Die Erfindung bettet den Internetnetzwerkprotokollstapel zusammen mit einer speziellen Logik ein, wodurch ermöglicht wird, dass die Modemvorrichtung internetbereit wird. Folglich entlädt das Modemsystem viel von der Netzwerkprotokollverarbeitung von der Haupt-CPU und verbessert die Gesamtleistungsfähigkeit des Kommunikationssystems. Die Erfindung schafft ein internetbewusstes Modem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Modems gemäß Anspruch 2, wobei das Modem irgendeine Anzahl von Punkt-Zu-Punkt-Vorrichtungen mit den Protokollen kombiniert, die nötig sind, um in dem Internet zu kommunizieren, wobei diese Vorrichtungen herkömmliche Modems verschiedener Geschwindigkeit von 2400 kbps bis 56 kbps, ISDN-Modems, neuere xDSL-Modems und digitale zelluläre Modems umfassen.
Senden von Daten
Bei einem System, das mit einem internetbereiten Modem ausgerüstet ist, richtet die Internetanwendung zuerst die Sockelparameter ein. Diese umfassen die Bestimmungstornummer, den Verbindungstyp (TCP/UDP), die TOS-Anforderungen (TOS = Type-Of-Service = Diensttyp) und die Bestimmungs-IP-Adresse. Wenn der Netzwerkstapel an einer internetbereiten Modemkarte diese Informationen erhält, versucht derselbe, eine Verbindung durch ein Aussenden eines SYN-Pakets zu beginnen. Dieses Paket wird zu der IP-Maschine geleitet, die den IP-Kopfblock anbringt und die IP-Kopfblock-Prüfsumme berechnet. Das Paket wird dann zu der PPP-Handhabungseinrichtung geleitet, die den PPP-Kopfblock anbringt, die Daten verkapselt, und die PPP-Prüfsumme beifügt. Nach einer PPP-Einkapselung wird das resultierende Netzwerkpaket durch den Ausgangs-FIFO hindurch zu dem Modemkern gesendet. Für dieses Paket gibt die TCP-Maschine dem Paketanalysatorblock an, dass dasselbe ein SYN-Paket ist. Der Paketanalysator gibt dann dem Modem an, dass dieses ein alleinstehendes Paket ist und dass dasselbe unmittelbar gesendet werden kann. Auf ein Empfangen dieser Informationen hin sendet das Modem das Netzwerkpaket aus, ohne zuerst die üblichen 50 ms abzuwarten, um zu sehen, ob zusätzliche Informationen unterwegs sind.
Nachdem der Bestimmungssockel ein Rück-SYN-ACK-Paket sendet, wird ein ACK-Paket von der Modemkarte gesendet. Dieses Paket folgt den gleichen Schritten wie diesen für das SYN-Paket. An diesem Punkt steht die Sockelverbindung und die Anwendungssoftware (wie beispielsweise ein Web-Browser) wird benachrichtigt. Die Anwendung kann nun die Daten derselben direkt zu dem Modem in einem Datenpaketformat senden. Bei diesem Beispiel, bei dem die Anwendung ein Web-Browser ist, kann die Anwendung eine HTTP-Anforderung direkt zu dem Modemsystem über eine Paketschnittstelle senden, gegenüber der Seriell-Tor-I/O-Schnittstelle bei einem regulären Modemsystem. Datentransporte im DMA-Stil können zu diesem Zweck verwendet werden. Bei diesem Verfahren ist ein Datenbytezählwert in die Paketschnittstelle programmiert. Daten können dann automatisch von einem Speicher in eine Speicherkarte übertragen werden, ohne einen weiteren Eingriff von der Host-CPU. Nachdem alle Daten übertragen wurden, kann eine Unterbrechung von der Modemkarte zu der Host-CPU gesendet werden, wobei angegeben wird, dass der Datentransfer abgeschlossen ist.
Wenn die Daten bei der Modemkarte ankommen, werden dieselben (bei diesem Beispiel) zu einem TCP-Datenausgangspuffer gesendet. Nachdem alle Daten empfangen sind oder wenn die maximale Datengröße pro Paket empfangen wurde, beginnt der TCP-Block ein Berechnen der Prüfsumme. Das Paket wird in der gleichen Weise wie das SYN-Paket eingekapselt. Parallel dazu gibt die TCP-Maschine dem Paketanalysatorblock an, dass das Bestimmungstor für das Paket 80 ist, was das gut bekannte HTTP-Tor ist. Der Paketanalysator weiß dann, dass es nicht mehr Daten gibt und das Modem wieder das aktuelle Paket unmittelbar senden sollte.
Empfangen von Daten
Bei einem Empfangen von Netzwerkpaketen werden die Daten von dem Modemkern durch den Eingangs-FIFO zu der PPP-Maschine gesendet, die den PPP-Kopfblock syntaktisch analysiert, die Daten entkapselt und eine laufende Prüfung an dem Paket für Prüfsummenberechnungen beginnt. Falls die Maschine bestimmt, dass die eingekapselten Daten ein IP-Paket sind, gibt dieselbe die IP-Maschine frei, und alle Daten nach dem PPP-Kopfblock werden zu der IP-Maschine weitergeleitet. Die IP-Maschine analysiert den IP-Kopfblock syntaktisch, prüft die Prüfsumme, und sendet, falls dieselbe bestimmt, dass das eingekapselte Protokoll TCP ist, dann alle Daten nach dem IP-Kopfblock zu der TCP-Maschine. Die TCP-Maschine analysiert dann den TCP-Kopfblock syntaktisch und sendet den Datenabschnitt zu der Sicherheitsschicht. Falls die Daten HTML-Daten sind, können dieselben durch eine Bewertungsprüfung geleitet werden, die Bewertungskennungen von Seiten syntaktisch herausanalysiert. Falls die Seite eine Bewertung unter oder gleich der Modemkarteneinstellung aufweist, dann dürfen die Daten passieren. Falls die Bewertung die Einstellung an der Karte überschreitet, wird anstelle dessen eine Nachricht weitergeleitet, die solches angibt. Falls die Seite keine Bewertungen enthält, kann ein Bit gesetzt werden, um die Seite entweder durchzu lassen oder zu blockieren. Alle Nicht-HTML-Daten werden direkt zu dem TCP-Datenpuffer geleitet.
Wenn die Daten in den Puffer geschrieben werden, wird ein laufender Zählwert gehalten, um zu sehen, wie viele Daten empfangen wurden. An dem Ende des Netzwerkpakets kann dann, falls die PPP-Prüfsumme angibt, dass das gesamte Paket ohne Fehler empfangen wurde, eine Unterbrechung zu der Host-CPU erzeugt werden. Die Anwendung kann dann den empfangenen Datenzählwert lesen und eine DMA-Übertragung programmieren, um Daten von dem TOP-Puffer in einen Hauptspeicher zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das Verbindungsprotokolle, die durch das Internet verwendet werden, und die hierarchische Beziehung derselben zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das ein typisches Modemuntersystem zeigt;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein internetbereites Modemsystem gemäß der Erfindung zeigt;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Modem mit einem vollen Netzwerkstapel gemäß der Erfindung zeigt;
5 ist ein Blockschema, das eine PPP-Funktion gemäß der Erfindung zeigt;
6a ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Modem und eine Netzwerkkarte des Stands der Technik zeigt;
6b ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Modem gemäß der Erfindung und eine verbesserte Ethernet-Netzwerkkarte zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das Felder zeigt, die bei einem PPP-Protokollpaket verwendet werden, um eine Latenz zu bestimmen, gemäß der Erfindung;
8 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Optimierung basierend auf TOS gemäß der Erfindung zeigt;
9 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Optimierung basierend auf einem Bestimmungstor gemäß der Erfindung zeigt;
10 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Optimierung basierend auf einem Paketzustand gemäß der Erfindung zeigt;
11 ist ein schematisches Blockdiagramm, das kombinierte Latenztabellen gemäß der Erfindung zeigt;
12 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein verbessertes Modemsystem gemäß der Erfindung zeigt;
13 ist ein schematisches Blockdiagramm, das einen Datenfluss eines empfangenen Pakets durch eine HTML-Abhörvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und
14 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine HTML-Abhörvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung sieht ein internetbewusstes Modem vor, das irgendeine Anzahl von Punkt-Zu-Punkt-Vorrichtungen mit den Netzwerkprotokollen kombiniert, die nötig sind, um in dem Internet zu kommunizieren, wobei diese Vorrichtungen herkömmliche Modems verschiedener Geschwindigkeit von 2400 kbps bis 56 kbps, ISDN-Modems, neuere xDSL-Modems und digitale zelluläre Modems umfassen. Die Erfindung bettet den Internetnetzwerkprotokollstapel zusammen mit einer speziellen Logik ein, wodurch ermöglicht wird, dass die Modemvorrichtung internetbereit wird. Folglich entlädt das Modemsystem viel von der Netzwerkprotokollverarbeitung von der Haupt-CPU und verbessert die Gesamtleistungsfähigkeit des Kommunikationsuntersystems.
Die Erfindung sieht mehrere Technologien vor, die eine Modemleistungsfähigkeit und -effizienz bei einer Verwendung mit Internetprotokollen verbessern. Diese Technologien umfassen:

• blockbasierte Kommunikation,
• Latenz-Optimierung,
• reduzierte Verarbeitungsleistung,
• reduzierte Energieanforderungen und
• Sicherheitsverbesserungen.

Reduzierung von Datenübertragungsmehraufwand
Modems kommunizieren heute alle über serielle Tore. Diese serielle Kommunikation weist mehrere Leistungsfähigkeitsnachteile gegenüber anderen Kommunikationsvorrichtungen auf, wie beispielsweise Ethernet-Adaptern, die durch ein Senden und Empfangen von Datenblöcken über DMA (Direct Memory Access = Direktspeicherzugriff) mit der Host-CPU kommunizieren.
Serielle Kommunikationen
Eine serielle Kommunikation unter Verwendung einer älteren seriellen Hardware (z. B. UARTs) erfordert eine Unterbrechung für jedes gesendete oder empfangene Schriftzeichen. Dies bewirkt so viel Mehraufwand, dass es nicht möglich ist, mit Geschwindigkeiten über 19200 bps zu kommunizieren, ohne bei den meisten Computersystemen Daten fallen zu lassen. Eine serielle Hardware einer zweiten Generation (z. B. der 16550 UART und die Derivate desselben) sind in der Lage, bis zu 16 Byte bei einem Senden und Empfangen zu Puffern, und können Unterbrechungen verzögern, bis ein Puffer einen bestimmten Pegel erreicht. Dies reduziert die Anzahl von Unterbrechungen, die erforderlich sind, um Daten zu und von dem Modem zu übertragen. Dies ermöglicht, dass moderne Modems serielle Datenraten von 56000 bps bis 230400 bps erreichen, ohne bei den meisten CPUs Daten zu verlieren.
Obwohl eine serielle Hochgeschwindigkeitskommunikation unter Verwendung einer seriellen Hardware der zweiten Generation nun möglich ist, können bei diesen höheren Datenraten serielle Kommunikationen eine merkliche Verschlechterung bei einer Systemleistungsfähigkeit bewirken, besonders wenn das Computersystem internetfähige Action-Spiele oder Multimediakommunikationsprogramme ausführt. Tausende von Unterbrechungen pro Sekunde sind bei den höheren Datenraten erforderlich (siehe Tabelle 1 unten). Tabelle 1. Beispiel einer Anforderung einer seriellen Unterbrechung
Jede Unterbrechung benötigt eine Unterbrechungsdienstroutine, um Daten zu/von der seriellen Hardware und zu/von dem Betriebssystem des Computers zu lesen und zu schreiben. Diese Unterbrechungsroutinen lesen und schreiben zu I/O-Toren, die Systemressourcen nicht effizient verwenden.
Optimierung unter Verwendung von Blockübertragungen
Es gab Gespräche über einen UART einer nächsten Generation, der entweder 32- oder 64-Byte-Puffer aufweisen würde, um die Anzahl von Unterbrechungen und eine Belastung an einem System zu reduzieren. Während dies eventuell hilfreich ist, haben die Erfinder erkannt, dass die korrekte Lösung darin besteht, das Modem für Internetprotokolle zu optimieren und Daten als Blöcke von Datenpaketen zu übertragen.
Eine blockbasierte Kommunikation zu/von Modems wurde bisher nicht betrachtet, weil die Internetprotokolle, die entworfen sind, um ein Modemeine serielle Vorrichtung schnittstellenmäßig zu verbinden, seriell-basiert sind (SLIP/PPP) und herkömmlicherweise in dem Betriebssystem des Computersystems implementiert sind. Unter Verwendung der hierin beschriebenen Erfindung ist es vorteilhaft, die Netzwerkstapelprotokolle von dem Computerbetriebssystem in das Modem zu bewegen. Die Schichten des Netzwerkprotokolls, die in einer Hardwarevorrichtung gemäß der Erfindung implementiert sein können, können von nur der PPP-Schicht bis hin zu der IP-, der TCP- und der UDP-Schicht reichen.

Beispiel: blockbasierte Unterbrechungsanforderung: unter der Annahme eines durchschnittlichen IP-Pakets von 100 Byte: 25600 Bps/100 = 256 Unterbrechungen pro Sekunde.

Wie es bei dem obigen Beispiel gezeigt ist, reduziert ein Übertragen von Blöcken anstelle von Brocken von Schriftzeichen, wie bei der seriellen Lösung, die Anzahl von erforderlichen Unterbrechungen. Ein zusätzlicher Vorzug besteht darin, dass die Übertragungsroutine einen Direktspeicherzugriff (DMA) verwenden kann, um Daten zu leiten, anstelle eines langsameren I/O-Tor-Pumpens. Eine aktuelle Seriell-Tor-Hardware und -Software unterstützt keinen DMA.
Dies ermöglicht die Entwicklung einer Software, die schnellere, effizientere Datenhandhabungsroutinen erzeugen kann, weil die Host-CPU eines Handhabens des Übertragens einzelner Bytes von Daten erleichtert ist.
Reduzierte Latenz
Sobald das Modem weiß, dass dasselbe es mit IP-Paketen zu tun hat, weist dasselbe eine Kenntnis dessen auf, wo Daten einheiten anfangen und enden. Modemprotokolle, wie beispielsweise V.42 und V.42 bis, können optimiert sein, um diese Kenntnis auszunutzen.
V.42 weist eine veraltete Ansicht dessen auf, welche Art von Daten über ein Modem getragen wird, aber falls der Netzwerkstapel zusammen mit einem Modemkern eingebettet ist, kann derselbe dem Modemkern das Ende von Dateneinheiten angeben. Der Modemkern kann dann die V.42-Pakete desselben entsprechend segmentieren. Dies reduziert eine Latenz bei einer Neuübertragung, weil eine Neuübertragung eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Beeinflussens von lediglich einem IP-Paket aufweisen würde. Eine Kenntnis des Endes eines Pakets kann ebenfalls verwendet werden, um das Warten auf einen Zeitablauf von mehr Daten zu reduzieren, den das V.42-Protokoll einbringt. Falls bekannt ist, dass das letzte empfangene Byte ein Ende eines physischen Datenblocks ist, muss das Modem nicht warten oder kann die Zeit reduzieren, die dasselbe wartet, dass mehr Daten zu demselben gesendet werden, bevor dasselbe diese Daten sendet, die dasselbe zum Senden bereit hat.
Dieser Aspekt der Erfindung kann erweitert werden, um ein IP- und TCP-Paket-Abhören durchzuführen, um weiter zu optimieren, was wann gesendet wird und wie lange das V.42-Protokoll vor einem Komprimieren und Senden des aktuellen Blocks wartet. Das TOS-Feld in dem IP-Kopfblock beispielsweise kann verwendet werden, um den Betrag einer Latenz zu bestimmen, der bei der Übertragung des Pakets verwendet wird. Falls das Paket ein Paket mit hoher Priorität ist, kann das System entscheiden, das Paket unmittelbar zu senden, wobei nicht geprüft wird, um zu bestimmen, ob mehr Pakete bereit zum Senden sind. Das System kann basierend auf diesen TOS-Informationen variierende Zeitdauern lang auf mehr Daten warten.
Eine zusätzliche Latenzoptimierung kann durch ein Überprüfen des TCP-Kopfblocks erzielt werden. Falls das SYN-Flag in dem TCP-Kopfblock gesetzt ist, dann sollten die Daten auch unmittelbar gesendet werden, weil nichts mehr passieren kann, bis das SYN-ACK von der anderen Seite der Verbindung zurückgegeben wird.
Ungleich vorheriger Fortschritte bei einer Modemtechnologie, die erforderten, dass die gleichen technischen Fortschritte sowohl an dem empfangenden als auch dem sendenden Ende der Kommunikationsverbindung bestehen, kann ferner das hierin offenbarte Modem bei allen heute existierenden Modems wirksam sein und ist kompatibel zu denselben. Deshalb ist es möglich, Leistungsfähigkeitserhöhungen durch ein Aktualisieren lediglich eines Endes der Verbindung zu gewinnen. Auf diese Weise ist eine Übernahme der Technologie nicht von Veränderungen bei einer ISP-Infrastruktur abhängig.
Reduzierte, von Host-CPU benötigte Verarbeitungsleistung
Durch ein Einbetten des Netzwerkstapels zusammen mit dem Modemkern ist eine deutliche Reduzierung bei einer Verarbeitungsleistung möglich, die erforderlich ist, um eine Verbindung mit dem Internet herzustellen und über dasselbe zu kommunizieren. Dies ermöglicht, dass kleine, kostengünstige Vorrichtungen mit wenig Leistung unter Verwendung von Modems über das Internet kommunizieren. Beispiele dieser Typen von Vorrichtungen umfassen Spielkonsolen, PDAs, Spielzeuge und andere Verbraucherelektronik und mobile elektronische Geräte.
Prozessorleistungsreduzierung von PPP
Das PPP-Protokoll erfordert, dass Pakete an dem Ende jedes Pakets angehängt eine CRC umfassen. Diese Berechnung erfordert etwas, was ein erheblicher Betrag an Verarbeitungsleistung bei kostengünstigen Prozessoren sein könnte.
Andere Aspekte des Protokolls, wie beispielsweise ein Verkapseln von Daten und Parameterverhandlungen, benötigen Speicherzugriffe für jedes Byte, wenn dieselben als eine Softwarelösung implementiert sind. Durch ein Implementieren von PPP in dem Modem können alle Verhandlungen örtlich begrenzt auf das Modem und das System gehalten werden, wodurch ein Systembusverkehr und ein Verarbeitungsmehraufwand erleichtert werden.
Prozessorleistungsreduzierung eines Einbettens von IP
Ein Einbetten von IP entlädt die Kopfblockprüfsummenberechnungen von dem Host-Prozessor. Dasselbe hält ferner eine ICMP-Echo-Paketverarbeitung örtlich begrenzt auf die Modemkarte. Dieses Protokoll wird für PING-Anwendungen verwendet.
Prozessorleistungsreduzierung eines Einbettens von UDP
Obwohl es möglich ist, UDP als eine Einkapselungsvorrichtung zu verwenden, die wenig Verarbeitungsleistung benötigt, wenn dieselbe bei Prüfsummen verwendet wird, kann UDP einige Prozessorressourcen benötigen. Hier ist zu beachten, dass die meisten dünnen Internet-Clients auf IP/UDP basieren, um die Daten derselben zu übertragen.
Prozessorleistungsreduzierung eines Einbettens von TCP
TCP ist ein viel komplizierteres Protokoll als UDP und erfordert somit viel mehr Verarbeitungsleistung. Das TCP weist viele Zustände auf und erfordert, dass Prüfsummen an Paketen vorgeformt sind. Für eingebettete Produkte, die eine TCP-Unterstützung benötigen, liefert die hierin beschriebene Erfindung eine Möglichkeit, die ganze Komplexi tät und alle Prozessoranforderungen auf eine zweckgebundene Hardwareschaltung zu entladen.
Portierbarkeit der Lösung
Durch ein Einbetten des Netzwerkstapels innerhalb des Modemuntersystems kann das gleiche Modemsystem nun über mehrere Rechen- und Systemplattformen hinweg verwendet werden. Weil kein Portieren irgendeiner Netzwerkstapelsoftware erforderlich ist, wird ein Bewegen des Modems in unterschiedliche Systeme sehr einfach. Dies ist besonders auf dem Markt eingebetteter Systeme bedeutsam, der nicht eines oder zwei Haupt-OS aufweist, sondern anstelle dessen aus einer Anzahl unterschiedlicher OS, RIOS und in einigen Fällen keinem OS gebildet ist. Der Markt eingebetteter Systeme ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass derselbe aus einer Anzahl inkompatibler Prozessoren gebildet ist. Dieses Fehlen eines überwiegenden Standards begünstigt ebenfalls eine sehr portierbare Netzwerklösung.
Reduzierte Energieanforderungen
Die hierin beschriebene Erfindung ist ferner sehr effizient hinsichtlich Energieanforderungen. Eine sehr optimierte Zustandsmaschine reduziert die Taktrate, die erforderlich ist, um die Funktionalität der Internetprotokollfolge durchzuführen, um zwei Größenordnungen. Dies übersetzt sich in eine erweiterte Batterielebensdauer und weniger Wärme, die durch Produkte erzeugt wird, die mit der hierin beschriebenen Erfindung entworfen sind.
Sicherheitsverbesserungen
Durch ein Implementieren des Netzwerkstapels in einer Hardware zusammen mit dem Modem liefert die Erfindung einen sehr sicheren, nicht hackbaren Netzwerkstapel. Dies rührt von der Hardwarearchitekturimplementierung her, die ein jegliches empfangenes Paket nicht beachtet, wenn nicht bereits eine Sockelverbindung für dasselbe eingerichtet ist. Ferner kommen die Pakete nicht an der Modemkarte vorbei, wodurch eine jegliche Wechselwirkung zwischen unangeforderten Paketen und einer Software unmöglich gemacht wird.
Durch ein Umfassen einer HTML-Paketabhörvorrichtung ist es zusätzlich möglich, HTML-Bewertungskennungen zu decodieren. Die Paketabhörvorrichtung interpretiert Bytes in dem Paketpuffer und kann eingerichtet sein, um lediglich diese Seiten durchzulassen, die innerhalb des voreingestellten Bewertungspegels derselben liegen. Für Seiten, die den programmierten Bewertungspegel überschreiten, leitet die HTML-Abhörvorrichtung eine Wiedererlangung-fehlgeschlagen-Nachricht hinauf und lässt den HTML-Inhalt nicht an dem Modemuntersystem vorbei. Dies macht das Modem zu einer inhaltsgetriebenen Mini-Firewall.
Für diese Seiten, die keine Bewertungskennung umfassen, kann die Abhörvorrichtung konfiguriert sein, um entweder diese Seiten gar nicht durchzulassen oder um zu ermöglichen, dass die Seiten durchgelassen werden. Der Bewertungspegel kann lediglich über Platineneinstellungen programmiert, d. h. fest verdrahtet werden. Der Vorteil eines Implementierens dieser Lösung in einer Hardware besteht darin, dass es für Eltern oder irgendjemanden, der bestimmte Websites herausfiltern möchte, unmöglich ist, um dieses System herumzukommen, ohne die Modemkarte aus dem System zu nehmen. Bei irgendeiner Softwarelösung könnte der Benutzer einfach einen nichtfilternden Browser laden oder ein bestimmtes Plug-in sperren und das Filter würde umgangen. Durch ein Vorsehen des Filters in einer Hardware auf der Modemkarte gibt es keine Möglichkeit, die Funktion zu umgehen.
Systemimplementierung
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines internetbereiten Modemsystems.
Senden von Daten
Bei einem System, das mit einem internetbereiten Modem 31 ausgerüstet ist, richtet die Internetanwendung zuerst die Sockelparameter ein. Diese umfassen die Bestimmungstornummer, den Verbindungstyp (TCP/UDP), die TOS-Anforderungen (TOS = Type-Of-Service) und die Bestimmungs-IP-Adresse. Wenn der Netzwerkstapel 30 an dem internetbereiten Modem 31 diese Informationen erhält, versucht derselbe, durch ein Aussenden eines SYN-Pakets eine Verbindung zu beginnen. Dieses Paket wird zu der IP-Maschine innerhalb des Netzwerkstapels geleitet, die den IP-Kopfblock anbringt und die IP-Kopfblockprüfsumme berechnet. Das Paket wird dann zu der PPP-Handhabungseinrichtung innerhalb des Netzwerkstapels geleitet, die den PPP-Kopfblock anbringt, die Daten verkapselt und die PPP-Prüfsumme anhängt. Nach einer PPP-Einkapselung wird das resultierende Netzwerkpaket durch den Ausgangs-FIFO 32 zu dem Modemkern 33 gesendet. Für dieses Paket gibt die TCP-Maschine dem Paketanalysatorblock 34 an, dass dasselbe ein SYN-Paket ist. Der Paketanalysator 34 gibt dann dem Modem an, dass dies ein alleinstehendes Paket ist und dass dasselbe unmittelbar gesendet werden kann. Auf ein Empfangen dieser Informationen hin sendet das Modem das Netzwerkpaket aus, ohne die normalen 50 ms zu warten, um zu sehen, ob zusätzliche Informationen unterwegs sind.
Nachdem der Bestimmungssockel ein Rück-SYN-ACK-Paket sendet, wird ein ACK-Paket von der Modemkarte gesendet. Dieses Paket folgt den gleichen Schritten wie diesen für das SYN-Paket. An diesem Punkt steht die Sockelverbindung und die Anwendungssoftware (wie beispielsweise ein Web-Browser 21) wird benachrichtigt. Die Anwendung kann nun die Daten derselben direkt zu dem Modem in einem Datenpaketformat senden.
Bei dem in 3 gezeigten Beispiel, bei dem die Anwendung ein Web-Browser ist, kann die Anwendung eine HTTP-Anforderung direkt zu dem Modemsystem über eine Paketschnittstelle 38 senden, im Gegensatz zu der Seriell-Tor-I/O-Schnittstelle bei einem gewöhnlichen Modemsystem (siehe 2). Datentransporte im DMA-Stil können zu diesem Zweck verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird ein Datenbytezählwert in die Paketschnittstelle programmiert. Daten können dann automatisch von einem Speicher in eine Modemkarte übertragen werden, ohne einen weiteren Eingriff von der Host-CPU. Nachdem alle Daten übertragen wurden, kann eine Unterbrechung von der Modemkarte zu der Host-CPU 23 gesendet werden, wobei angegeben wird, dass der Datentransfer abgeschlossen ist.
Wenn die Daten an der Modemkarte ankommen, werden dieselben (bei diesem Beispiel) zu einem TCP-Datenausgangspuffer gesendet. Nachdem alle Daten empfangen sind oder wenn die maximale Datengröße pro Paket empfangen wurde, beginnt der TCP-Block ein Berechnen der Prüfsumme. Das Paket wird in der gleichen Weise wie das SYN-Paket eingekapselt. Parallel dazu gibt die TCP-Maschine in dem Netzwerkstapel dem Paketanalysatorblock an, dass das Bestimmungstor für das Paket 80 ist, was das gut bekannte HTTP-Tor ist. Der Paketanalysator weiß dann, dass es keine weiteren Daten gibt und erneut das Modem das aktuelle Paket unmittelbar senden sollte.
Empfangen von Daten
Bei einem Empfangen von Netzwerkpaketen werden die Daten von dem Modemkern 33 durch den Eingangs-FIFO 35 hindurch zu der PPP-Maschine in dem Netzwerkstapel gesendet, der den PPP-Kopfblock syntaktisch analysiert, die Daten entkapselt und eine laufende Prüfung an dem Paket für Prüfsummenberechnungen beginnt. Falls die Maschine bestimmt, dass die eingekapselten Daten ein IP-Paket sind, gibt dieselbe die IP-Maschine in dem Netzwerkstapel frei und alle Daten nach dem PPP-Kopfblock werden zu der IP-Maschine weitergeleitet. Die IP-Maschine analysiert den IP-Kopfblock syntaktisch, prüft die Prüfsumme, und falls dieselbe bestimmt, dass das eingekapselte Protokoll TOP ist, dann sendet dieselbe alle Daten nach dem IP-Kopfblock zu der TCP-Maschine in dem Netzwerkstapel. Die TCP-Maschine analysiert dann den TOP-Kopfblock syntaktisch und sendet den Datenabschnitt zu der Sicherheitsschicht 36. Falls die Daten HTML-Daten sind, können dieselben durch eine Bewertungsprüfung geleitet werden, die Bewertungskennungen von Seiten syntaktisch herausanalysiert. Falls die Seite eine Bewertung unterhalb oder gleich der Einstellung der Modemkarte aufweist, dann dürfen die Daten passieren. Falls die Bewertung die Einstellung an der Karte überschreitet, wird eine Nachricht, die dies angibt, anstelle dessen weitergeleitet. Falls die Seite keine Bewertungen enthält, kann ein Bit gesetzt werden, um die Seite entweder durchzulassen oder zu blockieren. Alle Nicht-HTML-Daten werden direkt zu dem TCP-Datenpuffer 37 geleitet.
Wenn die Daten in den Puffer geschrieben werden, wird ein laufender Zählwert gehalten, um zu sehen, wie viele Daten empfangen wurden. An dem Ende des Netzwerkpakets kann dann eine Unterbrechung zu der Host-CPU 23 erzeugt werden, falls die PPP-Prüfsumme angibt, dass das gesamte Paket ohne Fehler empfangen wurde. Die Anwendung kann dann den Empfangene-Daten-Zählwert lesen und einen DMA-Transfer programmieren, um Daten von dem TCP-Puffer in einen Hauptspeicher zu übertragen.
Merkmale der Erfindung
Die folgende Erörterung beschreibt verschiedene Merkmale der Erfindung:

1. Ein Modem als eine Blockvorrichtung.
2. Latenzoptimierung basierend auf Paketparametern: a) grundlegende Paketende-Optimierung, b) Optimierung basierend auf einem IP-TOS-Flag, c) Optimierung basierend auf UDP/TCP-Tornummern, d) Optimierung basierend auf einem TCP-Zustand und e) Latenztabelle.
3. Ein Modem als eine vollständige Internetzugriffsvorrichtung: a) Teilstapellösungen: i) PPP/IP, ii) PPP/IP/ICMP und iii) PPP/IP/ICMP/UDP; und b) vollständige Stapellösungen (PPP/IP/ICMP/UDP/ TCP).
4. Verbesserte Sicherheit und HTML-Filterung bei einem internetfähigen Modem.

Die folgende Erörterung beschreibt die obigen Merkmale detaillierter.
Ein Modem als eine Blockvorrichtung
Abhängig von den Netzwerkschichten, die bei der Modemhardware enthalten sind, werden unterschiedliche Datenformate zu dem Modemuntersystem gesendet. Bei irgendeiner der Implementierungen jedoch können DMA-Transfers verwendet werden, um einen CPU-Mehraufwand zu optimieren, der für die Transfers erforderlich ist.
Für die folgende Erörterung nehme man Bezug auf 4. Bei der Implementierung, bei der der gesamte Netzwerkstapel 40 bei der Modemkarte 41 enthalten ist, müssen lediglich die Daten der Anwendung 42 übertragen werden. Softwareanwendungen 44 kommunizieren mit der Modemkarte über eine Sockel-API 43.
Zumindest kann lediglich PPP zu dem Modem hinzugefügt werden. Die Funktion von PPP besteht darin, IP-Pakete (Blöcke von Daten) in einen seriellen Strom zu transformieren, so dass derselbe über eine serielle Vorrichtung (siehe 5) transportiert werden kann. Das PPP-Protokoll ist ferner für ein Verhandeln der Parameter verantwortlich, die verwendet werden, um Daten über die serielle Verbindung zu übertragen (z. B. Komprimierungsschemata und verkapselte Bytes). Wenn die PPP-Funktion 50 innerhalb des Modems durchgeführt wird, ist die Kommunikation zwischen dem Modem und der IP-Protokollstapelsoftware auf eine Weise wirksam, die dieser ähnlich ist, in der ein IP-Stapel mit einer Ethernet-Karte kommuniziert.
Wie bei einer Ethernet-Karte werden Pakete von dem IP-Protokollstapel zu dem Vorrichtungstreiber versandt. In dem Fall des Modems ist der Vorrichtungstreiber ein einfaches Schnittstellenbildungssoftwareprogramm, das Datenblöcke zu und von dem Modem und dem Host-Computer überträgt. Man vergleiche die Architektur des Modems von 6a des Stands der Technik mit dieser eines Modems gemäß der Erfindung, wie es in 6b gezeigt ist.
Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht alle der oben beschriebenen Effizienzvorzüge und ist eine attraktive Lösung, weil dasselbe durch ein Hinzufügen lediglich einer minimalen Menge an zusätzlicher Logik zu bestehenden Modemchipsätzen implementiert werden kann und weil dasselbe nur 512 Byte Speicher zu einer Unterstützung benötigt. Dies macht dasselbe sehr kostengünstig zu irgendeinem bestehenden Modem hinzuzufügen.
Latenzoptimierung
Herkömmliche Modems weisen keine Kenntnis des Datentyps auf, den dieselben tragen, und die Protokolle derselben sind für Schnittstellen auf Basis interaktiver Schriftzeichen optimiert. Die herkömmlichen Modemprotokolle weisen eine eingebaute Verzögerung von 50 ms vor einem Senden von Informationen auf. Diese Verzögerung liegt vor, weil das Modem keine Ahnung davon hat, wo die Daten aufhören und anfangen, so dass dasselbe wartet, bis dasselbe weiß, dass keine Daten mehr gesendet werden.
Bei der Beliebtheit des Internet werden beinahe alle Modems heute verwendet, um eine Verbindung mit dem Internet herzustellen. Ein Verwenden dieser Kenntnis und der Informationen darüber, wann die Pakete anfangen und enden, kann helfen, Modemübertragungen zu optimieren. Diese Optimierung kann die Menge an Zeit reduzieren, die benötigt wird, um ein Internetprotokollpaket von einem Modem zu einem anderen zu bewegen, durch ein Reduzieren oder Eliminieren der Verzögerung von 50 ms, die in die Modemprotokolle eingebaut ist. Dieses Merkmal der Erfindung kann unter Verwendung unterschiedlicher Teile des Netzwerkpakets erweitert werden, um Entscheidungen dahingehend zu treffen, ob es irgendeine Verzögerung geben sollte oder wie lange dieselbe sein sollte, bevor das Modem ein Paket verarbeitet. Das Hardwaremodul, das diese Optimierung handhabt, ist der Paketanalysatorblock 34 (siehe 3).
Grundlegende Paketende-Optimierung
Auf der grundlegendsten Ebene könnte man die Kenntnis des Endes des PPP-Pakets verwenden, um den Modemprotokollen zu sagen, eine geringe Menge an Zeit zu warten, bevor das Paket gesendet wird (siehe 7). Bei dem herkömmlichen Modemmodell würde das Modem, falls es genug Bytes gäbe, um einen Modemprotokollrahmen (wie beispielsweise V42) herzustellen, auf mehr Daten bis zu 50 ms lang warten, bevor dasselbe einen Zeitablauf feststellt und das Paket sendet. Mit einer Kenntnis des Endes des PPP-Pakets und des eingekapselten Protokolls könnte das Modem das Senden des Pakets mit dem Wissen beschleunigen, dass dasselbe ein vollständiges Paket aufweist.
Dieser Algorithmus ist für PPP-Unterprotokolle nützlich, wie beispielsweise LCP (Link Control Protocol), PAP (Password Authentication Protocol), CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol) und NCP (Network Control Protocol). Bei diesen und ähnlichen PPP-Unterprotokollen sind Pakete, die übertragen werden, dahingehend alleinstehend, dass alle Informationen innerhalb eines einzigen Pakets enthalten sind. In den meisten Fällen werden ferner, nachdem das Paket gesendet ist, keine weiteren Daten gesendet, weil die Vorrichtung auf eine Antwort von der anderen Vorrichtung wartet. Falls deshalb der Paketanalysator erfasst, dass ein PPP-Paket ein PPP-Unterprotokoll enthält, wenn derselbe das PPP-FCS-Feld erfasst, kann derselbe das Modem anweisen, lediglich 2 ms zu warten, bevor die Daten gesendet werden, anstelle der normalen 50 ms. Der Grund dafür, ein Minimum von zumindest 2 ms zu warten, besteht darin, dass bei dem Übergang zwischen der LTP-, der Authentifizierungs- und der NCP-Phase der PPP-Verhandlungen Rücken-an-Rücken-Pakete ausgesendet werden können. Es gäbe jedoch niemals mehr als zwei Rücken-an-Rücken-Pakete und das zweite Paket folgt immer unmittelbar innerhalb von 2 ms des ersten Pakets.
Eine weitere Optimierung kann durch ein Betrachten des Befehlcodes des PPP-Unterprotokollpakets auftreten. Eine beispielhafte Matrix von Befehlstypen und der entsprechenden Latenzeinstellung ist in der Tabelle 1 unten gezeigt. Tabelle 2. Matrix von Befehlstypen und entsprechender Latenzeinstellung
Optimierung basierend auf IP-Kopfblockfeldern
Optimierung basierend auf dem TOS-Feld
Für IP-, TOP- und UDP-Pakete kann eine intelligentere Entscheidung darüber, wie lange zu warten ist oder wann Pakete zu senden sind, durch ein Untersuchen des Diensttypfelds (TOS-Felds) in dem IP-Kopfblock bestimmt werden. Das TOS-Feld beschreibt die Priorität und Zuverlässigkeit, die für das Paket angefordert sind. Die Eigenschaften, die für das TOS-Feld einstellbar sind, sind Verzögerung Minimieren, Durchsatz Maximieren, Zuverlässigkeit Maximieren und Kosten Minimieren. Es kann mehr als eine der TOS-Flag-Eigenschaften zu einer Zeit gesetzt sein. Diese Informationen können verwendet werden, um variable Wartezeitverzögerungen zu setzen oder das zu senden, was sich unmittelbar in dem Modempuffer befindet.
8 zeigt, wie es möglich ist, in das TOS-Flag 80 nach einer Verzögerung-Minimieren-Eigenschaft zu suchen und diese Informationen und die Informationen darüber, wann das IP-Paket endet, zu verwenden, um den Modemprotokollen zu sagen, das Paket unmittelbar zu senden.
Optimierung basierend auf dem eingekapselten Protokoll
Eine weitere Optimierung, die basierend auf IP-Kopfblockfeldern durchgeführt werden kann, besteht darin, die Latenzeinstellung auf dem Protokollfeld zu basieren. Die meisten ICMP- und IGMP-Pakete sind in sich abgeschlossen, weshalb minimale Wartezeiten benötigt werden, nachdem dieselben gesendet sind. Nachdem der Paketanalysator bestimmt, dass das IP-Paket entweder ein IGMP- oder ICMP-Paket enthält, signalisiert derselbe dem Modemkern, das Paket unmittelbar zu senden.
Optimierung basierend auf Pakettoren
Bestimmte Arten von Internetdiensten weisen Informationsverteilungen auf, die erfordern, dass lediglich ein Paket von Daten gesendet und empfangen wird. Bei diesen Typen von Diensten ist es optimal, immer ein Paket unmittelbar zu senden, ohne auf mehr Daten zu warten. Andere Internetdienste weisen jedoch andere Paketverteilungsmuster auf, die für UDP und TCP optimiert sein können, die Hauptprotokolle, die zusätzlich zu IP verwendet werden. Beide verwenden Tore, um Dienste zu beschreiben. 9 liefert ein Beispiel dessen, wie die Torinformationen, die sowohl in UDP als auch TCP getragen sind, verwendet werden, um eine Modemlatenz zu optimieren.
Die Latenztabelle 90 enthält eine Tabelle von Toren und die Zeitdauer, die nach dem Ende des Pakets auf mehr Daten zu warten ist. Ein Beispiel eines Optimierens unter Verwendung dieses Verfahrens ist die DNS-Anwendung. Bei dieser Anwendung kann der gesamte Datenabschnitt der Nachricht ohne weiteres in ein Internetpaket passen. Falls nach einem Untersuchen des Bestimmungstors in dem UDP-Kopfblock deshalb bestimmt wird, dass dasselbe ein DNS-Paket ist, kann das Paket unmittelbar gesendet werden, weil keine weiteren Pakete kommen. Tabelle 3 unten stellt eine beispielhafte Protokoll-Tor-Latenztabelle bereit. Tabelle 3. Latenztabelle – Beispiel I
Latenzoptimierung basierend auf Paketzustand
TCP ist ein zustandsbasiertes Protokoll und bestimmte Zustände weisen gut bekannte Eigenschaften auf, die für eine Latenzoptimierung verwendet werden können. Ein Beispiel ist der Dreiwege-Quittungsaustausch (Dreiwege-Handshake), mit dem alle TCP-Verbindungen beginnen. Die ersten wenigen Pakete dieser Transaktion sind kleine Pakete, die gesendet werden müssen, bevor irgendwelche weiteren Kommunikationen stattfinden können. Die Erfindung kann die Zeit, die dieser Verbindungsprozess benötigt, merklich verbessern. Dies kann eine sehr merkliche Verbesserung sein, besonders wenn eine Software betrieben wird, die viele TCP-Verbindungen zu einer Zeit während einer Transaktion verbindet, wie beispielsweise mit einem Web-Browser.
In 10 werden Informationen von dem IP-Kopfblock (TCP-Protokolltyp) 100 und der TCP-Zustand 101 verwendet, um einen Latenzwert nachzuschlagen, der durch das Modemprotokoll an dem Ende des Pakets geleitet werden soll. Tabelle 4 unten stellt eine beispielhafte Latenztabelle unter Verwendung dieser Informationen bereit. Tabelle 4. Latenztabelle – Beispiel II

X = bedeutungslos

Die Latenztabelle
Latenztabellen sind Zustandsmaschinen, die eine Anzahl von Eingaben aufweisen, die durch Charakteristika eines Pakets ausgelöst werden. Aus diesen Eingaben erzeugt die Latenztabelle einen optimierten Latenzwert für das Modemprotokoll, wobei jedes Paket wirksam optimiert wird, wenn dasselbe das System durchläuft. Ein schematisches Blockdiagramm der Latenztabellen ist in der 11 gezeigt, in der die oben erörterten Informationen kombiniert sind.
Die IP-Latenzauflöseeinrichtung 110 nimmt die Eingaben von der IP-Unterprotokoll-Latenztabelle 111 und der IP-TOS-Feld-Latenztabelle 112 und wählt den niedrigeren der zwei Werte aus. Die TCP-Latenzauflöseeinrichtung 113 führt eine ähnliche Funktion für die Bestimmungstor-Latenztabelle 114 und die TCP-Zustand-Latenztabelle 115 durch. Die Ausgaben der IP-Latenzauflöseeinrichtung und der TCP-Latenzauflöseeinrichtung werden gemultiplext 117, um einen kombinierten Latenzwert für dasselbe zu erzeugen. (Die Multiplexauswahl ist durch das Protokollfeld in dem IP-Kopfblock bestimmt, wie es durch die IP-Unterprotokoll-Latenztabelle III syntaktisch analysiert ist.) Ein Wert wird auch durch die PPP-Latenztabelle 116 geliefert. Dieser Wert wird mit dem gemultiplexten 117 Wert der IP-Latenzauflöseeinrichtung und der TCP-Latenzauflöseeinrichtung gemultiplext. Die Multiplexauswahl für einen Multiplexer 118 ist durch das Protokollfeld in dem PPP-Kopfblock bestimmt, wie es durch die PPP-Latenztabelle 116 syntaktisch analysiert ist. Der endgültige Latenzwert wird dann zu dem Modemuntersystem gesendet.
Ein Modem als eine vollständige Internetzugriffsvorrichtung
Das erweiterte Internetmodemmodell ist ein alleinstehendes, einbettbares, höchst integriertes Kommunikationsprodukt, das beinahe eine jegliche elektronische Vorrichtung (siehe 12) internetfähig machen kann. Diese Lösung weist eine Anzahl von Vorteilen gegenüber den oben erörterten prozessorbasierten Lösungen auf. Genauer gesagt ermöglicht diese Architektur die Hinzufügung einer Internetunterstützung zu Nicht-Computer-Anwendungen, wie beispielsweise Spielkonsolen und VCRs. Dieselbe ist auch sehr nützlich für diese Vorrichtungen, die begrenzte Speicherstandflächen (Spei cher-Footprints) aufweisen und nicht die ganze Zeit eine Netzwerkunterstützung benötigen. Ein Beispiel für dies sind Vorrichtungen des Typs Palm Pilot, bei denen das einzige Mal, wenn die zusätzliche Netzwerkunterstützung benötigt wird, dann ist, wenn das Modem verwendet wird. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es nicht nötig ist, Speicherressourcen an Merkmale zu verschwenden, die nicht die ganze Zeit verwendet werden.
Verbesserte Sicherheitsvorzüge
Wie es oben angemerkt ist, besteht ein Sicherheitsvorzug eines Aufweisens eines hardwarebasierten Netzwerkstapels darin, dass lediglich diese empfangenen Pakete, die für eine vorkonfigurierte Sockelverbindung bestimmt sind, das Modemuntersystem passieren dürfen. Alle anderen Pakete werden auf der Hardwareebene herausgefiltert, wobei eine jegliche Wechselwirkung zwischen diesen Paketen und einer Software unmöglich gemacht ist. Mit der Hinzufügung der HTML-Abhörvorrichtung kann ferner eine V-Chip-ähnliche Filterung geliefert werden, die nicht ohne weiteres umgangen werden kann. Blockdiagramme der HTML-Abhörvorrichtung sind in 13 und 14 gezeigt.
In 13 wird ein Paket 138 an der TCP-Maschine 139 empfangen. Das Paket ist für einen spezifischen Sockel bestimmt. Die HTML-Paketabhörvorrichtung 144 weist eine voreingestellte Bewertung 146 auf, die auf das Paket angewandt wird, um zu bestimmen, ob das Paket in dem Empfangspaketpuffer 145 platziert werden soll.
Wie es in 14 gezeigt ist, nimmt innerhalb der HTML-Paketabhörvorrichtung der HTTP-Ansprechen-Parser 140 (die Einrichtung zum syntaktischen Analysieren eines HTTP-Ansprechens) empfangene Pakete von dem Sockel 141 und interpretiert den HTTP-Kopfblock, um zu bestimmen, ob der Dateninhalt gültige HTML-Daten enthält. Falls dem so ist, gibt derselbe den HTML-Bewertungsdecoder 142 frei, der beginnt, die HTML-Daten hinsichtlich Bewertungskennungen syntaktisch zu analysieren. Der HTML-Decoder schreibt alle empfangenen Daten zu dem Empfangspaketpuffer 145 (einschließlich des HTTP-Kopfblocks) und analysiert zu der gleichen Zeit Kennungen syntaktisch. Falls derselbe eine Bewertungskennung erfasst, vergleicht derselbe die Bewertung der Seite mit dem voreingestellten Bewertungspegel der Karte. Falls dieselbe besteht, dann wird fortgefahren, die Seite in dem Empfangspuffer zu speichern. Falls die Seite durchfällt, dann werden alle weiteren Daten unterdrückt, wird der Speicherpuffer auf den Punkt vor dem Empfangen des aktuellen Pakets rückgesetzt und wird eine Zurückweisungsnachricht in einem Speicher gespeichert. Falls die Seite keine Bewertungen an dem Kopf der Seite enthält, kann die Karte entweder konfiguriert sein, um die Seite durchzulassen oder die Seite zurückzuweisen.

Claims

Ein Modem (31), das folgende Merkmale aufweist: einen Modemkern (33); und einen Netzwerkstapel (30), der in einer Hardware eingebettet ist und die Netzwerkprotokolle ausführt, um zu ermöglichen, dass das Modem in einem elektronischen Netzwerk kommuniziert, wobei der Netzwerkstapel einen Internet-Netzwerkprotokollstapel aufweist, wobei der Netzwerkstapel Datenblöcke sendet und empfängt, wobei Netzwerkprotokolle, die bei dem Netzwerkstapel implementiert sind, irgendwelche der Protokolle umfassen, die durch PPP-, IP-, TCP- und UDP-Kommunikationsschichten benötigt werden, wobei der Netzwerkstapel Direktspeicherzugriffsoperationen für Datenübertragungen zwischen dem Netzwerkstapel und einem Speicher verwendet.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Modems (31), das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Modemkerns (33); und Einbetten eines Netzwerkstapels (30) in einer Hardware, wobei der Netzwerkstapel Netzwerkprotokolle ausführt, um zu ermöglichen, dass das Modem in einem elektronischen Netzwerk kommuniziert, wobei der Netzwerkstapel einen Internet-Netzwerkprotokollstapel aufweist, wobei der Netzwerkstapel Datenblöcke sendet und empfängt, wobei Netzwerkprotokolle, die bei dem Netzwerkstapel implementiert sind, irgendwelche der Protokolle umfassen, die durch PPP-, IP-, TCP- und UDP-Kommunikationsschichten benötigt werden, wobei der Netzwerkstapel Direktspeicherzugriffsoperationen für Datenübertragungen zwischen dem Netzwerkstapel und einem Speicher verwendet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das ferner folgenden Schritt aufweist: Durchführen eines IP- und TCP-Paket-Abhörens.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das ferner folgenden Schritt aufweist: Verwenden eines TOS-Felds in einem IP-Kopfblock, um den Betrag einer Latenz zu bestimmen, der bei der Sendung eines Pakets verwendet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das ferner folgenden Schritt aufweist: Durchführen einer Latenzoptimierung durch Prüfen eines TCP-Kopfblocks.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem alle Protokollverhandlungen durch den Netzwerkstapel auf das Modem örtlich begrenzt gehalten werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der Netzwerkstapel ein jegliches empfangenes Paket nicht beachtet, außer es ist bereits eine Sockelverbindung für dasselbe eingerichtet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das ferner folgenden Schritt aufweist: Bereitstellen einer Paketabhörvorrichtung zum Decodieren von HTML-Bewertungskennungen, wobei die Paketab hörvorrichtung lediglich diese Seiten durchlässt, die innerhalb eines voreingestellten Bewertungspegels liegen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Paketabhörvorrichtung konfiguriert ist, um unbewertete Seiten, die überhaupt keine Bewertungskennung umfassen, entweder nicht durchzulassen oder zu ermöglichen, dass die unbewerteten Seiten durchgelassen werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem ein Bewertungspegel lediglich über fest verdrahtete Einstellungen programmiert werden kann.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem Softwareanwendungen mit dem Modemkern und dem Netzwerkstapel über eine Sockel-API kommunizieren.