DE69938239T2

DE69938239T2 - Verbund-fernverbindung

Info

Publication number: DE69938239T2
Application number: DE69938239T
Authority: DE
Inventors: Philip P. Bedford CARVEY; William J. Stanford DALLY; Larry R. Norwood DENNISON
Original assignee: Avici Systems Inc
Current assignee: FutureWei Technologies Inc
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: KR20010042989A; CA2329481A1; JP2002513244A; WO1999056432A2; EP1070413B1; US7920555B2; ATE387789T1; US6359879B1; DE69938239D1; EP1070413A2; WO1999056432A3; CA2329481C; KR100655012B1; US20020051458A1; AU3564999A

Description

Hintergrund der Erfindung
Datenkommunikation zwischen Computersystemen für Anwendungen wie z. B. Internet-Surfen, E-Mail, Dateiübertragung und elektronischer Handel werden oft unter Verwendung einer Familie von Protokollen durchgeführt, die als IP (Internet Protocol) oder manchmal TCP/IP bekannt sind. Da Anwendungen, die eine beträchtliche Datenkommunikation verwenden, immer beliebter werden, steigen die Datenverkehrsanforderungen des IP-Basisnetzes (Backbone) exponentiell an. Es wird erwartet, dass IP-Router mit mehreren hundert Ports bzw. Anschlüssen, die mit einer Gesamtbandbreite von Terabits pro Sekunde arbeiten, über die nächsten Jahre erforderlich werden, um das Wachstum bei den Netzanforderungen zu tragen.
Wie in 1 veranschaulicht, ist das Internet in einer Hierarchie von Netzwerken angeordnet. Ein typischer Endverbraucher besitzt eine Arbeitsstation 22, die mit einem lokalen Netzwerk oder LAN 24 verbunden ist. Um den Benutzern des LANs zu ermöglichen, auf den Rest des Internets zuzugreifen, ist das LAN über einen Router R mit einem regionalen Netzwerk 26 verbunden, das von einem regionalen Netzwerksbetreiber (Regional Network Provider) oder RNP gewartet und betrieben wird. Die Verbindung wird oft über einen Internet Service Provider oder ISP hergestellt. Um andere Regionen zu erreichen, verbindet sich das regionale Netzwerk mit dem Basisnetzwerk 28 an einem Netzwerkzugangspunkt (Network Access Point; NAP). Die NAPs sind üblicherweise nur in Großstädten angeordnet.
Das Netzwerk besteht aus Verbindungen und Routern R. Im Basisnetz bestehen die Verbindungen üblicherweise aus faseroptischen Kommunikationskanälen, die unter Verwendung des SONET (Synchronous Optical Network)-Protokolls operieren. SONET-Verbindungen arbeiten bei einer Vielzahl von Datenraten, die OC-3 (155 Mb/s) bis OC-192 (9.9 Gb/s) reichen. Diese Verbin dungen, die manchmal Bündel bzw. Trunks genannt werden, bewegen Daten von einem Punkt zum nächsten, oft über erhebliche Distanzen.
Router verbinden eine Gruppe von Verbindungen miteinander und führen zwei Funktionen aus: Weiterleiten und Routen. Ein Datenpaket, das auf einer Verbindung eines Routers ankommt, wird weitergeleitet, indem es in Abhängigkeit seines letztlichen Zieles und des Zustands der Ausgangsverbindungen auf einer unterschiedlichen Verbindung abgesendet wird. Um die Ausgangsverbindung für ein vorgegebenes Paket zu berechnen, nimmt der Router an einem Routing-Protokoll teil, wo alle Router im Internet Informationen über die Konnektivität des Netzes austauschen und basierend auf diesen Informationen Routing-Tabellen berechnen.
In den vergangenen Jahren hat sich das Volumen des Internet-Datenverkehrs jedes Jahr vervierfacht. Gleichzeitig ist die Geschwindigkeit der optischen Verbindungen, die diese Verkehrslast tragen, mit einer geringeren Geschwindigkeit gewachsen, wobei sie sich alle drei Jahre vervierfacht hat. Um mit den Verkehrsdatenanforderungen Schritt zu halten, haben deshalb die Netze zahlreiche Verbindungen oder Bündel zwischen den Netzwerkzugangspunkten hinzugefügt, um die Bandbreite mit einer schnelleren Geschwindigkeit zu skalieren als der Anstieg der einzelnen Verbindungsbandbreite. Diese Mehrfachbündel können auf getrennten Fasern oder als getrennte Kanäle im Wellenlängen-Multiplex-Verfahren über eine einzelne Faser oder beides übertragen werden.
Das Wellenlängen-Multiplex-Verfahren (Wavelength-Division Multiplexing; WDM) ist ein Ansatz zum Erhöhen der Bandbreite zwischen NAPs durch Bündeln von mehreren Kanälen in einer einzelnen Faser. Mit diesem Ansatz ist es möglich, dass eine vorhandene Faser zwischen zwei NAPs, die ursprünglich einen einzelnen Kanal übertrug, eine Anzahl (typischerweise 20) von Kanälen derselben Übertragungsrate handhaben kann. Um dies zu erreichen, wird ein WDM-Multiplexer verwendet, um mehrere Kanäle zu kombinieren, indem jeder mit einer leicht unterschiedlichen optischen Wellenlänge oder Lichtfarbe moduliert wird. Die Kanäle, jeder bei einer unterschiedlichen Wellenlänge, werden anschließend in eine einzelne optische Faser kombiniert. An dem fernen Ende der Faser entbündelt das Heraustrennen der unterschiedlichen Lichtfarben die Kanäle. Das Aufrüsten von einer oder mehreren Fasern auf WDM resultiert in großen Zahlen von parallelen Trunks zwischen NAPs.
Der Stand der Technik "Multilink PPP: One Big Virtual WAN Pipe", von G. E. Conant, Data Communications, Band 24, Nr. 13, 21. September 1995, Seiten 85–88, ISSN: 0363–6399, offenbart das Routen von Paketen über ein WAN unter der Verwendung von logischen Leitungen, die aus mehrfachen PPP-Verbindungen bestehen.
Bekannte Router, wie z. B. die, die in dem Art. 54(3) EPÜ Dokument EP-1005745-A0 oder WO-9911033-A1 beschrieben sind, behandeln jeden der mehrfachen Trunks zwischen zwei NAPs und dadurch die beiden Router als normale Verbindungen. Jeder Trunk ist mit einem Router-Anschluss verbunden und der gesamte Verkehr wird über einen bestimmten Trunk weiter geleitet. Dies hat zwei erhebliche Nachteile: Die Komplexität der Routing-Tabelle wird erhöht und es wird schwierig, die Last über die Trunks hinweg auszugleichen. Anstatt z. B. einfach sämtlichen westwärts gerichteten Verkehr aus New York nach Chicago zu lenken, ist es bei den Routern des Standes der Technik notwendig, verschiedene Abschnitte dieses Datenverkehrs über jeden der N Trunks zwischen den beiden Städten zu leiten. Der Datenverkehr wird über diese Trunks aufgeteilt, indem ein unterschiedlicher Routing-Tabellen-Eintrag für jeden Datenverkehrsabschnitt erstellt wird, um ihn über einen bestimmten Trunk zu leiten.
Frühere Router haben ebenfalls Schwierigkeiten damit, die Last über den Satz von Trunks zwischen zwei Punkten aus zugleichen. Der Verkehr wird über diese Trunks durch die Routing-Tabelle aufgeteilt und damit durch die Zieladresse. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten kann der Verkehr an einen Satz von Zielen, die einem Trunk zugeordnet werden, größer sein als der Verkehr an einen Satz von Zielen, die einem zweiten Trunk zugeordnet sind, was zu einer Lastungleichheit zwischen den Trunks führt.
Diese beiden Probleme, die Komplexität der Routing-Tabelle und die Lastungleichheit, steigen in der Größenordnung, wenn die Anzahl von Bündeln bzw. Trunks zwischen einem Paar von Routern ansteigt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Netzwerk-Router bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Trunk- bzw. Bündelanschlüssen und eine Router-Struktur aus mehreren Knoten zur Übertragung von Datenpaketen zwischen Bündeleingangs- und -ausgangsanschlüssen bei entsprechenden Knoten, Datenpfade zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen einschließlich mehrerer Abschnitte über Knoten der Struktur aufweist, gekennzeichnet durch: einen Verbundanschluss von mehreren Ausgangsanschlüssen zu mehreren Bündeln bzw. Trunks, die als ein Verbund-Bündel zu einem gemeinsamen Ziel dienen; wobei der Verbundanschluss Anschlüsse von mehreren Knoten umfasst; und eine Ausgangsanschluss-Auswahleinrichtung an jedem Eingangsknoten, die einen Ausgangsanschluss für ein Paket von dem Verbundanschluss auswählt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Routen eines Pakets in einem Netzwerk gemäß Anspruch 14 bereit.
Der erfindungsgemäße Router überwindet die Einschränkungen der Router des Standes der Technik durch das Behandeln sämtlicher Verbindungen oder Trunks bzw. Bündel zu einem vorgegebenen Ziel als ein einzelnes Verbund-Bündel. Mit der Verbund-Bündelung würde sämtlicher westwärts gerichteter Datenver kehr, z. B. aus New York auf ein einziges Verbund-Bündel nach Chicago geleitet, anstatt in N getrennte Abschnitte aufgeteilt zu werden, jeweils einen für jeden der N Verbindungen nach Chicago.
Wenn ein westwärts gerichtetes Paket an dem New York Router ankommt, wählt das Nachschlagen in der Routing-Tabelle das Verbund-Bündel nach Chicago als Ausgangsverbindung für das Paket aus. Ein getrennter Bündelauswahlschritt nimmt dann eines der mehrfachen Bündel nach Chicago heraus, um dieses bestimmte Paket zu tragen, und das Paket wird an dieses Bündel weiter geleitet. Die Bündel-Auswahl wird durchgeführt, um die Last über die Bündel hinweg auszugleichen, wobei gleichzeitig die Paket-Reihenfolge innerhalb der einzelnen Flüsse beibehalten wird. Es kann auch durchgeführt werden, um den "nächsten" Ausgangsanschluss für ein vorgegebenes Paket auszuwählen.
Die Verwendung von Verbund-Bündeln weist drei Hauptvorteile auf. Zum Ersten vereinfacht es Routing-Tabellen dadurch, dass ermöglicht wird, dass große Gruppen von Zielen einem einzelnen Verbundausgangsanschluss zugeordnet werden, anstatt zu erfordern, dass viele kleinere Gruppen einzeln unterschiedlichen Ausgangsanschlüssen zugeordnet werden. Zum Zweiten macht es das Verbund-Bündeln einfacher, die Last über mehrfache Bündel hinweg auszugleichen, indem es ermöglicht wird, dass die Last dynamisch über einzelne Bündel, die ein Verbund-Bündel bilden, hinweg verschoben wird, ohne die Routing-Funktion zu verändern. Zum Letzten kann die Verbund-Bündelung eine wirksamere Verwendung von Strukturkanälen in einem direkten Strukturnetzwerk ergeben, indem das Ausgangsbündel ausgewählt wird, das dem Paket, das auf die Übertragung wartet, am nächsten ist.
Erfindungsgemäß weist ein Netzwerk-Router eine Mehrzahl von Bündelanschlüssen einschließlich eines Verbundanschlusses von mehreren Anschlüssen auf. Diese Anschlüsse stellen eine Ver bindung zu mehreren Bündeln her, die als ein Verbund-Bündel zu einem gemeinsamen Ziel dienen. Eine Router-Struktur innerhalb des Routers überträgt die Datenpakete zwischen den Bündelanschlüssen. Eine Ausgangsanschluss-Auswahleinrichtung wählt einen Ausgangsanschluss für ein Paket von einem Verbundanschluss aus. Der Router identifiziert ein Ziel von Paketen, wählt eines der mehreren Bündel aus, die ein Verbund-Bündel zu dem Ziel bilden, und leitet das Paket zu dem Ziel auf dem ausgewählten Bündel.
Vorteilhafter Weise erhält der Router die Reihenfolge von Paketen innerhalb eines Flusses aufrecht, indem die Pakete des Flusses auf einer einzelnen Strukturroute innerhalb des Routers und über ein einziges Bündel des Verbundbündels geroutet werden. Die Ausgangsanschluss-Auswahleinrichtung ist in der Lage, die Last über die Bündel eines Verbund-Bündels hinweg auszugleichen und kann sogar für eine dynamische Lastverteilung sorgen, indem die Anschlussauswahl als Reaktion auf Veränderungen bei der Last verändert wird. Die Ausgangsanschluss-Auswahleinrichtung kann Ausgangsanschlüsse bevorzugen, die geringere Distanzen auf der Router-Struktur von einem Eingangsanschluss überbrücken müssen.
Bevorzugter Weise bestimmt die Ausgangsanschluss-Auswahleinrichtung den Ausgangsanschluss durch Nachschlagen einer Tabelle. Genauer genommen ordnet eine Routing-Tabelle Zieladressen zu Verbund-Bündeln zu, und eine Weiterleitungstabelle ordnet Verbund-Bündel zu Sätzen von Routen innerhalb der Router-Struktur zu.
Die Erfindung ist insbesondere auf das Internet anwendbar, wo die Zieladressen Internet-Protokoll-Adressen sind. Die bevorzugte Router-Struktur ist ein dreidimensionaler Ring bzw. Torus.
Kurze Beschreibung der Figuren
Das Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, in denen gleiche Bezugszeichen dieselben Bestandteile über die unterschiedlichen Ansichten hinweg bezeichnen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, die Betonung liegt stattdessen auf der Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung
1 stellt das Internet dar, das als eine Hierarchie von Netzwerken angeordnet ist.
2 veranschaulicht ein Fragment eines Netzwerks, das drei Router aufweist, die durch Verbund-Bündel verbunden sind.
3 stellt einen der Router aus 2 dar.
4 veranschaulicht ein Internet-Protokoll-Paket.
5A stellt eine Routing-Tabelle des Standes der Technik innerhalb eines Internet-Routers dar.
5B stellt eine Routing-Tabelle innerhalb eines Internet-Routers dar, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
6 veranschaulicht eine Struktur-Weiterleitungstabelle, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
7 ist ein Flussdiagramm des Routing-Prozesses.
8 veranschaulicht die Hardware-Pipeline, die verwendet wird, um das Verfahren aus 7 zu verarbeiten.
9 veranschaulicht den Datenpfad-Auswahlschritt aus 7 in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
2 zeigt ein Fragment eines Netzwerks, das aus drei Routern 1–3 und einer Anzahl von Bündeln bzw. Trunks besteht. Es gibt vier Bündel 11–14, die Router 1 mit Router 2 verbinden. In einem Router des Standes der Technik würden diese Bündel als vollständig getrennte Ausgänge gehandhabt werden, wobei der Routing-Tabellen-Eintrag ein einzelnes dieser Bündel als ein Ziel spezifiziert. In solchen Routern des Standes der Technik wird kein Vorteil aus der Tatsache gezogen, dass diese Bündel ein gemeinsames Ziel besitzen. In dem vorliegenden Router jedoch werden diese vier Bündel 11–14 als ein einziges Verbund-Bündel 10 für die Routing-Zwecke behandelt. Die Figur zeigt ebenfalls zwei zusätzliche Bündel, die mit dem Router 1 verbunden sind, 31 und 32, sowie ein Verbund-Bündel 20, das aus vier Bündeln 21–24 besteht, das den Router 1 mit dem Router 3 verbindet. Nach allgemeiner Praxis ist jedes Bündel in der Figur tatsächlich ein Paar von Kommunikationskanälen, einer in jeder Richtung.
Ein Blockschaltbild eines Abschnitts des Routers 1 ist in 3 dargestellt. Wie gezeigt weist der Router eine Router-Struktur 100 und Line-Cards auf, von denen jede ein Bündel abschließt und als ein Anschluss zwischen dem Bündel und der Router-Struktur dient. Z. B. werden die Bündel 11–14 von Line-Cards 41–44 abgeschlossen. Die Figur zeigt die bevorzugte Ausführungsform, bei der die Router-Struktur ein dreidimensionales Ringverbindungsnetzwerk ist. Der einschlägige Fachmann im Router-Design wird verstehen, dass andere Struktur-Topologien, wie z. B. Crossbar bzw. Kreuzschiene, mehrstufige Netzwerke und Busse ebenfalls mit Verbundbündelung verwendet werden können.
In der bevorzugten Ausführungsform ist jeder Knoten des Verbindungsnetzwerks mit einem 3-Tupel gekennzeichnet, das seine X-, Y- bzw. Z-Koordinaten angibt. Die Figur zeigt einige, jedoch nicht alle dieser Kennzeichnungen. Jeder Knoten ist mit seinen Nachbarn in sechs Richtungen verbunden. End-Rund-Verbindungen, z. B. die (0, 0, 0) mit (0, 0, 3) verbinden, sind in der bevorzugten Ausführungsform eingeschlossen, zum Zwecke der Klarheit jedoch nicht in der Figur dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform kann das Netzwerk bis zu einem 10 × 8 × 5-Torus skaliert werden, der 400 Knoten enthält. Jede Line-Card verbindet einen Knoten der Router-Struktur. In 3 ist z. B. die Line-Card 51 mit dem Strukturknoten (0, 0, 3) vebunden.
Pakete werden zwischen den Line-Cards weiter geleitet, indem sie die Verbindungen der Router-Struktur durchqueren. Z. B. würde ein Paket, das auf Bündel 31 ankommt und sich auf Bündel 41 entfernt, am wahrscheinlichsten über die einzelne Y-Verbindung von (0, 0, 3) zu (0, 1, 3) weiter geleitet werden. Es ist jedoch auch eine 3-teilige Sprung-Route von (0, 0, 3) zu (1, 0, 3)(1, 1, 3) und (0, 1, 3) möglich. Die Einzelheiten des Weiterleitens von Paketen über die Router-Struktur hinweg ist in der anhängigen Patentanmeldung mit der Nr. 08/918,556, eingereicht am 22. August 1997 von William J. Dally, Philip P. Carvey, Larry R. Dennnison und P. Alan King beschrieben.
Wie in 4 dargestellt besteht jedes IP-(Internet Protocol) Paket aus einem Kopfsatz und einem Körper. Der Kopfsatz enthält eine Anzahl von Feldern, die einen Paket-Typ, eine Quell-IP-Adresse und -Anschluss sowie eine Ziel-IP-Adresse und -Anschluss umfassen. Die Ziel-IP-Adresse wird verwendet, um das Ausgangsbündel zu bestimmen, über das das Paket geroutet werden soll. Alle fünf dieser Felder zusammen werden verwendet, um das Paket als zu einem bestimmten Fluss von Paketen gehörig zu identifizieren. Obwohl es nicht streng durch das IP-Protokoll verlangt wird, versteht es sich im Allgemeinen, dass die Pakete innerhalb eines gegebenen Flusses in der Reihenfolge übertragen werden müssen, in der sie ankommen. Um dies zu gewährleisten, ordnet der Router die Pakete desselben Flusses demselben Pfad durch die Router-Struktur und demselben Bündel eines Verbund-Bündels zu.
Wenn ein Paket an einem Router ankommt, wird die Ziel-IP-Adresse des Pakets verwendet, um den Ausgangsanschluss in einer Routing-Tabelle nachzuschlagen, der von dem Paket zu verwenden ist. 5A zeigt eine Routing-Tabelle des Standes der Technik, bei der jede Ziel-IP-Adresse mit einem bestimmten Ausgangsbündel verknüpft ist. Ein Verfahren, das bei dem erfindungsgemäßen Router verwendet wird, bei dem eine Ziel-IP-Adresse mit entweder einem bestimmten Anschluss und Ausgangsbündel oder einem Verbundausgangsanschluss und -bündel verknüpft sein kann, ist in 5B dargestellt. Im Allgemeinen verknüpft die Routing-Tabelle Präfixe von Zieladressen mit Ausgangsbündeln, und die Tabelle wird durchsucht, um das längste Präfix zu finden, das mit der Zieladresse übereinstimmt. Siehe dazu Doeringer, Karjoth und Hassehi "Routing an Longest-Matching Prefixes", IEEE/ACM Transactions an Networking, 1(4), Februar 1996, S. 86–07. Eine Organisation dieser Routing-Tabellen und ein verwendetes Verfahren, um nach dem längsten übereinstimmenden Präfix zu suchen, ist in der anhängigen vorläufigen Patentanmeldung mit dem Titel "Application and Method for Efficient Prefix Search" von Gregory Waters, Larry Dennison, Philip Carvey und William J. Dally beschrieben, eingereicht am 5. Mai 1998 (Anwaltsaktenzeichen AV197-05p).
Nachdem ein Paket einem Ausgangsbündel, einem einzelnen Bündel oder einem Verbundbündel, zugeordnet wurde, muss noch eine Route durch den Struktur-Router von der Eingangs-Line-Card zu der Ausgangs-Line-Card bestimmt werden. Die Struktur-Route wird durch ein Nachschlagen in der Struktur-Weiterleitungstabelle bestimmt. Wie in 6 dargestellt, verknüpft die Struktur-Weiterleitungstabelle ein Quellbündel-Zielbündel-Paar mit einer Liste von möglichen Struktur-Routen zwischen der Quelle und dem Ziel. In der Praxis speichert jeder Quellknoten lediglich seinen Abschnitt der Tabelle, und so verknüpft das Nachschlagen ein Zielbündel mit einem Satz von Routen. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Tabelleneintrag und damit die Route, die zu verwenden ist, aus dem Satz von Routen ausgewählt, in dem der Flussidentifikator für das Paket zerhackt wird. Dies gewährleistet, dass alle Pakete desselben Flusses derselben Struktur-Route folgen und dadurch in der Reihenfolge verbleiben.
In dieser bevorzugten Ausführungsform löst der Nachschlageschritt der Struktur-Route von dem Zielbündel auf, welches spezifische Bündel eines Verbundbündels für ein vorgegebenes Paket zu verwenden ist. Bei der Struktur-Weiterleitungstabelle aus 6 wird z. B. ein Paket, das von Fluss 0 am Bündel 31 ankommt, und das für das Verbund-Bündel 10 bestimmt ist, einer Struktur-Route von +Y zugeordnet. Unter Bezugnahme auf 3 nimmt diese Route das Paket vom Knoten (0, 0, 3), der mit der Line-Card 51 und damit mit dem Bündel 31 verbunden ist, in der positiven Y-Richtung zu Knoten (0, 1, 3), wo das Paket über die Line-Card 41 zum Bündel 11 die Struktur verlässt. Ein zweites Paket von dem Fluss 1, das auf dem Bündel 31 ankommt und ebenfalls für das Verbund-Bündel 10 bestimmt ist, wird einer Struktur-Route von –Z, +Y, +X zugeordnet. Diese Route trägt das Paket zum Knoten (1,1,2) wo es über die Line-Card 42 zum Bündel 12 austritt. Durch Verteilen der Struktur-Routen über die einzelnen Bündel, die das Verbund-Bündel umfassen, wird der Datenverkehr gleichmäßig über das Verbund-Bündel verteilt und dadurch statisch ausgeglichen.
Der Prozess des Weiterleitens eines eingehenden Pakets wird in dem Flussdiagramm aus 7 veranschaulicht. Um die Verarbeitung zu beginnen, wird der Kopfsatz (siehe 4) aus dem Paket in dem Block 201 extrahiert und die Ziel-IP-Adresse wird aus dem Kopfsatz im Block 202 extrahiert. Als nächstes wird die Ziel-IP-Adresse verwendet, um das Ausgangsbündel (Verbund oder spezifisch) in einer Routing-Tabelle nachzuschlagen (siehe 7) in Block 203. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst dieser Schritt die Durchführung einer Suche nach der gespeicherten Routing-Tabelle, um das längste übereinstimmende Präfix der Zieladresse zu finden. In Block 204 wird ein Routenauswähler berechnet, indem der Flussidentifikator aus dem Paketkopfsatz extrahiert wird und dieser Flussidentifikator zerhackt wird, z. B. unter Verwendung einer bitweisen XOR-Operation. Wie unten beschrieben wird ein relativ großer Routenauswähler (12 Bits) in der bevorzugten Ausführungsform verwendet, um übermäßige Rundungsfehler bei der Teilung des Verkehrs auf die Routen und Bündel zu vermeiden. Schließlich werden in Block 205 der Routenauswähler und das Zielbündel verwendet, um eine Struktur-Route von der Struktur-Weiterleitungstabelle nachzuschlagen (siehe 6). Diese Struktur-Route wählt implizit das spezifische Bündel eines Verbund-Bündels aus, das als das Bündel zu verwenden ist, an dem die Route endet.
In der bevorzugten Ausführungsform wird der Weiterleitungsprozess aus 7 wie in 8 dargestellt abgearbeitet (engl. pipelined). Durch Pipelining des Prozesses ist der Router in der Lage, Pakete mit einem sehr hohen Durchsatz zu verarbeiten, indem mehrere Pakete gleichzeitig verarbeitet werden. Paketen kommen an einer Eingangsleitung 300 an. Dies könnte z. B. eine OC-48c SONET-Leitung sein. Eine Leitungsschnittstelle 301 ermittelt Daten und Takt aus der Eingangsleitung, führt eine Einrahmung bzw. ein Framing durch und extrahiert die Pakete aus dem eingehenden Datenstrom. Die Leitungsschnittstelle speichert den Körper jedes Paketes in dem Paketspeicher 304 und ordnet den Kopfsatz des Paketes zusammen mit einem Zeiger auf den Körper in einem Paket-Deskriptor an, den sie über die Leitung 302 zur nächsten Verarbeitungsstufe weiter gibt. Paket-Deskriptoren von der Leitungsschnittstelle werden von der Pipelinestufe Ausgangsbündel-Lookup 305 empfangen. Diese Stufe durchsucht eine Routing-Tabelle (siehe 5), um das längste übereinstimmende Präfix des Paketzieles zu finden. Das zu dem übereinstimmenden Präfix gehörige Ausgangsbündel (Verbund oder spezifisch) wird als Ausgang für dieses Paket ausgewählt und in dem Paket-Deskriptor aufgezeichnet. Der aktualisierte Paket-Deskriptor wird anschließend zu dem Block 307 weiter geleitet. An dieser Stufe werden die Felder Quelladresse, Zieladresse, Anschlussnummern und Pakettyp aus dem Paket-Kopfsatz extrahiert und verwendet, um einen Flussidentifikator zu bilden. Der Flussidentifikator wird anschließend durch eine XOR-Verarbeitung mehrerer 12-Bit Felder des Identifikators miteinander zerhackt, um eine Routenauswahl zu bilden. Die berechnete Routenauswahl wird in dem Paket-Deskriptor gespeichert und wird zu dem Struktur-Router weiter geleitet. Innerhalb des Struktur-Routers verwendet eine Strukturrouter-Nachschlagestufe 308 die Routenauswahl und das Ausgangsbündel, die in dem Paket-Deskriptor gespeichert sind, um eine Struktur-Weiterleitungstabelle (siehe 6) zu indizieren und die zu verwendende Route nachzuschlagen, um das Paket an den Ausgang über die Schaltstruktur weiter zu leiten. Durch die Verwendung des Zeigers, der in dem Paket-Deskriptor gespeichert ist, wird anschließend das Paket selbst aus dem Paketspeicher abgerufen und zusammen mit der Route und dem Paket-Deskriptor an die Schaltstruktur weiter geleitet. Sobald es in der Schaltstruktur angekommen ist, leitet die Route das Paket zu dem entsprechenden Ausgangsbündel.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die Strukturweiterleitungstabelle an jedem Quellknoten 4096 Einträge für jeden Zielknoten auf. Diese große Anzahl von Einträgen wird verwendet, um den Datenverkehr über mehrfache Routen und Bündel mit einem Minimum an Rundungsfehlern exakt aufzuteilen. In der Tat ergibt eine Tabelle mit 4096 Einträgen 12 Bits Genauigkeit bei der Darstellung des Bruchteils an Verkehr, der zu jeder Route und jedem Bündel geleitet wird. Man betrachtet z. B. einen Fall, wo der Verkehr zu einem Verbund-Bündel A über drei Bündel b, c und d aufzuteilen ist. Wenn für A in der Struktur-Weiterleitungstabelle eine geringe Anzahl von Einträgen vorhanden ist, wird es nicht möglich sein, den Verkehr über die drei individuellen Bündel gleichmäßig zu verteilen. Wenn z. B. 8 Einträge für A vorhanden sind, dann ist das Beste, was man machen kann, 3 Einträge für b, 3 für c und 2 für d zu allokieren. Dies ergibt eine große Ungleichheit (50%) zwischen c und d aufgrund der eingeschränkten Genauigkeit (3 Bits), die verwendet werden, um den Bruchteil 1/3 darzustellen. Andererseits kann mit 4096 Einträgen die Zuordnung 1365 Einträge für b und c und 1366 Einträge für d sein, eine Ungleichheit von weniger als 0,1%.
In einer alternativen Ausführungsform von 9 können die Schritte des Bestimmens des spezifischen Ausgangsbündels eines Verbund-Bündels, das zu verwenden ist, und des Bestimmens der Struktur-Route, um diese bestimmte Ausgangsbündel zu erreichen, durch zwei getrennte Tabellen-Nachschlageschritte durchgeführt werden. Der Flussidentifikator und das Verbund-Ausgangsbündel werden verwendet, um ein bestimmtes Ausgangsbündel bei 207 zu bestimmen. Schließlich wird die Struktur-Route bei 209 durch eine zweite Weiterleitungstabelle ausgewählt, um dieses bestimmte Ausgangsbündel zu erreichen.
In jeder Ausführungsform kann das geeignete Einstellen der Struktur-Router-Tabelle die Anzahl von Sprüngen minimieren, die ein Paket in der Routing-Struktur durchlaufen muss. Routen zu nahen Zielbündeln können mit jedem Quellknoten verknüpft werden. Z. B. trägt in 6 die erste Route von der Line-Card 51 zu dem Verbund-Bündel 10 das Paket einen Sprung zur Line-Card 41 und zum Ausgangsbündel 11. Die erste Route von der Line-Card 52 zum Verbund-Bündel 10 trägt das Paket einen Sprung zur Line-Card 43 und zum Ausgangsbündel 13. Ein besonderer Quellknoten umfasst Einträge zu Mehrfachrouten zur Lastverteilung, aber gewichtet die Anzahl von Einträgen zu jeder Route, um die kürzeste Route zu bevorzugen. Diese bevorzugte Auswahl von nahen Ausgangsbündeln für jeden Quellknoten kann ohne Bedenken bezüglich des Änderns der Reihen folge des Flusses durchgeführt werden, da die Flüsse lokal für einen einzelnen Quellknoten sind.
Wenn ein Ausgangsbündel eines Verbund-Bündels zu einem Flaschenhals wird, kann die Struktur-Weiterleitungstabelle angepasst werden, um dynamisch die Last über die Ausgangsbündel hinweg auszugleichen. Die Last kann durch Finden eines Weiterleitungstabelleneintrags ausgeglichen werden, der Pakete zu dem überlasteten Ausgangsbündel leitet und durch neues Schreiben der Route in diesem Eintrag, um die Pakete zu einem weniger belasteten Ausgangsbündel zu leiten. Durch das Anpassen von Routen und dadurch der Verteilung von Flüssen einer nach dem anderen, nähert sich die Last schrittweise der perfekten Verteilung über die Ausgangsbündel. Jede Einstellung kann vorübergehend die Pakete innerhalb der angepassten Flüsse neu anordnen. Nach der Einstellung jedoch wird die komplette Reihenfolge wieder eingehalten.
Während diese Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass vom einschlägigen Fachmann verschiedene Änderungen in Form und Einzelheiten durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Der einschlägige Fachmann wird erkennen oder in der Lage sein, unter Verwendung von nicht mehr als Routineexperimenten viele Äquivalente zu den besonderen Ausführungsform der Erfindung, die hierin spezifisch beschrieben sind, zu bestimmen.

Claims

Licht emittierender Feldeffekttransistor einschließlich einer organischen halbleitenden Schicht, die eine Elektronenaffinität EA_semicond aufweist; und einer organischen Gatedielektrikumsschicht, die eine Schnittstelle mit der halbleitenden Schicht ausformt; dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenkonzentration von Haftgruppen in der Gatedielektrikumsschicht kleiner ist als 10¹⁸ cm^–3, wobei eine Haftgruppe eine Gruppe ist, die (i) eine Elektronenaffinität EA_x größer gleich EA_semicond und/oder (ii) eine reaktive Elektronenaffinität EA_rxn größer gleich (EA_semicond – 2 eV) aufweist, die dazu in der Lage ist, Licht zu emittieren, wenn sie in einem vorgespannten Zustand betrieben wird, in dem negative Elektronen von einer Elektronen einspeisenden Elektrode in die organische halbleitende Schicht eingespeist werden, und positive Löcher von einer Löcher einspeisenden Elektrode in die organische halbleitende Schicht eingespeist werden.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 1, wobei der Transistor ein ambipolarer Feldeffekttransistor ist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei EA_semincond größer gleich 2 eV ist.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 3, wobei EA_semicond im Bereich von 2 eV bis 4 eV ist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gatedielektrikumsschicht ein organisches Isoliermaterial aufweist, und das organische Isoliermaterial keine Wiederholeinheit oder Rückstandseinheit aufweist, die eine Haftgruppe aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei das Isoliermaterial keine Wieder holeinheit oder Rückstandseinheit aufweist, die eine Gruppe aufweist, die (i) eine Elektronenaffinität EA_x größer gleich 3 eV und/oder (ii) eine reaktive Elektronenaffinität EA_rxn größer gleich 0,5 eV aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 6, wobei das Isoliermaterial keine Wiederholeinheit oder Rückstandseinheit aufweist, die ein Chinon, eine aromatische -OH, eine aliphatische -COOH, eine aromatische -SH oder eine aromatische -COOH Gruppe aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei das Isoliermaterial eine oder mehrere aus Alken-, Alkylen-, Cycloalken-, Cycloalkylen-, Siloxan-, Äthersauerstoff-, Alkyl-, Cycloalkyl-, Phenyl- und Phenylen-Gruppen ausgewählte Gruppen aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Isoliermaterial ein isolierendes Polymer aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 9, wobei das isolierende Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus substituierten und nicht substituierten Poly(siloxanen) und Copolymeren davon besteht; aus substituierten und nicht substituierten Poly(alkenen) und Copolymeren davon; aus substituierten und nicht substituierten Poly(styrolen) und Copolymeren davon; und aus substituierten und nicht substituierten Poly(oxyalkylenen) und Copolymeren davon.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 10, wobei das Gerüst des isolierenden Polymers eine Wiederholeinheit aufweist, die -Si(R)₂-O-Si(R)₂ aufweist, wobei jedes R unabhängig Methyl oder substituiertes oder nicht substituiertes Phenyl ist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das isolierende Polymer vernetzt ist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei die organische halbleitende Schicht ein halbleitendes Polymer aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die organische halbleitende Schicht ein halbleitendes Oligomer aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die organische halbleitende Schicht ein halbleitendes kleines Molekül aufweist.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektronen einspeisende Elektrode aus einem anderen Material hergestellt ist als die Löcher einspeisende Elektrode.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Elektronen einspeisende Elektrode aus demselben Material hergestellt ist wie die Löcher einspeisende Elektrode.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Oberfläche der Elektronen einspeisenden Elektrode, die in Kontakt mit der organischen halbleitenden Schicht steht, eine andere Oberflächenzusammensetzung aufweist als die Oberfläche der Löcher einspeisenden Elektrode, die in Kontakt mit der organischen halbleitenden Schicht steht.
Licht emittierender Transistor gemäß jedem vorherigen Anspruch, wobei die Elektronen einspeisenden und Löcher einspeisenden Elektroden unterschiedliche Austrittsarbeiten aufweisen.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 19, wobei die Austrittsarbeit der Löcher einspeisenden Elektrode um mehr als 0,5 eV größer ist als die der Elektronen einspeisenden Elektrode.
Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 19, wobei die Austrittsarbeit der Löcher einspeisenden Elektrode um mehr als 1,5 eV größer ist als die der Elektronen einspeisenden Elektrode.
Ambipolarer, Licht emittierender Transistor, aufweisend eine organische halbleitende Schicht wie in dem Transistor gemäß Anspruch 1, in Kontakt stehend mit einer Elektronen einspeisenden Elektrode und einer Löcher einspeisenden Elektrode, die durch einen Abstand L getrennt sind, der die Kanallänge des Transistors definiert, und in der die Zone der organischen halbleitenden Schicht, von der das Licht emittiert wird, mehr als L/10 sowohl von der Elektronen als auch der Löcher einspeisenden Elektrode entfernt angeordnet ist.
Ambipolarer, Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 22, aufweisend eine organische halbleitende Schicht, die in Kontakt steht mit einer Elektronen einspeisenden Elektrode und einer Löcher einspeisenden Elektrode, und in der die Zone der organischen halbleitenden Schicht, von der das Licht emittiert wird, mehr als 1 μm sowohl von der Elektronen als auch der Löcher einspeisenden Elektrode entfernt angeordnet ist.
Ambipolarer, Licht emittierender Transistor gemäß Anspruch 22, aufweisend eine organische halbleitende Schicht, die in Kontakt steht mit einer Elektronen einspeisenden Elektrode und einer Löcher einspeisenden Elektrode, und in der die Zone der organischen halbleitenden Schicht, von der das Licht emittiert wird, mehr als 5 μm sowohl von der Elektronen als auch der Löcher einspeisenden Elektrode entfernt angeordnet ist.
Ambipolarer, Licht emittierender Transistor gemäß jedem der Ansprüche 22 bis 24, aufweisend eine organische Gatedielektrikumsschicht, die eine Schnittstelle mit der organischen halbleitenden Schicht ausformt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenkonzentration von Haftgruppen in der Gatedielektrikumsschicht kleiner ist als 10¹⁸ cm^–3, wobei eine Haftgruppe eine Gruppe ist, die (i) eine Elektronenaffinität EA_x größer gleich EA_semicond und/oder (ii) eine reaktive Elektronenaffinität EA_rxn größer gleich (EA_semicond – 2 eV) aufweist.
Verfahren zur Vorspannung eines Licht emittierender Transistors gemäß jedem der vorherigen Ansprüche, wobei die auf eine Steuerungsgateelektrode des Transistors angewandte Vorspannung so gewählt ist, dass sie zwischen der auf die Löcher einspeisende Elektrode und der auf die Elektronen einspeisende Elektrode angewandten Vorspannung liegt.
Verfahren zum Betrieb eines Licht emittierenden Transistoren gemäß jedem vorherigen Anspruch, wobei die auf eine Steuerungsgateelektrode angewandte Vorspannung, die auf die Löcher einspeisende Elektrode angewandte Vorspannung und die auf die Elektronen einspeisende Elektrode angewandte Vorspannung eingestellt werden, um die Rekombinationszone in eine gewünschte Position entlang des Kanals des Transistors zu bewegen.
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Transistors gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 25.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt der Abgrenzung der Elektronen einspeisenden und der Löcher einspeisenden Elektroden Lochmaskenzerstäubung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt der Abgrenzung der Elektronen einspeisenden und der Löcher einspeisenden Elektroden mit Oberflächenenergie unterstütztes Drucken aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt der Abgrenzung der Elektronen einspeisenden und der Löcher einspeisenden Elektroden selbstjustierendes Drucken aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt der Abgrenzung der Elektronen einspeisenden und der Löcher einspeisenden Elektroden eine Zerstäubung in einem schiefen Winkel aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 28, wobei der Schritt der Abgrenzung der Elektronen einspeisenden und der Löcher einspeisenden Elektroden eine Unterätzung eines durch ein Photolackmuster geschützten Metallüberzugs aufweist.
Anwendung eines Licht emittierenden Transistors gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 25 wie abhängig von Anspruch 2 zur Lichtemission in einem Transistor.
Schaltung, komplementäre Schaltung, Logikschaltung oder eine Anzeigevorrichtung einschließlich eines Licht emittierenden Transistors gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 25.
Verfahren zur Herstellung einer Schaltung, einer komplementären Schaltung, oder einer Logikschaltung gemäß Anspruch 35.