BRPI0613536A2 - processo para a preparação de rotas substitutas como reação rápida para uma falha de um link entre dois domìnios de roteamento - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A PREPARAçãO DE ROTAS SUBSTITUTAS COMO REAçãO RáPIDA PARA UMA FALHA DE UM LINK ENTRE DOIS DOMìNIOS DE ROTEAMENTO. A invenção refere-se a um processo para a preparação de rotas substitutas como reação rápida para uma falha de um Iink entre dois domínios de roteamento (AS1 AS2) em uma rede orientada por pacotes. Depois o reconhecimento da falha do Iink, são preparadas rotas substitutas para as rotas que foram interrompidas com isso, através da escolha local de rotas alternativas e propagação de mensagens ao longo das rotas substitutas. Para a preparação de rotas substitutas, através de um roteamento de interdomínio (R3) é verificado se, no roteamento existe uma rota substituta. No caso da não disponibilidade de uma rota substituta é transmitida uma mensagem de requisição é transmitida para, pelo menos, um roteamento de interdomínio (R2, R3) adjacente e, com isso, é requisitada a transmissão de, pelo menos, uma rota substituta. No caso da disponibilidade de uma rota substituta no roteamento de interdomínio (R2, R3) adjacente, esta rota é informada ao roteamento de interdomínio (R1) que está consultando, no contexto de uma mensagem de resposta. Deste modo, a invenção leva a uma preparação aperfeiçoada de rotas substitutas como reação para interferências em roteamento de interdomínios.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A PREPARAÇÃO DE ROTAS SUBSTITUTAS COMO REAÇÃO RÁ-PIDA PARA UMA FALHA DE UM LINK ENTRE DOIS DOMÍNIOS DE RO-TEAMENTO".

Descrição

A invenção refere-se a um processo para a preparação de rotassubstitutas como reação rápida para a falha de um link entre dois domíniosde roteamento em uma rede orientada por pacotes.

A invenção está situada no campo das tecnologias de internetou, mais especificamente, no campo do processo de roteamento em redesorientadas por pacotes, e visa a transmissão de dados sob condições detempo real.

O desenvolvimento atual provavelmente mais importante nocampo das redes é a convergência de redes de voz e de dados. Um cenárioimportante do futuro é que dados, voz e informações de vídeo são transmiti-dos através de uma rede orientada por pacotes, sendo que, as novas tecno-logias de rede desenvolvidas garantem a manutenção de características deexigências para diferentes classes de tráfego. As futuras redes para diver-sos tipos de tráfego irão trabalhar orientadas por pacotes. Atividades de de-senvolvimento atuais se referem à transmissão de informações de voz sobreredes empregadas tradicionalmente para tráfego de dados, sobretudo redesbaseadas em IP (protocolo de internet).

A fim de possibilitar comunicação de voz através de redes depacote e, em particular, de redes baseadas em IP, em uma qualidade quecorresponde à transmissão de voz através de redes transmitidas por condu-tor, os parâmetros de qualidade como, por exemplo, o retardamento de pa-cotes de dados ou a estabilidade precisam ser mantidos em limites estreitos.

Durante a transmissão de voz é de grande importância para a qualidade doserviço oferecido que, os tempos de retardamento não ultrapassem, em es-sência, valores de 150 milissegundos. A fim de obter um retardamento cor-respondentemente pequeno, é trabalhado em roteamentos e algoritmos deroteamento aperfeiçoados, que devem possibilitar um processamento maisrápido dos pacotes de dados. No caso de roteamento através de redes deIP, normalmente, é distinguido entre o roteamento de intradomínio e o rote-amento de interdomínio. No caso de transmissão de dados através da inter-net, geralmente estão envolvidas as redes - fala-se, nesse caso, também deredes parciais, de domínios ou dos denominados sistemas autônomos (doinglês Autonomous System) - de diversas operadoras de rede. As operado-ras de rede são competentes para o roteamento dentro dos domínios, quecaem em sua faixa de competência. Dentro desses domínios elas têm a li-berdade de adaptar opcionalmente a forma de procedimento no roteamentode acordo com seus próprios desejos, enquanto puderem ser mantidas ape-nas características de qualidade do serviço. De outra forma se apresenta asituação no roteamento entre diversos domínios, no qual diversas operado-ras de domínio entram em ligação entre si. O roteamento de interdomínio setorna complicado pelo fato de que, por um lado, devem ser definidos atalhosmais otimizados possíveis através de diversos domínios para o destino, poroutro lado, porém, as operadoras de domínio podem aplicar localmente es-tratégias, que influenciam um cálculo global de atalhos otimizados de acordocom critérios objetivos. Por exemplo, uma estratégia consiste em evitar do-mínios de operadoras de rede de um determinado país para o tráfego deuma origem definida. Essa estratégia, porém, em geral não é conhecida detodas as operadoras de rede com domínios, através dos quais o tráfego éroteado, isto é, uma operadora de rede precisa tomar uma decisão local-mente com referência ao domínio, para o qual ela continua a transmitir otráfego, sem dispor de informações completas sobre a rota otimizada nosentido de uma métrica. As estratégias muitas vezes também são designa-das com a expressão inglesa "Policies".

Para o roteamento entre diversos domínios são empregados osdenominados protocolos de Exterior-Gateway EGP. Na internet atualmente,em geral, é empregado o protocolo de Border-Gateway versão 4 descrito demodo mais exato no RFC (Request for Comments) 1771, (o protocolo deBorder-Gateway é, em geral, abreviado com BGP). O protocolo de Border-Gateway é um denominado protocolo de Path-Vector. Uma instância deBGP (a expressão "BGP-Speaker" encontra-se freqüentemente em literaturade língua inglesa) é informada por seu vizinho de BGP sobre possíveis rotaspara os destinos a serem alcançados através do respectivo vizinho de BGP.Com auxílio das propriedades das rotas, do mesmo modo, informadas (noinglês path attributes), a instância de BGP contém a rota otimizada, respec-tivamente, para os destinos a serem atingidos sob seu ponto de vista local.No contexto do protocolo de BGP, entre as instâncias são trocados quatrotipos de mensagens, entre as quais uma denominada mensagem de update(atualização) ou de alteração, com a qual informações da rota são propaga-das pela rede toda, e que permite a rede otimizar de modo correspondentealterações de topologia. A transmissão de mensagens de atualização levanormalmente a uma adaptação das informações de atalho em todas as ins-tâncias de BGP da rede, no sentido de um roteamento otimizado correspon-dente à informação local existente. Além disso, as chamadas mensagens deKeepalive ou de constatação de estado representam um papel, com asquais uma instância de BGP esclarece aos seus vizinhos de BGP sobre suacapacidade de funcionamento. No caso da falta dessas mensagens, os vizi-nhos de BGP partem do princípio que, o link da instância de BGP está forade funcionamento.

A propagação de informações de topologia, com auxílio do pro-tocolo de BGP tem a desvantagem que, no caso de freqüentes avisos dealteração surge uma carga considerável das mensagens propagadas pelarede para o aviso da alteração, e que a rede não converge se mensagensde alteração se seguirem rápido demais uma após a outra. Esse problemaque, a rede não converge, ou que o roteamento de interdomínio não é está-vel, foi combatido pelo chamado emprego de route-flap-damping. A idéiacom respeito a esse conceito é ocupar o aviso de uma alteração por um vi-zinho de BGP com uma sanção. Ao receber uma mensagem de alteração oparâmetro de amortecimento é aumentado e no caso de ultrapassagem deum limite pelo parâmetro de amortecimento os avisos de alteração são igno-rados. O parâmetro de amortecimento decai exponencialmente com o tem-po. Como conseqüência disso, os avisos de alteração são ignorados pelasinstâncias de BGΡ, enquanto o valor de amortecimento não tiver alcançadoo limite inferior (limite de reutilização). O processo, todavia, tem a desvanta-gem que, ele traz consigo o perigo de uma perda de ligação potencial, o quenão pode ser tolerado para o tráfego em tempo real.

Na patente EP 1453250 é descrito um emprego para completaro protocolo de BGP por meio de um processo para uma reação rápida àsfalhas de link no roteamento de interdomínios. Esse emprego prevê umapreparação de atalhos substitutos, sendo que, não é necessária nenhumapropagação antecipada de mensagens de alteração através da rede toda.Uma alteração do roteamento é realizada somente ao longo de atalhossubstitutos. Essa transposição limitada do roteamento permite uma reaçãorápida às interferências. No caso de interferências constantes (persistenterror) adicionalmente pode ser realizada uma adaptação de topologia narede por meio do protocolo de BGP.

A invenção tem a tarefa de aperfeiçoar a preparação de rotassubstitutas como reação a falhas de link no interdomínio de roteamento.

A tarefa é solucionada por um processo de acordo com a reivin-dicação 1.

A invenção visa a disponibilidade de rotas substitutas em interfe-rência do roteamento de interdomínio através de uma falha de link. Rotassubstitutas desse tipo podem ser calculadas, por exemplo, por meio de umprotocolo de EGP (exterior gateway protocol), e podem ser repreendidos emroteamentos de interdomínio. De acordo com a invenção é previsto que, a-pós a verificação da falha de um link, no caso da não existência de uma rotasubstituta, um roteamento de interdomínios direciona uma consulta a umroteamento de interdomínio adjacente.

Se pelo roteamento de interdomínio adjacente for informadauma rota substituta, essa rota pode ser empregada para um roteamento deinterdomínio, no sentido de um desvio do link que falhou. Neste caso, o ro-teamento de interdomínio é ajustado ao longo dessa rota substituta de talmodo que, os pacotes de dados, que normalmente seriam rateados pelo linkfora de funcionamento, são conduzidos ao longo da rota substituta para seudestino (por exemplo, dada por um ou vários prefixos da rede de destino).

Como falha do link, neste caso, é entendida toda e qualquer in-terferência, que interrompe a ligação ou a connectivity entre dois domíniosde roteamento (as expressões "sistema autônomo" ou "rede parcial" ou "su-brede" se encontram também na literatura) é caracterizada pelo roteamentounitário dentro dos domínios. Por exemplo, dentro de um domínio são ratea-dos pacotes por meio do protocolo de OSPF (Open shortest path first). Pelocontrário, a invenção se refere ao roteamento entre domínios (roteamentode interdomínios), sendo que, partiu-se de um processo para a preparaçãode rotas substitutas, a fim de poder reagir de forma rápida e mais estável afalhas do link entre domínios (compare com BGP alterações de topologia).

Neste caso, a falha do link é constatada por um domínio de roteamento. Is-so ocorre através de um roteamento do domínio de roteamento, que estáequipado com software de protocolo, para roteamento de interdomínio. Ro-teamentos desse tipo serão designados, a seguir, como roteamento de in-terdomínio, roteamento de EGP (EGP: exterior gateway protocol) ou instân-cias de EGP. No caso do protocolo de BGP (BGP: border gateway protocol)fala-se também de um speaker de BGP, ou de uma instância de BGP. De-pois da preparação de uma rota substituta é propagada uma mensagemsobre a queda do link, todavia não através da rede toda (como no BGP),mas somente ao longo da rota substituta. Roteamentos que recebem amensagem, ajustam seu roteamento de interdomínios para um roteamentoao longo da rota substituta. Isso ocorre, por exemplo, através da alteraçãode tabelas de roteamento, de roteamentos de interdomínios que correspon-dem aos domínios que ficam na rota substituta.

De acordo com a invenção, após a verificação da falha do link,através de roteamentos de interdomínios é verificado se, no roteamento e-xiste uma rota substituta. Se não for esse o caso, uma mensagem de requi-sição é transmitida para um roteamento de interdomínios adjacentes, com oque é requisitada a transmissão de, pelo menos, uma rota substituta. Essamensagem de requisição contém, por exemplo, uma informação sobre o linkque falhou, e sobre o destino a ser atingindo, de tal modo que, o roteamentode interdomínios que recebe a mensagem pode procurar por rotas para odestino, que evitem o link. No caso da existência de uma rota substituta noroteamento de interdomínios adjacentes esta rota é transmitida no contextode uma mensagem de resposta. No caso da existência de várias rotas subs-titutas, podem ser informadas todas ou a mais vantajosa de acordo com cri-térios apropriados (métrica, largura de banda, disponibilidade). Esse concei-to por ser expandido de tal modo que, também é transmitida uma mensa-gem de resposta, se não existir nenhuma rota substituta, a fim de informar oroteamento de interdomínios que está consultando esse resultado de suaconsulta.

Roteamentos de interdomínios adjacentes, neste caso, são rote-amentos de interdomínios que podem se comunicar entre si sem mediaçãode um outro roteamento de interdomínios. Em princípio, roteamentos de in-terdomínios adjacentes podem se encontrar no mesmo sistema autônomoou em diferentes sistemas autônomos. Eles podem ser ligados diretamenteatravés de um link ou através de outros roteamentos que não apoiam o ro-teamento de interdomínios.

A invenção expande o conceito conhecido da patente EP1453250. Rotas substitutas para um roteamento de interdomínios que evitauma falha do link, de acordo com a invenção também podem ser mantidos eempregados se, no instante do reconhecimento da interferência, elas estive-rem disponíveis somente no roteamento de interdomínios adjacente.

No caso da não disponibilidade de uma rota substituta, é apro-priado transmitir a todos os roteamentos de BGP internos, adjacentes quepodem ser contatados, mensagens de requisição (a falha do link pode levara uma falta de contato de um roteamento de EGP adjacente).

Uma vez que, em uma reação a uma interferência o fator detempo representa um papel importante, essa reação não deveria ser muitoretardada devido à espera da comunicação de uma rota substituta. Por isso,de acordo com um aperfeiçoamento é sugerido introduzir um cronômetro outimer, e no termino do timer considerar só até ali as rotas substitutas queentraram. Por exemplo, após o término do timer, das rotas substitutas co-municadas pode ser escolhida a mais vantajosa de acordo com critérioscomo, por exemplo, métrica e disponibilidade. Uma outra forma de procedi-mento é empregar a rota substituta comunicada dentro do tempo de opera-ção do timer, a fim de minimizar o retardamento causado pela falha do link.

Caso dentro do tempo de operação do timer não seja reconhecida nenhumarota substituta através de roteamentos de EGP adjacentes, uma reação deinterferência pode ser realizada de acordo com o protocolo de EGP empre-gado, por exemplo, uma adaptação de topologia, por meio do protocolo de BGP.

A invenção também compreende um roteamento, que está equi-pado para uma comunicação com outros roteamentos, por meio de um pro-tocolo de EGP (roteamento de EGP) e adicionalmente apresenta meios paraa realização do processo de acordo com a invenção (em particular, paratransmissão/ recebimento/ avaliação de mensagens de requisição e de res-posta). Esses meios podem compreender tanto meios de hardware (CPU,ASIC), como também meios de software (roteamentos de computador, pro-tocolos de comunicação).

A seguir, o objeto da invenção será esclarecido em mais deta-lhes, no contexto de um exemplo de execução com auxílio de figuras. Sãomostradas:

Fig. 1 reação de acordo com o protocolo de BGP durante a fa-lha do link com roteamento de interdomínio de BGP,

Fig. 2 reação a uma falha do link através da preparação deuma rota substituta,

Fig. 3 configuração de rede com roteamentos de interdomíniode BGP,

Fig. 4 troca de mensagens para a comunicação de rotas subs-titutas.

Por meio das figuras 1 e 2 será esclarecido o conceito do em-prego de rotas substitutas no roteamento de interdomínios, como tambémestá descrito na patente EP 1453250. Neste caso, parte-se do emprego doprotocolo de BGP como protocolo de EGP.A fig. 1 mostra onze sistemas autônomos ou domínios de rotea-mento AS-1 a AS-11, bem como, links que conectam os sistemas autôno-mos entre si. Os sistemas autônomos se comunicam entre si com auxílio doprotocolo de BGP, sendo que, roteamentos individuais dos sistemas autô-nomos são equipados com correspondentes capacidades de protocolo. Nes-te caso, fala-se de speakers de BGP ou de instâncias de BGP. Com auxíliodestas instâncias de BGP os sistemas autônomos trocam mensagens entresi, que ou confirmam o estado de arquivamento ou comunicam a alteração aser considerada para o roteamento. Na fig. 1 está indicado como, através doprotocolo de BGP, é reagido, de modo controlado, a uma falha do link. Nes-te caso, o link entre os sistemas autônomos AS-6 e AS-8 sofre uma interfe-rência. Como reação à interferência - a reação é designada através de setas- são propagadas as denominadas mensagens de update (atualização) emtoda a rede, e os onze sistemas autônomos AS-1, ..., AS-11 recebem men-sagens de atualização que eles, no sentido de uma métrica local, deixampara um novo cálculo de rotas otimizadas.

A fig. 2 mostra a mesma conexão de sistemas autônomos que afig. 1. Na fig. 2 está representada uma reação rápida, que prepara uma rotasubstituta para uma falha do link entre os sistemas autônomos AS-6 e AS-8.São enviadas mensagens para os sistemas autônomos que estão em rotassubstitutas para rotas que conduzem através do link que falhou. O sistemaautônomo AS-8 envia mensagens sobre a falha do link para o sistema autô-nomo AS-7, este, por sua vez, para o sistema autônomo AS-5. Uma vezque, através dos sistemas autônomos AS-7 e AS-5, o sistema autônomoAS-8 pode alcançar todos os sistemas autônomos na metade direita da figu-ra, isto é, os sistemas autônomos de AS-1 até AS-4 e AS-6, a mensagemsobre a falha do link recebida pelo sistema autônomo AS-8 não precisa con-tinuar a ser propagada pelo sistema autônomo AS-5. De modo análogo, osistema autônomo AS-6 transmite uma mensagem para o sistema autôno-mo AS-5. Este sistema informa, em seguida, o sistema autônomo AS-7.Neste caso, os sistemas autônomos afetados pela falha do link, com isso,são os sistemas autônomos de AS-5 a AS-8, que preparam e identificamrotas substitutas para rotas que conduzem através do link que falhou. Aocontrário da reação mostrada na fig.1, por meio do protocolo de BGP nãoprecisa ser propagada nenhuma mensagem através da rede toda. Na figuraos sistemas autônomos de AS-1 a AS-4 e de AS-9 a AS-11 não recebemnenhuma mensagem sobre a falha do link, e não precisam realizar nenhumaadaptação.

Na fig. 3 está indicada uma topologia de internet. Neste caso, asnuvens representam sistemas autônomos (AS), isto é, AS-1, AS-2 e AS-3.Esta topologia de internet pode ser vista como recorte das figuras 1 e 2(sendo que, na fig. 1 e na fig. 2 deveria ser completada uma ligação entre ossistemas autônomos AS-1 e AS-2). Estes sistemas autônomos trocam suasinformações de acessibilidade (roteamentos) por meio do protocolo de Bor-der Gateway. Os roteamentos R1, R2 e R3 nos sistemas autônomos sãoroteamentos de BGP, isto é, eles podem se comunicar com outras instân-cias de BGP por meio do protocolo de BGP. Se agora, como representadona ilustração 1, a ligação entre os sistemas autônomos AS-1 e AS-3 falhar,então precisa ser encontrado um novo roteamento para o sistema autônomoAS-3 para produzir a conexão de novo.

O cenário é descrito sob o ponto de vista do sistema autônomoAS-1. Neste caso, o roteamento R3 em AS-1, que verifica, em primeiro lu-gar, a falha do link, não conhece nenhum roteamento alternativo para o sis-tema autônomo AS-3. Em contrapartida, o roteamento R2 em AS-1 conheceum roteamento através do sistema autônomo AS-2 para o sistema autôno-mo AS-3. O comportamento de BGP padronizado iria propagar a não dispo-nibilidade, e a internet global precisaria ser informada sobre a falha. Com omecanismo aqui apresentado o roteamento R3 em AS-1 pode consultarseus roteamentos adjacentes R1 e R2 em AS-1, se eles conhecem um rote-amento alternativo.

Consultas deste tipo estão indicadas na fig 4 através de setas.Neste caso, os atalhos substitutos são designados como FaSRo-Path (FastScoped Rerouting Path). Como mostrado na fig. 4, pode ser consultada umamultiplicidade de roteamentos de BGP adjacentes para encontrar um atalhosubstituto (na fig. 4, de R1 a Rn). Além disso, é mostrado que uma mensa-gens de resposta (reply for FaSRo-Path) é transmitida de volta por um rote-amento de BGP R4 (não mostrado na fig. 3). Esta resposta ocorre dentro deum intervalo de tempo máximo, durante o qual são consideradas respostas(reply interval). Por isto, o roteamento de BGP R1 irá realizar um roteamentocorrespondente a esta rota substituta. Se dentro do reply interval não viernenhuma resposta dos roteamentos, então o BGP iria usar seu mecanismoinerente e propagar a alteração na internet global. Como descrito na PatenteEP 1453250, o mecanismo de BGP também pode ser usado de modo com-plementar, se o link estiver falhado de modo constante (persistent error).

Claims (6)

1. Processo para a preparação de rotas substitutas como reaçãorápida para a falha de um link entre dois domínios de roteamento (AS1,AS2) em uma rede orientada por pacotes no qual- através de um dos domínios de roteamento (AS1) é verificadaa falha do link,- para, pelo menos, uma rota para um objetivo, que conduz atra-vés do link em falha, é providenciada, pelo menos, uma rota substituta parao objetivo pelo fato de que,- os domínios de roteamento (AS2, AS3) que estão na rotasubstituta são informados e- os domínios de roteamento (AS2, AS3) informados, que ficamna rota substituta ajustam seu roteamento de interdomínio correspondentede um roteamento para um objetivo ao longo da rota substituta, até que to-dos os domínios de roteamento (AS2, AS3) na rota substituta tenham ajus-tado seu roteamento de interdomínio correspondente a um roteamento narota substituta para o objetivo, caracterizado pelo fato de que,- a falha é verificada por um roteamento de interdomínio (R3),- através de um roteamento de interdomínio (R3) é verificado seno roteamento está arquivada uma rota substituta,- no caso da não disponibilidade de uma rota substituta no rote-amento, é transmitida uma mensagem de requisição para, pelo menos, umroteamento de interdomínio (R2, R3) adjacente e, com o que, é requisitada atransmissão de, pelo menos, uma rota substituta, e- no caso da disponibilidade de uma rota substituta no rotea-mento de interdomínio (R2, R3) adjacente, esta rota é informada ao rotea-mento de interdomínio (R1) que está consultando, no contexto de uma men-sagem de resposta.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que, a todos os roteamento de interdomínio (R2, R3) adjacentes quepodem ser contatados são transmitidas mensagens de requisição.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que,- na transmissão de, pelo menos, uma mensagem de requisiçãoé iniciado um cronômetro, e- somente antes do término do cronômetro são consideradas asrotas substitutas para um roteamento de interdomínio para o objetivo.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que,- se não for informada nenhuma rota substituta antes do términodo cronômetro, ocorre uma adaptação do roteamento de interdomínio queleva em consideração a falha do link, por meio do Border Gateway Protocol.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de que,- a mensagem de requisição contém uma informação sobre olink em falha.

6. Roteamento de interdomínios (R1), que está equipado de talmodo que pode ser realizado um processo como definido em uma das rei-vindicações de 1 a 5.