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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von
Unterbrechungen in einem Datennetzwerk mit Ringstruktur gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Datennetzwerk gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 8.
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Datennetzwerke
können
prinzipiell verschiedene Strukturen aufweisen. Eine davon ist die Ringstruktur,
bei der jeder Netzwerkknoten über
zwei sogenannte Ringports mit zwei Nachbarknoten verbunden ist.
Somit ergibt sich insgesamt ein physikalisch geschlossener Ring.
Damit einmal in das Netzwerk gesendete Datenpakete nicht endlos
kreisen, fungiert einer der Netzwerkknoten als Unterbrechungsmanager,
der die Verbindung zwischen seinen Ringports blockieren kann und
damit den physikalischen Ring unterbricht und das Netzwerk somit logisch
eine Linienform annimmt. Der Vorteil dieser Ringstruktur liegt darin,
dass im Falle einer Unterbrechung einer Datenleitung zwischen zwei
Netzwerkknoten der Unterbrechungsmanager die durch ihn herbeigeführte Blockierung
aufhebt und somit die Datenverbindung zwischen allen Netzwerkknoten
mit einer veränderten
Netzwerkstruktur wieder hergestellt ist. Die Netzwerkstruktur ist
logisch wieder linienförmig,
jedoch bilden nun andere Netzwerkknoten die Linienenden, die sogenannten
Randknoten. Derartige Ringstrukturen werden insbesondere in Automatisierungslösungen der
Industrie eingesetzt. Aufgrund seiner Fähigkeit, intern Ersatz für eine ausgefallene
Netzwerkleitung zu schalten, wird der Unterbrechungsmanager auch
Redundanzmanager genannt.
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Eine
Möglichkeit
zur Steuerung des Unterbrechungsmanagers wird in der
DE 198 10 587 A1 vorgeschlagen.
Dabei sendet der Unterbrechungsmanager Testdatenpakete über einen
Ringport und überprüft, ob diese
seinen zweiten Ringport erreichen. Ist dies nicht der Fall, so ist
davon auszugehen, dass der Ring an einer anderen Stelle unterbrochen ist.
In diesem Fall schließt
der Unterbrechungsmanager intern die Verbindung zwischen seinen
beiden Ringports. Der Nachteil einer derartigen Lösung ist jedoch,
dass der Beginn der Datenvermittlung nach Beendigung der ungewollten
Unterbrechung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen kann. Dies
führt dann
unter Umständen
dazu, dass der Unterbrechungsmanager seine Datenvermittlung bereits
unterbrochen hat, während
die Datenvermittlung durch die Netzwerkknoten an beiden Enden der
regenerierten Strecke noch nicht freigegeben ist und der Ring für diese
Zeit somit in Teilsegmente zerfallen ist. In diesem Fall können Daten
von einem Netzwerkknoten in einem Teilsegment nicht an einen Netzwerkknoten
in einem anderen Teilsegment übertragen werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zur Handhabung von Unterbrechungen in einem Datennetzwerk mit Ringstruktur
bereitzustellen, das ein Zerfallen des Rings in Teilsegmente verhindert.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass den Netzwerkknoten die Funktionalität des Unterbrechungsmanagers
dynamisch zugeordnet wird. Dynamische Zuordnung bedeutet in diesem
Fall, dass die Zuordnung, welcher Netzwerkknoten als Unterbrechungsmanager
fungiert, im laufenden Betrieb zwischen den Netzwerkknoten wechseln
kann.
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Eine
Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, dass immer ein Netzwerkknoten die Sonderfunktion des Unterbrechungsmanagers
wahrnimmt, der sich unmittelbar an einer unterbrochenen oder ehemals
unterbrochenen Netzwerk-Ringleitung
befindet. Es ist insbesondere vorteilhaft, dass das Netzwerk nur
nach dem Ausfall einer Netzwerk-Ringleitung rekonfiguriert wird.
Die Erfindung eignet sich inbesondere zur Anwendung in einem Ethernet-Netzwerk.
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Wenn
ein Netzwerkknoten die Unterbrechung einer an einem seiner Ringports
angeschlossenen Leitung feststellt, signalisiert er dies durch Aussendung
eines sogenannten Anforderungspakets an das Netzwerk. Die Wiederherstellung
dieser Leitung signalisiert der Netzwerkknoten durch Aussendung
eines sogenannten Regenerierungspakets an das Netzwerk.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind den Patentansprüchen
4 bis 7 zu entnehmen.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens eignet sich ein Datennetzwerk, insbesondere ein Ethernet-Netzwerk,
mit Ringstruktur mit mindestens zwei Netzwerkknoten, wobei mindestens
ein Netzwerkknoten als Unterbrechungsmanager die Ringstruktur unterbricht,
wobei den Netzwerkknoten die Funktion des Unterbrechungsmanagers
dynamisch zuweisbar ist.
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Die
Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Dabei zeigen
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1a bis 1d ein
Ethernet-Netzwerk mit Ringstruktur in verschiedenen Phasen der Durchführung des
Verfahrens bei einer unterbrochenen Ringleitung und
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2a und 2b ein
Ethernet-Netzwerk mit Ringstruktur in verschiedenen Phasen der Durchführung des
Verfahrens bei zwei unterbrochenen Ringleitungen.
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Anhand
der Figuren wird das Verfahren zur Handhabung von Unterbrechungen
in einem Ethernet-Netzwerk mit Ringstruktur näher erläutert. Das Netzwerk besteht
aus mindestens zwei Netzwerkknoten, wobei mindestens ein Netzwerkknoten
als Unterbrechungsmanager die Ringstruktur unterbricht. Das beispielhaft
vorgestellte Verfahren besteht darin, dass ein Randknoten 1 eine
Unterbrechung einer direkt angeschlossenen Netzwerk-Ringleitung 12 erkennt
und die Unterbrechung mit Hilfe eines Anforderungspakets an das
restliche Netzwerk oder Netzwerksegment signalisiert. Ein Netzwerkknoten 2–6 löscht beim
Empfang des Anforderungspakets seine Adresstabelle, ein eventuell
im Netzwerk oder im Netzwerksegment vorhandener Unterbrechungsmanager 5 gibt
auf das Anforderungspaket hin seine Sonderfunktion auf und wird
zu einem regulären
Netzwerkknoten. Die beiden Randknoten 1, 2 des
Netzwerks oder Netzwerksegments handeln aus, welcher von ihnen zum
neuen Unterbrechungsmanager wird, worauf dieser Randknoten 1 die
Funktionalität
des Unterbrechungsmanagers übernimmt. Ein
Randknoten 1, 2 detektiert die Regenerierung der direkt
angeschlossenen Netzwerk-Ringleitung 12 und
signalisiert diese Regenerierung durch Aussendung eines Regenerierungspaketes
an das bisher erreichbare Netzwerk oder Netzwerksegment. Bei Empfang
des Regenerierungspaketes versendet ein Randknoten 2, 1 ein
Anforderungspaket, um die Vergabe der Funktion des Unterbrechungsmanagers auszuhandeln.
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1a zeigt
ein Netzwerk mit Ringstruktur im Normalzustand. Dabei sind die Netzwerkknoten 1 bis 6 mittels
der Ringleitungen 12, 23, 34, 45, 56 und 61 zu
einem Ring verbunden. Im vollständig
geschlossenen Ring ist der Datenverkehr durch den Unterbre chungsmanager,
in diesem Fall Netzwerkknoten 5, unterbrochen, um ein unaufhörliches
Kreisen der Daten in dem Ring zu verhindern. Welcher Netzwerkknoten
zu Beginn den Unterbrechungsmanager bildet, kann beispielsweise
von einem Benutzer vorgegeben werden.
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In 1b ist
die Verbindung 12 zwischen den Netzwerkknoten 1 und 2 unterbrochen.
Da die Netzwerkknoten 1 und 2 nicht mehr über beide
ihrer Ringports mit dem Netzwerk verbunden sind und somit die Enden
eines logisch linienförmigen
Netzwerkes bilden, werden sie als Randknoten bezeichnet. Netzwerkknoten 1 stellt
die Unterbrechung der Ringleitung 12 fest und sendet über die
Ringleitung 61 ein Anforderungspaket in das Netzwerk. Das
Anforderungspaket wird von allen Netzwerkknoten gelesen, die daraufhin
die dynamischen Einträge
ihrer Adresstabellen löschen.
Netzwerkknoten 5 gibt zusätzlich seine Sonderfunktion
als Unterbrechungsmanager auf und leitet dann das Anforderungspaket über die Leitung 45 weiter.
Analog sendet auch Netzwerkknoten 2 nach Feststellung der
Unterbrechung auf Leitung 12 ein Anforderungspaket über die
Leitung 23 in das Netzwerk.
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Durch
die Freigabe des Datenverkehrs auf dem Ring durch Netzwerkknoten 5 können die
beiden Netzwerkknoten 1 und 2 über den Ring miteinander kommunizieren.
So verständigen
sie sich auch darüber,
wer die Funktion des Unterbrechungsmanagers übernimmt. Beispielsweise kann
beim Aushandeln des Unterbrechungsmanagers die Ethernet-MAC-Adresse
der beteiligten Netzwerkknoten 1 und 2 herangezogen
werden. In einer bevorzugten Ausführungsform übernimmt der Netzwerkknoten
mit der höheren
Ethernet-MAC-Adresse die Funktion des Unterbrechungsmanagers. Im
vorliegenden Beispiel ist dies Netzwerkknoten 1, so dass
sich die in 1c dargestellte Struktur ergibt.
Wird, wie in 1d dargestellt, die Unterbrechung
auf der Ringleitung 12 beseitigt, so wird dies von den
Netzwerkknoten 1 und 2 detektiert, woraufhin diese
dies signalisieren, indem sie jeweils ein Regenerierungspaket über die
Datenleitungen 61 bzw. 23 verschicken. Diese Pakete
erreichen über
das Netzwerk die Netzwerkknoten 2 bzw. 1, die
daraufhin jeweils ein Anforderungspaket versenden, um die Verteilung
der Funktion des Unterbrechungsmanagers erneut auszuhandeln. Dies
ist insbesondere dann notwendig, wenn mehrere Ringleitungen eines
Netzwerks unterbrochen sind.
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Im
vorliegenden Beispiel bleibt Netzwerkknoten 1 auch weiterhin
der Unterbrechungsmanager im vollständig regenerierten Ring und
läßt die Verbindung
zwischen seinen beiden Ringports blockiert, um die notwendige Unterbrechung
der Ringstruktur zu erreichen.
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Durch
die Wiederherstellung der Netzwerkverbindung 12 ändert sich
der Datenverkehr im Ring nicht, weshalb auch keine erneute Rekonfiguration des
Netzwerkes notwendig ist. Der Ring wird also nur nach dem Ausfall
einer Netzwerk-Ringleitung rekonfiguriert.
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Es
wird außerdem
deutlich, dass immer ein Netzwerkknoten die Sonderfunktion des Unterbrechungsmanagers
wahrnimmt, der sich unmittelbar an einer unterbrochenen oder ehemals
unterbrochenen Netzwerk-Ringleitung befindet. Dies ist nur dann nicht
der Fall, wenn seit Inbetriebnahme noch keine Leitungsstörung aufgetreten
ist. Dann erfolgt die Zuordnung der Sonderfunktion an den Netzwerkknoten mit
der höchsten
Ethernet-MAC-Adresse
oder anhand der Vorgabe eines Benutzers.
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In
einem weiteren Fallbeispiel soll von dem in 1c dargestellten
Zustand ausgegangen werden, bei dem die Ringleitung 12 unterbrochen
ist und dem Netzwerkknoten 1 die Funktion des Unterbrechungsmanagers
zugeordnet wurde. In dieser Situation wird auch die Ringleitung 45 unterbrochen.
Daraufhin sendet der Netzwerkknoten 5 ein Anforderungspaket über die
Ringleitung 56, das vom Netzwerkknoten 1 empfangen
und interpretiert wird, woraufhin die Netzwerkknoten 1 und 5 aushandeln,
welcher von ihnen die Funktion des Unterbrechungsmanagers übernimmt.
Im vorliegenden Beispiel ist dies Netzwerkknoten 1. Analog
sendet auch Netzwerkknoten 4 ein Anforderungspaket und
verständigt
sich mit Netzwerkknoten 2 darauf, dass Netzwerkknoten 4 zum Unterbrechungsmanager
wird. Dieser Zustand ist in 2a dargestellt.
Der Ring ist also in zwei Teilsegmente zerfallen, wobei in jedem
dieser Segmente ein Netzwerkknoten die Aufgabe des Unterbrechungsmanagers übernimmt.
Wie bereits im vorangegangenen Beispiel wird auch hier bei jedem
Netzwerkknoten, der das Anforderungspaket erhält, die Adresstabelle gelöscht, um
diese in der Folge entsprechend der aktuellen Netzwerkkonfiguration
neu aufzubauen.
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Wird
die Ringleitung 45 wieder hergestellt, so sendet Netzwerkknoten 5 ein
Regenerierungspaket über
Ringleitung 56 und Netzwerkknoten 4 über Ringleitung 34.
Diese Regenerierungspakete werden von den Netzwerkknoten 1 und 2 empfangen,
die daraufhin Anforderungspakete verschicken, um auszuhandeln, welcher
Netzwerkknoten die Funktion des Unterbrechungsmanagers übernimmt.
Im vorliegenden Beispiel ist dies Netzwerkknoten 1, womit
sich die in 2b dargestellte Konfiguration
ergibt.
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Die
dynamische Zuordnung der Funktionalität des Unterbrechungsmanagers
hat den Vorteil, dass der Anwender keinem Gerät eine Sonderfunktion extra
zuweisen muß.
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Außerdem erfolgt
die Rekonfigurierung des Rings nur nach dem Ausfall einer Ringstrecke
und nicht erneut, wenn der Ausfall behoben ist. Als Resultat wird
die Blockierung des Datenverkehrs auf dem Ring durch einen Netzwerkknoten
vorgenommen, der sich immer an einer unterbrochenen bzw. ehemals
unterbrochenen Ringleitung befindet und dessen Funktion nur an einen
Netzwerkknoten an einer neuen Unterbrechungsstelle übergeben
wird. Zudem kann ein weiterer Netzwerkknoten in die unterbrochene
Ringleitung eingefügt
werden, der dann sofort eine Datenverbindung zum Ring herstellen
kann.
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Die
vorstehenden Ausführungsbeispiele
dienen auschließlich
der Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens und sind insofern
nicht beschränkend.
Insbesondere kann die Anzahl und Anordnung der Netzwerkknoten sowie
der Ringleitungen oder die Anzahl und Reihenfolge der Unterbrechungen bzw.
Wiederherstellungen der Ringleitungen variieren, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen.