DE102005005278A1 - Verfahren zum Betrieb eines Netzknoten eines Kommunikationsnetzes und Netzknoten eines Kommunikationsnetzes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines ein Routing-Verfahren aufweisenden Netzknoten eines Kommunikationsnetzes. Vor einer Konfiguration des Netzknotens durch eine Steuereinrichtung wird eine Mindestwartezeit des Netzknotens für die Berechnung von Routing-Wegen nach einer Konfigurationsänderung erhöht. Anschließend werden Konfigurationsdaten in den Netzknoten eingespielt. Danach wird diese Mindestwartezeit wieder auf einen geringeren Wert eingestellt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Netzknoten eines Kommunikationsnetzes und einen Netzknoten eines Kommunikationsnetzes.
• Kommunikationsnetze, wie beispielsweise das Internet, bestehen aus Netzknoten, die über Verbindungswege respektive Verbindungen wie elektrische Leitungen oder Lichtwelleleiter miteinander verbunden sind. Solche Netzknoten sind beispielsweise Router, Switches, Netzelemente, Gateways, Bridges oder andere Kommunikationseinrichtungen. In den Kommunikationsnetzen werden mittels Datenpaketen unter Verwendung von Protokollen, wie Routing-Protokollen, Daten in Datenpaketen übertragen. Ein derartiges Protokoll ist beispielsweise das Internet-Protokoll, kurz IP-Protokoll. In den Netzknoten werden abhängig vom verwendeten Protokoll entsprechende Routing-Algorithmen verwendet, wie Open Shortest Past First, kurz OSPF. Die Kommunikationsnetze werden oft nach dem verwendeten Protokoll bezeichnet, beispielsweise werden Netze, die das IP-Protokoll verwenden, als IP-Netze bezeichnet.
• Die Routing-Protokolle, die in den Netzknoten ablaufen, tauschen so genannte Protokoll Data Units, kurz PDUs, miteinander aus. Damit werden Informationen des Routing-Protokolls, wie Topologieinformationen, untereinander ausgetauscht. Mit Hilfe der Routing-Algorithmen bzw. Routing-Verfahren des Routing-Protokolls werden jeweils Datenwege respektive Pfade von einem Netzknoten zu einem anderen (Ziel-)Netzknoten ermittelt. Die Länge der Pfade zu einem Ziel bzw. Zielnetzknoten wird durch die Summe von so genannten Verbindungs- respektive Link- bzw. Interface-Kostenmetriken des Netzknoten bestimmt. Die Kostenmetriken bestimmen jeweils Kosten in einem Netzknoten für einen abgehenden Verbindungsweg des Netzknoten. Der Nachbarnetzknoten des kürzesten Weges bzw. Pfades zu einem Zielnetzknoten wird als so genannter Next Hop in eine Routing-Tabelle des Netzknotens für den entsprechenden Zielnetzknoten eingetragen. Werden mehrere gleich lange kürzeste Pfade ermittelt, so kann mit dem so genannten Equal Cost Multi Path Verfahren, kurz ECMP, bestimmt werden, dass Datenpakete abwechselnd über beide/alle gleich langen Pfade übertragen wird, d.h. alle Next Hop Netzknoten in die Routing-Tabelle aufgenommen werden.
• Um Verkehr, d.h. Datenpakete von einen Quell- zu einem Zielnetzknoten, von Verbindungen bzw. Strecken mit hoher Verkehrsbelastung auf weniger stark belastete Verbindungen umzuleiten wird oft vorgeschlagen, die Verbindungs-, Link- bzw. Interfacekostenmetriken der Netzknoten im Netz nicht gleich zu wählen bzw. gleich zu verteilen, sondern sie entsprechend dem Ergebnis einer viel dimensionalen Optimierung einzustellen. Das Einstellen der Kostenmetriken erfolgt in der Praxis durch Konfigurationskommandos mit denen die einzelnen Netzknoten konfiguriert werden bzw. neue Konfigurationsdaten, wie Kostenmetriken in die Netzknoten eingespielt bzw. geladen werden. Da jede Änderung einer Konfiguration, wie eine neue Kostenmetrik, an einem Netzknoten eine so genannte Updatemeldung des Routing-Protokolls erzeugen kann, die an jeden Netzknoten des Kommunikationsnetzes gesendet wird, und da jeder Netzknoten bzw. Router nach dem Empfang solcher Meldungen seinen Routing-Algorithmus zur Wegeberechnung neu startet, kommt es während der Änderung von Konfigurationsdaten, wie (Kosten-)Metriken zu Instabilitäten des Routings im Kommunikationsnetz. Hierbei können zeitweise Daten bzw. Datenpakete verloren gehen. Sollen die Netzknoten durch eine zentrale konfigurierende Komponente wie durch ein Verwaltungssystem respektive Managementsystem bzw. Network-Control-Server, kurz NCS, konfiguriert werden, dann muss die Phase der Instabilität möglichst kurz gehalten werden. Aus diesem Grunde werden Konfigurationsänderungen oft in der Nacht durchgeführt, so dass möglichst wenig Datenverkehr von den Änderungen betrof fen ist, bzw. werden bis zum heutigen Zeitpunkt die meisten Netze mit homogenen Metriken betrieben. D. h. die Kosten eines Pfades zu einem Zielnetzknoten entsprechen der Anzahl der Netzknoten zum Zielnetzknoten. Eine dynamische Anpassung der Konfiguration bzw. der Metriken der Netzelemente in einem Netz, z.B. mehrmals pro Tag, unter Vermeidung von Datenverlusten ist damit nicht ohne weiteres möglich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb von Netzknoten eines Kommunikationsnetzes zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Netzknoten mit den Merkmalen des Anspruchs 5 oder 6 gelöst.
• Vor einer Konfiguration eines Netzknotens wird eine Mindestwartezeit des Netzknoten bzw. aller oder eines Teiles der Netzknoten des Kommunikationsnetzes für die Berechnung von Routing-Wegen nach einer Konfigurationsänderung erhöht respektive die Wartezeit für die Neuberechnung von Routing-Wegen nach Empfang von Konfigurationsmeldungen, wie so genannter Link Status Meldungen, kurz LSP, anderer Netzknoten des Kommunikationsnetzes erhöht respektive die Mindestwartezeit für das Aussenden eigener Konfigurationsmeldungen an andere Netzknoten erhöht. D.h. es wird ein Verarbeiten von eingespielten oder erhaltenen bzw. die Abgabe von Konfigurationsänderungen unterdrückt. Anschließend werden neue Konfigurationsdaten in den oder die Netzknoten eingespielt respektive geladen. Nachdem diese Konfigurationsdaten erfolgreich in die zu konfigurierenden Netzelementen eingespielt wurden, wird anschließend diese Mindestwartezeit bzw. Blockierungszeit für die Verarbeitung von eingespielten bzw. von anderen Netzknoten empfangenen Konfigurationsdaten bzw. der Neuberechnung der Routing-Wege wieder auf einen geringeren Wert bzw. den ursprünglichen Wert eingestellt. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Konfigurationsänderungen, wie das einspielen neuer Metriken, durchgeführt werden können, ohne dass in jedem Netzknoten eine mehrfache Neu-Berechnung der Routing-Wege durchgeführt wird. Damit wird ein mehrfaches Re-Routing durch eine sich ändernde Routing-Tabelle unterdrückt. Somit werden Datenpaketverluste vermieden und die Stabilität des Kommunikationsnetzes erhöht. Besonders vorteilhaft lässt sich die vorliegende Erfindung für Änderung von Kostenmetriken der Netzknoten einsetzen. Vor der Einspielung neuer Kostenmetriken werden vorzugsweise in allen Netzknoten des Kommunikationsnetzes besagte Mindestwartezeiten erhöht. Anschließend neue Kostenmetriken in die zu konfigurierenden Netzelemente eingespielt und danach die Mindestwartezeiten wieder auf den ursprünglichen Wert eingestellt.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Mindestwartezeit erst nach einer Nachricht von einem Verwaltungssystem, wie einem Managementsystem oder Network Control Server, oder zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder auf einen geringeren Wert eingestellt. Dies hat den besonderen Vorteil, das in allen Netzelementen des Kommunikationsnetzes die Umstellung auf die Mindestwartezeit und damit der Beginn der Berechnungen neuer Routing-Wege bzw. Routing-Tabellen quasi gleichzeitig erfolgt, die Anpassungsphase an die neuen Konfigurationsdaten vermindert wird und somit Inkonsistenzen im Netz reduziert oder vermieden werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Dabei zeigt:
• FIG ein Kommunikationsnetz.
• Die Figur zeigt ein Kommunikationsnetz KN, beispielsweise ein IP-Netz, bestehend aus mehreren Netzknoten NE1 bis NE5, die mittels Verbindungen miteinander verbunden sind. Jeder Netzknoten hat eine Verbindung mit einem Verwaltungs- respektive Managementsystem oder Network Control Server NCS, der die Funktion einer konfigurierenden Komponente für die Netzelemente aufweist. Die Netzknoten weisen intern oder extern eine Steuerkomponente auf, wie einen Router Control Agent RCA. Die Steuerkomponente RCA steht in Verbindung mit dem Network Control Server NCS. Sie kann dem Netzknoten vorgeschaltet, integriert oder nachgeschaltet sein. Ebenso kann die Steuerkomponente RCA auch als Softwareprogramm im Netzknoten realisiert sein. Alternativ kann auch eine Steuerkomponente für mehrere Netzknoten vorgesehen sein.
• Möchte der Network Control Server NCS die Netzknoten NE1 bis NE5 seines Kommunikationsnetzes neu konfigurieren, so erhöht er in seiner Funktion als Steuereinrichtung über ein Kommando an vorzugsweise alle Netzknoten den Wert der Mindestwartezeit der Netzknoten für die Berechnung von Routing-Wegen nach einer Konfigurationsänderung bzw. die Mindestwartezeit für die Neuberechnung von Routing-Wegen nach Empfang von Konfigurationsmeldungen bzw. die Mindestwartezeit für das Aussenden eigener Konfigurationsmeldungen an andere Netzknoten. Beispielsweise durch Erhöhung des so genannten SPF-Hold-Timers in einem IP-Netz. Anschließend lädt er die Konfigurationsänderungen in die zu konfigurierenden Netzelemente. Nach Abschluß dieses Schrittes setzt er die Mindestwartezeit bzw. den SPF-Hold-Timer in den Netzelementen wieder vorzugsweise auf den ursprünglichen Wert bzw. einen für den Betrieb des Netzes vorgeschriebenen Wert.
• Die Funktion der Erhöhung der Mindestwartezeit kann auch in einer dem Netzknoten vorgelagerten oder integrierten Steuerkomponente RCA realisiert sein, die nach Empfang von Konfigurationsdaten die Mindestwartezeit erhöht, die Konfigurationsdaten lädt bzw. einspielt und anschließend wieder die Wartezeit auf den Betriebswert einstellt. Ebenso kann die Funktion auch im Netzknoten realisiert sein, beispielsweise mittels Software.
• Alternativ zur Änderung der Mindestwartezeit der genannten Funktionen kann auch eine Blockierung der Verarbeitung von Konfigurations- oder Topologieinformationen im Netzknoten angestoßen werden. Wesentlich ist, dass empfangene Daten anderer Netzelemente während der Neukonfigurierung nicht ausgewertet werden bzw. vorerst keine Datenpakete mit Konfigurationsdaten des zu konfigurierenden Netzelementes an die anderen Netzelemente abgegeben werden bzw. die Berechnung einer neuen Routing-Tabelle für die Zeit der Neukonfigurierung unterdrückt wird, bis die zu konfigurierenden Netzelemente neue Daten haben. Erst dann soll der Austausch der Konfigurationsdaten im Netz und die Neuberechnung der Routing-Wege bzw. Routing-Tabelle in den Netzelementen angestoßen werden.
• Um eine möglichst synchrone Neuberechnung zu erreichen, kann die Berechnung durch ein Kommando der Steuereinrichtung oder durch eine übermittelte Uhrzeit bzw. einen Zeitstempel, zu der die Umstellung auf die neuen Daten durch Verringerung der Mindestwartezeit durchgeführt wird, erfolgen. Ebenso können die Nachrichten mit den Konfigurationsänderungen mit einem Zeitstempel versehen sein, derart dass die Konfigurationsänderungen erst nach oder zu einem festen Zeitpunkt wirksam werden.
• Die Mindestwartezeit umfasst auch eine Mindestwartezeit zwischen zwei aufeinander folgenden Berechnungen der Routing-Wege bzw. der Routing-Tabelle im Netzknoten.
• Durch das vorübergehende Hochsetzen der Mindestwartezeiten bzw. der Timerwerte, wie dem SPF Hold Timer, werden weniger Link Status Meldungen generiert, versendet und ausgewertet und dadurch weniger häufig neue Routing-Tabellen in den Netzknoten berechnet. Da bei jeder Änderung des Routings kurzzeitig Unterbrechungen der Paketweiterleitung entstehen können und Pakete verloren gehen können oder auf Schleifen im Netz kreisen können, verringern die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Beeinträchtigung des im Netz fließenden Verkehrs beim Einspielen neuer Konfigurationen in die Netzknoten, wie das Einspielen neuer Kostenmetriken in Routern. Dadurch ist eine Erhöhung der Netzstabilität während des Einspielens neuer Kostenmetriken bei schneller wiederholter Herstellung der Funktionsfähigkeit des Netzes möglich. Somit können Kostenmetriken während des normalen Betriebes des Netzes optimiert bzw. nachoptimiert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb eines ein Routing-Verfahren aufweisenden Netzknoten eines Kommunikationsnetzes, bei dem vor einer Konfiguration des Netzknotens durch eine Steuereinrichtung eine Mindestwartezeit des Netzknoten für die Berechnung von Routing-Wegen nach einer Konfigurationsänderung erhöht wird, dann Konfigurationsdaten in den Netzknoten eingespielt werden und anschließend diese Mindestwartezeit wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Konfiguration von mehreren Netzknoten durch eine oder mehrere Steuereinrichtungen die Mindestwartezeit mindestens eines Teiles der zu konfigurierenden Netzknoten erhöht wird, dann die Konfigurationsdaten in die Netzknoten eingespielt werden und nach Einspielung der Konfigurationsdaten in die zu konfigurierenden Netzknoten die Mindestwartezeit in mindestens einen Teil der Netzknoten wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einspielen der Konfigurationsdaten in das/die Netzelemente die Mindestwartezeit erst nach einer Nachricht von einem Verwaltungssystem oder zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsnetz als Internet Protokoll Netz respektive IP-Netz ausgeführt wird, vor der Konfiguration des/der Netzknoten der Wert des SPF Hold Timer erhöht wird und nach Einspielung der Konfigurationsdaten der SPF Hold Timer wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
5. Netzknoten eines Kommunikationsnetzes umfassend Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Netzknoten eines Kommunikationsnetzes, der Mittel zum Betrieb eines Routing-Verfahren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzknoten eine interne oder externe Steuerkomponente umfasst, die Konfigurationsdaten für den Netzknoten empfängt und derart ausgestaltet ist, dass nach Empfang von Konfigurationsdaten für den Netzknoten eine Mindestwartezeit des Netzknoten für die Berechnung von Routing-Wegen nach einer Konfigurationsänderung durch die Steuerkomponente erhöht wird, dann die Konfigurationsdaten mittels der Steuerkomponente in den Netzknoten geladen werden und anschließend diese Mindestwartezeit durch die Steuerkomponente wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.
7. Netzknoten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkomponente derart ausgestaltet ist, dass nach dem Einspielen der Konfigurationsdaten in das Netzelement die Mindestwartezeit erst nach einer Nachricht durch ein Verwaltungssystem oder zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder auf einen geringeren Wert eingestellt wird.