DE102005029397A1

DE102005029397A1 - Verfahren und Einrichtungen zur Bereitstellung einer schnellen, durchgehenden Ausfallsicherung in einem paketvermittelten Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE102005029397A1
Application number: DE102005029397A
Authority: DE
Inventors: Rong-Feng Irvine Chang; Eric Lin (Changhwa), Irvine; Craig Irvine Barrack
Original assignee: Zarlink Semoconductor Inc
Current assignee: Microsemi Semiconductor ULC
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-02-16
Also published as: GB2415857B; JP2010057190A; JP2006020318A; JP4886019B2; TWI295535B; US20060002292A1; TW200620937A; GB2415857A; GB0512142D0; US7813263B2; JP4860949B2; KR20060048725A

Abstract

Es wird ein Hardware-basiertes Ausfallsicherungssystem bereitgestellt, das eine schnelle, durchgehende Wiederherstellung ermöglicht. Die Hardware-Logik erzeugt, sendet, empfängt und verarbeitet periodisch Heartbeat-Pakete, die von einem Ende des Kommunikationsnetzwerks zu einem anderen und dann zurück gesendet werden. Wenn ein Ausfall eines Kommunikationsnetzwerkknotens oder einer Kommunikationsverknüpfung entlang dem Transportweg auftritt, dann verlagert die Hardware-Logik schnell den beeinträchtigten Verkehr, der auf einen vorher festgelegten Reservetransportweg befördert wird, üblicherweise innerhalb von Mikrosekunden. Vorteile, die sich aus der schnellen, durchgehend erfolgenden Ausfallsicherung ergeben, welche die fortgesetzte Bereitstellung der beschalteten Kommunikationsdienste ermöglicht, sind die Verbesserung der Ausfallsicherheit und/oder Verfügbarkeit eines Kommunikationsnetzwerks.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf die paketvermittelte Kommunikation und insbesondere auf Verfahren und Einrichtungen zur Feststellung von Netzwerkausfällen und die Bereitstellung einer schnellen, durchgehenden Ausfallsicherung.
Hintergrund der Erfindung
Die Ausfallsicherung ist eine der am meisten gewünschten Funktionen in einem modernen Kommunikationsnetzwerk. Die Ausfallsicherungsfunktion stellt automatisch einen Ausfall einer Kommunikationsverknüpfung oder eines Kommunikations-netzwerkknotens fest, der in einem Kommunikationsnetzwerk auftritt, und schaltet den beeinträchtigten Verkehr auf alternative Wege um, die von der ausgefallenen Kommunikationsverknüpfung oder dem ausgefallenen Kommunikationsnetz-werkknoten entfernt sind. Der Prozess des Umschaltens des beeinträchtigten Verkehrs von einem Weg auf den anderen muss schnell genug erfolgen, damit Flüsse mit hoher Priorität, hoher Bandbreite oder Echtzeitflüsse vor dem Auftreten von Unterbrechungen geschützt werden.

Vorhandene Systeme, die eine Ausfallsicherung bereitstellen, beruhen entweder auf dem Layer-2 Spanning Tree Protocol, das im IEEE 802.1d-Protokoll beschrieben ist, welches durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist, und/oder Layer-3-Routing-Steuerprotokollen, wie beispielsweise – ohne auf diese beschränkt zu sein: das Border Gateway Protocol (BGP), das Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) von Cisco, Open Shortest Path First (OSPF), welche alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind. Bei Verwendung des Layer-2-Systems modifiziert das Spanning Tree Protocol immer dann dynamisch eine azyklische Menge von Kanten, die das Netzwerk aufspannt, wenn eine Kommunikationsverknüpfung und/oder ein Kommunikationsnetzwerkknoten ausfällt. Bei Layer-3 berechnen Routing-Steuerprotokolle immer dann alternative Leitwege, wenn sich die Topologie des Kommunikationsnetzwerks verändert, einschließlich durch Ausfälle von Kommunikationsverknüpfungen oder Kommunikationsnetzwerkknoten.

Jedoch bietet keines der obigen zwei Systeme eine Ausfallsicherung, die ausreichend schnell ist, damit Dienstunterbrechungen für Dienste mit hoher Priorität, hoher Bandbreite oder Echtzeitdienste verhindert werden. Die übliche Konvergenzzeit des Spanning Tree Protocol, die benötigte Zeit zur Berechnung eines neuen aufspannenden Baums, beträgt etwa 45 Sekunden. Kürzlich ist ein schnelles Spanning Tree Protocol IEEE 802. 1w, welches durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist, zur Reduzierung der erwarteten Konvergenzzeit auf 5 Sekunden für einen sehr kleinen aufspannenden Baum/Kommunikationsnetzwerk vorgeschlagen worden. Dementsprechend liegt die Konvergenzzeit für einen großen aufspannenden Baum/Kommunikationsnetzwerk noch im Bereich der Zehnersekunden, gemessen bei 5 zusätzlichen Sekunden für jeden weiteren Sprung. Die Neuberechnungen der Leitwege bei Layer-3 sind ebenso langsam.

Die verwandte Technik beinhaltet eine parallel anhängige, gemeinschaftlich abgetretene US-Patentanmeldung mit der Nummer 10/284,856 mit dem Titel „High Availability Ethernet Backplane Architecture", die am 31. Oktober 2002 von Wang et al. eingereicht wurde, und eine parallel anhängige und gemeinschaftlich abgetretene US-Patentanmeldung mit der Nummer 10/326,352 mit dem Titel „Apparatus for Link Failure Detection on High Availability Ethernet Backplane", die am 20. Dezember 2002 von Wang et al. eingereicht wurde, welche eine Teilfortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 10/284,856 ist; beide sind durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Diese verwandten parallel anhängigen und gemeinschaftlich abgetretenen US-Patentanmeldungen beschreiben die Kommunikationsnetz-werkknoten-basierte Ausfallsicherungsfunktionalität, bei welcher redundante Knoten-Platinen und redundante Switch-Fabric-Platinen [switch fabric boards] routinemäßig Integritätsüberprüfungen für angeschlossene Kommunikationsverknüpfungen derart ausführen, dass jede selbständig die Ausfallsicherung für Betriebsports auslösen kann, wenn ein Verknüpfungsausfall festgestellt wird.

Während die verwandte Technik die wünschenswerte erfinderische und effektive Kommunikationsnetzwerkknoten-basierte Sprung-für-Sprung-Ausfallsicherungsfunktionalität beschreibt, besteht eine Notwendigkeit für die Breitstellung einer schnellen, durchgehenden Ausfallsicherungsfunktionalität.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme zur Ausfallsicherung zu behandeln.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung werden Verfahren und Einrichtungen zur Verbesserung der Ausfallsicherungsleistung eines Kommunikationsnetzwerks bereitgestellt.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kommunikationsnetzwerkknoten zur Ausführung entweder der Paketvermittlung oder des Paket-Routing bei der Verarbeitung von Paketen, die wenigstens einer Kommunikationssitzung zugeordnet sind, die über ein Kommunikationsnetzwerk beschaltet wird, bereitgestellt. Zur Unterstützung der Ausfallsicherungsfunktionalität umfasst der Netzwerkknoten: einen Hardware-Klassifizierer für die Zuordnung von entweder wenigstens einem empfangenen Datenpaket oder wenigstens einem Heartbeat-Paket zu einem Verkehrsfluss entsprechend der Kommunikationssitzung; einen Hardware-Heartbeat-Prozessor zur Feststellung, dass der Verkehrsfluss durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, basierend auf den Informationen, die aus dem wenigstens einen Heartbeat-Paket abgeleitet werden; und ein Hardware-Ausfallsicherungsmodul für das Umschalten jedes Datenpakets, das dem beeinträchtigten Fluss zugeordnet ist, auf einen Ausfallsicherungstransportweg.

In Übereinstimmung mit noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines durchgehenden Ausfallsicherungsschutzes für eine überwachte Sitzung bereitgestellt, die über ein Kommunikationsnetzwerk über einen Transportweg beschaltet wird. Das Verfahren beinhaltet: Erzeugen eines Heartbeat-Anforderungspakets basierend auf den Informationen, die in den Paketkopfteilen der Pakete enthalten sind, die bezüglich der überwachten Sitzung befördert werden; Senden des Heartbeat-Anforderungspakets, das an eine Zielnetzwerkadresse adressiert ist, die in den Kopfteilen der Pakete spezifiziert ist, die bezüglich der überwachten Sitzung befördert werden; selektives Feststellen, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, der entlang dem Transportweg durch das Kommunikationsnetzwerk aufgetreten ist; und Umschalten der Datenpakete, die der beeinträchtigten, überwachten Sitzung zugeordnet sind, auf einen entsprechenden Ausfallsicherungstransportweg.

Vorteile, die sich aus der schnellen, durchgehend erfolgenden Ausfallsicherung ergeben, welche die fortgesetzte Bereitstellung der beschalteten Kommunikationsdienste ermöglicht, sind die Verbesserung der Ausfallsicherheit und/oder Verfügbarkeit eines Kommunikationsnetzwerks.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen klarer ersichtlich, bei welchen:
1 eine schematische Darstellung ist, die in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Implementierung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung die Dienste zeigt, die über einen Weg beschaltet werden, der ein Kommunikationsnetzwerk durchläuft, und einen Austausch von Heartbeat-Paketen unter normalen Bedingungen;
2 eine schematische Darstellung ist, die in Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung eine geschützte Sitzung zeigt, bei welcher ein Netzwerkausfall auftritt, wobei der Content-Transport bezüglich der geschützten Sitzung auf einen Ausfallsicherungstransportweg umgeschaltet wird;
3 eine schematische Darstellung ist, die in Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung Elemente des Vermittlungs-/Router-Netzwerkknotens zeigt, die einen beispielhaften Ausfallsicherungsmechanismus implementieren;
4 eine schematische Darstellung ist, die in Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung eine beispielhafte Architektur eines Paket-Klassifizierers zeigt;
5 ein Flussdiagramm ist, das in Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung die beispielhaften Verfahrensschritte eines vorgelagerten Kommunikationsnetzwerkknotens zeigt, der die Überwachung der geschützten Sitzung ausführt;
6 ein Flussdiagramm ist, das in Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung die beispielhaften Verfahrensschritte eines nachgelagerten Kommunikationsnetzwerkknotens zeigt, der auf Heartbeat-Anforderungen antwortet; und
7 ein Flussdiagramm ist, das in Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung die beispielhaften Verfahrensschritte eines vorgelagerten Kommunikationsnetzwerkknotens zeigt, der die Heartbeat-Antwortmitteilungen verarbeitet, die in einem Heartbeat-Paket eingekapselt sind.
Es sei angemerkt, dass in den angefügten Zeichnungen gleiche Merkmale ähnliche Bezeichnungen tragen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Übereinstimmung mit einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Hardware-basiertes Ausfallsicherungssystem bereitgestellt, das eine schnelle, durchgehende Wiederherstellung ermöglicht.
Die Architektur eines beispielhaften Kommunikationsnetzwerkknotens, der Unterstützung für die schnelle, durchgehende Ausfallsicherungsfunktionalität leistet, wird beschrieben in der parallel anhängigen und gemeinschaftlich abgetretenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/881,226 mit dem Titel „Combined Pipelined Classification und Address Search Method and Apparatus for Switching Environments", die am 30. Juni 2004 von Yik et al. eingereicht wurde, welche durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Architektur eines durchgehenden Ausfallsicherungsmechanismus eines Paketvermittlungsknotens bereitgestellt. Die schnelle Ausfallsicherung ist eine wichtige Funktion, welche versucht, die fortgesetzte Bereitstellung entscheidender, durchgehender Dienste ohne Unterbrechung wegen örtlich beschränkter Ausfälle in einem Kommunikationsnetzwerk zu garantieren.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die Hardware-Logik, die konformen Kommunikationsnetzwerkknoten zugeordnet ist, Operationen an Heartbeat-Paketen aus, um Kommunikationsnetzwerkausfälle festzustellen und eine schnelle, durchgehende Ausfallsicherung durchzuführen. Die konformen Kommunikationsnetzwerkknoten erzeugen und senden periodisch Heartbeat-Pakete vom einen Ende des Kommunikationsnetzwerks zu einem anderen und zurück, um den Betriebsstatus der Infrastruktur der Kommunikationsnetzwerkknoten zu überprüfen, die von den Paketen genutzt wird, die bezüglich der geschützten Sitzungen übermittelt werden, wenn die Pakete auf einem Transportweg durch das Kommunikationsnetzwerk befördert werden. Wenn auf dem überprüften Weg irgendwo ein Netzwerkausfall festgestellt wird, dann schaltet die Hardware-Logik ohne die Intervention eines Management-Prozessors automatisch den Verkehr, der bezüglich einer geschützten, ununterbrochenen Sitzung befördert wird, auf einen vorher festgelegten Ausfallsicherungs-Standby-Weg um. Daher wird ein durchgehender Schutz gegen Netzwerkausfälle bereitgestellt, welcher auf eine ausgefallene Infrastruktur eines Kommunikationsnetzwerks entlang dem Weg durch ein Kommunikationsnetzwerk zwischen einer Quelle und einem Ziel reagiert.
Die Überwachung einer geschützten Sitzung über Heartbeat-Pakete geht davon aus, dass die Heartbeat-Pakete und die Datenpakete, die demselben Sitzungs-Content-Fluss zugeordnet sind, einen identischen Transportweg durch das Kommunikationsnetzwerk von der Quelle zum Ziel durchlaufen. Diese Annahme ist möglicherweise im Hinblick auf Internet-Protokoll (IP)-Kommunikationsnetzwerke nicht immer gültig, welche üblicherweise mit größter Anstrengung ausgeführte [best-effort] und nicht-deterministische Pakettransportverfahren einsetzen. Zum Beispiel: Es kann eine Lastverteilung genutzt werden, bei welcher ein Router verschiedene Leitwege für Pakete mit derselben Ziel-IP-Adresse auswählen kann. Jedoch in den meisten Kommunikationsnetzwerken ist die Annahme gültig, insbesondere in einer gut gesteuerten Umgebung, wie beispielsweise ein 3G-IP- Kommunikationsnetzwerk oder ein privates Netzwerk.
1 stellt eine beispielhafte High-Level-Architektur eines beispielhaften Systems 100 dar. Ein Transportweg 102 befördert die Pakete 104 für wenigstens eine geschützte Sitzung durch das Kommunikationsnetzwerk 106. Die Pakete 104, die Kommunikationssitzungsidentifizierer tragen, werden von Host 108-A erzeugt und an Host 108-B gesendet und durchlaufen das Kommunikationsnetzwerk 106 vom Switch/Router 110-1 (SR) zum SR 110-2. Die Pakete 104, die über den Transportweg 102 transportiert werden, verlassen das Kommunikationsnetzwerk 106 bei SR 110-2 und werden über einen Verteilungsabschnitt 114 des Kommunikationsnetzwerks 106 an den Host-Knoten 108-B gesendet. Ein entsprechender Ausfallsicherungs-Standby-Weg 112 wird a priori bereitgestellt; er folgt einem anderen Leitweg im Kommunikationsnetzwerk 106, zwischen SR 110-1 und SR 110-3. Der Host 108-B hat außerdem eine Abwärtsstrecke (114), die mit SR 110-3 verbunden ist.
Während des normalen Betriebs überwacht SR 110-1 den Status der geschützten Sitzungen, die den Transportweg 102 verwenden, indem er periodisch ein Heartbeat-Paket 116 an Host 108-B sendet. Beim Empfang eines jeden Heartbeat-Pakets 116 antwortet der SR 110-2, indem er ein Heartbeat-Paket 118 zurücksendet, das sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt und für SR 110-1 bestimmt ist. In Übereinstimmung mit einer weiteren Implementierung der Erfindung können die Heartbeat-Pakete 116 über den Verteilungsabschnitt 114 des Kommunikationsnetzwerks 106 zu einer kundeneigenen Einrichtung (veranschaulicht durch Host-Knoten 108-B) befördert werden, wie beispielsweise der Router eines Kunden, welcher das beispielhafte Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert. In Übereinstimmung mit einer derartigen Implementierung wird der durchgehende Ausfallsicherungsschutz auch hinsichtlich der Ausfälle bereitgestellt, die auf dem Verteilungsabschnitt 114 des Kommunikationsnetzwerks 106 auftreten.
Es wird auf 2 Bezug genommen; wenn der SR 110-1 innerhalb eines vorher festgelegten Zeitraums kein Heartbeat-Antwortpaket 118 empfängt, dann wird bezüglich der geschützten Sitzung ein Ausfallzustand 120 festgestellt, der irgendwo entlang dem Transportweg 102 aufgetreten ist. Der SR 110-1 schaltet den gesamten Paketverkehr, der bezüglich der geschützten Sitzung befördert wird, vom Transportweg 102 auf den Ausfallsicherungsreserveweg 112 um. In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der Ausfallsicherungsreserveweg 112 normalerweise deaktiviert, damit verteilte Ressourcen im Kommunikationsnetzwerk 106 eingespart werden, in welchem Fall vor dem Umschalten des Content-Verkehrs auf den Ausfallsicherungs-Standby-Weg 112 der Ausfallsicherungs-Standby-Weg 112 aktiviert wird.
In dem Obigen wurde auf eine Zuordnung zwischen den Content-Paketen 104 und dem geschützten Transportweg 102 hingewiesen. In der Praxis ist der Paketverkehr 104 mit Identifizierern für die Kommunikationssitzung/den Paketfluss gekennzeichnet, wobei der geschützte Transportweg 102 einer Kommunikationssitzung und/oder einem Paketfluss zugeordnet ist. Die Zuordnung eines Pakets zu einer bestimmten Kommunikationssitzung/einem bestimmten Paketfluss wird durch eine Paketklassifizierer-Komponente des SR 110-1 bestimmt. Üblicherweise verwendet der Paketklassifizierer bei der Festlegung der Zuordnung jedes Pakets 104 zu einer Kommunikationssitzung/einem Paketfluss Regeln, die auf wenigstens einen Feldwert des Paketkopfteils angewendet werden, der im Kopfteil jedes Pakets 104 mitbefördert wird. Daher können die klassifizierten Pakete 104 für die zugeordnete Sitzung/Paketfluss entweder auf den geschützten Betriebstransportweg 102 oder den Ausfallsicherungsreserveweg 112 gelenkt werden, was vom Betriebszustand der Infrastruktur des Kommunikationsnetzwerks, durch welches der Transportweg 102 verläuft, abhängig ist.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Umschalten des Paketverkehrs auf den Ausfallsicherungsreserveweg 112 in Hardware ausgeführt, indem entweder die Ziel-Media-Access-Control(MAC)-Adresse [ADDR] oder sowohl die Ziel-IP-ADDR als auch die Ziel-MAC-ADDR in den Kopfteilen der Pakete verändert werden, die den geschützten Sitzungen zugeordnet sind, bei welchen einen Netzwerkausfall aufgetreten ist.
Eine beispielhafte Architektur 200 eines Ausfallsicherungsmechanismus wird in 3 dargestellt. Sie zeigt drei von den Einrichtungen des Kommunikationsnetzwerks eingesetzte primäre Module, die das beispielhafte Ausführungsbeispiel der Erfindung implementieren. Jedes Modul wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Ein Klassifizierer 202 wird eingesetzt:

– um die Heartbeat-Pakete (sowohl Anforderungen 116 als auch Antworten 118) zu identifizieren;
– um die Heartbeat-Pakete 116/118 an einen Heartbeat-Prozessor 204 weiterzuleiten; und
– um die Datenpakete 104 zu identifizieren, die zu geschützten Sitzungen/Flüssen gehören.

Der Heartbeat-Prozessor 204 wird eingesetzt:

– um die ausgehenden Heartbeat-Anforderungspakete 116 periodisch zu erzeugen;
– um die eingehenden Heartbeat-Anwortpakete 118, die vom Klassifizierer 202 identifiziert wurden, zu verarbeiten;
– um die Existenz eines Netzwerkausfalls aus den Heartbeat-Paketen 116/118 festzustellen; und
– um bei Feststellung der Existenz eines Netzwerkausfalls bezüglich einer geschützten Sitzung/eines Flusses ein Ausfallsicherungsmodul 206 über diese Feststellung zu informieren.

Ein Ausfallsicherungsmodul 206 wird eingesetzt, um Pakete, die zu einer bestimmten Sitzung/einem Fluss gehören, von einem Betriebstransportweg 102 auf einen Reservetransportweg 112 umzuschalten, indem die Netzwerkadressen in den Kopfteilen der Pakete, die der geschützten Sitzung/dem Fluss zugeordnet sind, ersetzt werden.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kategorisiert der Klassifizierer 202 die empfangenen Pakete 104/116/118 in Flüsse, indem die Feldwerte in den Paketkopfteilen entsprechend einem Satz von Hardware-instantiierten Klassifizierungsregeln angepasst werden. Mehrere Sitzungen einer Verkehrsgruppe können als zu einem einzelnen Fluss gehörig kategorisiert werden, und Pakete, die mehreren Sitzungen und Flüssen zugeordnet sind, können auf einem bestimmten Transportweg 102 befördert werden. Eine beispielhafte Implementierung des Klassifizierers 202 wird in der oben genannten prioritären US-Patenanmeldung 10/881,226 dargelegt. Weitere beispielhafte Implementierungen sind: die Verwendung des Ternary Content Addressable Memory (TCAM), die Verwendung einer Mikroablaufsteuerung oder die Verwendung einer Hardware-Zustandsmaschine. Wenn ein empfangenes Paket 104/116/118 einer Klassifizierungsregel 208 entspricht, wird das Paket 104/116/118 einer Sitzung/einem Fluss zugeordnet und ihm wird eine entsprechende Sitzungs-/Fluss-ID 210 zugewiesen. Ein Fluss ist eine Sammlung von Paketen, welche alle derselben Klassifizierungsregel 208 entsprechen, worunter zu verstehen ist, dass die Pakete zu einer Sitzungs- oder Verkehrsgruppe gehören. Die Fluss-ID 210 wird dann verwendet, um auf einen entsprechenden Eintrag 212 in einer Flussaktionstabelle 214 zu verweisen – Eintrag 212, welcher die Aktionen spezifiziert, die an allen Paketen auszuführen sind, die zum entsprechenden Fluss gehören. Obwohl Heartbeat-Pakete bezüglich der Kommunikationssitzungen erzeugt werden, kann, weil ein Fluss eine einzelne Sitzung bilden kann, die Paketverarbeitung an einem Switch/Router 110, wie hierin beschrieben, einfach gemäß den Flussaktionen verstanden werden, und in allen derartigen Beziehungen werden die Begriffe „Sitzung" und „Fluss" als austauschbare Begriffe verwendet, unter der Voraussetzung, dass ein Fluss kraft der zugehörigen Sitzung geschützt ist, die über Heartbeat-Pakete geschützt ist. Für eine detaillierte Beschreibung der Flussaktionen sei auf die oben genannte prioritäre US-Patenanmeldung 10/881,226 verwiesen; die relevanten Flussaktionen hierin betreffen die Verarbeitung von Heartbeat-Paketen 116/118 und die Aktionen, die die Ausfallsicherung bewirken.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften durchgehenden Ausfallsicherungsimplementierung ist der Quellnetzwerkknoten SR 110-1 so konfiguriert, dass er in Übereinstimmung mit zwei Klassifizierungsregeln 208 für jede geschützte Sitzung arbeitet. Die erste Regel identifiziert die Heartbeat-Pakete 116/118 für jede geschützte Sitzung. Die zweite Regel 208 identifiziert die entsprechenden Datenpakete 104 für jede geschützte Sitzung.
Das Definieren der Klassifizierungsregeln 208, die die Heartbeat-Pakete 116/118 und die Datenpakete 104 identifizieren, ist sehr flexibel. Eine genaue Anpassung kann bei mehreren Paketkopfteilfeldern mit Platzhaltern für erhöhte Flexibilität vorgenommen werden. Beispielsweise können die Klassifizierungsregeln 208 so konfiguriert werden, dass sie bei Kombinationen der folgenden Felder übereinstimmen:
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Implementierung hat jede Klassifizierungsregel 208 auch eine zugeordnete 3-Bit-Wertigkeit. Wenn die Klassifizierung von Paket 104/116/118 mehrere Übereinstimmungen entsprechend mehreren Regeln ergibt, wählt der Klassifizierer 202 eine Regel 208 basierend auf den Regelwertigkeiten aus.
Im Betrieb vergleicht der Klassifizierer 202 die spezifischen mehreren Felder des Paketkopfteils mit den Werten in jeder der Klassifizierungsregeln 208 (unter Berücksichtigung jeglicher Platzhalter), die Regelwertigkeiten werden verwendet, um zwischen mehreren Übereinstimmungen auszuwählen, und schließlich gibt er eine einzige Regel 208 aus, die „am besten" mit dem Paketkopfteil übereinstimmt. Wenn mehrere Regeln angepasst werden, wird die Regel mit der höchsten Wertigkeit als die angepasste Regel ausgewählt. Es ist möglich, dass Regeln die gleiche Wertigkeit haben.
Es wird auf 4 Bezug genommen; die Regeln 208 sind als Einträge in einer Klassifizierungsregeltabelle 216 spezifiziert, jeder Eintrag einer Klassifizierungsregeltabelle hat einen Identifizierer, der einer Fluss-ID 210 zugeordnet ist. Wenn mehrere Regeln 208, die dieselbe Wertigkeit haben, angepasst werden, dann wird in Abhängigkeit von der bestimmten Implementierung die Regel 208 mit entweder dem höchsten oder dem niedrigsten Regeleintragsidentifizierer ausgewählt.
In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung wird der Identifizierer des Eintrags der angepassten Klassifizierungsregeltabelle als die Fluss-ID 210 verwendet.
Nachdem einem empfangenen Paket eine Fluss-ID 210 zugewiesen wurde, verwendet der Klassifizierer 202 die Fluss-ID 210 als einen Index bei der Ausführung eines Nachschlagens in der Flussaktionstabelle 214. Jeder Flussaktionstabelleneintrag 212 in der Flussaktionstabelle 214 spezifiziert eine Liste von Aktionen, die an den Paketen auszuführen sind, die zu dem entsprechenden Fluss gehören. Beispielsweise identifiziert in jedem Eintrag 212 ein Aktionscode eine primäre Aktion, die auszuführen ist, und die zugeordneten Parameter können ebenfalls spezifiziert werden. Jeder Eintrag 212 in der Flussaktionstabelle 214 spezifiziert die folgenden beispielhaften Informationen:

– einen Aktionscode: Eine Codierung der Flussaktion, die bezüglich des/an dem Paket auszuführen ist;
– eine Zielport-Map/Heartbeat-Feld/Weiterleitungsindex: Dieses Eintragsfeld der Flussaktionstabelle hat in Abhängigkeit vom Aktionscode mehrere Bedeutungen;
– Ersetzen VLAN-ID: Freigabe des Ersetzens der VLAN-ID;
– VLAN-ID: der Substitutionswert für das Ersetzen der VLAN-ID;
– Ersetzen XP/DP: Freigabe des Ersetzens der Sendepriorität und des Absetzungsvorrangs;
– XP: Substitutionswert für das Ersetzen der Übertragungspriorität;
– DP: Substitutionswert für das Ersetzen des Absetzungsvorrangs;
– Schnüffeln: Kopieren dieses Pakets in einen Spiegelport;
– Port-ID: die Spezifikation des Spiegelports;
– Umdefinieren [remap] TOS: Freigabe des Ersetzens des TOS/DSCP-Feldes im IP-Kopfteil
– TOS/DSCP: Substitutionswert für das Ersetzen des TOS/DSCP-Feldes;
– Umdefinieren 802.1p: Ersetzen des Feldes 802.1p (VLAN-Priorität) im Paketkopfteil;
– 802.1p: Substitutionswert für das Ersetzen des Feldes 802.1p;
– Ratenmessung: Freigabe der Ratenmessung für diesen Fluss;
– Zählen: Freigabe der Statistiksammlung für diesen Fluss; und
– Messungs-/Zählungsindex: Indexwert für die Messung/Zählung für den Fluss.

Die vorliegende Beschreibung wird nur auf ausfallsicherungsbezogene Aktionen fokussieren, für Details hinsichtlich anderer unterstützter Flussaktionen sei auf die oben genannte, parallel anhängige, gemeinschaftlich abgetretene, prioritäre US-Patentanmeldung 10/881,226 verwiesen. Ein Flussaktionsmodul bestimmt eine umfassende Menge von Aktionen, von welchen die meisten nicht auf die Ausfallsicherungsfunktionalität bezogen sind, welche an einem Paket auszuführen sind, das einem bestimmten Fluss zugeordnet worden ist. Wenn eine der Aktionen ausfallsicherungsbezogen ist, werden die notwendigen Aktionen durch das Ausfallsicherungsmodul 206 ausgeführt.
Insbesondere zwei Felder – Aktionscode und Zielport-Map/Heartbeat-Feld/Weiterleitungsindex – sind auf die Ausfallsicherungsfunktionalität bezogen. Die folgende Tabelle beschreibt die relevanten beispielhaften Aktionscodes und die damit zusammenhängenden Parameter:
Wie oben beispielhaft gezeigt wird, werden drei Flags/Bits verwendet, um die Ausfallsicherungsfunktionalität zu aktivieren oder zu deaktivieren:

– FLOVE-E: Freigabe-Flag/Bit für die Ausfallsicherungsfunktionalität, wenn auf Logik hoch „1" eingestellt, ist der Ausfallsicherungsmechanismus für den entsprechenden Fluss aktiviert, was bedeutet, dass der Verkehr 104 auf einen spezifizierten Ausfallsicherungsweg 112 übertragen wird, wenn ein Netzwerkausfall bezüglich der überwachten Sitzung festgestellt worden ist.
– FLOVE-H: Freigabe-Flag/Bit für die Hardware, wird üblicherweise von der Hardware-Logik 200 auf Logik niedrig „0" initialisiert. Wenn der Heartbeat-Prozessor 204 feststellt, dass ein Netzwerkausfall eine geschützte Sitzung beeinträchtigt, stellt der Prozessor 204 dieses Bit auf Logik hoch „1" ein. Wenn FLOVE-E ebenfalls auf 1 eingestellt ist (d.h. die automatische Ausfallsicherungsfunktionalität ist aktiviert), dann wird die automatische Ausfallsicherung für einen entsprechenden Ausfallsicherungstransportweg 112 erfolgen.
– FLOVE-S: Freigabe-Flag/Bit für die Software, wird von der Steuerung des High-Level-Switch/Routers 110 eingestellt und sorgt für das Umschalten des Content-Verkehrs 104 auf den Ausfallsicherungstransportweg 112, wenn sowohl FLOVE-S als auch FLOVE-E eingestellt sind, wobei die Bestätigung des Netzwerkausfalls durch die Hardware-Logik 200 umgangen wird.

In der Zusammenfassung: in Übereinstimmung mit der beispielhaften Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung führt die Hardware-Logik 200 das Umdefinieren der MAC- und/oder IP-Adresse für eine bestimmte geschützte Sitzung in Hardware aus, wenn, und nur wenn für den Fluss entsprechend der Sitzung (FLOVE-E=1) UND (FLOVE-H=1 ODER FLOVE-S=1) logisch richtig ist. Wenn die Anforderung (logischer Ausdruck) nicht erfüllt ist, dann wird jedes Paket 104, das Bestandteil der geschützten Sitzung ist, über den Transportweg 102 weitergeleitet.
Wenn in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung der Heartbeat-Prozessor 204 feststellt, dass bei einem Fluss, der Pakete lenkt, die durch das Kommunikationsnetzwerk auf dem Transportweg 102 zu befördern sind, ein Netzwerkausfall auftritt, indem er ein Signal 220 an den Klassifizierer 202, sendet, das die entsprechende Fluss-ID spezifiziert, stellt der Klassifizierer 202 beim Empfang des Signals 220 das FLOVE-H-Bit für diesen Fluss auf „1" ein.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung führt das Ausfallsicherungsmodul 206 das Ersetzen der Ziel-MAC-Adresse oder der Ziel-IP-Adresse aus, das erforderlich ist, um ein Paket von einem ausgefallenen Weg auf einen Reserveweg umzuschalten.
Der Klassifizierer 202 stellt die folgenden Informationen an das Ausfallsicherungsmodul 206 bereit:

– Aktionscode – Ersetzen von Ziel-MAC-ADDR oder Ziel-IP-ADDR;
– ID der überwachten Sitzung;
– Zu modifizierendes Paket;
– Andere Flussaktionsparameter, die keinen Bezug zur Ausfallsicherungsfunktionalität haben, welche später einem Flussaktionsmodul 222 zugeleitet werden; und
– Eine Vermittlungsantwort für das Paket.

Eine vorläufige Vermittlungsantwort wird von dem Klassifizierer 202 erzeugt, wie er in der oben genannten, parallel anhängigen, gemeinschaftlich abgetretenen, prioritären US-Patentanmeldung 10/881,226 beispielhaft beschrieben wird, und enthält die Informationen, die für die Vermittlungsfunktion des Switch-/Router-Knotens 110 erforderlich sind, um das Paket 104 ordnungsgemäß zu senden. Die Vermittlungsantwort enthält eine große Anzahl von Feldern. Die für die Ausfallsicherungsfunktionalität relevanten Felder sind:
Wenn der Klassifizierer 202 dem Ausfallsicherungsmodul 206 eine Umdefinierungsaufgabe stellt, verwendet das Ausfallsicherungsmodul 206 die ID der überwachten Sitzung als einen Index für eine entsprechende Zeile der Umdefinierungstabelle 218. Jeder Eintrag in der Tabelle beinhaltet:

– Die D-IP-ADDR, die die Ziel-IP-Adresse für das Vermitteln der überwachten Sitzung spezifiziert. Dieser Eintrag wird nur für das Ersetzen der Ziel-IP-Adresse verwendet.
– Die Ziel-Bitmap spezifiziert die Ausgangsport-Map für das Vermitteln der überwachten Sitzung.
– VLAN TCI gibt die neue VLAN-ID und die 802.1p-Priorität an, die beim Vermitteln der überwachten Sitzung zu verwenden sind.
– VLAN-Tag-Aus spezifiziert die VLAN-Tag-Aus-Map für ein neues VLAN, wobei für jeden Port mit einer 1 angezeigt wird, ob das Paket, wenn es auf diesem Port weitergeleitet wird, mit einem VLAN-Tag gesendet wird.
– DMAC gibt die Ziel-MAC-Adresse für das Vermitteln der überwachten Sitzung an. Gibt die MAC-Adresse für den nächsten Sprung an, wenn eine Layer-3-Umdefinierung stattfinden soll.

Wenn der Aktionscode für die Verarbeitung eines Pakets ein L2-Adress-Umdefinieren angibt, dann beinhaltet nach dem Extrahieren der Informationen aus dem korrekten Eintrag der Umdefinierungstabelle 218 die Funktionalität des Ausfallsicherungsmoduls 206 das Folgende:

– Modifizieren der vorläufigen Vermittlungsantwort durch das Ersetzen der Ziel-Bitmap, VLAN-Tag-Aus-Bits und VLAN TCI durch Werte, die in dem Eintrag der Umdefinierungstabelle spezifiziert sind;
– Ersetzen der Ziel-MAC-Adresse im Paketkopfteil durch den Wert, der im Eintrag der Umdefinierungstabelle spezifiziert ist; und
– Einstellen des Bits zur Neuberechnung der zyklischen Redundanzprüfung (CRC) in der Vermittlungsantwort auf Logik hoch „1", wenn das Paketkopfteil modifiziert worden ist.

Wenn jedoch der Aktionscode für die Verarbeitung eines Pakets ein L2- und L3-Adress-Umdefinieren angibt, weicht die Funktionalität des Ausfallsicherungsmoduls 206 in Abhängigkeit davon ab, ob das Paket mit Bridge oder Router übermittelt wird. Ein Paket wird mit Router übermittelt, wenn eine L2-Datenbanksuche zur Zuordnung der Ziel-MAC-Adresse zu dem Management-Prozessor-Port führt. Außerdem müssen sich immer dann, wenn die Ziel-IP- Adresse verändert wird, die Prüfsummen von Layer 3 (IP) und Layer 4 (entweder UDP oder TCP) ebenfalls verändern. Die nachstehende Tabelle führt die Aktionen auf, die in jedem der vier IP-Umdefinierungsszenarien ausgeführt werden.
Die IP-Prüfsumme und die TCP- oder UDP-Prüfsummen können inkrementell neu berechnet werden, wobei nur die Modifizierung für die Ziel-IP-Adresse (und TTL, wenn zutreffend) berücksichtigt wird, wie in IETF RFC 1624 beschrieben, welches durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
In allen Fällen werden die Informationen in der Umdefinierungstabelle 218 verwendet, um das Paketkopfteil und die Vermittlungsantwort zu modifizieren:
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Heartbeat-Anforderungsmitteilungen in den Heartbeat-Paketen 116 eingekapselt, die in dieselbe Richtung gesendet werden wie die zugeordneten Datenpakete 104 der überwachten Sitzung, von der Quelle zum Ziel, auf dem Transportweg 102. Heartbeat-Anwortmitteilungen sind in den Heartbeat-Paketen 118 eingekapselt, die in die umgekehrte Richtung gesendet werden, vom Ziel zur Quelle, um den Sender SR 110-1 zu informieren, dass die entsprechenden Heartbeat-Anforderungen empfangen wurden.
In Übereinstimmung mit einer Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung haben die Heartbeat-Pakete 116/118 ein Internet-Control-Message-Protocol (ICMP)-Format. Das ICMP ist ein Pflichtprotokoll für IP-Router und Hosts und ist in großem Umfang implementiert. Die Verwendung des Standard-ICMP-Formats bietet Vorteile bezüglich der Interoperabilität mit der Ausrüstung anderer Verkäufer. Insbesondere können die ICMP-Heartbeat-Anforderungspakete 116 an den Ziel-Host-Knoten 108-B einer geschützten Sitzung gerichtet werden, wenn der Host-Knoten 108-B das ICMP-Protokoll implementiert, das den Umfang der Lösung ausdehnt; jedoch die Erzeugung entsprechender Heartbeat-Antwortpakete 118 kann Verzögerungen verursachen, wenn die Funktionen des ICMP-Protokolls in Software ausgeführt werden, wie es für End-Host-Knoten typisch ist.
Das Folgende ist ein beispielhaftes Heartbeat-ICMP-Echo-Anforderungspaket-Format, das für die Heartbeat-Pakete 116 eingesetzt wird:
Das Folgende ist ein beispielhaftes Heartbeat-ICMP-Echo-Anforderungspaket-Format, das für die Heartbeat-Pakete 118 eingesetzt wird:
Man beachte, dass das ICMP-Identifizierer-Feld zwei Bytes lang ist und allgemein verwendet wird, um die ICMP-Echo-Anforderungen an ihre zugeordneten Antworten anzupassen. In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die ID der überwachten Sitzung in das niedrigere Byte eingebettet; der ICMP-Typ einer Echo-Anforderung ist 0x08, und der ICMP-Typ einer Echoantwort ist 0x00.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Implementierung des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung haben die Heartbeat-Pakete 116/118 ein flexibles generisches Nicht-ICMP-Format, welches vom Betriebsmanagementpersonal so programmiert werden kann, dass es den Anwendungserfordernissen vollständig entspricht. Obwohl das generische Format eine verbesserte Flexibilität bietet, ist der Ausfallsicherungsmechanismus möglicherweise nicht mit anderen Endknoten interoperabel.
Wie hierin vorstehend erwähnt wurde, identifiziert der Klassifizierer 202 ein Heartbeat-Paket 116/118 und leitet es an den Heartbeat-Prozessor 204 weiter. Für ein Heartbeat-Paket mit einem generischen Format werden die Sitzungs-ID und eine Angabe darüber, ob die eingekapselte Heartbeat-Mitteilung eine Anforderung oder eine Antwort ist, vom Klassifizierer 202 bereitgestellt, wenn sie aus der Flussaktionstabelle 214 abgerufen werden. Für ein Heartbeat-Paket 116/118 mit einem ICMP-Format werden die Informationen vom Heartbeat-Prozessor 204 aus dem Paketkopfteil extrahiert, wie oben beschrieben.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung verfolgt der Heartbeat-Prozessor 204 die Heartbeat-Paket-Informationen, indem er eine Aufzeichnung pro geschützte Sitzung verwendet, wobei jede Aufzeichnung die erforderlichen Informationen liefert, um Heartbeat-Pakete zu erzeugen und den Status einer Sitzung zu überwachen:

– ein Freigabe-Flag gibt die periodische Sendung eines Heartbeat-Anforderungspakets 116 für eine entsprechende Sitzung frei;
– ein vom Betriebsmanagementpersonal konfiguriertes Heartbeat-Paketformat
– ein programmierbares Format für Heartbeat-Anforderungspakete 116 für jede überwachte Sitzung. Nur anwendbar, wenn ein generisches Heartbeat-Paketformat verwendet wird;
– eine vom Betriebsmanagementpersonal konfigurierte Vermittlungsantwort, die die Informationen spezifiziert, die für die Vermittlung des Pakets 116/118 beim Weiterleiten des Pakets 116/118 benötigt werden, einschließlich solcher Informationen – jedoch ohne Beschränkung auf dieselben – wie beispielsweise: eine Ziel-Map, VLAN-Spezifikation und eine Prioritätsspezifikation (wie hierin vorstehend beschrieben);
– eine Sendezeitraumspezifikation: ein programmierbares Zeitintervall zwischen den aufeinander folgenden Sendungen der Heartbeat-Anforderungsmitteilung (116) für eine geschützte Sitzung, beispielhaft in Einheiten von 0,1 ms;
– ein Sendezeitgeber verfolgt die Zeit, die abgelaufen ist, seit eine Heartbeat-Anforderungsmitteilung (Paket 116) für eine bestimmte Sitzung gesendet wurde, beispielhaft in Einheiten von 0,1 ms;
– eine programmierbare Wiederholungsschwelle spezifiziert die Anzahl der aufeinander folgenden Heartbeat-Anforderungsmitteilungen (Pakete 116), die gesendet werden können, ohne dass eine einzige Antwort empfangen worden ist, bevor festgestellt wird, dass bei der überwachten Sitzung ein Netzwerkausfall aufgetreten ist;
– ein Wiederholungszähler verfolgt die Anzahl der aufeinander folgenden Heartbeat-Anforderungsmitteilungen (Pakete 116), die gesendet werden, ohne dass eine einzige Antwort empfangen worden ist; und
– eine Spezifikation der Fluss-ID 210 wird der geschützten Sitzung zugeordnet.

In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt und sendet der „Quell"-Switch-/Router-Knoten 110-1, der bezüglich eines geschützten Transportwegs 102 vorgelagert ist, periodisch Heartbeat-Anforderungsmitteilungen, die in die Heartbeat-Pakete 116 eingekapselt sind, um den Status der Infrastruktur des Kommunikationsnetzwerks zu überprüfen, die entlang dem geschützten Transportweg 102 vorgefunden wird. Es wird auf 5 Bezug genommen; für jeden überwachten Transportweg 102 beinhaltet die Ausfallsicherungsfunktionalität 500 des vorgelagerten SR-Knotens 110-1 das Folgende:

– Wenn Freigabe-Flag = 1 (502), dann Starten des Sendezeitgebers (504), welcher bei einer programmierbaren Rate inkrementiert 506 ist, wie oben dargelegt; und
– (zyklisch) Immer dann, wenn der Sendezeitgeber den Sendezeitraum 508 erreicht, führt der Heartbeat-Prozessor 204 das Folgende aus: i. Erzeugt 510 ein Heartbeat-Anforderungspaket 116 für diese Sitzung; ii. Erzeugt 512 eine Vermittlungsantwort, welche die Vermittlungsinformationen spezifiziert, die zur Weiterleitung des Heartbeat-Anforderungspakets 116 verwendet werden; iii. Injiziert 514 das Heartbeat-Paket 116 und die entsprechende Vermittlungsantwort in den Gesamtfluss der Pakete am Vermittlungs-/Router-Netzwerkknoten 110-1; iv. Setzt den Sendezeitgeber zurück 516; und v. Inkrementiert 518 den Wiederholungszähler.

In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung antwortet der „Bestimmungsort"-oder „Ziel"-Switch-/Router-Knoten 110-2, der bezüglich des geschützten Transportwegs 102 nachgelagert ist, auf die empfangenen Heartbeat-Anforderungsmitteilungen, und die Ausfallsicherungsfunktionalität 600 beinhaltet das Folgende:

– Weiterleiten 604 des empfangenen 602 Heartbeat-Anforderungspakets 116 an den Heartbeat-Prozessor 204, welcher – wenn das Paket ein ICMP-Format hat – das Folgende ausführt: i. verifiziert 606 die ICMP-Prüfsumme; ii. wenn die Prüfsumme korrekt ist, dann führt der Heartbeat-Prozessor 204 das Folgende aus: 1) ruft 608 die Sitzungs-ID aus dem Paketkopfteil ab; 2) erzeugt 610 eine Heartbeat-Antwortmitteilung zur Verkapselung in einem ICMP-Heartbeat-Antwortpaket 118; 3) erzeugt 612 eine Vermittlungsantwort, welche die Informationen spezifiziert, die bei der Weiterleitung des Heartbeat-Antwortpakets 118 zu verwenden sind; 4) injiziert 614 das Heartbeat-Antwortpaket 118 mit der Vermittlungsantwort in den Paketfluss am Vermittlungs-/Router-Netzwerkknoten 110-2; und 5) verwirft 616 das empfangene Heartbeat-Anforderungspaket 116; iii. wenn die Prüfsumme nicht korrekt (606) ist, dann verwirft 616 der Heartbeat-Prozessor 204 einfach das Heartbeat-Anforderungspaket 116. Optional kann der Heartbeat-Prozessor 204 den Management-Prozessor über das fehlerhafte Heartbeat-Anforderungspaket 116, das empfangen wurde, informieren 618.
– wenn das empfangene 602 Heartbeat-Anforderungspaket 116 ein generisches Format hat, dann nimmt der Heartbeat-Prozessor 204 den Prozess 600 bei Schritt 610 wieder auf.

In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sendet der „Bestimmungsort"-oder „Ziel"-Switch-/Router-Knoten 110-2, der bezüglich des geschützten Transportwegs 102 nachgelagert ist, Heartbeat-Antwortmitteilungen, die in den Heartbeat-Paketen 118 eingekapselt sind, an den SR-Knoten 110-1 zurück. Wenn ein Heartbeat-Antwortpaket 118 am SR-Knoten 110-1 empfangen wird, leitet der Klassifizierer 202 dieses an den Heartbeat-Prozessor 204 weiter.
Es wird auf 7 Bezug genommen; für Heartbeat-Pakete 118 mit einem ICMP-Format beinhaltet die Ausfallsicherungsfunktionalität 700 des Heartbeat-Prozessors 204 ferner das Folgende:

– Weiterleiten 706 des Empfangenen 702 an den Heartbeat-Prozessor 204 wenn die ICMP-Prüfsumme korrekt ist (704);
– Extrahieren 708 der ID der überwachten Sitzung aus dem Paketkopfteil;
– Rücksetzen 710 des Wiederholungszählers für diese Sitzung; und
– Verwerfen 712 des Heartbeat-Antwortpakets 118.

Wenn die Prüfsumme nicht korrekt ist, dann verwirft der Heartbeat-Prozessor 204 das empfangene Heartbeat-Antwortpaket 118, ohne weitere Aktionen auszuführen.
Wenn das empfangene Heartbeat-Antwortpaket 118 ein generisches Format hat, dann beinhaltet die Ausfallsicherungsfunktionalität des Heartbeat-Prozessors 204 das Folgende:

– Extrahieren 708 der Sitzungs-ID aus einem Ort, der vom Klassifizierer 202 angegeben wird;
– Rücksetzen 710 des Wiederholungszählers für diese Sitzung; und
– Verwerfen des Heartbeat-Antwortpakets 118.

Wie oben beschrieben, bestimmt der Heartbeat-Prozessor 204, dass eine Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, wenn als Reaktion auf eine periodische Folge von N Heartbeat-Anforderungspaketen 116 keine Heartbeat-Antwortpakete 118 empfangen wurden, wobei N für jede überwachte Sitzung konfiguriert ist.
In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sendet der Heartbeat-Prozessors 204, wenn der Wert im Wiederholungszähler die Wiederholungsschwelle überschreitet, ein Signal an den Klassifizierer 202, welches anzeigt, dass bei der Sitzung ein Ausfall auftritt. Das Signal enthält die entsprechende Fluss-ID 210, die vom Klassifizierer 202 verwendet wird, um den Fluss (210) zu identifizieren, für welchen der entsprechende Ausfallsicherungstransportweg 112 verwendet werden sollte. Der Heartbeat-Prozessor 204 sendet außerdem einen Interrupt an den Management-Prozessor, der dem Switch-/Router-Knoten 110-1 zugeordnet ist.
Wenn der Klassifizierer 202 das Umschaltsignal vom Heartbeat-Prozessor 204 empfängt, stellt der Klassifizierer 202 danach das FLOVE-H-Bit in dem entsprechenden Flusseintrag 212 der Flussaktionstabelle 214 auf Logik hoch „1" ein. Im Ergebnis dessen werden die nachfolgenden Pakete 104 für diesen Fluss an das Ausfallsicherungsmodul 206 zur Adress-Umdefinierung weitergeleitet, wie oben beschrieben.
Die Hochgeschwindigkeits-Ausfallsicherungsfunktionalität wird durch die beispielhafte Hardware-Implementierung bereitgestellt, wie hierin vorstehend beschrieben: die einzige Verzögerung, die entsteht, betrifft die Zeit, die benötigt wird, um zu erkennen, dass ein Netzwerkausfall eingetreten ist. Diese Verzögerung bei der Feststellung ist das Produkt des Sendeintervalls zwischen den aufeinander folgenden Heartbeat-Anforderungen und der Anzahl der Sendungen (ohne eine entsprechende Antwort), bevor der Ausfall festgestellt worden ist. Beide Parameter sind programmierbar. Die Auswahl der optimalen Parameter involviert Kompromisse, welche der Designauswahl überlassen bleiben.
In Übereinstimmung mit einer weiteren beispielhaften Implementierung der Erfindung kann für Anwendungen, bei welchen der Mehraufwand bei der Nutzung der Netzwerkressourcen ein Problem darstellt, eine Heartbeat-Anforderungsmitteilung in die Kopfteile der Datenpakete (104), Pakete, die Bestandteil der überwachten Flüsse sind, eingebettet werden. Eine Anforderung an einen Zielknoten zum Senden einer Antwort könnte in einem einzelnen Bit codiert werden, wobei jedes geeignete Feld in den vorher vorhandenen Kopfteilen der beförderten Datenpakete 104 verwendet wird. Es könnten Mechanismen eingesetzt werden, die im Wesentlichen mit den oben beschriebenen identisch sind: mit dem beträchtlichen Unterschied, dass keine speziellen Heartbeat-Pakete verarbeitet werden und der Zeitgabemechanismus für die Heartbeat-Erzeugung bei Ablauf des Zeitraums auslöst, in welchem ein Datenpaket für diesen Strom einschließlich ein Bit, das auf Logik hoch „1" eingestellt ist, eine Heartbeat-Antwort anzeigt.
Die dargelegten Ausführungsbeispiele haben nur Beispielcharakter und Fachleute würden erkennen, dass Variationen zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird ausschließlich durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims

Ein Kommunikationsnetzwerkknoten zur Ausführung von entweder Paketvermittlung oder Paket-Routing bei der Verarbeitung von Paketen, die wenigstens einer Kommunikationssitzung zugeordnet sind, die über ein Kommunikationsnetzwerk beschaltet wird, wobei der Netzwerkknoten umfasst: a. einen Hardware-Klassifizierer für die Zuordnung von entweder wenigstens einem empfangenen Datenpaket oder wenigstens einem Heartbeat-Paket zu einem Verkehrsfluss entsprechend der Kommunikationssitzung; b. einen Hardware-Heartbeat-Prozessor für das Feststellen, dass der Verkehrsfluss durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, basierend auf den Informationen, die aus dem wenigstens einen Heartbeat-Paket abgeleitet werden; und c. ein Hardware-Ausfallsicherungsmodul zum Umschalten jedes Datenpakets, das dem beeinträchtigten Fluss zugeordnet ist, auf einen Ausfallsicherungstransportweg.
Der Netzwerkknoten nach Anspruch 1, ferner umfassend Klassifizierermittel zur Identifizierung eines Heartbeat-Pakets und zur Weiterleitung des Heartbeat-Pakets an den Heartbeat-Prozessor.
Der Netzwerkknoten nach Anspruch 1, bei welchem der Heartbeat-Prozessor ferner umfasst: a. Heartbeat-Paket-Erzeugungsmittel zur Erzeugung entweder eines Heartbeat-Anforderungspakets oder eines Heartbeat-Antwortpakets; b. Sendemittel zum Senden entweder des Heartbeat-Anforderungspakets oder des Heartbeat-Antwortpakets; c. einen Zeitgeber zur Verfolgung der Dauer der Zeit, die seit dem Senden des letzten Heartbeat-Anforderungspakets vergangen ist; und d. ein erstes Schwellenregister zur Spezifizierung der Zeitdauer zwischen den Sendungen der Heartbeat-Anforderungspakete.
Der Netzwerkknoten nach Anspruch 3, bei welchem der Heartbeat-Prozessor ferner umfasst: a. einen Wiederholungszähler zum Zählen der Anzahl der Heartbeat-Anforderungspakete, die gesendet wurden, seit das letzte Heartbeat-Antwortpaket empfangen wurde; und b. ein zweites Schwellenregister zur Spezifizierung einer maximalen Anzahl von Heartbeat-Paketen, die gesendet wurden, seit das letzte Heartbeat-Antwortpaket empfangen wurde.
Der Netzwerkknoten nach Anspruch 1, bei welchem die Heartbeat-Pakete entweder ein Internet-Control-Message-Protocol-Format oder ein generisches Format haben.
Ein Verfahren zur Bereitstellung eines durchgehenden Ausfallsicherungsschutzes für eine überwachte Sitzung, die durch ein Kommunikationsnetzwerk über einen Transportweg beschaltet wird, wobei das Verfahren umfasst: a. Erzeugen eines Heartbeat-Anforderungspakets, basierend auf den Informationen, die sich in den Paketkopfteilen der Pakete befinden, die bezüglich der überwachten Sitzung befördert werden; b. Senden des Heartbeat-Anforderungspakets, das an eine Zielnetzwerkadresse adressiert ist, die in den Kopfteilen der Pakete spezifiziert ist, die bezüglich der überwachten Sitzung befördert werden; c. Selektives Feststellen, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt wird, der auf dem Transportweg durch das Kommunikationsnetzwerk aufgetreten ist; und d. Umschalten der Datenpakete, die der beeinträchtigten, überwachten Sitzung zugeordnet sind, auf einen entsprechenden Ausfallsicherungstransportweg.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das periodische Senden aufeinander folgender Heartbeat-Pakete.
Das Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem eine Zeit verwendet wird, um einen Zeitraum zwischen den aufeinander folgenden Heartbeat-Paketen zu bestimmen.
Das Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Verfahrend des Feststellens, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, ferner umfasst, dass bei der überwachten Sitzung das Auftreten des Netzwerkausfalls festgestellt wird, wenn ein Heartbeat-Antwortpaket entsprechend dem gesendeten Heartbeat-Anforderungspaket während eines vorher festgelegten Zeitraums nicht empfangen wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Verfahren des Feststellens, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, ferner umfasst, dass bei der überwachten Sitzung das Auftreten des Netzwerkausfalls festgestellt wird, wenn ein Heartbeat-Antwortpaket nach dem Senden einer Mehrzahl aufeinander folgender Heartbeat-Anforderungspakete nicht empfangen wurde.
Das Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Verfahren des Feststellens, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, wenn ein Heartbeat-Antwortpaket nach dem Senden einer Mehrzahl aufeinander folgender Heartbeat-Anforderungspakete nicht empfangen wurde, ferner umfasst: a. Inkrementieren eines Wiederholungszählers bei jedem gesendeten Heartbeat-Anforderungspaket; und b. Rücksetzen eines Wiederholungszählers, der der überwachten Sitzung zugeordnet ist, immer dann, wenn ein Heartbeat-Antwortpaket empfangen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend einen vorherigen Schritt des Bereitstellens des Ausfallsicherungstransportwegs.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: a. Empfangen entweder eines Datenpakets oder eines Heartbeat-Pakets, das der überwachten Sitzung zugeordnet ist; und b. Weiterleiten des empfangenen Heartbeat-Pakets an einen Heartbeat-Prozessor.
Das Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das selektive Feststellen, dass die überwachte Sitzung durch einen Netzwerkausfall beeinträchtigt ist, aus der Verarbeitung der Heartbeat-Pakete bestimmt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das Umschalten der Datenpakete, die der beeinträchtigten, überwachten Sitzung zugeordnet sind, auf einen entsprechenden Ausfallsicherungstransportweg ferner umfasst, dass eine Ziel-Media-Access-Control(MAC)-Adresse im Kopfteil jedes Pakets, das der beeinträchtigten Sitzung zugeordnet ist, durch eine Ziel-MAC-Adresse, die dem Ausfallsicherungstransportweg zugeordnet ist, ersetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das Umschalten der Datenpakete, die der beeinträchtigten, überwachten Sitzung zugeordnet sind, auf einen entsprechenden Ausfallsicherungstransportweg ferner umfasst: a. Ersetzen einer Ziel-Media-Access-Control(MAC)-Adresse im Kopfteil jedes Pakets, das der beeinträchtigten Sitzung zugeordnet ist, durch eine Ziel-MAC-Adresse, die dem Ausfallsicherungstransportweg zugeordnet ist; und b. Ersetzen einer Ziel-Internet-Protocol(IP)-Adresse im Kopfteil jedes Pakets, das der beeinträchtigten Sitzung zugeordnet ist, durch eine Ziel-IP-Adresse, die dem Ausfallsicherungstransportweg zugeordnet ist.