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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und ein Netzelement zur Verarbeitung von Ethernet Rahmen.
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Zur Übertragung
von Daten wird häufig
das so genannte Ethernet verwendet. Ethernet ist eine rahmenbasierte
respektive frame-basierte Übertragungstechnologie
für die Übertragung
von Daten mittels eines (Kommunikations-)Netzes. Ethernet umfasst
ein verbindungsloses Protokoll zur Datenübertragung, das auf Grund seiner
Einfachheit weit verbreitet ist.
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Gemäß IEEE 802.3ah
sind so genannte OAM Frames oder OAM Rahmen definiert. Diese dienen
der so genannten Operation, Administration und Maintenance, also
des Betriebes, der Steuerung, der Verwaltung und der Erhaltung eines
(Kommunikations) Netzes. Ein Netz besteht dabei aus mehreren Netzelementen,
die durch Verbindungswege miteinander verbunden sind. Die Netzelemente
generieren und terminieren jeweils Ethernet Rahmen, mit denen Daten übertragen
werden. OAM Rahmen werden jeweils zwischen verschiedenen Ethernet
Rahmen mit Nutzdaten übertragen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Übertragung von Daten mittels
Ethernet Rahmen zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und ein Netzelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass Daten über
zumindest einen Übertragungsweg übertragen
werden, und dass bei einer Störung
dieses Übertragungsweges
auf einen zweiten ungestörten Übertragungsweg
ausgewichen wird. Die Signalisierung der Störung respektive die Umschaltung
erfolgt durch Daten, die mittels OAM Rahmen übertragen werden. Hierbei erfolgt
der Informationsaustausch mit Hilfe der K1 und K2 Byte Funktionalität gemäß der SDH-Norm
ITU-T G.841. Dazu wird abwechselnd das K1 oder das K2 Byte in einem
Byte des OAM Rahmen übertragen.
Die Bedeutung, Codierung, Funktionalität und Verwendung dieser K-Bytes
in den Netzelementen für
die Verarbeitung von Ethernet Rahmen respektive Ethernet Frames
ist identisch zur SDH-Norm. Somit wird die Datenübertragung mittels Ethernet
Rahmen zwischen zwei Netzelementen durch die Verwendung des K1-/K2-Byte
gemäßen Protokolls
geschützt,
sofern mindestens zwei zumindest teilweise unabhängige Übertragungswege gegeben sind.
Dies hat den Vorteil, dass eine schnelle Ersatzschaltung bei Störung oder
Ausfall eines Verbindungsweges bzw. Ethernet-Segmentes für die Datenübertragung
gegeben ist. Die Umschaltung erfolgt hierbei SDH-typisch sehr schnell
und kann im Mikro-Sekundenbereich liegen. Dies führt zu einer Steigerung der
Attraktivität
von Ethernet für
die Datenübertragung.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und
im Ausführungsbeispiel angegeben.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 ein
Schaltbild zur Erläuterung
der Erfindung.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einem Schaltbild für ein Netzelement, mit einem
ersten Übertragungsweg
respektive einer Working Line WL1, die an einen ersten Ethernet
Phy Baustein respektive Ethernet Physical Layer Baustein ETH Phy1
angeschlossen ist. In analoger Weise sind weitere Übertragungswege/Working
Line WL2, ..., WLN mit jeweils einem Ethernet Phy Baustein ETH Phy2,
..., ETH PhyN verbunden. Weiterhin ist ein Ersatzübertragungsweg
respektive Protection Line WLP vorgesehen, der mit einem Ethernet Phy
Baustein ETH PhyP verbunden ist. Die Ethernet Phy Bausteine ETH
Phy1, ..., ETH PhyN, ETH PhyP sind jeweils mit einer Schalteinrichtung
SE verbunden. Diese ist andererseits mit jeweils einem Ethernet
MAC Baustein bzw. Ethernet Media-Access-Control Baustein ETH MAC1,
..., ETH MACN, ETH MACP verbunden, wobei jeweils ein Ethernet Phy
Baustein durch die Schalteinrichtung SE mit einem Ethernet MAC Baustein
verbunden ist. Im Beispiel der erste Ethernet Phy Bausteins ETH
Phy1 mit dem ersten Ethernet MAC Baustein ETH MAC1, ETH Phy2 mit
ETH MAC2 usw.
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D.
h. ein Ethernet Frame, der von einer Working-Line kommt, wird über den
Ethernet Phy Baustein und die Schalteinrichtung SE an den Ethernet
MAC Baustein weitergegeben. Dies gilt analog für Ethernet Rahmen der Protection
Line. In gleicher Weise werden OAM Rahmen zum Ethernet MAC Baustein übertragen.
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Die
OAM Rahmen werden vom Ethernet MAC Baustein erzeugt, eingesetzt,
verarbeitet und terminiert.
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Ein
derartiges erstes Netzelement ist mit mindestens zwei Verbindungswegen
mit einem zweiten derartigen Netzelement verbunden.
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Erfindungsgemäß wird in
einem Byte des OAM Rahmen ein Protokoll analog zum Protokoll der
K1- und K2-Bytes der SDH-Norm ITU-T G.841 verwendet. Beispielsweise
werden dazu die bisher ungenutzten Bits 8 bis 15 des OAM Rahmen
verwendet. Da diese Bit nur ein Byte sind, aber zwei Byte – K1 und
K2 – benötigt werden,
wird in zwei aufeinander folgenden OAM Rahmen zuerst das K1-Byte
und dann das K2-Byte übertragen
oder umgekehrt. Zudem kann im bisher ungenutzten Bit 7 des OAM Rahmen
eine Kennung übertragen werden,
die den Typ des K-Bytes kennzeichnet. Beispielsweise „0" für das K1-Byte
und „1" für das K2-Byte oder umgekehrt.
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Das
Einsetzen und Terminieren sowie die Verarbeitung der K1 und K2-Bytes
kann dabei mittels des Ethernet MAC Baustein durchgeführt werden.
Dieser kann dazu eine K-Byte Verarbeitungs- und Transferfunktion
aufweisen, die auch als eigener Baustein ausgeführt sein kann. In 1 ist
diese als K-Byte
Verarbeitungseinrichtung KV dargestellt, die die Schalteinrichtung
SE steuert.
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Alternativ
dazu können
die OAM Rahmen durch den Ethernet Phy Baustein derart verarbeitet
werden, dass die K1- und K2-Bytes mittels dieses Baustein eingesetzt
und herausgefiltert werden, die K1 und K2-Bytes an eine K-Byte Verarbeitungs-
und Transferfunktion weitergegeben werden, die zumindest teilweise
Bestandteil des Ethernet Phy Bausteins sein kann, so dass vom Ethernet
Phy Baustein standardgemäße, d. h.
die K1 und K2 Bytes nicht enthaltene OAM Rahmen an den Ethernet
MAC Baustein weitergegeben werden, so dass die Ethernet MAC Bausteine
keiner Anpassung bedürfen.
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Weist
ein Übertragungsweg/eine
Working Line eine Störung
auf, wird dies durch ein Netzelement erkannt. Eine entsprechende
Information wird K1/K2 codiert durch den Ethernet Phy Baustein oder
den Ethernet MAC Baustein in den OAM Rahmen eingefügt. Dieser
OAM Rahmen wird zum benachbarten (Ziel-) Netzelement übertragen.
Dort wird das K1/K2 Byte aus dem OAM Rahmen terminiert und ausgewertet.
In der Folge erfolgt eine Umschaltung von der gestörten Working
Line auf die Protection Line in beiden Netzelementen gemäß dem K1-/K2-Byte
Protokoll der SDH Norm. Im jeweiligen Netzelement wird von der K-Byte
Verarbeitungs- und Transferfunktion ein Schaltbefehl an die Schalteinrichtung
SE gesendet, so dass diese von der gestörten oder ausgefallenen Working
Line auf die Protection Line/Ersatzübertragungsweg umschaltet.
Etwaiger Datenverkehr der Protection-Line wird hierbei verworfen.
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In 1 erfolgt
das Einsetzen der K-Bytes in den Ethernet MAC Bausteinen. Eine K-Byte
Verarbeitungs- und Transferfunktion KV ist als eigenständige Baugruppe
ausgeführt,
die mit den jeweiligen Ethernet MAC Bausteinen ETH MAC1, ETH MAC2,
..., ETH MACN, ETH MACP sowie der Schalteinrichtung SE in Verbindung
steht.
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Erfindungsgemäß werden
in einem OAM Rahmen die Informationen des K1- und K2-Bytes übertragen,
deren Bedeutung, Codierung, Funktionalität und Verwendung identisch
der SDH-Norm ist, wie sie in ITU-T G.841 beschrieben ist. Damit
können
z. B. unidirektionale Protection, bidirektionale Protection, 1:N-Protection oder Ring-Protection
geschaltet werden. Diese modifizierten OAM Rahmen werden im Ethernet
Phy Baustein re spektive im Ethernet-Physical-Layer-Interface oder
im Ethernet MAC Baustein erzeugt bzw. terminiert und gegebenenfalls
verarbeitet.
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Ein
Störungsfall
kann erkannt bzw. ausgelöst
werden durch
- – erzwungenes Umschalten auf
den Protection-Pfad
- – Signalisierung
von der Gegenseite durch das K-Byte-Protokoll (K1, K2)
- – eine
Loss-of-Bit-Synchronisation der Physical-Layer-Interfaces z. B. kein Signal
- – eine
Loss-of-Byte-Synchronisation der Physical-Layer-Interfaces
- – eine
Link-Down-Nachricht
- – eine
Rate fehlerhafter OAM (Operation Administration Maintanance-Präambel),
erkannt durch Überprüfung der
OAM CRC, also der Check-Summe der OAM-Frames durch die Physical-Layer-Interface-Funktion
- – durch
eine Physical-Layer-Link-Quality-Supervision, d. h. wenn die Signalqualität nicht
ausreichend ist, wird auf eine geringere Link-Geschwindigkeit z.
B. von 1 GBit pro Sekunde auf 100 MBit pro Sekunde umgeschaltet,
sondern ein Ersatzlink benutzt
- – wenn
eine Autonegotiation fehlerhaft verlaufen ist
- – wenn
die Rate fehlerhafter Ethernet-Frames einen Schwellwert übersteigt,
was durch Überprüfung der MAC-Check-Summe
CRC erfolgt, die in der MAC-Funktion realisiert sein kann.
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Im
Fehlerfall signalisiert das den Fehler erkennende Netzelement mit
Hilfe der im OAM Rahmen übertragen
K1-, K2-Byte-Informationen
dem gegenüber
liegenden Netzelement das auf den Protection-Link/Ersatzübertragungsweg
bzw. einen zweiten/weiteren Übertragungsweg
umgeschaltet wird. In der Folge schalten beide Geräte am Ende
der gestörten
Verbindung bzw. des defekten Links auf den Ersatzübertragungsweg/die Protection-Line
um. Dies ist in 1 durch gestrichelte Schalter
dargestellt, wobei der Schalter der Protection Line die gestrichelt
gekennzeichnete Stellung einnimmt und der Schalter der gestörten Working
Line/des ersten Übertragungsweges
ebenfalls die gestrichelt gekennzeichnete Stellung einnimmt. Damit
wird der gesamte Verkehr bidirektional über die Protection Line übertragen.
Da die Umschaltung vor dem MAC Baustein erfolgt, werden alle durch
den Umschaltvorgang zerstörten
Ethernet Rahmen bzw. Ethernet Frames ausgefiltert und gezählt. Die
tatsächliche
Performance inklusive aller Umschaltvorgänge kann so überwacht
werden.
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Um
mit der SDH-Norm bzw. SONET-Norm vergleichbare Umschaltzeiten zu
erreichen, die üblicherweise
kleiner 50 ms ist, muss gewährleistet
sein, dass pro Zeiteinheit mindestens eine K1-/K2-Byte Kombination,
also zwei OAM Rahmen übertragen
werden. Da OAM Rahmen zwischen zwei „normalen" Ethernet Rahmen übertragen werden, kann während der Übertragung
der „normalen" Ethernet Rahmen
kein K-Byte Protokoll übertragen
werden. Bei Ethernet mit 10 MB/s können dadurch Unterbrechungen
von 1 ms entstehen. Deshalb ist das Verfahren bevorzugt für Ethernet
mit 100 MB/s oder schneller geeignet, zumindest wenn Umschaltzeiten
gemäß der SDH-Norm
erzielt werden sollen.
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Die
folgende Tabelle zeigt die Dauer eines Ethernet Rahmen für Ethernet
Datenraten von 10 Mb/s bis 10 Gb/s sowie Rahmenlängen von 1600 Byte und 9600
Byte (Jumbo frame).
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Im
Vergleich dazu weisen SDH-Rahmen eine Dauer von 125 μs auf. Eine
10 Mb/s Ethernet-Übertragung
könnte
somit die Umschaltzeiten gemäß SDH-Norm
nicht erreichen.
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Ein
Persistenz-Check sollte K-Byte-Veränderungen erst nach drei aufeinander
folgend veränderten K-Bytes
weitergeben. Dazu werden 6 OAM Rahmen benötigt. Ein Defekt, der über ein
K-Byte-Protokoll
signalisiert wird, kann also bei 100 Mb/s oder höherer Übertragungsrate nach 600 μs erkannt
werden. Diese Detektionszeit ist vergleichbar mit dem SDH-Verfahren.
Ist seit 100 μs
kein OAM Rahmen übertragen
worden, muss ein OAM Rahmen eingesetzt und übertragen werden. Wird die
OAM Rahmen Rate herabgesetzt, so wird die Reaktionszeit des Protokolls
länger.
Das Schalten einer Ersatzverbindung innerhalb von 50 ms erscheint
jedoch auch bei deutlich kleinerer OAM Rahmen Rate realistisch.
In der Norm IEEE 802.3ah wird eine OAM Rahmen Rate von 10 OAM Rahmen
pro Sekunde vorgeschlagen. Die Erkennung eines Fehlers anhand des K-Bytes-Protokolls
würde dabei
200 ms dauern. Um Umschaltzeiten im Bereich der SDH-Protection-Verfahren zu
erreichen, muss die OAM-Framerate gemäß der Norm IEEE 802.3ah deutlich
erhöht
werden.
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Zusammenfassend
ergibt sich ein Verfahren zum Schutz von Ethernet-Übertragungswegen
mit Hilfe von Schutzschaltungs-Funktionen
gemäß der SDH-Norm.
Es wird eine höhere
Sicherheit von Ethernet-Verbindungen erzielt. Dadurch lässt sich
eine höhere
Akzeptanz und Attraktivität
von Ethernet erreichen.
