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Die
Erfindung betrifft ein Netzwerk mit Redundanzeigenschaften, das
einer Ethernet-Spezifikation genügt
und das zumindest zwei, mit mehreren Switches gebildete IP-Subnetze
enthält,
die über
eine redundante Verbindung aus zumindest zwei Koppelkanälen miteinander
verbunden sind, einen Layer-3-Switch
für ein
derartiges Netzwerk sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen
Netzwerkes.
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Unter
dem Begriff „Layer-3-Switch" wird ein Ethernet-Switch
verstanden, der in der Lage ist, IP (Internet Protocol)-Datentelegramme gemäß RFC791:Internet
Protocol (IP), The Internet Engineering Task Force (HTTP://www.IETF.org/),
von einem IP-Subnetz zum anderen weiterzuleiten. Im Unterschied
dazu wird als „Router" ein Netzübergang
bezeichnet, der IP-Datentelegramme über unterschiedliche
Layer-2-Techniken, zum Beispiel Token-Ring, ISDN, Ethernet, weiterleiten
kann. „Router" ist somit ein Oberbegriff
für „Layer-3-Switch". Ein Layer-3-Switch
ist also immer auch ein Router aber umgekehrt wird ein Router nicht
immer als Layer-3-Switch betrieben. Mit dem Begriff „Routing" wird der Vorgang
des Weiterleitens von Datentelegrammen oberhalb von Layer-2 bezeichnet,
also mit einem Protokoll, das im ISO-OSI-7-Schichten-Modell oberhalb
der Schicht 2 angesiedelt ist. Der Begriff „Routing" wird in der vorliegenden Anmeldung
für die
Weiterleitung von IP-Datentelegrammen
verwendet.
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Ein
IP-Subnetz ist eine Gruppe von zur Kommunikation miteinander vernetzten
Geräten,
deren Subnetz-Adressen und Subnetz-Masken übereinstimmen, und die so miteinander
vernetzt sind, dass sie Schicht-2-Datentelegramme, zum Beispiel
Ethernet-Telegramme,
miteinander austauschen können.
Wenn Geräte
eines IP-Subnetzes mit Geräten
aus anderen IP-Subnetzen IP-Datente legramme austauschen müssen, müssen diese
Geräte
eine für
ihr jeweiliges IP-Subnetz gültige
Router-Adresse eingetragen haben.
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Aus
der
EP 1 260 081 B1 sind
bereits verschiedene Netzwerke mit Redundanzeigenschaften bekannt. Unter
anderem ist dort ein so genannter Optical Switch Module (OSM) mit
mehreren Ports zum Anschluss weiterer Netzwerkkomponenten beschrieben.
Zum Aufbau eines Ethernet- oder Fast-Ethernet-Netzwerks werden beispielsweise
Endgeräte
an die Ports angeschlossen und sind somit über das OSM miteinander verbunden. Mehrere
OSMs können
in einer linienförmigen
Struktur zu einer Reihe verschaltet werden. Ein optischer Ring entsteht,
wenn die beiden Linienenden an einen Optical Redundancy Manager
(ORM) angeschlossen sind. Durch Testtelegramme, welche der ORM in
die beiden Linienenden einspeist, wird überprüft, ob eine Unterbrechung innerhalb
der Reihe vorhanden ist. Im fehlerfreien Fall, wenn die Reihe also
nicht unterbrochen ist, trennt der ORM die beiden Linienenden und
im Fehlerfall werden die beiden Linienenden durch den ORM miteinander
verbunden. In einem Netzwerk mit mehreren redundanten, optischen
Ringen werden zwei optische Ringe über zwei OSMs miteinander gekoppelt.
Die beiden, zwischen die optischen Ringe geschalteten OSMs bilden
jeweils einen Kommunikationskanal, von denen der eine aktiv und
der zweite in einen Standby-Modus geschaltet ist. Ihre Statusinformationen
tauschen die beiden OSMs über
spezielle Standby-Ports aus, die durch Kabel miteinander verbunden
sind. Fällt
die Verbindung über
den aktiven OSM aus, so gibt der redundante OSM seinen Kommunikationskanal
frei, das heißt,
er schaltet vom Standby-Modus in den Aktiv-Modus um. Auf diese Weise
wird eine vergleichsweise kurze Rekonfigurationszeit erreicht. Damit
wird verhindert, dass physikalische Fehler, vorübergehende elektromagnetische
Störungen,
Netzwerkerweiterungen oder ein Komponentenaustausch die Kommunikation
zwischen den Netzwerkkomponenten unzulässig lange beeinträchtigen.
Nachteilig dabei ist, dass zwei zusätzliche Geräte für die redundante Verbindung
zweier optischer Ringe erforderlich sind, die zudem durch Kabel
miteinander verbun den werden müssen.
Zur Vermeidung dieses Nachteils wird in der oben genannten Patentschrift
vorgeschlagen, dass ein Switch-Modul, das sich am aktiven Kommunikationskanal
befindet, so genannte Port-Select-Telegramme bei unterbrechungsfreiem
Kommunikationskanal zyklisch an die anderen Switch-Module sendet, die
in derselben Reihe angeordnet sind. Das Switch-Modul, das sich im
Standby-Modus am anderen Kommunikationskanal befindet, überwacht
den ersten Kommunikationskanal durch Auswerten der Port-Select-Telegramme.
Bei dem bekannten Netzwerk wird zwar ebenfalls eine vergleichsweise
kurze Rekonfigurationszeit erreicht, die Konfiguration der Switch-Module in der Anlaufphase
des Netzwerks wird jedoch in nachteiliger Weise mit einem aufwendigen
Algorithmus durchgeführt
und nimmt wegen der Vielzahl der zu versendenden Telegramme eine
längere
Zeit in Anspruch.
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Weitere
Netzwerke mit Redundanzmanagement sind aus den Druckschriften EP-A-0
403 763 und EP-A-0 560 122 bekannt.
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Beispielsweise
aus dem Aufsatz „Fehlertoleranter
Router-Zugang",
von Petra Borowka, der am 21.11.2005 auf der Webseite mit der Internetadresse
HTTP://www.Tecchannel.de/index.cfm?webcode=402723 der Öffentlichkeit
zugänglich
gemacht war, ist die redundante Verbindung zweier IP-Subnetze mit
dem Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) bekannt. VRRP nach
RFC3768 spezifiziert einen Ausfallmechanismus, der dafür sorgt,
dass von mehreren Routern genau einer für den Datentransport aktiviert wird.
Die Gruppe von Routern, die gemeinsam eine Default-Router-IP-Adresse bedienen,
heißt
virtueller Router (VR). Jeder virtueller Router hat genau einen
Master. Das ist der Router, der für die betreffende Default-Router-IP-Adresse
die höchste
Priorität
hat oder der bei gleicher Priorität die höchste IP-Interface-Adresse hat. Der Master eines
VR muss die ARP-Anfragen
zum IP/MAC-Address-Mapping der jeweiligen Endgeräte auf die IP-Adresse ihres
Default-Routers beantworten. Die IP-Adresse, die die Endgeräte als Default-Router in
ihrer Konfiguration vorfinden, muss demnach eine virtuelle IP-Adresse (VIP)
sein, damit sie für
mehrere physikalische Geräte
genutzt werden kann. Mit den ARP-Requests fragt der Sender die IP-Adresse
des Empfängers
nach ihrer MAC-Adresse und mappt dann sowohl MAC- als auch IP-Adresse
in seinen ARP-Cache. Abgesehen vom ARP-Request senden die Endgeräte alle
Subnetz übergreifenden
Datenpakete an die MAC-Adresse des Default-Routers. Damit die Backup-Router wissen,
ob ihr Master noch lebt, sendet dieser in regelmäßigen Intervallen VRRP-Hello-Nachrichten. Bleiben
mehrere derartige Nachrichten aus, werden die Backup-Router aktiv
und handeln untereinander aus, wer der nächste Master wird. Eine Redundanzsteuerung mit
VRRP hat jedoch den Nachteil, dass die erreichbaren Rekonfigurationszeiten,
das heißt
die Zeitintervalle, während
denen die Datenkommunikation nach Auftreten einer Störung unterbrochen
ist, im Sekundenbereich liegen. Dieses Verfahren ist in der industriellen
Kommunikation daher nicht immer einsetzbar, insbesondere, wenn Zeitintervalle
in Sekundenbereichen, in denen die Datenkommunikation unterbrochen
ist, nicht zulässig sind.
Zudem ist die Implementierung von VRRP aufwendig, da für die gegenseitige Überwachung
ein eigenes Protokoll verwendet wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk mit Redundanzeigenschaften,
einen Layer-3-Switch für
ein derartiges Netzwerk und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen
Netzwerks zu schaffen, die eine kürzere Rekonfigurationszeit
bei Auftreten von Störungen
ermöglichen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist das neue Netzwerk mit Redundanzeigenschaften,
der neue Layer-3-Switch sowie das neue Verfahren zum Betreiben eines
derartigen Netzwerks die in den Ansprüchen 1, 2 bzw. 7 genannten
Merkmale auf.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass die Rekonfigurationszeit, die wesentlich
durch das zur Redundanzsteuerung verwendete Layer-2-Redundanzverfahren
bestimmt wird, vergleichsweise kurz ist und beispielsweise kleiner
als 100 ms sein kann. Die redundante Verbindung kann daher als schnelle
redundante Kopplung bezeichnet werden. Zudem ist der Implementierungsaufwand
für die
redundante Verbindung reduziert, da übliche Layer-2-Redundanzverfahren
ohnehin in Layer-2- oder Layer-3-Switches
vorhanden sind. Für
den Anwender stellt die Erfindung eine Vereinfachung dar, da Layer-2-
und Layer-3-Redundanzverfahren die gleichen Redundanzfälle abdecken.
Die Aktualisierung der ARP-Cache's
in den Endgeräten,
die an einem IP-Subnetz angeschlossen sind, kann mit Hilfe des als
solches bekannten und bewährten
Gratuitous ARP gemäß RFC 3344:IP
Mobility Support for IPv4 der Internet Engineering Task Force aufwandsarm
und sicher erfolgen.
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Eine
besonders einfache Konfiguration von redundanten Verbindungen zwischen
IP-Subnetzen eines Ethernet-Netzwerks wird durch ein Programmiergerät erreicht,
durch welches bei der Konfigurierung des Netzwerks in dem ersten
und dem dritten Layer-3-Switch ein logischer Name für die redundante
Verbindung hinterlegt und der erste und dritte Port als Kopplungsport
bestimmt wird und wenn in einer Netzwerkanlaufphase durch Verteilen
von Sondertelegrammen, in welche der erste und der dritte Layer-3-Switch
den logischen Namen der redundanten Verbindung eintragen, den jeweils
anderen, zur selben redundanten Verbindung zugehörigen, dritten bzw. ersten
Layer-3-Switch ermitteln und anhand eines Ordnungskriteriums festlegen,
welcher Koppelkanal im störungsfreien
Betrieb aktiv und welcher deaktiviert ist. In besonders anschaulicher
Weise erfordert die Konfiguration von einem Anwender lediglich die
Eingabe oder Festlegung eines logischen Namens der redundanten Verbindung.
Dieser kann frei gewählt
werden und wird als Verbindungsname bezeichnet. In einem IP-Subnetz
werden zwei Layer-3-Switches als Gerätepaar konfiguriert. Dieses
Gerätepaar überwacht sich
im Redundanzbetrieb nach der Konfiguration gegenseitig mit Ethernet-Telegrammen
und leitet den Datenverkehr im Fehlerfall von einer Verbindung zu
der jeweils anderen, dazu redundanten Verbindung um. Wenn zusätzlich je
redundanter Verbindung ein Kopplungsport im Layer-3-Switch konfiguriert
wird, ist in vorteilhafter Weise ein portselektives Umschalten zwischen
den an einer redundanten Verbindung beteiligten Layer-3-Switches
möglich.
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Ein
Layer-3-Switch, in dessen Speicher ein logischer Name für eine zweite
oder weitere redundante Verbindungen hinterlegbar ist, hat den Vorteil,
dass die weiteren, redundanten Verbindungen in analoger Weise zur
Konfiguration der ersten redundanten Verbindung konfigurierbar sind
und dass jede redundante Verbindung über eine eigene Redundanz für Link-Down-Ereignisse
verfügt.
Wenn bei einem Kopplungsport ein Link-Down auftritt, das heißt, wenn
die Redundanz bei einem Koppelkanal verloren ist, so hat dies nämlich keinen
Einfluss auf die Redundanz der übrigen
redundanten Verbindungen, da die Redundanz portselektiv umschaltbar
ist.
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Durch
eine speziell festgelegte Multicast-Adresse, die in den Sondertelegrammen
als Zieladresse Verwendung findet, kann die Reichweite der Sondertelegramme
im Ethernet-Netzwerk in vorteilhafter Weise eingeschränkt werden,
zum Beispiel auf die Layer-3-Switches, die in der Lage sind, eine
redundante Verbindung aufzubauen. Dabei wird ein besonders einfaches
Ordnungskriterium für
die Festlegung, welcher Koppelkanal im störungsfreien Betrieb aktiv und
welcher deaktiviert ist, geschaffen, wenn in den Layer-3-Switches,
welche an einer redundanten Verbindung beteiligt sind, die in den
Sondertelegrammen empfangene MAC-Quelladresse ausgewertet und mit
der eigenen MAC-Adresse verglichen wird. Beispielsweise der Layer-3-Switch,
der die höchste
MAC-Adresse aufweist, kann per Default-Einstellung als Master festgelegt
werden, der wiederum im störungsfreien
Betrieb den aktiven Koppelkanal realisiert. Das Ordnungskriterium
kann alternativ dazu konfigurierbar sein, zum Beispiel durch Vergabe
von nummerischen Werten an die Layer-3-Switches.
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Zudem
ist es möglich, über denselben
Layer-3-Switch mehrere redundante Verbindungen zwischen zwei IP-Subnetzen
zu realisieren und den Layer-3-Switch so auszugestalten, dass ein
aktivierter, als redundant markierter Subnetzeintrag des Layer-3-Switches
aktiviert bleibt, so lange mindestens eine der redundanten Verbindungen
des Layer-3-Switches zu dem gekoppelten IP-Subnetz aktiviert ist.
Sobald die letzte redundante Verbindung zu dem gekoppelten IP-Subnetz über das
Layer-2-Redundanzverfahren deaktiviert wird, werden die als redundant
markierten Subnetz-Einträge
des Layer-3-Switches deaktiviert. Das hat den Vorteil, dass mehrere
Koppelkanäle
einer redundanten Verbindung mit demselben Layer-3-Switch realisiert
werden können.
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Anhand
der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen
und Vorteile näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Netzwerk mit Redundanzeigenschaften,
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2 ein
Ablaufdiagramm einer Redundanzkonfiguration und
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3 ein
Netzwerk mit drei IP-Subnetzen.
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Ein
beispielhaftes Netzwerk mit Redundanzeigenschaften besteht gemäß 1 aus
zwei IP-Subnetzen SN1 und SN2, wobei das IP-Subnetz SN1 vier Layer-2-
oder Layer-3-Switches S1...S4 sowie zwei Layer-3-Switches S5 und
S6 und das IP-Subnetz
SN2 vier Layer-2- oder Layer-3-Switches S7...S10 enthält. Im Folgenden
werden alle einheitlich als Layer-3-Switches bezeichnet. Als Endteilnehmer
ist im IP-Subnetz SN1 ein Personal Computer PC1 an den Layer-3-Switch
S1 angeschlossen. Im IP-Subnetz SN2 befindet sich ein Personal Computer
PC2, der mit dem Layer-3-Switch S10 verbunden ist. Die Switches
weisen jeweils einen Speicher M zur Hinterlegung von Konfigurierdaten
und Ports P1...P4 zur Kopplung mit anderen Layer-3-Switches oder
Endteilnehmern auf. Es ist selbstverständlich, dass alternativ dazu
Layer-3-Switches mit anderer Portanzahl eingesetzt werden können. Zur
Datenübertragung
zwischen zwei Layer-3-Switches ist jeweils ein Port des einen Switches
mit einem Port des anderen Switches verbunden. Beispielsweise ist
der Port P3 des Layer-3-Switches S2 an den Port P3 des Layer-3-Switches
S4 angeschlossen. Zwei Koppelkanäle
K1 und K2 bilden eine redundante Verbindung zwischen den beiden
IP-Subnetzen SN1 und SN2. Der erste Koppelkanal K1 ist durch eine
Verbindung des Ports P4 des Layer-3-Switches S5, der im IP-Subnetz
SN1 angeordnet ist, mit dem Port P2 des Layer-3-Switches S7, der
im IP-Subnetz SN2 angeordnet ist, gebildet. Eine Verbindung des
Ports P1 des Layer-3-Switches S6 im IP-Subnetz SN1 mit dem Port
P3 des Layer-3-Switches S8 im IP-Subnetz SN2 realisiert den zweiten
Koppelkanal K2 der redundanten Verbindung. Der Personal Computer PC1,
der mit einem Port P1 an den Port P1 des Layer-3-Switches S1 angeschlossen
ist, kann zur Konfigurierung des Netzwerks mit geeigneten Eingaben
eines Benutzers dienen. Dazu verfügt der Personal Computer PC1 über geeignete
Bedienelemente, wie beispielsweise eine Anzeigeeinheit und eine
Tastatur, die in der Figur der Übersichtlichkeit
wegen nicht dargestellt sind. Die Konfigurierung kann beispielsweise
mit Hilfe einer Webseite, die aus einem zu konfigurierenden Layer-3-Switch
in den Personal Computer PC1 geladen wird, oder mit einem Konfiguriertool,
beispielsweise einem SNMP-Tool (Simple Network Management Protocol Tool),
das als Programm auf dem Personal Computer PC 1 abläuft, erfolgen.
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Zur
Redundanzsteuerung, durch welche je nach Störungssituation eine redundante
Verbindung aktivierbar oder deaktivierbar ist, wird ein Layer-2-Redundanzverfahren
genutzt. Geeignet sind beispielsweise das bekannte Spanning-Tree-Verfahren
oder das Rapid-Spanning-Tree-Verfahren für Ethernet-Netzwerke. Ein neues
Layer-2-Redundanzverfahren, das sich durch besonders einfache Konfiguration
und kurze Rekonfigurationszeit auszeichnet, wird im Folgenden detailliert
beschrieben.
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Bei
der Konfiguration wird ein logischer Name, der die redundante Verbindung
zwischen den beiden IP-Subnetzen SN1 und SN2 bezeichnet, in den
jeweiligen Speicher M der Layer-3-Switches S5 und S6 eingetragen.
Weiterhin wird im jeweiligen Speicher M der Kopplungsport hinterlegt,
der für
die redundante Verbindung genutzt wird. Im Falle des Layer-3-Switches
S5 ist dies der Port P4, beim Layer-3-Switch S6 der Port P1. In
einer Netzwerkanlaufphase ermitteln die beiden Layer-3-Switches
S5 und S6 jeweils durch Verteilen von Layer-2-Sondertelegrammen,
in welche sie den logischen Namen der redundanten Verbindung eintragen,
den jeweils anderen, zur selben redundanten Verbindung gehörigen Layer-3-Switch
S6 bzw. S5. Anhand eines Ordnungskriteriums, beispielsweise gemäß der eigenen
MAC-Adresse im Netzwerk, legen die beiden Layer-3-Switches S5 und
S6 fest, welcher Koppelkanal im störungsfreien Betrieb aktiv und
welcher deaktiviert ist. Zur Redundanzüberwachung im Redundanzbetrieb
erhält
beispielsweise der Layer-3-Switch S6, der im Netzwerk die höchste MAC-Adresse
hat, die Funktion eines Masters, während der Layer-3-Switch S5
mit der niedrigeren MAC-Adresse als Slave betrieben wird. In zyklisch
versendeten Unicast-Telegrammen teilt der Master dem Slave den Zustand
seines Kopplungsports mit. Sendet der Layer-3-Switch S6 als Zustand
des Kopplungsports P1 „Link-Up", so bleibt der Kopplungsport
P4 des Layer-3-Switches S5 deaktiviert. Sendet dagegen der Layer-3-Switch
S6 als Zustand „Link-Down" oder empfängt der
Layer-3-Switch S5 länger
als einen vorgegebenen Zeitraum keine derartigen Telegramme mehr,
so erkennt er den Ausfall des Koppelkanals des Partnergeräts, in diesem
Fall des Layer-3-Switches S6, und aktiviert seinen Kopplungsport
P4. Somit ist im fehlerfreien Betrieb, das heißt, wenn sich der Kopplungsport
P1 des Layer-3-Switches S6 im Zustand Link-Up befindet, nur der Kopplungsport P1
des Layer-3-Switches S6 als Master aktiv. Wenn der Kopplungsport
P1 des Masters in den Zustand Link-Down übergeht, wird der zur selben
redundanten Verbindung gehörige
Kopplungsport P4 des Layer-3-Switches S5 aktiviert. Die Zykluszeit,
mit welcher die Telegramme des Masters versendet werden, ist abhängig von
der geforderten Rekonfigurationszeit des Netzwerks. Bei einer maximalen
Rekonfigurationszeit von etwa 100 ms wird beispielsweise eine Zykluszeit
von 10 ms bevorzugt, da das Netzwerk bei dieser Wahl durch die zyklisch
versendeten Telegramme nur eine geringe zusätzliche Last erfährt.
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Anhand
des Ablaufdiagramms in 2 wird im Folgenden die Konfiguration
des Netzwerks in der Netzwerkanlaufphase näher beschrieben.
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Mit
dem Start beginnt das Verfahren. In einer Abzweigung T1 prüft der Layer-3-Switch,
ob bereits ein logischer Name für
die redundante Verbindung, beispielsweise der Name „Netz2", der für alle Layer-3-Switches
derselben redundanten Verbindung gleich ist, in den jeweiligen Speicher
M (1) eingetragen wurde. Sobald bei dem Layer-3-Switch
ein Verbindungsname eingetragen wurde, geht dieser in einen Zustand „keine Verbindung" entsprechend einer
Aktion A1. In diesem Zustand handelt der Layer-3-Switch folgendermaßen:
Der
Layer-3-Switch sendet zyklisch Multicast-Telegramme mit einer für das Verfahren
speziell festgelegten MAC-Multicast-Adresse als Ziel-Adresse, mit der eindeutigen
MAC-Unicast-Adresse
des jeweiligen Layer-3-Switches als Quell-Adresse und mit dem logischen
Verbindungsnamen, welcher der jeweiligen redundanten Verbindung
zugewiesen wurde. Der zur redundanten Verbindung gehörige Koppelport
bleibt deaktiviert.
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Sobald
der Layer-3-Switch im Zustand „keine
Verbindung" ein
gültiges
Telegramm mit der oben genannten, festgelegten MAC-Multicast-Adresse
empfangen hat, vergleicht er den darin enthaltenen Verbindungsnamen
mit dem im eigenen Speicher M abgelegten. Ergibt der Vergleich eine Übereinstimmung,
so geht der Layer-3-Switch entsprechend einem Pfad Y nach einer
Verzweigung T2, in welcher der Vergleich stattgefunden hat, in einen
Zustand „Verbindung
aufgebaut" über. Bei
einem derartigen Empfangstelegramm kann es sich nur um das Telegramm
des redundanten Partnergeräts
handeln. Der jeweils andere, zur selben redundanten Verbindung zugehörige Layer-3-Switch
ist somit ermittelt.
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Der
Layer-3-Switch sendet in einer Aktion A2 nun zyklische Unicast-Telegramme
an das ermittelte Partnergerät.
Diese Unicast-Telegramme enthalten die eindeutige MAC-Unicast-Ad resse
des Partnergeräts als
Ziel-Adresse, die eindeutige MAC-Unicast-Adresse
des Layer-3-Switches, der den Verfahrensablauf abwickelt, als Quell-Adresse
und den Linkstatus des definierten Kopplungsports. In einer darauf
folgenden Verzweigung T3 überprüft der Layer-3-Switch,
ob dazu korrespondierende Telegramme mit der MAC-Unicast-Adresse des
Partnergeräts
als Quell-Adresse empfangen werden. Ist dies der Fall, wird zur
Aktion A3 übergegangen. Bei
der Aktion A3 legt der Layer-3-Switch die Master/Slave-Rollenverteilung
fest. Dies erfolgt nach einem Ordnungskriterium. Beispielsweise
wird der Layer-3-Switch mit der höchsten MAC-Unicast-Adresse
Master. Wird der Layer-3-Switch selbst zum Master, so sendet er
den Status seines festgelegten Kopplungsports an den Slave. Je nach
empfangenem Status aktiviert oder deaktiviert dieser seinen Kopplungsport.
Wird für
den Kopplungsport des Masters der Status „Link-Down" in einem Telegramm empfangen, so wird
oder bleibt der Kopplungsport des Slaves aktiviert. Falls dagegen
der Status „Link-Up" aus dem Telegramm
gelesen wird, wird oder bleibt der Kopplungsport des Slaves deaktiviert.
Diese Vorgehensweise findet in gleicher Weise im Redundanzbetrieb
Anwendung, der sich an „End" im Ablaufdiagramm
anschließt.
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Sobald
ein Slave im Zustand „Verbindung
aufgebaut" kein
Telegramm mehr vom Master empfängt,
aktiviert er den Kopplungsport und geht in den Zustand „keine
Verbindung" über. Damit
kann sich die Redundanz in vorteilhafter Weise nach der Neuhinzufügung eines
Partnergeräts
einer redundanten Verbindung automatisch neu konfigurieren.
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Zu
Diagnosezwecken kann zusätzlich
die Überwachung
des Slaves mit Hilfe von zyklischen Telegrammen des Slaves erfolgen,
die vom Master ausgewertet werden.
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An
dem gezeigten Ablauf wird deutlich, dass das Verfahren die redundante
Kopplung von physikalischen und virtuellen Netzwerksegmenten sowie
von Netzwerksegmenten, in denen drahtlose Übertragungsstrecken mit drahtgebundenen
kombiniert sind, behandeln kann.
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Mit
dem beschriebenen Layer-2-Redundanzverfahren erfolgt die Redundanzsteuerung,
durch welche je nach Störungssituation
die Koppelstrecke K1 oder K2 aktivierbar oder deaktivierbar ist.
Die statischen Subnetz-Einträge
beider Layer-3-Switches S5 und S6, die im Falle einer Redundanzumschaltung
aktiviert oder deaktiviert werden müssen, werden als redundante
Subnetz-Einträge
markiert. Implizit werden dadurch auch die damit verbundenen statischen
Routen als redundant markiert. Dazu müssen die statischen Subnetz-Einträge in den
Layer-3-Switches
S5 und S6 derart ausgebildet sein, dass sie die zusätzliche
Eigenschaft „redundant" erhalten können. Dies
kann durch zusätzliche
Konfigurationsparameter erfolgen, die zusammen mit den anderen Konfigurationsdaten
im nichtflüchtigen
Speicher M gemäß 1 abgelegt
werden.
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In
einem Anwendungsbeispiel sei das IP-Subnetz SN1 durch die folgenden
IP-Adressen beschrieben, die als statische Subnetz-Einträge in den
Konfigurationsdaten abgelegt sind:
| IP-Netz-Adresse: | 148.167.80.0 |
| Subnetz-Maske: | 255.255.255.0 |
| im
IP-Subnetz SN1 sei nur eine Router-Adresse: | 148.167.80.1. |
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Das
IP-Subnetz SN2 sei durch die IP-Adressen beschrieben:
| IP-Netz-Adresse: | 148.167.87.0 |
| Subnetz-Maske: | 255.255.255.0 |
| im
IP-Subnetz SN2 sei wiederum nur eine Router-Adresse: | 148.167.87.1. |
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Die
IP-Subnetze SN1 und SN2 sind über
die Layer-3-Switches S5 und S6 mit den Koppelkanälen K1 und K2 redundant miteinander
gekoppelt.
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Ein
Koppelkanal K3, der in 1 mit durchbrochenen Linien
dargestellt ist, dient zur Verdeutlichung, dass durch einen Layer-3-Switch
mehrere Koppelkanäle
realisiert werden können.
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Die
als redundant markierten Einträge
in den Speichern M der beiden Layer-3-Switches S5 und S6 müssen gleich
sein. Dies kann durch eine Überprüfung abgesichert
werden, die eine spezielle Software auf einem Rechner, beispielsweise
dem Personal Computer PC1, oder Software in den Layer-3-Switches
S5 und/oder S6 leisten kann. Diese Überprüfung erfolgt während oder
nach der Konfiguration des Netzwerks und beeinflusst damit in vorteilhafter
Weise nicht die Rekonfigurationszeit. Über das oben detailliert beschriebene Layer-2-Redundanzverfahren
ist sichergestellt, dass jeweils nur ein Koppelkanal K1 oder K2
der redundanten Verbindung aktiviert ist. Im fehlerfreien Betrieb
sei dies der Koppelkanal K2. Der Layer-3-Switch S5 und der Layer-3-Switch S6
werden so konfiguriert, dass Routing zwischen dem IP-Subnetz SN1
und dem IP-Subnetz SN2 möglich
ist. Beide Subnetze werden auf den beiden Layer-3-Switches eingetragen mit den Router-Adressen
148.167.80.1 bzw. 148.167.87.1 und als redundant markiert.
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Der
Personal Computer PC1 habe die folgende IP-Konfiguration:
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| IP-Adresse: |
148.167.80.17 |
| Subnetz-Maske: |
255.255.255.0 |
| Router-Adresse: |
148.167.80.1. |
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Der
Personal Computer PC2 habe die IP-Konfiguration:
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| IP-Adresse: |
148.167.87.13 |
| Subnetz-Maske: |
255.255.255.0 |
| Router-Adresse: |
148.167.87.1. |
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Bevor
es zur IP-Kommunikation zwischen dem Personal Computer PC1 und dem
Personal Computer PC2 kommen kann, müssen beide die jeweilige MAC-Adresse
des Layer-3-Switches üblicherweise über ARP-Requests
ermitteln und diese in den eigenen ARP-Cache eintragen. Anschließend können die
beiden Personal Computer PC1 und PC2 IP-Datentelegramme austauschen.
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Solange
das Layer-2-Redundanzverfahren in den beiden Layer-3-Switches S5 und S6
meldet, dass der Koppelkanal K1 bzw. K2 nicht aktiviert ist, bleibt
der als redundant markierte Subnetz-Eintrag deaktiviert.
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Sobald
der jeweilige Koppelkanal K2 bzw. K1 zu dem gekoppelten IP-Subnetz über das
Layer-2-Redundanzverfahren aktiviert wird, wird auch der jeweilige,
als redundant markierte Subnetz-Eintrag aktiviert. Zudem sendet
der jeweilige Layer-3-Switch über die
aktivierte Ethernet-Verbindung einen so genannten Gratuitous ARP
in jedes IP-Subnetz SN1 und SN2 für den jeweils aktivierten Subnetz-Eintrag
und aktualisiert damit die ARP-Einträge für die Routeradressen bei allen
Endteilnehmern in den IP-Subnetzen SN1 und SN2.
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Erfolgt
nun ein Link-Down, beispielsweise auf dem Koppelkanal K2, so stellt
das Layer-2-Redundanzverfahren sicher, dass der redundante Koppelkanal
K1 aktiviert wird. Sobald dies geschieht, werden die als redundant
markierten Einträge
für die
IP-Subnetze SN1 und SN2 des Layer-3-Switches S5 aktiviert. Die Personal
Computer PC1 und PC2 haben zu diesem Zeitpunkt noch die MAC-Adressen
des Layer-3-Switches S6 als Router-Adressen in ihren ARP-Cache.
Um dies zu korrigieren, sendet der Layer-3-Switch S5 nach Aktivieren
des redundanten Koppelkanals K1 einen Gratuitous ARP in die IP-Subnetze
SN1 und SN2. Anschließend können die
beiden Personal Computer PC1 und PC2 wieder IP-Datentelegramme austauschen.
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In
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei IP-Subnetze SN3, SN4
und SN5 über
zwei Layer-3-Switches S13 und S14 redundant gekoppelt. In dem jeweiligen
Speicher M der Layer-3-Switches S13 und S14 werden zur Redundanzkonfiguration
logische Namen, beispielsweise „Netz3", „Netz4" oder „Netz5" für die redundante
Verbindung zwischen den IP-Subnetzen SN3, SN4 und SN5 eingetragen.
Der redundanten Verbindung „Netz4" ist dabei im Layer-3-Switch
S13 der Kopplungsport P3 und im Layer-3-Switch S14 der Kopplungsport
P4 zugeordnet. Entsprechend ist der redundanten Verbindung „Netz5" der Kopplungsport
P4 des Layer-3-Switches S13 und der Kopplungsport P1 des Layer-3-Switches
S14 zugehörig.
Für jede redundante
Verbindung läuft
das Verfahren zur Konfiguration in der anhand den 1 und 2 beschriebenen Weise
ab. Wenn bei einem Kopplungsport, beispielsweise dem Kopplungsport
P3, ein Link-Down auftritt, das heißt, die Redundanz bei der redundanten
Verbindung „Netz4" verloren geht, so
hat dies keinen Einfluss auf die Redundanz der weiteren redundanten
Verbindungen „Netz3" und „Netz5". Das Verfahren erlaubt
somit ein portselektives Umschalten zwischen Master und Slave, das
heißt,
jede redundante Verbindung verfügt über eine
eigene Redundanz für
Link-Down-Ereignisse.