DE102006044856A1

DE102006044856A1 - Verfahren zum Vermitteln von Datenpaketen mit einer Wegekodierung in einem Netzwerk

Info

Publication number: DE102006044856A1
Application number: DE102006044856A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. Krug
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Unify GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-23
Also published as: DE102006044856B4

Abstract

Erfindungsgemäß wird für jeden Netzknoten (NK) einer Route eine netzknotenbezogene Wegeinformation (wi1...win) ermittelt. Die ermittelten netzknotenbezogenen Wegeinformationen (wi1...win) werden zu einer Wegekodierung (WK) zusammengefasst, wobei die Wegeinformationen (wi1...win) in der Wegekodierung (WK) in der Reihenfolge angezeigt sind, in der die Datenpakete (DP) die Netzknoten (NK) der Route durchlaufen. Die Datenpakete (dp) werden vor dem Durchlaufen der Route oder eines Abschnitts der Route mit einer Wegekodierung (WK) versehen und in jedem Netzknoten (NK) der Route oder eines Abschnitts der Route wird die Wegekodierung (WK) erkannt und die Datenpakete (dp) werden direkt mit Hilfe der angezeigten netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1...win) an den Ausgang (P1...Pn) des Netzknotens (NK) vermittelt werden. Bei der Vermittlung mit Wegeinformationen (wi1...win) kann die Bearbeitungs- bzw. Vermittlungszeit von Datenpaketen (dp) mit Echtzeitanforderung in den Netzknoten (NK) erheblich reduziert bzw. minimiert werden.

Description

Die Qualität der Übertragung von Datenpaketen in Echtzeit wie beispielsweise für IP-Telephonie oder Medienverbindungen oder Videokonferenzen über das IP-Netzwerk wird durch Paketlaufzeiten im Netzwerk beeinträchtigt. Erhöhte Laufzeiten im Netzwerk verursachen Echos und stören somit die Unmittelbarkeit der Kommunikation bei Echtzeitverbindungen. Die Echos können nur mit erheblichem Aufwand durch Echounterdrücker auf der Basis von Signalprozessoren unterdrückt bzw. entfernt werden.
Die Laufzeiten der Datenpakete werden in geringem Masse durch die Signallaufzeiten auf den Übertragungswegen verursacht. Überwiegend entstehen die Laufzeiten durch die Bearbeitungszeiten bzw. den Rechenaufwand bei der Vermittlung von Datenpaketen in den Netzknoten. Da die Bearbeitungszeiten durch die verwendeten Vermittlungsverfahren wie beispielsweise IP- oder Ethernet- oder ATM-Protokoll vorgegeben sind, können die Laufzeiten nicht prinzipiell vermieden werden. Generell gilt für paketorientierte Netzwerke, dass die Laufzeit eines Datenpakets umso größer ist, je mehr Netzkomponenten bzw. Netzknoten ein Datenpaket im Rahmen einer Verbindung durchlaufen muss.
In bekannten paketorientierten Netzwerken wie beispielsweise im IP-Netzwerk oder in LAN-Netzwerken werden die Datenpakete einer Verbindung anhand einer Adressinformation durch das Netzwerk vermittelt. Hierzu wird in jedem Netzknoten die Zieladresse untersucht und mit Hilfe einer in den Netzknoten verfügbaren Netzkonfiguration ein Port bzw. ein Ausgang der Netzknotens ermittelt, an den das Datenpaket zu einem weiteren Netzknoten oder ein Endgerät des Netzwerks weiter zu leiten ist.
In paketorientierten Netzwerken beispielsweise ein MPLS-Netzwerk, die für die Echtzeitübertragung von Datenpaketen geeigneter sind, wird die Route bzw. der Weg für eine Verbindung durch ein Netzwerk anhand der Ziel- und Ursprungsadresse ermittelt. Die Route bzw. die optimale Route für eine Verbindung wird nach bekannten Verfahren wie beispielsweise dem Dijkstra-Algorithmus oder dem Spanning Tree Protokoll ermittelt, wobei meist die kürzeste Route bzw. der kürzeste Weg durch ein Netzwerk die optimale Route darstellt. In den in die Route einbezogenen Netzknoten wird in einer Tabelle die Zieladresse zusammen mit dem Ausgang bzw. mit dem Ausgangport gespeichert. Werden anschließend die Datenpakete über die Route bzw. die Verbindung übermittelt, wird in jedem Netzknoten anhand der Zieladresse mit Hilfe der Tabelle der Ausgangsport des Netzknotens ermittelt und das Datenpaket an diesen Ausgangsport vermittelt. Zwar kann durch die Verwendung derartiger Tabellen die Bearbeitungs- bzw. Vermittlungszeit in den Netzknoten reduziert werden, jedoch ist weiterhin ein zeitaufwändiger Vergleich der empfangenen Zieladresse mit den gespeicherten Adressen erforderlich.
Sind zwischen zwei oder mehreren Endeinrichtungen viele Datenpakete derselben Quelle in zeitlichem und logischem Zusammenhang zum selben Ziel zu vermitteln, wie z.B. beim Betrieb einer Sprachverbindung der IP-Telefonie, bietet es sich an, Verfahren bzw. Methoden zur Optimierung und Beschleunigung der Vermittlung zu verwenden. Diese zielen auf die Ermittlung und anschließende Wiederverwendung einer optimalen Route (Source Routing) oder auf die Hinterlegung einer für die Verbindung charakteristischen Kennung (Flusskennung) in den einzelnen Datenpaketen ab.
Für die Ermittlung einer optimalen Route, insbesondere in LAN-Netzwerken, kann das Source Routing Verfahren verwendet werden, bei dem ein Endgerät oder ein Netzknoten die Adresse des nächsten Netzknotens in den Kopf der Nachricht einträgt. Jeder folgende Netzknoten adressiert den darauf folgenden Knoten direkt im Kopf der Nachricht. Zwar wird bei den Netz knoten die Ermittlung der Adresse für den nächsten Netzknoten vermieden, jedoch muss die Adresse in eine physikalische Netzadresse bzw. einen Ausgangport übersetzt werden.
In dem Internetprotokoll IPv6 ist im Header eine Flusskennung vorgesehen, um Datenpakete mit Echtzeitanforderung schneller im IP-Netz bzw. in IP-orientierten Intranets vermitteln zu können. Als Flusskennung werden Flussnummern vergeben, anhand derer der Netzknoten – im IP-Netzwerk als Router bezeichnet – die Datenpakete eines gekennzeichneten Datenpaketstroms schneller erkannt und vermittelt bzw. geroutet werden können. Auch bei diesem Verfahren müssen die Flusskennungen mit den gespeicherten Kennungen verglichen werden, um die optimale Route, zu ermitteln bzw. den Ausgang des Netzknoten zu bestimmen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, die Übertragung von Datenpaketen mit Echtzeitanforderung über paketorientierte Netzwerke zu verbessern. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 15 und 16 gelöst.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass für jeden Netzknoten einer Route oder Abschnitts einer Route eine netzknotenbezogene Wegeinformation ermittelt wird und die ermittelten netzknotenbezogenen Wegeinformationen zu einer Wegekodierung zusammengefasst werden, wobei die Wegeformationen in der Wegekodierung in der Reihenfolge angezeigt sind, in der die Datenpakete die Netzknoten (KN) der Route durchlaufen. Die Datenpakete werden vor dem Durchlaufen der Route oder des Abschnitts der Route mit einer Wegekodierung versehen und in jedem Netzknoten der Route oder des Abschnitts der Route wird die Wegekodierung erkannt und die Datenpakete werden direkt mit Hilfe der angezeigten netzknotenbezogenen Wegeinformation an den Ausgang des Netzknotens (KN) vermittelt. Vorteilhaft zeigt die Wegeinformation den Sendeweg in dem jeweiligen Knoten an, wobei der Sendeweg den Port des je weiligen Netzknotens angibt, an den ein an einem Port empfangenes Datenpaket weitergeleitet wird.
Im Unterschied zum Source Routing ist es bei der Erfindung nicht notwendig, als Wegecodierung MAC-Adressen oder IP-Adressen der zu durchlaufenden Netzknoten zu verwenden. Vielmehr kann die netzknotenbezogene Wegeinformation für jeden einzelnen Netzknoten spezifisch auf die Aufgabe der Festlegung des relevanten Ausgangs des Netzknotens hin optimiert sein.
Durch das Einfügen aller Wegeinformationen, d.h. der physikalischen Ausgangsports, für jeden in der Route oder eines Abschnitts der Route einbezogenen Netzknoten kann auf Tabellen und die damit verbundenen Vergleiche bzw. Suche nach Adressen oder Kennungen bzw. Identifier verzichtet und die Datenpakete direkt an den durch die Wegeinformation bestimmten physikalischen Ausgang bzw. Ausgangsport des Netzknoten vermittelt werden. Bei dieser Vermittlung mit Wegeinformationen kann die Bearbeitungs- bzw. Vermittlungszeit von Datenpaketen mit Echtzeitanforderung erheblich reduziert bzw. minimiert werden.
Im Rahmen der Bearbeitung eines Datenpakets in einem Netzknoten wird die netzknotenbezogene Wegeinformation entfernt oder ein dem folgenden Netzknoten seine Wegeinformation anzeigender Zeiger eingestellt. Vorteilhaft ist das Entfernen der nicht mehr erforderlichen Wegeinformation, da hierdurch der nächste Netzknoten keinen Zeiger ermitteln muss, sondern jeweils direkt die erste Wegeinformation zur Vermittlung des Datenpakets benutzten kann, wodurch die kürzeste Bearbeitungszeit erreicht wird. Eine gegebenenfalls erforderliche Neuberechnung von Prüfsummen für das Datenpaket kann während des Sendens erfolgen und verzögert dann die Weiterleitung des Paketes nicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Wegekodierung in den Header eines Datenpakets eingefügt wird, wobei das Vorhandensein einer Wegekodierung im Datenpaket bzw. im Header durch eine Wegeidentifikation angezeigt wird. Hierbei kann die Wegekodierung an einer vorgegebenen Stelle im Header positioniert werden, um ein schnelles Auffinden der Wegeinformation zu ermöglichen. Die Wegeidentifikation dient zur Erkennung von Datenpaketen, die eine Wegekodierung enthalten und erleichtern den jeweiligen Netzknoten die Entscheidung, ob anhand einer Wegekodierung oder anhand von herkömmlichen Adressen oder Flusskennungen vermittelt werden soll. Hierbei kann eine im Header vorhandene Information, beispielsweise der Start Frame Delimiter SFD im Ethernet-Header, als Wegeidentifikation so modifiziert werden, dass eine schnelle Identifikation möglich ist.
Die Wegekodierung wird erfindungsgemäß in die Datenpakete in einem den ersten Netzknoten einer Route oder eines Abschnitts einer Route repräsentierenden Ursprungsknoten eingefügt, wobei ein Netzknoten durch eine Vermittlungseinrichtung in den Netzwerken oder durch eine Übergangseinrichtung zwischen den Netzwerken oder durch ein Endgerät eines Netzwerks repräsentiert ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die in den Netzwerken ermittelte Wegekodierung dann an dem Ursprungsknoten bereitgestellt wird.
Vorteilhaft kann zusätzlich zur Wegekodierung eine übliche Adressen- oder Flusskennungen in den Header eingetragen werden. Als Adressen sind beispielsweise Ursprungsadresse-Adresse eine die Datenpakete sendendes Endgerät oder Netzknotens eines Netzwerks – und/oder die Zieladresse-Adresse eines die Datenpakete empfangenden Endgeräts oder Netzknotens eines Netzwerks – vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird bei Ausfall oder Störung einer der Wegekodierung zugeordneten Route oder eines Abschnitts der Route mit Hilfe des im Netzwerk vorgesehenen Dienstes zur Ermittlung einer Wegekodierung für eine Route oder eines Abschnitts der Route eine Ersatzroute mit der Ersatzwegekodierung ermittelt und an den Ursprungsknoten übermittelt. Im Unsprungskno ten wird anschließend anstelle der Wegekodierung die Ersatzwegekodierung in jedes Datenpaket eingefügt. Diese Vorgehensweise ist auch bei der Überlastung von Netzknoten vorteilhaft. Hierbei werden vorteilhaft fehlerhafte Wegekodierungen erkannt und nicht weitergeleitet bzw. entfernt. Der Dienst kann zentral in einem Netzwerk oder verteilt in Subnetzwerken als eine Serverlösung realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Gültigkeit einer ermittelten Wegekodierung zeitabhängig. Durch diese Maßnahme werden aufgrund von sich ständig verändernden Netzwerken veraltete Wegeinformationen bzw. Wegekodierungen aktualisiert und damit fehlerhafte Wegekodierungen mit damit verbundenen Störungen im Netzwerk vermieden.
Vorteilhaft wird im Netzwerk die Wegekodierung für die optimale Route oder für einen Abschnitts der optimalen Route ermittelt – beispielsweise mit dem Dijkstra-Verfahren – und dem Ursprungsknoten bereitgestellt oder alternativ werden aus Redundanz- und Lastverteilungsgründen im Netzwerk mehrere Wegekodierungen für eine Route oder mehrere Routen oder Abschnitte von Routen ermittelt und dem Ursprungsknoten zur Verfügung gestellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung insbesondere erfindungsgemäß ausgestaltete Netzknoten und Netzwerke sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1a den Aufbau eines paketorientierten Datenpakets in einem Ethernet-Netzwerk,
1b den Aufbau eines erfindungsgemäßen, paketorientierten Datenpakets in einem Ethernet-Netzwerk, und
2 den erfindungsgemäßen Aufbau eines Netzknotens in einem Ethernet-Netzwerk.
1a zeigt den Header H eines paketorientiertes Datenpakets dp für eine beispielhafte Anwendung in einem Netzwerk N auf der Basis einer Ethernet-Realisierung, wobei nur die erfindungswesentlichen Informationen dargestellt sind. Die Erfindung kann alternativ in von Ethernet-Datenpaketen abweichenden Datenpaketen dp, beispielsweise in Internet-Datenpaketen, angewandt werden. Der Header H ist durch eine Präambel P, einen Rahmenbegrenzer SDF, ein Ursprungsadresse SA, eine Zieladresse DA sowie weitere, nicht erfindungsrelevante Informationen – nicht dargestellt – gebildet. Die Präambel P enthält für eine Ethernet-Realisierung 7 aufeinander folgende Bytes mit der Bitfolge 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0. Ein Rahmenbegrenzer SDF-Start Frame Delimiter – folgt der Präambel, wobei der Rahmenbegrenzer SDF den eigentlichen Beginn des Headers H bzw. des Datenpakets dp anzeigt. An den Rahmenbegrenzer SDF schließen die Ursprungsadresse SA und die Zieladresse DA an – in der Fachwelt auch als Source Address und Destination Adress bekannt. Die Ursprungs- und die Zieladresse SA, DA umfassen z.B. im Ethernet jeweils 6 Byte, die eine weltweit eindeutige MAC-Adresse darstellen.
1b zeigt ebenfalls den Header H eines paketorientiertes, Datenpakets dp für eine beispielhafte Anwendung in einem Netzwerk N auf der Basis einer Ethernet-Realisierung, wobei der Header H erfindungsgemäß ausgestaltet ist. Wie der Header H in 1a weist der Header H in 1b eine Präambel mit 7 Bitfolgen auf. Erfindungsgemäß wird eine Wegeidentifikation in das Datenpaket dp eingefügt. Diese Anzeige der Einfügung erfolgt im Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle des Rahmenbegrenzers SFD ein spezieller Rahmenbegrenzer SFD' mit einer speziellen Bitfolge verwendet wird, der neben dem Beginn des Headers H auch anzeigt, dass im Header H anschließend nicht die Ursprungs- und Zieladresse SA, DA folgt, sondern eine erfindungsgemäße Wegekodierung WK eingefügt ist.
Die Wegekodierung WK ist durch mehrere Wegeinformationen wi1..win gebildet. Erfindungsgemäß stellt eine Wegeinforma tion wi1..win eine Information dar, die für jeden durchlaufenden Netzknoten NK einer Route oder eines Abschnitts einer Route den physikalischen Ausgang eines Netzkoten NK in einem Netzwerk oder mehreren Netzwerken N angibt. Dies ist insbesondere eine Angabe über den physikalischen Port bzw. eine physikalische Portadresse. Eine Wegeinformation wi1..win bewirkt in einem Netzknoten NK, dass ein empfangenes Datenpaket dp mit einer für den Netzknoten NK vorgesehenen wi1..win das Datenpaket dp ohne weitere Bearbeitung an den durch die Wegeinformation wi1..win angegebenen physikalischen Ausgang bzw. Port des Netzknotens NK weitergeleitet wird.
Anschließend ist in das in 1b dargestellte Datenpaket dp wie im Datenpaket dp nach 1a eine Ursprungs- und Zieladresse SA, DA eingefügt – die Zieladresse ist nicht dargestellt.
Ein Netzknoten NK kann durch unterschiedliche Einrichtungen in den Netzwerken N repräsentiert sein. In den Netzwerken N können dies beispielsweise Vermittlungseinrichtungen wie Router oder Switches oder zwischen den Netzwerken N Übergangseinrichtungen wie Bridges oder Endgeräte der Netzwerke N wie Personalcomputer oder IP-Phones sein.
Um eine Wegekodierung WK bzw. die Wegeinformationen wi1..win zu ermitteln, muss dass Netzwerk N mit einem Dienst zur Bereitstellung der Wegekodierung WK bzw. der Wegeinformationen wi1..win ausgestattet sein. Dieser Dienst ist ähnlich wie die bei Ethernet vorhandenen Dienste für die Ermittlung der optimalen Route oder Abschnitts einer optimalen Route von einem ein Datenpaket dp sendenden Endgerät oder Knoten KN des Netzwerks N über die zwischen liegenden Netzknoten NK zu einem das Datenpaket dp empfangenden Endgerät oder Netzknotens NK des Netzwerks implementiert. Ist die optimale Route bzw. Abschnitts einer Route mit einem bekannte Verfahren, beispielsweise einem Dijkstra-Alogrithmus ermittelt, wird diese anschließend jeweils in die Wegeinformationen wi1..win bzw. in die Wegekodierung WK übersetzt. Hierbei wird anhand der ermittelten Route für jeden Knoten KN in der Route bzw. Abschnitts einer Route oder einer Verbindung die Wegeinformation wi1..win ermittelt und zu einer Wegekodierung WK zusammengestellt, wobei die Reihenfolge der Wegeinformation wi1..win in der Reigenfolge der vom Ursprungsknoten NK zum Zielknoten NK durchlaufenen Knoten KN angeordnet sind.
2 zeigt schematisch den Aufbau eines Knotens KN bzw. eines Routers oder Switches auf der Basis einer Ethernet-Realisierung, d.h. mit Datenpaketen dp gemäß 1a oder 1b. Die physikalische Schicht 2 des Knotens KN ist mit einer Übertragung von 10 (10BaseT) bzw. 100 MBit/s (100BaseT) über Twisted Pair Kabel realisiert, wobei das Twisted Pair Kabel das Übertragungsmedium 1 eines Netzwerks N darstellt. Die Verkabelung erfolgt üblicherweise über ein verdrilltes Kabel (Twisted Pair) und sternförmig. Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen, kann das Übertragungsmedium 1, wie in der Figur dargestellt, durch zwei, bidirektional wirkende Twisted Pair Kabel gebildet werden. Die physikalische Schicht 2 ist Teil eines Port P bzw. eines Ausgangs des Knotens KN, der wie bereits erläutert, an das Übertragungsmedium 1 angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel sind n Ports P1..Pn an das Übertragungmedium 1 angeschlossen, wobei der erste, der zweite und der n-te Port P1, P2..Pn dargestellt sind. Alternativ sind als Übertragungsmedium Koaxialkabel oder auch Wireless-LAN's oder weitere drahtlose Netzwerke möglich, wobei die physikalische Schicht und die Transportschicht auf das eingesetzte Übertragungsmedium abzustimmen sind.
Für den Empfang und das Senden von Datenpaketen dp über das Netzwerk N ist in den Ports P1..Pn jeweils ein Empfangspeicher 3 und Sendespeicher 4 vorgesehen, wobei in die Speicher 3, 4 jeweils für die Aufnahme von Datenpaketen dp mit und ohne Wegekodierung WK ausgestaltet sind. Üblicherweise sind derartige Speicher 3, 4 sind durch FIFO-Speicher (First In First Out) realisiert. Vorteilhaft erfolgt bei gleich schnellen Ports P1, ... Pn ein Zwischenspeichern der empfangenen Daten eines Datenpakets dp nur bis zur erfolgten Auswertung der für den Netzknoten NK bestimmten Wegeinformation wi..win. Dann beginnt, wenn der Ausgangport frei ist, sofort die Weiterleitung des Datenpakets dp. In heutigen Ethernet-Switchen muss bis zur Auswertung der MAC-Zieladresse und der anschließenden Entscheidung des Ausgangsports gewartet bzw. zwischengespeichert werden. Das Verfahren wird „direct cut through" genannt.
Für die erfindungsgemäße Bearbeitung von Datenpakten dp mit einer Wegekodierung WK ist ein Wegemodul 5 vorgesehen, wobei mit dem Wegemodul 5 das erfindungsgemäße Erkennen der Datenpakte dp und die Auswertung der Wegekodierung WK für alle vom Empfangsmodul 3 übermittelten Datenpakete dp mit einer Wegekodierung WK durchgeführt wird. Im Rahmen der Auswertung der Wegekodierung WK werden die für die weitere Vermittlung des jeweiligen Datenpakets dp nicht mehr benötigten Wegeinformationen wi1..win entfernt oder bei einer optionalen Lösung ein Zeiger Z auf die folgende Wegeinformation wi1..win gestellt, die für die Vermittlung des jeweiligen Datenpaket dp im folgenden Knoten KN bzw. Router oder Switch vorgesehen ist. Die Einstellung des Zeiger Z kann dadurch bewirkt werden, dass die Stelle bzw. Position durch eine Zahl angegeben wird, an der sich die vorgesehene Wegeinformation wi1..win in der Reihe der angegebenen Wegeinformationen wi1..win befindet.
Weiterhin ist in dem Wegemodul 5 eine Schnittstelle zur Ansteuerung eines Routingmoduls 8 realisiert, wobei alle Wegemodule 5 der Ports P1..Pn an das eine Routingmodul 8 angeschlossen sind.
Des Weiteren ist ein Zugriffsmodul 6 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Ethernet-spezifische Schicht 2, d.h. die Medium Access Control Schicht MAC, realisiert ist. Mit Hilfe des Zugriffsmoduls 6 werden die vom Empfangsmodul 3 übermittelten Datenpakete dp mit herkömmlicher Präambel P und Rahmenbegrenzer SFD erkannt, d.h. es wird anhand des herkömmlichen Rahmenbegrenzers SFD erkannt, dass keine Wegekodierung WK sondern die Urpsrungs- und Zieladresse SA, DA folgen. Nach dem Erkennen der Prämambel P und des Rahmenbegrenzers SFD werden die Adressen SA, DA extrahiert und diese an ein Netzwerkmodul 9 weitergeleitet.
Für die Ethernet-spezifische Steuerung des Sendemoduls 4 der Ports P1..Pn ist jeweils ein Kollisionsmodul 7 verantwortlich. Hierbei wird das Senden von Datenpaketen dp durch das Sendemodul 4 unterbunden, sofern auf dem Übertragungsmedium 1 eine Kollision von Datenpaket dp festgestellt wird. Eine Kollision ist beispielsweise durch eine an das Kollisionsmodul 7 gemeldete Pegelmessung festzustellen. Für die direkte Einwirkung auf das Sendemodul 4 ist das Kollisionsmodul 7 mit dem Sendemodul 4 verbunden. Alternativ können übergeordnete Module im Kollisionsmodul 7 des jeweiligen Ports P1..Pn eine Information hinterlegen, die anzeigt, dass der Port P1..Pn durch den Netzknoten NK selbst bereits belegt ist. Vorteilhaft wird dann das empfangene Datenpaket dp im Empfangsmodul 3 solange zwischengespeichert, bis der benötigte Port P1..Pn wieder frei ist.
Im Routingmodul 8 wird anhand der vom Wegemodul 5 übermittelten, als Portinformation oder Portadresse angegebenen Wegeinformation wi1..win das jeweilige Datenpaket dp direkt ohne weitere Untersuchung an den angegebenen Port P1..Pn weitergeleitet.
Im Netzwerkmodul 9 werden die Datenpakete dp gemäß dem herkömmlichen Ethernet-Protokoll hinsichtlich der übermittelten Ursprungs- und Zieladresse SA, DA behandelt. Hierzu ist für bestehende Kommunikationsbeziehungen bzw. Verbindungen in einer Tabelle eine Beziehung der Zieladresse DA zur dem Port P1..Pn angegeben, an den das jeweilige Datenpaket dp weitergeleitet werden soll. Wird vom Zugriffsmodul 6 eine Zieladresse DA an das Netzwerkmodul 9 übermittelt, so wird in der Tabelle nach einer eingetragenen Zieladresse DA gesucht. Nach Auffinden der Zieladresse DA wird der zugeordnete Port P1..Pn ermittelt und das jeweilige Datenpaket dp mit der Portinformation bzw. der Portadresse an das Routingmodul 8 übergeben, durch das das jeweilige Datenpaket dp an den angegeben Port P1..Pn weitergeleitet wird.
Für das folgende Beispiel sei vorausgesetzt, dass im Netzwerk N ein Dienst bereitgestellt ist, mit dessen Hilfe zum einen die optimale Route bzw. Verbindung ermittelt werden kann und zusätzlich die erfindungsgemäßen Wegeinformationen wi1..win ermittelt und zu einer Wegekodierung WK zusammengefasst werden kann. Dieser Dienst kann beispielsweise in einem Server im Netzwerk N oder aber in jedem Router oder Switch realisiert werden, sofern die erforderlichen Konfigurationsdaten einschließlich der möglichen Wegeinformationen wi1..win in diesen Einrichtungen verfügbar sind, bzw. bereitgestellt werden können. Diese Realisierung in Routern oder Switches ist insbesodere für kleinere drahtgebundene oder drahtlose Netzwerke vorteilhaft.
Der für die Ermittlung der Wegekodierung WK vorgesehene Dienst kann erfindungsgemäß auch bei Ausfall oder Störung einer der Wegekodierung WK zugeordneten Route für die Ermittlung der Wegekodierung WK einer Ersatzroute benutzt werden. Die Wegekodierung WK der Ersatzroute wird an den Ursprungsknoten NK bzw. an den ersten Netzknoten NK der Route oder Abschnitts einer Route übermittelt und in diesem wird anschließend anstelle der Wegekodierung WK die Ersatzwegekodierung in jedes Datenpaket dp eingefügt. Diese Vorgehensweise ist auch bei der Überlastung von Netzknoten NK vorteilhaft. Hierbei werden vorteilhaft fehlerhafte Wegekodierungen WK erkannt und nicht weitergeleitet bzw. entfernt.
Möchte eine Applikation in einer an einen Port P1..Pn angeschlossenen Einrichtung eine Kommunikationsbeziehung bzw. Verbindung über das Netzwerk N zu einer weiteren Applikation einer weiteren an einen Port P1..Pn angeschlossenen Einrichtung – nicht dargestellt – einrichten oder aufbauen, über die anschließend ein Datenstrom mit mehreren Datenpaketen dp übertragen wird, so fordert die Einrichtung von dem erfindungsgemäßen Dienst im Netzwerk N für die Verbindung die Wegekodierung WK mit den Wegeinformation wi1..win an. Der Dienst ermittelt darauf die optimale Route bzw. Abschnitt der optimalen Ruote zu der weiteren Einrichtung und ermittelt die angeforderte Wegekodierung WK einschließlich der Wegeinforma tionen wi1..win, die in der Reihenfolge angegeben sind, in der die zu übermittelnden Datenpakte dp die zwischen den beiden Einrichtungen liegenden Router oder Switche bzw. Knoten KN durchlaufen. Anschließend wird jedes zu übermittelnden Datenpaket dp des Datenstroms bzw. der Route oder des Abschnitts der Route mit der ermittelten Wegekodierung WK im Header H oder der Wegeidentifikation SFD' versehen und vom Ursprungsknoten NK ausgesandt. In den Knoten KN bzw. Routern oder Switchen werden die Datenpakte dp jeweils untersucht, ob eine Wegeidentifikation SFD' im Header eingefügt ist und bei Vorhandensein wird das Datenpaket dp an das Wegemodul 5 weitergeleitet. Hierbei wird die herkömmliche Behandlung der Datenpakete dp ignoriert und sofort das erfindungsgemäße Verfahren eingeleitet. Hierbei wird das jeweilige Datenpaket dp sofort über das Routingmodul 8 direkt an den durch die angegebene Wegeinformation wi1..win angegebenen Port P1..Pn des Knotens KN weitergeleitet, wobei als für den Knoten KN vorgesehene Wegeinformation wi1..win die erste der angegebenen Wegeinformationen wi1..win oder optional diejenige Weginformation wi1..win bestimmt ist, auf die der Zeiger Z hinweist.
Die Erfindung ist auch in Netzwerken N anwendbar, bei denen nicht durchgängig die Knoten KN gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Gelangen die erfindungsgemäß gebildeten Datenpakete dp beispielsweise an einen Gateway oder Router, der nicht gemäß der Erfindung ausgestaltet ist, so werden die Datenpakete dp ab diesem Knoten KN bzw. Gateway oder Router nicht mehr mit Hilfe der Wegekodierung WK, sondern mit Hilfe der mit übermittelten Ursprungs- und Zieladresse SA, DA in herkömmlicher Weise vermittelt.
Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn der Ursprungsknoten NK und/oder der Zielknoten NK nicht in einem erfindungsgemäßen Netzwerk N liegen, die Route aber durch ein erfindungsgemäßes Netzwerk N hindurchfährt. In diesem Falle können Knoten KN am Rand des erfindungsgemäßen Netzwerkes N als Ursprungsknoten oder Zielknoten NK im Sinne der Erfindung wirken.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bearbeitungszeit für die erforderliche Bearbeitung der Ursprungs- und Zieladressen SA, DA entfallen und die Datenpakete dp einer Route bzw. einer Verbindung werden umgehend bzw. direkt, d.h. mit minimaler Zeitverzögerung an den durch die Wegeinformation wi1..win angezeigten Port P1..Pn in einem Knoten KN bzw. Router oder Switch weitergeleitet. Diese Reduzierung der Laufzeit von Datenpaketen dp in einem Knoten ist insbesondere bei der Vermittlung von echtzeitkritischen Datenpaketen dp vorteilhaft. Laufzeitkritische Datenpakete stellen insbesondere Datenpakete dp dar, die eine aktuelle Übertragung von Audio- bzw. Sprach- oder Videoinformationen, beispielsweise in Sprach- oder Multimedia-Datenpaketen, enthalten. Ebenso laufzeitkritisch sind Datenpakete, die zwischen Mess- und Steuereinrichtungen mit hohen Echtzeitanforderungen ausgetauscht werden. Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in allen Datenpakete übermittelnde Netzwerken mit Knoten wie z.B. Internet, Intranets, LAN, WLAN, Ethernet eingesetzt werden, jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren auf die eingesetzten Übertragungs- und Vermittlungsprotokolle und die in den jeweiligen Knoten verwendeten Portinformationen abzustimmen.

Claims

Verfahren zum Vermitteln von Datenpaketen (dp) in Netzwerken (N), – bei dem für jeden Netzknoten (KN) einer Route oder eines Abschnitts einer Route eine netzknotenbezogene Wegeinformation (wi1..win) ermittelt wird, – bei dem die ermittelten netzknotenbezogenen Wegeinformationen (wi1..win) zu einer Wegekodierung (WK) zusammengefasst werden, wobei die Wegeformationen (wi1..win) in der Wegekodierung (WK) in der Reihenfolge angezeigt sind, in der die Datenpakete (DP) die Netzknoten (NK) der Route oder eines Abschnitts einer Route durchlaufen, und – bei dem die Datenpakete (dp) vor dem Durchlaufen der Route oder des Abschnitts der Route mit einer Wegekodierung (WK) versehen werden und in jedem Netzknoten (NK) der Route oder des Abschnitts der Route die Wegekodierung (WK) erkannt und die Datenpakete (dp) direkt mit Hilfe der angezeigten netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1..win) an den Ausgang (P1..Pn) des Netzknotens (NK) vermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegeinformation (wi1..win) den Sendeweg in dem jeweiligen Knoten (KN) anzeigt, wobei der Sendeweg den physikalischen Port (P1..Pn) des jeweiligen Netzknotens (NK) angibt, an den ein an einem Port (P1..Pn) empfangenes Datenpaket (dp) weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige netzknotenbezogene Wegeinformation (wi1..win) bei der Bearbeitung des Datenpakets (dp) in einem Netzknoten (NK) entfernt wird oder ein dem folgenden Netzknoten (NK) seine Wegeinformation (wi1..win) anzeigender Zeiger (Z) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegekodierung (WK) in den Header (H) eines Datenpakets dp) eingefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhandensein einer Wegekodierung (WK) im Datenpaket (dp) durch eine Wegeidentifikation (SFD') angezeigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegekodierung (WK) in die Datenpakete (dp) in einem den ersten Netzknoten (NK) einer Route oder einen Abschnitts einer Route repräsentierenden Ursprungsknoten (NK) eingefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzknoten (NK) durch eine Vermittlungseinrichtung in den Netzwerken (N) oder durch eine Übergangseinrichtung zwischen den Netzwerken (N) oder durch ein Endgerät eines Netzwerks (N) repräsentiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Netzwerkadresse (SA, DA) oder eine Flussinformation in das Datenpaket (dp) eingefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Route oder ein Abschnitt der Route einschließlich der Wegekodierung (WK) durch einen Dienst im Netzwerk (N) oder in den Knoten (KN) ermittelt wird und/oder bei Ausfall oder Störung einer der Wegekodierungen (WK) zugeordneten Route mit Hilfe des Dienstes im Netzwerk (N) oder in den Knoten (KN) eine Ersatzroute mit der Ersatzwegekodierung (WK) ermittelt und an den Ursprungsknoten (NK) übermittelt wird, und dass im Unsprungsknoten (KN) die übermittelte Wegekodierung (WK) oder anstelle der Wegekodierung (WK) die Ersatzwegekodierung (WK) in jedes Datenpaket (dp) eingefügt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Netzwerk (N) die Wegekodierung (WK) für die optimale Route ermittelt und dem Ursprungsknoten (NK) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Netzwerk (N) mehrere Wegekodierungen (WK) für mehrere optimale Routen ermittelt und dem Ursprungsknoten (NK) mehrere Wegekodierungen (WK) zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gültigkeit einer ermittelten Wegekodierung (WK) zeitabhängig ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass fehlerhafte Wegekodierungen (WK) erkannt und nicht weitergeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ab einem Zielknoten (NK), der mit Hilfe einer Wegekodierung (WK) ein Datenpaket (KN) nicht vermitteln kann, das Datenpaket (dp) mit Hilfe der zusätzlichen Adress- oder Flussinformation (SA, DA) im nachfolgenden Netzwerk (N) vermittelt wird.
Netzwerke mit Netzknoten zum Vermitteln von Datenpaketen, – mit einem Dienst zum Ermitteln einer netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1..win) für jeden in eine Route oder eines Abschnitt einer Route einbezogenen Netzknoten (NK), wobei die in einer Wegekodierung (WK) zusammengefassten Wegeformationen (wi1..win) in der Reihenfolge in der Wegekodierung (WK) angezeigt sind, in der die Datenpakete (DP) die Netzknoten (NK) der Route oder eines Abschnitts der Route durchlaufen, – mit einem Sendemodul (4) in den Netzknoten (NK) zum Einfügen der netzbezogenen Wegekodierung (WK) in jedes Datenpaket (dp) vor dem Durchlaufen der Route oder des Abschnitts der Route, – mit einem Wegemodul (5) in den Netzknoten (KN) zum Erkennen eines Datenpakets (dp) mit einer Wegekodierung (WK) und zum Ermitteln der für den Netzknoten (NK) angezeigten Wegeinformation (wi1..win), und – mit einem Vermittlungsmodul (8) in den Netzknoten (NK) zum direkten Vermitteln der Datenpakete (dp) mit Hilfe der angezeigten netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1..win) an das Sendemodul (4) des Netzknotens (NK).
Netzknoten für Netzwerke zum Vermitteln von Datenpaketen, wobei mit Hilfe eines Dienstes eine netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1..win) für jeden in eine Route oder eines Abschnitt einer Route einbezogenen Netzknoten (NK) ermittelt wird und die in einer Wegekodierung (WK) zusammengefassten Wegeformationen (wi1..win) in der Reihenfolge in der Wegekodierung (WK) angezeigt sind, in der die Datenpakete (DP) die Netzknoten (NK) die Route durchlaufen, – mit einem Wegemodul (5) zum Einfügen der netzbezogenen Wegekodierung (WK) in jedes Datenpaket (dp) vor dem Durchlaufen der Route oder des Abschnitts der Route, – mit einem Wegemodul (5) zum Erkennen eines mit einem Empfangsmodul (3) empfangenen Datenpakets (dp) mit einer Wegekodierung (WK) und zum Ermitteln der für den Netzknoten (NK) angezeigten Wegeinformation (wi1..win), und – mit einem Vermittlungsmodul (8) im Netzknoten (NK) zum direkten Vermitteln der Datenpakete (dp) mit Hilfe der angezeigten netzknotenbezogenen Wegeinformation (wi1..win) an das Sendemodul (4) des Netzknotens (NK).
Netzwerke oder Netzknoten nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegeinformation (wi1..win) den Sendeweg in dem jeweiligen Knoten (KN) anzeigt, wobei der Sendeweg den physikalischen Port (P1..Pn) des jeweiligen Netzknotens (NK) angibt, an den ein an einem Port (P1..Pn) empfangenes Datenpaket (dp) weitergeleitet wird.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, – dass das Wegemodul (5) im Rahmen der Vermittlung des Datenpakets (dp) zum Entfernen der für den Netzknoten (NK) vorgesehenen Wegeinformation (wi1..win), – oder zum Einstellen eines für den folgenden Netzknoten (NK) vorgesehene Wegeinformation (wi1..win) anzeigenden Zeigers (Z) ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, – dass das Wegemodul (5) zum Einfügen der Wegekodierung (WK) in den Header (H) eines Datenpakets (dp) ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, – dass das Wegemodul (5) zum Einfügen einer das Vorhandensein einer Wegekodierung (WK) im Datenpaket (dp) anzeigende Wegeidentifikation (SFD') ausgestaltet ist, sofern der Netzknoten (NK) der Ursprungsnetzknoten (NK) ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 10, derart ausgestaltet, dass die Wegekodierung (WK) in die Datenpakete (dp) in einem den ersten Netzknoten (NK) einer Route oder einen Abschnitts einer Route repräsentierenden Ursprungsknoten (NK) eingefügt wird.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzknoten (NK) oder Ursprungsnetzknoten (NK) durch eine Vermittlungseinrichtung in den Netzwerken (N) oder durch eine Übergangseinrichtung zwischen den Netzwerken (N) oder durch ein Endgerät eines Netzwerks (N) repräsentiert ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das das Wegemodul (5) zum zusätzlichen Einfügen einer Netzwerkadresse (SA, DA) oder eine Flussinformation in das Datenpaket (dp) ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall oder Störung einer der Wegekodierung zugeordneten Route oder eines Abschnitts der Route mit Hilfe eines im Netzwerk vorgesehenen Dienstes eine Ersatzroute oder Ersatzabschnitt mit der Ersatzwegekodierung (WK) ermittelt und dem Ursprungsknoten (NK) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass das Wegemodul (5) zum Einfügen der Ersatzwegekodierung (WK) anstelle der Wegekodierung (WK) in jedes Datenpaket (dp) der Ersatzroute im Ursrungsknoten (NK) ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Anspruche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Dienst zum Ermitteln der Wegekodierung (WK) für die optimale Route oder einen Abschnitt der optimalen Route oder für die optimalen Routen oder jeweils eines Anschnitts der optimalen Routen in den Netzwerken (N) ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Anspruche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerke (n) zum Ermitteln einer Wegekodierung (WK) vorgesehen sind, deren Gültigkeit zeitabhängig ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Anspruche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzknoten (NK) derart ausgestaltet ist, dass fehlerhafte Wegekodierungen (WK) erkannt und nicht weitergeleitet werden.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugriffsmodul (6) und Netzmodul (9) zum Erkennen eines Datenpakets (dp) ohne Wegekodierung (WK) und zum Vermitteln des Datenpaktes (dp) ins nachfolgende Netzwerk (N) mit Hilfe der zusätzlichen Adress- oder Flussinformation ausgestaltet ist.
Netzwerke oder Netzknoten nach einem der Anspruche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Dienst zum Ermitteln der Wegekodierung (WK) im Netzwerk (N) oder in den Knoten (KN) realisiert ist, wobei die Route oder Abschnitt einer Route oder Routen oder ein Abschnitt der Routen anhand der Netzkonfiguration mit den Netzknoten (NK) mit den zugeordneten Wegeinformationen (wi1..win) ermittelt und die Route oder Abschnitt einer Route oder Routen oder ein Abschnitt der Routen in Wegeinformationen (wi1..win) umgesetzt wird.