DE10334632A1

DE10334632A1 - Verfahren zur schnellen Fehlererkennung in IP-Netzen

Info

Publication number: DE10334632A1
Application number: DE10334632A
Authority: DE
Inventors: Gero Dr. Schollmeier; Thomas Schwabe; Christian Dr. Winkler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-03-03
Also published as: WO2005013563A1

Abstract

In einem paketorientierten Datensatz tauschen die Netzknoten (Router) zur Erkennung von Störungen auf den Übertragungswegen zwischen den Netzknoten zusätzlich zu den Routing-Informationen alive-Messages miteinander aus, wobei der Takt, mit dem die alive-Messages ausgetauscht werden, mindestens eine Größenordnung höher ist als der Takt, mit dem die Routing-Informationen ausgetauscht werden. Durch die Trennung von Routing und Behandlung von Fehlern im IP-Netz wird eine verkürzte Fehlerreaktionszeit erzielt. Die Fehlererkennungszeit kann typisch um ca. den Faktor 1000 beschleunigt werden.

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Störungen auf dem Übertragungsweg zwischen Netzknoten eines paketorientierten Datennetzes bei dem benachbarte Netzknoten Routing-Informationen miteinander austauschen.
In heutigen IP (Internet Protocol)-Netzen führen Leitungs- und Knotenausfälle in aller Regel zu längeren Unterbrechungen des Verkehrsflusses (Größenordnung zig Sekunden bis Minuten). Sollen auch Echtzeitdienste, z.B. Sprache, mit der für Telekommunikationsdienste gewohnten Qualität über diese Netze geführt werden ist dieses Fehlerverhalten nicht ausreichend. Dafür werden Rektionszeiten deutlich unterhalb einer Sekunde benötigt.

Leitungs- und Knotenausfälle werden in heutigen IP Netzen im allgemeinen durch die Routing Protokolle erkannt und durch netzweite Berechnung neuer Wege behoben. Dabei tauschen benachbarte Router in regelmäßigen Abständen Statusinformation aus, deren mehrmaliges Ausbleiben als Fehler gewertet wird und eine Neuberechnung der Wege anstößt. Bei heutigen Routing-Protokollen arbeitet diese "Fehlererkennung" so langsam (z.B. bei OSPF mit sog. "Hello Messages" ca. 40 Sekunden), daß trotz des folgenden Re-Routing gravierende Beeinträchtigungen des Verkehrs auftreten.

Eine einfache Beschleunigung dieser Hello-Messages ist nicht möglich. Die Minimalzeiten sind im Standard festgeschrieben und lassen sich in existierenden Routern daher nicht unterschreiten. Grund dafür ist, daß als Folge von ausbleibenden Hellos umfangreiche Tabellenübertragungen bzw. Berechnungen ausgelöst werden, was bereits bei den heutigen niedrigen Wiederholfrequenzen störend ist. Außerdem steigt bei Verrin gerung der Zeiten die Gefahr instabiler Betriebszustände im Netz.

Neben der Fehlererkennung der Routing-Protokolle bieten manche moderne Router auch eine Schnittstellen-Fehlererkennung, die das Ausbleiben des physikalischen Signals als Fehler bewertet und an den Routing Prozeß meldet. Diese Fehlererkennung reagiert zwar wesentlich schneller, kann jedoch nur Fehler des direkt an dem Router angeschlossenen Leitungsabschnitts erkennen. Liegen, was bei Netzen häufig ist, weitere übertragungstechnische Einrichtungen zwischen benachbarten Routern, so sind mit dieser Methode nur jeweils die Randabschnitte abgesichert und werden auch nur die "groben" Fehler eines völligen physikalischen Versagens erkannt.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine verkürzte Fehlerreaktionszeit bei Ausfall eines Übertragungsweges mit sich bringt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die vom Routing getrennte Behandlung von Fehlern im IP Netz, die heute in dieser Form nicht möglich ist, erlaubt die Entwicklung und den Einsatz von flexiblen Fehlererkennungsmechanismen und Fehlerreaktionen. Mit dem Alive-Mechanismus werden Fehler schnell erkannt und können im Idealfall sofort lokal behandelt werden. Eine Beeinträchtigung laufender Kommunikationsbeziehungen durch (anteilmäßig vorherrschende) Link-Ausfälle wird weitgehend vermieden.

Die Fehlererkennungszeit kann typisch um ca. den Faktor 1000 beschleunigt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Anmeldungsgegenstand wird im folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert.

Die Netzknoten NK 1.. NK9 (Router) in 1 bilden mit den sie verbindenden Übertragungswegen (links, Routen) ein paketorientiertes Datennetz (IP Netz).
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass für die Fehlerbehandlung in heutigen IP Netzen die enge Kopplung der "Fehlererkennung", die eigentlich als "Topologieerkennung" gedacht ist, mit dem Routing, also der Wegeberechnung problematisch ist.
A) Trennung Routingprozeß von Fehlererkennung/Fehlerreaktion
Routing und Fehlererkennung/Fehlerreaktion sind getrennt, um flexible und umfassende Fehlerbehandlungsmechanismen entwickeln und einsetzen zu können. Im Unterschied zu den eingangs beschriebenen Mechanismen, die direkt das Routing verändern, kann der separate Fehlererkennungsprozeß im Router nun gezielt auf einen erkannten Fehler reagieren. Beispielsweise kann er, sofern das Netz mit Mehrwegerouting arbeitet lokal im betreffenden Router den Verkehr umleiten, ohne die eingangs geschilderten netzweiten Reaktionen auszulösen.
B) Fehlererkennung auf IP Ebene
Durch zusätzlich einzuführende alive-Messages zwischen benachbarten Routern in Abständen Ta von wenigen ms, die auf jeder Leitung ausgetauscht werden, wird die Fehlererkennungszeit um ca. den Faktor 1000 beschleunigt. Dabei sind diese alive Messages nicht an den Router-Prozeß gekoppelt, sondern werden getrennt davon in einem Fehlerbehandlungsprozeß (der in der praktischen Realisierung im Router auch verteilt implementiert sein kann) ausgewertet.
Jeder Router sendet in einem netzweit einheitlichen Takt Ta auf jeder Leitung diese alive-Messages. Gleichzeitig prüft er auf jeder Leitung, ob er im Abstand Ta entsprechende Messages von seinem Nachbarn empfängt. Bei aufeinanderfolgendem Ausbleiben von N dieser Nachrichten (oder nach irgendeiner anderen z.B. statistischen Funktion ermittelt) erklärt die Fehlerbehandlung des Routers die Leitung als unterbrochen (bzw. den Nachbarn als unerreichbar) und stoppt ihrerseits das Aussenden der Alive-Messages für diese Leitung.
Werden diese alive-Messages als IP Pakete (mit entsprechender Kenzeichnung, z.B. durch die IP Adresse oder eine spezielle Protokollnummer) versendet, wird es möglich, den gesamten Weg zwischen den benachbarten Routern über alle übertragungstechnischen Einrichtungen hinweg, abzusichern. Darüber hinaus wird ein Teil, bei entsprechender Implementierung im Router u.U. sogar sehr weitgehend, der Router-internen IP Behandlungsfunktionen abgesichert.
C) Fehlerbehandlungsprozeß
Neben den Alive-Messages können dem Fehlerbehandlungsprozeß auch weitere Signale und Ereignisse zugeführt werden. Beispielsweise die Fehlersignale der physikalischen Schnittstellen wie eingangs beschrieben. Oder auch jegliche Fehlersignale, die der Router intern erzeugt, um seine eigene Funktion zu überwachen. Je mehr Information der Fehlerbehandlungsprozeß erhält, desto besser kann er gezielt auf den Fehler reagieren. Auch kann er mit dem Routing-Prozeß interagieren, sowohl um aus dem Routing Prozeß Informationen zu gewinnen (z.B. über die Topologie des Netzes) als auch um den Routing Prozeß zu einer Wege-Neuberechnung anzuregen.
In einer praktischen Implementierung in einem modernen Router würde man alive – Erzeugung und – Empfang auf den Line Cards im Datenpfad integrieren. Damit wäre mindestens dieser Teil des Fehlerbehandlungsprozesses verteilt implementiert.
D) Fehlerkommunikation
Die Fehlerbehandlungsprozesse verschiedener Router können zusätzlich zu den Alive-Messages (siehe B) optional auch weitere Informationen zur Fehlerbehandlung austauschen. Dies kann in Form gesonderter Nachrichten (zwischen Nachbar-Routern oder sogar zwischen entfernten Routern) oder eingebettet in die Alive-Messages (zwischen Nachbar-Routern) geschehen. Anwendungen könnten z.B. das Signal von einem Router NK 7 an seinen Nachbar-Router NK 6 sein, NK 6 möge keinen Verkehr mehr an NK 7 zu einem bestimmten Ziel NK 8 senden, da NK 7 eine Unterbrechung seiner Route zu NK 8 festgestellt hat.

Claims

Verfahren zur Erkennung von Störungen auf dem Übertragungsweg zwischen Netzknoten (NK) eines paketorientierten Datennetzes demzufolge benachbarte Netzknoten Routing-Informationen miteinander austauschen dadurch gekennzeichnet, dass – ein Netzknoten alive-Messages zu einem benachbarten Netzknoten periodisch sendet und von dem benachbarten Netzknoten periodisch ausgesendete alive-Messages empfängt – die Periode Ta, mit der die alive-Messages ausgetauscht werden, um mindestens eine Größenordnung kleiner ist als die Periode, mit der die Routing-Informationen zwischen denbenachbarten Netzknoten ausgetauscht werden – der Netzknoten bei Ausbleiben einer vorgegebenen Anzahl von alive-Messages eine Störung des Übertragungsweges zu dem benachbarten Netzknoten erkennt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Periode Ta wenige Millisekunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die alive-Messages durch IP(Internet Protocol)-Pakete mit besonderer Kenzeichnung gegeben sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein als alive-Message gekennzeichnetes IP Paket Informationen zur Fehlerbehandlung enthält.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung und der Empfang von alive-Messages integriert auf den Line Cards im Datenpfad ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Netzknoten bei Erkennen einer Störung des Übertragungsweges die weiterzuleitenden Datenpakete auf einen bereitgehaltenen alternativen Übertragungsweg weiterleitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass ein Netzknoten auf jeder Leitung alive-Messages sendet und prüft ob er im Abstand Ta entsprechende Messages von seinem jeweiligen Nachbarn empfängt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerbehandlungsprozesse verschiedener Netzknoten, insbesondere auch nicht unmittelbar benachbarter, Informationen zur Fehlerbehandlung austauschen.