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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Computernetzwerk-Datenübertragungssysteme und genauer ein Mehrebenennetzwerk, das schichtübergreifende Mehrfachpfad-Redundanz zwischen Switches einer ersten Netzwerkschicht und einer zweiten Netzwerkschicht bereitstellt.
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Stand der Technik
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Datenübertragungsnetzwerke mit Ethernet-Lokalbereichsnetzwerken (Ethernet local area networks (LAN)) wurden eingesetzt, um Lokalbereichskonnektivität zwischen einer Anzahl von verbundenen Einheiten sowie Weitverkehrszugang (wide area access), wie beispielsweise Internetkonnektivität, bereitzustellen. Unternehmensanwendungen haben üblicherweise eine hohe Verfügbarkeit lokaler Einheiten über das LAN erfordert. Ethernet-Topologien haben daher hohe Ausmaße an Verbindung und Redundanz einbezogen, was mehrere Pfade zwischen lokalen Einheiten und LAN-Netzwerken bereitstellt. Das Bereitstellen hoher Ethernet-Zuverlässigkeit verwendet das „Spanning Tree Protokol” (STP), bei dem es sich um ein Netzwerkprotokoll handelt, das schleifenfreie Übertragung durch jedes Bridged-Ethernet-LAN sicherstellt. STP verhindert Brückenschleifen, während es der Netzwerktopologie erlaubt wird, Ersatz(redundante)-Verbindungen zu beinhalten, die als automatische Sicherungspfade (backup paths) dienen, wenn ein aktiver Link ausfällt, ohne dass ein manuelles Aktivieren/Deaktivieren der Sicherungs-Links nötig ist. Der Spanning-Tree-Ansatz im Ethernet-Protokoll erzeugt üblicherweise einen Übertragungspfad von Brücken der Schicht 2, während alle potenziellen (redundanten) Links, die nicht Teil des Spanning Tree sind, deaktiviert werden, was einen einzigen Pfad der Schicht 2 zwischen beliebigen zwei Netzwerkknoten zurücklässt.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Das Protokoll transparenter Verbindungen sehr vieler Links (transparent interconnection of lots of links (TRILL)) wurde auch realisiert, um Mehrfachpfad-Konnektivität entweder innerhalb eines Rechenzentrums oder zwischen Gateways zu ermöglichen, die Weitverkehrsnetzwerk-Zugang über das Internet bereitstellen. Obwohl TRILL auch eine Form von Mehrfachpfaden der Schicht 2 ermöglicht, schließt es derzeit keine Mehrfachpfad-Lösungen der Schicht 3 ein. Dies wirft Bedenken auf, wenn Hochverfügbarkeitsnetzwerke mit Redundanz gestaltet werden, da TRILL die redundanten Pfade der Schicht 3 nicht bereitstellen kann, die üblicherweise von anderen Netzwerkschichten vorausgesetzt werden; zum Beispiel erlauben Protokolle wie beispielsweise VRRP (virtual router redundancy protocol) standardmäßig nur einen einzigen aktiven Gateway-Router der Schicht 3, wobei angenommen wird, dass Redundanz andernorts in den Netzwerkprotokollen realisiert wird.
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Lösung des Problems
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Ausführungsformen beinhalten ein Verfahren, System oder Computerprodukt zum Bereitstellen eines Mehrebenennetzwerks mit schichtübergreifender Mehrfachpfad-Redundanz innerhalb einer ersten und zweiten Switching-Schicht von Lokalbereichsnetzwerken (allgemein als eine Leaf-Spine-Architektur bekannt) oder zwischen einer Lokalbereichsschicht und einer Weitverkehrsschicht des Netzwerks. Eine Anzahl von Datenverarbeitungseinheiten wird in einem Mehrebenennetzwerk adressiert, das eine Lokalbereichsschicht und eine Weitverkehrsschicht enthält. Eine Anzahl von Leaf-Switches ist in einer ersten Netzwerkschicht konfiguriert, um Zugang zu einem Lokalbereichsnetzwerk unter den Datenverarbeitungseinheiten bereitzustellen. Darüber hinaus ist eine Anzahl von Spine-Switches in einer zweiten Netzwerkschicht konfiguriert, um Konnektivität zwischen großen Anzahlen von Datenverarbeitungseinheiten oder Zugang zum Internet bereitzustellen. Jeder Leaf-Switch ist mit mehreren Spine-Switches verbunden, um mehrere schichtübergreifende Datenübertragungspfade zwischen den Leaf-Switches der Lokalbereichsschicht und den Spine-Switches bereitzustellen. Jedem Spine-Switch ist eine gemeinsame Netzwerkadresse zugewiesen, während jeder Leaf-Switch mit einem schichtübergreifenden Link-Auswahl-Protokoll konfiguriert ist, um selektiv nur einen einzigen aktiven schichtübergreifenden Link zwischen dem Leaf-Switch und anderen Netzwerkschichten zu verbinden, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und anderen Netzwerkschichten deaktiviert werden. Genauer: Wenn ein Leaf-Spine-Netzwerk unter Verwendung von TRILL-Switches der Schicht 3 aufgebaut wird, wird jeder TRILL-Switch der Schicht 3 mit derselben IP-Adresse und MAC-Adresse für den Standard-Gateway der Schicht 3 konfiguriert. Wenn ein Paket geschickt wird, löst der Server den Gateway der Schicht 3 in diese IP- und MAC-Adresse auf, die nun auf allen Links verfügbar ist (da jeder TRILL-Spine-Switch diese MAC-Adresse ausgibt, als ob er der einzige auf dem Netzwerk wäre). Um zu ermitteln, welcher Spine-Switch der Schicht 3 den Datenverkehrsfluss tatsächlich empfängt, wird eine „Equal Cost Multi-Path”(ECMP)-Hashbildung am Leaf-Switch der Schicht 2 durchgeführt.
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Als Reaktion auf ein Erkennen eines Ausfalls eines aktiven schichtübergreifenden Links aktiviert der betroffene Leaf-Switch einen alternativen schichtübergreifenden Link zwischen dem bestimmten Leaf-Switch und der nächsten Schicht des Netzwerks, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und der nächsten Schicht des Netzwerks deaktiviert werden. In anderen Worten: Wenn ein Ausfall erkannt wird, der die Leaf-Spine-Konnektivität betrifft, wird der Leaf-Switch eine erneute Hashbildung zu einem anderen Gateway der Schicht 3 durchführen. Der alternative schichtübergreifende Link wird somit aktiviert, ohne dass erforderlich ist, dass der Leaf-Switch mit einer neuen Adresse für den alternativen schichtübergreifenden Link konfiguriert wird oder von einer Mehrfachpfad-Funktionalität abhängt, die innerhalb der Netzwerkschichten oberhalb des Leaf-Switch realisiert ist. Ein ähnlicher Ansatz kann verwendet werden, um eine hohe Verfügbarkeit für andere Einrichtungen bereitzustellen, die an das Netzwerk angebunden sind, wie beispielsweise Firewalls oder Lastausgleicher. Um ferner Engpässe der Schicht 3 zu verringern und die Größe von Netzwerkausfalldomänen zu verwalten, bezieht man vorzugsweise die Fähigkeit ein, die Anzahl von Hosts zu begrenzen, die pro virtuellem LAN-Segment zugewiesen werden.
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Der als Ausführungsformen betrachtete Gegenstand wird besonders in den Ansprüchen am Ende der Patentschrift dargelegt und klar beansprucht. Die vorhergehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 stellt gemäß einer ersten Ausführungsform eine Mehrebenennetzwerk-Topologie unter Verwendung von Leaf-Switches der Schicht 2 dar, um lokale Einheiten in einer Lokalbereichsschicht und Spine-Switches in einer Weitverkehrsschicht zu verbinden, um auf ein Weitverkehrsnetzwerk zuzugreifen;
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2 stellt gemäß einer zweiten Ausführungsform eine Ethernet-Topologie unter Verwendung von Leaf-Switches der Schicht 2 dar, um lokale Einheiten in einer Lokalbereichsschicht und TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 in einer Weitverkehrsschicht zu verbinden, um auf das Internet zuzugreifen;
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3 stellt gemäß einer Ausführungsform ein Protokoll zum Konfigurieren der Ethernet-Topologie von 2 dar;
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4 stellt gemäß einer Ausführungsform eine veranschaulichende Netzwerkverbindung unter Verwendung von Leaf-Switches der Schicht 2 und TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 vor einer Link-Ausfall-Ethernet-Topologie dar;
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5 stellt gemäß einer Ausführungsform die veranschaulichende Netzwerkverbindung von 4 nach einer Link-Ausfall-Ethernet-Topologie dar; und
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6 zeigt gemäß einer Ausführungsform einen logischen Ablaufplan, der eine Konfigurierung und einen Betrieb eines Mehrebenennetzwerks darstellt, das schichtübergreifende Mehrfachpfad-Redundanz implementiert.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen der Erfindung können in einer Mehrebenennetzwerk-Topologie realisiert werden, die eine Lokalbereichsschicht eines Leaf-Switch und eine Weitverkehrsschicht von Spine-Switches beinhaltet. Zum Beispiel kann eine Ethernet-Ausführungsform die Lokalbereichsschicht eines Leaf-Switch in der Ethernet-Schicht 2 konfiguriert sein, und die Weitverkehrsschicht kann Spine-Switches einer transparente Verbindung sehr vieler Links (TRILL) beinhalten, die in der Ethernet-Schicht 3 konfiguriert sind. Um es den Leaf-Switches zu erlauben, mit allen Spine-Switches Daten auszutauschen, ohne dass die IP-Adressen bei den Leaf-Switches neu konfiguriert werden müssen, kann allen TRILL-Spine-Switches dieselbe IP-Adresse und eine gemeinsame MAC-Adresse zugewiesen werden. Um mehrere schichtübergreifende Datenübertragungspfade und Schleifen zu verhindern, realisiert jeder Leaf-Switch ein schichtübergreifendes Link-Auswahl-Protokoll, wie beispielsweise „Equal-Cost Multipath” (ECMP), um einen einzigen schichtübergreifenden Link vom Leaf-Switch zu aktivieren, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht deaktiviert werden. Alternative schichtübergreifende Links werden somit als Reaktion auf Linkausfälle aktiviert, ohne dass erforderlich ist, dass der Switch der Lokalbereichsschicht mit einer neuen Adresse für den alternativen schichtübergreifenden Link konfiguriert wird oder von einer Mehrfachpfad-Funktionalität abhängt, die innerhalb der TRILL-Spine-Switches der Weitverkehrsschicht realisiert ist. Der Leaf-Switch erfordert üblicherweise jedoch eine Initialisierung mit dem neu verbundenen Leaf-Switch, um einen unberechtigten Zugang zum Netzwerk durch die Weitverkehrsschicht zu verhindern.
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Um zum Beispiel schichtübergreifende Mehrfachpfad-Konnektivität in einer Ethernet-Ausführungsform zu realisieren, werden allen Spine-Switches der Schicht 3 dieselben IP- und MAC-Adressen zugewiesen, während die Leaf-Switches der Schicht 3 ein ECMP-Routing-Protokoll realisieren, um einen einzigen aktiven schichtübergreifenden Link unter ihnen auszuwählen. ECMP-Hashing wird verwendet, um bei Verlust des bestehenden Links automatisch zu einem neuen schichtübergreifenden Link zu wechseln. Die Verwendung einer eindeutigen ECMP-Link-Auswahl erlaubt es, dass allen TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 eine gemeinsame MAC und TCI-IP-Adresse zugewiesen wird, was es jedem TRiLL-Spine-Switch erlaubt, Datenübertragungen abzuwickeln, die von irgendeinem Leaf-Switch der Schicht 2 empfangen werden, sobald eine schichtübergreifende Verbindung gemäß dem ECMP-Protokoll hergestellt wurde. Als ein Ergebnis werden schichtübergreifende Mehrfachpfad-Verbindungen zwischen den Leaf-Switches der Schicht 2 und den Spine-Switches der Schicht 3 unter Verwendung von nur dem auf den Leaf-Switches der Schicht 2 realisierten ECMP-Protokoll aktiviert, ohne dass eine Programmierung oder Protokolländerungen an den TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 erforderlich sind.
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In dieser Ausführungsform stellt das Ethernet-Datenübertragungsprotokoll lokalen Einheiten LAN-Konnektivität unter Verwendung von MAC-Adressen sowie Internetzugang unter Verwendung von IP-Adressen bereit. Das Ethernet-Protokoll legt einen Nachrichten-Header fest, der als der „Open System Interconnect”(OSI)-Stapel bezeichnet wird, in dem LAN-Konnektivität üblicherweise auf der Sicherungs(„Data Link”)-Ebene der Schicht 2 realisiert ist, während Internetkonnektivität in der Vermittlungs(„Network”)-Ebene der Schicht 3 realisiert ist. Beim Standard-OSI-Stapel wird auf eine Einheit auf dem LAN-Netzwerk unter Verwendung einer MAC-Adresse zugegriffen, während sie auch im Internet unter Verwendung einer IP-Adresse adressiert wird. Um beide Einheitenadressen aufzunehmen, ist die MAC-Adresse üblicherweise der Position der Schicht 2 (Sicherung) im OSI-Stapel zugewiesen, während die IP-Adresse der Schicht 3 (Vermittlung) zugewiesen ist. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen schichtübergreifende Mehrfachpfad-Zuverlässigkeit zwischen den Leaf-Switches der Schicht 2 und den Spine-Switches der Schicht 3 bereit, die innerhalb des OSI-Stapels im Ethernet-Protokoll definiert ist.
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Unternehmensanwendungen haben herkömmlicherweise eine hohe Verfügbarkeit lokaler Einheiten auf dem Ethernet-LAN erfordert. Netzwerktopologien der Schicht 2 haben daher hohe Ausmaße an Verbindung und Redundanz einbezogen, was mehrere Pfade zwischen lokalen Einheiten und gewesenen LAN-Netzwerken bereitstellt. Das Bereitstellen hoher Zuverlässigkeit für die lokalen Einheiten beruht herkömmlicherweise auf dem „Spanning Tree Protocol” (STP), bei dem es sich um ein Netzwerkprotokoll handelt, das schleifenfreie Übertragung durch jedes Bridged-Ethernet-LAN sicherstellt. Das STP verhindert Brückenschleifen, während es dem Netzwerk erlaubt wird, Ersatz(redundante)-Links zu enthalten, die als Sicherungspfade dienen. Das STP ermöglicht ein automatisches Sicherungs-Link-Wechseln, wenn ein aktiver Link ausfällt, ohne dass ein manuelles Deaktivieren des ursprünglichen Links und ein Aktivieren des Sicherungs-Links notwendig sind. Der Spanning-Tree-Ansatz führt daher zu einem signalaktiven Übertragungspfad von Brücken der Schicht 2, während alle potenziellen (redundanten) Verbindungen, die nicht Teil des Spanning Tree sind, deaktiviert werden, was einen einzigen aktiven Punkt-zu-Punkt-Pfad der Schicht 2 zwischen beliebigen zwei Netzwerkknoten zurücklässt. Ein redundanter Pfad wird als Reaktion auf einen Verlust des aktiven Links automatisch in die Konnektivität geschaltet.
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Da Internetzugang zu einer unabdingbaren Ressource für viele Anwendung geworden ist, wurde das Protokoll für die transparente Verbindung sehr vieler Links (TRILL) entwickelt, um Mehrfachpfad-Konnektivität mit IP-adressierten Einheiten zu ermöglichen. Obwohl es vorteilhaft wäre, das TRILL-Netzwerk in ein Ethernet-LAN aufzunehmen, stellt das TRILL-Protokoll keine Funktionalität für Mehrfachpfad-Zugriff auf die TRILL-Einheiten von dem Ethernet aus bereit. Obwohl das TRILL-Protokoll Mehrfachpfad-Konnektivität unter den TRILL-Switches bereitstellt, geht es davon aus, dass jeder TRILL-Switch direkt mit einem Internet-Gateway verbunden sein wird, und stellt daher keine Funktionalität für Mehrfachpfad-Zugriff auf die TRILL-Switches von einem Netzwerk einer niedrigeren Stufe aus bereit. Ein solches Verbinden eines TRILL-Netzwerks mit einem Ethernet in Schicht 3 des OSI-Stapels unter Verwendung des herkömmlichen TRILL-Protokolls würde einen einzigen nichtredundanten Pfad im schichtübergreifenden Link zwischen Schicht 2 und Schicht 2 des Netzwerks zurücklassen.
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Ein Ändern der TRILL-Netzwerk-Programmierung oder des Protokolls würde den Standard brechen, der für TRILL-Operationen entwickelt wurde. Die vorliegende Erfindung löst das Problem daher, indem die TRILL-Switches mit einem Ethernet verbunden werden, ohne dass das durch die Einheiten der Schicht 3 realisierte TRILL-Protokoll geändert werden muss. Leaf-Switches werden der Schicht 2 des Ethernet-Protokolls zugewiesen, TRILL-Spine-Switches werden der Schicht 3 des Ethernet-Protokolls zugewiesen, während schichtübergreifende Mehrfachpfad-Links zwischen den Leaf-Switches der Schicht 2 und den Spine-Switches der Schicht 3 verbunden werden. Schichtübergreifende Mehrfachpfad-Konnektivität wird durch das Ethernet-Protokoll realisiert, indem allen Spine-Switches der Schicht 3 dieselben IP- und MAC-Adressen zugewiesen werden, während ECMP-Hashing bei den Leaf-Switches der Schicht 2 verwendet wird, um einen einzigen aktiven schichtübergreifenden Link auszuwählen, während alle nicht ausgewählten schichtübergreifenden Links deaktiviert werden. ECMP-Hashbildung wird verwendet, um bei Verlust des bestehenden schichtübergreifenden Links automatisch zu einem neuen schichtübergreifenden Link zu wechseln, der Mehrfachpfad-Redundanz bereitstellt, während sichergestellt wird, dass jeweils nur ein einziger schichtübergreifender Link aktiv ist.
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Die Verwendung von ECMP-Link-Auswahl in Schicht 2 erlaubt es, dass allen TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 dieselben IP- und TCI-IP-Adressen zugewiesen werden. Dies erlaubt es jedem TRILL-Spine-Switch, von jedem Leaf-Switch der Schicht 2 empfangene Datenübertragungen abzuwickeln, sobald eine schichtübergreifende Verbindung gemäß dem ECMP-Protokoll hergestellt wurde. Als ein Ergebnis werden schichtübergreifende Mehrfachpfad-Verbindungen zwischen den Leaf-Switches der Schicht 2 und den Spine-Switches der Schicht 3 unter Verwendung von nur dem auf den Leaf-Switches der Schicht 2 realisierten ECMP-Protokoll aktiviert, und ohne dass Programmierungs- oder Protokolländerungen an den TRILL-Spine-Switches der Schicht 3 erforderlich sind.
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Unter Hinwendung zu den Figuren zeigt 1 nun ein Mehrebenen-Computernetzwerk 10, das lokale Einheiten 12A bis 12N mit Lokalbereichsnetzwerk-Konnektivität sowie Konnektivität mit dem Internet 14 versieht. In diesem bestimmten Beispiel können die lokalen Einheiten Server, Arbeitsplatzrechner und so weiter beinhalten. Die Lokalbereichsschicht 16 beinhaltet eine Anzahl von Leaf-Switches 18A bis 18N, welche die lokalen Einheiten 12A bis 12N mit Mehrfachpad-Lokalbereichsnetzwerk-Zugang innerhalb des Lokalbereichs 16 versehen. Das Computernetzwerk 10 kann ein Spanning-Tree-Protokoll realisieren, um den Mehrfachpfad-Lokalbereichsnetzwerk-Zugang innerhalb des Lokalbereichs 16 bereitzustellen. Die Weitverkehrsschicht 20 andererseits beinhaltet eine Anzahl von Spine-Switches 22A bis 22N, welche die lokalen Einheiten 18A bis 18N mit Mehrfachpfad-Zugang zum Internet 14 versehen. Zum Beispiel kann es sich bei den Spine-Switches 22A bis 22N um Internet-Gateways handeln, welche die lokalen Einheiten 12A bis 12N unter Verwendung des TRILL-Protokolls mit Mehrfachpfad-Konnektivität innerhalb der Weitverkehrsschicht 20 versehen. Gemäß einer Ausführungsform wird schichtübergreifende Mehrfachpfad-Konnektivität zwischen der Lokalbereichsschicht 16 und der Weitverkehrsschicht 20 realisiert.
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2 stellt ein Mehrebenen-Ethernet-Netzwerk 11 dar, das die lokalen Einheiten 12A bis 12N mit Lokalbereichsnetzwerk-Konnektivität sowie Konnektivität mit dem Internet 14 versieht. In diesem bestimmten Beispiel versehen die in Ethernet-Schicht 2 konfigurierten Leaf-Switches 18A bis 18N die lokalen Einheiten 12A bis 12N mit Mehrfachpfad-Lokalbereichsnetzwerk-Zugang innerhalb des Lokalbereichs 16. Das Ethernet 11 kann ein STP-Protokoll realisieren, um den Mehrfachpfad-Lokalbereichsnetzwerk-Zugang innerhalb des Lokalbereichs 16 bereitzustellen. Die Weitverkehrsschicht 20 andererseits beinhaltet eine Anzahl von in Ethernet-Schicht 3 konfigurierten Spine-Switches 22A bis 22N, welche die lokalen Einheiten 18A bis 18N mit Mehrfachpfad-Zugang zum Internet 14 versehen. Zum Beispiel kann es sich bei den Spine-Switches 22A bis 22N um Internet-Gateways handeln, welche die lokalen Einheiten 12A bis 12N unter Verwendung des TRILL-Protokolls mit Mehrfachpfad-Konnektivität innerhalb der Weitverkehrsschicht 20 versehen. In dieser Ausführungsform wird schichtübergreifende Mehrfachpfad-Konnektivität zwischen der in Ethernet-Schicht 2 konfigurierten Lokalbereichsschicht 16 und der in Ethernet-Schicht 3 konfigurierten Weitverkehrsschicht 20 realisiert.
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3 stellt einen Ethernet-„Open System Interconnect”(OSI)-Stapel 40 zum Konfigurieren des Mehrebenennetzwerks 11 von 2 dar, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Ethernet handelt. Die Leaf-Switches 18A bis 18N der Lokalbereichsschicht 16 sind der Schicht 2 (Sicherungsschicht) im Ethernet-OSI-Stapel 40 zugewiesen, während die TRILL-Spine-Switches 22A bis 22N der Weitverkehrsschicht 20 der Schicht 3 (Vermittlungsschicht) des Ethernet-OSI-Stapels 40 zugewiesen sind. Gemäß dem Ethernet-Protokoll sind MAC-Adressen den lokalen Einheiten 12A bis N sowie den Leaf-Switches 18A bis 18N zugewiesen, welche die Lokalbereichsschicht 16 in Schicht 2 des OSI-Stapels 40 ausbilden. Darüber hinaus sind IP-Adressen den TRILL-Gateways 22A bis 22N von Schicht 3 zugewiesen, welche die Weitverkehrsschicht 20 ausbilden. Die TRILL-Gateways 22A bis 22N können auch zugewiesene MAC-Adressen sein.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 sind mehrere Pfade oder Links zwischen den lokalen Einheiten 12A bis N und den Routern der Schicht 2 verbunden, wie durch das Paar von Links 30A, 30B zwischen der lokalen Einheit 12A und den Leaf-Switches 18A bzw. 18B dargestellt. Gleichermaßen ist ein Paar von Links 32A, 32B zwischen der lokalen Einheit 12B und den Leaf-Switches 18A bzw. 18B verbunden. Mehrere Pfade oder Links sind zudem zwischen den Routern der Schicht 2 und den Gateways der Schicht 3 verbunden, wie durch das Paar von Links 34A, 34B zwischen dem Leaf-Switch 18A und den TRILL-Spine-Switches 22A bzw. 22B dargestellt. Gleichermaßen ist ein Paar von Links 36A, 36B zwischen dem Leaf-Switch 18B und den Spine-Switches 22A bzw. 22B verbunden. Es versteht sich, dass dies eine vereinfachte Abbildung von Mehrfachpfad-Konnektivität ist, die üblicherweise eine große Anzahl von Mehrfachpfad-Verbindungen zwischen lokalen Einheiten, der Lokalbereichsschicht und der Weitverkehrsschicht des Mehrebenennetzwerks beinhaltet, bei dem es sich um eine ausgeklügelte Netzwerktopologie handeln kann. Nichtsdestoweniger wird auch ersichtlich sein, dass die Techniken der Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf die in der Figur veranschaulichte einfache Mehrfachpfad-Verbindung beschrieben sind, in jeder Anzahl von schichtübergreifenden Mehrfachpfad-Links repliziert und verallgemeinert werden können.
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Es wird ersichtlich sein, dass die Schicht-2-Einheiten 18A bis 18N üblicherweise mit dem Spanning-Tree-Protokoll konfiguriert sind, um ein Auftreten von Brückenschleifen unter den Einheiten der Schicht 2 der Lokalbereichsschicht 16 gemäß dem herkömmlichen Ethernet-Protokoll zu verhindern. Dies kann zum Beispiel einschließen, dass ein Spanning-Tree-Protokoll (STP) unter den verfügbaren Links in der Ebene der Schicht 2 auswählt, wenn ein automatisches Ersetzen eines verlorenen Links durch einen verfügbaren redundanten Link realisiert wird. Es wird ferner ersichtlich sein, dass die Schicht-3-Einheiten 22A bis 22N mit dem TRILL-Protokoll konfiguriert sind, um ein Auftreten von Brückenschleifen unter den Einheiten der Schicht 3 der Weitverkehrsschicht 20 gemäß dem herkömmlichen TRILL-Protokoll zu verhindern. Es gibt jedoch keinen herkömmlichen Mechanismus, um schichtübergreifende Mehrfachpfad-Konnektivität zwischen der Lokalbereichsschicht 16 und der Weitverkehrsschicht 20 bereitzustellen. Gemäß einer Ausführungsform wird Mehrfachpfad-Konnektivität zwischen der Lokalbereichsschicht 16 und der Weitverkehrsschicht 20 durch ECMP-Hashing realisiert, das durch die Schicht-2-Einheiten 18A bis 18N realisiert wird, um zwischen den verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen Schicht 2 und Schicht 3 auszuwählen, einschließlich der schichtübergreifenden Links 34A bis 34B und 36A bis 36B in diesem bestimmten Beispiel.
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Gemäß der Ausführungsform wird ECMP-Hashing verwendet, um zwischen den verfügbaren schichtübergreifenden Links der Einheiten der Schicht 2 und Schicht 3 auszuwählen, wenn ein automatisches Ersetzen eines verlorenen schichtübergreifenden Links implementiert wird. Um ECMP-Link-Ersetzen für die TRILL-Spine-Switches in Schicht 3 transparent zu machen, wird jedem Spine-Switch 22A bis 22N dieselbe MAC-Adresse und dieselbe IP-Adresse im Ethernet-OSI-Stapel 40 zugewiesen. Dies stellt sicher, dass jeder Spine-Switch der Schicht 3 Datenübertragungen von einem Leaf-Switch der Schicht 2 ordnungsgemäß abwickeln kann. Die Verwendung von ECMP-Hashing, um nur jeweils einen einzigen ausgewählten schichtübergreifenden Link von jeder Einheit der Schicht 2 zur Ebene der Schicht 3 zu aktivieren, verhindert doppeltes Nachrichten-Routing in der Schicht 3. Die sich ergebende Topologie stellt Mehrfachpfad-Konnektivität zwischen Schicht 2 und Schicht 3 unter Verwendung von nur dem ECMP-Protokoll bereit, das auf den Schicht-2-Leaf-Switches 18A bis 18N realisiert wird, ohne dass das TRILL-Protokoll bei den Schicht-3-Spine-Switches 22A bis 22N geändert werden muss. Es sollte beachtet werden, dass das ECMP-Protokoll erfordert, dass jeder neu verbundene TRILL-Spine-Switch in Schicht 3 Datenübertragungen mit dem neu verbundenen Leaf-Switch der Schicht 3 initialisieren muss, was unberechtigte Verbindungen mit dem Netzwerk durch die Ebene der Schicht 3 verhindert.
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4 stellt eine veranschaulichende Netzwerkverbindung 50 unter Verwendung der Schicht-2-Leaf-Switches 18A bis 18B und der Schicht-3-TRILL-Spine-Switches 22A bis 22B vor einem Ausfall eines schichtübergreifenden Links dar. Diese Topologie beinhaltet mehrere Links 34A, 34B zwischen der Schicht-2-Einheit 18A und jeweils den Schicht-3-Spine-Switches 22A bzw. 22B. Zum Beispiel kann der erste schichtübergreifende Link 34A einen Anschluss 1 des Leaf-Switch 18A mit einem ersten TRILL-Spine-Switch 22A verbinden, während der zweite schichtübergreifende Link 34B einen Anschluss 2 des Leaf-Switch 18A mit einem zweiten TRILL-Spine-Switch 22B verbinden kann. Den Spine-Switches 22A und 22B sind sowohl dieselbe IP-Adresse als auch dieselbe MAC-Adresse zugewiesen, um es dem Leaf-Switch 18A zu ermöglichen, mit jedem der Spine-Switches ohne Neukonfigurierung Daten auszutauschen. In diesem Beispiel hat das durch den Schicht-2-Leaf-Switch 18A realisierte ECMP-Hashing anfänglich den Anschluss 1 ausgewählt, um einen Daten-Link zwischen dem Schicht-2-Leaf-Switch 18A und dem Schicht-3-TRILL-Spine-Switch 22A herzustellen. Das ECMP-Protokoll deaktiviert zudem den zweiten schichtübergreifenden Link 34B, wann immer der erste schichtübergreifende Link 34A aktiviert ist, um mehrere aktive schichtübergreifende Links vom Schicht-2-Leaf-Switch 18A zur Schicht 3 zu vermeiden. Der Schicht-2-Leaf-Switch 18A verwendet daher den ersten schichtübergreifenden Link 34A, um Datenpakete unter Verwendung der MAC-Adresse oder der IP-Adresse, die allen Spine-Switches der Schicht 3 zugewiesen sind, an den Schicht-3-TRILL-Spine-SWitch 22A zu übermitteln.
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5 stellt die veranschaulichende Netzwerkverbindung 30 nach einem Link-Ausfall auf der Verbindung zwischen Anschluss 1 der Schicht-2-Einheit 18A und dem Schicht-3-TRILL-Switch 22A dar. Der Schicht-2-Leaf-Switch 18A erkennt einen Verlust des ersten schichtübergreifenden Daten-Links 34A und initiiert, dass ein auf der Schicht-2-Einheit ausgeführtes ECMP eine neue Hashbildung vornimmt, wobei der ausgefallene Link (d. h. Anschluss 1) von der Liste potenzieller Gateway-Links ausgeschlossen wird, um einen alternativen verfügbaren Gateway zu finden. In diesem vereinfachten Beispiel identifiziert die neue Hashermittlung den mit Anschluss 2 verbundenen zweiten Auskleidungsschicht-Link 34B, da es sich bei diesem um den einzigen anderen mit der Schicht-2-Einheit 18A verbundenen Gateway handelt. Das ECMP-Protokoll deaktiviert zudem alle weiteren mit der Schicht-2-Einheit 18A verbundenen schichtübergreifenden Links, wann immer der zweite schichtübergreifende Link 34B aktiviert ist, um mehrere aktive schichtübergreifende Links vom Schicht-2-Leaf-Switch 18A zur Schicht 3 zu vermeiden. Der Schicht-2-Leaf-Switch 18A verwendet daher den zweiten schichtübergreifenden Link 34B, um Datenpakete unter Verwendung der MAC-Adresse oder der IP-Adresse, die allen Spine-Switches der Schicht 3 zugewiesen ist, an den Schicht-3-TRILL-Spine-Switch 22B zu übermitteln.
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Obwohl nur zwei schichtübergreifende Links 34A bis 34B für den Leaf-Switch 18A veranschaulicht sind, wird ersichtlich sein, dass das ECMP-Protokoll eine Verbindung zwischen jeder Anzahl verfügbarer alternativer ebenenübergreifender Links zulässt. In jedem Fall wird jeweils nur ein einziger schichtübergreifender Link aktiviert, und dieselbe IP- oder MAC-Adresse wird verwendet, um Pakete an irgendeinen TRILL-Spine-Switch der Schicht 3 zu adressieren, der mit dem Leaf-Switch 18A verbunden sein kann. Obwohl die Schicht-2-Einheit 18A nicht neu mit neuen IP- oder MAC-Adressen konfiguriert werden muss, um die Änderungen schichtübergreifender Links aufzunehmen, und die TRILL-Einheiten der Schicht 3 keine Änderung am Standard-TRILL-Protokoll erfordern, erfordert das ECMP-Protokoll, dass der neu verbundene TRILL-Spine-Switch 22B Datenübertragungen mit dem neu verbundenen Schicht-2-Leaf-Switch 18A initialisiert, was unberechtigte Verbindungen mit Schicht 2 des Netzwerks 11 durch die Ebene der Schicht 3 verhindert.
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6 zeigt gemäß einer Ausführungsform einen logischen Ablaufplan 60, der die Konfigurierung und den Betrieb von schichtübergreifender Mehrfachpfad-Redundanz im Mehrebenennetzwerk 11 darstellt, wie in 1 gezeigt. In Block 62 wird eine Anzahl von Datenverarbeitungseinheiten, wie beispielsweise Server und Arbeitsplatzrechner, bereitgestellt. In Block 64 werden die Datenverarbeitungseinheiten in einem Mehrebenennetzwerk verbunden das eine Lokalbereichsschicht und eine Weitverkehrsschicht enthält. In Block 66 wird eine Anzahl von Leaf-Switches in der Lokalbereichsschicht konfiguriert, um unter den Datenverarbeitungseinheiten Zugang zu einem Lokalbereichsnetzwerk bereitzustellen. In Block 68 wird eine Anzahl von Spine-Switches in der Weitverkehrsschicht konfiguriert, um den Datenverarbeitungseinheiten Internetzugang bereitzustellen. In Block 70 wird jeder Leaf-Switch mit mehreren Spine-Switches verbunden, um mehrere schichtübergreifende Datenübertragungspfade zwischen den Leaf-Switches der Lokalbereichsschicht und den Spine-Switches bereitzustellen. Um es jedem Leaf-Switch zu erlauben, mit jedem Spine-Switch Daten auszutauschen, ohne die bei dem Leaf-Switch unterhaltene IP-Adresse neu konfigurieren zu müssen, wird in Block 72 jedem Spine-Switch dieselbe Netzwerkadresse zugewiesen. Um Mehrfachpfad-Redundanz zwischen der Lokalbereichs- und der Weitverkehrsschicht zu realisieren, wird darüber hinaus in Block 74 jeder Leaf-Switch mit einem schichtübergreifenden Link-Auswahl-Protokoll konfiguriert, um selektiv nur einen einzigen aktiven schichtübergreifenden Link zwischen dem Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht zu verbinden, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht deaktiviert werden.
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In Block 76 aktiviert jeder Leaf-Switch einen aktiven Link zwischen dem Leaf-Switch und einem ausgewählten Spine-Switch, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht deaktiviert werden. In Block 76 erkennt ein Leaf-Switch einen Ausfall eines aktiven schichtübergreifenden Links. In Block 80 aktiviert der betroffene Leaf-Switch einen alternativen schichtübergreifenden Link zwischen dem bestimmten Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht, während alle anderen verfügbaren schichtübergreifenden Links zwischen dem Leaf-Switch und der Weitverkehrsschicht deaktiviert werden. Zum Beispiel wird üblicherweise ECMP-Hashing verwendet, um den alternativen schichtübergreifenden Link auszuwählen, während alle nicht ausgewählten alternativen schichtübergreifenden Links deaktiviert werden. Der alternative schichtübergreifende Link wird somit aktiviert, ohne dass erforderlich ist, dass der Leaf-Switch mit einer neuen Adresse für den alternativen schichtübergreifenden Link konfiguriert wird oder von einer Mehrfachpfad-Funktionalität abhängt, die innerhalb der Weitverkehrsschicht realisiert ist. Der Leaf-Switch erfordert üblicherweise jedoch eine Initialisierung mit dem neu verbundenen Spine-Switch, um einen unberechtigten Zugang zum Netzwerk durch die Weitverkehrsschicht zu verhindern.
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In den Ausführungsformen kann es sich bei jedem Leaf-Switch um einen typischen Ethernet-Router handeln, und bei jedem Spine-Switch kann es sich um einen typischen Internet-Gateway handeln. Jeder Switch besitzt daher einen Prozessor, einen Speicher, eine Netzwerkschnittstelle und weitere gebräuchliche Komponenten. Gleichermaßen kann es sich bei jedem Server um einen herkömmlichen Arbeitsplatzrechner oder andere Netzwerk-Datenverarbeitungseinheit mit einem Prozessor, einem Speicher, einer Netzwerkschnittstelle und weiteren gebräuchlichen Komponenten handeln, wie in der Technologie bekannt ist. Es ist keine andere spezielle Software- oder Hardwarefunktionalität als vorstehend beschrieben erforderlich, um die Ausführungsformen wie beschrieben zu betreiben.
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Wie für den Fachmann ersichtlich, können Aspekte von Ausführungsformen als ein System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt ausgebildet sein. Dementsprechend können Aspekte von Ausführungsformen in Form einer vollständigen Hardwareausführungsform, einer vollständigen Softwareausführungsform (einschließlich Firmware, residente Software, Mikrocode usw.) oder in einer Ausführungsform ausgebildet werden, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, was hierin sämtlich allgemein zum Beispiel als ein „Schaltkreis”, „Modul” oder „System” bezeichnet sein kann. Des Weiteren können Aspekte von Ausführungsformen in Form eines Computerprogrammprodukts ausgebildet werden, das in einer oder mehreren computerlesbaren Datenspeichereinheiten mit darauf ausgebildetem computerlesbarem Programmcode ausgebildet sein kann.
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Eine oder mehrere der Fähigkeiten von Ausführungsformen können in Software, Firmware, Hardware oder irgendeiner Kombination davon realisiert sein. Ferner können eine oder mehrere der Fähigkeiten emuliert werden.
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Bei einer Ausführungsform kann es sich um ein Computerprogrammprodukt zum Aktivieren von Prozessorschaltungen handeln, um Elemente der Erfindung durchzuführen, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Datenspeichermedium aufweist, das durch eine Verarbeitungsschaltung lesbar ist und Anweisungen zum Ausführen durch die Verarbeitungsschaltung zum Durchführen eines Verfahrens speichert.
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Wobei es sich bei dem computerlesbaren Datenspeichermedium (oder den computerlesbaren Datenspeichermedien), um ein gegenständliches nichtflüchtiges Datenspeichermedium mit darauf festgehaltenen Anweisungen handeln kann, um eine Prozessorschaltung zu veranlassen, ein Verfahren durchzuführen. Wobei das „computerlesbare Datenspeichermedium” zumindest deshalb nichtflüchtig ist, weil nach Festhalten der Anweisungen auf dem Medium die festgehaltenen Anweisungen nachfolgend ein oder mehrmals durch die Prozessorschaltung zu Zeiten gelesen werden können, die unabhängig vom Zeitpunkt des Festhaltens sind. Wobei das „computerlesbare Datenspeichermedium” nichtflüchtig ist, einschließlich Einheiten, die festgehaltene Informationen nur aufbewahren, wenn sie mit Strom versorgt werden (flüchtige Einheiten) und Einheiten, die festgehaltene Informationen unabhängig davon aufbewahren, ob sie mit Strom versorgt werden (nichtflüchtige Einheiten). Ein Beispiel, eine nicht abschließende Liste von „computerlesbaren Datenspeichermedien”, schließt ein, ist aber nicht beschränkt auf zum Beispiel: eine Halbleiter-Datenspeichereinheit (semi-conductor storage device), die zum Beispiel ein Speicher-Array wie beispielsweise einen RAM oder eine Speicherschaltung wie beispielsweise ein Flipflop mit darauf festgehaltenen Anweisungen aufweist; eine mechanisch codierte Einheit wie beispielsweise Lochkarten oder erhabene Strukturen in einer Rille mit darauf festgehaltenen Anweisungen; eine optisch lesbare Einheit wie beispielsweise eine CD oder DVD mit darauf festgehaltenen Anweisungen; und eine magnetisch codierte Einheit wie beispielsweise ein Magnetband oder eine Magnetplatte mit darauf festgehaltenen Anweisungen.
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Eine nicht abschließende Liste von Beispielen eines computerlesbaren Datenspeichermediums beinhaltet das Folgende: eine transportable Computerdiskette, eine Festplatte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (random access memory (RAM)), einen Nur-Lese-Speicher (read-only memory (ROM)), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read-only memory (EPROM oder Flash-Speicher)), einen transportablen Nur-Lese-Compact-Disk-Speicher (CD-ROM). Programmcode kann auf entsprechende Rechen-/Verarbeitungseinheiten von einem externen Computer oder einer externen Datenspeichereinheit über ein Netzwerk, zum Beispiel das Internet, ein Lokalbereichsnetzwerk (local area network), ein Weitverkehrsnetzwerk (wide area network) und/oder ein kabelloses Netzwerk verteilt werden. Das Netzwerk kann Kupferübertragungskabel, Lichtwellenübertragungsleiter, kabellose Übertragung, Router, Firewalls, Switches, Gateway-Computer und/oder Edge-Server aufweisen. Eine Netzwerkadapterkarte oder eine Netzwerkschnittstellenkarte in jeder Rechen-/Verarbeitungseinheit empfängt ein Programm vom Netzwerk und leitet das Programm zur Speicherung in einer computerlesbaren Datenspeichereinheit innerhalb der entsprechenden Rechen-/Verarbeitungseinheit weiter.
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Bei Computerprogrammanweisungen zum Ausführen von Operationen für Aspekte von Ausführungsformen kann es sich zum Beispiel um Assemblercode, Maschinencode, Mikrocode oder jede Quelle von Objektcode handeln, der in irgendeiner Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben ist, darunter eine objektorientierte Programmiersprache wie beispielsweise Java, Smalltalk, C++ oder Ähnliches und herkömmliche prozedurale Programmiersprachen wie beispielsweise die Programmiersprache „C” oder ähnliche Programmiersprachen. Der Programmcode kann vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Softwarepaket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem entfernt angeordneten Computer oder vollständig auf dem entfernt angeordneten Computer oder Server ausgeführt werden. In letzterem Szenario kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Computer des Benutzers über jede beliebige Art von Netzwerk, einschließlich ein Lokalbereichsnetzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN), verbunden sein, oder die Verbindung kann zu einem externen Computer (zum Beispiel mittels eines Internetdienstanbieters durch das Internet) hergestellt werden.
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Aspekte von Ausführungsformen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Darstellungen von Ablaufplänen und/oder Blockschaubildern von Verfahren, Vorrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block der Darstellungen von Ablaufplänen und/oder der Blockschaubilder sowie Kombinationen von Blöcken in den Darstellungen von Ablaufplänen und/oder den Blockschaubildern durch Computerprogrammanweisungen realisiert werden kann.
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Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines universellen Computers, eines zweckbestimmten Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt werden, um eine Maschine so zu erzeugen, dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, ein Mittel zum Realisieren der im Block oder in den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubildes angegebenen Funktionen/Handlungen erzeugen. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Datenspeichermedium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Einheiten anleiten kann, auf eine bestimmte zu funktionieren
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Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Einheiten geladen werden, um eine Reihe von auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder den anderen Einheiten auszuführenden Operationsschritten hervorzurufen, um einen computerrealisierten Prozess so zu erzeugen, dass die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführten Anweisungen Prozesse zum Realisieren der im Block oder in den Blöcken des Ablaufplans und/oder Blockschaubildes angegebenen Funknonen/Handlungen bereitstellen.
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Die Ablaufplan- und Blockschaubilder in den Figuren veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und die Arbeitsweise möglicher Ausführungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß vielfältiger Ausführungsformen. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Ablaufplan- oder Blockschaubildern für ein Modul, ein Segment oder einen Codeabschnitt stehen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zum Realisieren der angegebenen logischen Funktion oder Funktionen aufweist. Es sollte zudem beachtet werden, dass bei einigen alternativen Realisierungen die im Block angegebenen Funktionen in anderer Reihenfolge als der in den Figuren angegebenen auftreten können. Zum Beispiel können zwei aufeinander folgend gezeigte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal abhängig von der betreffenden Funktionalität in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Es wird ebenfalls beachtet werden, dass jeder Block der Blockschaubilder und/oder Darstellung des Ablaufplans und Kombinationen von Blöcken in den Blockschaubildern und/oder der Darstellung des Ablaufplans durch zweckbestimmte hardwaregestützte Systeme oder Kombinationen von zweckbestimmter Hardware und Computeranweisungen realisiert werden kann, welche die angegebenen Funktionen oder Handlungen durchführen.
