DE60020435T2

DE60020435T2 - Verfahren zum Messen der Verfügbarkeit routerbasierter verbindungsloser Netzwerke

Info

Publication number: DE60020435T2
Application number: DE60020435T
Authority: DE
Inventors: Kevin L. Bensalem D'Souza
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: CA2299769C; CA2299769A1; JP3366891B2; EP1037428B1; JP2000278264A; EP1037428A2; US6611499B1; EP1037428A3; DE60020435D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Bestimmen der Verfügbarkeit eines Routergestützten verbindungslosen Netzes zum Transportieren von Paketen von individuellen Datenquellen an verschiedene Daten-Zielstellen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Heutige Datennetze umfassen typischerweise Router, die Datenpakete über ein oder mehrere Strecken zwischen Ursprungsstellen und Zielstellen von Daten lenken, die jeweils typischerweise einen Computer eines Kunden umfassen. Eine erfolgreiche Verzweigung bzw. Lenkung von Datenpaketen erfordert, dass wenigstens ein logischer Pfad (eine Ansammlung von einer oder mehreren physikalischen Strecken, die durch Router untereinander verbunden werden) in dem Netz zwischen der Ursprungsstelle und der Zielstelle für jedes Paket existieren. Deshalb hält jeder Router Daten in der Form einer Verzweigungstabelle aufrecht, die unterschiedliche Zielstellen und die Strecken, die der Router zu diesen Zielstellen in dem Netz verwenden kann, identifiziert. Unter Verwendung der Kenntnis der Datenzielstellen in seiner Verzweigungstabelle kann jeder Router die Identität des stromabwärts gelegenen Routers (oder nächsten Sprungs) bestimmen, der ein Paket in Übereinstimmung mit der Zielstelle von diesem Paket, was in seinem Header (Anfangsblock) spezifiziert ist, empfangen sollte. Unter der Annahme, dass das Netz eine ausreichende physikalische Redundanz besitzt (z. B. mehrere Router und mehrere Strecken), kann das Netz Pfade unter Verwendung von Protokollen wie dem Border Gateway Protocoll (BGP) oder dem Open Shortest Path First (OSPF) Protokoll, für den Fall eines Router oder Strecken-Ausfalls, dynamisch neu definieren. Die Verwendung von derartigen Protokollen stellt sicher, dass kein einzelner Router oder Strecken-Ausfall den Fluss von Paketen zwischen einer bestimmten Datenquelle (Ursprungsstelle) und Zielstelle unterbricht.
Einheiten, die Datennetze des voranstehend beschriebenen Typs führen, zielen auf eine hohe Zuverlässigkeit ab. Diesbezüglich versuchen derartige Einheiten die Netzverfügbarkeit zu maximieren, die als das Verhältnis der tatsächlichen Dienstzeit zu der geplanten Dienstzeit definiert ist. Bislang haben Netzmanager die Netzverfügbarkeit durch Überwachen der Verfügbarkeit von einzelnen Netzroutern und deren zugehörigen Strecken überwacht, das heißt das Verhältnis der tatsächlichen Router und Strecken-Betriebszeit zu der geplanten Betriebszeit. Unglücklicherweise stellt der Versuch die Netzverfügbarkeit auf Grundlage der Router und Strecken-Verfügbarkeit zu approximieren nicht ein genaues Maß über die Verfügbarkeit in einem verbindungslosen (connectionless) Netz bereit, weil Pakete über mehrere dynamisch definierte Pfade und typischerweise über eine Anzahl von einzelnen Routern und deren zugehörigen Strecken laufen. Ein Ausfall von einem oder mehreren Routern wird oft die Fähigkeit des Netzes ein Paket von einer bestimmten Ursprungsstelle an eine bestimmte Zielstelle zu lenken nicht beeinflussen, da in diesem Fall ein alternativer Pfad existieren kann.
Ein anderer Ansatz zum Feststellen einer Netzverfügbarkeit besteht darin ein vorgeschriebenes Paket (z. B. ein „Ping") an eine bestimmte Zielstelle zu schicken und dann auf eine Antwort zu warten. Während dieses Verfahren ein genaueres Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens bereitstellt, ist eine aktive Überwachung in dieser Weise für große Netze unpraktisch, weil die Anzahl von Eintritts-Austritts-Pfadkombinationen mit dem Faktor n × (n – 1) ansteigt, wobei n die Gesamtanzahl von Eintritts- und Austritts-Punkten ist. Ferner ist nicht jeder Eintritts- und Austritts-Punkt zugänglich, um eine derartige aktive Überwachung zuzulassen.
Somit besteht eine Notwendigkeit für eine Technik zum Bereitstellen einer genauen Überwachung der Verfügbarkeit eines Datennetzes unabhängig von dessen Größe.
Das United States Patent 5.675.741 A, welches für Aggarwal et al. erteilt wurde, offenbart eine Technik zum Auswerten des Ausmaßes, auf das bestimmt werden kann, welche Knoten in einem Datennetz mit welchen anderen Knoten kommunizieren können, indem IP Verzweigungstabellen untersucht werden; siehe zum Beispiel Spalte 1, Zeile 24 bis Spalte 2, Zeile 26.
D.W. Bange et al, „A measure of connectivity for geographic regions", PROFESSIONAL GEOGRAPHER, Vol. 28, No. 4, 1976, Seiten 362–370 offenbart eine Technik zum Ausdrücken eines Maßes einer Verbindbarkeit für einen Graf.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen eines Datennetzes vorgesehen, wie in den beiliegenden Ansprüchen aufgeführt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Datennetzes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
2 in einer Flussdiagrammform die Schritte des Verfahrens der Erfindung zum Erfassen und Isolieren von Problemen der Verbindbarkeit in dem Netz der 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Backbone-Datennetz 10 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Transportieren von Datenpaketen (die nicht gezeigt sind) unter Kantennetzen N₁, N₂ und N₃, die in 1 mit den Bezugszahlen 12, 14 bzw. 16 identifiziert sind. Das Backbone-Netz 10 gehört typischerweise zu einem Telekommunikations-Dienstanbieter, wie beispielsweise AT & T, wohingegen die Kantennetze N₁, N₂ und N₃ typischerweise zu individuellen Kunden des Telekommunikationsanbieters gehören. Das Netz 10 umfasst typischerweise eine Vielzahl von Routern, die beispielhaft mit den Routern R₁, R₂ und R₃ dargestellt sind, die jeweils mit den Bezugszahlen 18, 20 und 22 identifiziert werden. Eine Vielzahl von Herstellern, wie Cisco, Bay Networks und Ascend Communications stellen Router des in 1 gezeigten Typs dar.
Die Kantennetze N₁, N₂ und N₃ sind für die Router R₁, R₂ bzw. R₃ „heimatbezogen". Mit anderen Worten, die Router R₁, R₂ und R₃ dienen als Gateways (Netzübergangsschnittstellen) für die Kantennetze N₁, N₂ bzw. N₃, um Pakete, die von einem entsprechenden Kantennetz stammen, an eine stromabwärts gelegene Zielstelle zu lenken, und um außerdem Pakete von einer stromaufwärts gelegenen Zielquelle zu dem Kantennetz zu lenken. Diesbezüglich haben die Router R₁, R₂ und R₃ Strecken 24, 26 und 28 jeweils zu den Netzen N₁, N₂ bzw. N₃. Zusätzlich koppeln die Strecken 30, 32 und 34 die Routerpaare R₁-R₂, R₂-R₃ bzw. R₃-R₁.
Während die Router R₁, R₂ und R₃ Strecken unter sich selbst und zu einem entsprechenden der Kantennetze N₁, N₂ bzw. N₃ haben, ist das Backbone-Netz 10 verbindungslos, weil jedes Datenpaket, dass das Backbone-Netz durchquert, unabhängig von den anderen läuft. Die Router R₁, R₂ und R₃ führen Information in der Form von Verzweigungstabellen 36, 38 bzw. 40, die die Strecken auflisten, die jeder Router mit anderen Routern hat, und mögliche stromabwärts gelegene Zielstellen, die von derartigen Routern bedient werden. Zum Beispiel hat der Router R₁ direkte Strecken zu den Routern R₂ und R₃ und er hat eine direkte Strecke zu dem Kantennetz N₁. Zusätzlich kann der Router R₁ mit Hilfe von seinen Strecken zu den Routern R₂ und R₃ Pakete an stromabwärts liegende Zielstellen, wie die Kantennetze N₂ und N₃ über jede von diesen Strecken lenken. Somit listet die Verzweigungstabelle 36, die zum dem Router R₁ gehört, R₂, R₃, N₁, N₂ und N₃ als potentielle Zielstellen auf, die für diesen Router verfügbar sind. Die Verzweigungstabellen 38 und 40 enthalten in ähnlicher Weise die Zielstellen, die jeweils für die Router R₂ und R₃ verfügbar sind.
Die Abwesenheit einer Zielstelle in der Verzweigungstabelle, die zu einem bestimmten Router gehört, zeigt das Fehlen eines verfügbaren Pfads von diesem Router zu der Zielstelle an. Somit kann zum Beispiel auf einen Ausfall der Strecke 26 hin oder auf einen Ausfall des Routers R₂ hin der Router R₁ nicht mehr Pakete an das Kantennetz N₂ lenken. In der Praxis kommunizieren die Router untereinander bezüglich ihres individuellen Status und desjenigen von ihren Verbindungsstrecken, sodass jeder Router in die Lage versetzt wird Kenntnis von irgendwelchen derartigen Ausfällen zu bekommen. Auf die Kenntnis des Ausfalls des Routers R₂ hin, wird zum Beispiel der Router R₁ seine Verzweigungstabelle entsprechend verändern, wobei er R₂ und das Kantennetz N₂ als mögliche stromabwärts gelegene Zielstellen entfernt. Im Gegensatz dazu können die Router R₁ und R₃ noch einen Verkehr zwischen ihnen über den Router R₂ lenken, was keine Änderung der Verzweigungstabellen 36 und 40 erfordert, sollte die Strecke 34 ausfallen.
Es kann nun erkannt werden, dass ein verbindungsloses Netz wie beispielsweise das Netz 10, typischerweise mehrere logische Pfade zwischen Datenquellen und Datenzielstellen besitzt. Somit kann ein Paket, das in das Netz an dem Router R₁ von dem Netz N₁ injiziert wird, mehrere Router durchqueren, bevor es seine Zielstelle erreicht. Obwohl gegenwärtige Datennetz, wie beispielsweise das Netz 10, eine physikalische Redundanz von möglichen mehreren Pfaden zwischen Ursprungsstellen und Zielstellen haben kann, stellt eine derartige physikalische Redundanz nicht notwendigerweise sicher, dass das Netz notwendigerweise ein Paket an seine spezifizierte Zielstelle lenken kann. Zum Beispiel wird das Fehlen eines Eintrags in der Verzweigungstabelle 36 des Routers R₁, die das Kantennetz N₂ als eine mögliche Zielstelle auflistet, ausschließen, dass der Router R₁ Pakete an das Netz N₂ verzweigt bzw. lenkt. Ein Versuch die Verfügbarkeit des Netzes 10 im Hinblick auf das Verhältnis der tatsächlichen Router-Dienstzeit zu der geplanten Dienstzeit, ein gebräuchliches Maß für die Netzverfügbarkeit, zu messen, wird somit nicht genaue Ergebnisse hervorbringen. Sogar dann, wenn ein Router, zum Beispiel der Router R₁, verfügbar ist, wird die Unfähigkeit dieses Routers Pakete an eine andere Zielstelle zu lenken die Verfügbarkeit des Netzes 10 Daten zu führen ungünstig beeinflussen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Verfügbarkeit des Netzes in Übereinstimmung mit einer Zielstelleninformation in den Verzweigungstabellen, z. B. den Verzweigungstabellen 36, 38 und 40 der Router R₁, R₂ und R₃ in dem Netz 10 der 1, vorgesehen. Die Schritte des Verfahrens der Erfindung sind in einer Flussdiagrammform in 2 dargestellt. Wie am besten in 2 dargestellt werden zunächst zum Messen der Netzverfügbarkeit die Zielstellen-Endpunkte des Netzes 10 bestimmt (Schritt 100). Somit werden zum Beispiel in Bezug auf das Netz 10 die Endpunkte des Netzes 10 (z. B. die Kantennetze N₁, N₂ und N₃) identifiziert.
Sobald die Endpunkte des Netzes 10 identifiziert sind, wird die Existenz einer Route zu jedem derartigen Endpunkt überprüft (Schritt 110). In der Praxis wird die Existenz der Route aus einer Existenz eines Eintrags in der zugehörigen Verzweigungstabelle eines entsprechenden Routers, die den bestimmten Endpunkt auflistet, bestimmt. In Bezug auf ein Paket, das an dem Router R₁ empfangen wird und an das Kantennetz N₃ gerichtet ist, existiert zum Beispiel dann eine Route, wenn die Verzweigungstabelle 36 für den Router R₁ einen Eintrag für diesen Endpunkt auflistet.
Verschiedene Techniken existieren zum Ermitteln der Information in der Verzweigungstabelle für jeden Router. Zum Beispiel könnte ein zentraler Controller (nicht gezeigt) eine Simple Network Management Protocol (SNMP) GET Aufforderung an jeden Router mit dem Zielstellen-Endpunkt in der Abfrage abgeben, um die Information festzustellen, die in den Variablen ipRouteDestination und ipRouteMask Management Information Base (MIB) gespeichert ist. Auf den Empfang einer derartigen Aufforderung hin gibt jeder Router einen MIB String mit der angehängten Route sowie dessen Maske zurück, wenn in der Tat eine derartige Route existiert. Alternativ könnte eine Verbindung, wie beispielsweise über das Telenet Protokoll, mit jedem Router aufgebaut werden und ein Befehl zum Zeigen von ip Route <Route> könnte ausgeführt werden. Im Ansprechen darauf wird der Router die Route zurückgeben, wenn sie existiert, sowie dessen Maske. Ein anderer Ansatz, obwohl weniger direkt, würde darin bestehen den Router zu veranlassen seine Debugging-Option auszuführen und den erzeugten Ausgang als ein Ergebnis an eine Datei zu schreiben, beispielsweise der syslog Datei. Irgendwelche Routen-Änderungen werden unter Verwendung von herkömmlichen Nachverarbeitungs-Verfahren ermittelt.
Nachdem aus dem Eintrag in der Verzweigungstabelle eines Routers die Anwesenheit einer Route zu einem Endpunkt bestimmt worden ist, wird dann die Netzverfügbarkeit durch das Verhältnis der Routen, die in dem Netz zwischen Endpunkten existieren, wie während des Schritts 110 bestimmt, zu der Anzahl von möglichen Endpunkten, die während des Schritts 100 bestimmt werden, festgestellt (Schritt 120). Wenn somit zum Beispiel eine Route zwischen jedem Paar von Endpunkten existiert, dann ist das Netz 10 vollständig verfügbar. Das Fehlen einer Route zwischen einem Paar von Endpunkten verringert die Netzverfügbarkeit. Wenn nur 90% der Paare von Endpunkten zugehörige Routen aufweisen, dann sagt man von dem Netz, dass es 90% verfügbar ist. Ein gutes Maß über die Netzverfügbarkeit kann durch die folgende Beziehung gegeben werden:
Das Messen der Netzverfügbarkeit durch einen Vergleich der verfügbaren Routen, wie aus der Verzweigungsinformation in den Verzweigungstabellen des Routers bestimmt, mit den Netz-Endpunkten berücksichtigt die Netzredundanz, ein wichtiges Kriterium, welches durch herkömmliche Techniken ignoriert wurde. In der Praxis werden die Schritte 110 und 120 periodisch wiederholt, um ein periodisches Maß über die Netzverfügbarkeit bereitzustellen.
Die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen illustrieren lediglich die Prinzipien der Erfindung. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet können verschiedene Modifikationen und Änderungen durchführen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern werden.

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Datennetzes (10), welches eine Vielzahl von Routern (18, 20, 22) einschließt, die kollektiv arbeiten, um Datenpakete über logische Pfade zwischen Datenquellen und Datenzielstellen in Übereinstimmung mit in einer Verzweigungstabelle (36, 38, 40) in jedem Router enthaltener Information zu lenken, die die stromabwärtsliegende Zielstelle für ein Datenpaket in Übereinstimmung mit Information, die in dem Paket enthalten ist, spezifiziert, umfassend: (a) Identifizieren von sämtlichen möglichen Datenzielstellen für ein Datenpaket, das von der Datenquelle (100) stammt; (b) Untersuchen der Verzweigungstabelle von jedem Router, um zu bestimmen, ob die Verzweigungsinformation, die kollektiv in den Router-Verzweigungstabellen enthalten ist, eine verfügbare Route zu einer Datenzielstelle (110) spezifiziert; und (c) Wiederholen des Schritts (b), bis die Verzweigungstabellen von sämtlichen Routern untersucht sind; gekennzeichnet durch (d) Einrichten eines Datennetz-Überwachungsparameters, der durch 1) die Anzahl von Endpunktpaaren, zwischen denen wenigstens eine Route vorhanden ist, geteilt durch 2) die Gesamtanzahl von Endpunktpaaren (120) gegeben wird.