DE60023828T2

DE60023828T2 - Automatischer Schutz von Vermittlungswegen mit Redundanz auf Verbindungsebene zur Unterstützung von MPLS

Info

Publication number: DE60023828T2
Application number: DE60023828T
Authority: DE
Inventors: Andre N. Fredette; Loa Andersson; Naganand Doraswamy; Anoop Ghanwani
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: US20040156310A1; US20050265228A1; EP1111860A3; EP1111860B1; US8134917B2; EP1111860A2; DE60023828D1; US6987727B2; CA2310872A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Computer-Netzwerke und insbesondere auf ein Computer-Netzwerk, das eine Schutz- oder Ersatzschaltung zum Umleiten von Datenpaketen im Fall eines Netzwerk-Verbindungsstrecken-Ausfalls ergibt.
Die verschiedenen Verbindungsstrecken eines Computer-Netzwerkes sind Pfade zwischen Netzwerk-Knoten, die Datenströme übertragen. In einem auf dem Internetprotokoll (IP) basierenden Computer-Netzwerk werden Daten-Routenführungsprotokolle, wie z. B. das Protokoll des offenen kürzesten Pfades als erstes (OSPF), das Zwischensystem-Zwischensystem-(IS-IS-) und das Routenführungs-Informationsprotokoll (RIP) dazu verwendet, den Pfad festzulegen, den Datenpakete durch das Netzwerk durchlaufen. Als ein spezielles Beispiel ist OSPF ein Verbindungsstrecken-Zustandsprotokoll in der IP-Gruppe, das es Routern ermöglicht, Informationen bezüglich topologischer Änderungen innerhalb des Netzwerkes auszutauschen, während die Verbindungsstrecken-Zustands-Datenbank modifiziert wird. Mit dieser Information baut jeder Router einen Baum der kürzesten Pfade mit sich selbst als der Baum-Wurzel auf, um den kürzesten Pfad von sich selbst zu jedem Ziel zu identifizieren und seine Routenführungstabelle aufzubauen.
Ein Router in einem etikettvermittelten Netzwerk kann manchmal explizit ein bestimmtes Datenpaket zu einem anderen Zwischen-Router lenken, der nicht das abschließende Ziel des Paketes ist, selbst wenn die zwei Router nicht aufeinanderfolgend auf dem Hop-für-Hop-Pfad für dieses Paket liegen. Beispielsweise kann das betroffene Datenpaket innerhalb eines Netzwerk-Schicht-Paketes eingekapselt sein, dessen Ziel der Zwischen-Router ist. Der Prozess bildet einen „Tunnel" zwischen den zwei Routern aus, und irgendein so abgewickeltes Datenpaket wird als ein „getunneltes Paket" bezeichnet. Ein Hop-für-Hop-Tunnel folgt dem Hop-für-Hop-Pfad zwischen den zwei Routern. Ein getunneltes Paket, das einem anderen als dem Hop-für-Hop-Pfad folgt, wird als ein einen explizit gelenkten Tunnel verwendendes Paket bezeichnet.
Gelegentlich kann eine Verbindungsstrecke zwischen zwei Netzwerk-Routern ausfallen. Wenn eine Verbindungsstrecke ausfällt, werden die Routenführungsprotokolle zur Ankündigung des Ausfalls in dem gesamten Netzwerk verwendet. Die meisten Router können einen örtlichen Verbindungsstrecken-Ausfall relativ schnell feststellen, doch benötigt das Netzwerk insgesamt eine wesentlich längere Zeit zum Konvergieren. Diese Konvergenzzeit liegt typischerweise in der Größenordnung von 10 bis 60 Sekunden in Abhängigkeit von dem Routenführungsprotokoll und der Größe des Netzwerkes. Schließlich erfahren alle betroffenen Router von dem Verbindungsstrecken-Ausfall und berechnen neue Routen für Datenpakete zu den betroffenen Zielen. Sobald alle Router zu einem neuen Satz von Routen konvergieren, läuft die Datenpaket-Weiterleitung normal weiter.
Während das Netzwerk nach dem Ausfall einer Verbindungsstrecke konvergiert, können vorübergehende Schleifen auftreten, die wertvolle Netzwerk-Bandbreite verbrauchen. Eine Schleife tritt ein, wenn zwei oder mehr Zwischen-Router in einem vorgegebenen Netzwerk-Pfad ihre internen Darstellungen der Netzwerk-Topologie nicht gleichzeitig aktualisieren, und dies führt dazu, dass sie wiederholt Datenverkehr zwischen sich selbst weiterleiten, statt zu dem korrekten Ziel. Es wurden Schleifenvermeidungs-Algorithmen vorgeschlagen, um derartige vorübergehende Schleifen zu beseitigen. Wenn Schleifenvermeidungs-Algorithmen verwendet werden, werden vorhandene Routen aufrecht erhalten, bis das Netzwerk konvergiert hat und die neuen Routen sich als schleifenfrei erwiesen haben. Schleifenvermeidungs-Algorithmen haben den Vorteil, dass auf nicht betroffenen Routen fließende Datenpakete nicht unterbrochen werden, während vorübergehende Schleifen beseitigt werden. Ein Nachteil der Schleifenvermeidungs-Algorithmen besteht jedoch darin, dass aus einer ausgefallenen Verbindungsstrecke herausgelenkte Datenpakete während des Konvergierens verloren gehen oder in einem „schwarzen Loch" enden. Weiterhin können, weil Schleifenvermeidungs-Algorithmen weiterhin die Konvergenzzeit in gewisser Weise verlängern, während neue Routen auf Schleifenfreiheit überprüft werden, zusätzliche Daten auf der ausgefallenen Verbindungsstrecke verloren gehen.
Die US-5 875 172 beschreibt ein System zur automatischen Wiederherstellung einer problembehafteten Übertragungsleitung in einem Kommunikations-Netzwerk, das ein synchrones optisches Übertragungs-Netzwerk umfasst. Ein problembehafteter Arbeitspfad wird durch die Bereitstellung eines Reserve-Pfades umgangen. Nach der Wiederherstellung des Arbeitspfades erfolgt eine Pfadumschaltung auf den anfänglichen Zustand.
Die US-5 581 543 beschreibt ein Netzwerk, das auf eine ausgefallene Verbindungsstrecke ansprechen kann. Wenn eine ausgefallene Verbindungsstrecke festgestellt wird, so wird eine „Verbindungsstrecke ausgefallen"-Mitteilung von einem Knoten, der die ausgefallene Verbindungsstrecke festgestellt hat, an einen Routen bestimmenden Knoten gesandt. Der die Routen bestimmende Knoten berechnet dann Routen über das Netzwerk so neu, dass die ausgefallene Verbindungsstrecke vermieden wird, und er sendet die neue Routenführungsinformation an andere Knoten. Sobald die anderen Knoten die neue Routenführungsinformation empfangen haben, realisieren die Knoten die neu berechneten Routen, um die Routenführung von Daten über die ausgefallene Verbindungsstrecke zu vermeiden. Um einen übermäßigen Datenverlust an der ausgefallenen Verbindungsstrecke zu vermeiden, während die neuen Routen berechnet werden, wird ein einstweiliges Routenumleitungsverfahren an Knoten benachbart zu der ausgefallenen Verbindungsstrecke realisiert, bis die neu berechneten Routen realisiert werden können. Das einstweilige Verfahren lenkt Daten an einem Knoten zu einer Verbindungsstrecke, die im Gegenuhrzeiger-sinn zu der ausgefallenen Verbindungsstrecke liegt.
Die EP 0836344 beschreibt einen Vermittlungsknoten für für einen virtuellen Pfad in einer asynchronen Übertragungsbetriebsart (ATM). In einem Gesichtspunkt umfasst der Knoten eine Verbindungsstrecken-Überwachungseinheit zur Überwachung eines Fehlers in jeder der Vielzahl von Verbindungsstrecken.
Die Veröffentlichung von Viswanathan, A. et al: „Evolution of Multiprotocol Label Switching", IEEE Communications Maganzine, IEEE Service Center, Piscataway, N. J., US, Band 36, Nr. 5, 1. Mai 1998, Seiten 165–173, gibt einen Überblick über die Multiprotokoll-Etikettvermittlungs-Architektur und Auslegung.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Reserve-Steuerung zur Bereitstellung einer Schutz- oder Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Routenführungs-Knotens geschaffen, der Datenpakete an ein Computernetzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefert, wobei die Reserve-Steuerung Folgendes umfasst: Einrichtungen zur Vor-Identifikation, für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens, eines Reserve-Routenführungs-Pfades zur Weiterleitung betroffener Datenpakete im Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke; Einrichtungen zur Überwachung der Vielzahl von Verbindungsstrecken, um festzustellen, wenn eine Verbindungsstrecke ausfällt; Einrichtungen zum Anhängen von Reserve-Routenführungspfad-Befehlen an betroffene Datenpakete, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden, wenn eine Verbindungsstrecke, die einen vor-identifizierten Reserve-Routenführungspfad aufweist, ausfällt; und Einrichtungen zum Weiterleiten der betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad, wobei der Reserve-Routenführungspfad einen explizit routengeführten etikettvermittelten Pfad umfasst.
Die Erfindung ergibt weiterhin einen Daten-Router und ein Computernetzwerk, die jeweils die vorstehend beschriebene Reserve-Steuerung umfassen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer Schutz- oder Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Computernetzwerk-Routenführungs-Knotens geschaffen, der Datenpakete zu einem Computernetzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Vor-Identifizieren, für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens, eines Reserve-Routenführungspfades zur Weiterleitung betroffener Datenpakete im Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke; Überwachen der Vielzahl von Verbindungsstrecken zur Feststellung, wenn eine Verbindungsstrecke ausfällt; wenn eine Verbindungsstrecke, die einen Vor-identifizierten Reserve-Routenführungs-Pfad hat, ausfällt, Anhängen von Reserve-Routenführungspfad-Befehlen an betroffene Datenpakete, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden; und Weiterleiten der betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad, wobei der Reserve-Routenführungspfad einen explizit routengeführten etikettvermittelten Pfad umfasst.
Eine Ausführungsform der Erfindung ergibt eine Reserve-Steuerung, die eine Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Routenführungs-Knotens ergibt, der Datenpakete an ein Computernetzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefert. Das Computernetzwerk kann beispielsweise ein etikett-vermitteltes Routenführungsprotokoll verwenden. Die Reserve-Steuerung weist eine Reservepfad-Verwaltung, eine Verbindungsstrecken-Überwachung und einen Reserve-Paketprozessor auf. Für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens identifiziert die Reservepfad-Verwaltung einen Reserve-Routenführungspfad zur Weiterleitung betroffener Datenpakete im Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke. Die Verbindungsstrecken-Überwachung überwacht die Vielzahl von Verbindungsstrecken, um festzustellen, ob eine Verbindungsstrecke ausfällt. Wenn eine Verbindungsstrecke, die einen Reserve-Routenführungspfad hat, ausfällt, so bringt der Reserve-Paketprozessor Reserve-Routenführungspfad-Befehle an den betroffenen Datenpaketen an, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden, und leitet die betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad weiter.
Diese Reserve-Steuerung kann in einem Daten-Router verwendet werden, der Datenpakete an ein Computernetzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefert. Der Daten-Router ergibt eine Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls. Der Daten-Router weist weiterhin eine Daten-Schnittstelle für Datenpakete zum Eintritt in und zum Austritt aus dem Router und eine Reserve-Steuerung auf. Ein derartiger Daten-Router kann weiterhin eine Neuberechnungseinrichtung für ausgefallene Verbindungsstrecken haben, die eine neue Netzwerk-Route zum Ersatz einer ausgefallenen Verbindungsstrecke ermittelt. Die Neuberechnungseinrichtung für die ausgefallene Verbindungsstrecke kann einen Schleifenvermeidungs-Algorithmus nach einem Verbindungsstrecken-Ausfall verwenden, um festzustellen, ob das Netzwerk konvergiert hat und schleifenfrei ist.
Der Daten-Router der Erfindung kann weiterhin in einem Computernetzwerk enthalten sein, das eine Vielzahl von Datenpaket-Strömen hat. Das Netzwerk hat eine Vielzahl von Teil-Netzwerken, wobei jedes Teil-Netzwerk zumindest eine Anwendung, die einen Strom von Datenpaketen zur Übertragung über das Computernetzwerk erzeugt; sowie eine Vielzahl von Routern aufweist, die Datenpakete an das Netzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefern, wobei zumindest ein Router eine Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls bereitstellt.
Die Erfindung ergibt weiterhin ein Verfahren zur Schaffung einer Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Computernetzwerk-Routenführungs-Knotens, der Datenpakete an ein Computer-Netzwerk über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken liefert. Das Verfahren schließt die Identifikation, für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens, eines Reserve-Routenführungspfades zum Weiterleiten betroffener Datenpakete in dem Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke; das Überwachen der Vielzahl von Verbindungsstrecken zur Feststellung, wenn eine Verbindungsstrecke, die einen Reserve-Routenführungspfad hat, ausfällt, das Anbringen von Reserve-Routenführungspfad-Befehlen an betroffene Datenpakete, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden; und die Weiterleitung der betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad ein. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Schleifenvermeidungs-Algorithmus nach einem Verbindungsstrecken-Ausfall verwendet werden, um festzustellen, dass das Netzwerk konvergiert hat und schleifenfrei ist.
Das Verfahren kann durch ein Computerprogramm zur Verwendung auf einem Computersystem realisiert werden.
Die Reserve-Steuerung kann weiterhin einen Verbindungsstrecken-Ausfall an das Netzwerk unter Verwendung eines Routenführungs-Protokolls ankündigen. Die Reserve-Routenführungspfad-Befehle können einen Etikettstapel auf der Grundlage der Multiprotokoll-Etikettvermittlung (MPLS) einschließen, und der Etikettstapel kann Etiketten für eine Paket-Quelle und ein Paket-Ziel einschließen. Der Reserve-Routenführungspfad kann ein etikettvermittelter Pfad (LSP) beispielsweise auf der Grundlage von Netzwerk-Topologie-Informationen sein, wie sie von einem Netzwerk-Protokoll abgeleitet werden könnten.
Beispiele der Erfindung werden nunmehr im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Erläuterung eines Computernetzwerkes ist, das eine auf der Etikettvermittlung beruhende Reservepfad-Ersatzumschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel ergibt.
2 eine Erläuterung eines Netzwerk-Knoten-Routers ist, der Reservepfade gemäß einem Ausführungsbeispiel unterstützt.
3 ein Ablaufdiagramm ist, das die logischen Schritte in einem Verfahren zur Bereitstellung einer Reservepfad-Ersatzschaltung gemäß eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden ein Etikettvermittlungsprotokoll, um Reservepfade mit einer expliziten Routenführung zur Verwendung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls in einem Computernetzwerk auszubilden. Ein Etikett (label) ist eine kurze, eine feste Länge aufweisende, physikalisch zusammenhängende, örtlich bedeutsame Identifikation, die zur Identifikation eines vorgegebenen Datenstromes in einem etikettvermittelnden Netzwerk verwendet wird. Die Multiprotokoll-Etikettvermittlung (MPLS) ist ein Beispiel eines Netzwerkschicht-basierten Etikettvermittlungs-Routenführungsprotokolls, das ein Weiterleitungs-Paradigma verwendet, das auf einer Etikettvertauschung zur Weiterleitung von Datenverkehr beruht. Die Datenweiterleitung zwischen zwei benachbarten Netzwerk-Knoten, die MPLS-Etiketten verwenden, ist als ein etikettvermittelter Sprungabschnitt oder Hop bekannt. Die Verkettung von einem oder mehreren etikettvermittelten Hops definiert einen etikettvermittelten Pfad (LSP), der es Datenpaketen ermöglicht, von einem MPLS-Knoten zu einem anderen MPLS-Knoten durch Vertauschen von Etiketten weitergeleitet zu werden. Eine explizite Routenführung eines LSP ergibt sich, wenn der LSP durch die Quelle eines Datenstromes spezifiziert wird. Die Folge von Knoten, die durch den LSP definiert sind, sind durch einen geschichteten Stapel von MPLS-Etiketten definiert, der typischerweise ein Paket-Quellen-Etikett, ein Paket-Ziel-Etikett und Etiketten für die Knoten in dem definierten LSP einschließen kann.
In Ausführungsbeispielen legt jeder Router einen Reservepfad für jede geschützte örtliche Verbindungsstrecke unter Verwendung von MPLS-basierten etikett-vermittelten Pfad-(LSP-) Tunnels fest. Das heißt, ein Datenpaket, das über einen derartigen Reservepfad ausgesandt wird, einem explizit spezifizierten MPLS-LSP folgt. Datenpakete werden im Fall eines Ausfalls der geschützten Verbindungsstrecke automatisch auf die Reserve-Verbindungsstrecke umgeleitet.
1 ist eine Erläuterung eines Computernetzwerkes, das in der Lage ist, eine auf der Etikettvermittlung beruhende Ersatzumschaltung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu schaffen. Netzwerk-Router R1 101 bis R5 105 sind über primäre Netzwerk-Verbindungsstrecken 111–116 verbunden. So sind in dem in 1 gezeigten Netzwerk die Router-Einrichtungen R1 101 und R2 102 über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 111 verbunden, R1 101 und R3 103 sind über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 112 verbunden, R2 102 und R3 103 sind über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 113 verbunden, R2 102 und R4 104 sind über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 114 verbunden, R3 103 und R5 105 sind über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 115 verbunden, und R4 104 und R5 105 sind über eine primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke 116 verbunden.
Für jede primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke wird ein Reservepfad ausgebildet, der im Fall eines Ausfalls der primären Verbindungsstrecke zu verwenden ist. Wenn beispielsweise die Verbindungsstrecke L 3-5 115 ausfällt, so beginnt der Router R3 105 unmittelbar, Datenpakete, die normalerweise zum Router R5 105 über die Verbindungsstrecke L 3-5 115 laufen würde, an den LSP-Reservepfad L' 3-5 121 zu senden. Wenn der Router R5 105 ein Paket über den Reservepfad L' 3-5 121 empfängt, so behandelt er das Paket genauso, als ob das Paket auf der ursprünglichen ausgefallenen Verbindungsstrecke L 3-5 115 empfangen worden sein würde. Aus Gründen der Klarheit zeigt 1 lediglich einen derartigen Reservepfad 121, der den MPLS-basierten Reserve-LSP für die Verbindungsstrecke 115 von dem Router R3 103 zum Router R5 105 darstellt. In Ausführungsbeispielen kann es einen Reservepfad für jede primäre Netzwerk-Verbindungsstrecke geben.
2 ist eine Darstellung einer Reservepfade unterstützenden Netzwerk-Router-Einrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3 ist ein Ablaufdiagramm von zu Erläuterungszwecken dienenden Verfahrensschritten bei der Bereitstellung einer Reservepfad-Ersatzumschaltung mit der Router-Einrichtung nach 2. Der Netzwerk-Knoten-Router 20 ist ein Teil eines Computernetzwerkes 22, das in gegenseitiger Verbindung über eine Vielzahl von Netzwerk-Knoten-Datenverbindungsstrecken 21 steht. Der Router 20 dient auch zum Verbinden von einem oder mehreren lokalen Netzwerken (LAN's) 23, die eine oder mehrere Arbeitsstationen 231 haben. Datenpakete treten in den Router 20 ein und verlassen diesen, wie dies durch einen Datenschnittstellen-Treiber 24 gesteuert wird, der mit den Netzwerk-Knoten-Verbindungsstrecken 21 verbunden ist. Der Router 20 schließt weiterhin eine Reserve-Steuerung 25 mit einer Verbindungsstrecken-Überwachung 26, einem Reserve-Paketprozessor 27 und einer Reservepfad-Verwaltung 28 ein.
Für jede zu schützende Verbindungsstrecke identifiziert eine Reservepfad-Verwaltung 28 einen Reservepfad zur Weiterleitung betroffener Pakete in dem Fall, dass die geschützte Verbindungsstrecke ausfällt, Schritt 301. Reservepfade können von Hand konfiguriert werden oder „automatisch" unter Verwendung eines Verbindungsstrecken-Zustands-Routenführungsprotokolls berechnet werden, beispielsweise das Protokoll des offenen kürzesten Pfades als ersten (OSPF). Um automatisch einen Reservepfad zu berechnen, entfernt die Reservepfad-Verwaltung 28 die zu schützende primäre Verbindungsstrecke aus ihrer Topologie-Datenbank und berechnet dann den kürzesten Pfad zu dem Zielrouter unter Verwendung des Algorithmus des kürzesten Pfades neu. In typischen Ausführungsformen werden explizit routengeführte MPLS-etikettvermittelte Pfad-(LSP-) Tunnels verwendet, weil der Reservepfad einer sub-optimalen Route folgt, die nicht dem normalerweise routengeführten Pfad entspricht. Alternative Ausführungsformen können ein anderes Etikettvermittlungsprotokoll als MPLS verwenden.
Eine Verbindungsstrecken-Überwachung 26 überwacht geschützte Verbindungsstrecken des Routers auf einen Ausfall, Schritt 302. Eine Verbindungsstrecke kann beispielsweise ausfallen, wenn der Pfad zwischen zwei Knoten physikalisch unterbrochen wird, oder wenn ein Router einen Leistungsausfall hat, wodurch die angeschlossenen Verbindungsstrecken unbrauchbar gemacht werden. Verschiedene unterschiedliche Mechanismen können zur Feststellung eines derartigen Verbindungsstrecken-Ausfalls verwendet werden. Beispielsweise überwachen in einem 100 BASE-TX-Verbindungsstrecken-Integritätstest Sendeempfänger-Schaltungen für Fast Ethernet kontinuierlich den Empfangs-Datenpfad auf Aktivität als eine Maßnahme zum Prüfen, dass die Verbindungsstrecke korrekt arbeitet. Das für 100 BASE-TX-Segmente verwendete Signalisierungssystem beruht auf dem ANSI-FDDI-Signalisierungssystem, das kontinuierlich Signale sendet, selbst während Leerlaufperioden ohne Netzwerk-Verkehr. Daher reicht die Aktivität auf dem Empfangs-Datenpfad aus, um eine kontinuierliche Prüfung der Verbindungsstrecken-Integrität zu liefern.
Wenn die Verbindungsstrecken-Überwachung 26 zu Anfang feststellt, dass eine geschützte Verbindungsstrecke ausgefallen ist, bringt ein Reserve-Paketprozessor 27 Reservepfad-Befehle von der Reservepfad-Verwaltung 28 – beispielsweise MPLS-Etiketten, an betroffenen Datenpaketen an, die durch das Netzwerk 22 über die Reserve für die ausgefallene Verbindungsstrecke weitergeleitet werden, Schritt 304. Nach einer vorgegebenen Zeitperiode nach der ersten Feststellung eines Verbindungsstrecken-Ausfalls kann der Ausfall als mehr als eine vorübergehende Erscheinung betrachtet werden, und die Verbindungsstrecke kann als tatsächlich ausgefallen betrachtet werden. Der Router 20 kündigt dann den Verbindungsstrecken-Ausfall an das Netzwerk 22 im Schritt 305 an, wobei ein Routenführungs-Protokoll verwendet wird, beispielsweise das Protokoll des offenen kürzesten Pfades als Erstem (OSPF).
Neue Routen werden bestimmt, um die ausgefallene Verbindungsstrecke zu ersetzen, Schritt 306. Im Schritt 307 bestimmt ein Diffusions-basierter Schleifenvermeidungs-Algorithmus, wann das Netzwerk 22 auf neuen Routen konvergiert hat und schleifenfrei ist. Um zu beschreiben, wie Schleifenvermeidungs-Algorithmen arbeiten, ist es wichtig, zunächst zu verstehen, dass die meisten Routenführungs-Protokolle Algorithmen verwenden, die als die Algorithmen des „kürzesten Pfades" bezeichnet werden, die weiterhin in entweder Entfernungs-Vektor oder Verbindungszustands-Algorithmen unterteilt werden können. Ein Netzwerk-Knoten, der einen Entfernungsvektor-Algorithmus verwendet, kennt beispielsweise die Länge des kürzesten Pfades von jedem benachbarten Knoten zu jedem Netzwerk-Ziel. Auf der Grundlage dieser Information berechnet der Knoten den kürzesten Pfad und den nächsten Knoten auf dem Pfad für jedes Ziel. Derartige Knoten senden Nachbarschafts-Knoten-Aktualisierungs-Mitteilungen, die Vektoren von einem oder mehreren Einträgen enthalten, die jeweils eine Entfernung zu einem vorgegebenen Ziel spezifizieren. Der Empfang einer Aktualisierungs-Mitteilung kann bewirken, dass ein Knoten seinerseits eine Aktualisierungs-Mitteilung erzeugt. Als weiteres Beispiel muss ein Netzwerk-Knoten, der einen Verbindungsstrecken-Zustands-Algorithmus verwendet (was auch als Topologie-Rundsende-Algorithmus bezeichnet wird) die Topologie des gesamten Netzwerkes kennen (oder zumindest eine derartige Information empfangen), um den kürzesten Pfad zu jedem Netzwerk-Ziel zu berechnen. Derartige Knoten führen eine Rundsendung an jeden anderen Knoten in dem Netzwerk aus, wobei Aktualisierungs-Mitteilungen den Zustand jeder der benachbarten Verbindungsstrecken jedes der Knoten enthalten.
Um vorübergehende Schleifen zu vermeiden, wurden Schleifenvermeidungs-Algorithmen auf der Grundlage von Diffusionsberechnungen vorgeschlagen, wie sie beispielsweise von Garcia-Lunes-Aceves in der Veröffentlichung „Loop-Free Routing Using Diffusing Computations", IEEE/ACM Transactions on Networking, Band 1, Nr. 1, 1993 beschrieben wurden. Zu diesem Zweck wird eine Familie von Entfernungsvektor-Algorithmen vorgeschlagen, die in einer endlichen Zeit nach einer willkürlichen Folge von Verbindungsstrecken-Kosten oder Topologieänderungen konvergieren und zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt schleifenfrei sind, und die weiterhin eine vorteilhafte Effizienz bezüglich kombinierter zeitlicher, Mitteilungs- und Speicher-Kompliziertheiten haben. Somit wird der Verlust von Datenpaketen durch die Verwendung von LSP-Tunnels zur Weiterleitung der betroffenen Datenpakete vermieden, während der Schleifenvermeidungs-Algorithmus abläuft.
Schließlich kehren im Schritt 308 nach der Bestätigung, dass die neuen Routen schleifenfrei sind, die Router von dem Reserve-Pfad zu den neuen Routen zurück, und die Reservepfad-Verwaltung 28 berechnet neue Reservepfade für die neu ausgebildeten Routen.
Weil Ausführungsbeispiele die Etikettvermittlung verwenden, kann die vorliegende Erfindung erfolgreich in irgendeiner willkürlichen Netzwerk-Topologie arbeiten. Es sei jedoch bemerkt, dass zur Verwirklichung eines vollen Verbindungsstrecken-Ebenen-Schutzes das Netzwerk die Eigenschaft haben sollte, dass für jede zwei Nachbarn A und B, die durch eine Verbindungsstrecke L verbunden sind, ein anderer Pfad zwischen A und B existiert, der nicht L einschließt. Verschiedene Optionen können bezüglich der Netzwerk-Ebenen-Einkapselung auf der ursprünglichen Verbindungsstrecke verwendet werden. Beispielsweise kann die ursprüngliche Netzwerkschicht-Einkapselung (beispielsweise IP) in dem Reserve-LSP getunnelt werden. Wenn MPLS auf der ursprünglichen Verbindungsstrecke verwendet wird, so kann das etikettierte Paket auf dem Reserve-Pfad unter Verwendung einer MPLS-Etikett-Stapelung getunnelt werden. Mehrfache unabhängige Verbindungsstrecken-Ausfälle können unter Verwendung von mehrfachen Schichten der Tunnelung toleriert werden.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung oder Teile hiervon (beispielsweise die Verbindungsstrecken-Überwachung 26, der Reserve-Paket-Prozessor 27, die Reservepfad-Verwaltung 28 usw.) können in irgendeiner üblichen Computer-Programmiersprache realisiert werden. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele in einer Prozedur-Programmiersprache (beispielsweise „C") oder einer objektorientierten Programmiersprache (beispielsweise „C++" oder „Java") realisiert werden. Alternative Ausführungsformen der Erfindung können als vorprogrammierte Hardware-Elemente (beispielsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltungen) oder andere verwandte Bauteile realisiert werden.
Alternative Ausführungsformen der Erfindung können als ein Computerprogramm-Produkt zur Verwendung mit einem Computersystem realisiert werden. Derartige Realisierungen können eine Serie von Computerbefehlen einschließen, die entweder auf einem fassbaren Medium, wie z. B. einem Computer-lesbaren Medium (beispielsweise einer Diskette, CD-ROM, ROM oder Festplatte) festgelegt sein oder zu einem Computersystem über ein Modem oder eine andere Schnittstelleneinrichtung übertragbar sein, wie z. B. über einen Kommunikationsadapter, der mit einem Netzwerk über ein Medium verbunden ist. Das Medium kann entweder ein fassbares Medium (beispielsweise optische oder analoge Kommunikationsleitungen) oder ein Medium sein, das mit drahtlosen Techniken realisiert ist (beispielsweise Mikrowellen, Infrarot oder andere Übertragungstechniken). Die Serie von Computerbefehlen verwirklicht vorzugsweise alle oder einen Teil der hier weiter oben beschriebenen Funktionalität bezüglich des Systems. Der Fachmann sollte erkennen, dass derartige Computerbefehle in einer Anzahl von Programmiersprachen zur Verwendung mit vielen Computer-Architekturen oder Betriebssystemen beschrieben werden können. Weiterhin können derartige Befehle in irgendeiner Speichereinrichtung, wie z. B. in Halbleiterspeichereinrichtungen, magnetischen, optischen oder anderen Speichereinrichtungen gespeichert werden und unter Verwendung irgendeiner Kommunikationstechnologie übertragen werden, wie z. B. optische, Infrarot-, Mikrowellen- oder andere Übertragungstechnologien. Es wird erwartet, dass ein derartiges Computerprogramm-Produkt als ein auswechselbares Medium mit begleitender gedruckter oder elektronischer Dokumentation (beispielsweise schrumpfverpackte Software), auf ein Computersystem vorgeladen (beispielsweise auf einem System-ROM oder einer Festplatte), oder von einem Server oder einem elektronischen Bulletin-Bord über das Netzwerk verteilt werden kann (beispielsweise das Internet oder das weltweite Datennetz).
Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann verständlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Reserve-Steuerung (25) zur Bereitstellung einer Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Routenführungs-Knotens, der Datenpakete an ein Computernetzwerk (22) über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken (21) liefert, wobei die Reserve-Steuerung Folgendes umfasst: Einrichtungen zur Vor-Identifikation, für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens, eines Reserve-Routenführungspfades zur Weiterleitung betroffener Datenpakete im Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke; Einrichtungen zur Überwachung der Vielzahl von Verbindungsstrecken, um festzustellen, wann eine Verbindungsstrecke ausfällt; Einrichtungen zum Anbringen von Reserve-Routenführungspfad-Befehlen an betroffene Datenpakete, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden, wenn eine Verbindungsstrecke, die einen vor-identifizierten Reserve-Routenführungspfad hat, ausfällt; und Einrichtungen zur Weiterleitung der betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad, wobei der Reserve-Routenführungspfad einen explizit routengeführten etikettvermittelten Pfad umfasst.
Reserve-Steuerung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Identifikation eine Reservepfad-Verwaltung (28) umfasst, die Einrichtung zur Überwachung eine Verbindungsstrecken-Überwachung (26) umfasst, die Einrichtung zum Anbringen und die Einrichtung zum Weiterleiten einen Reserve-Paket-Prozessor (27) umfassen.
Reserve-Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Reserve-Steuerung weiterhin Einrichtungen zur Ankündigung eines Verbindungsstrecken-Ausfalls an das Netzwerk unter Verwendung eines Routenführungs-Protokolls umfasst.
Reserve-Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Reserve-Routenführungspfad-Befehle einen Etikettstapel auf der Grundlage der Multiprotokoll-Etikettvermittlung einschließen.
Reserve-Steuerung nach Anspruch 4, bei der der Etikettstapel Etiketten für eine Paket-Quelle und ein Paket-Ziel einschließt.
Reserve-Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der explizit routengeführte etikettvermittelte Pfad auf Netzwerk-Topologie-Information beruht.
Reserve-Steuerung nach Anspruch 6, bei der die Netzwerk-Topologie-Information von einem Netzwerk-Protokoll abgeleitet ist.
Reserve-Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Computernetzwerk ein etikettvermitteltes Routenführungsprotokoll verwendet.
Daten-Router (20) zur Lieferung von Paketen an ein Computernetzwerk (22) über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken, wobei der Router eine Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls ergibt, wobei der Router Folgendes umfasst: eine Datenschnittstelle (24) für Datenpakete zum Eintritt in den Router und zum Verlassen des Routers; und eine Reserve-Steuerung (25) nach einem der Ansprüche 1–10.
Daten-Router nach Anspruch 9, der weiterhin eine Streckenausfall-Neuberechnung zur Ausbildung einer neuen Netzwerk-Route zum Ersatz einer ausgefallenen Verbindungsstrecke umfasst.
Daten-Router nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungsstreckenausfall-Neuberechnungseinrichtung weiterhin einen Schleifenvermeidungs-Algorithmus nach einem Verbindungsstrecken-Ausfall zur Feststellung verwendet, dass das Netzwerk konvergiert hat und schleifenfrei ist.
Computernetzwerk (22) mit einer Vielzahl von Datenpaket-Strömen, wobei das Netzwerk Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Teil-Netzwerken, wobei jedes Teil-Netzwerk zumindest eine Anwendung aufweist, die einen Strom von Datenpaketen zur Übertragung über das Computernetzwerk erzeugt; und eine Vielzahl von Routern (20) zur Lieferung von Datenpaketen an das Netzwerk über die Vielzahl von Verbindungsstrecken (21) wobei zumindest ein Router eine Ersatzumschaltung im Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls ergibt, wobei der zumindest eine Router Folgendes einschließt: eine Vielzahl von Datenschnittstellen (24) für Ströme von Datenpaketen für den Eintritt in den und den Austritt aus dem zumindest einen Router; und eine Reserve-Steuerung (25) nach einem der Ansprüche 1–8.
Computernetzwerk nach Anspruch 12, das weiterhin eine Verbindungsstreckenausfall-Neuberechnungseinrichtung zur Ausbildung einer neuen Netzwerk-Route zum Ersatz einer ausgefallenen Verbindungsstrecke umfasst.
Computernetzwerk nach Anspruch 13, bei dem die Verbindungsstreckenausfall-Neuberechnungseinrichtung weiterhin einen Schleifenvermeidungs-Algorithmus nach einem Verbindungsstrecken-Ausfall zur Feststellung verwendet, das das Netzwerk konvergiert hat und schleifenfrei ist.
Verfahren zur Bereitstellung einer Ersatzumschaltung in dem Fall eines Verbindungsstrecken-Ausfalls eines Computernetzwerk-Routenführungs-Knotens, der Datenpakete an ein Computernetzwerk (22) über eine Vielzahl von Verbindungsstrecken (21) liefert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Vor-Identifizieren, für zumindest eine Verbindungsstrecke des Routenführungs-Knotens, eines Reserve-Routenführungspfades zur Weiterleitung betroffener Datenpakete im Fall eines Ausfalls der zumindest einen Verbindungsstrecke (301); Überwachen der Vielzahl von Verbindungsstrecken, um festzustellen, wann eine Verbindungsstrecke ausfällt (302); wenn eine Verbindungsstrecke, die einen vor-identifizierten Reserve-Routenführungspfad hat, ausfällt, Anbringen von Reserve-Routenführungspfad- Befehlen an betroffenen Datenpaketen, die über die ausgefallene Verbindungsstrecke gelenkt werden (303); und Weiterleiten der betroffenen Datenpakete über den Reserve-Routenführungspfad (304), wobei der Reserve-Routenführungspfad einen explizit routengeführten etikettvermittelten Pfad umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin die Ankündigung eines Verbindungsstrecken-Ausfalls an das Netzwerk unter Verwendung eines Routenführungs-Protokolls umfasst (305).
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das weiterhin das Ausbilden einer neuen Netzwerk-Route zum Ersatz einer ausgefallenen Verbindungsstrecke umfasst (306).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–17, das weiterhin die Verwendung eines Schleifenvermeidungs-Algorithmus nach einem Verbindungsstrecken-Ausfall zur Feststellung umfasst, dass das Netzwerk konvergiert hat und schleifenfrei ist (307).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–18, bei dem die Reserve-Routenführungspfad-Befehle einen Etikettstapel einschließen, der auf der Multiprotokoll-Etikettvermittlung beruht.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Etikettstapel Etiketten für eine Paket-Quelle und ein Paket-Ziel einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–20, bei dem der explizit routengeführte etikettvermittelte Pfad auf Netzwerktopologie-Information beruht.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Netzwerktopologie-Information von einem Netzwerk-Protokoll abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–22, bei dem das Computernetzwerk ein etikettvermittelndes Routenführungs-Protokoll verwendet.
Computerprogramm, das Computerprogramm-Codeeinrichtungen zur Durchführung aller der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15–23 umfasst, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.
Computerprogramm nach Anspruch 24, das auf einem Computer lesbaren Medium verwirklicht ist.