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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ergibt weiterhin einen Daten-Router und ein Computernetzwerk,
die jeweils die vorstehend beschriebene Reserve-Steuerung umfassen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Verfahren kann durch ein Computerprogramm zur Verwendung auf einem
Computersystem realisiert werden.
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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.
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Beispiele
der Erfindung werden nunmehr im Einzelnen unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
Erläuterung
eines Computernetzwerkes ist, das eine auf der Etikettvermittlung
beruhende Reservepfad-Ersatzumschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
ergibt.
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2 eine
Erläuterung
eines Netzwerk-Knoten-Routers ist, der Reservepfade gemäß einem Ausführungsbeispiel
unterstützt.
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3 ein
Ablaufdiagramm ist, das die logischen Schritte in einem Verfahren
zur Bereitstellung einer Reservepfad-Ersatzschaltung gemäß eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.