DE602005003674T2

DE602005003674T2 - Kopfstelle und vielzahl von zweigstellen, die über netzwerk verbunden sind

Info

Publication number: DE602005003674T2
Application number: DE602005003674T
Authority: DE
Inventors: Jurgen Totzke
Original assignee: Siemens Enterprise Communications GmbH and Co KG
Current assignee: Unify GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: GB2416266A; EP1766883B1; DE602005003674D1; CN101053217B; GB0415841D0; EP1766883A1; WO2006005447A1; US9025596B2; US20070201455A1; CN101053217A

Description

Der Datenkommunikation dienende Unternehmensnetzwerke werden häufig in Form einer Hauptniederlassungs- und Zweigstellen-Netzkonfiguration benutzt. Diese Arten von Unternehmensnetzwerken müssen zunehmend Echtzeitanforderungen erfüllen. Im Gegensatz zu lokalen Netzen (Local Area Networks – LANs) werden Zweigstellen-Netzwerke häufig mit der Hauptniederlassung über Weitverkehrsnetze (Wide Area Networks – WANs) miteinander verbunden. Für diese Netzwerke werden verschiedene Service Level Agreements (SLAs) zwischen den Betreibern der Unternehmensnetze und den öffentlichen Netzbetreibern ausgehandelt. SLAs beinhalten typischerweise die bereitgestellte Bandbreite, angebotene Class Services sowie eine Abrechnungsvereinbarung. Je nach Umfang und Dienstqualität (Quality of Service – QoS) werden WAN-Verbindungen auf diese Weise zu verfügbaren Ressourcen, die – soweit machbar – auf möglichst kosteneffizienteste Weise für die angebotenen Netzdienste genutzt werden sollen. Häufig ist das SLA Gegenstand einer kontinuierlichen Überwachung, damit die öffentlichen Netzbetreiber keine ungerechtfertigt hohen Tarife für die tatsächlich erbrachten Dienste in Rechnung stellen. Zugangsrouter, die an den WAN-Grenzen installiert sind, dienen dazu, Einheiten wie beispielsweise Zweigstellen-Netzwerke mit Hilfe geeigneter Schnittstellen und unter Verwendung der vom öffentlichen Netzbetreiber angebotenen Dienstklassen (Classes Of Service) zu routen und an ein WAN anzuschließen. Wenn diese Router auch dafür zuständig sind, den Istverkehr in Echtzeit zu identifzieren, zu differenzieren und nach Prioritäten zu sortieren, geraten sie schnell an die technischen Leistungsgrenzen, da sie für die Pufferung und Weiterleitung von IP-Paketen optimiert sind – d. h., sie arbeiten z. B. bis Schicht 3 des siebenschichtigen ISO-Modells (d. h., nur auf der physikalischen, Sicherungs- und Vermittlungs-/Paketschicht). Was jedoch benötigt wird, ist ein Erkennen von Protokollen bis Schicht 7 (um beispielsweise die Header-, TCP-, FTP-, HTPP- und ERP-Ebene zu erkennen) und eine Unterscheidung zwischen Paketen verschiedener Datenströme einzelner Applikationen zu ermöglichen, um in sinnvoller Weise diese Applikationen einer vereinbarten Dienstklasse zuzuweisen. Diese Routertypen sind auch sehr teuer und halten vielfach nicht einmal die Anforderungen zur Überwachung von SLAs und des Verkehrs ein, der in Unternehmensnetzwerken als Planungsbasis dient. Daher haben ergänzende, hochspezifische Nischenprodukte ihren Weg in derartige Unternehmensnetzwerk-Konfigurationen gefunden, die die Zugangsrouterprodukte durch bestimmte Funktionen ergänzen. Unter anderen Bezeichnungen sind diese Produkte auch als ergänzende Dienstqualitäts- und Traffic-Managementnetzgeräte bekannt, die es ermöglichen, bestimmte zusätzliche Schichten zu identifizieren. In solchen Konfigurationen werden derartige Geräte an Punkten angeschlossen, die am LAN und unmittelbar vor dem Zugangsrouter liegen. Derartige Geräte verfügen meist über umfassende Überwachungs- und Statistikfunktionen sowie grafische Benutzerschnittstellen, die es den Betreibern von Unternehmensnetzwerken erlauben, sie auf intuitive Weise zu bedienen. Diese Produkte erkennen die verschiedenen Netzwerkdienste typischer Unternehmensnetze, legen Prioritäten für diese fest, unterdrücken nichtkritische Datenströme und nutzen so das teure WAN auf effizienteste Weise.
Leider gibt es in diesem Kontext auch ein ungelöstes Problem bei derartigen Geräten, das auftritt, sobald die Zweigstellen Datenpakete untereinander übertragen, d. h. an andere Zweigstellen. Dieses Problem wird auch als „Hub & Spoke" bezeichnet. Es tritt vor allem bei Peer-to-Peer-Applikationen auf, die von Zweigstelle zu Zeigstelle kommunizieren, z. B. bei VoIP-Applikationen, Videokonferenz-Applikationen usw. Dieses Problem soll nachstehend behandelt werden.
Für die meisten Client/Server-basierten Applikationen, die in Hauptniederlassung/Zweigstellen-Szenarien implementiert sind, befinden sich die Server aus betriebstechnischen Gründen in der Hauptniederlassung. Das Problem mit Querverkehr im Netz (z. B. Verkehr/Daten, die von Zweigstelle zu Zweigstelle gehen) wird dadurch verursacht, dass dieser Verkehr durch die Zugangsrouter oder die Router im WAN weitergeleitet wird, ohne dass er zuvor aufgezeichnet werden kann, z. B. für angewandte Traffic-Managementfunktionen mittels des Dienstqualitätsmanagement-Geräts, das sich in der Hauptniederlassung befindet. Diese würden manchmal auch eine bestimmte Bandbreite zuweisen. Das bedeutet, dass die Dienstqualitäteigenschaften des übrigens Verkehrs auf der Empfängerseite in den Zweigstellen gestört werden. Mit anderen Worten: Es ist wichtig, dass die Hauptniederlassung den gesamten Verkehr managt, einschließlich des Verkehrs zwischen Zweigstellen. Doch derzeit haben Netzwerke wie etwa WANs autonome Routers, die unabhängig arbeiten und ohne Wissen der Hauptniederlassung Verkehr weiterleiten, so dass also keine Daten aufgezeichnet werden.
Eine mögliche Lösung wird bereits in einer Reihe von Dienstqualitätsmanagement-Netzgeräten verwirklicht, indem logische Links oberhalb der physikalischen Zugangsschicht zum WAN in der Hauptniederlassung verwendet werden, die für jede der verschiedenen Zweigstellen bestimmt sind. Ein Nachteil dieser Lösung ist die damit verbundene Segmentierung des physikalischen Links und damit unter manchen Umständen eine entsprechende Ressourcenverschwendung sowie die schlechten Skalierbarkeitseigenschaften dieser Lösung.
Eine dieser Lösungen ist im Dokument WO 02/078283 zu finden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, um alle oben genannten Nachteile zu überwinden, und zwar so, dass der gesamte Verkehr durch die Hauptniederlassung überwacht wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf folgende Abbildungen beschrieben:
1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer Kopfstelle und einer Mehrzahl von Zweigstellen.
2 zeigt die Funktionseinheiten des Kopfstellen-Systems und eines Zweigstellensystems, das in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte gemäß einem Verfahren zeigt, das einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht.
1 zeigt eine typische Hauptniederlassungs- und Zweigstellen-Netzwerk-Konfiguration mit einer Hauptniederlassung (Z) und drei Zweigstellen (A, B, C). Verschiedene IP-Unternetzwerke des LANs werden über ein WAN mit Hilfe der Dienstqualitätsnetzmanagement-Geräte angeschlossen.
Die Dienstqualitätsnetzmanagement-Geräte auf der Zweigstellen-Netzseite differenzieren ihre Kommunikationspartner in Übereinstimmung mit den Hauptniederlassungen und Zweigstellen. Wenn es zu Querverkehr im Netzwerk kommt, erkennt das Zweigstellengerät, das dieser für eine andere Zweigstelle bestimmt ist, und kapselt die Daten (z. B. in IP-Paketen) ein, bevor es sie in ein Container-IP-Paket überträgt, das mit der IP-Zieladresse der Anlage adressiert ist, die sich im Hauptniederlassungs-Netzwerk befindet. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Software-Station des zentralen Gerätes/Servers im Hauptniederlassungs-Netzwerk. Dieses Verfahren wird als „Tunnelling" bezeichnet, das effektiv eine virtuelle Adresse generiert. Mit anderen Worten: Aufgrund der besonderen Manipulation des gehenden Verkehrs einer Zweigstelle erkennt das WAN die Daten nicht als für eine andere Zweigstelle bestimmte Daten, sondern sieht sie als für die Hauptniederlassung bestimmte Daten an.
Um das zusätzlich anfallende Tunnelling-Volumen zu reduzieren, wird der Paket-Header bei länger dauernden Verbindungen vorzugsweise komprimiert. Dies kann auf verschiedenen Ebenen geschehen, z. B. in Form von IP-, UDP/TCP- und RTP-Header-Kompression.
Wenn die maximale Übertragungsgröße des Pakets überschritten wird, muss dieses vorher in jedem Fall segmentiert werden. Das WAN (Zwischennetzwerk) sendet diese Tunnelpakete an die Hauptniederlassung, statt an die ursprünglich adressierten Partnerzweigstellen. Auf der Empfängerseite am Hauptniederlassungs-Gerät werden diese getunnelten Pakete durch eine Software-Station abgeschlossen. Hier wird der Tunnelling-Container, d. h. die virtuelle Adresse, an die das Paket gesandt wurde, entfernt und der Header – wenn er komprimiert war – entkomprimiert. Paket/Verkehr und Paket sind vor ihrer Verarbeitung, d. h. der Klassifizierung und Prioritätensetzung, im LAN-seitigen Verkehr enthalten. Das bedeutet, dass die Pakete schließlich ihr vorgesehenes Ziel in den Partnerzweigstellen erreichen. Der Vorteil besteht darin, dass der Querverkehr im Netz ebenfalls aufgezeichnet und in den Hauptniederlassungen verarbeitet wird und dass dies ohne hohe Administrationskosten erfolgt. Die Bandbreitenanforderung in den Zweigstellen wird nicht erhöht. Die Bandbreitenanforderung in der Hauptniederlassung steigt jedoch um das Volumen des Querverkehrs, und die Geräte in der Hauptniederlassung müssen eine entsprechend höhere Leistung besitzen. Eine umfassende und neue Lösung des Naben- und Speichenproblems wird daher in Übereinstimmung mit der Erfindung spezifiziert.
2 zeigt die Funktionseinheiten mit größerer Detailliertheit. Die Hauptniederlassung implementiert eine Software-Station, die über eine spezifische IP-Adresse (IP_SW) adressiert werden kann. Die Zweigstellenanlagen (A, B, C) kennen diese IP-Adresse. Die Software-Station in der Hauptniederlassung implementiert die folgenden Funktionseinheiten: IP_SW-Filter, IP-Tunnel und optionale Protokollerfassung mit der entsprechenden Header-Entkomprimierung. Die Zweigstellenanlage klassifiziert den von den Zweigstellen kommenden Verkehr und erfasst zusätzlich, ob der ursprüngliche Adressat in der Zweigstelle der Hauptniederlassung ist (IP_fx-Filter). Wenn das Ziel eine andere Zweigstelle ist (und wenn eine zeitkritische Verkehrsklasse beteiligt ist), wird das Paket getunnelt (IP-Tunnel). Optional wird zuvor (wenn z. B. ein VoIP-Paket beteiligt ist) die RTP-Header-Komprimierung an der Ursprungszweigstelle durchgeführt. Dann wird das Tunnelpaket an die Hauptniederlassung gesendet.
Hier werden die Pakete für die Software-Station herausgefiltert (IP_SW-Filter) und der Software-Station zugewiesen, wo zuerst der von der Ursprungszweigstelle zugewiesene zusätzliche IP-Header (d. h. der des Containers (IP-Tunnel)) entfernt und der ursprüngliche Header des Pakets zwecks Header-Entkomprimierung rekonstruiert wird. Danach werden die rekonstruierten Pakete wieder in den LAN-seitigen Datenstrom eingespeist und zwecks Klassifizierung and Prioritätensetzung auf gleiche Weise verarbeitet und evaluiert.
3a bzw. b zeigen Flussdiagramme der Schritte, die in der Zweigstelle und in der Hauptniederlassung durchgeführt werden.
Wie bereits erwähnt, wird bevorzugt, das zusätzlich anfallende Tunnelling-Verkehrsvolumen zu reduzieren, und der Paket-Header sollte daher bei längeren Übertragungen komprimiert werden. Dies kann auf verschiedenen Ebenen geschehen, z. B. als IP-, UDP/TCP- und RTP-Header-Kompression.
Um den zusätzlichen Aufwand in der zentralen Anlage zu reduzieren und um die Bandbreite der Hauptniederlassung zu verbessern, sollte Tunnelling auf die kritischen Verkehrsklassen, wie etwa VoIP-Querverkehr beschränkt werden. Nicht zeitkritischer Querverkehr niedrigrerer Verkehrsklassen kann direkt zwischen Zweigstellen fließen, da es hier grundsätzlich keine oder sehr niedrige Dienstklassenanforderungen gibt.
Der Verkehr zwischen den Zweigstellen und der Hauptniederlassung selbst sollte normal übertragen und nicht getunnelt werden.

Claims

Verfahren, um Informationen/Datenpakete von einem Zweigstellennetzwerk A zu einem anderen Zweigstellennetzwerk B in einem Telekommunikationssystem zu übertragen, das ein Hauptniederlassungs-Netzwerk beinhaltet, wobei das besagte Hauptniederlassungs-Netzwerk einen Server und eine Mehrzahl von Zweigstellen beinhaltet, die über ein Zwischennetzwerk verbunden sind, wobei das Verfahren folgende Schritt beinhaltet: a) Differenzieren am Zweigstellen-Netzwerk A, ob der Verkehr für das Hauptniederlassungs-Netzwerk bestimmt ist oder für ein anderes Zweigstellen-Netzwerk; b) Modifizieren des besagten für das Zweigstellen-Netzwerk B bestimmten Verkehrs in einer Weise, dass besagtes Zwischennetzwerk diesen als für das besagte Hauptniederlassungs-Netzwerk bestimmt erkennt und er an das Hauptniederlassungs-Netzwerk übertragen wird, statt an das ursprünglich adressierte Zweigstellen-Netzwerk B; c) Empfangen des besagten Verkehrs durch das besagte Hauptniederlassungs-Netzwerk und Erkennen dieses Verkehrs als für das Zweigstellen-Netzwerk B bestimmt und Modifizieren besagten Verkehrs in der Weise, dass besagter Verkehr durch besagtes Zwischennetz erkannt und an besagtes Zweigstellen-Netzwerk B weitergeleitet wird;
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem besagte Modifikation das Verkapseln besagten Verkehrs in einem Datenpaket beinhaltet, das einen neuen Header enthält, so dass das Datenpaket zur Hauptniederlassung umgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Schritt b das Hinzufügen einer neuen IP-Adresse beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem besagtes Erkennen durch Erkennen einer bestimmten Verkapselung erfolgt.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, bei dem besagte Modifikation das Entkapseln besagten Headers beinhaltet.
Verfahren nach jedem der vorgenannten Ansprüche, bei dem besagtes Datenpaket in besagtem Hauptniederlassungs-Netzwerk aufgezeichnet und/oder verwaltet wird.
Verfahren nach jedem der vorgenannten Ansprüche, bei dem besagter modifizierter Header im Zweigstellen-Netzwerk komprimiert wird.
Verfahren nach jedem der vorgenannten Ansprüche, bei dem besagter modifizierter Header im Hauptniederlassungs-Netzwerk entkomprimiert wird.
Verfahren nach jedem der vorgenannten Ansprüche, bei dem besagtes Zwischennetzwerk ein WAN ist.
Zweigstellen-Netzwerk, das ein Mittel hat, um Schritte a und b aus Anspruch 1 zu implementieren.
Hauptniederlassungs-Netzwerk, die die Mittel hat, um Schritt c aus Anspruch 1 zu implementieren.