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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des Internet-Protokolls
(IP), und konkret das Erstellen und Verwalten virtueller Router
in am Internet angeschlossenen Edge-Routern sowie das Peer-Verhalten
bei einer großen
Anzahl externer privater Netzwerke.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Kommunikation
in Paket-Netzwerken, insbesondere im Bereich der virtuellen privaten
Netzwerke gemäß Schicht 3 (auch
als IP VPN bezeichnet), die über
das bekannte Internet-Netzwerk erzielt wird. Bei der Paketweiterleitung
im Internet-Netzwerk und mit privaten, am Internet angeschlossenen
Routern werden bestimmte bekannte Protokolle zur Verwaltung von
Aufgaben verwendet wie der Wartung von Weiterleitungstabellen, die
die Topologie des Netzwerks von einem Augenblick zum Anderen beschreiben,
beispielsweise für
die Auswahl des nächsten
Ziels für
Pakete an einem beliebigen Knoten. Ein solches Protokoll ist gemäß dem Stand
der Technik bekannt als Border Gateway Protocol (BGP), und BGP spielt
bei verschiedenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung eine wichtige Rolle. BGP ist allgemein bekannt,
daher wird in diesem Dokument kein Versuch unternommen, das Prinzip
und die Verfahren von BGP zu beschreiben mit Ausnahme eines gelegentlichen
Verweises auf das Protokoll und seiner Merkmale auf hoher Ebene.
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Ein
Anwendungsbereich von IP VPN mit steigender Nachfrage und daher
ein Punkt, der die Aufmerksamkeit von Entwicklern und Herstellern
von Internet-Routern und Anbietern von Internet-Diensten auf sich
zieht, ist die Bereitstellung von Diens ten an Edge-Routern zum Peering
mit virtuellen privaten Weiterleitungs-Netzwerken („Virtual
Private Routed Networks",
VPRN). Ein VPRN kann man sich als ein Netzwerk innerhalb des Internet-Netzwerks
vorstellen, wobei ein definiertes Unternehmen oder eine Organisation
das Netzwerk fast so verwenden kann, als gebe es keine weiteren
Teilnehmer. Dies ist von großem
Nutzen für
geografisch verteilte Organisationen, da solche Organisationen Verbindungen
mit fernen Betriebsgeländen
erzielen können,
fast als befänden sich
alle Netzwerkknoten im gleichen Gebäude. Die erforderliche Computerleistung
zur Verwaltung eines solchen Netzwerks wird erheblich reduziert
durch eine einfache gemeinsame Nutzung des Internet auf individueller
Basis, da die erforderliche Topologie und Kommunikation zwischen
den zwischengeschalteten Hops und ähnlichen Komponenten ebenfalls
erheblich reduziert wird.
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Die
Patentschrift
US2002099849 beschreibt ein
dichtes virtuelles Router-Paketvermittlungssystem mit einem Speicher,
der in Kontextbereiche für ein
Set virtueller privater Weiterleitungs-Netzwerke (VPRNs) unterteilt
ist. Jeder Kontextbereich umfasst eine Weiterleitungstabelle und
Routing-Protokoll-Statusinformationen
für ein
entsprechendes VPRN. Jede Aufgabe aus einem Set unterschiedlicher
Weiterleitungsaufgaben arbeitet mit einer separaten Weiterleitungstabelle
und separaten Routing-Protokoll-Statusinformationen zur Umsetzung
eines entsprechenden virtuellen Routers. Eine Kontext-Auswahllogik koppelt
die Weiterleitungsaufgaben selektiv mit den verschiedenen Kontextbereichen
des Speichers, um ein Set virtueller Router für alle VPRNs umzusetzen. Das
System unterstützt eine
große
Anzahl von Routen durch Nutzung der Segmentierung von VPRNs. Statt
einer einzigen großen
Weiterleitungstabelle und dem damit verbundenen Weiterleitungsprozess,
der die Hardware-Ressourcen in quadratischer Relation zur Anzahl
der Routen in einer Tabelle belasten kann, werden die Routen über eine
Reihe von VPRNs verteilt, die im Allgemeinen kleinere Tabellen und
haben und daher einen geringeren Verarbeitungsaufwand erfordern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Edge-Router gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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In
einigen Ausführungsformen
handelt es sich bei einzelnen der BGP-Peers um virtuelle private Weiterschaltungs-Netzwerke
(VPRNs) abseits des Paketvermittlungsnetzwerks. Außerdem handelt
es sich bei einigen Ausführungsformen
bei der voreingestellten Begrenzung um eine Zeitbegrenzung, während in
anderen Ausführungsformen
diese voreingestellte Begrenzung eine Pufferbegrenzung ist.
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In
einigen Ausführungsformen
kann es eine erste und eine zweite Ablaufsteuerung geben, eine erste
und eine zweite Bereitschaftsliste sowie dedizierte Pipelines für Ereignisse,
die VPRNs und Kern-BGP-Peers im Netzwerk des Dienstanbieters zugeordnet
sind, wobei die den VPRNs zugeordneten Pipelines mit der ersten
Ablaufsteuerung und der ersten Bereitschaftsliste kommunizieren,
während die
den Kern-BGP-Peers zugeordneten Pipelines mit der zweiten Ablaufsteuerung
und der zweiten Bereitschaftsliste kommunizieren.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verarbeitung
von Ereignissen im BGP-Peering in einem Edge-Router in einem Paketvermittlungsnetzwerk
gemäß Anspruch
6 bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
des Verfahrens handelt es sich bei einzelnen der BGP-Peers um virtuelle
private Weiterschaltungs-Netzwerke (VPRNs) abseits des Paketvermittlungsnetzwerks.
Außerdem ist
bei einigen Ausführungsformen
die vorein gestellte Begrenzung eine Zeitbegrenzung, während es
sich in anderen Ausführungsformen
um eine Pufferbegrenzung handelt.
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In
einigen Ausführungsformen
des Verfahrens gibt es eine erste und eine zweite Ablaufsteuerung,
eine erste und eine zweite Bereitschaftsliste sowie dedizierte Pipelines
für Ereignisse,
die VPRNs und Kern-BGP-Peers im Netzwerk des Dienstanbieters zugeordnet
sind. In diesem Fall kommunizieren die den VPRNs zugeordneten Pipelines
mit der ersten Ablaufsteuerung und der ersten Bereitschaftsliste,
während
die den Kern-BGP-Peers
zugeordneten Pipelines mit der zweiten Ablaufsteuerung und der zweiten
Bereitschaftsliste kommunizieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein maschinenlesbares Medium gemäß Anspruch
11 bereitgestellt.
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In
einigen Ausführungsformen
handelt es sich bei einzelnen der BGP-Peers um virtuelle private Weiterschaltungs-Netzwerke
(VPRNs) abseits des Paketvermittlungsnetzwerks. Bei einigen Ausführungsformen
handelt es sich bei der voreingestellten Begrenzung um eine Zeitbegrenzung,
während
sie in anderen Ausführungsformen
eine Pufferbegrenzung ist.
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Außerdem gibt
es in einigen Ausführungsformen
des Verfahrens eine erste und eine zweite Ablaufsteuerung, eine
erste und eine zweite Bereitschaftsliste sowie dedizierte Pipelines
für Ereignisse, die
VPRNs und Kern-BGP-Peers im Netzwerk des Dienstanbieters zugeordnet
sind, wobei die den VPRNs zugeordneten Pipelines mit der ersten
Ablaufsteuerung und der ersten Bereitschaftsliste kommunizieren,
während
die den Kern-BGP-Peers
zugeordneten Pipelines mit der zweiten Ablaufsteuerung und der zweiten
Bereitschaftsliste kommunizieren.
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In
verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, deren Aktivierung nachfolgend ausführlich beschrieben
wird, kann ein Edge-Router zum ersten Mal Zehntausend und mehr VPRNs
effizient verarbeiten.
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Kurzbeschreibung der Figuren
in den Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm eines Edge-Routers, der gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung arbeitet.
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2 ist
ein Diagramm eines Edge-Routers 102, das Weiterleitungstabellen
des virtuellen Routers („Virtual
Router Forwarding",
VRF) für
individuelle Kunden eines Dienstanbieters zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das einen Prozess in einem Edge-Router zeigt in einer Ausführungsform der
Erfindung zur Verwaltung des BGP-Peering mit virtuellen privaten
Weiterleitungs-Netzwerken.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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1 ist
ein Diagramm eines Edge-Routers 102, der gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung arbeitet. Der Edge-Router 102 verwaltet
das Peering nach BGP normalerweise mit zehn bis fünfzig Kern-Routern
im Netzwerk 101, das ein Netzwerk eines Dienstanbieters
ist und das in zahlreichen Ausführungsformen
der Erfindung als Teilnetz des Internet angesehen werden kann.
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2 ist
ein Diagramm eines Edge-Routers 102, das drei im Router 102 verwaltete
Weiterleitungstabellen des virtuellen Routers („Virtual Router Forwarding", VRF) mit den Kennzeichnungen
VRF1, VRF2 und VRF3 für
individuelle Kunden eines Dienstanbieters zeigt. In diesem Fall
sind die Kunden als CVS Pharmacy, Albertson's Markets und COSTCO gekennzeichnet;
diese Angaben sind jedoch lediglich exemplarischer Natur, und für den Fachmann ist
klar, dass von jedem Edge-Router normalerweise wesentlich mehr als
drei solcher Kunden unterstützt werden.
Die Wartung der VRFs ist gemäß dem Stand der
Technik bekannt, und es handelt sich hierbei um Tabellen, die im
Betrieb vom BGP-Messaging kontinuierlich aktualisiert werden müssen, um
Pakete für die
Kundenkommunikation effizient weiterleiten zu können.
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Ein
Problem gemäß dem Stand
der Technik liegt darin, dass es sich bei den meisten Edge-Routern
um Rechenmaschinen mit einer einzigen CPU handelt, und dass alle
Computerprozesse einschließlich
des Messaging, der Aktualisierung von Tabellen und der Paketidentifizierung
und -weiterleitung über die
einzige Verarbeitungs-Ressource eingeplant werden müssen. Als
Ergebnis gibt es eine praktische Begrenzung hinsichtlich der Anzahl
von VRFs und damit der unterstützten
Anzahl der Kunden, ohne dass bekannte Probleme wie die Warteschlangenblockierung und
Drosselung auftreten, die die Kommunikationsmerkmale für die Kunden
beeinträchtigen.
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Die
meisten Anbieter können
weitaus mehr als drei Kunden, wie in 2 dargestellt,
verarbeiten, aber bei den meisten konventionellen Maschinen gemäß dem Stand
der Technik werden bei ca. zweihundert Kunden Probleme erkennbar.
Hinsichtlich dieser Begrenzung wurden natürlich Lösungen vorgeschlagen und eingesetzt,
beispielsweise die Anordnung von Edge-Routern in Reihe an einem
einzigen Edge-Standort, die Entwicklung und Implementierung paralleler
Prozessor-Router sowie die Entwicklung und Implementierung skalierbarer
Router. Alle diese Alternativen zur Bereitstellung effizienter Dienste
für wesentlich
mehr Kunden sind teuer und mühsam.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist eine entscheidende Steigerung der
Anzahl von Kunden, die von einem Edge-Router gut versorgt werden
können,
ohne auf Hardwarelösungen
zurückzugreifen, so
dass Einzel-CPU-Maschinen Tausende von Kunden versorgen können. In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
ca. zehntausend Kunden ohne Einbußen bei der Routerleistung
im BGP-Peering versorgt werden.
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3 ist
ein Diagramm, das einen Prozess in einer Ausführungsform der Erfindung in
einem Edge-Router zeigt zur Verwaltung des BGP-Peering mit Tausenden
von VPRNs ohne Einbußen
bei der Leistung. In einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Logik für
die Umsetzung der Erfindung als Betriebssystem für den Edge-Router bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform
wird die Logik bereitgestellt als auf dem Edge-Router ausgeführte Softwareanwendung
zur Verwaltung des BGP-Peering mit VPRNs, und andere Anwendungen
verwalten andere Operationen des Routers wie beispielsweise die
Paketverarbeitung für
einzelne Benutzer.
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In
jedem Fall empfängt
in der Logik ein Ablaufsteuerungsprozess 301 Ereignisse
von der Steuerungsebene, der Verwaltungsebene, den Timer-Manager-Quellen
und von den VPRNs. Alle empfangenen Ereignisse werden von der Ablaufsteuerung
in dedizierten Ereignis-Pipelines entsprechend ihren Quellen abgelegt.
Wenn eine Pipeline abgelegte Ereignisse umfasst, und nur wenn sie
abgelegte Ereignisse umfasst, fügt
diese Pipeline ihre eigene Dateibeschreibung in die Bereitschaftsliste 306 ein.
Die Ablaufsteuerung 301 geht zyklisch durch die Bereitschaftsliste 306 und
bedient nur diejenigen Pipelines, die ihre Dateibeschreibungen in
der Bereitschaftsliste abgelegt haben. Das zyklische Durchlaufen
wird so gesteuert, dass es so viele Ereignisse verarbeitet, wie
innerhalb des vordefinierten Grenzwerts, beispielsweise einer Laufzeitbegrenzung
oder einer maximalen Anzahl genutzter Puffer, verarbeitet werden können.
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Auf
diese Weise können
alle Ereignisse für das
BGB-Peering mit bis zu Zehntausend Peers ohne Leistungsverlust effizient
verarbeitet werden. Darüber
hinaus wird eine faire Ablaufsteuerung erzielt, es tritt keine Warteschlangenblockierung
auf, und ein belegter BGP-Peer bewirkt keine Drosselung der Operationen
für andere
Kunden.
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In 3 ist
lediglich eine Ablaufsteuerung für VPRNs
auf einer Seite des Edge-Routers dargestellt. In Ausführungsformen
der Erfindung ist eine ähnliche Ablaufsteuerung
für das
BGP-Peering implementiert mit Kern-Routern des Netzwerks des Dienstanbieters. 3 zeigt
den Prozess auch mit Kern-Routern, indem
die VPRN-Ereignis-Pipelines durch Pipelines für die BGP-Peers im Kern ersetzt
werden. In einigen Ausführungsformen
erhält
jeder der Ablaufsteuerungsprozesse, einer für den Kern und einer für die VPRNs,
fünfzig
Prozent der Computing-Ressourcen des Routers. In einigen Ausführungsformen
können die
Computing-Ressourcen anders verteilt werden, um einer Seite mehr
Computerleistung zuzuordnen als einer anderen.
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Das
oben ausführlich
beschriebene System hat sich in Tests als skalierbar für bis zu
mehreren Tausend VPRNs erwiesen, mit einem Potenzial zur Skalierung
für Zehntausende
von VPRNs, und es bietet dabei weiterhin eine faire Ablaufsteuerung über verschiedene
VPRN-BGP-Peers hinweg, wobei alle Ereignisse als nicht-blockierend
gesteuert werden. Für
den Fachmann ist klar, dass zahlreiche Änderungen an den beschriebenen
Ausführungsformen vorgenommen
werden können,
ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Es gibt beispielsweise
zahlreiche Unterschiede im Aufbau der Edge-Router und bei der Art,
in der Software erstellt und implementiert werden kann. Verschiedene Softwarespezialisten
können
beispielsweise dieselbe Funktionalität über viele unterschiedliche
Programmierungen erzielen. Die Logik kann in der Hardware umgesetzt
werden wie auch in der Software. Für die Erfindung gilt daher
der in den beigefügten
Patentansprüchen
definierte Anwendungsbereich.