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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Netzwerk-Kommunikationssysteme
und Protokolle, insbesondere Verfahren zum Ausfallschutz in paketvermittelten
Netzwerken.
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Hintergrund
der Erfindung
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Netzwerk-Ringtopologien
gewinnen mehr und mehr Popularität,
insbesondere bei Internet-Protokoll-(IP)Netzwerken. Solche Netzwerke
machen es möglich,
dass Träger
eine große
Bandbreite in kosteneffektiver Weise für Benutzer anbieten, da jeder Knoten
innerhalb des Netzwerks lediglich zwei Schnittstellen haben muss,
anstatt eine separate Schnittstelle für jeden der übrigen Knoten
in einem maschenähnlichen
Netzwerk zu besitzen. Ringnetzwerke eignen sich auch für ein rasches
Umleiten im Fall eines Netzwerk-Ausfalls, da zwei alternative Routen – im Uhrzeigersinn
und im Gegenuhrzeigersinn – grundsätzlich zur
Verfügung
stehen, um zwei Knoten an dem Ring miteinander zu verbinden.
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Ein
Nachteil der herkömmlichen
Ring-Implementierungen, so zum Beispiel SO-NET/SDH besteht darin, dass eine der
Richtungen als aktiver Ring bezeichnet wird, während die andere Richtung als Ausfallschutz
bedarfsweise bereitsteht. In anderen Worten: Zu jeder gegebenen
Zeit senden und empfangen sämtliche
in dem Ring befindlichen Knoten Daten nur in der aktiven Richtung.
Deshalb wird üblicherweise
die Hälfte
der verfügbaren
Bandbreite in diesen Ringen für
den Ausfallschutz reserviert und steht unter normalen Betriebsbedingungen
nicht als nutzbar zur Verfügung.
Einige in jüngerer
Zeit entwickelten bidirektionalen Protokolle sorgen für eine effizientere
Bandbreitennutzung dadurch, dass sie die Möglichkeit bieten, Daten zwischen
einem beliebigen Knotenpaar in beliebige Richtung entlang dem Ring zu
transferieren und gleichzeitig einen raschen Schutz ge gen Ausfälle ermöglichen.
Die zwei einander entgegengesetzten Verkehrsrichtungen werden üblicherweise
als Innenring und Außenring
bezeichnet. Allerdings versteht sich, dass im Zusammenhang mit der
vorliegenden Patentanmeldung und in den Ansprüchen die Begriffe "innen" und "außen" sowie "im Uhrzeigersinn" und "im Gegenuhrzeigersinn" beliebig verwendet
werden, um zu unterscheiden zwischen den zwei entgegengesetzten
Richtungen des Paketstroms in einem Ringnetzwerk. Gewählt sind
diese Ausdrücke
lediglich zu Anschauungszwecken, sie beinhalten nicht notwendigerweise
irgendeine Relation bezüglich
der baulichen Eigenschaften des Netzwerks.
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Das
führende
bidirektionale Protokoll für Hochgeschwindigkeits-Paketringe
ist das Resilient Packet Rings (RPR) Protocol, bei dem es sich um das
Verfahren handelt, welches durch die IEEE-Norm 802.17 definiert
ist. Das Netzwerkebenen-Routing über RPR
ist beispielsweise beschrieben von Jogalekar et al., in "IP over Resilient
Packet Rings" (Internet
Draft Draft-Jogalekar-Iporpr-00) und von Herrera et al. In "A Framework for IP
over Packet Transport Rings" (Internet
Draft Draftletf-Ipoptr-Framework-00). Eine vorgeschlagene Lösung für die Media
Access Control (MAC – Protokollschicht
2) in bidirektionalen Ringnetzwerken ist das Spatial Reuse Protocol
(SRP), welches von Tsiang et al. beschrieben ist in Request for
Comments (RFC) 2892 der Internet Engineering Task Force (IETF).
Beziehbar sind diese Schriften über
www. ietf.org.
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Die
Verwendung von Protokollen wie diesen ermöglicht, dass jeder Knoten innerhalb
eines Ringnetzwerks direkt mit sämtlichen übrigen Knoten über entweder
den inneren oder den äußeren Ring
kommunizieren können,
wobei die passenden Media-Access-Control-(MAC)-Adressen der Knoten
benutzt werden. Jedes über
einen der Ringe gesendete Paket trägt einen Header, der den Zielknoten
angibt. Der Zielknoten erkennt seine Adresse in dem Header und holt
das Paket von dem Ring. Sämtliche übrigen Knoten
lassen das Paket transparent über
den Ring weiterlaufen.
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Kommt
es zu einem Ausfall in einer Verbindung auf einem bidirektionalen
Ringnetzwerk, so müssen
Pakete, die zum Durchlaufen der ausgefallenen Verbindung auf einem
der Ringe vorgesehen sind, rasch umgeleitet werden, sodass sie ihr
Ziel über
den anderen Ring erreichen. Dieses Umleiten ist in der Technik als "Schutz" (Protection) bekannt. Zu
diesem Zweck gibt es zwei Schemata: Das "Wrapping", hier auch als Umlenken bezeichnet
und das "Steering", hier als Lenken
bezeichnet. Bei dem Wrapping handelt es sich um ein bei SRP-Ringen
angewendetes Verfahren, bei dem ein Rückschleifen des Paketstroms
an den der ausgefallenen Verbindung benachbarten Knoten erfolgt.
Damit werden Pakete, die die ausgefallene Verbindung auf dem Innenring
erreicht haben, zurückgeleitet,
sodass sie über
den Außenring
zu ihrer Zieladresse gelangen und umgekehrt. Auf diese Weise erfolgt
ein Schutz in einfacher Weise durch die Knoten, die der ausgefallenen
Verbindung benachbart sind. Bei dem Steering-Schutz hingegen wird
jeder der Knoten über
die ausgefallene Verbindung informiert. Jeder Knoten steuert dann
seinen gesamten Verkehr entsprechend über den Ring, der die gewünschte Zieladresse
erreicht, ohne dass ein Weg über
die ausgefallene Verbindung führt.
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Die
WO-07/4318-A1 zeigt ein Verfahren zur Wegeschutzumschaltung in Ringnetzwerken
mit einem Wrap-Mechanismus. Das Wrapping ist vorteilhaft wegen seiner
Geschwindigkeit und Einfachheit, da lediglich die Knoten, die den
Ausfall erkennen, die Schutzfunktion ausführen müssen. Es ist nicht einmal notwendig,
die anderen Knoten über
den vorhandenen Ausfall zu informieren. Ein Nachteil des Wrappings
besteht darin, dass geschützte
Pakete einen viel längeren
Weg zum Erreichen der Ziele zurücklegen
müssen.
Die Verfügbarkeit
von Netzwerkressourcen wird ebenfalls reduziert, da geschützte mindestens
einmal durch sämtliche
Segmente des Netzwerks laufen, häufig
zweimal. Wenn außerdem
die Störung
beseitigt ist und das Wrapping beendet wird, besteht die Wahrscheinlichkeit,
dass einige Pakete ihre Ziele nicht in der richtigen Reihenfolge
erreichen, da sie jetzt möglicherweise
auch über
ihren ursprünglichen
Weg laufen, der viel kürzer
ist als der Umlenkweg, der für
frühere
Pakete benutzt wird. Im Ergebnis ist das Wrapping problematisch
als Schutzmechanismus für
Echtzeitverkehr, so zum Beispiel Sprache oder Video, die empfindlich
für Jitter
und Paket-Fehlordnung sind.
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Echtzeit-Verkehr
wird deshalb besser vom Steering (Lenken) gehandhabt, ungeachtet
der erhöhten
Komplexität
dieses Verfahrens. Da das Steering erfordert, dass sämtliche
Knoten informiert werden und den Fehlerschutz implementieren, ist
seine In-Gang-Setzung naturgemäß langsamer
als beim Wrapping. Die Knoten müssen
durch ein geeignetes Schutzprotokoll derart miteinander verknüpft werden, dass
sie einander über
Ausfallzustände
informieren können.
Ein Fehlermeldungspaket, welches von einem Knoten gemäß dem Protokoll
gesendet wird, muss den gesamten Ring durchlaufen, sodass sämtliche übrigen Knoten
aktualisiert werden. Pakete, die zwischen dem Zeitpunkt des Auftretens
der Störung und
der Einleitung des Steering übertragen
werden, gehen im Allgemeinen verloren. In einigen Datenanwendungen
kann der Verlust auch nur eines einzigen Pakets dazu führen, dass
der gesamte Rahmen oder Block von Daten verloren geht. Deshalb sollten
Paketverluste auf Grund der Schutzfunktion auf einem Minimum gehalten
werden.
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Es
ist also ersichtlich, dass das Wrapping im Allgemeinen das bessere
Schutzschema für
Blockdatenanwendungen ist, hingegen des Steering für den Echtzeitverkehr überlegen
ist. Da moderne Paketnetzwerke typischerweise beide Verkehrstypen unterstützen, liefert
weder das Wrapping noch das Steering eine optimale Lösung. Beim
SRP, wie es in der oben beschriebenen RFC 2892 (Abschnitt 3.4) beschrieben
ist, werden zwei Schemata kombiniert, indem zunächst das Wrapping und anschließend der Steering-Verkehr
im Anschluss an eine Störung durchgeführt werden.
In diesem Fall allerdings wird der Echtzeitverkehr zweimal unterbrochen:
Zum ersten Mal, wenn die Störung
auftritt und das Wrapping beginnt und anschließend, wenn dass Steering-Verfahren übernimmt,
da der "Lenkweg" kürzer ist
als der "Umlenkweg". Aus diesem Grund
besteht immer noch Bedarf an einer Schutzlösung, welche die Bedürfnisse
sowohl von Blockdaten- als auch von Echtzeit-Betrieb erfüllt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, verbesserte Schutzverfahren
sowie Geräte
zum Implementieren derartiger Verfahren für den Einsatz in Ringnetzwerken
anzugeben.
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Es
ist ein weiteres Ziel einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung,
Schutzverfahren anzugeben, die sich für unterschiedliche Arten von
Verkehr gleichzeitig optimieren lassen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist ein bidirektionales Ringnetzwerk
derart ausgestaltet, dass beim Auftreten einer Störung in
einer der Netzwerkverbindungen gewisse Klassen von Paketen umgelenkt
("gewrappt") werden, während andere
nicht so behandelt werden. Vorzugsweise werden Datendienste, die
nicht empfindlich sind für
Verzögerungen
und Paket-Fehlordnungen vertragen, umgelenkt, um die Anzahl von
Paketverlusten auf Grund der Störung
zu minimieren, während
Echtzeitdienste, die für
Jitter und Fehlordnung empfindlich sind, nicht umgelenkt werden.
Am meisten bevorzugt erfolgt das Lenken (Steering) für Echtzeitdienste,
während
Verzögerungs-unempfindliche
Datendienste umgelenkt werden. Alternativ können die Datendienste auch
gelenkt werden, nachdem eine Anfangs-Umlenkzeitspanne verstrichen
ist, während
der das Steering aufgebaut wird. Als weitere Alternative werden
gewisse Dienste umgelenkt und dann optional anschließend gelenkt,
während
andere Dienste einfach unberücksichtigt
bleiben, um sicherzugehen, dass genügend Bandbreite auf dem Netzwerk
zur Verfügung
steht für
einen geschützten
Verkehr hoher Priorität
unter Ausfallbedingungen.
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Bei
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung wird dieses selektive Wrapping implementiert durch Hinzufügen eines
Flags zu jedem Paket, welches angibt, ob das Paket umgelenkt wird oder
nicht. Nachdem ein Knoten eine Störung in einer benachbarten
Verbindung festgestellt hat, prüft
er das Flag in jedem Paket, welches er empfängt, um zu entscheiden, ob
das Paket umgelenkt, durchgelassen oder abgelegt (verworfen) wird.
Ob für
eine gegebene Klasse von Paketen das Wrap-Flag gesetzt oder zurückgesetzt
werden soll, wird typischerweise durch den Sendeknoten abhängig vom
Typ des betroffenen Dienstes (zum Beispiel Daten oder Echtzeit)
bestimmt. Alternativ oder zusätzlich
kann das Flag-Setzen
abhängen
von der Identität
des Benutzers, der das Paket sendet oder von weiteren Faktoren,
die durch einen System-Operator eingestellt werden. Bei weiteren
Ausführungsformen
wird alternativ das Wrapping-Flag nicht verwendet und statt dessen
entscheiden Knoten darüber,
welche Pakete umzulenken sind an Hand weiterer Information, die von
den Paketen mitgeführt
wird, so zum Beispiel die Quell- oder Zieladresse oder der Protokoll-Typ.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine einfache, flexible Lösung des
Problems des Schutzes von Ringnetzwerken mit gemischtem Verkehr.
Wie oben bereits angemerkt, ergibt weder das Umlenken noch das Lenken,
noch das Umlenken mit anschließendem
Lenken, wie es durch das SRP vorgesehen wird, eine optimale Lösung für sämtliche Verkehrstypen
in derartigen Netzwerken.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren für
den Ausfallschutz in einem bidirektionalen Ringnetzwerk geschaffen,
in welchem gleichzeitig sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn über das Netzwerk
Paketverkehr übertragen
wird, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist:
Senden eines
ersten und eines zweiten Stroms von Paketen über das bidirektionale Ringnetzwerk,
wobei der erste Strom als ein Wrapping-Strom und der zweite Strom
als ein Nicht-Wrapping-Strom definiert ist; wenn ein Knoten in dem
Netzwerk feststellt, dass ein Segment des Netzwerks in der Nähe des Knotens ausgefallen
ist, Umlenken der Pakete in dem ersten Strom an dem Knoten zwischen
der Uhrzeiger- und der Gegenuhrzeiger-Richtung, um das ausgefallene Segment
zu vermeiden, während
die Pakete im zweiten Strom nicht umgelenkt werden.
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Die
Pakete in dem zweiten Strom, die den Knoten erreichen, können entweder
durchgelassen oder abgelegt werden.
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Zusätzlich kann
das Verfahren das Lenken der Pakete in dem zweiten Strom in Uhrzeigerrichtung
oder in Gegenuhrzeigerrichtung beinhalten, um unter Vermeidung des
ausgefallenen Segments ein Ziel des zweiten Stroms zu erreichen.
Vorzugsweise beinhaltet das Lenken der Pakete in dem zweiten Strom
das Senden einer Ausfallmeldung von dem die ausgefallenen Segmente
erkennenden Strom an einem Quellenknoten des zweiten Stroms, außerdem das
Einleiten des Lenkens der Pakete in dem zweiten Strom ansprechen
auf die Meldung. Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren, dass beim
Einleiten des Lenkens der Pakete in dem zweiten Strom das Lenken
der Pakete auch in dem ersten Strom eingeleitet und das Umlenken
der Pakete unterbunden wird.
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Zusätzlich kann
das Verfahren das Senden einer Ausfallmeldung von dem die ausgefallenen Segmente
erkennenden Knoten an andere Knoten in dem Netzwerk enthalten, und,
nachdem die anderen Knoten die Meldung empfangen haben, das Lenken der
Pakete in dem ersten Strom in Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigerrichtung,
um ein Ziel des ersten Stroms zu erreichen, wobei das ausgefallene
Segment vermieden wird und Beenden des Umlenkens der Pakete.
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Typischerweise
werden die Pakete im zweiten Strom abgelegt, solange der Ausfall
anhält.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Senden des ersten und des zweiten Stroms das Setzen
eines Wrapping-Flags in den Paketen innerhalb des ersten Stroms,
während
des Wrapping-Flag in den Paketen im zweiten Strom zurückgesetzt
wird, wobei das Wrapping der Pakete beinhaltet, die umzulenkenden Pakete
ansprechend auf das Wrapping-Flag zu bestimmen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet das Senden des zweiten Stroms einen Echtzeitdienst, während das
Senden des ersten Stroms die Bereitstellung eines Datenübertragungsdienstes beinhaltet,
der wesentlich toleranter ist für
Verzögerungsschwankungen
und Fehlordnungen in der Lieferung der Pakete, als dies der Echtzeitdienst
ist. Typischerweise beinhaltet der Echtzeitdienst einen paketierten
Sprachdienst und/oder eine paketierten Videodienst.
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Außerdem wird
durch die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem geschaffen
welches beinhaltet:
Ein Kommunikationsmedium, eine Mehrzahl
von Kommunikationsknoten, die von dem Kommunikationsmedium derart
untereinander gekoppelt sind, dass ein Ringnetzwerk gebildet wird, über das
die Knoten konfiguriert sind zum Senden von Verkehr zu anderen Knoten
sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn, dadurch
gekennzeichnet, dass der Verkehr einen ersten Strom von Paketen,
definiert als ein Wrapping-Strom, und einen zweiten Strom der Pakete,
definiert als Nicht-Wrapping-Strom, aufweist, dass die Knoten so
ausgebildet sind, dass, wenn ein gegebener Knoten von den Knoten
innerhalb des Netzwerks erkennt, dass ein Segment des Netzwerks
in der Nähe
des gegeben Knotens ausgefallen ist, die Pakete in dem ersten Strom an
dem gegebenen Knoten umlenkt zwischen Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn,
um das ausgefallene Segment zu vermeiden, während die Pakete in dem zweiten
Strom nicht umgelenkt werden.
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Zusätzlich ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung eine Kommunikationsvorrichtung vorgesehen für den Betrieb
als Knoten in einem Ringnetzwerk, über den Verkehr sowohl im Uhrzeigersinn
als auch im Gegenuhrzeigersinn übertragen
wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät aufweist:
Einen Verkehrsbearbeitungsblock,
ausgebildet zum Vorbereiten ausgehender Datenpakete zur Übertragung über das
Ringnetzwerk derart, dass die Pakete entweder zu einem ersten Strom
von Paketen, definiert als ein Wrapping-Strom oder zu einem zweiten Strom
von Paketen, definiert als ein Nicht-Wrapping-Strom, gehören; einen
Medienzugangssteuerblock (MAC-Block), der eine Schnittstelle in
Bezug auf den Verkehrsverarbeitungsblock bildet und dazu ausgebildet
ist, mit dem Netzwerk gekoppelt zu werden, um die abgehenden Datenpakete
zu senden und über
das Ringnetzwerk ankommende Pakete zu empfangen, beides sowohl im
Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn, und weiterhin dazu ausgebildet
ist, einen Ausfall eines Segments des Netzwerks in der Nähe des Geräts zu erkennen,
um ansprechend auf den Ausfall die zu dem ersten Strom gehörigen Pakete
umzulenken zwischen Uhrzeigersinn und Gegenuhrzeigersinn, um das
ausgefallene Segment zu vermeiden, ohne die Pakete in dem zweiten
Strom umzulenken.
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Die
vorliegende Erfindung wird umfassender verstanden an Hand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen, gelesen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ein
Blockdiagramm, welches schematisch ein bidirektionales Ringnetzwerk
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ein
Blockdiagramm, welches schematisch Einzelheiten eines Knotens innerhalb
des in 1 gezeigten Netzwerks gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3A und 3B Blockdiagramme,
die schematisch Schutzmechanismen veranschaulichen, die in dem Netzwerk
nach 1 implementiert sind und auf eine Verbindungsausfall
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ansprechen; und
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4 und 5 Flussdiagramme,
die schematisch verfahren für
den Ausfallschutz in einem Ringnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung veranschaulichen.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches schematisch ein Paket-Ringnetzwerk 20 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Das Netzwerk 20 enthält mit N1
bis N6 bezeichnete Knoten 22, die untereinander über ein
bidirektionales Kommunikationsmedium, beispielsweise in Form von optischen
Fasern oder Leitungsdrähten
verbunden sind. Typischerweise enthalten die Knoten eine Vermittlungseinrichtung
und fungieren als entweder Zugangspunkte oder Gateways zu anderen
Netzwerken (Aggregationspunkten). Die Kommunikationsmedien in dem
Netzwerk 22 sind so konfiguriert, dass sie einen Außenring 24 definieren, über den
Pakete zwischen den Knoten in Uhrzeigerrichtung transportiert werden
und einen Innenring 26 definieren, über den die Pakete in Gegenuhrzeigersinn
transportiert werden. Wie oben angemerkt wurde, sind allerdings
die Bezeichnungen "innen", "außen", "Uhrzeigersinn" und "Gegenuhrzeigersinn" beliebig und dienen
lediglich zu Zwecken der Vereinfachung und Klarheit der Erläuterung.
Außerdem
sind die Bezeichnung und die Anzahl von Knoten innerhalb des Netzwerks 20 lediglich
beispielhaft gewählt,
tatsächlich
kann das Netzwerk mit gleichen Merkmalen eine größere oder geringere Anzahl
von Knoten enthalten.
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2 ist
ein Blockdiagramm, welches schematisch Einzelheiten eines der Knoten 22 im
Netzwerk 20 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung darstellt. Der Knoten 22 enthält einen Block 33 für Medienzugangssteuerung
(MAC), angeschlossen für
das Senden und das Empfangen von Daten über beide Ringe 24 und 26.
Der Block 33 ist verantwortlich für die Ring-Verwaltung und für MAC-Ebenen-Funktionen
beim Abfangen von Paketen aus, die an den Knoten 22 auf
dem einen oder dem anderen Ring adressiert sind, während der
gesamte übrige
Verkehr entlang dem Ring zum nächsten
Knoten durchgelassen wird. Vorzugsweise arbeitet der Block 33 gemäß dem RPR-Protokoll,
welches oben im Kapitel Hintergrund der Erfindung beschrieben wurde
oder gemäß einem
anderen ähnlichen
bidirektionalen Protokoll. Das Grund-Ringprotokoll wird erweitert
durch ein Schutzprotokoll, welches für selektives Wrapping gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sorgt, wie im Folgenden detailliert erläutert werden
wird.
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Wenn
der MAC-Block 33 ein an den eigenen Knoten 22 adressiertes
Paket abfängt,
liefert er das Paket zu einem Verkehrsverarbeitungsblock 34 des Knotens.
Der Block 34 ist verantwortlich für die Funktionen auf Netzwerkebene,
so zum Beispiel die IP-Verarbeitung und für optional weitere Funktionen höherer Ebene,
so zum Beispiel Dienstequalität (QoS;
Quality of Service) und Netzwerksicherheit. In einem als Zugangsknoten
fungierenden Knoten beispielsweise ist der Block 34 typischerweise
verantwortlich für
das Zustellen von Paketen zu Benutzern, die mit dem Netzwerk 20 über den
Knoten verbunden sind und für
das Empfangen von Paketen von diesen Benutzern zwecks Übertragung über das
Netzwerk 20.
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Gemäß dem für das Netzwerk 20 geltenden Schutzprotokoll
enthalten über
das Netzwerk laufende Pakete ein Wrapping-Flag, vorzugsweise in
der Form eines einzelnen Bits an einer spezifischen Stelle oder
in der Nähe
des Anfangs jedes Pakets. Der Verkehrsverarbeitungsblock 34 setzt
oder rücksetzt vorzugsweise
das Wrapping-Flag in jedem Paket, welches er auf das Netzwerk schickt.
Typischerweise hängt
das Setzen des Wrapping-Flags ab vom Typ des Dienstes, zu dem das
Paket gehört.
Zusätzlich oder
alternativ kann das Setzen des Flags abhängen von der Identität eines
Benutzers, der die Pakete sendet (insbesondere von der QoS-Ebene,
die dem Benutzervertrag entspricht) oder von anderen Kriterien,
die von dem Benutzer oder einem Verwalter des Netzwerks 20 eingerichtet
sind.
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Nunmehr
auf das in 1 dargestellte Beispiel zurückkommend,
sind zwei Paketströme 28 und 30 von
einem Quellenknoten N1 über
Zwischenknoten N6 und N5 im Zielknoten N4 über den Innenring 26 gerichtet.
Für dieses
Beispiel soll angenommen werden, dass der Strom 28 zu einem
Datendienst gehört,
der Blöcke
von Daten gemäß einem
Protokoll überträgt, welches
relativ unempfindlich für
Jitter und Paket-Fehlordnung ist, beispielsweise elektronische Post
oder eine andere Datentransferanwendung gemäß TCP/IP. Der Strom 30 hingegen
soll hier zu einem Echtzeitdienst gehören, beispielsweise einem IP-Sprach-(VoIP;
Voice over IP) oder einem Streaming-Video-Dienst, die zwar gelegentliche
Paketausfälle
tolerieren können,
jedoch empfindlich für
Jitter und Fehlordnung sind. Das Wrapping-Flag wird in den Paketen des Stroms 28 gesetzt,
wird allerdings in den Paketen des Stroms 30 zurückgesetzt.
Diese beiden Ströme
werden unterbrochen von einer Verbindungsstörung 32 zwischen den
Knoten N5 und N6.
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3A und 3B zeigen
schematisch, wie das Netzwerk 20 den Ausfall 32 für die beiden verschiedenen
Typen von Diensten gemäß den Strömen 28 und 30 handhabt,
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Obschon aus
Gründen
der Klarheit die 3A und 3B getrennt
sind, können
die Schutzmechanismen gemäß diesen
beiden Figuren in der Praxis gleichzeitig arbeiten. In 3A ist
zu sehen, dass der Strom 28 über den Außenring 24 an den
Knoten N6 und N5 umgelenkt wird (wrapped), sodass ein Umlenk-Strom-Weg 36 definiert
ist. Gleichzeitig wird der Strom 30 von dem Ring N1 auf
den Außenring 24 gelenkt,
wodurch ein gelenkter Stromweg 38 definiert wird. Weil
der Strom 30 als Nicht-Wrapping-Strom markiert ist, werden
sämtliche
Pakete im Strom 30, die den Knoten N6 erreichen, bevor
N1 mit dem Lenken der Pakete auf den Außenring beginnt, typischerweise
verworfen. Es kann zusätzlich
oder alternativ (nicht gezeigte) Ströme in dem Netzwerk 20 geben, die
weder zum Wrapping (Umlenken) mit einem Flag versehen noch gelenkt
werden. Die Pakete in diesen Strömen
werden einfach verworfen, nachdem sie die Knoten N5 und N6 erreichen,
solange der Ausfall 32 andauert. Als weitere Alternative
kann der Strom 28 auf dem Pfad 36 vorübergehend
umgelenkt werden, typischerweise solange, bis sämtliche Knoten im Netzwerk 20 von
dem Ausfall 32 Meldung erhalten haben und für den Beginn
des Lenkvorgangs bereit sind. An dieser Stelle wird der Weg 36 aufgehoben und
statt dessen der Strom 28 über den Strompfad 38 geleitet.
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Im
Folgenden wir auf die 4 und 5 Bezug
genommen, die Flussdiagramme zeigen, welche schematisch Verfahren
für den
Ausfallschutz im Netzwerk veranschaulichen und einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung entsprechen. Das Verfahren wird beispielhaft an Hand
der Ströme 28 und 30 beschrieben.
Es wird angenommen, dass die Pakete im Strom 28 für das Wrapping
oder Umlenken (mit einem Flag) markiert sind, während die Pakete im Strom 30 nicht
markiert und statt dessen gelenkt werden. 4 beschreibt
das Verhalten eines Knotens benachbart zu derjenigen Verbindung,
in der es zu einem Ausfall 32 gekommen ist, beispielsweise des
Knotens N6, während 5 sich
auf einen Knoten bezieht, der der Ursprung eines Paketstroms ist, zum
Beispiel der Knoten N1. Die Erweiterung des Verfahrens auf weitere
Knoten-Konfigurationen und alternative Schutzschemata, wie sie zum
Beispiel oben angemerkt wurden, ist überschaubar.
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Das
Verfahren nach Anspruch 4 wird eingeleitet, wenn der Knoten N6 einen
Verbindungs-Ausfall 32 erkennt, was im Ausfall-Nachweisschritt 40 geschieht.
Unmittelbar nach dem Erkennen der Störung sendet N6 ein Ausfallmeldungspaket über den
Ring 24, Meldeschritt 42, um den anderen Knoten
Mitteilung über
den Ausfall zu machen (der Knoten N5 stellt typischerweise ebenfalls
den Fehler fest und sendet dementsprechend ein Ausfallanzeigepaket über den
Ring 26). Anschließend
empfängt
der Knoten N6 Pakete über
den Ring 26, Paketempfangsschritt 24, und stellt
fest, wie jedes Paket individuell zu handhaben ist. Der Knoten prüft den Paket-Header
zum Feststellen, ob das Wrapping-Flag gesetzt oder zurückgesetzt
ist, Flag-Prüfschritt 46.
Ist das Flag gesetzt, so lenkt der Knoten N6 das Paket von dem Ring 26 um
auf den Ring 24, Umlenkschritt 48. Im Fall des
Stroms 28 wird das Paket auf den Pfad 36 umgelenkt.
Wenn das Paket den Knoten N5 erreicht, wird das Wrapping-Flag erneut
geprüft
und das Paket wird dementsprechend zurück auf den Ring 26 umgelenkt, über den
es schließlich
den Zielknoten N4 erreicht.
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Nach Übertragung
des Ausfallanzeigepakets im Schritt 42, jedoch bevor der
Knoten N1 bereit ist, den Strom 30 auf den Pfad 38 zu
lenken, kann der Knoten N6 immer noch zum Strom 30 gehörige Pakete
empfangen. Da das Wrapping-Flag dieser Pakete nicht gesetzt ist,
lässt der
Knoten N6 die Pakete einfach ohne Um lenken weiterlaufen, Nicht-Umlenk-Schritt 50.
Im Ergebnis werden diese Pakete entfernt oder abgelegt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, bereitet der Knoten N1 Pakete in
den Strömen 28 und 30 für das Absenden
vor, jeweils Paketvorbereitungsschritt 60. Ohne einen Ausfall
im Netzwerk werden die Pakete für
die Übertragung
entlang einer Route über
die Knoten N6 und N5 eingerichtet. Vor dem Senden der Pakete prüft N1, ob
Ausfälle
bekannt sind in den Verbindungen, die jeder Strom zu durchlaufen
hat, Ausfallprüfschritt 52.
Solange keiner der übrigen
Knoten einen solchen Ausfall gemeldet hat und N1 selbst keinen Ausfall
erkannt hat, werden die Pakete über
die normale Route gesendet, ohne Lenkvorgang, was im normalen Übertragungsschritt 64 geschieht.
Ist es zu einem Ausfall 32 gekommen, hat aber die Ausfallmeldung
von N6 den Knoten N1 noch nicht erreicht, werden die Pakete immer
noch über
die normale Route übertragen.
In diesem Fall werden die Pakete im Strom 28 von N6 umgelenkt,
wie oben ausgeführt wurde,
allerdings laufen die Pakete im Strom 30 im Schritt 50 über N6 durch
und werden folglich entfernt.
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Nachdem
N1 die Fehlermeldung empfangen hat, beginnt der Knoten mit dem Lenken
der Pakete im Strom 30 auf den Pfad 38, Lenkschritt 66.
In ähnlicher
Weise beginnen der Knoten N6 und die übrigen Knoten im Netzwerk 20 an
diesem Punkt mit dem Lenken der von ihnen abgehenden Paketströme zu den
richtigen Zielorten. Um Netzwerkressourcen einzusparen, lenken N1
und die übrigen
Knoten auch umgelenkte Ströme,
so zum Beispiel den Strom 28. Alternativ werden für die Zeitdauer
des Ausfalls nur einige Ströme
gelenkt, während
andere umgelenkt oder verzögert
oder abgelegt werden, um Netzwerkressourcen einzusparen.
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Obschon
hier schon bevorzugte Ausführungsbeispiele
an Hand spezieller Netzwerktypen und spezieller Protokolle erläutert wurden
und insbesondere an Hand von Paketnetzwerken basierend auf dem RPP-Protokoll
erläutert
wurden, sind die Prinzipien der Erfindung in ähnlicher Weise anwendbar bei
bidirektionalen Ringnetzwerken und Protokollen anderer Typen. Man
sieht also, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaften
Charakter haben und dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist,
was oben speziell dargestellt und beschrieben wurde. Vielmehr beinhaltet
der Schutzumfang der Erfindung Kombinationen und unter Kombinationen
der verschiedenen oben beschriebenen Merk male ebenso wie Abwandlungen
und Modifikationen dieser Merkmale, die für den Fachmann bei der Lektüre der obigen
Beschreibung erkennbar sind und im Stand der Technik nicht offenbart
sind.