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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Telekommunikation
und spezieller auf eine Einrichtung zur Anzeige der Topologie und
des Status eines optischen Übertragungsnetzes
mit automatischer Vermittlung (ASON).
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Hintergrund
der Erfindung
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Übertragungsnetze
dienen zum Transport von Zubringersignalen hoher Bitrate auf der
physikalischen Ebene. Insbesondere sind die über ein Übertragungsnetz gesendeten
Signale codiert und in einen kontinuierlichen Bitstrom gemultiplext,
der in Rahmen gleicher Länge
strukturiert ist. Innerhalb des Bitstroms konstanter Bitrate werden
die Rahmen periodisch mit einer Wiederholungsrate von typischerweise
8 kHz wiederholt und sind entsprechend einer Multiplex-Hierarchie
strukturiert. Ein Beispiel für
eine solche Multiplex-Hierarchie ist SDH (Synchronous Digital Hierarchy,
siehe ITU-T G.707 10/2000), worin die Rahmen als synchrone Transportmodule
der Größe N bezeichnet
werden (STM-N, wobei N = 1, 4, 16, 64 oder 256). Die Rahmen haben
eine Abschnitts-Kopfinformation und enthalten mindestens eine Multiplexeinheit
höherer
Ordnung, die virtueller Container VC-4 genannt wird. Ein VC-4 kann
entweder direkt ein Zubringersignal übertragen oder eine Anzahl von
Multiplexeinheiten geringerer Ordnung, wie VC-12 oder VC-3, die
dann Zubringersignale übertragen.
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Virtuelle
Container werden von der Quelle zur Senke über ein SDH-Netzwerk übertragen
und stellen daher einen "logischen" Pfad durch das Netzwerk
dar. Die Sequenz identischer VCs, die in aufeinander folgenden Rahmen
dieselbe Position haben, bildet einen Verkehrsstrom entlang dieses
Pfades. Jeder VC enthält eine
Pfad-Kopfinformation (POH) und einen Nutzinformations-Bereich, der
als Container (C) bezeichnet wird. Das US-Äquivalent von SDH ist als SONET
(Synchronous Optical Network) bekannt. Ein weiteres gut bekanntes Übertragungsnetz
mit ähnlichen
Multiplexeinheiten ist das kürzlich
definierte Optical Transport Network OTN, siehe ITU-T G.709, 02/2001.
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Das Übertragungsnetz
selbst besteht aus einer Anzahl von physikalisch miteinander verbundenen Netzwerkelementen,
wie z. B. Crossconnects und Add/Drop-Multiplexern. Herkömmliche Übertragungsnetze werden
zentral verwaltet. Das bedeutet, dass ein zentraler Netzwerk-Manager
den Überblick über die
Topologie und den Zustand des Netzwerks hat, und wenn ein Teilnehmer
eine neue Verbindung für
ein Zubringersignal wünscht,
stellt der Netzwerk-Manager über
sein Netzwerkmanagement-System manuell einen entsprechenden Pfad
durch das Übertragungsnetz
her. Somit werden Pfade durch ein zentral verwaltetes Netzwerk gesteuert
durch das zentrale Netzwerkmanagement-System hergestellt, das alle
beteiligten Netzwerkelemente (möglicherweise
unter Verwendung dazwischen liegender Management-Einrichtungen einer
niedrigeren Ebene) anweist, entsprechende Verbindungen zu schalten,
um den neuen Pfad aufzubauen.
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Im
Gegensatz zu Übertragungsnetzen
werden in Paketvermittlungsnetzen mit Label-Switching Pfade, die
in diesem Zusammenhang als Label-Switching-Pfade (LSPs) bezeichnet
werden, unter Verwendung von MPLS (Multi-Protocol Label Switching)
automatisch erzeugt. Die Netzwerkeinrichtungen in solchen paketvermittelten
Netzwerken verwenden Routing-Protokolle, wie z. B. OSPF und BGP,
um ihre lokale Routing-Information zu aktualisieren und zu synchronisieren.
Der grundlegende Unterschied zwischen Übertragungsnetzen und Paketnetzen,
in denen MPLS angewendet wird, ist, dass in Paketnetzen ein statistisches
Multiplexen verwendet wird, das eine Überbelegung von Verbindungen
erlaubt und dass ein LSP aufgebaut werden kann, ohne irgendwelche
Bandbreite zu benutzen. In Übertragungsnetzen
wird jedoch, wenn ein Pfad eingerichtet ist, per Definition die
volle Bandbreite belegt, die von dem Pfad gefordert wird, unabhängig davon,
ob über
den Pfad Verkehr übertragen
wird oder nicht. Ein LSP kann in MPLS eingerichtet werden, ohne
dass er benutzt wird, während
dies in Übertragungsnetzen
nicht möglich
ist. Wegen der dynamischen und nicht konstanten Datenrate in einem
Paketnetzwerk sind die Anzahl und die Bandbreite von LSPs nicht
notwendigerweise mit der freien Kapazität der physikalischen Verbindung
korreliert, über
welche die LSPs führen.
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Die
offensichtlichen Vorteile von Paketvermittlungsnetzen mit Label
Switching bezüglich
der Flexibilität und
Widerstandsfähigkeit
gegen Fehler haben jedoch zur Entwicklung von optischen Übertragungsnetzen
mit automatischer Vermittlung geführt (ASONs) geführt. Diese
Entwicklung hat in der Definition eines neuen Signalisierungs-Protokolls
für optische
Netzwerke gegipfelt, das als GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching)
bekannt ist. Das zugrunde liegende Prinzip ist, dass jedes Netzwerkelement
seine eigene GMPLS-Steuerung hat. Die GMPLS-Steuerungen im Netzwerk
kommunizierten untereinander über
ein spezielles Ethernet-Datennetz, um einen Pfadaufbau zu koordinieren
und ihre entsprechenden Netzwerkelemente so zu konfigurieren, um
automatisch einen dynamisch vereinbarten Pfad aufzubauen. Jede GMPLS-Steuerung muss
daher eine vollständige
Kenntnis der Topologie und des Zustandes des gesamten Übertragungsnetzes haben.
Ein OSPF-Protokoll
(Open Shortest Path First), das auf die speziellen Bedürfnisse
eines GMPLS-gesteuerten Übertragungsnetzes
erweitert wurde, wird dazu verwendet, den Zustand des Übertragungsnetzes von
einer GMPLS-Steuerung zur anderen zu übermitteln (oder "bekannt zu geben"). Jede Steuerung
hat eine Datenbank, wo sie die ihr zuletzt bekannten Topologie-Daten
des Netzes speichert.
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Da
in einem GMPLS-gesteuerten Übertragungsnetz
das Netzwerkmanagement oder die Steuerungs-Ebene, wie sie in diesem
Zusammenhang genannt wird, im ganzen Netz verteilt ist, hat der
Netzbetreiber kein zentrales Werkzeug mehr, das ihm einen Überblick über das
Netzwerk geben könnte.
Es wäre
möglich,
ein Darstellungs-Werkzeug mit der GMPLS-Steuerung eines beliebigen
Netzwerkelementes zu verbinden und die lokale Topologie und die
Statusinformation, die in diesem speziellen Netzwerkelement gespeichert
ist, dem Bediener anzuzeigen. Der Inhalt der lokalen Datenbank,
so weit er sich auf die Einrichtung eines speziellen Herstellers
bezieht, ist jedoch mit herstellerspezifischen Extras durchsetzt.
Darüber
hinaus muss sich der Bediener auf die richtige Funktion dieser speziellen
Implementation der Datenbank verlassen, und es wäre nicht möglich, den Inhalt der Datenbank
gegen die Datenbanken anderer GMPLS-Steuerungen im Netzwerk zu überprüfen.
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Der
Beitrag "Managing
Optical Networks" von
H. Epstein et al. Bell Labs Technical Journal Januar–Juni 2001,
Seite 50–66,
beschreibt ein auf GMPLS beruhendes optisches Netzwerk des oben
beschriebenen Typs, das eine verteilte Steuerungs-Ebene hat, die über ein
spezielles Datennetz kommuniziert. Netzwerkelemente sind mit zusätzlicher
Intelligenz ausgestattet, um die Topologie des optischen Netzes
automatisch zu erkennen und automatisch Dienst-Verbindungen von
Ende zu Ende herzustellen. Die Steuerungsebene beruht auf einer verteilten
Datenbank. Jedes Netzwerkelement unterhält eine aktuelle Ansicht der
Topologie des Netzwerkbereichs, sowie seiner eigenen Topologie.
Ein Manager optischer Dienste, der sich auf einer einzigen Management-Server-Plattform
befinden oder über
eine Anzahl von Servern verteilt sein kann, wird für das Element-Management,
die Fehlermeldung und die Rechnungserstellung bereitgestellt. Der
Manager optischer Dienste fragt die Netzwerkelemente im Netz nach
Topologiedaten ab und benutzt diese Daten zum Aufbau einer Netzwerk-Karte,
in der die Elemente und ihre Verbindungen untereinander gezeigt
werden. Er empfängt
auch Fehlermeldungen von den Netzwerkelementen und integriert diese
in die Netzwerk-Karte, in der die Topologie und der Zustand des
Netzes grafisch dargestellt werden. Die Steuerungsebene des Netzes
und ihr zugehöriger Manager
optischer Dienste sind jedoch herstellerspezifische Implementationen,
so dass es sein kann, dass die Kommunikation zwischen dem Service-Manager
und Netzwerkelementen anderer Hersteller nicht richtig funktioniert.
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Es
besteht daher der Bedarf an einer unabhängigen Einrichtung zur Feststellung
und Anzeige der Topologie und des Zustandes eines optischen Übertragungsnetzes
mit automatischer Vermittlung.
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Aus
US5,926,463 ist eine Vorrichtung zur Darstellung und Verwaltung
einer Konfiguration eines Computernetzes bekannt. Die Vorrichtung
fragt eine Vielzahl von Switches und Routern ab, die in einem Paketvermittlungsnetz
vorhanden sind, um Kopien von Informationen zu erhalten, die in
Datenbanken der Switches und Router gespeichert sind. Sie bestimmt
aus dieser kombinierten Datenbank den Zustand des Netzes und zeigt die
physikalischen Verbindungsmöglichkeiten
und den Zustand des Netzes dem Benutzer grafisch an. Dieses Werkzeug
ist jedoch nur für
Paketnetze geeignet und erfordert eine vom Hersteller unabhängige Definition
der Datenbankstruktur, die in jeder Netzwerkeinrichtung gespeichert
ist. Darüber
hinaus ist ein Protokoll für
den Abfrage-Mechanismus erforderlich, das jedoch in GMPLS-Netzen
nicht vorgesehen ist.
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In
der Publikation der US-Patentanmeldung US 2002/0156914 A1 wird eine
Steuerung zur Verwaltung der Bandbreite in einem Kommunikationsnetz
offen gelegt. Das Netzwerk besteht aus einem Ebene-3-Paketnetz,
das auf einem optischen Ebene-1-Netzwerk
aufgebaut ist. Die Steuerung erlaubt es, als Reaktion auf Blockierungen
oder steigenden Bedarf in der Paketebene der Paketebene optische
Ressourcen zuzuordnen. Darüber
hinaus hat die Steuerung eine Router-Schnittstelle zum Zugriff auf
OSPF-Daten, um Topologie-Informationen
des Ebene-3-Netzwerks zu erhalten.
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WO
00/05650 beschreibt ein Analysesystem zur passiven Überwachung
von Computern in einem LAN/WRN.
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Aus
US5,917,808 ist ein Testinstrument zum Testen von lokalen Netzen
(LANs) bekannt, das eine passive Überwachung verwendet und es
erlaubt, Arten von Netzwerkeinrichtungen an einem LAN zu erkennen, das
gemäß dem Protokoll
TCP/IP arbeitet. Wenn es an das LAN gekoppelt ist, empfängt das
Testinstrument passiv Verkehr in Form von Rahmen, die zwischen den
Knoten des LAN gesendet werden. Die gesendeten Rahmen können Informationen
enthalten, die eindeutig speziellen Arten von Netzwerkeinrichtungen
zugeordnet sind, wie z. B. Servern, Routern oder Druckern. Ein Rahmen-Prozessor
sammelt und entnimmt die Rahmeninformation aus den Rahmen, einschließlich Nachrichtentyp
und Quell-IP-Adresse. Die Rahmeninformation wird mit Sätzen von
Rahmentypen verglichen, wobei jeder Satz von Rahmentypen eindeutig
einem der Typen von Netzwerkeinrichtungen zugeordnet ist. Die erkannten
Einrichtungs-Typen werden einer Stations-Datenbank hinzugefügt und einem
Benutzer grafisch angezeigt. Dieses Instrument scheint jedoch in
einem optischen Übertragungsnetz
mit automatischer Vermittlung des oben beschriebenen Typs keine
Verwendung zu haben.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
und ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung und Anzeige der
Topologie und des Zustandes eines optischen Übertragungsnetzes mit automatischer
Vermittlung bereitzustellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Dieses
und weitere Ziele, die weiter unten deutlich werden, werden durch
einen Netzwerk-Überwacher erreicht,
der den Verkehr in einem speziellen Datennetz passiv überwacht,
das Netzwerksteuerungen miteinander verbindet, wovon jede ein zugehöriges Netzwerkelement
eines optischen Übertragungsnetzes
mit automatischer Vermittlung steuert. Der Überwacher filtert Protokollrahmen
eines vordefinierten Protokolltyps heraus, welche die Netzwerk-Topologie
und den Status zwischen den Netzwerk-Steuerungen bekannt geben.
Aus den gefilterten Protokollrahmen entnimmt der Überwacher
Informationen über
die Topologie und den Zustand des Übertragungsnetzes und zeigt
einem Benutzer diese Informationen grafisch an.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass sie auf nicht eingreifende Weise
funktioniert und eine herstellerunabhängige Implementation liefert,
d. h. dass sie in jedem GMPLS-gesteuerten Übertragungsnetz
funktioniert, unabhängig
von den Hersteller-Typen der verwendeten Netzwerkeinrichtungen.
Darüber
hinaus erlaubt es die Erfindung einem Netzbetreiber, in seinem Netz
eine Fehlersuche und eine Fehlerbeseitigung durchzuführen, wenn
Einrichtungen verschiedener Hersteller nicht richtig zusammenarbeiten.
Schließlich
kann der Überwacher
gemäß der Erfindung
durch eine Befehlszeilen-Schnittstelle
für eine
oder mehrere der Netzwerksteuerungen erweitert werden, so dass eine
zentrale Verbindungsbereitstellung möglich ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
optisches Übertragungsnetz
mit automatischer Vermittlung und seine zugeordnete verteilte Steuerungsebene
zeigt;
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2a und b die Topologie eines optischen Übertragungsnetzes
mit automatischer Vermittlung zeigen, das mehrere Bereiche umfasst,
und eine Abstraktion der Topologie, wie sie im Netz bekannt gegeben wird;
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3 die
Architektur des Überwachers
gemäß der Erfindung
zeigt; und
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4 eine
Bildschirmdarstellung der grafischen Präsentation der Netzwerk-Topologie
und des Zustandes durch den Überwacher
zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Das
oben erläuterte
Prinzip eines GMPLS-gesteuerten Übertragungsnetzes
wird detaillierter mit Bezug auf 1 beschrieben,
die ein Beispiel-Netzwerk zeigt, das aus fünf Netzwerkelementen NE1–NE5 zusammengesetzt
ist, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verbindungen mit optischen
Fasern physikalisch miteinander gekoppelt sind. Jede optische Faserverbindung
ist als gestrichelte Linie gezeigt. Fasern können auch gebündelt werden,
was durch Kreise um die Fasern, die zum selben Faserbündel gehören, angezeigt wird.
Zum Beispiel ist NE1 mit NE2 über
drei Fasern, die ein einziges Bündel
bilden, und mit NE3 über
drei Fasern, die ein einziges Bündel
bilden, und mit NE4 über
eine einzige Faser verbunden. NE2 ist zusätzlich über jeweils zwei Fasern mit
NE3 und NE4 verbunden, NE3 ist über
zwei Fasern mit NE4 verbunden, und NE5 ist über vier Fasern, die in zwei
Bündeln
angeordnet sind, mit NE4 verbunden.
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Abhängig vom
Typ der verwendeten Faser und den Schnittstellen der Netzwerkelemente,
die an die Fasern angeschlossen sind, kann jede Faser ein STM-N-Signal
eines bestimmten Typs übertragen.
Aus Gründen
der Einfachheit, aber ohne Verlust an Allgemeingültigkeit wird angenommen, dass
jede Faser ein STM-16-Signal überträgt, d. h.
ein Rahmen-Übertragungssignal
mit einer Kapazität
von 16 Multiplexeinheiten VC-4. Ein Pfad durch das Übertragungsnetz
wird durch einen bestimmten VC-4 repräsentiert. Zum Beispiel kann
NE5 einen VC-4 erzeugen, der an einen Benutzer gerichtet ist, der
an NE2 angeschlossen ist. NE4 und NE3 schalten diesen speziellen
VC-4 unverändert
durch, so dass der VC-4 NE2 über
NE4 und NE3 erreicht. Somit gibt es einen Pfad zwischen NE5 und
NE2, der über
NE4 und NE3 führt.
Offensichtlich gibt es für
einen alternativen Pfad zwischen NE5 und NE2 viele alternative Routen
durch das Beispiel-Netzwerk.
Das Ereignis, das ein VC-4 in NE4 oder NE3 unverändert vom Eingang zum Ausgang
durchgeschaltet wird, wird als "Crossconnection" bezeichnet. Statt
des Begriffes Pfad wird in diesem Zusammenhang auch von einer logischen
Verbindung oder nur von einer Verbindung gesprochen.
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In
einem Übertragungsnetz
sind solche Pfade oder Verbindungen semi-permanent, was bedeutet, dass
sie nicht nur temporär
für die
Dauer eines einzigen Telefongesprächs oder nur für die Dauer
eines einzelnen Paketes, wie in Paketvermittlungsnetzen, erzeugt
werden, sondern eine bestimmte Zeitspanne existieren und für alle nachfolgenden
Multiplexeinheiten gültig
bleiben, die zum selben Verkehrsstrom gehören, bis ein solcher Pfad aktiv
wieder abgebaut wird.
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Der
Aufbau von Pfaden erfolgt in Übertragungsnetzen
durch die Steuerungsebene des Netzwerkes. In herkömmlichen
zentral verwalteten Netzen ist die Steuerungsebene in einem zentralen
Management-System implementiert, während in einem GMPLS-gesteuerten Netz
die Steuerungsebene über
das Netzwerk verteilt ist. Letzteres ist in 1 gezeigt.
Jedem Netzwerkelement NE1–NE5
ist eine GMPLS-Steuerung CT1–CT5
zugeordnet. Die Steuerungen sind durch ein spezielles paketvermitteltes
Datennetz miteinander verbunden, d. h. ein Ethernet ETN, das zwischen
den Steuerungen in 1 mit durchgezogenen Linien
gezeigt ist. Das Ethernet ETN ist vom darunter liegenden Übertragungsnetz
unabhängig.
Manche Verbindungen im Ethernet können den Datenkommunikationskanal
(DCC) benutzen, der für
diesen Zweck in der Kopfinformation der Übertragungssignale auf dem Übertragungsnetz
zur Verfügung
steht. Andere Verbindungen können
jedoch über
spezielle Kupferkabel zwischen den Steuerungen führen. Die Topologie des Ethernets
kann dieselbe sein, wie in der Figur gezeigt, oder sie kann ähnlich der
Topologie des Übertragungsnetzes
sein, kann aber auch völlig
anders sein. Es muss jedoch verstanden werden, dass das zur Steuerung
des Übertragungsnetz verwendete
Datennetz in dem Sinn völlig
unabhängig
von letzterem ist, dass Änderungen
der Konfiguration des Übertragungsnetzes
durch die Steuerungsebene das Datennetz überhaupt nicht beeinflussen.
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Jede
Steuerung hat Kenntnis über
die Topologie und den Status (d. h. die verfügbare Bandbreite auf jeder
Verbindung) des Netzes, wobei die Information in einer lokalen Datenbank
der jeweiligen Steuerung gespeichert wird. Um den Pfad aus dem obigen
Beispiel aufzubauen, bestimmt Steuerung CT5, die Netzwerkelement
NE5 zugeordnet ist, aus ihrer Datenbank eine freie Route über NE4
und NE3 zu NE2 und sendet entsprechende GMPLS-Anforderungen über das
Ethernet ETN an die entsprechenden Steuerungen CT4, CT3 und CT2,
um lokale Verbindungen für
den aufzubauenden Pfad zu schalten.
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2a zeigt
ein Beispiel einer Netzwerk-Topologie. Das Netzwerk enthält drei
Bereiche D1–D3.
Ein Bereich ist eine Gruppe von Knoten, die mehr oder weniger willkürlich zusammen
gruppiert sind. Typischerweise besteht ein Bereich aus Netzwerkknoten
desselben Herstellers. Netzwerkknoten innerhalb dieser Bereiche
werden als Kreise symbolisiert. Es werden interne Knoten als schwarze
Kreise dargestellt, d. h. die Knoten, die keine Verbindung nach
außerhalb
des entsprechenden Bereichs haben, und es werden Grenz-Knoten als
leere Kreise dargestellt, d. h. die Knoten, die Verbindung nach
außerhalb
des entsprechenden Bereichs haben. Zusätzlich dazu hat jeder Bereich
eine Routing-Steuerung RC1–RC3,
d. h. die Netzwerk-Steuerung
eines ausgewählten
Netzwerk-Knotens in dem Bereich, der als Management-Agent für den verwalteten
Bereich dient. Routing-Steuerungen werden durch schraffierte Kreise
dargestellt.
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Jeder
Netzwerk-Knoten hat eine IP-Adresse, über die er von anderen Netzwerk-Knoten
(oder genauer gesagt von den Netzwerk-Steuerungen dieser anderen Netzwerk-Knoten)
im Steuerungsnetzwerk erreicht werden kann. Dies ist die NNI-Steuerungs-Adresse.
Darüber
hinaus wird jeder I/O-Schnittstelle
jedes Netzwerk-Knotens eine eigene Adresse zugeordnet, die als TNA-Adresse
bezeichnet wird.
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Der
Zweck der Routing-Steuerung ist es, die interne Topologie ihres
Bereiches zu abstrahieren und die abstrakte Struktur an die Routing-Steuerungen
der anderen Bereiche zu übermitteln.
Insbesondere übermitteln
die Routing-Steuerungen die Verbindungen zwischen den Bereichen
und die TNA-Adressen, die über Grenz-Knoten
des Bereichs erreicht werden können.
Der Prozess der Mitteilung der Topologie und der Statusinformation
wird auch als "Bekanntmachung" bezeichnet, weswegen
die Routing-Steuerungen manchmal auch als Bekanntmachungs-Steuerungen bezeichnet
werden.
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Es
muss verstanden werden, dass die Kommunikation zwischen den Bereichen
nur zwischen den Routing-Steuerungen stattfindet, während für die Kommunikation
zwischen der Routing-Steuerung und den Netzwerk-Knoten des Bereichs,
den sie verwaltet, eigene Mechanismen verwendet werden. Es muss
weiterhin darauf hingewiesen werden, dass mehr als eine Routing-Steuerung
pro Bereich zulässig
sind, aber mit der Einschränkung,
dass zwischen zwei beliebigen Bereichen höchstens ein einziges Paar benachbarter
Steuerungen vorhanden ist, die miteinander kommunizieren. Mit anderen
Worten muss, wenn sich in einem Bereich mehr als eine Steuerung
befindet, es sichergestellt sein, dass eine eindeutige Zuordnung
von Routing-Steuerungen zu externen Bereichen vorliegt, so dass
jeder externe Bereich mit nur einer der Routing-Steuerungen kommuniziert.
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Die
Abstraktion des Netzwerks, wie sie von den Routing-Steuerungen bekannt
gemacht wird, ist in 2b gezeigt. Jeder Bereich wird
durch seine Routing-Steuerung gekennzeichnet. Die Abstraktion umfasst die
Adresse der Routing-Steuerungen, die Grenz-Knoten und die Verbindungen
zu und von den Grenz-Knoten. Somit hat ein benachbarter Knoten vom
Netzwerk das in 2b gezeigte "Bild".
Insbesondere hat Bereich D1 in dieser Abstraktion eine Routing-Steuerung
RC1 und zwei Grenz-Knoten BN11, BN12, Bereich D2 hat eine Routing-Steuerung RC2 und
vier Grenz-Knoten BN21–BN24,
und Bereich D3 enthält
eine Routing-Steuerung RC3 und zwei Grenz-Knoten BN31, BN32. Die
Abstraktion enthält
sicher die Verbindungen zwischen den Bereichen, speziell: BN11 ist
mit BN21 verbunden, BN12 ist mit BN22 verbunden, BN24 ist mit BN32
verbunden und BN23 ist mit BN31 verbunden. Darüber hinaus enthält die Abstraktion
bereichsinterne Verbindungen, die aber über nicht bekannt gegebene
interne Knoten führen
können.
In dieser Abstraktion ist BN11 mit BN12 verbunden, BN21 ist mit
BN22 und mit BN24 verbunden, BN22 ist weiterhin mit BN24 und mit
B23 verbunden, BN23 ist weiterhin mit BN24 verbunden, und BN32 ist
mit BN31 verbunden. Das gesamte Netzwerk wird als Bereich A bezeichnet.
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Wie
im Einleitungsteil dieser Spezifikation erläutert, müssen die Steuerungen ihre lokalen
Datenbanken von Zeit zu Zeit aktualisieren, so dass alle Steuerungen
dieselben Informationen über
Topologie und Status haben. Dies wird durch Verwendung eines speziellen
Protokolls erreicht, bei dem es sich um das Protokoll OSPF (Open
Shortest Path First) handelt, aber in einer leicht modifizierten
Version, die an die speziellen Bedürfnisse eines Übertragungsnetzes
angepasst ist. Dies steht im Gegensatz zu Paketnetzen, bei denen
zur Kommunikation zwischen den Bereichen das Protokoll BGP (Border
Gateway Protocol) verwendet wird.
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Regelmäßige Aktualisierungen
erfolgen alle 30 min, was bedeutet, dass jede Routing-Steuerung
alle 30 min ihre kompletten Topologie- und Status-Informationen
an alle anderen Routing-Steuerungen sendet. Wenn eine neue Routing-Steuerung
an das Datennetz angeschlossen wird, oder wenn zum Beispiel eine
Routing-Steuerung nach einem Systemzusammenbruch wieder anläuft, sendet
sie eine Anforderung für
eine sofortige Aktualisierung an alle anderen Routing-Steuerungen.
Darüber
hinaus wird jede Änderung,
zum Beispiel durch eine neue Verbindung, getrennt bekannt gegeben.
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Die
Grundidee der Erfindung ist es, den Verkehr im Steuerungs-Netzwerk passiv zu überwachen
und OSPF-Rahmen aus dem Verkehr herauszufiltern. Nur solche OSPF-Rahmen
werden ausgewertet, um die aktuelle Netzwerk-Topologie und Statusinformation
zu bestimmen, die einem Benutzer anzuzeigen ist. Die Überwachung
ist damit nicht eingreifend, da sie die Kommunikation im Steuerungs-Netzwerk
nicht beeinflusst. Darüber
hinaus wird für
den Überwacher
keine eigene IP-Adresse benötigt,
die in Konflikt zu anderen, bereits zugewiesenen IP-Adressen stehen
könnte,
und es ist kein Kommunikations-Protokoll zwischen Überwacher
und den Netzwerk-Steuerungen erforderlich.
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Ein
nicht eingreifender Überwacher
gemäß der Erfindung
ist in 3 schematisch gezeigt. Der Überwacher ist ein Computer
mit Netzwerkschnittstelle, der einfach an das Ethernet ETN angeschlossen
ist. In der bevorzugten Ausführung
ist der Computer ein UNIX-Rechner. Er enthält ein Beobachtungs-Modul SNI,
d. h. ein Werkzeug, das Pakete aus dem Netz erfassen und sie analysieren
kann. Der Beobachter ist ein Protokollanalysator, der es erlaubt,
Daten eines in Betrieb befindlichen Netzwerks zu untersuchen. Die
Daten können direkt
von einer in Betrieb befindlichen Verbindung erfasst oder aus einer
zuvor erfassten Datei gelesen werden. In der speziellen Ausführung verwendet
der Überwacher
als Beobachtungs-Modul ein frei erhältliches Werkzeug, das unter
dem Namen "Ethereal" bekannt ist. Es
ist jedoch auch jedes andere Beobachtungs-Modul geeignet.
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Der
Beobachter sucht nach OSPF-Rahmen im Ethernet und sendet diese Rahmen
im ASCII-Format an das Bewertungs-Modul EVA. Das Bewertungs-Modul
führt die
Bewertung durch, indem es die relevante Information aus den verschiedenen
OSPF-Rahmen entnimmt und sie an ein Grafik-Fenster auf einem Display DIS
sendet. In der bevorzugten Ausführung
ist das Bewertungs-Modul ein Computerprogramm, das in Perl/Tk geschrieben
ist und das wenn es interpretiert und auf dem Computer ausgeführt wird,
den Prozess der Entnahme und Anzeige der Information durchführt, wie
im Folgenden beschrieben. Ein Beispiel für einen kompletten OSPF-Rahmen,
wie er vom Beobachter im ASCII- Code
empfangen wird, ist dieser Spezifikation als Anhang beigefügt. Die
ersten 29 Zeilen enthalten die IP-Kopfinformation, während der Rest der tatsächliche
OSPF-Rahmen ist.
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As
erstes sucht das Bewertungs-Modul EVA nach dem Statement "Advertising Router". Für jeden
mitteilenden Router erzeugt das Bewertungs-Modul einen Bereich,
der durch einen Kreis dargestellt wird. Der mitteilende Router teilt
alle Grenz-Knoten
des Bereichs als "MPLS/TE
Local Node" mit.
Die Grenz-Knoten
werden somit im entsprechenden Bereich dargestellt. Dann werden
die Schnittstellen aus dem Statement Interface Index bestimmt und
im entsprechenden Knoten angezeigt. Für diese Schritte sind die folgenden
Statements im OSPF-Rahmen relevant:
Advertising Router: 10.0.4.1
(10.0.4.1)
MPLS/TE Local Node Index: 10.0.4.4 (10.0.4.4)
MPLS/TE
Local Interface Index: 5001
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Das
Bewertungs-Modul bestimmt dann die TNA-Adressen aus dem folgenden
Statement:
| TNA
Node ID | MPLS/TE
TNA Node ID: 10.0.4.2 (10.0.4.2) |
| TNA
Address | MPLS/TE
TNA TNA Addr: 2.2.14.42 (2.2.14.42) |
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Die
Topologie wird aus der Remote Interface Index Information abgeleitet:
| Remote
Node ID | MPLS/TE
Remote Node Index: 10.0.4.1 (10.0.4.1) |
| Remote
Interface ID | MPLS/TE
Remote Interface Index: 5000 |
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Das
Bewertungs-Modul zieht dann für
jede Verbindung eine Linie in der grafischen Darstellung. Das Statement "Zink Switching Capability
Descriptor" enthält die Information,
wie viel Kapazität
auf der entsprechenden Verbindung zur Verfügung steht. Dieses Statement
erwähnt
alle verfügbaren
Optionen:
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Link Switching Capability
Descriptor
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- TLV Type: 32775: Link Switching Capability Descriptor
- TLV Length: 20
- Switching Capability (100 TDM): 100
- Encoding (5 for Sonet/SDH)): 5
- Signal Type: STS-48c/VC-9-16c
- Number of Unallocated Timeslots: 1
- Signal Type: STS-12c/VC-9-4c
- Number of Unallocated Timeslots: 4
- Signal Type: STS-3c SPE/VC-4
- Number of Unallocated Timeslots: 16
- Signal Type: STS-1 SPE/VC-3
- Number of Unallocated Timeslots: 48
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In
diesem Beispiel-Statement sind bis zu 16 VC-4 verfügbar. Für Verbindungen
ohne verfügbare
Kapazität
enthält
das Statement Timeslots==0. Der OSPF-Überwacher der bevorzugten Ausführung sucht
nach diesem Statement Timeslots==0 und zeigt solche belegten Verbindungen
in einer anderen Farbe an als die Verbindungen mit freier Kapazität.
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Das
Ergebnis für
das Bereichs-Netzwerk A in 2b ist
als Bildschirmdarstellung des Überwachungswerkzeugs
in 4 gezeigt.
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Die
drei Bereiche D1–D3,
wie von ihren bekannt gebenden Routern erkannt, werden als Kreise
D1–D3 dargestellt.
Diese Bereichs-Kreise sind auf einem großen Kreis angeordnet, wenn
vom Bediener keine Koordinaten in einer Konfigurations-Datei angegeben
werden. Die Grenz-Knoten werden als Rechtecke dargestellt und werden
auf der Kreislinie ihres zugehörigen
Bereichs-Kreises platziert und durch die entsprechende Knoten-Adresse gekennzeichnet,
wie vom Local Node Index spezifiziert. Schnittstellen, wie durch
das Statement Interface Index spezifiziert, werden als dicke Punkte
in den Rechtecken der Grenz-Knoten dargestellt, und Verbindungsleitungen,
wie durch das Statement Remote Interface Index spezifiziert, werden
als Linien dargestellt, welche die zugehörigen Schnittstellen-Punkte miteinander
verbinden. Freie Leitungen werden in grün dargestellt, während belegte
Leitungen in rot angezeigt werden. TAN-Adressen der Verbindungen
werden nur angezeigt, wenn der Benutzer den Mauszeiger auf die entsprechende
Verbindung bewegt.
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Die
Programmversion der bevorzugten Ausführung verfügt zusätzlich über die folgenden Eigenschaften:
In der Symbolleiste TB befinden sich sieben Symbole I1–I7. Symbol
I1 dient zum Verlassen des Anwendungsprogramms. Die Symbole I2 und
I3 dienen zur Vergrößerung (I2)
und zur Verkleinerung (I3) der grafischen Darstellung des Netzwerks.
Symbol I4 dient zum Neuzeichnen der Darstellung. Symbol I5 dient
dazu, die Vorgeschichte zu löschen,
d. h. die Überwachung
von neuem zu starten. Symbol I6 dient zum Anhalten der Erfassung
und friert das Fenster somit auf dem aktuellen Stand ein. Symbol
I7 ist die Funktion zum automatischen Aktualisieren, die dazu verwendet
wird, alle Verbindungen auf einmal zu zeichnen. Dies erfolgt, weil
es in großen
Netzwerken sehr verwirrend sein kann, alle Verbindungen auf einmal
anzuzeigen, so dass Verbindungen auf dem Bildschirm nur angezeigt
werden, wenn der Benutzer den Mauszeiger auf eine der End-Schnittstellen
bewegt. In kleineren Netzwerken oder für einen Ausdruck kann es der
Benutzer jedoch wünschen,
dass alle Verbindungen gleichzeitig angezeigt werden, wie in 4,
was durch Klicken auf die Schaltfläche I7 erreicht wird. Die Menüleiste MB
enthält
die Menü-Einträge "File", "Action", "History" und "Help". Im Menü "File" findet der Benutzer
die zusätzlichen
Funktionen, um die Grafik zu speichern oder um die Rahmen-Vorgeschichte zu
speichern. Weitere Menüeinträge erlauben
zum Beispiel die Suche nach einem bestimmten OSPF-Rahmen, was insbesondere
nützlich
ist, wenn das Werkzeug eine Konfigurations-Fehlanpassung entdeckt.
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In
einer bevorzugten Modifikation ist der Überwacher weiterhin mit einer
Befehlszeilen-Schnittstelle ausgestattet, um mit einer bestimmten
Netzwerk-Steuerung verbunden zu werden. Wie oben erläutert, werden alle
30 min normale Aktualisierungs-Nachrichten
gesendet. Im schlimmsten Fall muss der Überwacher somit die vollen
30 min warten, bis er Aktualisierungs-OSPF-Nachrichten empfängt, was für einen Benutzer enttäuschend
sein kann. Somit kann die Befehlszeilen-Schnittstelle dazu verwendet
werden, die angeschlossene Netzwerk-Steuerung so zu programmieren,
dass sie eine geeignete OSPF-Anforderung für eine sofortige Aktualisierung
rundsendet. Darüber
hinaus kann die Befehlszeilen-Schnittstelle dazu verwendet werden,
die Netzwerk-Steuerung so zu programmieren, dass eine neue Verbindung
aufgebaut wird oder eine andere Änderung
der Netzwerk-Konfiguration durchzuführen. Es ist besonders vorteilhaft,
diese Erweiterungen über
eine Befehlszeilen-Schnittstelle
durchzuführen,
da keine Änderungen
der vorhandenen Netzwerk-Steuerung erforderlich sind und es andererseits
nicht erforderlich ist, dass der Überwacher selbst im Steuerungs-Netzwerk
aktiv wird (was wie oben erläutert
eine eigene Adresse und ein zugehöriges Protokoll erfordern würde).
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Es
muss weiterhin darauf hingewiesen werden, dass der Überwacher
sowie die Netzwerk-Steuerungen hauptsächlich in Software implementiert
sind und dass es daher natürlich
möglich
ist, die Netzwerk-Steuerung auf demselben Computer laufen zu lassen
wie eine der Netzwerk-Steuerungen, wozu ein Multitasking-Betriebssystem
verwendet wird, wie zum Beispiel UNIX. Darüber hinaus wäre es möglich, die
grafische Ausgabe auf jedes entfernt angeordnete Terminal im Netzwerk
umzuleiten, z. B. durch Verwendung von X-WINDOWS unter UNIX.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführung
der Erfindung beschrieben wurde, erkennt ein Fachmann, dass verschiedene Änderungen,
Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne
von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zum
Beispiel wurde oben erläutert,
dass Verbindungen mit freier Kapazität in einer anderen Farbe dargestellt
werden als belegte Verbindungen. Die Farbcodierung kann weiter verbessert
werden, indem eine Farbskala von zum Beispiel grün für eine völlig freie Verbindung über gelb
für die
Hälfte
der Kapazität
bis zu rot für belegte
Verbindungen verwendet wird. Es muss in diesem Zusammenhang angemerkt
werden, dass eine solche Farbcodierung spezifisch für ASONs
ist und in paketvermittelten Netzen keinen Sinn macht, in denen
die benutzte Kapazität
sich zu schnell ändert,
um eine Farbcodierung benutzen zu können.
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In
einer anderen Erweiterung kann das Überwachungs-Werkzeug so programmiert
werden, dass ein Benutzer die geografischen Koordinaten der Bereiche
konfigurieren kann, so dass die Bereiche nicht mehr entlang eines
großen
Kreises angeordnet sind, sondern in geografischer Nachbarschaft
gezeigt werden. Hier könnte
es weiterhin von Vorteil sein, im Hintergrund eine Landkarte anzuzeigen.
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Anhang
Beispiel
für einen
OSPF-Rahmen
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