DE69933417T2

DE69933417T2 - Vorrichtung und Verfahren zur routerfreien Schicht 3 Wegelenkung in einem Netz

Info

Publication number: DE69933417T2
Application number: DE69933417T
Authority: DE
Inventors: Benny Rodrig; Lior Shabtai
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: US6256314B1; JP2004072802A; EP0980167B1; CA2275080A1; CA2275080C; JP2000101649A; JP3771554B2; DE69933417D1; EP0980167A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Netzwerke und Vorrichtungen sowie Verfahren zur Vermittlung in Netzwerken.
Hintergrund der Erfindung
Lokale Netze (LANs) und IP-Vernetzung sind im Fachgebiet allgemein bekannt. LANs und IP-Vernetzungen sind im Allgemeinen und bezüglich bestimmter relevanter Aspekte der IP-Wegelenkung und ARP in den folgenden Publikationen beschrieben:

Internationaler Standard für MRC-Bridging: Std 802.1D, IEEE, 1993;
Standard für virtuelle LANs (VLANs): 802.1Q, IEEE, 1998;
LANE-Standard: LAN-Emulation über ATM, Version 2, LUNI-Spezifikation, af-lane-0084.00, ATM-Forum Juli 1997, verfügbar über das Internet unter www.atmforum.com;
MPOA-Standard: Spezifikation für Multi-Protokoll über ATM, v1.0, af-mpoa-0087.000, ATM-Forum Juli 1997, erhältlich über das Internet unter www.atmforum.com;
"Layer 3 Switches" Magazin InfoWorld, 01. Juni 1998 (Bd. 20, Ausgabe 22), erhältlich über das Internet unter www.infoworld.com;
die folgenden RFC Internetdokumente, welche über das Internet, beispielsweise von der IETF-Homepage unter www.ietf.org erhältlich sind: IP-RFC 791 ("Internet Protocol"), ARP-RFC 826 ("Address Resolution Protocol"), RFC 1812 ("Requirements for IP version 4 Routers"), RFC 1700 ("Assigned Numbers"), RFC 125b ("ICMP Routen Discovery Messages"), SNMP-RFC 1157 ("Simple Network Management Protocol"), RFC 1213 ("Management Information Base for Network Management of TCP/IP-based Internets: MIB-II), VRRP-RFC 2338 (" Virtual Router Redundancy Protocol") und HSRP-RFC 2281 ("Cisco Hot Standby Router Protocol").

Die meisten routenden Switches/Switch-Router/Schicht-3-Switches, die heutzutage bekannt sind, folgen den gleichen Netzarchitektur-Prinzipien wie traditionelle Router insoweit, als jede Vermittlungseinrichtung eine wegelenkende Funktionseinheit darstellt, in welcher Routingprotokolle ausgeführt werden und welche die Konfiguration und Wartung eines Routers erfordert. Wenn solche Schicht-3-Vermittlungseinrichtungen nur zentral an einigen Standorten in dem Netzwerk installiert sind, während der Rest der Netzvermittlungseinrichtungen nur Schicht-2-Vermittlungseinrichtungen darstellen, ist das Funktionsverhalten der Schicht-3-Weiterleitung eingeschränkt. Um ein verteiltes Schicht-3-Vermittlungssystem zu erhalten, und zwar in solcher Weise, dass die Funktion der Schicht-3-Weiterleitung an dem geeignetsten Punkt in dem Netzwerk erfolgt, erfordert diese Gestaltung, dass viele oder sämtliche Netzvermittlungseinrichtungen Schicht-3-Vermittlungseinrichtungen sind. Dies macht die Konfiguration und Wartung zahlreicher routender Funktionseinheiten in dem lokalen Netz erforderlich, was eine beträchtliche Konfigurationsbelastung darstellt.
Einige Vermittlungssysteme sind um das Konzept eines zentralen routenden Servers mit verteilten Schicht-3- Weiterleitungsmaschinen herum ausgelegt. Diese Systeme erfordern ein spezielles Protokoll, um Weiterleitungsinformationen zwischen den wegelenkenden Servern und den Schicht-3-Weiterleitungsmaschinen zu übermitteln. Einige dieser Systeme implementieren den MPOA-Standard für ATM-Netzwerke. Bei Ethernet-Netzwerken sind diese Protokolle herstellerspezifisch, was erfordert, dass der wegelenkende Server und alle Schicht-3-Weiterleitungseinrichtungen von einem einzigen Anbieter stammen, was die Auswahlmöglichkeit des Nutzers begrenzt. Außerdem erfordert die Einführung solcher Systeme in ein bestehendes Netzwerk eine größere Änderung an dem Netzwerk.
Es sind einige Ideen für eine Schicht-3-Vermittlung, die auf einem automatischen Erlernen von IP-Stationen basieren, veröffentlicht worden. Diese werden von Vermittlungseinrichtungen genutzt, die einem Router vorgelagert sind, um dessen Weiterleitungsverhalten zu verbessern, und sie sind nicht als auf netzweit verteilte Schicht-3-Vermittlungssysteme ausgedehnt beschrieben. Solche Vermittlungseinrichtungen können eine Schicht-3-(IP-)Vermittlung ausführen, ohne ein Router zu sein, d. h. ohne den Stationen als Router bekannt zu sein und ohne dass die Konfiguration wie für Router erforderlich ist. Sie nehmen die Existenz eines Routers in dem Netzwerk an, nutzen sie als Standard-Weiterleitungseinrichtung und erlernen automatisch Informationen zu den IP-Stationen.

D1: Lifton R: "RND's Ethernet Brouter Family – An Inside Look" Computer Communications, NL, Elsevier Science Publishers BV, Amsterdam, Bd. 12, Nr. 5, Oktober 1989 (1989-10), Seite 288-294, XP000048264 offenbart kombinierte Ethernet-Brücken/Router.
D2: Copperwheat; Cascom: Layer-3 Internet switching – the next step for LAN infrastructure" Data Communications, Oktober 1998 (1998-10), Seiten 17-20, XP002125464 offenbart eine Schicht-3-Vermittlung in einem lokalen Netz.

Zusammenfassung der Erfindung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird in den anhängenden Ansprüchen definiert. Im Nachstehenden sind die Ausdrücke "Erfindung" und "Ausführungsform" dahingehend zu interpretieren, dass sie nicht genutzt werden, um den Schutzumfang zu beschreiben, falls sie vom Schutzumfang der anhängenden Ansprüche abweichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versucht ein Netzwerk zur Verfügung zu stellen, in welchem die Funktion der Schicht-3-Weiterleitung auf mehrere Vermittlungseinrichtungen in dem Netzwerk verteilt ist, ohne dass irgendwelche der mehreren Vermittlungseinrichtungen notwendigerweise Router sind. Das vorliegend aufgezeigte und beschriebene System folgt nicht notwendigerweise dem Ansatz "Wegelenkung pro Port", der bei modernen Schicht-3-Vermittlungseinrichtungen üblich ist. Die Schicht-3-Weiterleitung wird nicht immer durch die Vermittlungseinrichtung ausgeführt, die der Quelle am nächsten liegt, vielmehr wird sie von einer Vermittlungseinrichtung ausgeführt, die sich auf dem Pfad von dem Router zu dem Bestimmungsort befindet, zusätzlich dazu, dass sie sich auf dem Pfad von der Quelle zu dem Router befindet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versucht zu ermöglichen, dass eine Vermittlungseinrichtung (oder Vermittlungseinrichtungen) ein gesamtes Netzwerk stärken, anstatt dass sie einen speziellen Router stärken. Diese Ausführungsform ist beispielsweise bei der Bereitstellung einer verteilten Schicht-3-Weiterleitung in Ethernet-Vermittlungsnetzen nützlich. Eine weitere Anwendung findet sich in Netzen, die Ethernet und ATM-LANE umfassen, bei welchen die vorliegende Erfindung nützlich bei der Bereitstellung einer Schicht-3-Vermittlung mit hoher Leistungsfähigkeit anstatt oder zusätzlich zu MPOA (Multi-Protocol over ATM) ist.
Bei der das Netzwerk stärkenden Ausführungsform kennt die Vermittlungseinrichtung nicht notwendigerweise die MAC-Adresse(n) des/der Router(s). Vielmehr führt die Vermittlungseinrichtung vorzugsweise die Schicht-3-Weiterleitungsfunktion von selbst an Paketen aus, die eine Schicht-3-Weiterleitung erfordern, und zwar unabhängig davon, ob diese Pakete auf der MAC-Schicht an einen einzigen Router oder an unterschiedliche Router adressiert sind. Die Vermittlungseinrichtung identifiziert die Pakete vorzugsweise als solche, die eine Schicht-3-Weiterleitung erfordern, mit Hilfe anderer Mittel als der Erkennung, dass die MAC-Zieladresse des Pakets diejenige des Routers ist. Typischerweise kann die Vermittlungseinrichtung Pakete, die eine Schicht-3-Weiterleitung erfordern, identifizieren, indem sie erkennt, dass die MAC-Zieladresse des empfangenen Pakets sich von derjenigen MAC-Adresse unterscheidet, die der Vermittlungseinrichtung als der IP-Zieladresse des Pakets entsprechend bekannt ist.
Es wird also entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mittels welchem ein Netzelement, das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung in einem Netz ausführt, das zumindest einen Router umfasst, wobei das Verfahren umfasst, für jeden Router in dem Netzwerk zumindest einen der Mehrzahl von Ports, über welchen der Router erreichbar ist, als einen Upstream-Port in Bezug auf den Router zu identifizieren und zumindest einen anderen Port als Downstream-Port in Bezug auf den Router zu identifizieren und, wenn ein Paket empfangen wird, dessen Schicht-2-Ziel der Router darstellt, eine Schicht-3-Weiterleitung auszuführen, wenn das Netzelement Weiterleitungsinformationen besitzt, die anzeigen, dass das Schicht-3-Ziel des Pakets über irgendeinen der Downstream-Ports in Bezug auf den Router erreichbar ist.
Ferner wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Paket, an welchem keine Schicht-3-Weiterleitung durch das Netzelement erfolgt, von dem Netzelement auf Schicht 2 weitergeleitet.
Ferner weist entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Paket eine Schicht-3-Quelle und ein Schicht-3-Ziel auf, die in unterschiedlichen Teilnetzen liegen.
Zudem umfasst entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren außerdem das Erlernen der Weiterleitungsinformationen.
Außerdem umfassen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen die VLAN-ID, welche dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Noch weiter umfassen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen die Schicht-2-Adresse, die dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Zudem werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Ferner werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen vollständig durch Analysieren von Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Außerdem werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von ARP-Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Ferner werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von IP-Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Weiterhin werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise gelernt durch Analysieren von Schicht-3-Paketen, die durch das Netzelement laufen, deren Schicht-2-Quelladresse eine Adresse eines Routers ist.
Außerdem wird entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schicht-3-Weiterleitungsverfahren zur Schicht-3-Weiterleitung eines einzelnen Pakets von einer Station I zu einer Station II zur Verfügung gestellt, wobei das Schicht-2-Ziel des Pakets einen Router in dem Netzwerk umfasst, der von einem Netzelement A aus erreichbar ist, über welches die Stationen I und II mit dem Netzwerk verbunden sind, wobei der Router ARP-Informationen speichert, wobei das Verfahren umfasst, das Netzelement A mit der Fähigkeit auszustatten, eine Schicht-3-Weiterleitung eines Pakets von Station I zu Station II auszuführen, wobei der Ausstattungsschritt auf Seiten des Netzelements A das Erlernen von Weiterleitungsinformationen umfasst, die von dem Router genutzt werden, um Pakete von Station I zu II weiterzuleiten, indem die ARP-Informationen des Routers gelesen werden, sowie die Schicht-3-Weiterleitung an dem einzelnen Paket an dem Netzelement A auszuführen.
Ferner umfasst entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schritt des Lesens der ARP-Informationen die Nutzung eines SNMP-Mechanismus zum Lesen der ARP-Informationen.
Außerdem wird entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mittels welchem ein Netzelement, das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung ausführt, und zwar unter Verwendung von Weiterleitungsinformationen in einem Netzwerk, das zumindest einen Router umfasst, wobei das Verfahren beinhaltet, bei Empfang eines Pakets zu bestimmen, ob das Paket eine Schicht-3-Weiterleitung erfordert oder nicht, und zwar ohne irgendwelche Informationen bezüglich der Kennung des Routers zu nutzen, und die Schicht-3-Weiterleitung auszuführen, falls das Paket eine Schicht-3-Weiterleitung benötigt und falls alle notwendigen Weiterleitungsinformationen verfügbar sind, und ansonsten eine Schicht-2-Weiterleitung auszuführen.
Ferner befinden sich entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schicht-3-Quelle des Pakets und das Schicht-3-Ziel des Pakets in unterschiedlichen Teilnetzen.
Weiterhin umfasst entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren außerdem das Erlernen von Weiterleitungsinformationen, die zur Ausführung des Schicht-3-Weiterleitungsschritts nützlich sind.
Außerdem umfassen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen die VLAN-ID, welche dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Ferner umfassen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen die Schicht-2-Adresse, die dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Zudem umfassen entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen Informationen, welche sich nur auf Stationen beziehen, für deren IP-Adressen der Nutzer festgelegt hat, dass sie zum Erlernen infrage kommen.
Außerdem werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Ferner werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen vollständig durch Analysieren von Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Weiterhin werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von ARP-Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Ferner werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise durch Analysieren von IP-Paketen, die durch das Netzelement laufen, gelernt.
Weiterhin werden entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise gelernt durch Analysieren von Schicht-3-Paketen, die durch das Netzelement laufen, deren Schicht-2-Quelladresse eine Adresse eines Routers ist.
Ferner erfolgt entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schicht-3-Weiterleitung an dem Paket durch das Netzelement nur dann, wenn die Schicht-2-Adresse, die dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht, so, wie sie dem Netzelement bekannt ist, sich von der Schicht-2-Zieladresse des Pakets unterscheidet.
Zudem wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Paket, an welchem keine Schicht-3-Weiterleitung durch das Netzelement erfolgt, von dem Netzelement auf Schicht 2 weitergeleitet.
Ferner erfolgt entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schicht-3-Weiterleitung des Pakets durch das Netzelement nur dann, wenn dem Netzelement bekannt ist, dass die Schicht-2-Zieladresse des Pakets über einen Port erreichbar ist, der sich von demjenigen Port unterscheidet, von welchem das Paket an dem Netzelement empfangen wurde.
Weiterhin wird entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Paket verworfen, wenn dem Netzelement bekannt ist, dass die Schicht-2-Zieladresse des Pakets über den Port erreichbar ist, von welchem das Paket an dem Netzelement empfangen wurde.
Ferner umfasst entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Ausführungsschritt das Ändern der Schicht-2-Quelladresse des Pakets in eine Schicht-2-Adresse des Netzelements A.
Außerdem wird entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System zur Verfügung gestellt, mittels welchem ein Netzelement, das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung in einem Netzwerk ausführt, das zumindest einen Router umfasst, wobei das System einen Portidentifizierer umfasst, der dazu dient, für jeden Router in dem Netz zumindest einen aus der Mehrzahl von Ports, über welchen der Router erreichbar ist, als einen Upstream-Port in Bezug auf den Router zu identifizieren, und zumindest einen anderen Port als Downstream-Port in Bezug auf den Router zu identifizieren, sowie eine Schicht-3-Weiterleitungseinheit, die dazu dient, bei Empfang eines Pakets, dessen Schicht-2-Ziel der Router ist, eine Schicht-3-Weiterleitung auszuführen, falls das Netzelement Weiterleitungsinformationen besitzt, die angeben, dass das Schicht-3-Ziel des Pakets über irgendeinen der Downstream-Ports in Bezug auf den Router erreichbar ist.
Außerdem wird entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schicht-3-Weiterleitungssystem zur Schicht-3-Weiterleitung eines einzelnen Pakets von einer Station I zu einer Station II bereitgestellt, wobei das Schicht-2-Ziel des Pakets einen Router in dem Netzwerk umfasst, welcher von einem Netzelement A aus erreichbar ist, über welches die Stationen I und II mit dem Netzwerk verbunden sind, wobei der Router ARP-Informationen speichert, wobei das System eine Lerneinheit umfasst, die dazu dient, für das Netzelement A eine Fähigkeit bereitzustellen, eine Schicht-3-Weiterleitung eines Pakets von Station I zu Station II auszuführen, wobei der Bereitstellungsschritt seitens des Netzelements A das Erlernen von Weiterleitungsinformationen umfasst, die von dem Router genutzt werden, um Pakete von Station I zu II weiterzuleiten, indem die ARP-Informationen des Routers gelesen werden, sowie an dem Netzelement A eine Schicht-3-Weiterleitungseinheit zur Schicht-3-Weiterleitung eines einzelnen Pakets.
Ein System, mittels welchem ein Netzelement, das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung unter Nutzung von Weiterleitungsinformationen in einem Netzwerk ausführt, das zumindest einen Router umfasst, umfasst Einrichtungen, um bei Empfang eines Pakets festzustellen, ob das Paket eine Schicht-3-Weiterleitung erfordert oder nicht, und zwar ohne irgendwelche Informationen bezüglich der Kennung des Routers zu nutzen, um eine Schicht-3-Weiterleitung auszuführen, falls das Paket eine Schicht-3-Weiterleitung benötigt und falls alle notwendigen Weiterleitungsinformationen verfügbar sind, und um ansonsten eine Schicht-2-Weiterleitung auszuführen.
Es sollte erkannt werden, dass, wenn für ein Element I gesagt wird, dass es an ein Netz "über ein Element II" angeschlossen ist, das Element I nicht notwendigerweise direkt mit dem Element II verbunden zu sein braucht. Anders ausgedrückt stellt das Element I einen Nachfahren des Elements II, aber nicht notwendigerweise einen Sohn desselben dar.
Der Begriff "Netzelement" schließt jede Einrichtung ein, durch welche Pakete laufen, während sie das Netzwerk durchqueren, darunter jede Art von Vermittlungseinrichtung, darunter, aber nicht ausschließlich, LAN-Switches; MAC-Switches; Ethernet-Switches; Ethernet-Edge Devices (dt.: Randeinrichtungen); Switches mit Ethernet-Ports und zumindest einem ATM-Port, welche LANE und optional auch MPOA betreiben; MAC-Brücken; Schicht-3-Switches; Multilayer-Switches und routende Switches.
Der Begriff "Station" schließt jegliche Einrichtung ein, von der Pakete ausgehen oder die solche empfängt, darunter, aber nicht ausschließlich, Arbeitsplatzrechner, Computer, Drucker, Server und Router.
Der Begriff "Router" schließt jede Einrichtung ein, die einer Station als Router oder Gateway bekannt ist, über welchen/s Ziele außerhalb des Teilnetzes erreicht werden können, darunter, aber nicht ausschließlich, Router, Schicht-3-Switches, Multilayer-Switches und routende Switches.
Die Ausdrücke "Routen eines Pakets", "Ausführen einer Routingfunktion an einem Paket", "Schicht-3-Weiterleitung eines Paketes" und dergleichen sind im Wesentlichen äquivalent. Beispielsweise können sich diese Ausdrücke auf eine IP-Weiterleitung beziehen, wie sie in RFC 1812 definiert ist.
Der Begriff "Teilnetz" soll als ein allgemeiner Ausdruck einen Satz von Stationen mit gemeinsamen Eigenschaften bezeichnen, beispielsweise ein IP-Teilnetz, ein IP-Netz, usw.
Es sollte erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung auf Netzwerke anwendbar ist, die nur einen Router aufweisen, aber auch auf Netzwerke, die viele Router aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich und offensichtlich werden, die in Verbindung mit den Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
1 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung eines Vermittlungsverfahrens ist, das entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert;
2A ein Beispiel für ein Netzwerk ist, das entsprechend dem Verfahren aus 1 vorgesehen ist;
2B ein Beispiel für eine IP-Tabelle des Netzelements C aus 2A ist;
2C ein Beispiel für eine MAC-Tabelle des Netzelements C aus 2A ist;
3 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Paketflusssequenz in einem Switch oder einem anderen Netzelement wie etwa den Netzelementen A und C aus 2A ist;
4 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Flusssteuersequenz ist, die in einem Switch oder einem anderen Netzelement wie etwa den Netzelementen A und C aus 2A auftritt;
5 ein vereinfachtes Diagramm der Flusssteuerung in einem Switch oder einem anderen Netzelement wie etwa dem Netzelement A aus 2A ist;
6 ein Diagramm für ein Beispiel eines Netzwerks ist, das entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert;
7A ein Beispiel für eine IP-Tabelle des Netzelements A aus 6 ist;
7B ein Beispiel für eine MAC-Tabelle des Netzelements A aus 6 ist;
7C ein Beispiel einer Lernkontrolltabelle für das Netzelement A aus 6 ist;
8 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung des Paketflusses in einem Netzelement wie etwa dem Netzelement A aus 6 ist; und
9 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Flusssteuersequenz in einem Netzelement wie etwa dem Netzelement A aus 6 ist.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Es wird nun auf die 1-5 Bezug genommen, welche ein Vermittlungsverfahren darstellen, das entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert.
1 ist eine vereinfachte, selbsterklärende Flussdiagrammdarstellung eines Vermittlungsverfahrens, das entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert.
2A stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines resultierenden Netzwerkes dar, das entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert. Die Schicht-3-Weiterleitungsfunktion für IP-Pakete von Station I zu Station II wird von dem Switch C und nicht von dem Switch A ausgeführt. Die als "Switches" bezeichneten Vermittlungseinrichtungen aus 2A können tatsächlich jeweils irgendein geeignetes Netzelement umfassen und brauchen nicht notwendigerweise Switche zu sein.
Dadurch, dass es nicht notwendig ist, die Schicht-3-Funktion in der der Quelle nächstliegenden Vermittlungseinrichtung auszuführen, erübrigt sich das Hauptproblem, von dem alternative Gestaltungen betroffen sind, welches darin besteht, wie diese Vermittlungseinrichtung die notwendigen Schicht-3-Weiterleitungsinformationen erlangt. Der übliche Ansatz erfordert, dass diese Vermittlungseinrichtung ein vollwertiger Router ist, um dadurch alle Informationen zu erhalten. Der Ansatz mit routendem Server erfordert spezielle Protokolle, mittels welchen der routende Server die notwendigen Schicht-3-Weiterleitungsinformationen an diese Vermittlungseinrichtung übermittelt. Nichts davon ist notwendig, wenn das Routen nicht an der der Quelle nächstliegenden Vermittlungseinrichtung ausgeführt zu werden braucht, da diese Vermittlungseinrichtung keine weiteren Informationen benötigt als solche, die sie leicht selbst erlernen kann. Wenn die Vermittlungseinrichtung, welche die Schicht-3-Vermittlungsfunktion ausführt, auf dem Pfad von dem Router zum Ziel liegt, kann sie alle Informationen, die sie benötigt, in einfacher Weise aus Paketen, die bei ihr selbst durchlaufen, lernen.
Außerdem wird bei der Ausführungsform aus den 1-5 eine Vermittlungseinrichtung, wenn sie die standardmäßige Schicht-3-Weiterleitungsfunktion für ein IP-Paket ausführt, typischerweise die MAC-Adresse des Routers in das Feld für die MAC-Quelladresse des weitergeleiteten Pakets schreiben. Wenn diese Funktion von dem Switch A für ein Paket von Station I zu Station II ausgeführt wird, dann führt das dazu, dass ein Paket, das die MAC-Adresse des Routers als Quelle aufweist, von dem Switch A in Richtung des Routers in das Vermittlungssystem hinein übertragen wird. Wenn das Vermittlungssystem einfache standardmäßige Vermittlungseinrichtungen umfasst, wird der MAC-Lernmechanismus verwirrt, da er die gleiche MAC-Adresse aus zwei unterschiedlichen Richtungen eingehen sieht, von dem Router und von dem Switch A, was zu Verbindungsproblemen in dem Netzwerk führt. Diese Schwierigkeit wird vorzugsweise bei der Ausführungsform aus den 1-5 im Wesentlichen eliminiert. Jeder Switch führt eine Schicht-3-Weiterleitung nur für Verkehr aus, der in einer anderen Richtung als zu dem Router hin läuft. Der Port des Switches, über welchen der Router erreichbar ist, wird als der Upstream-Port bezeichnet, und der Switch führt nur eine Schicht-3-Weiterleitung zwischen Downstream-Ports aus. Für alle Stationen und Einrichtungen stromab des Switches (d. h. die über einen Downstream-Port des Switches erreichbar sind) erscheinen die Pakete, die von dem Switch geroutet werden (auf Schicht 3 weitergeleitet) einfach, als wären sie von dem Router geroutet.
Das Verteilen der Schicht-3-Weiterleitungsfunktion in dem Netzwerk in solcher Weise, dass jede Vermittlungseinrichtung nur eine Schicht-3-Weiterleitung zwischen Downstream-Ports ausführt, hat zusätzliche Vorteile, beispielsweise was die Sicherheit betrifft. Beispielsweise kann ein Netzwerk in einem Gebäude installiert sein, in welchem Netzverkehr zwischen den Etagen einer Zugriffsbeschränkung unterliegt, der Verkehr zwischen Stationen auf der gleichen Etage jedoch keinerlei Restriktionen unterliegt. Eine Paketfilterung zur Zugriffskontrolle kann in diesem Fall nur an der Backbone-Vermittlungseinrichtung konfiguriert werden (z. B. dem Switch C aus 2A), ohne dass es irgendeine Zugriffskontrollkonfiguration an den Etagen-Vermittlungseinrichtungen gibt (z. B. den Switches A und B aus 2A), da diese niemals versuchen, Pakete zu anderen Etagen zu routen.
Dies impliziert, dass die Etagen-Vermittlungseinrichtungen einfacher und kostengünstiger sein können als die Backbone-Vermittlungseinrichtung und andere Filterfähigkeiten aufweisen können und sogar eine Paketfilterung überhaupt nicht zu unterstützen brauchen. Die Fähigkeit für einen Nutzer, zu verstehen und vorherzusagen, welche Vermittlungseinrichtung die Schicht-3-Vermittlungsfunktion für welche Sorte von Paketen ausführt, kann auch eine einfachere Konfiguration der Paketfilterregeln für die Zugriffssteuerung implizieren.
Durch diese Verteilung der Schicht-3-Weiterleitungsfunktion entsteht kein Problem mit dem Skalierungsverhalten, und zwar aufgrund der Annahme, dass alle Vermittlungseinrichtungen Verkehr mit Leitungsgeschwindigkeit sowohl auf Schicht 2 als auch auf Schicht 3 weiterleiten können. Die Pakete folgen typischerweise einem bestimmten Pfad von der Quelle zum Ziel. Daher beeinflusst die exakte Stelle auf dem Pfad, an welcher die Schicht-3-Funktion ausgeführt wird, nicht das Gesamtleistungsverhalten der Vermittlungsfunktion.
Entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den 1-5 beschrieben wird, erwirbt die Vermittlungseinrichtung Wissen hinsichtlich der MAC-Adresse des Routers und der Identität des Switch-Ports, über welchen der Router erreichbar ist. Eine Möglichkeit für die Vermittlungseinrichtung, dieses Wissen zu erlangen, besteht darin zu fordern, dass die IP-Adresse des Routers durch manuelle Konfiguration für die Vermittlungseinrichtung bereitgestellt wird. Die Vermittlungseinrichtung kann dann den Rest lernen, indem sie ARP-Anfragen an den Router sendet und aus den ARP-Antworten lernt. Eine andere Möglichkeit für die Vermittlungseinrichtung, dieses Wissen zu erlangen, besteht darin, dass sie von dem Router automatisch erfährt, indem sie Routingprotokoll-Nachrichten (z. B. RIP, OSPF, IGRP, EIGRP) und/oder ICMP-Routererkennungsprotokoll-Nachrichten identifiziert und die Quelladresse dieser Nachrichten lernt.
Es kann vorkommen, dass die Vermittlungseinrichtungen mehr als einen einzigen Router kennen. Wenn dies der Fall ist, werden alle in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Vermittlungsaktivitäten, die auf "den Router" bezogen sind, typischerweise für jeden der Router ausgeführt. Speziell werden Pakete gelernt, wenn sie von irgendeinem der Router gesendet werden, Pakete werden auf Schicht 3 durch die Vermittlungseinrichtung weitergeleitet, wenn deren MAC-Zieladresse diejenige eines der Router ist, usw. Wenn die Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung in einem Netzwerk genutzt werden, das mehrere Router enthält, zieht das Verfahren typischerweise Vorfälle in Rechnung, bei denen sich die mehreren Router gegenseitig sichern, und zwar unter Nutzung von Router-Redundanzmechanismen. Diese Mechanismen sind (aber nicht ausschließlich) HSRP und VRRP und können beinhalten, dass eine zusätzliche MAC-Adresse bekannt sein muss, die einen "virtuellen Router" darstellt. Diese MAC-Adresse wird von der Vermittlungseinrichtung unter Verwendung der gleichen Methoden wie vorstehend beschrieben oder über manuelle Konfiguration erlangt.
Die Vorrichtungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können in Netzwerken genutzt werden, in welchen virtuelle LANs (VLANs) verwendet werden. In einem solchen Netzwerk ist es möglich, dass der Router und die Vermittlungseinrichtung in der Lage sind, VLAN-Informationen zu übermitteln. Alternativ ist es möglich, dass der Router keine Kenntnis von den VLANs hat und mit der Vermittlungseinrichtung über eine Art von "globalem" Port verbunden ist, der Pakete aller VLANs weiterleitet. Alternativ ist es möglich, dass der Router mit dem Vermittlungssystem über mehrere Schnittstellen verbunden ist, eine pro VLAN. In solchen Fällen ist es möglich, dass die Vermittlungseinrichtung mehrere MAC-Adressen des Routers kennen muss und wissen muss, wie diese den unterschiedlichen VLANs entsprechen.
Wenn mehrere Router in einem Netzwerk vorhanden sind, welches virtuelle LANs umfasst, muss die Vermittlungseinrichtung möglicherweise wissen, welche MAC-Adressen demselben Router entsprechen, damit die Vermittlungseinrichtung die entsprechende MAC-Quelladresse nutzt, wenn sie ein Paket auf Schicht 3 weiterleitet. Die Vermittlungseinrichtung kann dieses Wissen durch manuelle Konfiguration erlangen, oder durch automatische Möglichkeiten wie beispielsweise durch Überwachung, über SNMP, einiger der Router-Datenbanken, beispielsweise der IP-Adressen-Tabelle und der Schnittstellentabelle der standardmäßigen MIB-II.
Die Vermittlungseinrichtung erfährt automatisch von IP-Stationen und erlernt die Weiterleitungsinformationen, die notwendig sind, um eine Schicht-3-Weiterleitung von Paketen auszuführen, die für diese Stationen bestimmt sind. Diese Informationen umfassen die MAC-Zieladresse, die bei der Weiterleitung eines Pakets zu dieser IP-Station auf Schicht 3 genutzt werden soll. Zusätzliche Informationen können ebenfalls erlernt werden, beispielsweise die VLAN-ID. Die Informationen können durch jedes geeignete Verfahren gelernt werden, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eines der nachstehend beschriebenen Verfahren oder eine beliebige Kombination derselben.
Bei der Ausführungsform aus den 1-5 kennt die Vermittlungseinrichtung den Upstream-Port, den Port, über welchen der Router erreichbar ist, und vermeidet typischerweise das Lernen aller Stationen, die über diesen Port erreichbar sind. Der Lernmechanismus aus den 1-5 ist vorzugsweise dynamisch und beinhaltet eine ständige Aktualisierung bezüglich von Bewegungen und Änderungen der Stationen. Falls eine IP-Station, die der Vermittlungseinrichtung bekannt ist, derart bewegt wird, dass sie nun über den Upstream-Port erreichbar ist, entfernt die Vermittlungseinrichtung diese Station aus ihrer Datenbank für IP-Stationen. Der IP-Lernprozess kann Meldungen zu Bewegungen und Änderungen von Stationen von dem MAC-Lernprozess der Vermittlungseinrichtung erhalten. Es kann ein Alterungsprozess bezüglich der gelernten Informationen vorgesehen sein, und die Nutzerkonfiguration kann die Eigenschaften des Alterungsmechanismus ebenso kontrollieren, wie sie die Typen von Stationen kontrolliert, auf welche dieser angewendet wird (z. B. schnellere Alterung für entfernt gelegene IP-Stationen, die über einen weiteren Router erreichbar sind).
Bevorzugte Lernverfahren sind:

a) Lernen des Ziels der IP-Pakete, die von dem Router gesendet werden, d. h. Lernen von Paketen, deren MAC-Quelladresse die MAC-Adresse des Routers ist und deren IP-Zieladresse die IP-Adresse der gelernten Station ist;
b) Lernen der Quelle von ARP-Paketen, entweder ARP-Anfragen oder ARP-Antworten oder beiden;
c) Lernen des Ziels von ARP-Antworten;
d) Lernen der Quelle von IP-Paketen, entweder aller oder nur derjenigen aus lokalen Teilnetzen oder derjenigen, die zu vorkonfigurierten IP-Adressbereichen gehören oder nicht zu diesen gehören;
e) Lernen der Quelle von IP-Paketen, die an bestimmte MAC-Adressen oder von diesen gesendet werden, oder derjenigen, die explizit nicht an bestimmte MAC-Adressen oder von diesen gesendet werden (z. B. IP-Paketen, die an die MAC-Adresse des Routers gesendet werden, aber nicht die MAC-Adresse eines weiteren Routers als ihre MAC-Quelladresse haben);
f) Lernen aus den ARP-Tabellen des Routers oder anderen Datenbanken, die von dem Router unter Nutzung von SNMP oder anderen Mechanismen gelesen werden können;
g) Lernen anhand der Nutzerkonfiguration.

Bei der Ausführungsform aus den 1-5 imitiert die Vermittlungseinrichtung den Router und behandelt Pakete in der gleichen Weise, wie der Router die gleichen Pakete behandeln würde. Auf diese Weise ist es möglich, dass das erste Paket eines Paketstroms zu einer bestimmten Station den Vermittlungseinrichtungen unbekannt ist und von dem Router geroutet wird, nachfolgende Pakete aber von der Vermittlungseinrichtung geroutet werden, indem diese alle notwendigen Informationen aus dem ersten Paket gelernt hat.
Entsprechend der Ausführungsform aus den 1-5 wird jedes Paket, dessen MAC-Zieladresse die MAC-Adresse des Routers ist und dessen IP-Zieladresse der Vermittlungseinrichtung bekannt ist, von der Vermittlungseinrichtung auf Schicht 3 weitergeleitet (d. h. geroutet). Ausnahmepakete wie solche mit IP-Optionen oder deren TTL (Time-to-live) gleich Null ist, brauchen nicht von der Vermittlungseinrichtung geroutet zu werden und können stattdessen auf Schicht 2 weitergeleitet werden. Die Vermittlungseinrichtung leitet auf Schicht 3 vorzugsweise entsprechend der standardmäßigen Routingfunktion weiter, einschließlich der Überprüfung der Gültigkeit des Pakets, Ersatz des MAC-Headers, Heruntersetzen der TTL und Aktualisieren der Prüfsumme. Die Vermittlungseinrichtung schreibt die MAC-Adresse des Routers oder eine andere MAC-Adresse in das Feld für die MAC-Quelladresse des Pakets. Bei alternativen Gestaltungen können die gleichen Lernverfahren genutzt werden und einige Teile der standardmäßigen Routingfunktion können vermieden werden, beispielsweise die Weiterleitung des Pakets, ohne dessen MAC-Quelladresse zu ändern, oder die Weiterleitung des Pakets, ohne irgendetwas anderes zu ändern als die MAC-Zieladresse, oder sogar die Weiterleitung des Pakets ohne zu überprüfen, ob die MAC-Zieladresse des Pakets diejenige des Routers ist.
Der Schicht-3-Weiterleitungsprozess in der Vermittlungseinrichtung kann mit Zugriffskontroll-Paketfiltermechanismen kombiniert werden, die zu einer Blockierung von Paketen und/oder Weiterleitung selbiger auf Schicht 2 führen können.
Entsprechend der Ausführungsform aus den 1-5 wird jedes Paket, dessen MAC-Zieladresse die MAC-Adresse des Routers ist, und dessen IP-Ziel der Vermittlungseinrichtung nicht bekannt ist, typischerweise auf Schicht 2 vermittelt und wird somit in Richtung des Routers weitergeleitet. Es wird danach entweder durch eine andere Vermittlungs einrichtung auf dem Pfad zu dem Router auf Schicht 3 weitergeleitet oder es erreicht den Router und wird von diesem geroutet.
Es gibt verschiedene Fälle, in denen das Paket den Router erreicht, beispielsweise die folgenden Fälle:

a) Spezielle Typen von Paketen, die nicht von der Vermittlungseinrichtung behandelt werden und immer auf Schicht 2 weitergeleitet werden, beispielsweise Pakete mit IP-Optionen;
b) Pakete, die über den Router hinaus laufen, wie Pakete, die in dem Netzwerk aus 2A von A nach D gesendet werden. Das Ziel D kann niemals von den Vermittlungseinrichtungen erlernt werden, sodass D für die Vermittlungseinrichtungen A und C immer unbekannt ist und alle Pakete zu D durch die Vermittlungseinrichtungen A und C auf Schicht 2 vermittelt werden;
c) Lokale Pakete, die zu Stationen in dem Vermittlungsnetzwerk zurücklaufen, die noch nicht von den Vermittlungseinrichtungen gelernt wurden. Die Menge an lokalem Verkehr, die durch den Router läuft, ist gering, da die entsprechenden Vermittlungseinrichtungen schnell die neue Station aus analysierten Paketen lernen und beginnen, solchen Verkehr selbst abzuwickeln.

2B stellt ein Beispiel einer IP-Tabelle 70 des Netzelements C aus 2A dar. Wie gezeigt ist, speichert die IP-Tabelle des Netzelements C typischerweise die IP- und MAC-Adresse jeder Station stromab des Netzelements C.
2C stellt ein Beispiel für eine MAC-Tabelle des Netzelements C aus 2A dar. Wie gezeigt ist, speichert die MRC-Tabelle des Netzelements C typischerweise für jede MAC-Entität in einem MAC-Netzwerk des Netzelements C die MAC-Adresse der MAC-Entität sowie den Port des Netzelements C, über welchen das Netzelement C Pakete an diese MAC-Entität weiterleitet. Das MAC-Netzwerk eines Netzelements umfasst typischerweise alle MAC-Entitäten (Netzelemente, Router oder Stationen), welche mit diesem Netzelement entweder direkt oder über einen Switch oder eine Brücke, nicht aber über einen Router, verbunden sind.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, welche eine vereinfachte, im Allgemeinen selbsterklärende Flussdiagrammdarstellung eines bevorzugten Paketflusses in einer Vermittlungseinrichtung, beispielsweise des Paketflusses in dem Netzelement A und in dem Netzelement C aus 2A, ist. Es folgen nun Erklärungen bezüglich bestimmter Schritte:
WARTE AUF PAKET (Schritt 100) – Das System wartet darauf, dass ein Paket ankommt, und bei dessen Ankunft aktiviert es Schritt 110.
IP? (Schritt 110) – Der Rahmen wird vom Typ her als IP identifiziert. Beispielsweise führt in Ethernet-Netzwerken ein Rahmen mit Ethernet-Typ 0 × 800 ein IP-Paket.
ARP? (Schritt 120) – Der Rahmen wird vom Typ her als ARP identifiziert. Beispielsweise führt in Ethernet-Netzwerken ein Rahmen mit Ethernet-Typ 0 × 860 ein ARP-Paket.
MAC-QUELLE DOWNSTREAM (Schritt 130) – Die MAC-Quelladresse des Pakets ist nicht unbekannt, d. h. sie ist in der MAC-Tabelle 80 aus 2C zu finden, und der Port, der dieser in der MAC-Tabelle 80 aus 2C entspricht, ist nicht derjenige Port, über welchen der Router erreichbar ist.
IP-ABSENDER LERNEN (optionaler Schritt 140) – Lese die IP-Adresse des Absenders aus der ARP-Nachricht in dem Paket. Finde in der IP-Tabelle 70 aus 2B den Datensatz, der dieser IP-Adresse entspricht. Wenn kein solcher Datensatz in der Tabelle 70 aus 2B vorhanden ist, dann erzeuge einen. Lese die MAC-Quelladresse aus dem Feld für die Hardware-Absenderadresse der ARP-Nachricht in dem Paket. Schreibe diese MAC-Adresse in das MAC-Adressfeld dieses Datensatzes in der IP-Tabelle 70 aus 2B.
UNICAST? (Schritt 150) – Das Paket ist ein Unicast-Paket, wenn seine MAC-Zieladresse eine Unicast-MAC-Adresse ist.
NORMALES IP-PAKET (Schritt 160) – Das IP-Paket ist gültig gemäß der Definition in RFC 1812. Außerdem ist das IP-Paket eines der Version 4, enthält keine IP-Optionen und die TTL ist größer als 1.
MAC-QUELLE = ROUTER? (Schritt 170) – In diesem Schritt wird die MAC-Quelladresse des Pakets überprüft. Wenn sie gleich der MAC-Adresse eines Routers ist, dann ist bekannt, dass das Paket an dem Router seinen Ursprung hat oder durch den Router weitergeleitet worden ist.
MAC-ZIEL DOWNSTREAM (Schritt 180) – Die MAC-Zieladresse des Pakets ist nicht unbekannt, d. h. sie ist in der MAC-Tabelle 80 aus 2C zu finden, und der Port, der dieser in der MAC-Tabelle 80 aus 2C entspricht, ist nicht derjenige Port, über welchen der Router erreichbar ist.
IP-ZIEL LERNEN (Schritt 190) – Lese die IP-Zieladresse aus dem IP-Header des Pakets. Finde in der IP-Tabelle 70 aus 2B den Datensatz, der dieser IP-Adresse entspricht. Falls in der Tabelle 70 aus 2B kein solcher Datensatz vorhanden ist, erzeuge einen. Lese die MAC-Zieladresse aus dem MAC-Header des Pakets. Schreibe diese MRC-Adresse in das MAC-Adressfeld dieses Datensatzes in der IP-Tabelle 70 aus 2B. Lese die MAC-Quelladresse aus dem MRC-Header des Pakets. Schreibe diese MAC-Adresse in das MAC-Feld des Routers dieses Datensatzes in der IP-Tabelle 70 aus 2B.
MAC-QUELLE DOWNSTREAM? (Schritt 200) – Das Feld für die MAC-Quelladresse des Paketes wird gegenüber der MAC-Tabelle 80 aus 2C überprüft, um festzustellen, ob der Port, dem die MAC-Adresse zugeordnet ist, ein Downstream-Port ist. In 2A weist die Vermittlungseinrichtung C zwei Downstream-Ports (Ports 1 und 2) und einen Upstream-Port (Port 3) auf.
IP-QUELLE LERNEN (optionaler Schritt 210) – Lese die IP-Quelladresse aus dem IP-Header des Pakets heraus. Finde in der IP-Tabelle 70 aus 2B den Datensatz, der dieser IP-Adresse entspricht. Wenn in der Tabelle 70 aus 2B kein solcher Datensatz vorhanden ist, erzeuge einen. Lese die MAC-Quelladresse aus dem MAC-Header des Pakets. Schreibe diese MAC-Adresse in das MAC-Adressfeld dieses Datensatzes in der IP-Tabelle 70 aus 2B.
MAC-ZIEL = ROUTER? (Schritt 220) – Die MAC-Zieladresse des Pakets ist eine der MAC-Adressen des Routers. Dadurch wird das Paket als ein solches identifiziert, das möglicherweise eine Routingfunktion (Schicht-3-Weiterleitung) durchlaufen muss. Die Quellen- und die IP-Zieladresse des Pakets, d. h. die Ursprungsstation und die empfangende Station, liegen wahrscheinlich in unterschiedlichen IP-Netzen oder Teilnetzen.
FINDE IP-ZIEL IN DER IP-TABELLE (Schritt 230) – Die IP-Tabelle 70 aus 2B wird durchsucht, um einen Datensatz zu finden, der mit der IP-Zieladresse des Paketes übereinstimmt.
GEFUNDEN? (Schritt 240) – Wenn ein Datensatz, der mit der IP-Zieladresse des Pakets übereinstimmt, durch Schritt 230 in der IP-Tabelle 70 gefunden worden ist, führe Schritt 250 aus. Ansonsten führe Schritt 260 aus.
IP-WEITERLEITUNG (Schritt 250) – ist typischerweise die standardmäßige IP-Weiterleitungsfunktion, wie sie in RFC 1812 definiert ist, einschließlich des Heruntersetzens der TTL um Eins und Aktualisieren der IP-Prüfsumme dementsprechend. Außerdem wird die MAC-Quelladresse durch die MAC-Adresse des Routers ersetzt und die MAC-Zieladresse wird durch die MAC-Adresse ersetzt, die in dem Datensatz in der IP-Tabelle 70 aus 2B entsprechend dem IP-Ziel gefunden wurde.
MAC-VERMITTLUNG (Schritt 260) – Die standardmäßige MAC-Vermittlungsfunktion, wie sie im IEEE-Standard 802.1D definiert ist, einschließlich des Lernens und Aktualisierens der MAC-Tabelle 80 aus 2C.
4 stellt eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung der Flusssteuerung in einer Vermittlungseinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
ALTERUNG DER IP-TABELLE (Schritt 300) – aller 30 Sekunden Löschen aller Datensätze aus der IP-Tabelle 70 aus 2B.
ANZEIGE MAC LERNEN (Schritt 310) – Eine Meldung wird von dem MAC-Lernprozess in der Vermittlungseinrichtung darüber erhalten, dass eine bestimmte MAC-Adresse entweder aus der MAC-Tabelle 80 aus 2C entfernt worden ist oder den Port geändert hat. Dies kann ein Ergebnis dessen sein, dass der MAC-Lernprozess die neue Information aus einem empfangenen Paket gelernt hat oder eine Alterungsfunktion an der MAC-Tabelle 80 aus 2C ausführt.
GELÖSCHT? (Schritt 320) – Wenn die in Schritt 310 empfangene Meldung die Entfernung einer MAC-Adresse aus der MAC-Tabelle 80 anzeigt, führe Schritt 340 aus. Ansonsten, d. h. wenn die in Schritt 310 empfangene Meldung anzeigt, dass eine MAC-Adresse den Port geändert hat, führe Schritt 330 aus.
LIEGT NEUER PORT UPSTREAM ? (Schritt 330) – Der Port, welcher in der MAC-Tabelle 80 aus 2C dieser MAC-Adresse zugeordnet ist, hat sich geändert, und der neue Port ist derjenige Port, über welchen der Router erreichbar ist.
LÖSCHEN AUS IP-TABELLE (Schritt 340) – Aus der IP-Tabelle 70 aus 2B werden alle Datensätze entfernt, die diese MAC-Adresse in ihrem MAC-Adressfeld spezifizieren.
IGNORIEREN (Schritt 344) – Es erfolgt keine Aktion.
Außerdem wird entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Schicht-3-Vermittlungsverfahren zur Schicht-3-Weiterleitung eines einzelnen Pakets von einer Station I zu einer Station II zur Verfügung gestellt, bei welchem das Schicht-2-Ziel des Pakets einen Router in dem Netzwerk umfasst, der von einem Netzelement A aus, über welches die Stationen I und II mit dem Netzwerk verbunden sind, erreichbar ist, wobei der Router typischerweise solche Weiterleitungsinformationen wie etwa ARP-Informationen speichert. Das Verfahren umfasst, das Netzelement A mit der Fähigkeit auszustatten, eine Routingfunktion an einem Paket auszuführen, welche das Paket von Station I zu Station II zu routet, wobei der Bereitstellungsschritt seitens des Netzelements A umfasst, Weiterleitungsinformationen zu lernen, die von dem Router genutzt werden, um eine Schicht-3-Weiterleitung von Paketen von Station I zu Station II auszuführen, und zwar durch Lesen von Weiterleitungs- (z. B. ARP-) Informationen von dem Router und Ausführen einer Routingfunktion an dem einzelnen Paket an dem Netzelement A. Die Weiterleitungs- (z. B. ARP-) Informationen des Routers können unter Nutzung eines SNMP-Mechanismus gelesen werden.
5 stellt eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Flusssteuerung in einer Vermittlungseinrichtung entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Zum Initialisierungszeitpunkt (Schritt 350) sowie beispielsweise aller 30 Minuten (Schritt 370) wird die ARP-Tabelle des Routers in die IP-Tabelle 70 aus 2B eingelesen (Schritt 360). Dieser Vorgang kann beispielsweise folgendermaßen ausgeführt werden: SNMP-GET-NEXT-Anfragen werden an die IP-Adresse des Routers gesendet, wobei die Objektkennung der Anfrage die in MIB-II (RFC 1213) definierte Netz-zu-Medien-Tabelle spezifiziert. Alle Daten in der IP-Tabelle 70 aus 2B werden durch die Daten ersetzt, die aus den SNMP-Antworten des Routers erhalten werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die 6-9 beschrieben. Die Ausführungsform aus den 6-9 ermöglicht ebenso wie die Ausführungsform aus den 1-5, dass netzweit eine Schicht-3-Vermittlung stattfindet, d. h. an den Vermittlungseinrichtungen des Netzes, ohne dass irgendeine der Vermittlungseinrichtungen des Netzes notwendigerweise ein Router zu sein braucht.
Die Ausführungsform aus den 6-9 ermöglicht, dass die Vermittlungseinrichtung (oder die Vermittlungseinrichtungen) das gesamte Netzwerk anstatt einen spezifischen Router stärken. Es ist nicht notwendig, dass die Vermittlungseinrichtung weiß, dass die MAC-Adresse(n) des Routers tatsächlich MAC-Adressen eines Routers sind. Vielmehr führt die Vermittlungseinrichtung die Schicht-3-Weiterleitungsfunktion von selbst an Paketen aus, die eine Schicht-3-Weiterleitung erfordern, egal, ob diese Pakete auf der MAC-Schicht an einen einzelnen Router oder an unterschiedliche Router adressiert sind. Es ist nicht notwendig, dass die Vermittlungseinrichtung feststellt, dass die Pakete eine Schicht-3-Weiterleitung erfordern, indem sie die MAC-Zieladresse des Pakets als die Adresse des Routers erkennt. Die Vermittlungseinrichtung kann diese Feststellung durch andere Möglichkeiten, wie sie nachstehend beschrieben werden, realisieren.
Die Vermittlungseinrichtung erfährt automatisch von den IP-Stationen und lernt die Weiterleitungsinformationen, die notwendig sind, um eine Schicht-3-Weiterleitung von Paketen auszuführen, die für diese Stationen bestimmt sind. Diese Informationen umfassen die MAC-Zieladresse, die bei der Schicht-3-Weiterleitung eines Pakets zu dieser IP-Station genutzt werden soll. Zusätzliche Informationen können ebenfalls gelernt werden, beispielsweise die virtuelle LAN- (VLAN-) ID. Die Informationen können durch ein beliebiges geeignetes Verfahren gelernt werden, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, eines der nachstehend beschriebenen Verfahren oder jede Kombination derselben.
Der Lernmechanismus ist vorzugsweise dynamisch und umfasst eine Aktualisierung bezüglich von Stationsänderungen. Es kann ein Alterungsprozess bezüglich der gelernten Daten vorgesehen sein, und die Eigenschaften des Alterungsmechanismus können durch Nutzerkonfiguration gesteuert werden. Bevorzugte Lernmethoden umfassen:

– Lernen der Quelle von ARP-Paketen, entweder ARP-Anfragen oder ARP-Antworten oder beiden;
– Lernen des Ziels von ARP-Antworten;
– Herauslesen von Informationen aus IP-Paketen bezüglich der Quelle dieser IP-Pakete und Nutzen dieser Informationen nicht zum Lernen neuer Stationen, sondern vielmehr nur, um die mittels eines anderen Verfahrens gelernten Daten aufzufrischen, welche Stationen betreffen, die der Vermittlungseinrichtung bereits bekannt sind;
– Lernen aus den Quellenfeldern zumindest einiger IP-Pakete;
– Lernen aus den Zielfeldern zumindest einiger IP-Pakete.

Optional kann die Vermittlungseinrichtung dem Nutzer ermöglichen, den Lernmechanismus zu steuern, indem konfiguriert wird, welche IP-Stationen zum Lernen für die Schicht-3-Vermittlung infrage kommen und welche nicht zum Lernen infrage kommen. Nur Stationen, die zum Lernen infrage kommen, werden zu der IP-Tabelle hinzugefügt, sodass danach Pakete an diese geroutet werden. Stationen, die nicht zum Lernen infrage kommen, gelangen niemals in die Tabelle, also werden von dieser Vermittlungseinrichtung niemals Pakete an diese geroutet. Anders ausgedrückt werden Pakete zu den Stationen, die nicht zum Lernen infrage kommen, niemals von dieser Vermittlungseinrichtung auf Schicht 3 weitergeleitet, sondern werden immer auf Schicht 2 vermittelt. Auf diese Weise stellt der Nutzer sicher, dass Pakete für diese Stationen einen Router oder eine andere Vermittlungseinrichtung erreichen, die möglicherweise erweiterte Fähigkeiten auf solchen Gebieten wie Zugriffssteuerung und Verkehrsüberwachung aufweisen. Eine mögliche Konfiguration zur Unterstützung dieses Merkmals umfasst eine "Lernkontrolltabelle", die eine Liste von infrage kommenden IP-Adressbereichen speichert. Ein infrage kommender IP-Adressbereich, z. B. ein IP-Teilnetz, stellt einen Bereich von IP-Adressen dar, welche alle für das Lernen infrage kommen. Alternativ kann ein nicht infrage kommender IP-Adressbereich gespeichert werden, der einen Bereich von IP-Adressen umfasst, welche alle nicht zum Lernen infrage kommen.
Beispielsweise umfasst die Lernkontrolltabelle 470 aus 7C eine Liste von IP-Adressbereichen, z. B. IP-Teilnetzen. Jeder IP-Adressbereich kann durch eine IP-Adresse und eine Maske definiert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Lernkontrolltabelle genutzt, um alle infrage kommenden IP-Adressbereiche zu speichern. Alternativ kann die Lernkontrolltabelle genutzt werden, um alle nicht infrage kommenden IP-Adressbereiche zu speichern. Alternativ kann die Lernkontrolltabelle ein zusätzliches Feld enthalten, das einen Merker speichert, welcher anzeigt, ob der dem Merker entsprechende Adressbereich zum Lernen infrage kommt oder nicht infrage kommt.
Die Vermittlungseinrichtung untersucht jedes empfangene Paket und stellt fest, ob dieses eine Schicht-3-Weiterleitung erfordert. Dies braucht nicht auf Grundlage dessen zu erfolgen, ob das Paket eine MAC-Zieladresse eines Routers aufweist, und es ist nicht notwendig, dass die Vermittlungs einrichtung weiß, dass die MAC-Adresse des Routers tatsächlich die MAC-Adresse eines Routers ist. Ein Paket erfordert typischerweise eine Schicht-3-Weiterleitung, wenn die folgenden 2 Bedingungen beide erfüllt sind:

(a) Die MAC-Zieladresse des empfangenen Pakets ist der Vermittlungseinrichtung bekannt (d. h. ist in der MAC-Tabelle 80 aus 2C zu finden); und die Portnummer in der MAC-Tabelle (2C) entspricht der MAC-Zieladresse des empfangenen Pakets und nicht dem Port, von welchem das Paket empfangen wurde.
(b) Die IP-Zieladresse des empfangenen Pakets ist der Vermittlungseinrichtung bekannt (d. h. ist in der IP-Tabelle 70 aus 2B zu finden); und die MAC-Zieladresse des empfangenen Pakets unterschiedet sich von der MAC-Adresse, welche der IP-Zieladresse des Pakets entspricht, wie sie in der IP-Tabelle aus 2B zu finden ist.

Bedingung (a) ist wichtig, um eine Paketduplizierung für den Fall zu vermeiden, dass die MAC-Zieladresse des Pakets über den Port erreichbar ist, von welchem das Paket empfangen wurde. In diesem Fall empfängt die Station oder der Router, für welche(n) das Paket auf der MAC-Schicht bestimmt war, das Paket und behandelt dieses selbst.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch funktionieren, ohne die Bedingung (a) zu überprüfen, wenn Restriktionen für die Netzstruktur gelten, die sicherstellen, dass kein solcher Fall auftreten kann. Ein Beispiel für eine solche Restriktion kann sein, dass keine "gemeinsam genutzten LAN"-Segmente mit der Vermittlungseinrichtung verbunden sind und stattdessen die Vermittlungseinrichtung nur Stationen oder Router verbindet.
Bedingung (b) ist wichtig, um ein Routen (d. h. Weiterleiten in Schicht 3) von teilnetzinternen Paketen zu vermeiden, d. h. Paketen, die zwischen Stationen in dem gleichen IP-Teilnetz gesendet werden. Solche Pakete sind nicht für irgendeinen Router bestimmt und sollen auf Schicht 2 weitergeleitet (d. h. vermittelt) werden. Würde die Vermittlungseinrichtung auf Schicht 3 Pakete weiterleiten, die nicht die Bedingung (b) erfüllen, würde dies jedenfalls für die MAC-Zieladresse keine Änderung bedeuten. Obgleich dies keine bevorzugte Ausführungsform darstellt, könnte das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung also auch ohne Überprüfung der Bedingung (b) funktionieren.
Jedes Paket, für das, typischerweise wie zuvor definiert, festgestellt wird, dass es eine Schicht-3-Weiterleitung erfordert, wird von der Vermittlungseinrichtung auf Schicht 3 weitergeleitet (d. h. geroutet). Ausnahmepakete wie solche mit IP-Optionen oder deren TTL gleich Null ist, können nicht von der Vermittlungseinrichtung geroutet werden und werden stattdessen auf Schicht 2 weitergeleitet, sodass sie den Router erreichen, für welchen sie auf der MAC-Schicht bestimmt sind, und von diesem abgewickelt werden.
Wenn die Vermittlungseinrichtung auf Schicht 3 weiterleitet, macht sie dies vorzugsweise entsprechend der standardmäßigen Routingfunktion, welche das Überprüfen der Gültigkeit des Pakets, den Austausch des MAC-Headers, das Heruntersetzen der TTL und das Aktualisieren der Prüfsumme einschließt. Die Vermittlungseinrichtung schreibt ihre eigene MAC-Adresse in das Feld für die MAC-Quelladresse des Pakets. Die Vermittlungseinrichtung kann mehrere MAC-Adressen auf unterschiedlichen VLANs aufweisen, in welchem Fall die als Quelle genutzte MAC-Adresse diejenige ist, die dem VLAN entspricht, auf welchem das Paket gesendet wird, d. h. dem VLAN der Zielstation. Alternative Gestaltungen können die gleichen Lern- und Paketidentifikationsverfahren nutzen und einige Teile der standardmäßigen Routingfunktion vermeiden, beispielsweise das Paket weiterleiten, ohne dass irgendetwas außer der MAC-Zieladresse geändert wird.
Der Schicht-3-Weiterleitungsvorgang in der Vermittlungseinrichtung kann mit bestimmten Zugriffskontoll-Paketfiltermechanismen kombiniert werden, die zur Blockierung der Pakete und/oder zur Weiterleitung derselben auf Schicht 2 führen können.
Jedes Paket, für das festgestellt wird, dass es keine Schicht-3-Weiterleitung erfordert (wie vorstehend definiert), wird auf Schicht 2 vermittelt. Dies schließt Pakete ein, die ein Routen erfordern, deren Zieladresse aber der Vermittlungseinrichtung nicht bekannt ist. Solche Pakete werden von dem Router geroutet, für welchen sie auf der MAC-Schicht bestimmt sind (oder werden von einer anderen Vermittlungseinrichtung geroutet, die auf dem Weiterleitungsweg zu diesem Router liegt). Der Bestimmungsort solcher Pakete kann eine entfernt gelegene IP-Adresse sein, die nur über einen Router erreichbar ist und niemals von der Vermittlungseinrichtung gelernt werden kann, er kann aber auch eine IP-Adresse einer Station innerhalb des lokalen Netzes sein, die von der Vermittlungseinrichtung aus erreicht werden könnte, ohne über einen Router zu gehen. Solche lokalen IP-Adressen werden automatisch von der Vermittlungseinrichtung gelernt, somit wird im Allgemeinen die Menge an lokalem Verkehr, der in dem Netzwerk durch Router läuft, klein sein, da die entsprechenden Vermittlungseinrichtungen schnell die neuen Stationen lernen werden und beginnen werden, solchen Verkehr selbst abzuwickeln.
Nehmen wir speziell auf die 6-9 Bezug:
6 stellt ein Diagramm für ein Beispiel eines Netzwerks dar, das entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und funktioniert. Wie gezeigt ist, sind die Ports 1 und 2 der Vermittlungseinrichtung A zwei jeweiligen VLANs zugeordnet, deren ID-Nummern 5 und 8 lauten.
7A stellt ein Beispiel für eine IP-Tabelle 450 des Netzelements A aus 6 dar. Jeder Datensatz in der IP-Tabelle enthält eine IP-Adresse sowie eine MAC-Adresse und eine VLAN-ID, zu welchen Pakete mit dieser IP-Adresse weitergeleitet werden sollten. Jeder Datensatz enthält außerdem einen Gelernt-Merker, der anzeigt, wie aktuell die Daten in den anderen Feldern des Datensatzes sind. Allgemeiner gesagt kann auch ein Router eine IP-Adresse (nicht gezeigt) aufweisen, in welchem Fall typischerweise ein Datensatz, der für diesen Router bestimmt ist, zu der IP-Tabelle 450 aus 7A hinzugefügt wird.
7B stellt ein Beispiel für eine MAC-Tabelle 460 des Netzelements A aus 6 dar.
7C stellt ein Beispiel für eine Lernkontrolltabelle 470 des Netzelements A aus 6 dar. Wie vorstehend beschrieben, enthält die Lernkontrolltabelle 470 aus 7C eine Liste mit IP-Adressbereichen, z. B. IP-Teilnetzen. Jeder IP-Adressbereich kann durch eine IP-Adresse und eine Maske definiert werden. Die Lernkontrolltabelle kann alle infrage kommenden IP-Adressbereiche oder alle nicht infrage kommenden IP-Adressbereiche speichern oder kann ein (nicht gezeigtes) zusätzliches Feld enthalten, das einen Merker speichert, welcher angibt, ob der dem Merker entsprechende Adressbereich zum Lernen infrage kommt oder nicht infrage kommt.
Die 8 und 9 beziehen sich auf ein Schicht-3-Vermittlungsverfahren zur Schicht-3-Weiterleitung eines einzelnen Pakets von einer Station I, die mit einem Netzwerk wie etwa dem Netzwerk aus 6 verbunden ist, über ein Netzelement A zu einer Station II, welche von dem Netzelement A aus erreichbar ist. Bei dem Verfahren aus den 8 und 9 umfasst das Schicht-2-Ziel des Pakets die Schicht-2-Adresse entweder einer Station oder irgendeines Routers in dem Netzwerk. Das Netzelement A weiß nicht notwendigerweise, welche Schicht-2-Adressen zu Routern gehören und welche nicht. Das Verfahren umfasst, ein Netzelement A mit der Fähigkeit auszustatten, eine Routingfunktion an einem Paket auszuführen, wobei die Routingfunktion das Routen des Pakets von Station I zu Station II sowie das Ausführen einer Routingfunktion an dem einzelnen Paket an dem Netzelement A umfasst.
8 stellt eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung des Paketflusses in einem Netzelement wie etwa dem Netzelement A aus 6 dar.
IP? (Schritt 510) – Der Rahmen wird vom Typ her als IP identifiziert. Beispielsweise führt in Ethernet-Netzwerken ein Rahmen mit Ethernet-Typ 0 × 800 ein IP-Paket.
ARP? (Schritt 520) – Der Rahmen wird vom Typ her als ARP identifiziert. Beispielsweise führt in Ethernet-Netzwerken ein Rahmen mit Ethernet-Typ 0 × 860 ein ARP-Paket.
DARF ABSENDER GELERNT WERDEN? (Schritt 525) – Die IP-Adresse der Absenderstation (so, wie sie in dem ARP-Paket festgehalten ist) wird gegenüber der Lernkontrolltabelle 470 aus 7C überprüft, um festzustellen, ob es gestattet ist, diese Adresse zu lernen oder nicht.
In Schritt 530 (lerne IP-Absender) liest das Verfahren die IP-Adresse des Absenders aus der ARP-Nachricht in dem Paket heraus. Das Verfahren findet in der IP-Tabelle 450 (7A) den Datensatz, der dieser IP-Adresse entspricht. Wenn in der Tabelle kein solcher Datensatz vorhanden ist, erzeugt das Verfahren einen. Das Verfahren liest die MAC-Quelladresse aus dem Feld für die Hardware-Absenderadresse der ARP-Nachricht in dem Paket. Diese MAC-Adresse wird in das MAC-Adressfeld dieses Datensatzes der IP-Tabelle geschrieben. Der Datensatz wir als gelernt markiert, indem der "Gelernt-Merker" des Datensatzes in der IP-Tabelle 450 aus 7A gesetzt wird. Optional, wenn VLANs unterstützt werden, wird die ID des VLAN, aus welchem die ARP-Nachricht empfangen wurde, in das VLAN-ID-Feld dieses Datensatzes der IP-Tabelle geschrieben.
UNICAST? (Schritt 540) – Das Paket ist ein Unicast-Paket, wenn seine MAC-Zieladresse eine Unicast-MAC-Adresse ist.
NORMALES IP-PAKET (Schritt 550) – Das IP-Paket ist gültig gemäß der Definition in RFC 1812. Außerdem ist das IP-Paket eines der Version 4, enthält keine IP-Optionen und die TTL ist größer als 1.
Optional, in Schritt 560 (FRISCHE IP-QUELLE AUF) wird die IP-Quelladresse aus dem IP-Header des Pakets herausgelesen. Das Verfahren findet in der IP-Tabelle 450 (7A) den Datensatz, der dieser IP-Adresse entspricht. Wenn in der Tabelle kein solcher Datensatz vorhanden ist, erfolgt keine Aktion seitens des Verfahrens und es wird kein solcher erzeugt. Wenn ein solcher Datensatz existiert, wird die MAC-Quelladresse aus dem MAC-Header des Pakets gelesen. Wenn sich diese MAC-Adresse von dem MAC-Adressfeld dieses Datensatzes der IP-Tabelle unterscheidet, erfolgt keine Aktion seitens des Verfahrens und der Datensatz wird nicht aktualisiert. Wenn diese MAC-Adresse gleich dem MAC-Adressfeld dieses Datensatzes der IP-Tabelle ist, frischt das Verfahren den Datensatz auf, wobei es den "Gelernt-Merker" des Datensatzes in der Tabelle 450 aus 7A setzt, wodurch der Datensatz als "gelernt" markiert wird.
In Schritt 570 (MAC-ZIEL UNBEKANNT) wird die MAC-Zieladresse des Pakets in der MAC-Tabelle 460 aus 7B entweder gefunden oder nicht gefunden.
In Schritt 580 (MAC-ZIEL SEGMENTINTERN) ist der Port, welcher der MAC-Zieladresse des Pakets in der MAC-Tabelle 460 aus 7B entspricht, entweder gleich oder nicht gleich dem Port, von welchem das Paket empfangen wurde.
In Schritt 590 (VERWERFE PAKET) wird das Paket nicht weitergeleitet.
In Schritt 600 wird die IP-Tabelle 450 aus 7A durchsucht, um einen Datensatz zu finden, der mit der IP-Zieladresse des Pakets übereinstimmt.
In Schritt 610 wird, wenn durch Schritt 600 ein Datensatz in der IP-Tabelle 450 gefunden wurde, der mit der IP-Zieladresse des Pakets übereinstimmt, Schritt 620 ausgeführt, ansonsten wird Schritt 650 ausgeführt.
In Schritt 620 (MAC = MAC-Ziel) ist die MAC-Zieladresse des Pakets gleich der MAC-Adresse, die der IP-Zieladresse des Pakets entspricht, oder nicht, wie in der IP-Tabelle 450 aus 7A festgestellt wird.
IP-WEITERLEITUNG (Schritt 630) – Typischerweise umfasst die standardmäßige IP-Weiterleitungsfunktion, wie sie in RFC 1812 definiert ist, folgendes:

(a) Vermindern der TTL um Eins und entsprechendes Aktualisieren der IP-Prüfsumme;
(b) Ersetzen der MAC-Zieladresse durch die in dem Datensatz in der IP-Tabelle 450 aus 7A gefundenen MAC-Adresse, welche dem IP-Ziel entspricht; und
(c) Ersetzen der MAC-Quelladresse durch die MAC-Adresse der momentanen Vermittlungseinrichtung selbst. Wenn die Vermittlungseinrichtung mehrere MAC-Adressen aufweist, nutzt das Verfahren diejenige, die dem VLAN entspricht, auf welchem das Paket gesendet werden soll.

MAC-VERMITTLUNG (Schritt 650) – Die standardmäßige MAC-Vermittlungsfunktion, wie sie im IEEE-Standard 802.1D definiert ist, schließt das Lernen und Aktualisieren der MAC-Tabelle 460 aus 7B ein.
9 stellt eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung einer bevorzugten Flusssteuersequenz in einem Netzelement wie etwa dem Netzelement A aus 6 dar.
Beim Ruf eines Zeitgebers (Schritt 700), der meldet, dass eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist, beispielsweise 30 Sekunden, geht die Sequenz zu Schritt 705 über.
Die Entscheidung 705 (ALTERUNGSZEIT?) ist typischerweise positiv, wenn z. B. 5 Stunden vergangen sind, seit zum letzten Mal der Alterungsvorgang an der IP-Tabelle 450 aus 7A ausgeführt wurde, und ansonsten negativ. Wenn genügend Zeit vergangen ist, wird Schritt 720 ausgeführt, ansonsten erfolgt keine Aktion (Schritt 710).
Schritt 720 (ALTERUNG DER IP-TABELLE) – wiederholt die Schritte 730-750 für jeden Datensatz (d. h. Eintrag) in der IP-Tabelle 450 aus 7A.
Die Entscheidung 730 (ALS GELERNT MARKIERT?) – fällt typischerweise positiv aus, wenn der momentan überprüfte Datensatz der IP-Tabelle durch Schritt 530 oder Schritt 560 als gelernt markiert worden ist. Dies wird dadurch festgestellt, dass der "Gelernt-Merker" des Datensatzes gesetzt ist. Der "Gelernt-Merker" stellt eines der Felder der IP-Tabelle 450 aus 7A dar.
Schritt 740: das Feld "Gelernt-Merker" in der IP-Tabelle 450 aus 7A wird gelöscht.
Schritt 750 (LÖSCHE EINTRAG AUS IP-TABELLE) – löscht den momentan untersuchten Datensatz aus der IP-Tabelle 450 aus 7A.
Es sollte erkannt werden, dass Hardwarekomponenten der vorliegenden Erfindung als Software implementiert werden können und umgekehrt. Softwarekomponenten der vorliegenden Erfindung können, falls gewünscht, in Form eines ROM (Nur-Lese-Speicher) implementiert werden.
Es sollte erkannt werden, dass verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Deutlichkeit halber im Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch kombiniert in einer einzigen Ausführungsform vorgesehen werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, welche der Kürze halber im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben worden sind, auch separat oder in einer beliebigen geeigneten Teilkombination bereitgestellt werden.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was speziell im Vorstehenden aufgezeigt und beschrieben worden ist. Vielmehr wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren, mittels welchem ein Netzelement (55), das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung in einem Netzwerk ausführt, das ein oder mehrere Router (60) umfasst, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: jeweils für den einen oder die mehreren Router in dem Netzwerk Identifizieren zumindest eines aus der Mehrzahl der Ports, über welche der Router erreichbar ist, als einen Upstream-Port in Bezug auf den Router, und Identifizieren eines oder mehrerer anderer Ports aus der Mehrzahl der Ports, von welchen aus der Router nicht erreichbar ist, als Downstream-Ports in Bezug auf den Router; Lernen von Weiterleitungsinformationen, die eine oder mehrere IP-Adressen umfassen, welche jeweils einem oder mehreren IP-Stationen zugeordnet sind, die von den Downstream-Ports erreichbar sind; Empfangen eines Datenpakets in dem Netzelement; und Ausführen einer Schicht-3-Weiterleitung in dem Netzelement bei Empfang des Pakets, wenn das Paket eine Schicht-2-Zieladresse aufweist, die gleich einer MAC-Adresse für den einen oder einen der mehreren Router ist, und wenn das Paket eine Schicht-3-IP-Zieladresse aufweist, die gleich der einen oder einer der mehreren gelernten IP-Adressen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paket eine Schicht-3-Quelle und ein Schicht-3-Ziel aufweist, die sich in unterschiedlichen Teilnetzen befinden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungsinformation die VLAN-ID umfasst, welche dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungsinformation die Schicht-2-Adresse umfasst, die dem Schicht-3-Ziel des Pakets entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungsinformationen zumindest teilweise gelernt werden durch Analysieren von Paketen, die durch das Netzelement laufen.
System, mittels welchem ein Netzelement (55), das eine Mehrzahl von Ports aufweist, eine Schicht-3-Weiterleitung in einem Netzwerk ausführt, das einen oder mehrere Router (60) umfasst, wobei das System gekennzeichnet ist durch: einen Portidentifizierer, der dazu dient, für jeden Router in dem Netz zumindest einen aus der Mehrzahl der Ports, über welchen der Router erreichbar ist, als einen Upstream-Port in Bezug auf den Router zu identifizieren, und einen oder mehrere andere Ports aus der Mehrzahl der Ports, von welchen aus der Router nicht erreichbar ist, als Downstream-Ports in Bezug auf den Router zu identifizieren; eine Lerneinheit, die dazu dient, Weiterleitungsinformationen zu lernen, die eine oder mehrere IP-Adressen umfassen, welche jeweils einem oder mehreren IP-Stationen zugeordnet sind, die von den Downstream-Ports erreichbar sind; und eine Schicht-3-Weiterleitungseinheit, die in dem Netzelement dazu dient, bei Empfang eines Pakets, dessen Schicht-2-Zieladresse gleich einer MAC-Adresse für einen oder mehrere Router ist, und das eine Schicht-3-IP-Zieladresse aufweist, die gleich der einen oder einer der mehreren gelernten IP-Adressen ist, eine Schicht-3-Weiterleitung auszuführen.