FI104670B - Pakettien reititys tietoliikennejärjestelmässä - Google Patents

Description

i 104670

Pakettien reititys tietoliikennejärjestelmässä Keksinnön ala 5 Keksintö liittyy yleisesti pakettikytkentäisessä tietoliikennejärjestel mässä suoritettavaan pakettien välitykseen, erityisesti IP-pakettien (IP, Internet Protocol) välitykseen ATM-verkon kautta.

Keksinnön tausta 10 IP on suosituin nykyisistä verkkokerroksen (OSI-mallin kolmas kerros) protokollista, pääasiassa Internetin suuren suosion ansiosta. Kun Internetiin kytkettyjen host-koneiden lukumäärä on kasvanut eksponentiaalisesti, on IP-verkkojen suorituskyky tullut pullonkaulaksi ja tarvitaan uusia tapoja välittää IP-liikennettä entistä nopeammin.

15 Kuviossa 1 on havainnollistettu IP-verkon tyypillistä rakennetta. Toi mistoympäristössä henkilökohtaiset tietokoneet PC tai vastaavat päätelaitteet on kytketty lähiverkkoihin LAN1...LAN3, jotka ovat tyypillisesti Ethernet-verkkoja. Lähiverkot on puolestaan kytketty toisiinsa runkoverkolla (WAN, Wide Area Network), jonka solmuina on reitittimiä (RT1...RT6). Kaikki tietoko-20 neet, jotka ovat samassa lähiverkossa omaavat saman IP-verkko-osoitteen. Kun datapaketti lähetetään joltakin lähiverkkoon kytketyltä tietokoneelta, lä-

I > I

hettävän koneen protokollapinon IP-kerros tarkistaa, onko IP-kohdeosoite * t · sama kuin sen oma IP-verkko-osoite. Jos osoite on sama, ei reitittimiä tarvita, i · · 1 ’ » * · vaan paketti lähetetään lähiverkkoa pitkin ko. kohdeosoitteen omaavalle tieto- 9 25 koneelle. Mikäli kohteen IP-verkko-osoite on eri kuin koneen oma IP-verkko- 9 9 9 4 · · osoite, lähettävä tietokone lähettää paketin reitittimelle, joka välittää paketin tl* ·’ ’ eteenpäin toiseen verkkoon.

Reitittimien väliset siirtoyhteydet voidaan toteuttaa PDH- tai SDH- 9 9 9 - *;{·* tekniikalla tai esim. pakettiverkkotekniikalla (ATM, Frame Relay, X.25).

• · · ' 30 Reitittimellä on kaksi pääfunktiota: pakettien välitys ja reititystaulujen päivitys. Pakettien välitysprosessi toimii periaatteessa siten, että reititin lukee ensin kohteen verkko-osoitteen sisääntulevasta IP-paketista. Tämän jälkeen :v. se hakee reititystaulustaan ko. osoitetta vastaavan ulostuloportin ja lähettää f * [•w': paketin ko. portin kautta seuraavalle reitittimelle. Paketit välitetään reitittimeltä f ·! 35 reitittimelle, kunnes jokin reititin huomaa, että kohdeosoite on sama kuin sen 104670 2 oma verkko-osoite, jolloin se lähettää paketin kohteena olevalle host-koneelle.

Siirtonopeusvaatimusten kasvaessa on otettu käyttöön uusia tekniikoita. ATM-tekniikkaa käytetään yhä enenevässä määrin runkoverkon (backbone network) tekniikkana, koska se mahdollistaa suurikapasiteettiset 5 runkoyhteydet. Reititinsolmuihin on tällöin rakennettu rajapintoja ATM-verkkoon; ATM-verkosta päin tulevista soluista rekonstruoidaan ensin paketit, paketit reititetään ja sen jälkeen paketit pilkotaan uudelleen ATM-soluiksi ATM-verkossa tapahtuvaa siirtoa varten. Standardin mukainen ATM-sovituskerros (AAL, ATM Adaptation Layer) suorittaa IP-pakettien pilkkomisen ja rekonst-10 ruoinnin. Tätä kuvataan seuraavassa tarkemmin taustaksi jäljempänä seuraa-valle keksinnön kuvaukselle.

Kun edellä kuvatussa Ethemet-lähiverkossa jokin työasema lähettää dataa toisessa lähiverkossa olevalle työasemalle, kapseloidaan työaseman sovelluksen muodostama datayksikkö P1 kuvion 2 esittämällä tavalla ensin 15 esim. TCP-pakettiin P2 (olettaen, että kuljetuskerroksella käytettävä protokolla on TCP, Transmission Control Protocol). TCP-paketti kapseloidaan sen jälkeen IP-pakettiin P3 ja IP-paketti edelleen Ethernet-kehykseen P4, joka lähetetään lähiverkkoa pitkin siihen kytketylle reitittimelle, jolla on rajapinta myös ATM-verkkoon päin. Tämä reititin kuorii pois Ethernet-segmentin ja pilkkoo IP-20 paketin ATM-soluiksi ATM-sovituskerroksella. Huomattakoon, että kapselointi voi käsittää lisäyksiä sekä paketin eteen että sen perään (ns. trailer).

| I * #’f.\ Kuviossa 3 on havainnollistettu yhden IP-paketin (eli IP-datagrammin) « · y \ 30 rakennetta. Paketin otsikon minimikoko on 20 tavua, joka on jaettu viiteen % St * / nelitavuiseen "sanaan”, jotka on kuviossa esitetty allekkain. Kuviossa on kun- 25 kin kentän nimen perässä esitetty suluissa ko. kentän pituus bitteinä. Otsikos- 4 « · *;!;* sa on ensimmäisenä 4-bittinen versiokenttä 31, joka kertoo käytössä olevan ·’ ’ IP-version. Seuraavana on pituuskenttä 32 (IHL, Internet Header Length), joka kertoo otsikon pituuden 4-tavuisina sanoina. Tyyppikenttä 33 kertoo palvelun • · i *·|·* laadun ja kenttä 34 datagrammin kokonaispituuden otsikko mukaanluettuna.

’’j * 30 Tunnistuskenttää 35 käytetään IP-paketin yksilöimiseen paketin rekonstruoin- nin yhteydessä. Liput-kentän 36 avulla voidaan päätellä, onko pilkotun paketin

IM

·;··: pala alkuperäisen paketin viimeinen pala vai ei. Sijainti-kentän (Fragment

Offset) 37 sisältö kertoo puolestaan, mihin kohtaan alkuperäistä pakettia pala ♦ · \ kuuluu. Elinaika-kenttä 38 kertoo pisimmän ajan, jonka paketti voi olla verkos-

I » I

* * 35 sa. Jokainen reititin, jonka kautta paketti kulkee, vähentää kentän arvoa.

104670 3

Protokolla-kenttä 39 kertoo, mikä on se ylemmän kerroksen protokolla, jota datagrammin kuljettama data noudattaa (esim. TCP). Kenttä 40 sisältää otsikon tarkistussumman. Kentät 41 ja 42 ovat lähde- ja kohdeosoitteita varten eli ne ilmaisevat lähettävän ja vastaanottavan host-koneen osoitteet 32-bittisinä 5 osoitteina. Osoitekenttiä seuraa optiokenttä 43, jota harvoin käytetään. Tässä kentässä kuljetettava data liittyy yleensä verkon testaukseen tai vianhakuun, data voi esim. määritellä datagrammille tietyn reitin, jota pitkin sen täytyy kulkea. Kenttää täydennetään tarvittaessa täytebiteillä niin, että tavujen lukumäärä on jaollinen neljällä.

10 Edellä kuvatun otsikon jälkeen alkaa IP-paketin varsinainen data.

Datakentän pituus voi vaihdella, mutta sen ylärajaa rajoittaa kentän 34 pituus, jonka mukaan koko paketin maksimipituus on 216 tavua.

Kuten edellä mainittiin, kuvion 1 mukaisessa ATM-verkossa siirretään IP-paketit ATM-soluina. Kuviossa 4a on esitetty yhden ATM-verkossa välitet-15 tävän solun perusrakenne. Jokainen verkossa välitettävä solu koostuu 48 tavun mittaisesta hyötykuormaosasta (payload) ja 5 tavun pituisesta otsikosta (header), mutta otsikon tarkempi rakenne (otsikon sisältö) riippuu siitä, mitä osaa ATM-verkosta kulloinkin käytetään. ATM-verkkoarkkitehtuuri käsittää nimittäin joukon standardeissa täsmällisesti määriteltyjä rajapintoja, ja ATM-so-20 lussa käytetty otsikkorakenne riippuu siitä, mikä rajapinta (eli mikä osa verkkoa) on kyseessä.

< 1 I

Kuviossa 4b on esitetty solun otsikon rakenne ATM-verkon UNI-raja-

f I I

i'\ pinnassa (User-to-Network Interface), joka on ATM-päätelaitteen sekä ATM- I · * ’ / solmun välinen rajapinta. Kuvio 4c esittää puolestaan otsikon rakenteen ATM- « 25 verkon NNI-rajapinnassa (Network-to-Network Interface), joka on kahden

t · S

ATM-solmun välinen rajapinta, joko verkon sisällä tai kahden eri verkon välillä.

s :

• Solun otsikon reitityskentän (routing field) muodostavat virtuaaliväylän tunniste VPI (Virtual Path Identifier) sekä virtuaalikanavan tunniste VCI

= ·;*/ (Virtual Channel Identifier). Kuvion 4b mukaisessa otsikkorakenteessa, jota • m · ’·* ' 30 käytetään siis ainoastaan tilaajaliittymässä, reitityskentälle (VPIA/CI) on varattu - yhteensä 24 bittiä. Kuvion 4c mukaisessa otsikkorakenteessa, jota käytetään kaikkialla muualla ATM-verkossa, reitityskentälle (VPIA/CI) on varattu 28 bittiä. Nimensä mukaisesti reitityskenttä toimii solujen reitityksen pohjana ATM-ver- • kossa. Ensisijaisesti verkon sisäosissa on käytössä virtuaaliväylän tunniste 35 VPI, joka määrittää käytännössä usein sen, mille fyysiselle yhteydelle solu on · « 4 104670 reititettävä. Virtuaalikanavan tunnistetta VCI sitä vastoin käytetään reitityksessä usein pelkästään verkon reunalla. On kuitenkin huomattava, että vasta VPI ja VCI yhdessä määrittelevät yksikäsitteisesti solun reitin.

Muut spesifikaatioiden määrittelemät kentät ATM-solun otsikossa 5 ovat - GFC (Generic Flow Control), tilaajaliittymässä tapahtuvaan liikenteen valvontaan tarkoitettu kenttä, ei määritelty vielä tarkasti, - PTI (Payload Type Indicator), käytetään lähinnä erottamaan verkon hallintasolut tilaajien informaatiosoluista, mutta tilaajien informaatiosolut on 10 mahdollista eritellä lisäksi sen mukaan, onko matkalla havaittu ruuhkaa vai ei, - CLP (Cell Loss Priority), käytetään priorisoimaan soluja tuhoamis-todennäköisyyden suhteen (vastaa pitkälti Frame Relay -verkon DE-bittiä), - HEC (Header Error Control), otsikon tarkistussumma.

Näistä muista kentistä liittyy esillä olevaan keksintöön lähinnä PTI-15 kenttä, jota on mahdollista käyttää pakettien välisen rajan tarkkailuun. PTI-kentän viimeinen bitti (bitti numero kaksi kuvioissa 4a...4c) ilmaisee sen, milloin alkaa uusi ylemmän kerroksen paketti (IP-paketti). Kun bitti on asetettu ykköseksi, on kysymyksessä IP-paketin viimeinen solu, jolloin seuraava paketti alkaa seuraavasta hyötykuormaa kantavasta solusta (non-idle cell).

20 ATM-sovituskerrokselle tulee yleensä erilaisissa formaateissa olevia signaaleja ja ATM-sovituskerroksen tehtävänä on toisaalta muodostaa nämä signaalit ATM-verkon edellyttämään standardiformaattiin ennen kuin ne lähe-;.i.: tetään ATM-verkkoon ja toisaalta rekonstruoida nämä signaalit ATM-verkoista tulevista soluista ennen kuin signaalit välitetään eteenpäin käyttäjä- tai ohjaus-25 rajapinnoille. Sovituskerroksia on standardoitu eri tyyppisiä (AAL1...AAL5) eri t v..: palveluluokkia (A...D) varten. Esim. AAL-tyypit 3, 4 ja 5 tarjoavat siirtopalveluja : sovelluksille, joissa lähteen ja kohteen välillä ei ole aikariippuvuutta.

Kuviossa 5 on havainnollistettu AAL 5:n suorittamaa IP-pakettien : pilkkomista ATM-soluiksi ja pakettien rekonstruointia ATM-soluista, koska se

30 kuvaa ATM-sovituskerroksen toimintaa kuvion 1 mukaisessa esimerkkiverkos-sa. ATM-sovituskerros jakautuu yleisesti ottaen kahteen alikerrokseen, joita kutsutaan lyhenteillä SAR (Segmentation And Reassembly sublayer) ja CS

« · (Convergence Sublayer). Jälkimmäinen suorittaa käyttäjän datayksiköiden «· * : V (esim. IP-pakettien) ja ohjausdatan kapselointia/kapseloinnin purkausta *·.'·: 35 (encapsulation/deencapsulation). CS-alikerroksen suorittaman kapseloinnin 5 104670 seurauksena syntyvää kehystä kutsutaan nimellä CS-PDU (Convergence Sublayer Protocol Data Unit). AAL5-kapselointi toteutetaan siten, että käyttäjän datayksikköön (esim. IP-pakettiin) lisätään trailer-osa, joka sisältää mm. virhe-tarkistusosan (CRC). Trailer-osa on pituudeltaan 8 tavua. Koko CS-PDU:n 5 pituus vastaa 48 tavun monikertaa, mikä aikaansaadaan lisäämällä tarvittaessa trailer-osan ja paketin hyötykuormaosan väliin täytekenttä PAD, jonka pituus on 0...47 tavua.

SAR-alikerros segmentoi lähetyssuunnassa jokaisen CS-PDU:n 48 tavun mittaisiksi segmenteiksi, joita kutsutaan nimellä SAR-PDU 10 (Segmentation And Reassembly Protocol Data Unit). Vastaanottosuunnassa muodostetaan CS-PDU:t liittämällä SAR-PDU:t yhteen.

ATM-sovituskerroksen alapuolella oleva ATM-kerros vastaa siitä, että lähetettäviin SAR-PDU:ihin lisätään viisitavuiset otsikkokentät CH (kuviot 4b ja 4c), jolloin muodostuu ATM-soluja 50, jotka lähetetään ATM-verkkoon. ATM-15 verkko käsittelee ainoastaan solun otsikkoa, 48-tavuista hyötykuormaosaan ei käsitellä eikä edes lueta ATM-verkossa. Vastaanottosuunnassa ATM-kerros poistaa otsikot soluista ja syöttää 48-tavuiset hyötykuormaosat SAR-alikerrokselle niiden yhteenliittämistä varten.

Kun kuvion 1 mukaisessa verkossa reitittimet lähettävät IP-paketteja, 20 ne segmentoivat paketit soluiksi edellä esitetyllä tavalla ja lähettävät paketit ATM-siirtoyhteydelle. Siirtoyhteyden (linkin) vastakkaisessa päässä oleva « · reititin rekonstruoi paketin soluista edellä kuvatulla tavalla, tekee reitityspää- :.i.: töksen tavanomaisella tavalla IP-osoitteen perusteella ja segmentoi paketin • · uudelleen soluiksi seuraavaa ATM-linkkiä varten.

25 Normaalisti pakettien reitityspäätös tehdään ohjelmiston avulla. Kun t ·.:.*· ohjelmallisesti toteutettu reititys yhdistetään edellä kuvattuun pakettien seg- • « » v · mentointiin ja rekonstruointiin, hidastuu ATM-pohjaisen reititinverkon toiminta huomattavasti. Tämä konventionaalinen reititystäpä on lisäksi kallis toteuttaa.

- Näiden epäkohtien lieventämiseksi on kehitetty menetelmä, jota :T: 30 kutsutaan IP-kytkennäksi. IP-kytkentä perustuu vuokäsitteeseen: vuo on sarja - IP-paketteja, jotka ovat matkalla (yleensä) samasta lähteestä samaan kohtee-seen. Yhteen vuohon kuuluvat siis (yleensä) ne IP-paketit, joiden lähde- ja kohdeosoitteet ovat samoja. Esimerkiksi TCP-yhteys on vuo: kun TCP-yhteys I » » : V on avattu, lähetetään sarja paketteja lähteestä kohteeseen. IP-kytkennässä V·: 35 reititinsolmut tunnistavat vuot ja pyytävät verkon laidalla olevia reitittimiä va- 6 104670 rustamaan kunkin vuon paketit uniikilla vuotunnisteella, esim. uniikilla VPI/VCI-tunnisteella. Kun vuohon kuuluvat paketit on varustettu uniikilla VPI/VCI-tunnisteella, verkon keskellä olevat reitittimet voivat suorittaa pakettien välitystä solutasolla, käyttäen normaalia ATM-kytkentää. Reitityksessä ei näin ollen 5 tarvitse mennä kolmoskerrokselle (IP-kerrokselle) asti, vaan reititys voidaan tehdä kakkoskerroksella (ATM-kerroksella).

Viime mainitun tunnetun ratkaisun epäkohtana on kuitenkin se, että se edellyttää erillistä ohjausprotokollaa, jonka avulla verkon keskellä olevat solmut neuvottelevat liikenteen tulosuunnassa olevien solmujen kanssa dedi-10 koidun VPIA/CI-tunnisteen antamisesta tietylle vuolle. Tällainen ratkaisu tekee verkosta entistä monimutkaisemman ja synnyttää verkkoon lisäliikennettä, joka kuormittaa verkkoa.

Keksinnön yhteenveto 15 Keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkoh dista ja saada aikaan ratkaisu, joka nopeuttaa pakettien reititystä edellyttämättä kuitenkaan minkäänlaisen uuden vuonhallintaprotokollan käyttöönottoa.

Tämä päämäärä saavutetaan ratkaisulla, joka on määritelty itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

20 Keksinnön ajatuksena on tarkkailla verkon reunalla olevassa solmus sa (joka vastaanottaa ylemmän protokollakerroksen paketteja) pakettien muodostamia voita (monikon partitiivi sanasta vuo). Havaittaessa, että tietty :.i.: vuo täyttää dedikoidun yhteyden edellyttämät kriteerit annetaan ko. vuolle t · ’·,*·: dedikoitu alemman protokollakerroksen yhteystunniste. Kun liikenteen suun- 25 nassa seuraava solmu vastaanottaa datayksikön, jolla on “uusi" yhteystunnis- 9 : te, se tietää heti, että on kysymyksessä vuo, jolle on annettu dedikoitu kanava.

Ensimmäiselle paketille solmu suorittaa normaalin reitityksen IP- kohdeosoitteen perusteella, mutta kaikki seuraavat datayksiköt, joilla on sama : yhteystunniste, kytketään eteenpäin pelkästään alemman protokollakerroksen 30 yhteystunnisteen perusteella. Solmuissa on lisäksi aikavalvonta, joka poistaa . dedikoidut yhteydet käytöstä sen jälkeen, kun tietyn ennalta määrätyn ajanjak- • · . son pituisena aikana ei ole vastaanotettu ko. vuohon kuuluvaa liikennettä.

« · . Keksinnön edullisemmassa toteutustavassa alemman kerroksen •» · : V datayksiköt ovat edellä esitetyn mukaisesti ATM-soluja ja ylemmän kerroksen • · 35 paketit ovat IP-paketteja, mutta menetelmä voidaan toteuttaa myös muiden 7 104670 protokollien tai siirtomenetelmien yhteydessä.

Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta pystytään solmujen suorituskykyä lisäämään poistamalla pakettien segmentointi- ja rekonstruointitarve verkon keskellä olevissa solmuissa. Tämä saadaan lisäksi aikaan siten, että 5 verkossa ei tarvita ylimääräistä vuonohjausprotokollaa, jolloin myös reititinsol-mut pysyvät yksinkertaisimpina eivätkä ne aiheuta lisäliikennettä verkkoon.

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan tar-10 kemmin viitaten kuvioihin 6-11 g oheisten piirustusten mukaisissa esimerkeissä, joissa kuvio 1 havainnollistaa ympäristöä, jossa keksintöä käytetään, kuvio 2 havainnollistaa pakettien muodostusta ennen niiden lähetystä verkkoon, 15 kuvio 3 havainnollistaa IP-paketin rakennetta, kuviot 4a...4c havainnollistavat ATM-solun yleistä rakennetta, kuvio 5 havainnollistaa ATM-sovituskerroksen 5 suorittamaa pakettien pilkkomista ATM-soluiksi ja pakettien rekonstruointia ATM-soluista, kuvio 6 havainnollistaa keksinnön mukaisen menetelmän toimintaa 20 verkon kolmessa peräkkäisessä solmussa, kuvio 7 on vuokaavio, joka havainnollistaa keksinnön mukaisen me-.:’ netelmän toimintaa kuvion 6 ensimmäisessä solmussa, kuvio 8 on vuokaavio, joka havainnollistaa keksinnön mukaisen me-netelmän toimintaa kuvion 6 toisessa ja kolmannessa solmussa, 25 kuvio 9 havainnollistaa gateway-solmun rakennetta, * kuvio 10 havainnollistaa verkon keskellä olevan solmun rakennetta, ja · kuviot 11a. ..11g esittävät kuvion 10 mukaisessa solmussa käytettäviä taulukoita.

» · » • » » • · · 30 Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus • Keksinnön mukaisessa ratkaisussa suoritetaan verkon reunalla ole- vassa solmussa (joko solmu RT1 tai RT4 kuviossa 1) IP-pakettien segmen- • · tointi edellä esitetyn mukaisesti ja ATM-solut lähetetään ATM-siirtoyhteydelle.

« * · : ·’ Kuviossa 6 on esitetty kolme ATM-verkon solmua N 1...N3, jotka ovat V’i 35 peräkkäin pakettien kulkureitillä ja jotka toteuttavat keksinnön mukaista me- ” 8 104670 netelmää. Kuviossa on solmujen välisiä oletuskanavia merkitty paksummilla putkilla ja solmujen välisiä dedikoituja kanavia ohuemmilla putkilla. Menetelmän eri vaiheita on merkitty ympyröidyillä numeroilla.

Jäijestelmässä on aluksi vain oletuskanavia ja liikenteen alkaessa ale-5 taan yhteyksille jakaa dedikoituja kanavia tarpeen mukaan. Solmusta lähtee kaikkiin suuntiin oletuskanavia ja yhdellä oletuskanavalla voi kulkea paketteja, joilla on erilaiset lähde-ja/tai kohdeosoitteet (vaikka niillä onkin sama VPI/VCI-tunniste). Oletuskanava on siis kanava, joka käyttää ATM:ää ainoastaan siirtotienä ja jossa reititys toteutetaan normaaliin tapaan ylemmällä tasolla (IP-10 tasolla). Tästä syystä oletustuskanavilla oleva liikenne onkin ei-toivottua liikennettä, josta pyritään pääsemään eroon. Oletuskanavia joudutaan kuitenkin käyttämään siksi, että käytännössä hyvin suuri osa kaikesta liikenteestä on niin lyhytaikaista (TCP-yhteydellä lähetetään ehkä vain muutama paketti), ettei niille kannata jakaa omaa VPI/VCI-tunnistetta. Vain sille osalle liikenteestä, 15 joka on pitempiaikaista kannattaa luoda dedikoitu virtuaalinen yhteys.

Ensimmäiseen solmuun (N1) tulee ainoastaan IP-paketteja, jotka se pilkkoo edellä kuvatulla tavalla soluiksi ja välittää solut eteenpäin solmulle N2.

Solmu N1 tutkii sinänsä tunnetulla tavalla saapuvien IP-pakettien haluttuja otsikkokenttiä (lähde- ja kohdeosoitteita ja mahdollisesti myös muita kenttiä).

20 Havaitessaan (ympyröity ykkönen), että tietty IP-yhteys (ne paketit, joilla on samat lähde- ja/tai kohdeosoitteet) täyttää tietyillä ennalta määrätyillä kritee- ’··’ reillä dedikoitua kakkoskerroksen (OSI-kerros 2) yhteyttä edellyttävät kriteerit, :.v solmu N1 päättää antaa kyseiselle vuolle dedikoidun kakkostason yhteyden • * V'! (eli yhteystunnisteen), joka on ATM-verkon tapauksessa uusi VPI/VCI-tunniste.

25 Solmu voi tehdä em. päätöksen esim. sen seurauksena, että se huo- « V:.; maa ko. IP-yhteydellä olevan säännöllistä tai runsasta liikennettä (solmu v : laskee tulevia paketteja) tai havaittuaan IP-yhteyden tarvitsevan tietyt laatu vaatimukset. Solmu voi esim. huomata, että kysymyksessä on FTP-siirto, joka : vaatii nopeaa palvelua. Edellä mainittuja kriteerejä voi olla monen tyyppisiä.

30 Kun solmu N1 em. päätöksen jälkeen havaitsee ensimmäisen paketin, se valitsee ko. paketin IP-otsikon perusteella vapaan kakkostason yhteystun- • * nisteen (VPI/VCI-tunnisteen).

Esim. havaittuaan kymmenennen paketin kohdalla, että yhteys tarvitsee : V dedikoitua kakkostason yhteyttä, solmu N1 alkaa ko. paketista lähtien käyttää

Vi 35 dedikoidulle kakkostason yhteydelle kuuluvaa tunnistetta pilkkomissaan so- 104670 g luissa (ympyröity kakkonen). Ensimmäiset yhdeksän pakettia ovat menneet (pilkottuina soluina) eteenpäin oletuskanavalla. Kunkin paketin solut lähetetään oletuskanavalla peräkkäin niin, että eri paketit eivät mene keskenään limittäin.

5 Tämän jälkeen liikenteen suunnassa seuraavana oleva solmu (N2) tietää, vastaanotettuaan solun, jolla on sille “uusi” (ei yhden vuon käytössä oleva) VPI/VCI-tunniste, että kysymyksessä on vuo, jolle on liikenteen tulosuunnassa olevassa solmussa annettu dedikoitu kakkostason yhteystunniste (ympyröity kolmonen). Tästä solusta solmu lukee IP-kohdeosoitteen, joka 10 mapittuu, kuten kuviosta 3 havaitaan, segmentoinnissa siten, että se on aina kiinteällä paikalla solun hyötykuorman tavuissa 13-17. Luetun kohdeosoitteen perusteella solmu hakee reititystaulusta ko. osoitetta vastaavan ulostuloportin tunnisteen ja välittää solun kyseiseen ulostuloporttiin. Tämän jälkeen välitetään kaikki ne solut, joilla on sama VPI/VCI-tunniste samaan ulostuloporttiin. Sol-15 mun on katsottava vain ensimmäinen IP-osoite, jonka perusteella se suorittaa normaalin reitityksen (IP-tasolIa). Tämän jälkeen se voi suorittaa kytkennän ATM-tasolla suoraan VPI/VCI-tunnisteiden perusteella ja välittää solut jälleen uudella VPI/VCI-tunnisteella seuraavalle solmulle (ympyröity nelonen).

Kuviossa 7 on esitetty vuokaavio, joka kuvaa verkon reunalla olevan 20 solmun (gateway-solmu N1) toimintaa. Kuviossa on eri vaiheissa esitetty suluissa viitemerkkejä Tn (n=1...5), jotka viittaavat solmussa käytettyihin • * ' ·' ' taulukoihin, jotka on esitetty jäljempänä kuviossa 9.

Aluksi solmu vastaanottaa IP-paketin, lukee sen otsikosta ainakin V*i lähde- ja kohdeosoitteet (vaihe 71) ja päivittää osoiteparia (tai pelkkää kohde- 25 osoitetta) vastaavan pakettilaskurin (vaihe 72, taulukko T1).

Tämän jälkeen solmu tutkii, onko kyseiselle osoiteparille asetettu » · f v : dedikoitu yhteys (vaihe 73). Tämä tapahtuu katsomalla taulukosta, onko ky seistä osoiteparia vastaava dedikoitu kanava asetettu päälle (taulukko T1) eli onko ko. vuolle annettu dedikoitu kakkostason yhteystunniste. Mikäli näin on, 30 haetaan reititystaulukosta (taulukko T2) yhteyttä vastaava reititystunniste • (routing tag), jonka on ATM-kytkentäkentän sisäinen tunniste, jonka perus- • m teella ATM-kytkentäkenttä suorittaa kytkennän oikeaan ulostuloporttiin (vaihe 74).

: V Mikäli dedikoitua yhteyttä ei vielä ole annettu, tutkitaan seuraavaksi, V·: 35 täyttyvätkö dedikoidun yhteyden kriteerit ko. vuon osalta (vaihe 75) eli onko 10 104670 esim. liikenteen määrä ylittänyt tietyn määrätyn arvon mittausjakson aikana tai ovatko vuon liikenteen laatuvaatimukset tietynlaiset (esim. suurta läpimenoto-dennäköisyyttä vaativaa). Solmu voi käyttää hyväkseen esim. yhteyden tyyppi-kenttää 33 (kuvio 3), jossa ilmoitetaan palvelun laatu viiveen, läpimenon 5 (throughput) ja luotettavuuden (reliability) suhteen. Mikäli kriteerit eivät täyty, haetaan kyseessä olevaa IP-kohdeosoitetta vastaavan oletuskanavan reititys-tunniste (vaihe 74, taulukko T2) ja reititys suoritetaan sen mukaan.

Mikäli vaiheessa 75 havaitaan, että dedikoidun yhteyden kriteerit täyttyvät, haetaan kyseessä olevaa osoiteparia tai kohdeosoitetta vastaava 10 ulostuloportti (taulukko T2) ja ulostuloporttia vastaava vapaa reititystunniste (taulukko T3) eli sellainen IP-osoitetta vastaava reititystunniste, jota ei ole annettu käyttöön. Tämän jälkeen asetetaan IP-osoitetta vastaava dedikoitu kanava päälle (taulukko T1) ja päivitetään reititystunniste ko. yhteyden kohdalle (taulukko T2). Ulostuloportissa uutta reititystunnistetta kohti haetaan 15 vapaa VPI/VCI (taulukko T5) ja päivitetään se reititystunnisteen muunnostau-lukkoon (taulukko T4).

Tämän jälkeen voidaan siirtyä vaiheeseen 78, jossa pilkotaan IP-paketti soluiksi ja liitetään soluihin se reititystunniste, joka edellä on haettu. Tämän jälkeen solut välitetään reititystunnistetta vastaavaan ulostuloporttiin 20 (vaihe 79). Ennen solujen lähetystä seuraavalle linkille reititystunniste korvataan sitä vastaavalla VPI/VCI-tunnisteella (taulukko T4).

*·'·' Tämän jälkeen siirrytään vastaanottamaan seuraava IP-paketti.

v..* Lisäksi solmussa on erillinen vanhennuslogiikka, jolla poistetaan » · V’i dedikoituja yhteyksiä ja niihin liittyviä yhteystietoja käytöstä sen jälkeen, kun ..‘.Γ 25 tietyn ennalta määrätyn pituisen ajanjakson aikana ei ole vastaanotettu ko.

V:.: vuohon kuuluvaa liikennettä. Kaikissa solmuissa on edullista käyttää saman- • · · v : laista mekanismia, jolloin dedikoidun yhteyden poisto tapahtuu lähtösolmusta käsin. Mikäli solmu on ehtinyt poistaa dedikoidun yhteyden ja vuolla tulee liikennettä, tehdään reitityspäätöstä edellä kuvattuun tapaan kuten :‘V: 30 “ensimmäiselle” paketille.

.·*·. Kuviossa 8 on havainnollistettu verkon keskellä olevan solmun toi- • · mintaa (esim. solmut N2 ja N3). Kuviossa on eri vaiheissa esitetty suluissa • * viitemerkkejä Sn (n=1...7), jotka viittaavat solmussa käytettyihin taulukoihin, • · · : jotka on esitetty jäljempänä kuvioissa 10 sekä 11a... 11 g.

V·: 35 Aluksi solmu vastaanottaa solun (vaihe 80) ja lukee sen otsikon (vaihe 104670 ! 11 > 81). Sen jälkeen päivitetään VPI/VCI-tunnistetta vastaavaa liikennelaskuria (vaihe 82, taulukko S1). Seuraavaksi solmu tutkii, onko kyseessä oletuskanava eli onko sisääntullut VPI/VCI-tunniste merkitty oletuskanavaksi (vaihe 83, taulukkosi).

5 Mikäli kysymyksessä ei ole oletuskanava, tutkitaan seuraavaksi, onko kysymyksessä vuo, jolla on dedikoitu kanava asetettu päälle (vaihe 84, taulukko S1), eli onko sisääntullut VPI/VCI merkitty dedikoiduksi kanavaksi. Mikäli näin on, otetaan sisääntullutta VPI/VCI-tunnistetta vastaava reititystunniste käyttöön (vaihe 86) suoraan taulukosta S3.

10 Jos taas vuolle ei ole vielä annettu dedikoitua kanavaa, siirrytään vaiheeseen 88, jossa luetaan solusta IP-kohdeosoite, joka mapittuu, kuten kuviosta 3 havaitaan, segmentoinnissa siten, että se on aina kiinteällä paikalla solun hyötykuorman tavuissa 13-17. Luetun kohdeosoitteen perusteella haetaan reititystaulusta sitä vastaava ulostuloportti (taulukko S4) ja sitä vastaava 15 vapaa reititystunniste (taulukko S5). Ulostuloportissa etsitään reititystunnis-teelle vapaa VPI/VCI-tunniste (taulukko S7) ja asetetaan se ulostuloportin reititystunnisteen muunnostaulukkoon (taulukko S6). Samalla merkitään yhteys dedikoiduksi ja päivitetään tiedot taulukoihin (taulukot S1, S3, S4).

Mikäli vaiheessa 83 havaitaan, että kysymyksessä on oletuskanava, 20 päivitetään IP-osoiteparia tai -kohdeosoitetta vastaavaa liikennelaskuria (vaihe 85, taulukko S2) ja tutkitaan laskurin arvon perusteella, täyttyvätkö dedikoidun • 1 yhteyden kriteerit (vaihe 87) ko. vuon osalta. Elleivät dedikoidun yhteyden i · kriteerit toteudu, reititetään solu normaalisti eli etsitään IP-kohdeosoitetta « · '*· *: vastaava reitti (ulosmenoportti) ja sitä vastaava reititystunniste (vaihe 89, 25 taulukko S4). Jos taas dedikoidun yhteyden kriteerit täyttyvät, menetellään « kuten uutta dedikoitua kanavaa perustettaessa (vaihe 88).

* ** v : Edellä kuvattujen vaiheiden jälkeen on solmu löytänyt oikean reititys- tunnisteen ja solu voidaan reitittää oikeaan ulostuloporttiinsa (vaihe 90). Ennen v„: solujen lähetystä seuraavalle linkille otetaan reititystunniste pois ja otsikko ·*.: : 30 varustetaan lähtevällä VPI/VCI-tunnisteella (taulukko S6).

,···. Kuten edellä esitetystä vuokaaviosta ilmenee, verkon keskellä olevas- sa solmussa on myös mahdollista perustaa dedikoituja kanavia esim. kohde- osoitteen perusteella, koska liikenne voi multipleksoitua usealta lähteeltä tai • · · = ; ·’ rinnakkaisilta linkeiltä samaan kohteeseen. Jos dedikoiduilla kanavilla multi- " 35 pleksoidaan, on se tehtävä pakettien järjestys säilyttäen.

12 104670

Kuviossa 9 on havainnollistettu erästä mahdollista gateway-solmun toteutusta toiminnallisena lohkokaaviona.

Sisääntulevien pakettien väliaikaista talletusta varten solmun sisään-menossa on puskuri 91. Mittaus- ja valvontalohko 92 lukee paketin otsikon ja 5 hakee lähde/kohdeosoiteparin avulla taulukostaan (T1), onko kyseiselle osoi-teparille asetettu dedikoitu kanava -parametri päälle.

Hakulohko 93 saa IP-osoitteen mittaus- ja valvontalohkolta ja hakee sen perusteella reititystauIuista (T2) reititystunnisteen (routing tag), jonka hakulohko syöttää segmentointilohkolle 95, jossa suoritetaan solujen seg-10 mentointi ja reititystunnisteen liittäminen segmentoituihin soluihin.

Solmun sisäänmenopuolella on lisäksi kirjanpitoyksiköt 98, jotka pitävät lukua kutakin sisäämenoporttia ja ulostuloporttia vastaavista vapaista reititystunnisteista (taulukko T3).

Reititystunnisteen kanssa solu syötetään segmentointiyksiköltä ATM-15 kytkimelle 96, joka kytkee solun tunnisteen perusteella oikeaan ulostuloporttiin 97. Reititystunniste on siis kytkimen sisäinen tunniste, jota ei lähetetä eteenpäin verkossa.

Mittaus- ja valvontalohko mittaa kunkin vuon liikennettä ja poistaa dedikoidun kanavan parametrit, kuten reititystunnisteen ja VPI/VCI:n, kun se ei 20 tietyn pituisena ajanjaksona ole havainnut ko. vuohon kuuluvaa liikennettä.

Kuviossa 10 on esitetty verkon keskellä olevan solmun periaatteellista • » rakennetta. Solmun lohkot ovat samat kuin edellä, ainoastaan solmun käyttä- ly·' missä taulukoissa on eroa gateway-solmuun verrattuna. Tämän takia eri V·: lohkoille on käytetty samoja viitenumeroja kuin vastaaville lohkoille kuviossa 9.

25 Eri lohkoissa käytetyt taulukot S1...S7 on esitetty erikseen kuvioissa 11a...11g.

• ·· V : Mittaus- ja valvontalohko 92 pitää kullekin VPI/VCI-parille laskuria) sekä tietoa siitä, onko ko. kanava oletuskanava vai dedikoitu kanava (taulukko S1, kuvio 11a). Lisäksi, jotta se voi siirtää oletuskanavan liikennettä dedi- :T: 30 koidulle kanavalle, se pitää yllä IP-osoiteparia tai -kohdeosoitetta vastaavaa .···, laskuria (taulukko S2, kuvio 11b). Verkon keskellä lähde/kohdeparin liikennettä • · voi multipleksoitua esimerkiksi rinnakkaisilta linkeiltä tai monesta lähteestä voi • « 1 2 multipleksoitua liikennettä tiettyyn kohdeosoitteeseen, jota varten muodoste- I I · 2 ·' taan oma dedikoitu kanava.

35 Dedikoitujen kanavien VPI/VCI:tä vastaavat reititystunnisteet ovat 13 104670 omassa taulussaan (S3, kuvio 11c) reitityslohkon käytössä. Lisäksi kaikkia yhteyksiä varten on reititystaulu, jossa IP-osoitetta vastaa ulostuloportti ja reititystunniste (taulu S4, kuvio 11 d). Tätä taulua tarvitaan kaikille oletuskanavan reititettäville paketeille sekä uutta dedikoitua kanavaa luotaessa.

5 Kirjanpitoyksikkö 98 pitää kirjaa kutakin sisäänmenoporttia ja ulostu- loporttia vastaavista vapaista reititystunnisteista (taulukko S5, kuvio 11e).

ATM-ulostuloportilla on muunnostaulukko, jossa saapuvan solun reititystunniste korvataan lähtevään soluun VPl/VCI.IIä (taulukko S6, kuvio 11f). Lisäksi ulostuloportti pitää kirjaa vapaista VPI/VCI-tunnisteista (taulukko 10 S7, kuvio 11 g).

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Esim. vuo voi käsittää, edellä esitetyn mukaisesti, saman 15 lähde/kohdeparin välisen liikenteen tai samaan kohteeseen menevän liikenteen.

« « • · < · · I « i « ' ( » · f · # I · m » i • · • · · S1 · • ·

IM • M

Jl ·

• I

« • I l I I I • · · • · · • · · • · · « • · · I · I a f · · • II·· • · a • · « • · « · • · · a · > f · ♦

Claims (5)

14 104670

1. Menetelmä pakettien välittämiseksi pakettikytkentäisessä tietoliikenneverkossa, jossa paketteja välitetään verkon solmulta solmulle pakettien 5 sisältämän osoitteen perusteella, jonka menetelmän mukaisesti - verkon reunalla olevassa solmussa (N1) välitettävät datapaketit (30) segmentoidaan alemman protokollakerroksen mukaisiksi datayksiköiksi (50), - datayksiköitä välitetään verkossa sekä oletuskanavilla että dedi-koiduilla kanavilla, jolloin yksittäisellä oletuskanavalla välitetään eri kohde- 10 osoitteita omaavien pakettien datayksikköjä ja yksittäisellä dedikoidulla kanavalla välitetään datapaketteja, jotka kuuluvat samaan vuohon, tunnettu siitä, että - verkon reunalla olevassa solmussa (N1) tarkkaillaan samaan vuohon kuuluvia paketteja ja havaittaessa, että tietty vuo täyttää ennalta määrätyt 15 kriteerit, sen käyttöön annetaan dedikoitu alemman protokollakerroksen yhteystunniste, - verkon keskellä olevassa solmussa (N2) tarkkaillaan sisääntulevien datapakettien yhteystunnisteita ja havaittaessa uusi yhteystunniste, joka ei kuulu oletuskanavalle eikä dedikoidulle kanavalle, määrätään ko. paketin 20 kohdeosoitteen perusteella datayksikölle ulostuloportti ja uusi lähtevä alemman protokollakerroksen yhteystunniste ja datayksikkö reititetään ko. ulostulo- I * porttiin, 5·:·’ - havaittaessa myöhemmin tulevissa datayksiköissä sama alemman • * protokollakerroksen yhteystunniste kuin mainittu uusi yhteystunniste, suorite-25 taan solmussa (N2) reititys pelkästään alemman protokollakerroksen yhteys-tunnisteen perusteella, ja • ·· : - solmuissa poistetaan dedikoituja yhteyksiä käytöstä sen jälkeen, kun dedikoidun yhteystunnisteen omaavan vuon liikennettä ei ole havaittu tietyn * ,·*· pituisena ajanjaksona.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ,*·, että kussakin solmussa käytetään samanlaista aikavalvontaa. * I

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • « että myös verkon keskellä olevassa solmussa (N2) tarkkaillaan oletuskanavien * · « ’· ·’ liikennettä ja jaetaan yhteyksille dedikoituja alemman protokollakerroksen :.’’i 35 yhteystunnisteita havaittaessa, että tietty oletuskanavan vuo täyttää ennalta 15 104670 määrätyt kriteerit.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuina ennalta määrättyinä kriteereinä käytetään tietyn mittausjakson aikana vastaanotetun liikenteen määrää.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittuina ennalta määrättyinä kriteereinä käytetään datapakettien sisältämää tietoa niiden vaatimasta palvelun laadusta. • f • I « 1 1 4 4 · f · » I 1 » • M Ψ 1 • ·»» ft « 1 « · * 1 • f · 4 · · • 44 I > 1 i 1 « j • M • ♦ · • ♦ · • · · * • 4 4 1 I I I < « « · 4 1 « 1 « < • · I « · 4 · · 16 104670