WO2004098130A1 - Verfahren zur automatischen konfiguration einer kommunikationseinrichtung - Google Patents

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WO2004098130A1
WO2004098130A1 PCT/EP2004/002265 EP2004002265W WO2004098130A1 WO 2004098130 A1 WO2004098130 A1 WO 2004098130A1 EP 2004002265 W EP2004002265 W EP 2004002265W WO 2004098130 A1 WO2004098130 A1 WO 2004098130A1
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WO
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network
identification number
communication device
subnetwork
message
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/002265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Ackermann-Markes
Oliver Veits
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to DE502004002303T priority patent/DE502004002303D1/de
Priority to EP04717613A priority patent/EP1618708B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46—Interconnection of networks
    • H04L12/4641—Virtual LANs, VLANs, e.g. virtual private networks [VPN]
    • H04L12/4645—Details on frame tagging

Definitions

  • the invention relates to a method for the automatic configuration of communication devices in logical network areas.
  • LAN Local Area Network
  • a virtual LAN or VLAN is formed by a group of network nodes which are combined in an autonomous domain or "broadcast domain".
  • the affiliation of a network node to a VLAN does not depend on the location of the network node. It is determined exclusively by software configuration and can be changed if a network node is to be assigned to a new work group.
  • an extension of the MAC addresses ("Media Access Control") identifying in the exchanged data packets is advantageous by means of an identification number of the virtual LAN.
  • This identification number is usually referred to as the VLAN number or "VLAN ID” or "Virtual LAN Identification Number”.
  • a VLAN ID which identifies the VLAN is placed behind the type field of the MAC packet as a so-called "tag" (marking).
  • marking This procedure is standardized in IEEE 802. IQ and uses a word length for the day of 12 bits. This theoretically results in the values 0 to 4095 for the VLAN ID.
  • 802. IQ networks for reasons of compatibility, maintenance-free MAC packets interchangeable.
  • a VLAN ID with a value between 1 and 4095 is assigned to these label-free MAC packets.
  • Label-free MAC packets are assigned to a so-called “native VLAN”.
  • data packets marked with a VLAN ID of 0 (zero) must also be assigned to this native VLAN.
  • the terms "marking” and “identification number” encompass both the cases of markings with VLAN ID values between 0 and 4095 as well as the equal possibility that a MAC packet is unmarked.
  • VLAN virtual LAN
  • IP subnet Internet Protocol
  • port mapping mapping to connections of this switch
  • a virtual LAN is used after the connection of packet-oriented telephony components to a VoIP communication network ("Voice over IP").
  • VoIP over IP A communication device - for example a VoIP telephone - with a predetermined WID (“Voice VLAN ID”) is usually connected to the switch.
  • the term "Voice VLAN ID" already indicates that a VLAN assigned to this VLAN ID is mainly reserved for connecting telephony components.
  • connection to a switch is not absolutely necessary to set up a VLAN.
  • VLANs without an assigned switch are also conceivable.
  • a communication device assigned to a VLAN can in turn contain a switch, for example an internally arranged switch.
  • This internal switch is used to connect a computer system to the communication device in order to ensure data exchange both from data processing services and from communication services with a common data line.
  • Such an arrangement is therefore often referred to as "single wire to desk".
  • While the communication device usually communicates via data packets marked with an identification number (WID) - "Tagged Frames” - the computer system connected to it usually uses "Untagged Frames", i.e. Data packets that do not contain an identification number (WID or VLAN ID).
  • WID identification number
  • VLAN ID VLAN ID
  • Switch assumed, in which only unmarked data packets and marked data packets are forwarded with the WID only intended for this port. For commissioning the communication device, this is e.g. connect to a port of the switch.
  • the WID assigned to the VLAN - for example intended for this port - must be configured in the communication device, since the switch discards any data packet that does not contain the WID intended for the connected port.
  • Data packets without a tag containing a WID are reserved for data communication with the computing unit and also pass through the switch.
  • the configuration of the WID on each of the communication devices in a communication system is a time-consuming measure when a large number of communication devices are started up for the first time. Furthermore, this configuration is necessary each time the communication device is moved to a different connection location, since each connection socket is generally assigned a different switch port with a different WID. Manual configuration is a time-consuming process that involves a lot of staff and time. For one For more efficient commissioning, automatic configuration of the WID of communication devices or the VLAN ID of packet-oriented communicating devices in a port-based virtual LAN should therefore be aimed for.
  • a method for automated configuration of a VLAN ID in a virtual LAN is already known from the US publication US 2002/0003801 AI.
  • a communication endpoint connected to a switch sends one marked with a selected VLAN ID
  • the VLAN ID selected for the confirmation message is noted as valid for this port-based VLAN and the communication endpoint is configured with this VLAN ID.
  • information in GVRP messages (“GARP VLAN Registration Protocol” where GARP stands for “Generic Attribute Registration Protocol” is used, which is sent at regular intervals from the switch to all connected endpoints become.
  • GARP Generic Attribute Registration Protocol
  • the method has the particular disadvantage that the switch must be designed with control logic for handling GVRP messages.
  • Another disadvantage is an increased data exchange due to the need to "try out" different VLAN IDs during the configuration phase.
  • the object of the invention is to provide means for an automated configuration of communication devices in a virtual rush to provide a packet-oriented network, the use of which avoids the disadvantages mentioned above.
  • a configuration message is sent from a network element located outside of a subnetwork.
  • the subnetwork is to be understood, for example, as a domain within a packet-oriented network, for example a "local area network", LAN.
  • the network element is present, for example, as an independent server unit, or also in the form of an executable process on an arbitrarily localized, communicating unit.
  • the communication device is assigned to a virtual network.
  • the virtual network extends at least partially within the subnetwork and can therefore alternatively also span several subnetworks.
  • the configuration message is first sent to a network node device managing the subnetwork - usually a so-called level 3 switch or router.
  • the network address of the subnetwork is entered as the destination address of this configuration message.
  • This network address is entered, for example, in a "directed broadcast” format.
  • the network address of the subnetwork managed by the network node device which is entered as the destination in the configuration message, instructs the network node device to send it to the virtual network in the form of a broadcast message or "broadcast message", using what is known as 802 lQ trunks when the configuration message is forwarded as a broadcast message to a virtual network by the router or switch, the broadcast message is supplemented with the identification number provided for the virtual network if the WID is not a so-called "native" VLAN defined in IEEE 802. IQ of the trunk matches.
  • the broadcast message is received by the communication device and processed. During this processing, the identification number sent is read out and the communication device is configured with it.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that no additional tasks or processing steps are necessary for the existing network node device for using the method according to the invention.
  • the procedural steps of converting the configuration message into a broadcast message and the insertion of an identification number are among the common processing steps of such network node devices, for example configured as routers.
  • Another advantage of the method according to the invention is a central point for managing the content of configuration messages or for transmitting these configuration messages.
  • the configuration messages themselves do not have to be generated in the subnetworks or virtual networks, but can be put through the entire packet-oriented network with the participation of further routers to the network node device and finally to the communication device.
  • Another advantage of the method according to the invention is that only a single configuration message is required for automatic configuration of all communication devices of a VLAN. This eliminates the burden on the network of traffic as a result of request messages and response messages for each communication device.
  • Another advantage of the method according to the invention results from the initial installation of all communication terminals when setting up a new communication system.
  • the method according to the invention ensures configuration each end device without requiring manual access in addition to assembling the devices.
  • Network Addressing is advantageously carried out using the network address in the form of a directed broadcast network address. This measure ensures economic data management in the assignment of network addresses to associated virtual ones
  • An advantageous embodiment of the invention provides a level 2 network node device or "switch" arranged between the network node device and the virtual network. More precisely, this switch is also part of a virtual network defined in this way.
  • An advantage of this switch is the guarantee of a defined transfer interface through which the virtual network is collectively connected to the entire network via a dedicated router uplink in connection with a topology of the subscriber structures. In an advantageous manner, no requirements are to be made of a standardized switch for executing the method according to the invention; in particular, no special processing steps have to be defined on it.
  • a communication terminal and for a connected computing unit in a One VLAN is spanned in each IP subnetwork and mapped to exactly one connection of the switch ("port" or "switch port”).
  • the uplink ports between the switches and the router interface are defined as a so-called Q-trunk, so that all data traffic that is not limited to a subscriber's IP subnetwork passes through the router.
  • a "trunk” connection is a connection between 802. IQ-capable network elements, that is to say devices which understand the VLAN packet format and which can read out the tag of a packet. Such a trunk enables multiplexing of several VLANs between several VLAN network elements.
  • the network node device has a plurality of connection units (ports), each port being assigned a virtual network with an identification number or VLAN ID in accordance with what is known as a "switch port mapping".
  • 1A a structural diagram for the schematic representation of an arrangement of a computing system and a communication unit
  • 1B a structural diagram for the schematic representation of a connection of a computing system and a communication unit to a switch
  • 2 a structure diagram for the schematic representation of a packet-oriented network.
  • Fig. 1A shows a communication device TP which e.g. is designed as a VoIP telephone ("Voice over Internet Protocol") TP.
  • An internal switch IS is assigned to the communication device TP or is also part of this communication device TP, symbolized by a dash-dotted box.
  • a first connection C1 leading to and from the internal switch IS is shown in the drawing with a larger line width in order to illustrate that the bidirectional data line of this first connection C1 has both the data traffic for the communication device TP and for a computing system CMP transported. Because of this, the second connection C1 is often also referred to as a trunk line or "trunk".
  • the communication device TP is connected to the computing system CMP with a second connection C2 - for example via the internal switch IS.
  • IB shows a first communication device TP1 with an assigned internal switch IS1, which is connected via a connection C2 to a computer system computing system CMP2.
  • the communication device TP1 is connected via its internal switch IS1 to a port P4 of a switch LSW by means of a connection C1.
  • Another communication device TP3 with an assigned internal switch IS3 is connected via a connection C4 to another computing system CMP4.
  • the further communication device TP3 is connected via its internal switch IS3 to a further port P1 of the switch LSW.
  • the switch LSW contains several connection units or ports, of which a first port P1, a second port P2, a third port P3 and a fourth port P4 are shown in the drawing.
  • Another port Px is used, for example, to connect the switch to a network node device, not shown, such as another switch or a router. In the further embodiment of the description of the figures with reference to FIG. 1B, only a connection of the first and fourth ports P1, P4 is considered.
  • Further ports P2, P3, Px of the switch LSW are optionally connected to further network elements (not shown).
  • a trunk connection connected to port Px is only indicated in the drawing.
  • a first virtual network VLAN1 comprises the two communication terminals TP1, TP3 and their respective assigned internal switch IS1, IS3.
  • the second virtual network VLAN2 comprises the two computing units CMP2 and CMP4 and the internal switch IS1, IS3 assigned to the two communication terminals TP1, TP3.
  • the two virtual networks VLAN1, VLAN2 further include the switch LSW and further network elements (not shown) which are connected, for example, to the port Px. For reasons of clarity, belonging to the switch LSW and further network elements to the respective virtual network VLAN1, VLAN2 was not shown in the drawing in FIG. IB.
  • Network VLAN2 covered with a second subnetwork.
  • the virtual networks VLAN1, VLAN2 can occasionally be extended over several subnetworks.
  • a subnetwork defines an area within a larger network area.
  • IP address Internet Protocol
  • subnet mask This specifies up to how many bits of an IP address the network portion extends, the other bits of the IP address characterize a so-called host portion.
  • the network part designates the network to be addressed, the host part addresses the host in this network.
  • An IP address is specified using a 32-digit dual number, for example. For easier clarity, this dual number is divided into four octets of eight bits each, the period is used as a separator. Every quarter can now be converted into a decimal number, ' Values between 0 and 255 are possible.
  • a network address is the first address in a network, which can also be a subnet. The network address does not refer to a host in this network, but the entire network. There can be no network element that has this address.
  • the first virtual network VLAN1 is shown in more detail below.
  • the communication devices TP1 and TP3 define a virtual network VLAN1 using a so-called "frame tagging" method.
  • the communication device TP1 exchanges data packets with the switch LSW in which destination and origin identifying MAC addresses ("Media Access Control") by a 12-bit identifier ("Tag") standardized according to IEEE 802. IQ or marking is expanded.
  • this identification or marking contains the identification number of the one defined here VLANs and is also called Voice VLAN ID ("WID”) because of the real-time communication character of the communication device TP.
  • WID Voice VLAN ID
  • this VLAN ID is also referred to as "identification number”. Since in the following exemplary embodiment virtual networks for
  • WID Structuring of communication networks are considered, the term WID is mostly used.
  • the computing system CMP2 exchanges unmarked or unmarked data packets ("untagged frames") with the switch LSW. These unmarked data packets are mainly reserved for pure, not real-time critical data communication.
  • the communication device TPl In a mode in which the communication device TPl has not yet been configured, it has no knowledge of the WID to be used in its virtual network VLANl for packet-oriented communication. Furthermore, it has not yet been assigned a network address or IP address ("Internet Protocol") valid in the entire packet-oriented network (not shown). Such a mode does not only occur when the communication device TP1 is put into operation for the first time, but also after a restart of the communication device system TPl or after the communication device TP has been "plugged" to one of the other ports P1, P2, P3 of the switch LSW ,
  • the DHCP protocol (Dynamic Host Configuration Protocol) is a client / server protocol that handles the assignment of IP addresses.
  • the DHCP protocol is used for dynamic and automatic terminal configuration e.g. the allocation of IP addresses.
  • the corresponding IP addresses are requested by the connected DHCP clients from a DHCP server.
  • the addresses are taken from an address pool that is defined on the DHCP server. With dynamic assignment, a valid IP address is temporarily assigned to a client for a certain time. If the IP address is no longer required by the client, the server can have it again and, for example, assign it to another client.
  • the DHCP protocol knows several message types with which the entire information exchange between client and server is controlled.
  • a request message (“DHCP Discover”) from the client is made by means of a message (“broadcast”) sent to the entire network in order to test the network for various DHCP servers.
  • DHCP Offer the DHCP server sends a broadcast message or a directed message ("Unicast") in which a configuration is suggested to the client. If the DHCP client accepts the configuration parameters offered, it broadcasts a request message ("DHCP request"). The server then sends the IP address and / or optionally further configuration parameters by means of a confirmation message (“DHCP acknowledge"). If the IP address is no longer required by the client, the client sends an exemption message (“DHCP Release”) to the server. Certain messages must be sent as a broadcast on both the server and client side, so that all other clients and
  • the DHCP method in the form described so far requires a DHCP server in every virtual network, since undirected broadcast messages are generally not transported across VLAN boundaries.
  • the DHCP protocol provides for an optional forwarding of the broadcast messages through so-called DHCP relays.
  • Each VLAN therefore only needs a DHCP relay, which usually forwards the broadcast message as a directed message to one or more DHCP servers.
  • the DHCP relay enters the address of the port on which the broadcast message was received in the message. Based on this address, among other things, the DHCP server decides which information it returns. This forwarding function is often taken over by routers.
  • unmarked DHCP messages
  • DHCP messages enters its address, which is valid for the first virtual network VLAN1, into a data part of the DHCP message.
  • the WID Before the communication device TP1 can obtain an IP address, the WID must first be configured. So far, this configuration has mostly been done by a Service technician who manually set the WID on each communication device of a communication system (not shown).
  • a first strategy for the automatic configuration of the communication device TP1 is to use the last used, i.e. save valid WID in the virtual network.
  • the communication device TP1 is restarted, e.g. as a result of a power failure, saving the previous WID leads to success; the stored WID is used for a request message to a DHCP server (not shown).
  • the request message is passed through by the switch LSW and passed on to the DHCP server, which reserves a network address or IP address for the communication device TP1 and communicates this in a response message to the communication device TP1.
  • the automatic configuration of the WID is thus completed.
  • the last option for automatic configuration remains ration by the communication device TPl a scanning process.
  • a scanning process for example, a plurality of request messages are generated, each with an incremented WID, until the request message passes the switch LSW if the WID is correct and a confirmation message is received from the DHCP server on the communication device. Due to a bit width of 12 for the VLAN ID field, in addition to the untagged VLAN and VLAN 0, a total of 4095 further different WID must be scanned.
  • the first virtual network VLAN1 can be occupied with several subnets in an alternative embodiment via a connected router (not shown).
  • a connected router not shown.
  • FIG. 2 shows a larger overview of the packet-oriented network LAN.
  • a first communication device TP1 is connected to a first switch LSW1 via an assigned internal switch IS1.
  • a representation of individual ports of the first switch LSW1 is not shown in FIG. 2.
  • a first computing system CMP2 is connected to the first communication device TP1 via the internal switch IS1.
  • the virtual networks VLAN1, VLAN2 have the same extent as the associated subnetworks.
  • the virtual networks VLAN1, VLAN2 are shown more correctly in terms of their extent via the first switch LSW1 to a first router ROU1.
  • further communication device TP3 is connected to a second switch LSW2 via an assigned internal switch IS3.
  • Another computing system CMP4 is connected to the further communication device TP3 via the internal switch IS3.
  • the virtual networks VLAN3, VLAN4 structured analogously to the aforementioned virtual networks VLAN1, VL ⁇ N2 have the same extent as the respectively associated subnetworks.
  • the first router ROU1 and a further router ROU2 are shown in the drawing with an arrow-containing circle, the direction of the arrows merely equating the function of the router ROU1, ROU2 and not with a directional specification of connected network elements.
  • the first router ROU1 is connected to the second router ROU2.
  • Dashed-dotted boxes symbolizing VLAN1, VLAN2, VLAN3, VLAN4 protrude into the representation of the first router ROUl to indicate that a respective - not shown - this first router ROUl defines or manages a respective subnetwork.
  • a third and a fourth switch LSW3, LSW4 are connected to the second router ROU2.
  • a discovery agent unit DA is connected to the third switch LSW3, and a network address server AS is connected to the fourth switch LSW4.
  • the network address server AS works, for example, in accordance with the DHCP protocol described above.
  • a router is a coupling element that connects subnets with one another on a switching or level 3 layer.
  • This transmission of configuration messages is carried out by the discovery agent unit DA, which is present in the exemplary embodiment, for example, as an independent hardware and / or software unit. In technical implementations of this discovery agent unit DA, it is alternatively carried out as a process or as software logic on any computing unit communicating with the network LAN.
  • the discovery agent unit DA sends configuration messages periodically at predetermined time intervals, for example at intervals of ten seconds.
  • data records are available in a database of the discovery agent unit DA, in which subnetworks there are communication devices to which configuration messages are to be sent.
  • These configuration messages are sent as directed broadcast messages to the respective subnets and optionally contain information in a data part that the recipient of this message is in a VoIP subnet and which VLAN ID it has.
  • the further structure of these configuration messages in practice it can be a simple so-called "Hello" message.
  • the directed broadcast character of the configuration message is converted into a direct broadcast valid for the subnets.
  • a directed broadcast into the first subnet which in the exemplary embodiment overlaps with the first virtual network VLAN1, with the destination address 10.1.1.255 is implemented, for example, by a destination address with the value 255.255.255.255 and onto the port of the first router ROUl in the direction of the first switch Pass LSW1.
  • the identification number of the virtual network VLAN1 is inserted as an 802. IQ tag in a header which, from the configuration message, is converted into a broadcast message converted for the first subnetwork, if the first virtual network VLAN1 is not "Native VLAN" of the outgoing port trades.
  • the first communication device TP1 can read the WID corresponding to the virtual packet-oriented network VLAN1 from the tag entry of these configuration messages.
  • This WID is also optionally contained in a data part of the configuration message originally sent by the discovery agent unit, since it is often easier to read there.
  • the conversion of the configuration message with a valid WID by the first router ROUl ensures that only configuration messages with the WID valid for the respective virtual network VLAN1, VLAN2 are transferred from the respective switch LSW1, LSW2 to the respective communication device TP1, TP2.
  • the first router ROUl does not have to be specially designed, since this conversion is a normal operation for routers.
  • the discovery agent unit DA contains, for example, a table in which information that addresses the respective subnetwork of a respective virtual network VLAN1, VLAN2 is stored is. This addressing information is available, for example, in the form of the network address and network mask of the respective subnetwork. As an alternative to storing a network address and network mask, a directed broadcast address is stored in the table of the discovery agent unit DA. Additional storage of the WID valid in the respective virtual network VLAN1, VLAN2 can be useful, but is not necessary for successful configuration necessary because - as already mentioned - the WID is assigned by the first router ROUl in the form of the identification number.

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  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Konfiguration einer Kommunikationseinrichtung (TP1) mit einer vorbehaltenen Identifikationsnummer mit mindestens einer Netzknoteneinrichtung (ROU1), durch die ein zugeordnetes Subnetzwerk eines Netzwerks (LAN) verwaltet wird, mindestens einem virtuellen Netzwerk (VLAN1), dem die Kommunikationseinrichtung (TP1) zugeordnet ist, wobei innerhalb des virtuellen Netzwerks (VLAN1) ausgetauschte Datenpakete mit der vorbehaltenen Identifikationsnummer markiert sind. Dabei erfolgt zunächst eine Ermittlung einer Netzwerkadresse des Subnetzwerks durch ein im Netzwerk (LAN) angeordnetes Netzelement (DA). Im Anschluss daran erfolgt eine Übersendung einer mit der Netzwerkadresse des Subnetzwerks als Zieladresse eingestellten Konfigurationsnachricht vom Netzelement (DA) an die Netzknoteneinrichtung (ROU1), welche von der Netzknoteneinrichtung (ROU1) als eine mit der vorbehaltenen Identifikationsnummer markierten Rundrufnachricht an das virtuelle Netzwerk (VLAN1) weitergeleitet wird. Die Rundrufnachricht wird von der Kommunikationseinrichtung (TP1) empfangen, worauf die Kommunikationseinrichtung (TP1) anhand der Identifikationsnummer konfiguriert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur automatischen Konfiguration einer Kommunikationseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Konfiguration von Kommunikationseinrichtungen in logischen Netzwerkbereichen.
Zur logischen Segmentierung von paketorientierten Netzwerken - in der Fachwelt oftmals auch mit "LAN", Local Area Network benannt - ist eine Organisationsform eines sogenannten virtuellen LAN bekannt.
Ein virtuelles LAN bzw. VLAN wird durch eine Gruppe von Netzknoten gebildet, die in einer autonomen Domäne bzw. "Broadcast Domain" zusammengefasst sind. Die Zugehörigkeit eines Netzknotens zu einem VLAN hängt nicht von der örtlichen Lage des Netzknotens ab. Sie ist ausschließlich durch Softwarekon- figuration bestimmt und kann geändert werden, wenn ein Netzknoten einer neuen Arbeitsgruppe zugeordnet werden soll .
Soll ein virtuelles LAN über mehrere Netzknoteneinrichtungen ausgedehnt werden, so ist eine Erweiterung der in ausge- tauschten Datenpaketen Ziel und Ursprung identifizierenden MAC-Adressen ("Media Access Control") um eine Identifikationsnummer des virtuellen LANs vorteilhaft. Diese Identifika- tionsnummer wird meist als VLAN-Nummer bzw. "VLAN ID" bzw. "Virtual LAN Identification Number" bezeichnet.
Mit einem als "Frame Tagging" bezeichneten Verfahren wird eine das VLAN kennzeichnende VLAN ID als sogenannter "Tag" (Markierung) hinter das Typ-Feld des MAC-Pakets gesetzt. Dieses Verfahren ist in IEEE 802. IQ standardisiert und verwendet eine Wortbreite für den Tag von 12 Bit. Daraus ergeben sich theoretisch für die VLAN ID die Werte 0 bis 4095. In 802. IQ- Netzwerken sind aus Kompatibilitätsgründen weiterhin markie- rungsfreie MAC-Pakete austauschbar. Diesen markierungsfreien MAC-Paketen wird eine VLAN ID mit einem Wert zwischen 1 und 4095 zugewiesen. Markierungsfreie MAC-Pakete sind einem sogenannten "nativen VLAN" zugeordnet. Daneben sind mit einer VLAN ID des Wertes 0 (Null) markierte Datenpakete ebenfalls diesem nativen VLAN zuzuordnen. In dieser Beschreibung umfassen die Begriffe "Markierung" und "Identifikationsnummer" sowohl die Fälle von Markierungen mit VLAN ID Werten zwischen 0 bis 4095 als auch die gleichberechtigte Möglichkeit, dass ein MAC-Paket unmarkiert ist.
Eine Ausführungsform eines virtuellen LANs ist das sogenannte portbasierte VLAN. Dabei werden innerhalb eines IP-Subnetzes ("Internet Protocol") oder auch über mehrere IP-Subnetze ein VLAN gespannt und auf mehrere Anschlüsse ("Port") einer Netzknoteneinrichtung abgebildet. Die Netzknoteneinrichtung ist üblicherweise als sogenannter "Switch" ausgebildet, die Abbildung auf Anschlüsse dieses Switches wird auch als "Switchport Mapping" bezeichnet.
Ein Einsatz eines virtuellen LANs ist im Anschluss von paketorientiert kommunizierenden Telephoniekomponenten an ein VoIP-Kommunikationsnetz ("Voice over IP") gegeben. Eine Kommunikationseinrichtung - beispielsweise ein VoIP-Telephon - mit einer vorgegebenen WID ("Voice VLAN ID") ist üblicherweise an den Switch angeschlossen. Mit der Bezeichnung "Voice VLAN ID" ist bereits angedeutet, dass ein dieser VLAN ID zugeordnetes VLAN überwiegend einem Anschluss von Telephoniekomponenten vorbehalten ist.
Im übrigen ist der Anschluss an einen Switch nicht zwingend notwendig für die Einrichtung eines VLANs . Statt portbasierter virtueller LANs sind auch VLANs ohne einen zugeordneten Switch denkbar.
Eine einem VLAN zugeordnete Kommunikationseinrichtung kann ihrerseits einen - z.B. intern angeordneten - Switch enthal- ten. Dieser interne Switch dient zum Anschluss eines Rechnersystems an die Kommunikationseinrichtung, um einen Datenaustausch sowohl von datenverarbeitenden Diensten als auch von Kommunikationsdiensten mit einer gemeinsamen Datenleitung zu gewährleisten. Auf eine solche Anordnung wird daher oftmals auch mit dem Begriff "Single Wire to Desk" Bezug genommen.
Während die Kommunikationseinrichtung üblicherweise über anhand einer Identifikationsnummer (WID) markierten Datenpake- te - "Tagged Frames" - kommuniziert, verwendet das daran angeschlossene Rechnersystem üblicherweise "Untagged Frames", d.h. Datenpakete, die keine Identifikationsnummer (WID bzw. VLAN ID) enthalten.
Im folgenden wird von einer üblichen Portkonfiguration des
Switch ausgegangen, in der lediglich unmarkierte Datenpakete sowie markierte Datenpakete mit der nur für diesen Port vorgesehenen WID weitergeleitet werden. Für eine Inbetriebnahme der Kommunikationseinrichtung ist diese z.B. an einen Port des Switch anzuschließen. Die dem VLAN zugeordnete - beispielsweise für diesen Port vorgesehene - WID ist in der Kommunikationseinrichtung zu konfigurieren, da der Switch jedes Datenpaket verwirft, das nicht die für den angeschlossenen Port vorgesehene WID enthält. Datenpakete ohne einen ei- ne WID enthaltenden Tag sind der Datenkommunikation mit der Recheneinheit vorbehalten und passieren den Switch ebenfalls.
Die Konfiguration der WID an jedem der Kommunikationsein- richtungen in einem Kommunikationssystem ist bei einer erst- maligen Inbetriebsetzung einer Vielzahl von Kommunikationseinrichtungen eine zeitraubende Maßnahme. Des weiteren ist diese Konfiguration bei jedem Umzug der Kommunikationseinrichtung an einen anderen Anschlussort neu vonnöten, da jeder Anschlussdose im Allgemeinen ein anderer Switchport mit einer jeweils unterschiedlichen WID zugeordnet ist. Die manuelle Konfiguration ist ein aufwändiger Vorgang, der mit einem hohen Personaleinsatz und Zeitaufwand verbunden ist. Für eine rationellere Inbetriebnahme ist daher eine automatische Konfiguration der WID von Kommunikationseinrichtungen bzw. der VLAN ID von paketorientiert kommunizierenden Endgeräten in einem portbasierten virtuellen LAN anzustreben.
Aus der US-amerikanischen Veröffentlichungsschrift US 2002/0003801 AI ist bereits ein Verfahren für eine automatisierte Konfiguration einer VLAN ID in einem virtuellen LAN bekannt. Ein mit einem Switch verbundener Kommunikationsend- punkt sendet eine mit einer ausgewählten VLAN ID markierte
Bestätigungsnachricht an den Switch und wartet auf eine Antwortnachricht. Trifft keine Antwortnachricht vom Switch ein, wird die ausgewählte VLAN ID als ungültig markiert und der Vorgang mit einer anderen VLAN ID wiederholt, bis auf eine derartige Bestätigungsnachricht eine Antwortnachricht vom
Switch eintrifft. Die für die Bestätigungsnachricht gewählte VLAN ID wird für dieses portbasierte VLAN als gültig vermerkt und der Kommunikationsendpunkt mit dieser VLAN ID konfiguriert. Zur Auswahl einer zu prüfenden VLAN ID durch den Kom- munikationsendpunkt werden Informationen in GVRP-Nachrichten ("GARP VLAN Registration Protocol" wobei GARP für "Generic Attribute Registration Protocol" steht) verwendet, welche in periodischen Zeitabständen vom Switch an alle daran angeschlossene Endpunkte gesandt werden. Diese GVRP-Nachrichten enthalten die VLAN IDs sämtlicher an den Switch angeschlossener Kommunikationsendpunkte.
Das Verfahren weist insbesondere den Nachteil auf, dass hierbei der Switch mit einer Steuerlogik zur Handhabung von GVRP- Nachrichten ausgestaltet sein muss. Ein weiterer Nachteil besteht in einem gesteigerten Datenaustausch durch eine Notwendigkeit eines "Durchprobierens" verschiedener VLAN IDs während der Konfigurationsphase.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel für eine automatisierte Konfiguration von Kommunikationseinrichtungen in einem virtu- eilen paketorientierten Netzwerk bereitzustellen, bei deren Anwendung die oben genannten Nachteile vermieden werden.
Eine Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Übersendung einer Konfigurationsnachricht von einem außerhalb eines Subnetzwerks lokalisierten Netzelement. Das Subnetzwerk ist beispielsweise als Domäne innerhalb eines paketorientierten Netzwerks, beispielsweise eines "Local Area Networks", LAN, zu verstehen. Das Netzelement liegt z.B. als eigenständige Servereinheit vor, oder auch in Form eines ablauffähigen Prozesses auf einer beliebig lokalisierten, kommunizierenden Einheit. Die Kommunikationseinrichtung ist einem virtuellen Netzwerk zugeordnet. Das virtuelle Netzwerk erstreckt sich dabei zumindest teilweise innerhalb des Subnetzwerks und kann sich demnach alternativ auch über mehrere Subnetzwerke erstrecken. Die Konfigurationsnachricht wird zunächst an eine das Subnetzwerk verwaltende Netzknoteneinrichtung - üblicherweise ein sogenannter Ebene-3-Switch bzw. Router - gesendet. Als Zieladresse dieser Konfigurationsnachricht wird dabei die Netzwerkadresse des Subnetzwerks eingetragen. Diese Netzwerkadresse wird z.B. in einem "Directed Broadcast"-Format eingetragen. Durch die in der Konfigurationsnachricht als Ziel eingetragene Netzwerkadresse des von der Netzknoteneinrichtung verwalteten Subnetzwerks wird die Netzknoteneinrichtung angewiesen, diese in Form einer Rundrufnachricht bzw. "Broadcastnach- richt" an das virtuelle Netzwerk zu senden, wobei auf soge- nannten, im weiteren näher erläuterten 802. lQ-Trunks bei einer Weiterleitung der Konfigurationsnachricht als Rundrufnachricht an ein virtuelles Netzwerk durch den Router oder Switch die Rundrufnachricht mit der für das virtuelle Netzwerk vorgesehenen Identifikationsnummer ergänzt wird, wenn die WID nicht mit einer in IEEE 802. IQ definierten sogenannten "nativen" VLAN des Trunks übereinstimmt. Die Rundrufnachricht wird von der Kommunikationseinrichtung empfangen und bearbeitet. Bei dieser Bearbeitung wird die mitgesandte Identifikationsnummer ausgelesen, und die Kommunikationseinrichtung mit dieser konfiguriert.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass für die bestehende Netzknoteneinrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Aufgaben bzw. Bearbeitungsschritte notwendig sind. Die Verfahrensschritte einer Umsetzung der Konfigurationsnach- rieht in eine Rundruf achricht sowie das Einsetzen einer I- dentifikationsnummer zählen zu den gängigen Bearbeitungsschritten derartiger, beispielsweise als Router ausgestalteter Netzknoteneinrichtungen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht weiterhin in einer zentralen Stelle zur Verwaltung des Inhalts von Konfigurationsnachrichten bzw. zur Übermittlung dieser Konfigurationsnachrichten. Die Konfigurationsnachrichten selbst müssen hierbei nicht in den Subnetzwerken oder virtuellen Netzwerken generiert werden, sondern können über das ganze paketorientierte Netzwerk unter Beteiligung weiterer Router an die Netzknoteneinrichtung und schließlich an die Kommunikationseinrichtung durchgestellt werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass für eine automatische Konfiguration aller Kommunikationseinrichtungen eines VLAN lediglich eine einzelne Konfigurationsnachricht erforderlich ist. Für das Netzwerk belastender Verkehr in Folge von Anfragenachrichten und Antwortnachrichten für jede Kommunikationseinrichtung erübrigt sich damit.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich bei der anfänglichen Installation aller Kommunikations- endgeräte beim Aufbau eines neuen Kommunikationssystems . Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine Konfiguration jedes Endgeräts ohne neben einer Montage der Geräte einen manuellen Zugriff erforderlich zu machen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.
Vorteilig erfolgt die Adressierung durch die Netzwerkadresse in Form einer Directed Broadcast-Netzwerkadresse . Diese Maßnahme gewährleistet eine ökonomische Datenverwaltung in der Zuordnung von Netzwerkadressen zu zugehörigen virtuellen
Netzwerken. Da mehrere Subnetzwerke verwaltende Netzknoteneinrichtungen als Empfänger einer "Directed Broadcast"- Nachricht diese vor Weiterleitung in das angewiesene ("Directed") virtuelle Netzwerk jeweils mit einer vorbehaltenen I- dentifikationsnummer markieren - bzw. unmarkiert belassen, wenn eine vorhandene VLAN ID mit dem in 802. IQ definierten Port VLAN ID übereinstimmt - und als Broadcast-Meldung in diesen Bereich weiterleiten, ist die eindeutige Adressierung der zu übermittelnden Identifikationsnummer gewährleistet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine zwischen der Netzknoteneinrichtung und dem virtuellen Netzwerk angeordnete Ebene-2-Netzknoteneinrichtung bzw. "Switch" vor. Genauer gesagt ist dieser Switch ebenfalls Bestandteil eines derart definierten virtuellen Netzwerks. Ein Vorteil dieses Switch ist die Gewährleistung einer definierten Übergabeschnittstelle, durch welche das virtuelle Netzwerk gesammelt über einen dedizierten Router-Uplink mit dem gesamt Netzwerk verbunden ist in Verbindung mit einer Topologisierung der Teilnehmerstrukturen. In vorteilhafter Weise sind an einen standardisierten Switch zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinerlei Anforderungen zu stellen, insbesondere müssen auf diesem keine speziellen Abarbeitungsschritte definiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für ein Kommunikationsendgerät sowie für eine verbundene Recheneinheit in ei- nem IP-Subnetzwerk je ein VLAN gespannt und auf jeweils genau einen Anschluss des Switch ("Port" bzw. "Switchport") abgebildet ("mapped") . Die Uplink Ports zwischen den Switches und zum Routerinterface werden als sogenannter Q-Trunk definiert, so dass jeder Datenverkehr, der sich nicht auf das IP- Subnetzwerk eines Teilnehmers beschränkt, den Router passieren uss. Als "Trunk"-Verbindung wird eine Verbindung zwischen 802. IQ-fähigen Netzelemente bezeichnet, d.h. Geräten, die das VLAN-Paketformat verstehen und welche die Markierung "Tag" eines Pakets auslesen können. Ein derartiger Trunk ermöglicht ein Multiplexing mehrerer VLANs zwischen mehreren VLAN-Netzelementen.
Vorteilhaft passieren diesen Switch nur Datenpakete, welche eine vorgesehene Identifikationsnummer (VLAN ID bzw. WID) in einem Markierungsteil "Tag" eines 802. lQ-Kennzeichnungsteils ("Header") enthalten.
In einer weiteren vorteiligen Ausgestaltung der Erfindung weist die Netzknoteneinrichtung (Switch) mehrere Anschlusseinheiten (Ports) auf, wobei jedem Port jeweils ein virtuelles Netzwerk mit einer Identifikationsnummer bzw. VLAN ID gemäß eines sogenannten "Switchport Mapping" zugeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Vorteilen und Ausgestaltungen der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1A: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung einer Anordnung eines Rechensystems und einer Kommunikationseinheit;
Fig. 1B: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung ei- ner Anschaltung eines Rechensystems und einer Kommunikationseinheit an einen Switch; und Fig. 2: ein Strukturbild zur schematischen Darstellung eines paketorientierten Netzwerks.
Fig. 1A zeigt eine Kommunikationseinrichtung TP, welche z.B. als VoIP-Telephon ("Voice over Internet Protocol") TP ausgeführt ist. Ein interner Switch IS ist der Kommunikationsein- richtung TP zugeordnet oder auch - versinnbildlicht durch eine strichpunktierten Kasten - Bestandteil dieser Kommunikationseinrichtung TP. Ein vom bzw. zum internen Switch IS hin- bzw. wegführende erste Verbindung Cl ist in der Zeichnung mit einer größeren Strichbreite dargestellt um zu veranschaulichen, dass die bidirektionale Datenleitung dieser ersten Verbindung Cl sowohl den Datenverkehr für die Kommunikationseinrichtung TP als auch für ein Rechensystem CMP transportiert. Aufgrund dieser Tatsache wird die zweite Verbindung Cl oftmals auch als Bündelleitung bzw. "Trunk" bezeichnet. Die Kommunikationseinrichtung TP ist mit einer zweiten Verbindung C2 - beispielsweise über den internen Switch IS - mit dem Rechensystem CMP verbunden.
Im folgenden wird unter weiterer Bezugnahme auf die Funktionseinheiten der jeweils vorausgehenden Figuren das erfin-, dungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Fig. IB zeigt eine erste Kommunikationseinrichtung TPl mit einem zugeordneten internen Switch IS1, welcher über eine Verbindung C2 mit einem Rechnersystem Rechensystem CMP2 verbunden ist. Die Kommunikationseinrichtung TPl ist über ihren internen Switch IS1 mit einem Port P4 eines Switch LSW mit- tels einer Verbindung Cl verbunden.
Eine weitere Kommunikationseinrichtung TP3 mit einem zugeordneten internen Switch IS3 ist über eine Verbindung C4 mit einem weiteren Rechensystem CMP4 verbunden. Die weitere Kommu- nikationseinrichtung TP3 ist über ihren internen Switch IS3 mit einem weiteren Port Pl des Switch LSW verbunden. Der Switch LSW enthält mehrere Anschlusseinheiten bzw. Ports, von denen in der Zeichnung ein erster Port Pl, ein zweiter Port P2, ein dritter Port P3 und ein vierter Port P4 dargestellt sind. Ein weiterer Port Px dient beispielsweise zum Anschluss des Switch an eine - nicht dargestellte - Netzknoteneinrichtung wie beispielsweise einem weiteren Switch oder einem Router. In den weiteren Ausführung zur Figurenbeschreibung anhand von Fig. IB wird lediglich eine Beschaltung des ersten und des vierten Ports P1,P4 betrachtet. Weitere Ports P2,P3,Px des Switch LSW sind wahlweise mit weiteren - nicht dargestellten - Netzelementen verbunden. Eine an den Port Px angeschlossene Trunkverbindung ist in der Zeichnung lediglich angedeutet.
Ein erstes virtuelle Netzwerk VLANl umfasst die beiden Kommunikationsendgeräte TP1,TP3 und deren jeweils zugeordneten internen Switch IS1,IS3. Das zweite virtuelle Netzwerk VLAN2 umfasst die beiden Recheneinheiten CMP2 und CMP4 sowie den den beiden Kommunikationsendgeräte TP1,TP3 jeweils zugeordne- ten internen Switch IS1,IS3. Die beiden virtuellen Netzwerke VLANl,VLAN2 umfassen im weiteren den Switch LSW sowie weitere - nicht dargestellte - Netzelemente, welche beispielsweise mit dem Port Px verbunden sind. Aus Übersichtsgründen wurde eine Zugehörigkeit des Switch LSW sowie weiterer Netzelemente zum jeweiligen virtuellen Netzwerk VLANl,VLAN2 in Fig. IB nicht zeichnerisch dargestellt.
Weiterhin sei aus Gründen der Übersichtlichkeit angenommen, dass sich im Ausführungsbeispiel das erste virtuelle Netzwerk VLANl mit einem ersten Subnetzwerk, das zweite virtuelle
Netzwerk VLAN2 mit einem zweiten Subnetzwerk überdeckt. In technischen Verwirklichungen ist fallweise auch eine Erstreckung der virtuellen Netzwerke VLANl, VLAN2 über mehrere Sub- netzwerke durchführbar.
Ein Subnetzwerk definiert einen Bereich innerhalb eines größeren Netzwerkbereichs . Die Adressierung eines Subnetzwerkes durch eine IP-Adresse ("Internet Protocol") erfolgt mit Hilfe einer Subnetzmaske bzw. "Subnet-Mask" . Diese gibt an, bis zum wievielten Bit einer IP-Adresse der Netzwerkanteil reicht, die weiteren Bits der IP-Adresse charakterisieren einen soge- nannten Hostanteil. Der Netzwerkanteil bezeichnet das Netz, das zu adressieren ist, der Hostanteil adressiert den Host in diesem Netz. Eine IP-Adresse wird beispielsweise mittels einer 32-stelligen Dualzahl angegeben. Aufgrund einer leichteren Übersichtlichkeit teilt man diese Dualzahl in vier Oktet- te zu je acht Bits, als Trennzeichen wird der Punkt verwendet. Jedes Viertel kann nun noch in eine Dezimalzahl umgewandelt werden,' dabei sind Werte zwischen 0 und 255 möglich. Eine Netzwerkadresse ist die erste Adresse in einem Netz, das auch ein Subnetz sein kann. Die Netzwerkadresse bezeichnet keinen Host in diesem Netz, sondern das ganze Netz. Es kann kein Netzelement geben, das diese Adresse hat.
Im folgenden wird beispielhaft von einer Netzwerkadresse von 10.1.1.0 für das - bezüglich seines Erstreckungsbereiches mit dem ersten virtuellen Netzwerk VLANl identischen - erste Subnetz ausgegangen, wobei der Hostanteil im Subnetz beispielsweise auf das letzte Oktett beschränkt ist, eine zugehörige Subnetzmaske demzufolge mit 255.255.255.0 anzugeben ist.
Im folgenden wird das erste virtuelle Netzwerk VLANl detaillierter dargestellt.
In einem konfigurierten Arbeitsmodus ist durch die Kommunikationseinrichtungen TPl und TP3 ein virtuelles Netzwerk VLANl durch ein sogenanntes "Frame Tagging"-Verfahren definiert. Die Kommunikationseinrichtung TPl tauscht im konfigurierten Arbeitsmodus hierzu mit dem Switch LSW Datenpakete aus, in welchen Ziel und Ursprung identifizierende MAC-Adressen ("Media Access Control") um eine 12-Bit-lange nach IEEE 802. IQ standardisierte Kennzeichnung ("Tag") bzw. Markierung erweitert ist. Diese Kennzeichnung bzw. Markierung enthält in diesem Fall die Identifikationsnummer des hierbei definierten VLANs und wird wegen des Echtzeitkommunikationscharakters der Kommunikationseinrichtung TP auch mit Voice VLAN ID ("WID") bezeichnet. In einer allgemeinen Bezeichnung wird diese VLAN ID auch mit dem Begriff "Identifikationsnummer" benannt. Da im folgenden Ausführungsbeispiel virtuelle Netzwerke zur
Strukturierung von Kommunikationsnetzwerken betrachtet werden, wird meist die Bezeichnung WID verwendet.
Im Gegensatz zum Austausch markierter Datenpakete durch die Kommunikationseinrichtung tauscht das Rechensystem CMP2 nicht-gekennzeichnete bzw. nicht-markierte Datenpakete ("Un- tagged Frames") mit dem Switch LSW aus. Diese nicht-gekennzeichneten Datenpakete sind überwiegend einer reinen, nicht echtzeit-kritischen Datenkommunikation vorbehalten.
In einem Modus, in dem die Kommunikationseinrichtung TPl noch nicht konfiguriert ist, hat diese keine Kenntnis über die in ihrem virtuellen Netzwerk VLANl für die paketorientierte Kommunikation zu verwendende WID. Des weiteren wurde ihr noch keine im gesamten - nicht dargestellten - paketorientierten Netzwerk gültige Netzwerkadresse bzw. IP-Adresse ("Internet Protocol") zugewiesen. Ein solcher Modus tritt nicht nur ein, wenn die Kommunikationseinrichtung TPl erstmalig in Betrieb genommen wird, sondern auch nach einem Neustart des Kommuni- kationseinrichtungssystems TPl oder nach einem "Umstecken" der Kommunikationseinrichtung TP an einen der anderen Ports P1,P2,P3 des Switches LSW.
Ohne Kenntnis der gültigen WID ist auch keine Anforderungs- nachricht an einen - nicht dargestellten - IP-Adressen- zuweisenden Rechner möglich, da der Switch LSW1 einerseits alle Datenpakete mit einer WID ungleich der für das virtuelle Netzwerk VLANl vorgesehenen WID verwirft und andererseits nicht-gekennzeichnete Datenpakete ohne eine WID im Allgemei- nen einer reinen Datenkommunikation vorbehalten sind. Im folgenden wird zunächst ohne Bezug auf die Zeichnung eine IP-Adressenzuweisung anhand des Protokolls "DHCP" allgemein beschrieben.
Das DHCP-Protokoll (Dynamic Host Configuration Protocol) ist ein Client-/Server-Protokoll, das die Vergabe von IP-Adressen handhabt. Das DHCP-Protokoll dient der dynamischen und automatischen Endgeräte-Konfiguration z.B. der Vergabe von IP- Adressen. Die entsprechenden IP-Adressen werden von den ange- schlossenen DHCP-Clients bei einem DHCP-Server angefordert. Die Adressen werden einem Adresspool entnommen, der an dem DHCP-Server definiert ist. Bei der dynamischen Zuweisung wird an einen Client eine gültige IP-Adresse temporär für eine bestimmte Zeit vergeben. Wird die IP-Adresse vom Client nicht mehr benötigt, kann der Server wieder über diese verfügen und sie beispielsweise an einen anderen Client vergeben.
Das DHCP-Protokoll kennt mehrere Nachrichtentypen, mit denen der gesamte Informationsaustausch zwischen Client und Server gesteuert wird. Eine Anfragenachricht ("DHCP Discover") des Clients erfolgt mittels einer an das ganzen Netzwerk verschickten Nachricht ("Broadcast"), um das Netzwerk auf verschiedene DHCP-Server hin zu testen. Als Antwortnachricht ("DHCP Offer") verschickt der DHCP-Server eine Broadcastnach- rieht oder eine gerichtete Nachricht ("Unicast"), in der dem Client eine Konfiguration vorgeschlagen wird. Akzeptiert der DHCP-Client die angebotenen Konfigurationsparameter, sendet er mittels Broadcast eine Anforderungsnachricht ("DHCP- Request"). Darauf hin sendet der Server mittels einer Bestä- tigungsnachricht ("DHCP-Acknowledge") die IP-Adresse und/oder optional weitere Konfigurationsparameter. Wird die IP-Adresse vom Client nicht mehr benötigt, sendet dieser eine Freistellungsnachricht ("DHCP Release") an den Server. Bestimmte Nachrichten müssen sowohl Server- als auch clientseitig als Broadcast verschickt werde, damit alle anderen Clients und
Server über die Konfiguration informiert sind und nicht unnötig Adressen und Konfigurationen reservieren. Da bestimmte Netzknoteneinrichtungen ungerichtete Broadcast-Nachrichten generell nicht weiterleiten existieren auch "gerichtete" bzw. "Directed" Broadcast-Nachrichten. Für den Fall einer DHCP- Anforderungsnachricht trifft diese Nicht-Weiterleitung im Allgemeinen jedoch nicht zu.
Das DHCP-Verfahren in der bis jetzt beschriebenen Form erfordert einen DHCP-Server in jedem virtuellen Netzwerk, da ungerichtete Broadcast-Nachrichten im Allgemeinen nicht über VLAN-Grenzen hinweg transportiert werden. Das DHCP-Protokoll sieht aber eine optionale Weiterleitung der Broadcast- Nachrichten durch sogenannte DHCP-Relays vor. Somit benötigt jedes VLAN lediglich einen DHCP-Relay, der die Broadcast- Nachricht meist als gerichtete Nachricht an einen oder mehre- re DHCP-Server weiterleitet. Der DHCP-Relay trägt dabei in die Nachricht die eigene Adresse des Ports ein, auf dem die Broadcast-Nachricht empfangen wurde. Der DHCP-Server entscheidet nun unter anderem aufgrund dieser Adresse, welche Informationen er zurückliefert. Oft wird diese Weiterlei- tungsfunktion von Routern übernommen.
In Vorgriff auf die Beschreibung von Fig. 2 hat ein dortiger Router ROUl zwei DHCP-Relay-Funktionen implementiert: eine auf einem virtuellen Port zu einem dortigen ersten virtuellen Netzwerk VLANl und eine auf einem virtuellen Port zu einem dortigen zweiten virtuellen Netzwerk VLAN2. Bei einer Weitergabe von unmarkierten ("untagged") DHCP-Nachrichten trägt er eine für das dortige zweite virtuelle Netzwerk VLAN2 gültige Adresse ein, während er vor einer Weitergabe von mit der für das erste virtuelle Netzwerk VLANl markierten ("tagged")
DHCP-Nachrichten seine für das erste virtuelle Netzwerk VLANl gültige Adresse in einen Datenteil der DHCP-Nachricht einträgt.
Bevor die Kommunikationseinrichtung TPl eine IP-Adresse beziehen kann, ist zunächst eine Konfiguration der WID notwendig. Diese Konfiguration erfolgte bislang meist durch einen Servicetechniker, der die Einstellung der WID an jeder Kommunikationseinrichtung eines - nicht dargestellten - Kommuni- kationssystems manuell vornahm.
Eine erste Strategie zur automatischen Konfiguration der Kommunikationseinrichtung TPl besteht darin, die zuletzt verwendete, d.h. im virtuellen Netzwerk gültige WID zu speichern. Bei einem erneuten Hochfahren der Kommunikationseinrichtung TPl, z.B. in Folge eines Stromausfalls, führt die Speicherung der vormaligen WID zum Erfolg; die gespeicherte WID wird für eine Anforderungsnachricht an einen - nicht dargestellten - DHCP-Server verwendet. Die Anforderungsnachricht wird vom Switch LSW durchgelassen und an den DHCP-Server weitergegeben, welcher für die Kommunikationseinrichtung TPl eine Netzwerkadresse bzw. IP-Adresse reserviert und diese in einer Antwortnachricht an die Kommunikationseinrichtung TPl mitteilt. Mit dieser Rückmeldung ist es an der Kommunikations- einrichtung TPl wiederum möglich, die zuletzt gespeicherte WID als die aktuell gültige WID einzustellen, die automati- sehe Konfiguration der WID ist damit abgeschlossen.
Im Falle eines Umsteckens der Kommunikationseinrichtung TPl, beispielsweise vom ursprünglich vierten Port P4 auf den dritten Port P3 führt die oben beschriebene automatische Konfigu- ration anhand einer zuletzt gespeicherten WID in bestimmten Situationen nicht zum Erfolg. Da an diesem dritten Port P3 z.B. ein - nicht dargestelltes - virtuelles Netzwerk unter Anwendung einer WID mit einem unterschiedlichen Wert vorliegt, werden alle entsprechenden von der Kommunikationsein- richtung TPl gesendeten Nachrichten mit einer dem ersten virtuellen Netzwerk VLANl zugeordneten WID vom Switch LSW fallengelassen.
Durch das Fehlen einer Rückmeldung auf eine - im neuen virtu- eilen Netzwerk eine ungültige WID enthaltende - Anforderungsnachricht an den - nicht dargestellten - DHCP-Server verbleibt als letzte Möglichkeit einer automatischen Konfigu- ration durch die Kommunikationseinrichtung TPl ein Scan- Vorgang. Bei diesem Scan-Vorgang werden beispielsweise mehrere Anforderungsnachrichten mit einer jeweils inkrementierten WID generiert, bis bei einer korrekten WID die Anforderungsnachricht den Switch LSW passiert und eine Bestätigungsnachricht vom DHCP-Server an der Kommunikationseinrichtung erhalten wird. Bedingt durch eine Bitbreite von 12 für das VLAN-ID-Feld sind neben dem ungataggten VLAN und VLAN 0 insgesamt 4095 weitere verschiedene WID zu scannen.
Das erste virtuelle Netzwerk VLANl kann - wie bereits angedeutet - in einer alternativen Ausführungsform über einen verbundenen - nicht dargestellten - Router mit mehreren Sub- netzen belegt sein. Um alle Kommunikationsgeräte in dem ers- ten virtuellen Netzwerk VLANl automatisch zu konfigurieren, reicht es, nur eine Konfigurationsnachricht in eines der Sub- netze des ersten virtuellen Netzwerks VLANl zu schicken. Damit werden alle Kommunikationsgeräte TP1,TP3 mit der richtigen WID konfiguriert, auch wenn sie später vom DHCP-Server IP-Adressen aus verschiedenen Subnetzen zugewiesen bekommen.
Fig. 2 zeigt eine größere Übersicht des paketorientierten Netzwerks LAN.
In analoger Weise zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist eine erste Kommunikationseinrichtung TPl über einen zugeordneten internen Switch IS1 mit einem ersten Switch LSW1 verbunden. Von einer Darstellung einzelner Ports des ersten Switch LSW1 wird in Fig. 2 abgesehen. An die erste Kommunika- tionseinrichtung TPl ist über den internen Switch IS1 ein erstes Rechensystem CMP2 angeschlossen. Die virtuellen Netzwerke VLANl,VLAN2 haben wie vorher die selbe Ausdehnung wie die jeweils zugehörigen Subnetzwerke . Im Unterschied zur vereinfachenden Darstellung gemäß Fig. IB sind die virtuellen Netzwerke VLANl,VLAN2 bezüglich Ihrer Erstreckung korrekter über den ersten Switch LSW1 bis zu einem ersten Router ROUl dargestellt. In analoger Weise ist weitere Kommunikationseinrichtung TP3 über einen zugeordneten internen Switch IS3 mit einem zweiten Switch LSW2 verbunden. An die weitere Kommunikationseinrichtung TP3 ist über den internen Switch IS3 ein weiteres Re- chensystem CMP4 angeschlossen. Die analog den vorgenannten virtuellen Netzwerke VLANl,VLÄN2 strukturierten virtuellen Netzwerke VLAN3,VLAN4 besitzen die selbe Ausdehnung wie die jeweils zugehörigen Subnetzwerke .
Der erste Router ROUl sowie ein weiterer Router ROU2 ist in der Zeichnung mit einem Pfeile enthaltenden Kreis dargestellt, wobei die Richtung der Pfeile lediglich die Funktion der Router ROUl,ROU2 und nicht mit einer Richtungsvorgabe angeschlossener Netzwerkelemente gleichzusetzen ist. Der erste Router ROUl ist mit dem zweiten Router ROU2 verbunden.
Die ein jeweiliges virtuelles Netzwerk
VLANl,VLAN2,VLAN3,VLAN4 symbolisierenden strichpunktierten Kästen ragen in die Darstellung des ersten Routers ROUl hin- ein, um anzudeuten, dass eine jeweilige - nicht dargestellte - dieses ersten Routers ROUl ein jeweiliges Subnetzwerk definiert bzw. verwaltet.
Mit dem zweiten Router ROU2 ist ein dritter und ein vierter Switch LSW3,LSW4 verbunden. An den dritten Switch LSW3 ist eine Discovery-Agent-Einheit DA angeschlossen, an den vierten Switch LSW4 ist ein Netzwerkadressenserver AS angeschlossen. Der Netzwerkadressenserver AS arbeitet beispielsweise gemäß des oben beschriebenen DHCP-Protokolls.
Ein Router ist ein Koppelelement, das Subnetze auf einer Ver- mittlungs- bzw. Ebene-3-Schicht miteinander verbindet. Für das nachfolgend zu beschreibende erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Konfiguration der WID einer Kommunikati- onseinrichtung TP1,TP2 besteht eine wesentliche Forderung darin, dass Konfigurationsnachrichten von einer zentralen Stelle außerhalb der virtuellen paketorientierten Netzwerke VLANl,VLAN2, eventuell über mehrere Router R0U1,R0U2 hinweg an die Telekommunikationseinrichtung TP gesendet werden können.
Diese Übermittlung von Konfigurationsnachrichten erfolgt durch die Discovery-Agent-Einheit DA, die im Ausführungsbei- spiel beispielsweise als eigenständige Hard- und/oder Softwareeinheit vorliegt. In technischen Realisierungen dieser Discovery-Agent-Einheit DA wird diese alternativ als ein Pro- zess bzw. als eine Softwarelogik auf einer beliebigen mit dem Netzwerk LAN kommunizierenden Recheneinheit zur Ausführung gebracht.
Die Discovery-Agent-Einheit DA sendet periodisch in vorgebba- ren Zeitintervallen, beispielsweise im Abstand von zehn Sekunden, Konfigurationsnachrichten aus . In einer Datenbank der Discovery-Agent-Einheit DA sind hierzu beispielsweise Datensätze vorhanden, in welchen Subnetzwerken Kommunikationseinrichtungen vorhanden sind, an die Konfigurationsnachrichten zu versenden sind.
Diese Konfigurationsnachrichten werden als gerichtete Broad- castnachric ten in die jeweiligen Subnetze gesendet und enthalten optional in einem Datenteil eine Information, dass der Empfänger dieser Nachricht sich in einem VoIP-Subnetz befindet und welche VLAN ID diese hat. Im übrigen sind an die weitere Struktur dieser Konfigurationsnachrichten keine besonderen Anforderungen gestellt, in der Praxis kann es sich um einfache sogenannte "Hello"-Nachrichten handeln.
Über den zweiten Router ROU2 sowie über eventuell dazwischen angeordnete - nicht dargestellte - weitere Router erreichen diese Nachrichten schließlich den ersten Router ROUl, der die Subnetze an seinen - nicht dargestellten - virtuellen VLAN- Ports zum ersten bzw. zweiten Switch LSW1,LSW2 konfiguriert hat. An dem die Subnetze verwaltenden ersten Router ROUl wird der Directed-Broadcast-Charakter der Konfigurationsnachricht in einen direkten für die Subnetze gültigen Broadcast umgesetzt. Ein Directed Broadcast in das erste - im Ausführungsbeispiel sich mit dem ersten virtuellen Netzwerk VLANl überdeckende - Subnetz mit der Zieladresse 10.1.1.255 wird z.B. durch eine Zieladresse mit dem Wert 255.255.255.255 umgesetzt und auf den Port des ersten Routers ROUl in Richtung des ersten Switch LSW1 übergeben. Gleichzeitig wird die Identifikations- num er des virtuellen Netzwerks VLANl als 802. IQ-Tag in einen Header der so aus der Konfigurationsnachricht in eine für das erste Subnetzwerk umgewertete Rundrufnachricht (Broadcast) eingesetzt, wenn es sich bei dem ersten virtuellen Netzwerk VLANl nicht um das "native VLAN" des ausgehenden Ports han- delt.
Aus dem Tag-Eintrag dieser Konfigurationsnachrichten kann die erste Kommunikationseinrichtung TPl die dem virtuellen paketorientierten Netzwerk VLANl entsprechende WID auslesen. Op- tional ist diese WID auch zusätzlich in einem Datenteil der ursprünglich von der Discovery-Agent-Einheit gesendeten Konfigurationsnachricht enthalten, da diese dort oftmals einfacher auszulesen ist.
Durch die Umwertung der Konfigurationsnachricht mit einer gültigen WID durch den ersten Router ROUl ist gewährleistet, dass ausschließlich Konfigurationsnachrichten mit der für den jeweiligen virtuellen Netzwerks VLANl,VLAN2 gültigen WID vom jeweiligen Switch LSW1,LSW2 an die jeweilige Kommunikations- einrichtung TP1,TP2 übergeben werden. Der erste Router ROUl muss im übrigen nicht speziell ausgestaltet werden, da diese Umwertung eine übliche Operation für Router ist.
Die Discovery-Agent-Einheit DA enthält zur Übersendung von Konfigurationsnachrichten beispielsweise eine Tabelle, in der eine das jeweilige Subnetzwerk eines jeweiligen virtuellen Netzwerks VLANl,VLAN2 adressierende Information gespeichert ist. Diese adressierende Information liegt beispielsweise in Form der Netzwerkadresse und Netzwerkmaske des jeweiligen Subnetzwerkes vor. Alternativ zur Speicherung einer Netzwerkadresse und Netzwerkmaske ist in der Tabelle der Discovery- Agent-Einheit DA eine Directed Broadcast-Adresse gespeichert.Eine zusätzliche Speicherung der in dem jeweiligen virtuellen Netzwerk VLANl,VLAN2 gültigen WID kann sinnvoll sein, ist aber für eine erfolgreiche Konfiguration nicht notwendig, da - wie bereits erwähnt -die WID in Form der Iden- tifikationsnummer vom ersten Router ROUl zugewiesen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Konfiguration einer Kommunikationseinrichtung (TPl) mit einer vorbehaltenen Identifikati- onsnummer, mit
- mindestens einer Netzknoteneinrichtung (ROUl), durch die ein zugeordnetes Subnetzwerk eines Netzwerks (LAN) verwaltet wird,
- mindestens einem mindestens ein Subnetzwerk umfassendes virtuelles Netzwerk (VLANl) , dem die Kommunikationseinrichtung (TPl) zugeordnet ist, wobei innerhalb des virtuellen Netzwerks (VLANl) ausgetauschte Datenpakete mit der vorbehaltenen Identifikationsnummer markiert sind, umfassend folgende Schritte: - Ermittlung einer das Subnetzwerk adressierenden Information durch ein im Netzwerk (LAN) angeordnetes Netzelement (DA),
- Übersendung einer mit der das Subnetzwerk adressierenden Information eingestellten Konfigurationsnachricht vom Netzelement (DA) an die Netzknoteneinrichtung (ROUl) ,
- Weiterleitung der Konfigurationsnachricht von der Netzknoteneinrichtung (ROUl) als eine mit der vorbehaltenen Identifikationsnummer markierten Rundrufnachricht an das virtuelle Netzwerk (VLANl), - Empfang der Rundrufnachricht durch die Kommunikationseinrichtung (TPl) und Konfiguration der Kommunikationseinrichtung (TPl) anhand der Identifikationsnummer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzknoteneinrichtung (ROUl) als Router ausgestaltet ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Subnetzwerk adressierende Information als Direc- ted-Broadcast-Adresse vorliegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Subnetzwerk adressierende Information als Netz- werkadresse und Netzwerkmaske vorliegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Netzknoteneinrichtung (ROUl) und dem von der Netzknoteneinrichtung (ROUl) verwalteten Subnetzwerk eine Schicht-2-Netzknoteneinrichtung (LSW1) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von im Subnetzwerk angeordneten Netzelementen (TPl) gesendete Datenpakete über die Schicht-2-Netzknoteneinrichtung (LSW1) nur dann weitergeleitet werden, wenn die Datenpakete - mit der vorbehaltenen Identifikationsnummer markiert sind, oder, - keine Markierung aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht-2-Netzknoteneinrichtung (LSW1) mehrere An- Schlusseinheiten (Pl, P2, P3, P4) zur Definition mehrerer virtuellen Netzwerke (VLANl) mit jeweils zugeordneten Identifikationsnummern aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsnummer in einem Protokollkopf der Rundrufnachricht gemäß des IEEE 802. IQ-Standards eingetragen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsnummer in einem Datenteil der vom Netzelement (DA) erzeugten Konfigurationsnachricht eingetragen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge ennzeichnet, dass die Konfigurationsnachricht in periodischen Zeitabständen gesendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ausfall des Netzelements (DA) von der Kommunikationseinrichtung (TPl) eine Nachricht mit einer Markierungsnummer an ein zweites Netzelement (AS) gesendet wird, wobei
- im Fall dass vom zweiten Netzelement (AS) keine Antwortnachricht empfangen wird, der Sendevorgang durch die Kommunikationseinrichtung (TPl) mit einer veränderten Markierungsnummer wiederholt wird, und, - im Fall dass vom zweiten Netzelement (AS) eine Antwortnachricht empfangen wird, die Markierungsnummer als Identifikationsnummer verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsnummer zur Konfiguration einer das virtuelle Netzwerk (VLANl) charakterisierenden VLAN ID in der Kommunikationseinrichtung (TPl) verwendet wird.
PCT/EP2004/002265 2003-04-29 2004-03-05 Verfahren zur automatischen konfiguration einer kommunikationseinrichtung WO2004098130A1 (de)

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US10/554,032 US7508775B2 (en) 2003-04-29 2004-03-05 Method for the automatic configuration of a communications device
DE502004002303T DE502004002303D1 (de) 2003-04-29 2004-03-05 Verfahren zur automatischen konfiguration einer kommunikationseinrichtung
EP04717613A EP1618708B1 (de) 2003-04-29 2004-03-05 Verfahren zur automatischen konfiguration einer kommunikationseinrichtung

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WO (1) WO2004098130A1 (de)

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