WO2005011206A1 - Verfahren und netzknoten zur meldung mindestens eines ausgefallenen verbindungsweges innerhalb eines kommunikationsnetzes - Google Patents

Verfahren und netzknoten zur meldung mindestens eines ausgefallenen verbindungsweges innerhalb eines kommunikationsnetzes Download PDF

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WO2005011206A1
WO2005011206A1 PCT/EP2004/051540 EP2004051540W WO2005011206A1 WO 2005011206 A1 WO2005011206 A1 WO 2005011206A1 EP 2004051540 W EP2004051540 W EP 2004051540W WO 2005011206 A1 WO2005011206 A1 WO 2005011206A1
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WO
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network node
routing
path
destination
connection path
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PCT/EP2004/051540
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Gero Schollmeier
Christian Winkler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/22—Alternate routing
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/02—Topology update or discovery
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    • H04L45/24—Multipath
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/28—Routing or path finding of packets in data switching networks using route fault recovery

Definitions

  • Method and network node for reporting at least one failed connection path within a communication network are described.
  • the invention relates to a method according to the preamble of claims 1 and 8, and a network node according to the preamble of claim 9.
  • routing For routing, routing or for the transmission of data packets with a destination address, such as Internet Protocol packets, or IP packets for short, or Protocol Data Units, or PDUs for short, from a sender to a receiver in a number of network nodes, such as routers, switches or Various routing methods are used for gateways, packet-switching data networks, such as Internet Protocol networks, IP networks for short, or Open System Interconnect networks, OSI networks for short.
  • the routing determines the way in which the data packets get from the sender to the receiver, or respectively the destination, destination network node or destination system.
  • RIP Raster Information Protocol
  • OSPF Open Shortest Path First
  • EIGRP Enhancend Inferior Gateway Routing Protocol
  • the data packets are usually transmitted from the sender to the receiver or destination via the shortest or most effective route.
  • Alternative routes are only calculated, determined and used in the event of an error.
  • So-called multipath routing or multipath forwarding is used in order to achieve greater reliability against the transmission of data packets.
  • successive packets or groups of packets, so-called flows are transmitted from the transmitter to the receiver in different or several ways in accordance with a fixed traffic distribution, which is determined by the traffic distribution weights assigned in each case.
  • the traffic distribution weights determine the traffic load per route for a destination address.
  • the traffic distribution weight is usually a value between 0 and 1, where 0 stands for no traffic and 1 for maximum traffic on a connection or a route.
  • a traffic distribution weight of 1 means that all packets are sent this way.
  • the traffic is divided up based on the weights. The sum of the traffic distribution weights to one
  • the destination in a network node results in 1, i.e. 100% of the traffic.
  • Other value systems can also be used for traffic distribution, for example percentages between 0% and 100%.
  • a network node or a router has three routes to a destination or receiver, the traffic can be divided equally over all three routes. Each route would then have a traffic distribution weight of about 0.33. This would send a third of all packets or flows via one path each. Other distributions are also possible, for example 0.5 for the first, 0.3 for the second and 0.2 for the third way. With this distribution, 50% of the packets are sent via the first route, ie every second packet is forwarded via this route, 30% of the packets are sent via the second route and 20% of the packets via the third route. The distribution can be determined depending on the desired traffic flow, the load on the connections, distances per link, number of nodes to the destination or other criteria.
  • a) more than one route, ie at least one alternative route, to the destination must be available in a network node. This enables a quick local reaction to link failures. Furthermore, b) the chaining of the multipath routing paths between the network nodes and across several network nodes must not lead to loops. Routing loops lead to the circling of packets in the network. Circulating packets increase the load on the links and network nodes in the data network, thus also reducing the transport capacity of the network and leading to considerable unnecessary packet delays or packet losses.
  • FIG. 1 shows an arrangement of a part of a packet-switching data network, for example an Internet Protocol (IP) network, consisting of three network nodes R1, R2, R3, such as routers, switches, gateways or other similar switching devices, each via connections or links L12, L13, L32 are connected to each other in a triangle.
  • IP Internet Protocol
  • the network nodes R1 and R3 have connections to one, not shown
  • Data packets for the destination D received by the network node R1 are sent to the network node R2 via the connection L12 and forwarded to the destination D.
  • data packets received by the network node R3 for the destination D are sent to the network node R2 via the connection L32 and forwarded to the destination D.
  • packets are considered that are sent via the network node or router R1 and the connection L12 to the network node or router R2 in order to be forwarded to their destination D by the network node R2. It is irrelevant whether there were other routes through the network under consideration for these packets in addition to the route via the network node R1.
  • the network node R1 could initially also forward packets to the network node R2 via the connection L13 to the network node R3 , if they are passed on from there via the connection L32 to the network node R2.
  • the network node R3 could forward packets to the network node R2 via the connection L13 to the network node R1 if they are forwarded from there via the connection L12 to the network node R2.
  • the routing tables would then be, including the traffic distribution weights px and p 3 for the alternative routes:
  • the probability p ⁇ p 3 arose that, for example, a packet from the network node R1 on the way to the network node R2 first via the connection L13 to the network node R3 and then again from the network node R3 would be forwarded via the connection L13 to the network node R1.
  • the probability (P 1 P3) 2 this would happen to a packet twice in a row.
  • the probability of sending a package back and forth n times would be (p ⁇ p 3 ) n .
  • the forwarding of packets from network node R1 to network node R2 would thus not be realized in a loop-free manner.
  • the solution to the problem mentioned is to refrain from traffic distribution and instead to give the network nodes locally applicable rules.
  • the traffic distribution weight for the critical alternative paths, ie the potential loops, is set to the minimum value, ie to zero.
  • the paths are kept in the routing table and are referred to as so-called "joker links".
  • the nodes now use the rule that they only use the links provided with the minimum traffic distribution weight if the desired neighboring router or next hop can no longer be reached via any other path that has a positive weight.
  • the advantage of this method is that in the case of multipath or multi-way routing in particular, an alternative route can be made available, with no packets circulating in the network.
  • the method works without considering the origin address of packets and without network-wide status information.
  • FIG. 1 shows the arrangement of a part of a packet-switching data network that has already been described in the introduction. Based on the procedure described there, the following entries for the destination D in the routing tables of the network nodes R1 and R3 result for the known method:
  • a packet that arrives at the network node R1 for forwarding to the destination D is normally always forwarded directly to the network node R2 via the primary connection L12. Only when the network node R1 determines that the connection L12 has failed is the distribution weight changed locally, for example, and further packets to the destination D are forwarded to the network node R3 via the replacement routing path L13.
  • the entries in the routing table of the network node Rl in the event of a connection L12 failure would then be: In node Rl:
  • the network node R3 forwards the packets only directly via its primary connection L32 to the network node R2, since according to the same rule it only uses the entry for the destination D in its routing table which carries a positive weight.
  • packets for destination D can only be sent back and forth between network node R1 and network node R3 if network node R2 fails or both connections L12 and L32 fail. This creates a "one-hop" routing loop between Rl and R3. If the traffic to destination D were to be lost as a result, there would be no greater damage, since destination D cannot be reached anyway due to the error.
  • connection L13 and the resources in the network nodes R1 and R3 are also used by other traffic relationships, this traffic is massively impaired by the circling packets intended for the destination D between R1 and R3.
  • the circling packets can overload the connection L13 and the network nodes or routers R1 and R3.
  • An intuitively obvious option. would be to modify the so-called packet forwarding in the network node or router data path such that the network node or router never sends packets back to the node from which it received them. Even if technical solutions can be developed for this, they are quite complex and require a drastic modification of today's network node or router implementations.
  • the object of the present invention is now to operate a communication network consisting of a plurality of network nodes in such a way that routing loops are avoided when using joker links and when connection paths fail.
  • the advantage of the invention is that when joker links are used and two connection paths or connections fail, a circling of packets is prevented and thus overloading of connection paths or connections and network nodes is avoided.
  • the invention specifies a method with which loops, which can occur when joker links are used and connection paths fail, are automatically recognized and interrupted without the involvement of a central unit.
  • a message at the start of a fault and a message at the end of a fault is transmitted from one network node to its neighboring network node. This has the advantage that only a minimal number of messages are used for fault transmission.
  • keep-alive messages are expanded and used for fault transmission.
  • This has the advantage that a known message is used for fault transmission, which is also generated and transmitted very quickly and cyclically.
  • the method according to the invention is explained in more detail below on the basis of the arrangement according to FIG. 1 already described in connection with the prior art.
  • FIG. 1 shows the arrangement of a part of a packet-switching data network that has already been described in the introduction. Based on the procedure described there, a so-called one-hop loop occurs when both routers adjacent to the joker link, in the example the network nodes R1 and R3, each recognize a fault or an error in the direction of the network node R2 and autonomously detect the Activate the joker link in your direction.
  • each of the two network nodes R1 and R3 is informed when the network node at the other end of the joker link, in the example R3 or R1, can no longer reach the network node R2.
  • the network node Rl uses its joker link to the network node R3 to send data packets to the destination D or to the network node R2.
  • the network node R1 now immediately informs the network node R3 of the failure of the connection L12.
  • the network node R3 uses its joker link to the network node R1 if the connection L32 is disturbed or has failed to send data packets to the destination D or to the network node R2. According to the invention, the network node R3 immediately informs the network node R1 of the failure of the connection L32.
  • connection path L12 which is the primary connection path of the network node R1 to the network node R3
  • the network node R1 uses its joker link, which leads via the connection L13 to the network node R3, and transmits via it Replacement routing route data packets to destination D or to network node R2.
  • the joker link has been used in the network node R1, it sends a message via the connection path L13 to the network node R3 that the connection L12 has failed and / or the network node R2 can no longer be reached directly via its primary connection path ,
  • network node R3 After receiving and evaluating this message in network node R3, the latter knows that network node R1 can no longer reach network node R2 directly.
  • the network node R3 is now controlled in such a way that the joker link via the connection path L13 to the network node R1 is no longer used for data packets which are sent to the destination D or network node R2. This can be done by deleting the joker link from the routing table of the network node R3. Likewise, the joker link can remain in the routing table and can be marked or flagged that this link is not currently being used. Many variants are conceivable here.
  • the network node R3 knows that the destination D or the network node R2 can no longer be reached via the network node R1 and also not directly via the primary connection path from network node R3 to network node R2.
  • the inactive joker link to the network node R1 which may still be present in the network node R3 is not used since it has already been marked or deleted. Incoming data packets for the destination D or the network node R2 are discarded in the network node R3 if the network node R2 cannot be reached via other network nodes.
  • the network node R3 Immediately after the connection L32 has failed, the network node R3 sends a message to the network node R1 that the connection L32 has failed and / or the network node R2 can no longer be reached directly via its primary connection path.
  • the network node R1 is then controlled in such a way that it takes its active joker link to the network node R3 out of operation for data packets to the destination D or to the network node R2 and discards data packets for the destination D if the destination D cannot be reached via other network nodes.
  • the failed link is signaled, as described, by sending a message from network node R1 to network node R3 and / or vice versa.
  • the signaling can be realized by a signal that repeats itself as long as the error persists.
  • the signaling can be implemented by a cyclically repeating message with fault information.
  • the message can be a protocol data unit, or PDU for short, or a packet.
  • the signaling can be realized in that, in the error-free state, signals or messages are sent cyclically which are absent when a fault or an error occurs. Inverse operation and inverse control of the network node takes place here in relation to the previously described example. This means that if the messages are not received, an error is recognized and the response is analogous.
  • the signaling can be implemented by a secure signal or message exchange, in which, for example, at the start of a fault or when a fault occurs is sent and another all-clear message is sent at the end of the fault.
  • the signaling can also be implemented using a routing protocol or embedded in a routing protocol. It is important to ensure that the signaling occurs immediately after a fault occurs so that connection L13 is not overloaded. Usual routing protocols take too much time for this.
  • the signaling can also be implemented by testing each connection path for errors using error monitoring with special, fast, so-called keep-alive packets.
  • the packet format of these keep-alive packets or messages is expanded by fields, so that one or more network node numbers can be variably embedded or inserted. If a network node detects a fault in a connection path, it inserts the node number of the inaccessible network node into the keep-alive packets or into its keep-alive stream to the neighboring network node as long as the fault or error persists. As a result, the neighboring network node knows that the network node number inserted into the received keep-alive packets can no longer be reached via this network node and the activation of a joker link there would be ineffective.
  • the network node R1 would activate its joker link to the network node R3 for data traffic to the destination D or to the network node R2 and in its messages or keep-alive packets which are via the Connection path L13 or replacement routing path to the network node R3 are sent, enter the network node number of the network node R2.
  • the network node R3 thus knows that no connection path to the network node R2 or to the destination D is available via the network node R1. If the connection path L32 fails, the network node R3 does not even put its joker link into operation via the connection path L13 to the network node R1. Likewise, when the message with the fault information or the keep-alive packet with the fault information arrives, it could take the joker link out of operation or delete it in its routing table.
  • network node R3 finds the node number of network node R2 in the keep-alive packets of network node R1. If the
  • Network node R3 has a wildcard link to network node R2 or destination D via network node R1, it takes it out of operation.
  • connection path L12 is again free of interference or a connection path exists again between network node R1 and network node R2, can the network node R3 use its wildcard -Start the Link (again).
  • both network nodes R1 and R3 would insert or feed the node number of the network node R2 into the respective keep-alive packets and would not put both joker links into operation or out of operation ,
  • a network node can have the network node number of an actually reachable one before commissioning a joker link Feed in network nodes, in the example network node R2, and only activate their joker link after a protection period. For example, n feed the node number into the keep-alive packet periods and only activate its joker link and remove the test node number that has been inserted as a test if the neighboring network node reports no error after a certain time.
  • the process is characterized by the fact that it is very fast and prevents overloading of connection paths. This is particularly advantageous for the transmission of voice data (Voice over IP), since delays or losses of voice data in the case of overloaded connection paths are particularly disadvantageous. Routing protocols that exchange information about faulty or failed connection paths are much slower than the described method. In addition, a possibly unwanted re-routing is often triggered here.
  • the method according to the invention can be implemented by an easy-to-implement software solution.

Landscapes

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  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Ein Netzknoten des Kommunikationsnetznetzes ist ein Zielnetzknoten, der durch jeweils einen Verbindungsweg mit mindestens einem ersten und einem zweiten Netzknoten verbunden ist. Diese sind untereinander durch einen weiteren Verbindungsweg verbunden. In den Netzknoten ist jeweils eine Routing­-Tabelle enthalten. In der Routing Tabelle des ersten Netzknoten ist der direkte Verbindungsweg vom ersten Netzknoten zum Zielnetzknoten als primärer Routing-Weg und der vom ersten Netzknoten über den zweiten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führende Weg als Ersatz-Routing-Weg eingetragen. Dementsprechend analoges ist in der Routing Tabelle des zweiten Notzknoten eingetragen. Der jeweilige Ersatz-­Routing-Weg wird nur bei Störung des primären Routing-Weges verwendet. Eine Störung des zwischen dem ersten Netzknoten und dem Zielnetzknoten vorhandenen primären Verbindungsweges wird vom ersten Netzknoten durch eine an den zweiten Netzknoten gerichtete Nachricht gemeldet. Diese steuert den zweiten Netzknoten in der Weise, dass bei Ausfall seines zum Ziel-Netzknoten führenden primären Verbindungsweges eine Übermittlung von Datenpaketen zum Zielnetzknoten über den Ersatz-Routing­Weg, der vom zweiten Netzknoten über den ersten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führt, verhindert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Netzknoten zur Meldung mindestens eines ausgefallenen Verbindungsweges innerhalb eines Kommunikationsnet- zes .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8, sowie einen Netzknoten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Zum Routing, zur Leitweglenkung bzw. zur Übertragung von Datenpaketen mit einer Zieladresse, wie Internet Protocol Pakete, kurz IP-Pakete, oder Protokoll Data Units, kurz PDUs, von einem Sender zu einem Empfänger in einem mehrere Netzknoten, wie beispielsweise Router, Switches oder Gateways, aufweisenden paketvermittelnden Datennetz, wie Internet Protocol Netze, kurz IP-Netze, oder Open System Interconnect Netze, kurz OSI-Netze, werden verschiedene Routingverfahren eingesetzt. Das Routing bestimmt, auf welchem Weg die Datenpakete vom Sender zum Empfänger, respektive Ziel, Ziel-Netzknoten oder Ziel-System gelangen.
Bekannte Routingverfahren sind das statische, halbdynamische oder dynamische Routing, die unter anderem durch Protokolle wie RIP (Routing Information Protocol) , OSPF (Open Shortest Path First) oder EIGRP (Enhancend Inferior Gateway Routing Protocol) für IP-Netze oder dem IS-IS Routing nach ISO 10589 für OSI-Netze verwirklicht werden.
Bei diesen Protokollen werden die Datenpakete meist über den kürzesten oder effektivsten Weg vom Sender zum Empfänger, respektive Ziel, übertragen. Alternativwege werden dabei nur im Fehlerfall berechnet bzw. ermittelt und verwendet.
Um eine höhere Ausfallsicherheit bei der Übertragung von Datenpaketen zu erreichen, wird das sogenannte Multipath Routing bzw. die Mehrwege Weiterleitung verwendet. Dabei werden aufeinanderfolgende Pakete oder Gruppen von Paketen, sogenannte Flows, entsprechend einer festgelegten Verkehrs erteilung, die durch jeweils vergebene Verkehrsverteilungsgewichte bestimmt wird, über verschiedene bzw. mehrere Wege vom Sender zum Empfänger übertragen.
Die Verkehrsverteilungsgewichte legen die Verkehrsbelastung pro Weg für eine Zieladresse fest. Das Verkehrsverteilungsgewicht ist üblicherweise ein Wert zwischen 0 und 1, wobei 0 für keinen Verkehr und 1 für maximalen Verkehr auf einer Verbindung bzw. einem Weg steht. Ein Verkehrsverteilungsgewicht von 1 bedeutet, dass alle Pakete über diesen Weg gesendet werden. Beim Multipath Routing, bei dem mehrere Wege zur Verfügung stehen, wird der Verkehr anhand der Gewichte aufge- teilt. Die Summe der Verkehrsverteilungsgewichte zu einem
Ziel in einem Netzknoten ergibt dementsprechend 1, d.h. 100% des Verkehrs. Auch andere Wertesysteme können für die Verkehrsverteilung verwendet werden, beispielsweise Prozentangaben zwischen 0% und 100%.
Dies soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Besitzt ein Netzknoten bzw. ein Router beispielsweise drei Wege zu einem Ziel bzw. Empfänger, so kann der Verkehr über alle drei Wege gleichmäßig aufgeteilt werden. Jeder Weg würde dann ein Ver- kehrsverteilungsgewicht von etwa 0,33 erhalten. Damit würde je ein Drittel aller Pakete oder Flows über jeweils einen Weg gesendet werden. Auch andere Verteilungen sind möglich, beispielsweise 0,5 für den ersten, 0,3 für den zweiten und 0,2 für den dritten Weg. Mit dieser Verteilung werden 50% der Pa- kete über den ersten Weg, d.h. jedes zweite Paket wird über diesen Weg weitergeleitet, 30% der Pakete über den zweiten Weg und 20% der Pakete über den dritten Weg gesendet. Die Verteilung kann je nach gewünschtem Verkehrsfluss, nach Auslastung der Verbindungen, Entfernungen pro Link, Anzahl der Knoten zum Ziel oder nach anderen Kriterien festgelegt werden. Beim Multipath bzw. Mehrwege Routing muss a) in einem Netzknoten mehr als ein Weg, d.h. mindestens ein Alternativweg, zum Ziel zur Verfügung stehen. Dadurch kann eine schnelle lokale Reaktion auf Linkausfälle ermöglicht werden. Weiterhin darf b) die Verkettung der Multipath Routing Wege zwischen den Netzknoten und über mehrere Netzknoten hinweg nicht zu Schleifen führen. Routing-Schleifen führen zum Kreisen von Paketen im Netz. Kreisende Pakete erhöhen die Belastung der Links und Netzknoten im Datennetz, verringern damit auch die Transportkapazität des Netzes und führen zu erheblichen unnötigen Paketverzögerungen oder zu Paketverlusten.
Die Bedingungen a) und b) sind insoweit gegenläufig, als die Vermeidung von Routing-Schleifen häufig zu einer Einschrän- kung der zu einem Ziel hin möglichen und nutzbaren Multipath Wege bzw. Pfade führt.
Dies soll durch ein Beispiel verdeutlicht werden. Figur 1 zeigt eine Anordnung eines Teiles eines paketvermittelnden Datennetzes, beispielsweise ein Internet Protokoll (IP) Netz, bestehend aus drei Netzknoten Rl, R2, R3, wie Router, Switches, Gateways oder anderen gleichartigen Schalteinrichtungen, die jeweils über Verbindungen bzw. Links L12, L13, L32 miteinander in einem Dreieck verbunden sind. Die Netzknoten Rl und R3 haben Verbindungen zu einem nicht dargestellten
Teil des Datennetzes, über die sie Datenpakete erhalten. Diese Datenpakete sind für ein Ziel D bzw. für einen zugehörigen Zielknoten bestimmt, der am Netzknoten R2 angeschlossen ist und nur über diesen erreicht werden kann.
Vom Netzknoten Rl empfangene Datenpakete für das Ziel D werden über die Verbindung L12 zum Netzknoten R2 gesendet und an das Ziel D weitergeleitet. Ebenso werden vom Netzknoten R3 empfangene Datenpakete für das Ziel D über die Verbindung L32 zum Netzknoten R2 gesendet und an das Ziel D weitergeleitet. Im weiteren werden Pakete betrachtet, die über den Netzknoten bzw. Router Rl und die Verbindung L12 zum Netzknoten bzw. Router R2 gesendet werden, um vom Netzknoten R2 zu ihrem Ziel D weitergeleitet zu werden. Dabei ist es unerheblich, ob es für diese Pakete außer dem Weg über den Netzknoten Rl auch andere Wege durch das betrachtete Netz gegeben hätte . In dem Moment, da ein Paket beim Netzknoten Rl angekommen ist und an den Netzknoten R2 weitergeleitet werden soll, tritt folgendes Problem auf: Bei normalem, sogenannten Shortest-Path-Routing würde der Netzknoten Rl Pakete zum Netzknoten R2 immer über die Verbindung L12 und der Netzknoten R3 Pakete zum Netzknoten R2 immer über die Verbindung L32 weiterleiten. Die Routing-Tabellen bezüglich der Weiterleitung von Paketen, welche die Zieladresse D tragen, wären also:
Figure imgf000006_0001
Um den jeweiligen Knoten eine schnelle lokale Reaktion auf Linkausfälle zu ermöglichen, würden sich beim Multipath Routing bzw. bei der Mehrwege-Weiterleitung die folgenden Alternativwege anbieten: Der Netzknoten Rl könnte Pakete zum Netzknoten R2 zunächst auch über die Verbindung L13 zum Netzkno- ten R3 weiterleiten, wenn sie von dort über die Verbindung L32 zum Netzknoten R2 weitergegeben werden. Ebenso könnte der Netzknoten R3 Pakete zum Netzknoten R2 über die Verbindung L13 an den Netzknoten Rl weiterleiten, wenn sie von dort über die Verbindung L12 zum Netzknoten R2 weitergegeben werden. Die Routing-Tabellen wären dann, einschließlich der Verkehrsverteilungsgewichte px und p3 für die Alternativwege :
In Knoten Rl :
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000007_0002
Würden bei rein zielbasierter Weiterleitungsentscheidung diese Routing-Tabellen verwendet, dann stellte sich mit der Wahrscheinlichkeit pιp3 der Fall ein, dass beispielsweise ein Paket vom Netzknoten Rl auf dem Weg zum Netzknoten R2 erst über die Verbindung L13 zum Netzknoten R3 und anschließend wieder vom Netzknoten R3 über die Verbindung L13 zum Netzknoten Rl weitergeleitet würde. Mit der Wahrscheinlichkeit (P1P3) 2 würde dies einem Paket zweimal hintereinander passieren. Die Wahrscheinlichkeit für ein n-maliges Hin- und Herschicken eines Paketes wäre (pιp3)n. Somit wäre die Weiterleitung von Paketen vom Netzknoten Rl nach Netzknoten R2 nicht schleifenfrei realisiert.
In einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin mit dem DPMA Anmeldeaktenzeichen 10301265.6 ist zur Lösung des genannten Problems vorgesehen, von der Verkehrsverteilung abzusehen und stattdessen den Netzknoten lokal ausführbare Regeln zu geben. Das Verkehrsverteilungsgewicht für die kritischen Alternativpfade, also den potentiellen Schleifen, wird auf den minimalen Wert, d.h. auf Null gesetzt. Die Pfade werden aber in der Routing-Tabelle geführt und als sogenannte "Joker-Links" be- zeichnet. Außerdem verwenden die Knoten nun die Regel, dass sie die mit dem minimalen Verkehrsverteilungsgewicht versehenen Links nur dann verwenden, wenn der gewünschte Nachbar- Router bzw. Next Hop über keinen anderen Weg mehr erreichbar ist, der ein positives Gewicht hat. Diese einfache Erweite- rung des Prinzips der rein zielbasierten Mehrwege- Weiterleitung von Paketen behebt das Problem der kreisenden Pakete, solange nur ein Link ausfällt.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass insbesondere beim Multipath oder Mehrwege Routing ein Ersatzweg zur Verfügung gestellt werden kann, wobei keine Pakete im Netz kreisen. Das Verfahren arbeitet dabei ohne Berücksichtigung der Ursprungsadresse von Paketen und ohne netzweite Zustandsinformationen .
Dieses Verfahren soll an Hand eines Beispieles verdeutlicht werden. Figur 1 zeigt die bereits einleitend beschriebene Anordnung eines Teiles eines paketvermittelnden Datennetzes. Ausgehend von der dort beschriebenen Vorgehensweise ergeben sich nun für das bekannte Verfahren die folgenden Einträge für das Ziel D in den Routing-Tabellen der Netzknoten Rl und R3:
In Knoten Rl
Figure imgf000008_0001
Ein Paket, das am Netzknoten Rl zur Weiterleitung zum Ziel D ankommt, wird im Normalfall immer über die primäre Verbindung L12 direkt an den Netzknoten R2 weitergegeben. Nur wenn der Netzknoten Rl feststellt, dass die Verbindung L12 ausgefallen ist, wird beispielsweise lokal das Verteilungsgewicht geändert, und weitere Pakete zum Ziel D werden über den Ersatz- Routing-Weg L13 an den Netzknoten R3 weitergegeben. Die Ein- träge in der Routing-Tabelle des Netzknoten Rl bei Ausfall der Verbindung L12 wären dann dementsprechend: In Knoten Rl :
Figure imgf000009_0001
Der Netzknoten R3 wiederum leitet die Pakete nur direkt über seine primäre Verbindung L32 an den Netzknoten R2 weiter, da er nach derselben Regel nur den Eintrag für das Ziel D in seiner Routing-Tabelle verwendet, der ein positives Gewicht trägt . Nur wenn der Netzknoten R2 ausfällt bzw. beide Verbindungen L12 und L32 ausfallen, können in diesem Beispiel Pakete für das Ziel D zwischen Netzknoten Rl und Netzknoten R3 hin- und hergesendet werden. Dadurch entsteht eine "one-hop" Routing Schleife zwischen Rl und R3. Würde dadurch nur der Verkehr zum Ziel D verloren gehen, entstünde kein größerer Schaden, da das Ziel D wegen des Fehlers ohnehin nicht erreichbar ist.
Da die Verbindung L13 und die Ressourcen in den Netzknoten Rl und R3 auch von anderen Verkehrsbeziehungen genutzt werden, wird dieser Verkehr durch die für das Ziel D bestimmten kreisenden Pakete zwischen Rl und R3 massiv beeinträchtigt. Die kreisenden Pakete können die Verbindung L13 und die Netzknoten bzw. Router Rl und R3 überlasten. Eine intuitiv naheliegende Möglichkeit . wäre, das sogenannte Paket-forwarding im Netzknoten bzw. Router-Datenpfad so zu modifizieren, dass der Netzknoten bzw. Router nie Pakete an den Knoten zurücksendet, von dem er sie empfangen hat. Auch wenn man dafür technische Lösungen erarbeiten kann, so sind diese doch recht komplex und erfordern eine drastische Modifikation der heutigen Netzknoten- bzw. Router- Implementierungen . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein aus mehreren Netzknoten bestehendes Kommunikationsnetz so zu betreiben, dass bei Verwendung von Joker-Links und bei Ausfall von Verbindungswegen Routing-Schleifen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 oder 8 bzw. durch einen Netzknoten gemäß Anspruch 9 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei Einsatz von Joker-Links und Ausfall zweier Verbindungswege bzw. Verbindungen ein Kreisen von Paketen verhindert wird und so eine Überlastung von Verbindungswegen bzw. Verbindungen und Netzknoten vermieden wird. Die Erfindung gibt erstmals ein Ver- fahren an, mit dem automatisch und ohne Mitwirkung einer zentralen Einheit Schleifen, die bei Verwendung von Joker- Links und Ausfall von Verbindungswegen entstehen können, erkannt und unterbrochen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Nachricht bei Störungsbeginn und eine Nachricht bei Störung- sende von einem Netzknoten an seinen Nachbarnetzknoten übermittelt. Dies hat den Vorteil, dass nur eine minimale Anzahl an Nachrichten zur Störungsübermittlung verwendet wird.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden so genannte Keep-Alive-Nachrichten erweitert und zur Störungsübermittlung verwendet. Dies hat den Vorteil, dass eine bekannte Nachricht zur Störungsübermittlung verwendet wird, die zudem sehr schnell und zyklisch generiert und übermittelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand der bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Anordnung gemäß Figur 1 näher erläutert .
Figur 1 zeigt die bereits einleitend beschriebene Anordnung eines Teiles eines paketvermittelnden Datennetzes. Ausgehend von der dort beschriebenen Vorgehensweise tritt eine sogenannte one-hop"-Schleife auf, wenn beide an den Joker-Link angrenzenden Router, im Beispiel die Netzknoten Rl und R3, jeweils eine Störung oder einen Fehler in Richtung des Netzknotens R2 erkennen und autonom den Joker-Link in ihrer Richtung aktivieren.
Bei der vorliegenden Erfindung wird jeder der beiden Netzkno- ten Rl und R3 darüber informiert, wenn der Netzknoten am anderen Ende des Joker-Links, im Beispiel R3 oder Rl, den Netzknoten R2 nicht mehr erreichen kann.
Wenn die Verbindung L12 gestört oder ausgefallen ist, verwen- det der Netzknoten Rl, wie eingangs beschrieben, seinen Joker Link zum Netzknoten R3, um Datenpakete zum Ziel D oder zum Netzknoten R2 zu senden. Außerdem informiert nun erfindungsgemäß der Netzknoten Rl den Netzknoten R3 unverzüglich über den Ausfall der Verbindung L12.
In analoger Weise verwendet der Netzknoten R3 seinen Joker Link zum Netzknoten Rl, wenn die Verbindung L32 gestört oder ausgefallen ist, um Datenpakete zum Ziel D oder zum Netzknoten R2 zu senden. Erfindungsgemäß informiert der Netzknoten R3 den Netzknoten Rl unverzüglich über den Ausfall der Verbindung L32.
Ist der Verbindungsweg L12 gestört, welches der primäre Ver- bindungsweg des Netzknoten Rl zum Netzknoten R3 ist, so verwendet der Netzknoten Rl seinen Joker-Link, der über die Verbindung L13 zum Netzknoten R3 führt, und sendet über diesen Ersatz-Routing-Weg Datenpakete zum Ziel D bzw. zum Netzknoten R2. Unmittelbar nach Auftreten der Störung und Verwendung des Joker-Links im Netzknoten Rl sendet dieser eine Nachricht ü- ber den Verbindungsweg L13 an den Netzknoten R3, dass die Verbindung L12 ausgefallen ist und/oder der Netzknoten R2 nicht mehr direkt über seinen primären Verbindungsweg erreichbar ist.
Nach Empfang und Auswertung dieser Nachricht im Netzknoten R3 weiß dieser, dass der Netzknoten Rl den Netzknoten R2 nicht mehr direkt erreichen kann. Der Netzknoten R3 wird nun derart gesteuert, dass der Joker-Link über den Verbindungsweg L13 zum Netzknoten Rl für Datenpakete, die zum Ziel D oder Netzknoten R2 gesendet werden, nicht mehr verwendet wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass der Joker-Link aus der Routing- Tabelle des Netzknotens R3 gelöscht wird. Ebenso kann der Joker-Link in der Routing-Tabelle verbleiben und mit einer Markierung bzw. einem Flag versehen werden, dass dieser Link derzeit nicht verwendet wird. Viele Varianten sind hier denk- bar.
Ist nun auch noch der Verbindungsweg L32 gestört oder ausgefallen, so weiß der Netzknoten R3, dass das Ziel D oder der Netzknoten R2 nicht mehr über den Netzknoten Rl und auch nicht direkt über den primären Verbindungsweg von Netzknoten R3 zu Netzknoten R2 erreichbar ist. Der im Netzknoten R3 noch eventuell vorhandene inaktive Joker-Link zum Netzknoten Rl wird, da bereits markiert oder gelöscht, nicht verwendet. Eingehende Datenpakete für das Ziel D oder den Netzknoten R2 werden im Netzknoten R3 verworfen, sofern der Netzknoten R2 nicht über andere Netzknoten erreichbar ist.
Unmittelbar nach Störung der Verbindung L32 sendet der Netzknoten R3 eine Nachricht an den Netzknoten Rl, dass die Ver- bindung L32 ausgefallen ist und/oder der Netzknoten R2 nicht mehr direkt, über seinen primären Verbindungsweg erreichbar ist. Der Netzknoten Rl wird daraufhin so gesteuert, dass er seinen aktiven Joker-Link zum Netzknoten R3 für Datenpakete zum Ziel D bzw. zum Netzknoten R2 außer Betrieb nimmt und Datenpakete für das Ziel D verwirft, sofern das Ziel D nicht über andere Netzknoten erreichbar ist.
Dadurch werden, wenn beide Verbindungen L12 und L32 gestört oder ausgefallen sind bzw. der Netzknoten R2 ausgefallen ist, keine Pakete auf der Verbindung L13 zwischen den Netzknoten Rl und R3 hin- und hergesendet (Ping-Pong) . Das hat zur Folge, dass die Verbindung L13 und die Netzknoten Rl und R3 nicht überlastet werden.
Die Signalisierung des ausgefallenen Links erfolgt, wie beschrieben, dadurch, dass eine Nachricht vom Netzknoten Rl an den Netzknoten R3 oder/und umgekehrt gesendet wird.
Die Signalisierung kann durch ein Signal realisiert sein, das sich so lange wiederholt, wie der Fehler besteht.
Das Signalisierung kann durch eine sich zyklisch wiederholende Nachricht mit einer Störungsinformation realisiert sein. Die Nachricht kann eine Protocol Data Unit, kurz PDU, bzw. ein Paket sein.
Ebenso kann die Signalisierung dadurch realisiert sein, dass im fehlerfreien Zustand zyklisch Signale oder Nachrichten gesendet werden, die bei Auftreten einer Störung oder eines Fehlers ausbleiben. Hier erfolgt ein inverser Betrieb und eine inverse Steuerung des Netzknotens zum vorher beschriebenen Beispiel. D.h., bei Ausbleiben der Nachrichten wird ein Fehler erkannt und analog reagiert .
Die Signalisierung kann durch einen abgesicherten Signal- o- der Nachrichtenaustausch verwirklicht sein, bei dem bspw. bei Störungsbeginn bzw. beim Auftreten einer Störung eine Nach- rieht gesendet wird und bei Störungsende eine weitere Entwarnungs-Nachricht gesendet wird.
Die Signalisierung kann auch durch ein Routing-Protokoll realisiert werden oder in ein Routing-Protokoll eingebettet werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Signalisierung unmittelbar nach Auftreten einer Störung erfolgt, so dass die Verbindung L13 nicht überlastet wird. Übliche Routing- Protokolle benötigen hierzu zuviel Zeit.
Die Signalisierung kann auch dadurch verwirklich werden, dass jeder Verbindungsweg durch eine Fehlerüberwachung mit speziellen, schnellen, sogenannten Keep-Alive Paketen auf Fehler getestet wird. In diesem Fall wird das Paketformat dieser Keep-Alive-Pakete bzw. -Nachrichten um Felder erweitert, so dass variabel eine oder mehrere Netzknotennummern eingebettet bzw. eingefügt werden können. Wenn ein Netzknoten eine Störung eines Verbindungsweges erkennt, fügt er die Knotennummer des nicht erreichbaren Netzknotens so lange in die Keep- Alive-Pakete ein bzw. in seinen Keep-Alive-Strom zum Nachbarnetzknoten ein, so lange die Störung bzw. der Fehler besteht. Dadurch weiß der benachbarte Netzknoten, dass über diesen Netzknoten der in die empfangenen Keep-Alive-Pakete eingefügte Netzknotennummer nicht mehr erreichbar ist und die Akti- vierung eines Joker-Link dorthin unwirksam wäre.
Im Beispiel gemäß Figur 1 würde der Netzknoten Rl bei Ausfall des primären Verbindungsweges L12 zum Netzknoten R2 seinen Joker-Link zum Netzknoten R3 für Datenverkehr zum Ziel D oder zum Netzknoten R2 aktivieren und in seine Nachrichten bzw. Keep-Alive-Pakete, die über den Verbindungsweg L13 bzw. Ersatz-Routing-Weg zum Netzknoten R3 gesendet werden, die Netzknotennummer des Netzknotens R2 eintragen. Damit weiß der Netzknoten R3, dass über den Netzknoten Rl kein Verbindungs- weg zum Netzknoten R2 bzw. zum Ziel D verfügbar ist. Fällt nun der Verbindungsweg L32 aus, so nimmt der Netzknoten R3 seinen Joker-Link über den Verbindungsweg L13 zum Netzknoten Rl gar nicht erst in Betrieb. Ebenso könnte er bei eintreffen der Nachricht mit der Störungsinformation bzw. des Keep-Alive-Paketes mit der Störungsinformation den Joker-link außer Betrieb nehmen oder in seiner Routing-Tabelle löschen.
So lange wie Netzknoten Rl keinen Weg zu Netzknoten R2 hat, findet der Netzknoten R3 in den Keep-Alive-Paketen von Netz- knoten Rl die Knotennummer des Netzknoten R2. Sofern der
Netzknoten R3 ein Joker-Link zum Netzknoten R2 bzw. Ziel D über den Netzknoten Rl in Betrieb hat, nimmt er ihn außer Betrieb .
Erst wenn Netzknoten Rl nicht mehr die Knotennummer von Netzknoten R2 in den Nachrichten bzw. Keep-Alive-Paketen meldet, der Verbindungsweg L12 wieder störungsfrei ist bzw. zwischen Netzknoten Rl und Netzknoten R2 wieder ein Verbindungsweg e- xistiert, darf der Netzknoten R3 seinen Joker-Link (wieder) in Betrieb nehmen.
Im Falle des Ausfalls des Netzknotens R2 oder der beiden Verbindungen L12 und L32 würden beide Netzknoten Rl und R3 die Knotennummer des Netzknotens R2 in die jeweiligen Keep-Alive- Pakete einfügen bzw. einspeisen und beide Joker-Links nicht in Betrieb bzw. außer Betrieb nehmen.
Erst wenn einer der beiden Netzknoten Rl oder R3 wieder einen Weg hat, kann der andere Netzknoten gegebenenfalls einen Jo- ker-Link aktivieren.
Dadurch werden Schleifen vermieden bzw. falls sie wegen eines gleichzeitigen Aktivierens des Jokers in beiden Richtungen aufgetreten sein sollten, sofort aufgelöst.
Alternativ kann ein Netzknoten vor Inbetriebnahme eines Joker-Link die Netzknotennummer eines eigentlich erreichbaren Netzknoten, im Beispiel Netzknoten R2, einspeisen und erst nach einer Schutzzeit seiner Joker-Link aktivieren. Zum Beispiel n Keep-Alive-Paket Perioden die Knotennummer einspeisen und erst, wenn nach einer gewissen Zeit der Nachbarnetzknoten keinen Fehler meldet, seinen Joker-Link aktivieren und die testweise eingefügte Netzknotennummer entfernen.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es sehr schnell ist und Überlastungen von Verbindungswegen verhindert . Dies ist besonders vorteilhaft für Übertragung von Sprachdaten (Voice over IP) , da hier Verzögerungen oder Verluste von Sprachdaten bei überlasteten Verbindungswegen besonders nachteilig sind. Routing-Protokolle, die Informationen über gestörte oder ausgefallene Verbindungswege austauschen sind wesentlich langsamer als das beschriebene Verfahren. Zudem wird hier oft ein eventuell unerwünschtes Re-Routing angestoßen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch eine einfach zu implementierende Software-Lösung realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Meldung mindestens eines ausgefallenen Verbindungsweges eines ersten Netzknotens an einen zweiten Netz- knoten eines mehrere Netzknoten aufweisenden paketvermittelnden Kommunikationsnetzes, bei dem mindestens ein Netzknoten ein Zielnetzknoten ist, der durch jeweils einen Verbindungsweg mit mindestens dem ersten und dem zweiten Netzknoten verbunden ist, die untereinander durch einen weiteren Verbin- dungsweg verbunden sind, und dass in den Netzknoten jeweils eine Routing-Tabelle enthalten ist und in der Routing Tabelle des ersten Netzknoten der direkte Verbindungsweg vom ersten Netzknoten zum Zielnetzknoten als primärer Routing-Weg und der vom ersten. Netzknoten über den zweiten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führende Weg als Ersatz-Routing-Weg eingetragen ist und dementsprechend in der Routing Tabelle des zweiten Netzknoten der direkte Verbindungsweg vom zweiten Netzknoten zum Zielnetzknoten als primärer Routing-Weg und der vom zweiten Netzknoten über den ersten Netzknoten zum Ziel- Netzknoten führende Weg als Ersatz-Routing-Weg eingetragen ist und die jeweiligen Ersatz-Routing-Wege nur bei Störung des primären Routing-Weges verwendet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Störung des zwischen dem ersten Netzknoten und dem Zielnetzknoten vorhandenen primären Verbindungsweges vom ersten Netzknoten durch eine an den zweiten Netzknoten gerichtete Nachricht gemeldet wird, die den zweiten Netzknoten in der Weise steuert, dass bei Ausfall seines zum Ziel-Netzknoten führenden primären Verbindungsweges eine Übermittlung von Da- tenpaketen zum Zielnetzknoten über den Ersatz-Routing-Weg, der vom zweiten Netzknoten über den ersten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führt, verhindert wird, und dass in analoger Weise der zweite Netzknoten bei Störung seines primären Verbindungsweges eine Nachricht abgibt und der erste Netzknoten entsprechend gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Nachricht unmittelbar nach der aufgetretenen Störung des primären Verbindungsweges an den Nachbarnetzknoten gesen- det wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Nachricht zyklisch solange übermittelt wird, solange die Störung des primären Verbindungs-Weges andauert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Nachricht bei Störungsbeginn und eine Nachricht bei Störungsende des primären Verbindungsweges eines Netzknotens an seinen Nachbarnetzknoten übermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Störung unmittelbar durch ein Routing-Protokoll ü- bermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Keep-Alive-Nachricht um mindestens ein Feld erweitert wird, in welchem die Störungsmeldung zum Nachbarnetzknoten eingetragen wird und diese Keep-Alive-Nachricht zur Störungsübermittlung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einer Störung des primären Verbindungsweges eines Netzknotens seine Netzknoten-Identifikationsnummer in die Nachricht eingesetzt wird und diese mindestens über den Er- satz-Routing-Weg zum Nachbarnetzknoten übermittelt wird.
8. Verfahren zur Meldung mindestens eines ausgefallenen Verbindungsweges eines ersten Netzknotens an einen zweiten Netzknoten eines mehrere Netzknoten aufweisenden paketvermittelnden Kommunikationsnetzes, bei dem mindestens ein Netzknoten ein Zielnetzknoten ist, der durch jeweils einen Verbindungsweg mit mindestens dem ersten und dem zweiten Netzknoten verbunden ist, die untereinander durch einen weiteren Verbindungsweg verbunden sind, und dass in den Netzknoten jeweils eine Routing-Tabelle enthalten ist und in der Routing Tabelle des ersten Netzknoten der direkte Verbindungsweg vom ersten Netzknoten zum Zielnetzknoten als primärer Routing-Weg und der vom ersten Netzknoten über den zweiten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führende Weg als Ersatz-Routing-Weg eingetragen ist und in der Routing Tabelle des zweiten Netzknoten der direkte Verbindungsweg vom zweiten Netzknoten zum Zielnetzknoten als primärer Routing-Weg und der vom zweiten Netzknoten über den ersten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führende Weg als Ersatz-Routing-Weg eingetragen ist und die Ersatz- Routing-Wege jeweils nur bei Störung des primären Routing- Weges verwendet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Netzknoten im fehlerfreien Zustand zyklisch Nachrichten an mindestens den zweiten Netzknoten übermittelt, die bei einer Störung des primären Verbindungsweges zum Ziel- netzknoten des ersten Netzknoten ausbleiben und dass der zweite Netzknoten in der Weise gesteuert wird, dass beim Ausbleiben der Nachrichten vom ersten Netzknoten und bei Ausfall seines primären Verbindungsweges zum Zielnetzknoten eine Ü- bermittlung von Datenpakten zum Zielnetzknoten über den Er- satz-Routing-Weg, der vom zweiten Netzknoten über den ersten Netzknoten zum Ziel-Netzknoten führt, verhindert wird, und dass in analoger Weise der zweite Netzknoten bei Störung seines primären Verbindungsweges keine Nachrichten abgibt und der erste Netzknoten entsprechend gesteuert wird.
9. Netzknoten für ein mehrere Netzknoten aufweisendes Kommunikationsnetz, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass er nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche betreibbar ist.
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