DE10232944B4 - IP packet forwarding based on signaled routing principle - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Weiterleitung von Internet Protocol-Paketen (IP-Paketen) in einem verbindungslosen Kommunikationsnetz, das mit einer Mehrzahl von Netzknoten gebildet ist, bei dem
– eine im Header eines IP-Paketes enthaltene Kennung festlegt, welche aus einer Mehrzahl von Routingtabellen unterschiedlicher Routingprinzipien in einem jeweiligen Netzknoten adressiert wird,
– das IP-Paket nach Maßgabe dieser Routingtabelle weitergeleitet wird,
– ein Routingprinzip durch das Prinzip des kleinst dimensionierten Baums (SST) gegeben ist, und
– der kleinst dimensionierte Baum (SST) durch innerhalb des Kommunikationsnetzes genau einen, für alle Randknoten (edge-router) des Kommunikationsnetzes gleichen Verbindungsbaum gegeben ist.A method of routing Internet Protocol (IP) packets in a connectionless communication network formed with a plurality of network nodes, wherein
An identifier contained in the header of an IP packet is determined, which is addressed from a plurality of routing tables of different routing principles in a respective network node,
The IP packet is forwarded in accordance with this routing table,
A routing principle is given by the principle of the smallest dimensioned tree (SST), and
- The smallest sized tree (SST) is given by within the communication network exactly one, for all edge nodes (edge router) of the communication network the same connection tree.

Description

Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zur Weiterleitung von IP-Paketen in einem verbindungslosen Kommunikationsnetzwerk.Of the The subject of the application relates to a method for forwarding IP packets in a connectionless communication network.

Bei der Internetdatenübertragung werden die IP-Pakete im allgemeinen nach dem Shortest-Path-Forwarding (SPF) Routingprinzip auf der „Kürzesten Route" weitergeleitet. Eine Übertragung über davon abweichende Wege kann erforderlich werden aus Gründen von Anforderungen wie zum Beispiel QoS (Quality of Service, Qualitätsanforderung der Verbindung), Policy (Überwachung) oder Bandbreite.at Internet data transmission In general, IP packets are sent after shortest path forwarding (SPF) routing principle on the "shortest Route "forwarded. A transfer over it Deviant ways may be required for reasons such as for example QoS (quality of service, quality requirement of the connection), Policy or bandwidth.

Hierzu mußte bisher eine Art Verbindung aufgebaut werden, wobei für die Dauer der Übertragung ein Verbindungsspeicher („state") in den zu passierenden Routern/Switche angelegt werden muss (siehe RSVP Resource Reservation Protocol, siehe MPLS Multiprotocol Label Switching), veranlasst von Verbindungsaufbaumeldungen (PATH/RESERVE bzw. LABEL REQUEST/LABEL MAPPING). Diese states werden als nicht skalierbar beurteilt.For this had to So far, a kind of connection will be established, taking for the duration the transmission Connection memory ("state") in the to be passed Routers / switches must be created (see RSVP Resource Reservation Protocol, see MPLS Multiprotocol Label Switching) of connection setup messages (PATH / RESERVE or LABEL REQUEST / LABEL MAPPING). These states are judged to be non-scalable.

Ein Lösungsansatz, der diese states vermeidet, ist durch Differentiated Services (DiffServ) gegeben, wobei IP-Pakete markiert werden, so dass das Netz unterschiedliche Grade von Service mittels Priorisierung in Warteschlangen, Bandbreitenzuweisung, oder Auswählbarkeit bestimmter Wege durch die Netzknoten für spezifische traffic flows (Verkehrsflüsse) bietet.One Approach, which avoids these states is through Differentiated Services (DiffServ) given, where IP packets are marked so that the network is different Grade of service queued prioritization, bandwidth allocation, or selectability certain paths through the network nodes for specific traffic flows (Traffic flows) offers.

Aus McGraw-Hill Encyclopedia of Networking and Telecommunications, 2001, Seiten 350 ff ist es für Differentiated Services bekannt, ein DS-Feld im Header eines IP-Paketes vorzusehen, das 6 DSCP-(Differentiated Services Code Point) Bits zur Bezeichnung der Diensteart und dem Weiterleitungsverhalten an Netzknoten aufweist.Out McGraw-Hill Encyclopaedia of Networking and Telecommunications, 2001, Pages 350 ff it is for Differentiated services known, a DS field in the header of an IP packet provide 6 DSCP (Differentiated Services Code Point) bits to indicate the type of service and the forwarding behavior Has network node.

In SEMERIA, Chuck: Filterbased Forwarding, Juniper Networks Inc. 552003-002, 05/2001, S. 1–10 ist auch schon vorgeschlagen worden, in einem mit Knoten gebildeten Kommunikationsnetz IP-Pakete derart weiterzuleiten, dass sie nach Maßgabe der aus der Filterung des Paket-Headers selektierten Routing-Tabelle weitergeleitet werden.In SEMERIA, Chuck: Filter-based Forwarding, Juniper Networks Inc. 552003-002, 05/2001, pp. 1-10 has also been suggested, in a knot formed Communication network to forward IP packets such that they proviso the routing table selected from the filtering of the packet header to get redirected.

Aus US 5579307 A ist bekannt, in einer Anordnung, in der Informations-Pakete zwischen Knoten geroutet werden, die Pakete in einem Knoten nach Maßgabe derjenigen aus einer Mehrzahl von Routing-Tabellen zu routen, die durch das jeweilige Paket identifiziert wird.Out US 5579307 A It is known, in an arrangement in which information packets are routed between nodes, to route the packets in a node in accordance with those of a plurality of routing tables identified by the respective packet.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, in einem verbindungslosen Kommunikationsnetzwerk IP-Pakete unter Verwendung von QoS-/Policy-/Bandbreite-sensitiven Übertragungswegen weiterzuleiten ohne dass Verbindungsspeicher (=states) in den zu passierenden Routern bzw. Switche angelegt werden müssten.Of the Invention is based on the problem in a connectionless Communication network IP packets using QoS / policy / bandwidth sensitive transmission paths forward without connection memory (= states) in the to be passed Routers or switches would have to be created.

Das Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The Problem is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß erhält also jedes IP-Paket eine Information, nach welcher Routing-Methode, die den kleinst dimensionierten Baum SST (Smallest-Seize Tree) umfasst, es weitergeleitet werden soll. Diese Information mag vorteilhafter Weise durch die im Header eines IP-Pakets enthaltenen DSCP-Bits gegeben sein.Thus, according to the invention Each IP packet contains information about which routing method to use smallest dimensioned tree SST (Smallest-Seize Tree), it should be forwarded. This information may be more advantageous Way through the DSCP bits contained in the header of an IP packet be given.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, in den Netzknoten unterschiedlich reagieren zu können.The Invention offers the possibility to react differently in the network nodes.

In vorteilhafter Weise ist es möglich, etwa um den gesamten Verkehr zu balancieren, gezielt alternative Wege einzuschlagen, zugleich aber dafür zu sorgen, daß alle Pakete eines bestimmten IP-micro flows den identischen Weg durch das Netz nehmen.In advantageously it is possible about to balance the entire traffic, specifically alternative But to ensure that all packages a specific IP micro flow the identical path through the network to take.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the subject of the application are specified in the subclaims.

Der Anmeldungsgegenstand wird im folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt:Of the The subject of the application will be described below as an exemplary embodiment in a to understanding required extent explained in more detail with reference to a figure. Showing:

Fig ein DSCP-Feld im Header eines IP-Paketes.Fig a DSCP field in the header of an IP packet.

Das in Fig dargestellte DSCP-Feld im Header eines IP-Paketes weist 6 DSCP-Bits 0..5 und zwei Bits CU (Currently Unused) 6, 7 auf.The DSCP field in the header of an IP packet shown in FIG. 6 has 6 DSCP bits 0..5 and two bits CU (Currently Unused). 6 . 7 on.

Erfindungsgemäß signalisiert jedes IP-Paket das zu berücksichtigende Routingprinzip, wobei die im IP-Header angelegten 6 DSCP-Bits (DiffServ Codepoint) nicht nur nach dem Gesichtspunkt der „Unterschiedlich bevorzugten Behandlung (differentiated services)" sondern auch nach dem Gesichtspunkt der „Unterschiedlichen Wegelenkung (differentiated routing)" interpretiert werden.Signaled according to the invention every IP packet the one to consider Routing principle, whereby the 6 DSCP bits created in the IP header (DiffServ Codepoint) not only from the point of view of the "differently preferred Treatment (differentiated services) "but also from the point of view of the" different Routing (differentiated routing) "are interpreted.

Von den 6 DSCP-Bits werden 4 davon benutzt um eine unterschiedlich priorisierte Warteschlangen zu identifizieren. 2 davon werden benutzt um innerhalb der bestimmten Warteschlange abermals prioritätsgetreu eingereiht zu werden. Theoretisch gibt es somit 2**6=64 unterschiedliche Prioritätsklassen. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass in der Praxis höchstens drei Klassen genutzt werden (der Kunde zahlt nur für Prioritätsunterschiede, die er wahrnehmen kann). Somit lassen sich diese DSCP-Bits für das vorliegende Differentiated Routing noch nutzen.Of the 6 DSCP bits, 4 are used to identify differently prioritized queues. 2 of them are used to be queued within the given queue again. Theoretically, there are 2 ** 6 = 64 different priority classes. The invention makes use of the knowledge that in practice at most three classes are used (the customer pays only for priority differences that he can perceive). Thus, these DSCP bits can still be used for this differentiated routing.

Erfindungsgemäß sorgt eine gewisse Kennung in den einzelnen empfangenen IP-Paketen dafür, daß eine andere, speziellere Routing Tabelle herangezogen wird (bzw. ein Routing-Tabelleneintrag, welcher auf andere Weise gesucht wird). Diese Kennung könnte in den DSCP-Bits (einst 6 TOS-Bits, jetzt Diff Serv Code Point-bits genannt) zu liegen kommen.Provides invention a certain identifier in the individual received IP packets that another, a more specific routing table is used (or a routing table entry, which is searched in another way). This identifier could be stored in the DSCP bits (once 6 TOS bits, now called Diff Serv code point bits) come to rest.

Die Kennung (welche dafür sorgt, daß eine spezielle Routing Tabelle herangezogen wird) möge in Kombinationen von Protocol-Type, DSCP-Bits, Flow-label (bei IPv6) des empfangenen IP-Pakets untergebracht sein. Der jeweilige next hop link möge anhand der beiden Suchschlüssel, nämlich destination IP address und Kennung gesucht/bestimmt werden.The Identifier (which for it ensures that a special Routing table is used) in combinations of protocol type, DSCP bits, flow-label (in IPv6) of the received IP packet housed be. The respective next hop link may be determined by the two search keys, namely destination IP address and ID are searched / determined.

Herkömmlich werden bei dem Best-Effort-Verkehr nach dem SPF(Shortest Path First)-Prinzip für jeden Router ein jeweiliger Shortest-Path-Tree (SPT) mit sich als Wurzel berechnet. Die Summe all dieser SPTs überdeckt i.d.R. das gesamte Netz.Become conventional in the best effort traffic according to the SPF (Shortest Path First) principle for each Router a respective Shortest Path Tree (SPT) with it as a root calculated. The sum of all these SPTs covers i.d.R. the entire Network.

Es liegt im Wesen der Erfindung, dass jeder Router einen Smallest-Size-Tree (SST) von identischer Gestalt berechnet, welcher sich zwischen allen Provider-Edge-Routern (PE-Routern) erstreckt. Gibt es mehrere gleich-minimale SST-Topologien, sorgen sog.„tie-breaker"-Regeln dafür, daß jeder Netzknoten (gestützt auf identische Netztopologie-Kenntnisse und gestützt auf denselben Satz von Parametern und Parameterwerten) die identische SST-Topologie berechnet (typische tiebreaker-Regel: Wenn in einem Iterationsschritt irgendein Zwischenminimum bestimmt werden soll, es aber mehrere gleichwertige Möglichkeiten hierfür gibt, so wähle dasjenige wo der „beteiligte" Router die kleinere IP Adresse hat).It In the essence of the invention, each router is a smallest-size tree (SST) of identical shape calculated between all provider edge routers (PE routers) extends. If there are several equal-minimal SST topologies, so-called "tie-breaker" rules ensure that everyone Network node (supported identical network topology knowledge and based on the same set of Parameters and parameter values) calculates the identical SST topology (typical tiebreaker rule: if in an iteration step any Intermediate minimum is to be determined, but there are several equivalent options therefor there, so choose the one where the "involved" router the smaller IP address has).

Jeder Router kommt zum gleichen Topologie-Ergebnis. Der jeweilige Router prüft, ob und ggf. wo er selbst in diesem SST vorkommt und was seine dabei angrenzenden links sind.Everyone Router comes to the same topology result. The respective router verifies if and where he himself appears in this SST and what his adjacent left.

Er erstellt eine diesbezügliche Routing Tabelle, d.h. er erstellt bzgl. aller Ziel-PE-Router einen entsprechenden „next hop link"-Eintrag. Ferner ordnet er dieser Routing Tabelle eine bestimmte Kennung, DiffRout-Codepoint genannt, zu.He creates a related Routing table, i. With respect to all the destination PE routers, it creates a corresponding "next hop link "entry It assigns a specific identifier to this routing table, the DiffRout codepoint called, too.

Den unterschiedlichen Routingprinzipien werden jeweils DiffServ=DiffRout-Codepoints zugeordnet. Der einzelne Router unterhält nicht nur eine einzige Routingtabelle, sondern so viele als es DiffRout-Codepoints gibt (genauer: in der jeweiligen Netzdomäne verstanden werden).The different routing principles are respectively DiffServ = DiffRout-CodePoints assigned. The single router does not just maintain a single routing table, but as many as there are DiffRout codepoints (more precisely: in the respective network domain be understood).

Mögliche Routingprinzipien:Possible routing principles:

Routingprinzip a)Routing principle a)

Smallest sized Tree (SST), ohne zusätzliche Randbedingungen, zwischen allen Edge-routern des Netzes:Smallest sized tree (SST), without additional Boundary conditions, between all edge routers of the network:

Dieser Tree ist identisch, ganz gleich welcher der Edge Router die Baumwurzel bildet. Er ist bi-direktional. Bei bidirektionalen Applikationen (z.B. Telefongespräch) sind beide Übertragungswege wechselseitig invers, ansonsten aber identisch. Jeder Router berechnet diesen SST und bestimmt darin seine eigene Position sowie seine Next-Hop-Links bzgl. eines jeglichen Ziel-Edge Routers. Dementsprechend füllt er diejenige Routing-Tabelle auf, die dem Routingprinzip „Smallest sized tree" zugeordnet ist.This Tree is identical, no matter which edge router the tree root forms. He is bi-directional. For bidirectional applications (e.g., telephone conversation) are both transmission paths mutually inverse, but otherwise identical. Each router calculates this SST and determines its own position as well as its Next-hop links for any target edge router. Accordingly he fills the routing table that complies with the routing principle "Smallest sized tree "is assigned.

Routingprinzip b)Routing principle b)

Shortest Path First (SPF) mit Randbedingungen x (wie gewisse QoS,/Bandbreiteverfügbarkeit/Policy), kurz SPF-x:Shortest Path First (SPF) with constraints x (like certain QoS, / bandwidth availability / policy), in short SPF-x:

Jeder Router berechnet einen Wegebaum hin zu allen anderen Netzknoten unter Berücksichtigung eines gewissen Satzes von Randbedingungen (x) mit sich selbst als Baumwurzel.Everyone Router calculates a pathway to all other network nodes considering of a certain set of boundary conditions (x) with itself as Tree root.

Er legt eine „SPF mit Randbed.x"-bezügliche Routing-Tabelle an und speichert darin die jeweils richtigen Ausgangs-Link dieses Baumes bezüglich jeglichen Ziel-Knotens (Edge Router als auch Core Router).He puts an "SPF with Randbed.x "- related routing table and stores in it the correct starting link of this Baumes regarding any Destination node (Edge Router and Core Router).

Routingprinzip c)Routing principle c)

Smallest sized Tree (SST) mit Randbedingungen x (wie gewisse QoS,/Bandbreiteverfügbarkeit/Policy), kurz SST-x:Smallest sized tree (SST) with constraints x (like certain QoS, / bandwidth availability / policy), in short SST-x:

Jeder Router berechnet den stets gleichen smallest sized tree zwischen allen Edge Routern der Netzdomäne unter Berücksichtigung eines gewissen Satzes von Randbedingungen (x) und bestimmt darin seine eigene Position sowie seine Next-Hop-Links bzgl. eines jeglichen Ziel-Edge Routers. Dementsprechend füllt er diejenige Routing-Tabelle auf, die dem Routingprinzip „SST-x" zugeordnet ist.Everyone Router calculates the always same smallest sized tree between all edge routers of the network domain considering of a certain set of boundary conditions (x) and determines therein its own position as well as its next-hop links with respect to any one Target Edge Routers. Accordingly, he fills that routing table which is assigned to the routing principle "SST-x".

Beachte, daß a) gleich c) ist falls x=Leere Menge an Randbedingungen.Note that a) is equal to c) if x = void Amount of constraints.

Routingprinzip d)Routing principle d)

Überlaufbaum betreffend SST mit Randbedingungen x:Overflow tree concerning SST with boundary conditions x:

Bei dem oben beschriebenen SST kann der Fall auftreten, dass insbesondere für im Zentrum des Kommunikationsnetzes liegende Leitungen (Links) ein Grenzwert von source/destination-Verkehrsströmen überschritten wird. Man kann nun einen SST-bezüglichen Überlauf-SST bestimmen, indem man erneut einen SST berechnet, bei dem jedoch die erwähnten Leitungen des Zentrums unberücksichtigt bleiben. Die Links des Zentrums des jeweiligen SST-x werden mit DISREGARD-Bit markiert. Ein Überlauf-SST-x wird berechnet, welcher die markierten Links nicht enthält. Die Netzknoten am Rande des Zentrums werden abhängig von lokal verfügbaren Netzlast-Indikatoren ggf. angehalten, die mit DiffRout-Codepoint „SST-x" ankommenden Pakete mit dem geänderten Diffrout-Codepoint „Überlauf-SST-x" weiterzuleiten und zwar gemäß der anliegenden Links des Überlaufbaumes „Überlauf-SST-x" statt gemäß der anliegenden Links des „SST-x".at In the SST described above, the case may occur in particular for im Center of the communication network lying lines (links) Threshold of source / destination traffic flows exceeded becomes. You can now use an SST-related overflow SST determine by recalculating an SST, but with that the mentioned Lines of the center are disregarded. The links of the center of each SST-x will be with DISREGARD bit marked. An overflow SST-x is calculated, which does not contain the marked links. The Network nodes on the edge of the center become dependent on locally available network load indicators If necessary, the packets arriving with DiffRout codepoint "SST-x" are stopped with the modified one To forward diffrout codepoint "overflow SST-x" and Although according to the attached links the overflow tree "overflow SST-x" instead of according to the adjacent Left of the "SST-x".

Routingprinzip e)Routing principle e)

Modifikation des SPF-x:Modification of the SPF-x:

Jeder Netzknoten bestimmt die zweitbeste/drittbeste/viertbeste Route hin zu allen Netzknoten, welche etwa dadurch bestimmt werden, daß man die zuvor berechneten, besseren Routen ausschließt (DISREGARD-Bits setzen!), und zwar mit sich selbst als Wurzelknoten und unter Berücksichtigung aller Randbedingungen x.Everyone Network node determines the second best / third best / fourth best route to all network nodes, which are determined approximately by the fact that the previously calculated, excludes better routes (set DISREGARD bits!), with itself as root node and under consideration all boundary conditions x.

Der jeweilige Netzknoten liegt eine eigene Routing-Tabelle für das Routingprinzip „SPF-x/y-beste Route" an und füllt sie mit den ermittelten Next-Hop-Links.Of the Each network node has its own routing table for the routing principle "SPF-x / y-best Route "and fills it with the determined next-hop links.

Man kann somit, etwa um den gesamten Verkehr zu balancieren, gezielt alternative Wege einschlagen, zugleich aber dafür sorgen, daß alle Pakete eines bestimmten IP-micro flows den identischen Weg durch das Netz nehmen (dies ist wichtig um Paketüberholungen zu vermeiden, sprich um die Fähigkeit des TCPs nämlich für die richtige Aneinanderreihung zu sorgen, nicht über Gebühr zu strapazieren). Noch wichtiger ist diese Fähigkeit für „TDM over IP"-Applikationen, wie z. B. Sprache über Internet VoIP (Voice over Internet Protocol).you can thus, for example, to balance the entire traffic targeted take alternative ways, but at the same time ensure that all packages a specific IP micro flow the identical path through the network take (this is important to avoid package overhauls, that is about the ability namely the TCPs for the to ensure a proper sequence, not overstrain too much). More importantly is this ability for "TDM over IP" applications, such as z. B. language over Internet Voice over Internet Protocol (VoIP).

Claims (5)

Verfahren zur Weiterleitung von Internet Protocol-Paketen (IP-Paketen) in einem verbindungslosen Kommunikationsnetz, das mit einer Mehrzahl von Netzknoten gebildet ist, bei dem – eine im Header eines IP-Paketes enthaltene Kennung festlegt, welche aus einer Mehrzahl von Routingtabellen unterschiedlicher Routingprinzipien in einem jeweiligen Netzknoten adressiert wird, – das IP-Paket nach Maßgabe dieser Routingtabelle weitergeleitet wird, – ein Routingprinzip durch das Prinzip des kleinst dimensionierten Baums (SST) gegeben ist, und – der kleinst dimensionierte Baum (SST) durch innerhalb des Kommunikationsnetzes genau einen, für alle Randknoten (edge-router) des Kommunikationsnetzes gleichen Verbindungsbaum gegeben ist.Method for forwarding Internet Protocol packets (IP packets) in a connectionless communication network with a plurality of network nodes is formed, in which - one in The header of an IP packet specifies which identifier a plurality of routing tables of different routing principles addressed in a respective network node, - the IP package in accordance with this routing table is forwarded, - a routing principle given the principle of the smallest sized tree (SST), and - of the smallest dimensioned tree (SST) through within the communication network exactly one, for all Edge nodes of the communication network are the same connection tree given is. Verfahren nach. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung mit den differentiated Services codepoint-Bits (DSCP-Bits) im Header eines IP-Paketes gebildet wird.Method according to. Claim 1 characterized that the identifier with the differentiated services codepoint bits (DSCP bits) is formed in the header of an IP packet. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Routingprinzip durch das Prinzip des kleinst dimensionierten Baums (SST) mit Zusatzbedingung gegeben ist.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that a routing principle by the principle of the smallest dimensioned tree (SST) is given with additional condition. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbedingung durch den Grad der Dienstequalität gegeben ist.Method according to claim 3, characterized that the additional condition given by the degree of quality of service is. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbedingung durch die Verfügbarkeit von Bandbreite gegeben ist.Method according to claim 3 or 4, characterized that the additional condition given by the availability of bandwidth is.