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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rundsende-Kommunikationen
allgemein und insbesondere auf ein Verfahren zum Konstruieren oder Planen
von Pfaden über
IP-Netzwerke.
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Verwandter
Stand der Technik
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„Netzwerkgeräte" ist ein allgemeiner
Ausdruck, der einen Computer bezeichnet, der über eine Netzwerk-Schnittstelle
oder andere Brückengeräte angeschlossen
ist, die spezialisierte Funktionen in dem Netzwerk ausführen, wie
z. B. Zwischenverstärker,
Brückengeräte, Vermittlungsgeräte, Router,
um nur einige zu nennen. Ein Zwischenverstärker ist ein Gerät, das die
Pakete von einem Netzwerksegment zu einem anderen unter Regeneration,
zeitlicher Nachsteuerung und Verstärkung der elektrischen Signale
bewegt. Ein Brückengerät („bridge") ist ein Gerät, das auf
der Datenverbindungsschicht arbeitet und Pakete von einem Netzwerk
zu einem anderen leitet und die Effizienz dadurch vergrößert, dass
Pakete gefiltert werden, um das Ausmaß an unnötiger Paketweiterleitung auf
jedem Netzwerk zu verringern. Ein Vermittlungsgerät („switch") ist ein Netzwerkgerät, das in
seiner Funktion ähnlich
einem Mehrpfad-Brückengerät ist und
eine Anzahl von Ports zum Koppeln mit ähnlichen Ports in anderen Netzwerken
und zum Lenken von Verkehr zwischen Netzwerken einschließt.
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Vermittlungsgeräte und Router
werden zur Kreuzverbindung einer Gruppe von Bündeln und zur Übertragung
von Datenpaketen von einer Quelle zum Ziel verwendet. Jede Vermittlung/jeder
Router führt
eine Tabelle, deren Einträge
jeweils eine Adresse und eine Bündel-Identifikationsnummer
einschließen.
Jedes Datenpaket schließt
eine Quellenadresse, eine Zieladresse und eine Nutzinformation ein. Bei
Empfang eines Paketes an einer Vermittlung werden die in dem Paket
enthaltene Quellenadresse und die Identifikationsnummer des Bündels, auf
dem das Paket ankam, als ein Eintrag in der Tabelle gespeichert,
sofern die Tabelle nicht bereits einen Eintrag enthält, der
dieser Adresse und die Bündel-Identifikation umfasst.
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Ein
Hauptknoten, der eine Übertragung
zu einem anderen Knoten einleitet, wird als der Quellenknoten bezeichnet.
Der Hauptknoten, der das Paket empfängt, wird als der Zielknoten
bezeichnet. Somit kann ein Hauptknoten das Senden oder Empfangen von
Daten einleiten, während
ein Router Daten lediglich empfangen oder erneut aussenden kann.
Die Herstellung von Kommunikationen zwischen einem einzigen Quellenknoten
und einem einzigen Zielknoten wird durch einen Prozess erzielt,
der als Einzelsende-Routing oder Weglenkung bezeichnet wird.
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Die
Veröffentlichung „IP Switching
Over Fast ATM Cell Transport (IPSOFACTO): Switching multicast flows", Acharya A. et al,
IEEE, 3. November 1997, Seiten 1850-1854 offenbart ein Verfahren
zur Umsetzung von IP-Strömen
auf ATM-Vermittlungen. Der
Vermittlungsprozessor verwendet VC-Tabellen.
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Die
Sammelsendung („multicast") ist als ein Kommunikationsprozess
definiert, an dem ein oder mehrere Sender und Empfänger beteiligt
sind. Von irgendeinem Teilnehmer in der Sammelsendung ausgesandte
Information wird von jedem anderen Teilnehmer an der Sammelsendung
empfangen. Benutzer, die mit dem Netzwerk verbunden sind und nicht Teilnehmer
an einer bestimmten Sammelsendung sind, empfangen die Information,
die von irgendeinem der Sender ausgesandt wird, nicht, und es werden
keine Netzwerkkomponenten, beispielsweise Vermittlungen/Router oder
Bündel
verwendet, sofern sie nicht für
die Sammelsendung benötigt
werden. Beispielsweise ist die Rundsendung, an der ein Sender und
viele Empfänger
beteiligt sind, ein Spezialfall der Sammelsendung und kann eine
Weitbereichs-Rundsendung, beispielsweise Fernsehen und Rundfunk, eine
Kurzstreckenaussendung für
kleinere Bereiche und eine Konferenzschaltung mit ausgewählten Anzahlen
von Sendern und Empfängern über einen
weiten Bereich einschließen.
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Als
in 1 gezeigtes Beispiel
ist eine Anzahl von Knoten, die über
Bündel
miteinander verbunden sind, so angeordnet, dass sie einen ausgespannten
Baum bilden. Zusammen bilden die Folgen von Knoten, die alle Teilnehmerknoten
einer bestimmten Gruppe miteinander verbinden, einen Sammelsende-Baum. Üblicherweise
ist die Sammelsende-Baumkonstruktion Sender-basiert und bildet den ausgespannten
Baum um einen Kernknoten. Wenn die Hauptknoten A und D eine Sammelsende-Aussendung
unter Verwendung einer vorher vereinbarten Sammelsende-Adresse „M" aufbauen wollen,
so wird ein Paket, das die Quellenadresse „A" und eine Zieladresse „M" enthält, in dem
Netzwerk ausgesandt. Einträge
werden an jedem Knoten hinzugefügt,
an dem das Paket ankommt, und dann nach einem definierten Zeitintervall
(Maximalzeit) gelöscht, wenn
die Einträge
nicht von den Hauptknoten A und B bestätigt werden. Wenn ein Hauptknoten
einer Sammelsendung beitreten will, selbst wenn dies der erste Teilnehmer
ist, so sendet er einfach ein Paket von sich selbst zu der „M"-Adresse. Das Paket
wird über
den gesamten ausgespannten Baum zu allen Teilnehmerknoten rundgesendet,
und der Hauptknoten setzt die Aussendung von Paketen an die „M"-Adresse mit einem
maximalen Zwischenpaket-Zeitintervall fort, das kleiner als die
Maximalzeit ist, um sicherzustellen, dass zumindest einer der betreffenden
Tabelleneinträge
nicht gelöscht
wird. Andere Hauptknoten, die an der Sammelsendung teilnehmen möchten, senden
einfach ein Paket an die „M"-Adresse, wenn sie
sich entschlossen haben, teilzunehmen.
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Zur
Durchführung
einer Sammelsende-Konversation in einem Netzwerk wählen die
Knoten einen einzigen Knoten aus all den Knoten in jedem Netzwerk
aus, der der „Wurzel"-Knoten sein soll.
Jeder Knoten hat eine eindeutige Identifikation (Knoten-ID), und der Wurzelknoten
kann der Knoten mit der niedrigsten Knoten-ID sein. An jedem Knoten wird
ein „Wurzel-Port" ausgewählt, der
die kleinste Anzahl von Sprüngen
von diesem Knoten zu dem Wurzelknoten ergibt, während Ports, die nicht in dem ausgespannten
Baum enthalten sind, blockiert werden. An dem Wurzelknoten werden
alle Ports in den Weiterleitungszustand gebracht. Für jedes
LAN, das mit mehr als einem Knoten gekoppelt ist, wird ein „bezeichneter" Knoten, typischerweise
derjenige, der dem Wurzelknoten am nächsten liegt, ausgewählt, um
eine Verbindungsfähigkeit
zu allen LAN's sicherzustellen.
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Ein
Standard-Spannbaum-Verfahren wurde für Netzwerk-Brückengeräte (Brücken, Router,
Vermittlungen) definiert, um es diesen Geräten zu ermöglichen, eine Teilmenge irgendeiner
Topologie festzustellen, die schleifenfrei ist (das heißt ein Baum)
und dennoch jedes Paar von örtlichen
Netzwerken (LAN's)
in dem Netzwerk verbindet (das heißt „aufspannt"). Das Spannbaum-Verfahren führt zu einem
Netzwerk-Pfad zwischen irgendwelchen zwei Brückengeräten, der dynamisch in Abhängigkeit
von Netzwerk-Modifikationen aktualisiert wird. Beispielsweise tauschen
Knoten Konfigurationsmitteilungen aus, die als Brücken-Protokolldateneinheits- (BPDU's) Rahmen bezeichnet
werden, die es Ihnen ermöglichen,
die aktive Topologie oder den Spannbaum zu berechnen, indem alle
redundanten Verbindungsstrecken blockiert werden, wobei ein einziger Kommunikationspfad
verbleibt.
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Wenn
ein Quellenknoten ein Datenpaket an mehr als einen Zielknoten auszusenden
hat, so kann ein derartiges Paket unter Verwendung von Sammelsende-Routing
ausgesandt werden. Ein Zustellprozess, der als Sammelsende-Routing
bezeichnet wird, wird zur Herstellung von Sammelsende-Kommunikationen
verwendet. Während
sich das Datenpaket von Router zu Router oder von Knoten zu Knoten
ausbreitet, wird das Datenpaket an bestimmten Routern/Knoten selektiv
repliziert, so dass ausreichende Kopien des Datenpaketes erzeugt
und an jeden Zielknoten der Sammelsende-Gruppe ausgesandt werden.
Ein Pfad des Sammelsende-Baumes
zwischen zwei Knoten wird als ein Zweig bezeichnet. Es gibt lediglich
einen Zweig auf dem Sammelsende-Baum zwischen irgendwelchen zwei
Knoten.
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Ein
neuer Zweig in einem Sammelsende-Baum wird durch Aussenden eines
BEITRITTS-Anforderungs-Steuerpaketes von dem der Gruppe beitretenden
Knoten an dem Baum gebildet. Der Sammelsende-Baum sendet ein BEITRITTS-Bestätigungs-Steuerpaket
in der entgegengesetzten Richtung. Es ist möglich, lediglich das BEITRITTS-Steuerpaket
zu senden, und jeder Knoten, der sich noch nicht in dem Sammelsende-Baum
befindet, oder ein Knoten, der noch kein Mitglied ist, der die BEITRITTS-Anforderung
aussendet, wird direkt mit dem Knoten verbunden. Die BEITRITTS-Bestätigung ergibt
jedoch die Fähigkeit,
das Auftreten von Schleifen zu verhindern.
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Somit
propft die BEITRITTS-Mitteilung einen Knoten auf einen Sammelsende-Verteilungsbaum auf,
wodurch Sammelsende-Routen in den Prozess geschaffen werden. BEITRITTS-Mitteilungen
werden jedoch auf der Grundlage von Einzelsende-Routen weitergeleitet.
Wenn daher übliche
Routing-Tabellen verwendet werden, so beruhen die Sammelsende-Routen
auf üblichen
Routen. Dies schließt
die Planung des Verkehrs auf der Grundlage von anderen Attributen
als der Zieladresse aus.
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Die
Multiprotokoll-Etikettvermittlung (MPLS) wurde durch die Internet
Engineering Task Force (IETF) genormt. Die Veröffentlichung „IEFT Multiprotocol
Label Switching (MPLS) Architecture", Francois LE Faucheur, IEEE, 22. Juni
1998, Seiten 6-15, beschreibt die Konzepte der MPLS. MPLS integriert
ein Etikett-Austauschrahmenwerk
mit einer Netzwerk-Routing oder Weglenkung. Die Veröffentlichung „Requirements
for Traffic Engineering over MPLS", Daniel O. Awduche et al.,
Network Working Group Internet Draft, Oktober 1998, Seiten 1-27,
beschreibt einen Satz von Bedingungen für die Verkehrsplanung über MPLS.
Es sind jedoch weitere Entwicklungen für die Sammelsende-Verkehrsplanung
erforderlich.
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Es
besteht daher ein Bedarf an der Auswahl von Pfaden auf der Grundlage
von Verkehrsplanungs- (TE) Kriterien, wie z. B. der Adresse des
Paketes, dem gewünschten
Dienstegrad, usw. für
Sammelsende-Verkehr, und der Möglichkeit,
dass Ressourcen unabhängig
von dem Sammelsende-Pfad-Aufbauprozess zugeteilt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung versucht, die Nachteile des Standes der Technik
zu beseitigen, die mit der Sammelsende-Verkehrsplanung (TE) der IP-Netzwerke
verbunden sind.
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In
einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Planung oder Konstruktion von Pfaden für Sammelsende-Verkehr in IP-Netzwerken
geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte der Definition einer
Weiterleitungs-Äquivalenzklasse
(FEC); die Erfassung einer Steuermitteilung, die mit einer definierten
Weiterleitungs-Äquivalenzklasse übereinstimmt,
an einem Austritts-Etikett-Vermittlungsrouter
(LSP); das Gewinnen einer Zwangsroute in der Richtung des Wurzel-Präfix eines Sammelsende-Baumes
für die
erfasste Steuermitteilung; die Erzeugung eines Zustandes, der der
Weiterleitungs-Äquivalenzklasse
und der Zwangsroute zugeordnet ist, für jede erfasste Steuermitteilung;
die Anbringung von Verkehrsplanungs- (TE-) Parametern, die die Weiterleitungs-Zustandsinformation
enthalten, an die erfasste Steuermitteilung; die Zuteilung von Ressourcen;
und die Weiterleitung der erfassten Steuermitteilung an ein bestimmtes
Ziel.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Etikett oder Label einer Einzelsende-Route/Präfix zugeordnet und
zu diesem Ziel gesandte Pakete können
dadurch gesammelt werden, dass ihnen das Etikett zugeordnet wird.
Weil Sammelsende-Routen im Allgemeinen nicht gebündelt werden können, beginnt
die Zuordnung eines Etiketts zu einer Sammelsende-Route eine Zuteilung
von Ressourcen pro Fluss/Gruppe. Im Wesentlichen wird diese Art
der Zuordnung zu einer Reservierungsprotokoll-RSVP-(oder ATM-) spezifischen
Ressourcenzuteilung und ermöglicht
die Erfüllung
von Dienstegüte-
(QoS) Forderungen pro Fluss.
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Der
zwangsbasierte Sammelsende-Pfadaufbau (CR-MP) ist ein skalierbares
und kosteneffektives Verfahren zur Bereitstellung von Sammelsende-Routing
mit differenzierten Diensten, und er kann weiterhin verwendet werden,
um eine QoS pro Fluss bereitzustellen. Er ermöglicht weiterhin einen nahtlosen
Betrieb von IP- und verkehrsgeplanten/MPLS-Netzwerken.
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Die „Zusammenfassung
der Erfindung" offenbart
nicht notwendigerweise alle die Merkmale, die für die Definition der Erfindung
wesentlich sind. Die Erfindung kann in einer Teilkombination dieser
offenbarten Merkmale beruhen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nunmehr lediglich in Form eines Beispiels und unter
Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert:
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1 zeigt ein Paketvermittlungs-Netzwerk für eine Sammelsende-Weglenkung;
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2 zeigt, wie Steuermitteilungen
und Daten in einem Sammelsende-Baum
gelenkt werden.
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3 zeigt, wie Steuermitteilungen
von einem Austrittsknoten in einem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung
gelenkt werden.
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4 ist ein Blockdiagramm
auf hoher Ebene, das den Verlauf von Steuermitteilungen in einem Austritts-Router/Knoten
und die Paket-Kopffeld-Zusammenfügung an
einem Austritts-Router/Knoten gemäß der Erfindung zeigt.
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5 zeigt den Ressourcen-Zuteilungsprozess
pro Wurzel-Präfix
für die
Verteilung von Daten in einem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung.
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6 ist ein Ablaufdiagramm,
das das Verfahren zum Lenken von Steuermitteilungen von einem Austrittsknoten
zu dem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung
zeigt.
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7 zeigt den Ressourcenzuteilungsprozess
pro Verkehrsklasse in einem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung.
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8 ist ein Blockschaltbild
hoher Ebene, das den Verlauf von Steuermitteilungen in einem Zwischenrouter/Knoten
und die Paket-Kopffeld-Zusammenfügung an
einem Zwischenrouter gemäß der Erfindung
zeigt.
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9 zeigt die Zusammenfügung der
Ressourcenzuteilung, die eine effizientere Nutzung von Ressourcen
ausführt,
als die Zusammenführung
von Flüssen,
weil es eine Ansammlung von Ressourcenzuteilungszuständen ermöglicht.
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Ähnliche
Bezugsziffern werden in den verschiedenen Figuren verwendet, um ähnliche
Bauteile zu bezeichnen.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich lediglich als Beispiel auf eine
bevorzugte Ausführungsform
und bezieht sich ohne Beschränkung
auf eine Kombination von Merkmalen, die zur Durchführung der
Erfindung erforderlich sind.
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Allgemein
ist der Verkehr in einem Netzwerk so ausgelegt, dass er bestimmte
Pfade durchläuft, um
Ressourcen in einer optimaleren Weise zu nutzen, während gleichzeitig
die Dienstegüte
verbessert wird, die angeboten werden kann. Bei der üblichen IP-Routing
oder IP-Weglenkung kann Verkehr so geplant werden, dass er einen
Pfad verwendet, indem bevorzugte Verbindungsstrecken in Richtung
auf ein Ziel mit einer niedrigeren Metrik konfiguriert werden. Weil
die Weiterleitung lediglich auf der Zieladresse beruht, kann der
Verkehr nicht auf der Grundlage anderer Attribute oder Parameter
ausgelegt werden, die für
Verkehrsplanungs- (TE-) Zwecke nützlich
sein können,
wie z. B. die Quellenadresse oder der angeforderte Dienstetyp (ToS).
Im Gegensatz hierzu ermöglichen
es MPLS-Netzwerke, dass Verkehr auf der Grundlage von Attributen
weitergeleitet wird, die auch als Weiterleitungs-Äquivalenzklasse
(FEC) bekannt sind, zusätzlich
zu der Zieladresse. Dies ergibt eine vielseitige und zweckmäßige Syntax
für Verkehrsplanungs-
(TE-) Zwecke.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ergibt einen Routing- oder Weglenkungsmechanismus, der auf Sammelsende-Routing-Protokolle
(MRP's) anwendbar
ist, wie z. B. protokollunabhängige
Sammelsendungs-Betriebsart für
schwach belegte Netze PIM-SM, kernbasierte Baum-CBT, Rand-Überleiteinrichtungs-Mehrprotokoll-BGMP, ausdrückliche
oder einfache Sammelsendung, die als „Steuerungsbetrieben" bezeichnet wird,
was von „Datenbetrieben" oder von Flutungs-
und Beschneidungs-Protokollen wie dem Streckenvektor-Sammelsende-Routingprotokoll
(Distance Vector Multicast Routing Protocol – DVMRP) oder PIM-DM verschieden
ist. Dieses Verfahren setzt weiterhin eine Sammelsende-Gruppe/einen
Sammelsende-Baum mit einer gemeinsamen Art von Dienste- (ToS-) Anforderungen
voraus. Es ist möglich,
diese Anforderung selbst für
heterogene Empfänger
durch die Schichtcodierung von Daten in unterschiedlichen Sammelsende-Gruppen
oder eine andere Variation der Schichtcodierung zu erfüllen.
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Die
in dieser Offenbarung verwendeten MPLS-Konzepte sind die FEC, das
explizite Routen-Objekt (ERO), die Ressourcenzuteilung und die Pfadauswahl,
die bereits in einer MPLS-Umgebung lediglich für Einzelsende-Routing definiert
wurden. Pfade werden unter Verwendung der MPLS-Funktionalität aufgebaut,
so dass Pakete entlang der entwickelten Pfade weitergeleitet werden,
statt in üblicher Weise
weggelenkt zu werden. Ein Pfad kann manuell konfiguriert werden,
oder es kann ein zwangsbedingungsbasierter Routing- (CBR-) Prozess
verwendet werden, um einen Pfad zu gewinnen, der die Verkehrsanforderungen
erfüllt.
Ein derartiger Pfad kann als eine Zwangsroute in MPLS unter Verwendung des
Zwangs-Routing-Etikettverteilungs-Protokolls (CR-LDP)
oder der Reservierungs-Protokoll- (RSVP-) Steuermitteilungen aufgebaut
werden.
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Es
sei angenommen, dass ein steuerungsbetriebenes Sammelsende-Routing-Protokoll (MRP) eine
Steuermitteilung, beispielsweise eine BEITRITTS-Anforderung sendet,
um einen Knoten auf einen Sammelsende-Verteilungsbaum aufzupropfen. Weil
die BEITRITTS-Anforderung auf der Grundlage von Einzelsende-Routen weitergeleitet
wird, so wird, wenn die übliche
Routing-Tabelle verwendet wird, der Sammelsende-Routenaufbau auf üblichen
Routen beruhen. Wenn die Steuermitteilung über Pfade gesandt wird, die
im Voraus berechnet oder statistisch konfiguriert werden, so wird
die Steuermitteilung durch eine TE-Einheit auf einen Zwangspfad oder
eine Zwangsroute (CR) weitergeleitet.
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Damit
ein Router eine Steuermitteilung verarbeitet, sollte die Steuermitteilung
eine Router-Hinweis-Option enthalten. In einem derartigen Fall wird die
Steuermitteilung an den Austritts-Router durch deren FEC identifiziert.
Auf der Grundlage der FEC kann die TE-Einheit dann den Pfad ableiten,
den die Steuermitteilung nehmen sollte, und die angegebenen Ressourcen
zuteilen.
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Ein
Sammelsende-Routing-Protokoll (MRP) bildet die Weiterleitungszustände an den Ports/Schnittstellen
aus, an denen die Steuermitteilung empfangen wird. Um die Ausbildung
von Sammelsende-Weiterleitungszuständen auf der Grundlage von
Zwangs- (Einzelsende-) Routen (CR) zu ermöglichen, muss das Sammelsende-Routing-Protokoll
(MRP), das die Rückwärtspfad-Weiterleitung (RPF) überprüft, abgeschaltet
werden oder in der Lage sein, die „Zwangs"-RPF über eine zwangsbasierte Routing-
(CBR-) Anwendungsprogrammierschnittstelle API zu gewinnen. Wenn
eine Schleife festgestellt wird, so sollte das Sammelsende-Routing-Protokoll
(MRP) keine Weiterleitungszustände für die Gruppe
an dem Port schaffen, an dem die Steuermitteilung empfangen wird.
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Beispielsweise
bedingt das Senden einer BEITRITTS-Anforderung auf einem geplanten
Pfad, wie z. B. die Erweiterung von CR-LDP oder TE-RSVP oder das
Senden und Zusammenführen
von BEITRITTS-Mitteilungen für
den einem Etikett zugeordneten Sammelsende-Baum eine Änderung
des Sammelsende-Routing-Protokolls
(MRP) um die BEITRITTS-Mitteilung entlang der Zwangsroute (CR) zu senden.
Diese Operation erfordert, dass Sammelsende-Routing-Protokoll- (MRP-)
Funktionalitäten
in dem MPLS vorhanden sind. Alternativ können MPLS-Funktionalitäten in Sammelsende-Routing-Protokolle
(MRP's) eingefügt werden.
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Die
Erfindung verwendet MPLS-Etiketten und ein explizites Routen-Objekt
(ERO), um die Auswahl geplanter Pfade hervorzurufen, doch werden Daten
unter Verwendung von Sammelsende-Routing weitergeleitet. Sie erfordert
es nicht, dass MPLS oder Sammelsende-Routing-Protokolle (MRP's) zusammengeführt werden.
Eine derartige Zusammenführung
kann die Kompliziertheit der Sammelsende-Verkehrsplanung (TE) vergrößern, ohne
dass sich eine Möglichkeit
zur Zusammenfügung
der Sammelsende-Verkehrsplanung ergibt.
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Die üblichen
Lösungen
erfordern es, dass der Verkehr für
jede Gruppe/jeden Baum geplant wird, weil Sammelsende-Etiketten/Routen
mit größter Wahrscheinlichkeit
nicht zusammengefügt
werden können.
Jeder Gruppe muss ein unterschiedliches Etikett zugeordnet werden.
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Im
Gegensatz hierzu ermöglicht
es die Erfindung einem Netzwerk-Anbieter, die geplanten oder konstruierten
Pfade in Richtung auf einen Wurzel-Präfix zusammenzufügen, weil
die Ressourcen-Zuteilung und die Pfad-Auswahl unabhängig von dem
Aufbau der Weiterleitungszustände/Routen
ausgeführt
werden kann. Der Wurzel-Präfix
kann ein Quellenknoten, ein Teilnetz oder eine Domäne sein. Sammelsende-Verkehr
in dem Hauptstrecken-Netzwerk kann dann in einer besser skalierbaren
Weise bereitgestellt und statistisch auf (zusammengefügten) geplanten
Pfaden multiplexiert werden.
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An dem Austritts-Router/Knoten
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An
irgendeinem Austritts-Router/Knoten oder irgendeinem Router, an
dem Sammelsende-Daten aus dem Netzwerk austreten, sind die interessierenden
IP-Felder in der
Steuermitteilung, die als FEC bezeichnet wird, und die zugehörigen Pfadauswahlmechanismen
in einer Verkehrskonfigurationstabelle definiert. Die FEC's korrelieren die
Steuermitteilungen, beispielsweise Ziel = (Wurzel-Präfix)/(Zielknoten-)
Adresse, ToS = Code. Die Pfadauswahlmechanismen können statisch
(auf der Grundlage einer Tabelle oder einer zwangsbasierten Routing- (CBR-) Tabelle)
sein, oder es kann ein dynamischer Pfadauswahl-Algorithmus vorliegen.
Die für
die FEC erforderlichen Ressourcen können statisch an dem Austritts-Router
konfiguriert werden, oder sie können
von anderen Einheiten gewonnen werden.
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2 zeigt einen Zweig eines
kernbasierten Sammelsende-Baumes für Kommunikationen zwischen
einem Austrittsknoten A und dem Wurzelknoten. Anfänglich wird
Verkehr mit einer beschleunigten Weiterleitungs- (EF-) Dienstetyp- (ToS-) Bedingung (ToS
= EF) entlang des Pfades gelenkt, der die Knoten [A-B-D-Wurzel] verwendet.
Es sei angenommen, dass das Netzwerk entscheidet, den Verkehr für eine Verwendung
des Knotens C umzulenken. Ein BEITRITTS-Anforderungs-Steuerpaket wird von dem Knoten
C zum Wurzelknoten gesandt.
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An
dem Austritts-Knoten A identifiziert die TE-Einheit, die eine Steuermitteilungs-Klassifikation einschließt, jede
Steuermitteilung, klassifiziert die Steuermitteilungen entsprechend
der Weiterleitungs-Äquivalenzklasse
(FEC) und ordnet die Steuermitteilung einem gewünschten Pfad und den erforderlichen
Verkehrsplanungs- (TE-) Parametern zu, wie dies in 3 gezeigt ist. Es sei bemerkt, dass alle
Austritts-Knoten übereinstimmende
TE-Information und Zwangsrouten-Information oder Funktionen für Mitglieder
haben, die der gleichen Gruppe beitreten.
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Die
TE-Information wird von dem Austritts-Knoten A dazu verwendet, die
bestmögliche Route
und die TE-Parameter zu berechnen, das heißt die verwendete Bandbreite,
wenn das BEITRITTS-Anforderungs-Steuerpaket entlang der Zwangsroute
weitergeleitet wird.
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Die
TE-Parameter werden von dem Sammelsende-Routing-Protokoll (MRP)
an die Steuermitteilung angehängt,
um Weiterleitungszustände (TE+BEITRITT)
für alle
Knoten entlang des gewünschten
Kommunikationspfades zu schaffen. Ressourcen werden dann für alle Verbindungsstrecken zugeteilt,
die Daten in einer Richtung aussenden und Steuermitteilungen in
der entgegengesetzten Richtung weiterleiten.
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4 ist ein Blockschaltbild
hoher Ebene, das das Hindurchlaufen von Steuermitteilungen in einem
Austritts-Router/Knoten 30 und die Paket-Kopffeld-Zusammenfügung zeigt.
Eine Steuermitteilung 32, die an dem Austritts-Router 30 ankommt,
wird von der passenden Sammelsende-Routing-Protokoll- (MRP-) Einheit 36 verarbeitet,
um den Sammelsende-Weiterleitungszustand auszubilden.
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Wenn
die Steuermitteilung mit einer definierten FEC übereinstimmt, so wird die Steuermitteilung zu
einer Sammelsende-Verkehrsplanungs-MCTE-Einheit 34 umgelenkt.
Wie die abgehende Steuermitteilung zu der MCTE-Einheit 34 umgelenkt
wird, ist realisierungsabhängig.
Die MCTE-Einheit 34 ruft eine von der MRP-Einheit 36 bereitgestellte
API-Einheit 35 auf, um herauszufinden, ob die Steuermitteilung 32 eine
Pfadaufbau- (BEITRITTS-), eine Pfadabbau- (VERLASSEN-) Mitteilung
oder eine Wartungsmitteilung ist. Wenn dies ein Pfadaufbau ist,
so werden die in der Verkehrskonfigurationstabelle 37 angegebenen
Ressourcen zugeteilt. Wenn dies eine Pfadabbau-Mitteilung ist, so
werden die zugeteilten Ressourcen freigegeben. Wenn dies eine Wartungs-Steuermitteilung 39 ist,
so wird die Steuermitteilung „so
wie sie ist" durch
das Sammelsende-Routing-Protokoll zu Zwischenroutern weitergeleitet,
wie dies in der Technik bekannt ist, und zwar ohne jedes MCTE-Kopffeld 38.
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Wenn
ein ähnlicher
Weiterleitungszustand an dem Austritts-Router/Knoten existiert,
so wird die Steuermitteilung verworfen. Anderenfalls ruft die Sammelsende-Routing-Protokoll- (MRP-)
Einheit 36 die API-Einheit 35, die von der Sammelsende-Verkehrsplanungs-
(MCTE-) Einheit 34 bereitgestellt wird, auf, um den nächsten Streckenabschnitt
zur Wurzel zu erhalten.
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Die
MCTE-Einheit 34 gewinnt (a) die Routen von der üblichen
Routing-Protokoll- (MRP-)
Einheit 36, wenn kein Pfad oder Pfadauswahl-Mechanismus in
der Verkehrskonfigurationstabelle 37 angegeben ist, oder
sie gewinnt (b) die manuell konfigurierte explizite Route in der
Verkehrskonfigurationstabelle 37; oder sie gewinnt (c)
die expliziten Routen über
einen zwangsbasierten Routing- (CBR-) Prozess, oder sie ruft (d)
den Pfadauswahl-Algorithmus auf, der in der Verkehrskonfigurationstabelle 37 angegeben
ist. Es sei bemerkt, die Routen in (a)-(c) auf der Netzwerk-Topologie beruhen,
während
die Route (d) die Baumtopologie bei der Berechnung von Routen berücksichtigen
kann.
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Die
MCTE-Einheit 34 speichert die Route oder die Routen, die
für eine
bestimmte FEC gewonnen oder berechnet wurden, und verwendet diese Routen
bei der Anbringung eines MCTE-Kopffeldes 38 an die Steuermitteilung 39.
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Die
Form der API, die von dem Pfadauswahl-Algorithmus in den vorstehenden
Fällen
(a)-(c) bereitgestellt wird, ist als ein Tupel < hole_MCTE_nächster_Streckenabschnitt (Ziel-Knoten,
Gruppe) > dargestellt,
worin der Zielknoten ein zwingend erforderlicher Wert ist. Der Wert
des Zielknotens weist die Form einer IP-Adresse 33 auf.
Eine Gruppe ist für
(a)-(c) nicht erforderlich und für
(d) wahlweise. Der Rückgabewert
ist von dem nächsten Streckenabschnitt
zum Zielknoten.
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Die
Form der API, die von dem Pfadauswahl-Algorithmus im vorstehenden
Fall (d) bereitgestellt wird, ist als ein Tupel < hole_MCTE_Route (Ziel-Knoten, Gruppe,
Typ der Metrik) > dargestellt, worin
der Zielknoten ein zwingend erforderlicher Wert ist und die anderen
Werte wahlweise sind. Der Wert des Zielknotens weist die Form einer
IP-Adresse 33 auf. Der Rückgabewert ist eine Liste einer
expliziten Route oder von expliziten Routen. „Gruppe" stellt eine zusätzliche Ebene der Granularität dar, auf
die die Netzwerk-Administratoren ihre Verkehrsplanungs- (TE-) Entscheidungen
gründen
können;
beispielsweise ermöglicht
sie eine Verkehrsplanung (TE) pro Gruppe/Fluss. Schließlich korreliert
der Metriktyp-Wert die unterschiedlichen Arten von Metriken, die
zur Unterscheidung eines Pfades von einem anderen verwendet werden.
Der Vorgabewert ist (1), was zu einer Streckenabschnitt-Zählung in
Korrelation steht. Andere definierte Werte bestehen aus (2) Bandbreite,
(4) Verzögerung,
(8) Auffächerung.
In den Fällen,
in denen der grundlegende Algorithmus < hole_MCTE_Route > keine anderen Metriken als die Streckenabschnitt-Zählung unterstützt, so
wird dieses Feld ignoriert. Der Metrik-Typ wird mit dem Pfadauswahl-Algorithmus
in der Verkehrskonfigurationstabelle angegeben.
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Das
MCTE-Kopffeld 38 wird zwischen dem IP-Kopffeld 33 und
dem Steuermitteilungs-Typ 39 angeordnet. Ressourcen, wie
sie in der Verkehrskonfigurationstabelle 37 angegeben sind,
werden zugeteilt oder freigegeben, bevor die MCTE-Mitteilung zu dem
nächsten
Streckenabschnitt weitergeleitet wird, und sie werden von dem Pfadauswahl-Mechanismus zurückgeliefert.
Wenn dies entweder eine Pfadaufbau- oder eine Pfadabbau-Mitteilung ist, so
hängt die MCTE-Einheit 34 ein
MCTE-Kopffeld 38, das die FEC enthält, die Zwangsrouten (CR),
die von dem Pfadauswahl-Mechanismus bereitgestellt werden, die von
beispielsweise Verkehrsparametern (TE) benötigten Ressourcen, den Dienstetyp
(ToS) und die Protokoll-ID der Steuermitteilung an. Um es anderen Routern
zu ermöglichen,
diese MCTE-Mitteilung zu verarbeiten, die die Steuermitteilung 39 einschließt, wird
das Paket mit Router-Hinweis etikettiert und die Steuermitteilung
wird in Richtung auf den Wurzelknoten weitergeleitet.
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Das
Kopffeld der Datenpakete, die an einem Zwischen-Knoten C fließen, enthält die Ressourcen, die
pro Wurzel-Präfix
zugeteilt sind [Wurzel-Präfix, nMb/s],
wie dies in 5 gezeigt
ist. Die Datenpakete werden zu den Austritts-Knoten DE für Gruppen G1
und G2 entsprechend ihrer Klassifikation weitergeleitet, die in
diesem Fall den Tupel < Gruppenadresse;
Wurzel-Präfix;
zugeteilte Ressourcen > einschließt.
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Das
Verfahren der Verkehrsplanung gemäß der Erfindung ist flexibel,
weil es eine Ressourcen-Zuteilung entweder pro jedem Verkehrsdienstetyp
(ToS) oder in einem zusammengefügten
Format pro Wurzel-Präfix
vorsieht. Dieses Verfahren ist in der Lage, Verkehr mit verschiedenen
Sammelsende-TE-Anforderungen zu konstruieren.
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6 ist ein Ablaufdiagramm,
das das Verfahren der Lenkung von Steuermitteilungen von einem Austritts-Knoten
zu dem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung
erläutert.
Im Schritt 21 werden die Weiterleitungs-Äquivalenzklassen
(FEC's) für den Sammelsende-Baum
definiert. Eine Steuermitteilung, die mit einer FEC übereinstimmt,
wird an einem Etikett-vermittelten Austritts-Router (LSR) im Schritt 22 festgestellt.
Der LSR gewinnt eine Zwangsroute in der Richtung des Wurzel-Präfix, Schritt 23, erzeugt
einen Weiterleitungszustand für
die empfangene Steuermitteilung, Schritt 24, und hängt die
Verkehrsplanungs- (TE-) Parameter, die die Zustandsinformation enthalten,
an Steuermitteilungen an, Schritt 25. Im Schritt 26 werden
Ressourcen zugeteilt und schließlich
wird die Steuermitteilung zum nächsten
Streckenabschnitt im Schritt 27 weitergeleitet.
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An den Zwischen-Routern/Knoten
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7 zeigt, wie Steuermitteilungen
von einem Zwischen-Knoten in einem Sammelsende-Baum gemäß der Erfindung
gelenkt werden. An dem Zwischen-Knoten
D und nachdem das MRP Weiterleitungszustände für alle Knoten in dem Sammelsende-Baum
für die
Gruppe-1 (G1) geschaffen hat, teilt die TE-Einheit Ressourcen für Verbindungsstrecken
zu, die die Daten empfangen, und leitet die Steuermitteilungen (TE+BEITRITT)
in der entgegengesetzten Richtung weiter, wobei die in der TE-Mitteilung
enthaltene Information verwendet wird, die den Verkehrs-Dienstetyp
(ToS) angibt. Wenn am Knoten C ein vorhandener Weiterleitungszustand
vorliegt und die Ressourcen bereits zugeteilt sind, so wird der Knoten
C keine Ressourcen für
eine neu empfangene (TE+BEITRITT-) Mitteilung (gestrichelte Linie)
von einem neuen Mitglied der Gruppe-1 (G1) am Knoten D neu zuteilen,
weil die BEITRITTS-Anforderung zusammengefügt ist.
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8 ist ein Blockschaltbild
hoher Ebene, das den Durchlauf einer Steuermitteilung in einem Austritts-Router/Knoten 40 und
die Paket-Kopffeld-Zusammenfügung an
einem Zwischen-Router zeigt. Wenn der nächste Strecken abschnitt oder
ein anderer Zwischen-Knoten ein Paket 32 mit einem Router-Hinweis
empfängt,
so wird das Paket 32 aus dem Weiterleitungspfad abgeleitet
und zu der MCTE-Einheit 34 gelenkt. Weil die FEC für diese
Steuermitteilung 32 mit einem früher geschaffenen MCTE-Zustand übereinstimmt,
wird die Steuermitteilung 32 zu der MCTE-Einheit 34 umgelenkt.
Die MCTE-Einheit 34 teilt die in dem MCTE-Kopffeld 38 angeforderten
Ressourcen zu oder gibt diese frei und erzeugt einen Übergangszustand 42 für die MCTE-Mitteilung
(MCTE-Zustand). In Abhängigkeit
von der Protokoll-ID in dem MCTE-Kopffeld 38 wird dann das
passende Sammelsende-Routing-Protokoll (MRP) 36 aufgerufen.
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Das
MRP 36 erzeugt den Weiterleitungszustand für die Gruppe
und leitet die Steuermitteilung 32 in Richtung auf die
Wurzel weiter. Die MCTE-Einheit 34' bringt das entsprechende MCTE-Kopffeld 38' an der Steuermitteilung 32 an
und leitet die Mitteilung an den nächsten Streckenabschnitt weiter,
der von einer MCTE/API 35 erhalten wird. Der Übergangs-MCTE-Zustand
wird an diesem Punkt beseitigt.
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Die
FEC wird lediglich an den Austritts-Routern konfiguriert, während Zwischen-Router über die FEC
von vorhergehenden Streckenabschnitten informiert werden. In ähnlicher
Weise wird die explizite oder Zwangsroute lediglich an dem Austritts-Router konfiguriert
oder berechnet. Der nächste
Streckenabschnitt und andere Zwischen-Knoten erfahren die expliziten
Routen über
die Zwangsrouten-Liste, die von dem Austritts-Router an den Baum
zugeführt
wird.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht
die Verwendung unterschiedlicher Pfadauswahl-Algorithmen in Abhängigkeit
von der FEC und der Pfadauswahl-Mechanismus-Zuordnung.
Pfade können
konfiguriert, berechnet, festgestellt oder über andere Maßnahmen
gewonnen werden.
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Ein
Pfadauswahl-Mechanismus liefert die Zwangsrouten zurück, die
für die
Gruppenadresse zugeteilt sind, wobei die Wurzel des Sammelsende-Baumes
freigegeben wird, wenn die Sammelsendung endet.
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Anwendungen
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a)
Ein Netzwerk-Betreiber kann eine explizite Route [Rx, Ry, Rz] in
Richtung auf eine Domäne
mit dem Präfix
(47.1.2.0) für
Sammelsende-Verkehr definieren. Irgendein Mitglied, das einer Gruppe
beitritt, bei der die Wurzeladresse den Präfix (47.1.2.0) hat, erhält Daten über die
explizite Route [Rz, Ry, Rx] zugestellt, die in einer Richtung entgegengesetzt
zu der Steuermitteilung fließen.
Die explizite Route kann eine nicht festgelegte Sourcen-Route oder
eine Route sein, die durch einen Algorithmus berechnet wird, beispielsweise
ein internes Überleiteinrichtungs-Protokoll (IDP),
das zwangsbasierte Routen bereitstellen kann.
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9 erläutert die Zusammenfügung der Ressourcenzuteilung,
die eine effizientere Nutzung der Ressourcen ergibt, als der übliche Weg
der Zusammenfügung
von Flüssen,
weil es dies ermöglicht, dass
Ressourcenzuteilungszustände
gesammelt werden. Das Etikett am Knoten RD schließt die IP-Adresse
des Knotens und 3 Mbps ein, weil der Strom für G1 1 Mbps hat, und der Strom
für G2
2 Mbps hat. Dies verhindert, dass Pakete entlang von Zweige fließen, die
keine Mitglieder haben.
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Der
Pfadaufbau entlang der Verbindungsstrecken 12, 14, 16, 18 kann über Sammelsende-fähige Knoten
(RA, RB, RE) oder lediglich auf diesen gelenkt werden. Ein nicht-Sammelsende-fähiger Knoten
(RB) leitet die Pfadaufbau-Mitteilung
lediglich weiter, ohne sie zu verarbeiten (ein nicht-Sammelsende-fähiger Knoten
kann ein Mitglied der Gruppe sein). Wenn das Steuerpaket den Quellenknoten
RA zurück
erreicht, bildet der Knoten RA einen Tunnel/LSP aus, um die Daten
zu dem nächsten
Sammelsendung-fähigen
Knoten RD weiterzuleiten, der netzabwärts von dem Knoten RB liegt.
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Zwei
oder mehrere Ströme
können
in einem LSP zusammengefügt
werden, vorausgesetzt, dass eine große Wahrscheinlichkeit besteht,
dass die Gruppen homogen sind und eine große Anzahl von gemeinsamen Mitgliedern
einschließen.
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Dies
kann die Ressourcenzuteilungszustände pro Fluss verringern, erfordert
jedoch, dass der Strom an dem Randknoten dadurch gefiltert wird, dass
das Etikett entfernt und die Internetprotokoll- (IP-) Adresse zur
Weiterleitung an Empfänger
verwendet wird. Durch Zusammenfügen
von ToS-Pfaden werden weniger Reservierungszustände verwendet und weniger Bandbreite
vergeudet. Eine Filterung der Pakete von nicht-Mitglieds-Gruppen
am Rand beruht auf der IP-Adresse und kann eine umfangreiche Verarbeitung
in Abhängigkeit
von der Anzahl von an dem Rand des Netzwerkes 10 zu filternden
Paketen erfordern.
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Der
Quellenknoten RA kann anzeigen, dass der Videostrom eine Anzahl
von Malen repliziert werden muss, die gleich der Anzahl von empfangenden Knoten
ist. Zusätzlich
zu den Bandbreiten-Anforderungen muss das Netzwerk 10 über den
Umfang der erforderlichen Replikationen und die Anzahl der empfangenden
Knoten informiert sein.
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Die
Bandbreite und die Anzahl der empfangenden Knoten wird durch die
Dienstegrad-Vereinbarung (SLA) definiert, die von dem Kunden angefordert
wird. Um sicherzustellen, dass die verwendete Bandbreite nicht die
verfügbare
Bandbreite übersteigt,
muss eine Zugangsrichtlinie in Kraft sein. Um die Anzahl der verwendeten
Austrittspunkte zu kontrollieren, lassen Austritts-Router den Fortgang
des Pfadaufbaus nicht zu, wenn die Anzahl von angeforderten Austrittspunkten
höher als
die verfügbaren Austrittspunkte
ist. Wenn die Bandbreite oder die Austrittspunkte nicht verfügbar sind,
kann der Austritts-Knoten den Pfadaufbau verweigern.
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Es
ist wert, festzustellen, dass die explizite Route der gewünschte Pfad
von einem Wurzelknoten zu einem Mitgliedsknoten sein kann, statt
des Rückwärts-Pfades
von dem Mitgliedsknoten zu der Wurzel.
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b)
In einem weiteren Beispiel kann ein interessierendes Zusatzfeld
in der FEC oder in der Diensteart (ToS) definiert werden. Dies ermöglicht es
einem Netzwerk- Betreiber,
Pfade zu konstruieren und/oder Ressourcen für Verkehr bereitzustellen,
die eine beschleunigte Weiterleitung [EF] oder eine sichergestellte
Weiterleitung [AF] erfordern.
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c)
Um die Ausgangslast zu verringern, können Austritts-Router, die
Sammelsendungs-Datenverkehr enthalten, die Zwangsrouten in Richtung
auf die Wurzel des Baumes gewinnen und statt dessen den Baum entlang
dieser Pfade konstruieren. Diese Routen können statisch konfiguriert
oder durch einen Algorithmus bereitgestellt werden, der die Ausgangslast
bei der Routenberechnung berücksichtigt.
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d)
Ein Lastausgleichs-Algorithmus kann einen alternativen Pfad bereitstellen,
den eine Steuermitteilung in Abhängigkeit
von der Dienstegrad-Anforderung der Gruppe unter derzeitiger Nutzung
der gleiche Kosten aufweisenden Pfade nehmen kann.
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e)
Eine Richtlinien-Weglenkung kann die Definition unterschiedlicher
Pfade für
unterschiedliche Gruppen vorsehen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verkehrsplanungs- (TE-) Mechanismus zum Sammelsende-Routing,
unter Einschluss von TE-Funktionalitäten in der MPLS-Einheit, verwendet,
um zu entscheiden, wohin eine Steuermitteilung der Sammelsende-Routing-Protokolle
(MRP's) auf der
Grundlage unterschiedlicher TE-Anforderungen
weiterzuleiten ist, und wie Ressourcen zuzuteilen sind.
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Der
Sammelsende-Verkehrsplanungsprozess ist von dem Sammelsende-Routenaufbau getrennt.
Die Ressourcen und Pfade für
die Sammelsende-Datenzustellung
können
zusammengefügt und
unabhängig
zugeteilt werden. Ressourcen werden auf dem gleichen Weg zugeteilt,
wenn Pfade ausgewählt
und ausgebildet werden, und dies verhindert, dass Daten auf Zweige
weitergeleitet werden, auf denen noch keine Ressourcen zugeteilt
wurden. Der Verkehr kann statistisch multiplexiert werden, was es
Netzwerk-Betreibern ermöglicht,
eine Steuerung über
die Topologie der Sammelsende-Bäume zu
haben und unterschiedliche Dienste in einer skalierbaren Weise bereitzustellen.
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Der
Sammelsende-TE-Mechanismus ermöglicht
es Internet-Diensteanbietern (ISP's), bestimmte FEC's für
ihr Netzwerk zu definieren; die zum Empfang von Verkehr von einem
bestimmten Wurzel-Präfix
erforderlichen zu definieren; die Ausgangslast an einem Knoten durch
Begrenzen der Anzahl von Pfaden in Richtung auf diesen Knoten und
durch Festlegen von Zwangspfaden zur Übertragung von Sammelsende-Verkehr
zu verringern; mit heuristischen Algorithmen zu experimentieren,
wie Sammelsende-Bäume
besser planen und zu konstruieren sind; oder eine Funktion zur dynamischen
Berechnung geeigneter Pfade auf der Grundlage derzeitiger oder vorhergesagter
Netzwerk-Ressourcen zu definieren. Alle diese zusätzlichen
Netzwerk- oder Inhalts-Anbieter-spezifischen Funktionen zur Planung von
Verkehr können
unabhängig
von dem üblichen Sammelsende-Verkehrsplanungsschema
entwickelt werden.
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Vielfältige Modifikationen,
Abänderungen und
Anpassungen können
an den verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der
Erfindung abzuweichen, der in den Ansprüchen definiert ist.