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Gebiet der
Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
Anordnungen und Verfahren für
die Vermittlung oder Leitweglenkung von Verkehr in einem Kommunikationsnetz.
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Hintergrund
der Erfindung
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Traditionell wurden zwei Arten von
herkömmlichen
Telekommunikationsnetzen entwickelt. Die erste Art von herkömmlichem
Netz ist verbindungsorientiert und wird für den Transport von Schmalband-Spracheverkehr
verwendet, der typischerweise in TDM- (Zeitmultiplex-) Rahmen übertragen
wird. Derartige Netze umfassen beispielsweise synchrone oder plesiochrone
Netze. Die zweite Art von herkömmlichem
Netz ist von seiner Art her verbindungslos und wird für den Transport
von Paket- oder Zellen-basiertem Breitband-Datenverkehr verwendet.
Ein derartiger Paketverkehr schließt beispielsweise Internet-Protokoll-
(IP-) Verkehr ein. Es besteht derzeit eine Entwicklung in Richtung
auf vereinheitlichte Netze, die einen Ende-zu-Ende-Transport für sowohl
Sprache- als auch Datendienste bereitstellen, und zu diesem Zweck
wurde die Verwendung des asynchronen Transports eingeführt. Dies führt selbstverständlich das
Problem der Unterstützung
unterschiedlicher Protokolle über
ein gemeinsames Netz ein.
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Die asynchrone Übertragungsbetriebsart (ATM)
ist die Technologie, die von der ITU-T als eine Breitband-Netztechnologie
festgelegt wurde, die für alle
Anwendungen geeignet ist. Für
den Internet-Protokoll-Verkehr hat sich jedoch ATM als weniger als vollständig effektiv
bei der Unterstützung
von leitweggelenkten Schicht-3-Anwendungen erwiesen, wie z. B. leitweggelenkte
virtuelle private Netze. Dies hat dazu geführt, dass die IRTF (Internet
Research Task Force) eine Mehrprotokoll-Etikettvermittlung (MPLS) als
eine Technologie bestimmt hat, die die wünschenswerten Eigenschaften
von ATM übernimmt, jedoch
besser an das Internet-Protokoll angepasst ist. Insbesondere stellt
MPLS eine Rahmenzusammenfügungsfunktion
bereit, bei der Datenrahmen, die von mehreren Quellen empfangen
werden, aufgefangen und mit einem gemeinsamen Etikett ausgesandt
werden. Dies ist für
die Unterstützung
von leitweggelenkten Diensten der Schicht 3 des Internet-Protokolls erforderlich.
Dienstebetreiber würden Idealerweise
eine einzige Netztechnologie zur Unterstützung aller der Dienste bevorzugen,
die sie bereitstellen, weil dies die niedrigstmöglichen Betriebskosten ergeben
würde.
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Die Veröffentlichung von Le Faucher,
F, „IETF
Multiprotocol Label Switching (MPLS) Architecture", IEEE International
Conference on ATM, 22. Juni 1998, Seiten 6–15, beschreibt die Konzepte von
MPLS, wie sie von der IRTF definiert wurden. Ein Überblick über das
Protokoll wird gegeben, unter Einschluss einer Einführung in
einige der grundlegenden Konzepte und die zu verwendende allgemeine
Lösung.
Insbesondere werden die Konzepte von Tunnels und der Hierarchie
beschrieben.
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Ein besonderes Problem bei der Einführung eines
Mehr-Dienste-Netzes besteht in der Berücksichtigung der verschiedenen
Transportprotokolle und insbesondere der Bereitstellung von Ende-zu-Ende-Dienstgüte-Garantien
für eine
hohe Priorität
aufweisenden Verkehr, wie z. B. Sprache. Insbesondere besteht eine
Notwendigkeit zur Schaffung eines Netzes, das sowohl Daten- als
auch Sprache-Verkehr auf einer örtlichen,
nationalen und internationalen Ebene übertragen kann, während es
ein gemeinsames Transportprotokoll verwendet. Ein weiteres Problem
bei einem derartigen Netz besteht in der Echtzeit-Verwaltung der
virtuellen öffentlichen/privaten
Netze, die innerhalb des Netzes ausgebildet sind. Derzeit erfordert
jede VPN-Verwaltung eine ausführliche
Kenntnis der Netztopologie. In einem großen Netz ist dies eine erhebliche
betriebsmäßige Aufgabe.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der Erfindung besteht in
einer weitgehenden Verringerung oder Überwindung der vorstehenden
Nachteile.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt
der Erfindung wird ein Verfahren zur Leitweglenkung eines Informationspaketes über einen
Etikett-vermittelten Pfad zwischen ersten und zweiten Endstationen
in einem virtuellen privaten Netz geschaffen, das über eine
Netzanordnung definiert ist, die eine hierarchische Anordnung von
ersten, zweiten und dritten Ebenen von Routern umfasst, wobei das
Verfahren das Anbringen einer Folge von ersten, zweiten, dritten und
vierten Etiketten, die eine entsprechende verkettete Folge von Etikett-vermittelten
Pfadabschnitten innerhalb des virtuellen privaten Netzes anzeigen,
an dem Informationspaket an einem Netzrand umfasst, wobei sich jeder
Pfadabschnitt zwischen einem Paar der Router erstreckt, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Etikett einen Leitweg oder eine Route
von einem Router der ersten Ebene zu einem Router der zweiten Ebene
definiert, dass das zweite Etikett eine Route von dem Router zweiter
Ebene zu einem Router der dritten Ebene definiert, dass das dritte
Etikett eine Route von dem Router der dritten Ebene zu einem weiteren
Router der zweiten Ebene definiert, und dass das vierte Etikett
eine Route von dem weiteren Router der zweiten Ebene zu einem Ziel-Router der
ersten Ebene definiert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der Erfindung wird eine Kommunikationsnetz-Anordnung geschaffen,
die eine hierarchische Anordnung von ersten, zweiten und dritten
Ebenen von Routern umfasst, über
die ein virtuelles privates Netz definiert ist, das erste und zweite
Endstationen aufweist, wobei die Anordnung in der Lage ist, eine
Leitweglenkung eines Informationspaketes über einen Etikett-vermittelten
Pfad zwischen den ersten und zweiten Endstationen dadurch durchzuführen, dass
an dem Informationspaket an einem Netzrand eine Folge von ersten, zweiten,
dritten und vierten Etiketten angebracht wird, die eine entsprechende
verkettete Folge von Etikett-vermittelten Pfadabschnitten innerhalb des virtuellen
privaten Netzes anzeigen, wobei jeder Pfadabschnitt sich zwischen
einem Paar der Router erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das
erste Etikett eine Route von einem Router der ersten Ebene zu einem
Router der zweiten Ebene definiert, dass das zweite Etikett eine
Route von dem Router der zweiten Ebene zu einem Router der dritten
Ebene definiert, dass das dritte Etikett eine Route von dem Router
der dritten Ebene zu einem weiteren Router der zweiten Ebene definiert,
und dass das vierte Etikett eine Route von dem weiteren Router der
zweiten Ebene zu einem Ziel-Router der ersten Ebene definiert.
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Bei der vorliegenden Anmeldung ergibt
die Verwendung eines 4-Etikett-Stapels ein verbindungsorientiertes
Verhalten für
Spracheverkehr, während die
strikte Randsteuerung beibehalten wird, die analog zu einem üblichen
IP-Netzbetrieb ist. Die Verwendung eines hierarchischen Netzes mit
drei Schichten und fünf
Stufen von Routern ermöglicht
es, dass die Technik über
ein internationales oder globales Netz verwendet wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein 4-Etikett-Stapel am Rand des Netzes verwendet, um ein verbindungsorientiertes
Ende-zu-Ende-Verhalten mit einer garantierten Dienstgüte (QoS)
zu erzielen, ohne dass weitere Steueraktionen auf dem Netz erforderlich
sind. Der 4-Etikett-Stapel ergibt eine ausreichende Steuerung und
Kontrolle zur Herstellung einer erforderlichen Verbindung Ende-zu-Ende über das
Netz.
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In vorteilhafter Weise wird ein virtuelles
privatöffentliches
Netz mit mehrfachen Stufen von auf Zwangsbedingungen beruhenden
leitweggelenkten Etikettvermittelten Pfaden definiert.
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Eine Mehrprotokoll-Etikettvermittlung (MPLS)
ist das bevorzugte Netz-Leitweglenkungs- oder
Routing-Protokoll, das hier verwendet wird. Die MPLS wurde von der
IETF so definiert, dass sie im wesentlichen unabhängig von
dem grundlegenden Transportmechanismus ist. Abbildungen auf ATM wurden
ebenso definiert, wie Rahmen-Betriebsart-Netze unter Verwendung
von HDLC-(Datenverbindungsstreckensteuerung
höherer
Ebene) basierten und anderen Formen von Rahmentransport.
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MPLS schließt das Konzept von gestapelten Etiketten
ein. Wir haben festgestellt, dass dieses Konzept es den hier beschriebenen
Netzanordnungen ermöglicht,
auf mehreren Schichten zu arbeiten. Beispielsweise kann sich ein
erstes Etikett in dem Stapel auf eine Verkehrsstrecke beziehen.
Eine Vermittlung, die lediglich dieses erste Etikett vertauschen
würde,
würde die
Verkehrsstrecke transparent behandeln. Eine Vermittlung, die das
erste Etikett abheben, das zweite Etikett vertauschen und ein neues erstes
Etikett auflegen würde,
würde eine
Diensteinstanz zwischen zwei Verkehrsstrecken vermitteln. In einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
wird ein 4-Etikett-Stapel zur Herstellung einer Verbindung über ein
fünfstufiges
Netz verwendet, bei dem die einzige Steueraktion pro Verbindung
darin besteht, den 4-Etikett-Stapel an den ersten Knoten des fünfstufigen
Netzes zuzuweisen.
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Vorzugsweise wird eine Serie von
Tunnels ausgewählt,
um eine QoS-Garantie für
die Sitzung zu liefern, bei der die Ressourcen-Verfügbarkeit
von dem Rand zu mehrfachen zentralen Stufen ebenso bekannt ist,
wie die Ressourcen-Verfügbarkeit
von den mehrfachen zentralen Stufen zu dem Ziel-Rand. Die Auswahl
erfolgt durch Anbieten einer Anzahl von Kandidaten für zentrale
Stufen zu dem Ziel-Rand und dadurch, dass es dem Zielrand ermöglicht wird,
den vollständigen
Pfad auszuwählen.
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Andere Gesichtspunkte und Merkmale
der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann bei einer Betrachtung
der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung
mit den beigefügten
Figuren ersichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Beispiels für ein virtuelles öffentlich/privates
Netz ist;
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2 die
Konstruktion eines abstrakten Knotens zeigt, der in dem Netz nach 1 verwendet wird, wobei
die Netzkonstruktion mit weiteren Einzelheiten gezeigt ist;
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3 ein
Beispiel einer Schicht-1-Verwaltungs- und Betreiber-Steuerarchitektur
zeigt;
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4 ein
virtuelles öffentlich/privates Netz-Informationsmodell
zeigt;
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5 das
Konzept eines dynamischen Multiplex-Etikett-vermittelten Pfades
zeigt;
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6 eine
virtuelle öffentlich/private
Netzstruktur gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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7 die
Verwendung eines COPS-Mechanismus in dem Netz nach 6 zeigt;
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8 eine
schematische Darstellung des Netzes nach 6 zeigt, wobei dessen Skalierbarkeit
gezeigt ist;
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9 die
Etikett-Verarbeitungsfunktionen an jedem Knoten des Netzes nach 6 zeigt; und
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10 die
Verwendung von Steuerfunktionen in dem Netz nach 6 zur Garantie eines verbindungsorientierten
Verhaltens des Ende-zu-Ende-Pfades zeigt.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, die für erläuternde
und Vergleichszwecke eingeführt
wird, wobei diese Figur in äußerst schematischer
Form ein Beispiel eines virtuellen öffentlich/privaten Netzes (VPN)
zeigt, das national oder regional eingesetzt wird, um Sitzungs-vermittelte
Multimedia-Dienste auf einer territorialen Basis bereitzustellen.
Das Netz umfasst eine Anzahl von Dienstknoten 11, die sich
an den Haupt-Bevölkerungszentren
befinden, die miteinander über
ein Netz von Kernknoten durch für
eine Dienstqualität
(QoS) geeignete Tunnels 12 miteinander verbunden sind.
Die Konstruktion des Kernnetzes wird weiter unten beschrieben. In 1 ist lediglich ein Kernknoten 18 aus
Gründen der
Klarheit gezeigt, es ist jedoch verständlich, dass das Netz eine
Vielzahl von Kernknoten beinhaltet. Der Zugang an das Netz von Benutzer-Endgeräten 13 aus
wird über
Medien-Überleiteinrichtungen 14 bereitgestellt,
die jeweils Dienste zu einem oder mehreren Diensteknoten liefern.
Der Verkehr wird auf einer Zwangsbedingung unterworfenen leitweggelenkten
Etikett-vermittelten Pfaden (CR-LSP) 15 transportiert,
die zwischen jeweiligen Überleiteinrichtungen
ausgebildet sind. Das Netz überträgt Paketverkehr,
wobei jedes Paket 16 eine Nutzinformation und erste und
zweite Etiketten (Etikett 1, Etikett 2) umfasst, die den Pfad anzeigen, über den
das Paket gelenkt werden soll.
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CR-LSP's (Zwangsbedingungs-basierte leitweggelenkte
Etikett-vermittelte Pfade) werden zwischen den Dienstknoten 11 des
Netzes eingesetzt. Dienste, wie z. B. interaktive Sprache, die strikte QoS-Garantien
erfordern, werden durch Ende-zu-Ende-CR-LSP's 15 unterstützt, wie
dies in 1 gezeigt ist.
Um ein einfaches Beispiel einer QoS-Unterstützung zu geben, kann, wenn
alle CR-LSP's sowohl
auf der Verkehrsstrecken-Ebene als auch Ende-zu-Ende eine konstante
Bitrate aufweisen, das Betriebsverhalten des Ende-zu-Ende-CR-LSP
im Wesentlichen äquivalent
zu ATM-AAL1 (asynchrone Übertragungsbetriebsart-Anpassungsschicht
1) sein, wobei eine typische 48-Byte-Paketbildung angenommen wird.
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Die IETF hat zwei Protokolle für die Ausbildung
von CR-LSP's definiert.
Diese Protokolle sind RSVP-Verkehrsauslegung, und Zwangsbedingungs-gelenktes
Etikett-Verteilungsprotokoll. CR-LSP's (Zwangsbedingungs-basierte leitweggelenkte
Etikett-vermittelte Pfade) sind Punkt-zu-Punkt-Pfade zwischen bestimmten
Netzknoten. Derartigen Pfaden ist jeweils ein Verkehrskontrakt zugeordnet,
der bei Realisierungen mit geeigneter Trägerstärke für eine Einhaltung ausgelegt wird.
Die folgende Beschreibung des besten Verfahrens zur Ausführung der
Erfindung beruht auf dem CR-LDP-Protokoll, doch ist es für den Fachmann
zu erkennen, dass das RSVP-TE-Protokoll eine äquivalente Funktionalität hat und
dazu verwendet werden kann, den gleichen Zweck zu erfüllen. Ein
derartiger CR-LSP (Zwangsbedingungsbasierter leitweggelenkter Etikett-vermittelter
Pfad) weist eine LSPID (Etikettvermittelte Pfadidentifikation) auf,
die dazu verwendet werden kann, einen Streckenabschnitt oder Sprung
in einer CR-LDP-Anforderung zu spezifizieren. In einem derartigen
Fall wird der neue CR-LSP in den spezifizierten CR-LSP multiplexiert und
es wird ihm ein Etikett der zweiten Ebene zugeteilt. Es ist daher
möglich,
innerhalb des Netzes nach 1 ein
virtuelles öffentlich/privates
Netz (VPN) mit mehrfachen Stufen von CR-LSP's erster Ebene zu spezifizieren und
Ende-zu-Ende-Dienste bereitzustellen, die einen CR-LSP-Verkehrskontrakt
haben.
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Ein Merkmal des Zwangsbedingungs-basierten
leitweggelenkten Etikett-Verteilungsprotokolls (CR-LDP), das in
dem Netz nach 1 verwendet wird,
ist die Verwendung eines „abstrakten
Knotens", um Leitweglenkungs-Zwangsbedingungen
zu definieren. Ein abstrakter Knoten besteht aus einem Teilnetz
von tatsächlichen
Knoten (Kernknoten) über
das das Zwangsbedingungs-basierte leitweggelenkte Etikett-Verteilungsprotokoll
irgendeinen verfügbaren Pfad
auswählen
darf, um eine angeforderte Verbindung zu erzielen. Somit kann es
auf einem Pfad, der als (realer Knoten A – abstrakter Knoten B – abstrakter
Knoten C – realer
Knoten D) spezifiziert ist, mehrfache reale Knoten in jedem der
abstrakten Knoten geben, und es kann auch mehrfache Strecken zwischen
dem abstrakten Knoten geben. Dieses Konzept von abstrakten Knoten
vereinfacht die Verwaltung eines VPN, weil die Netzverwaltung lediglich eine
Ansicht des Netzes auf der Ebene der abstrakten Knoten benötigt und
keine ausführliche
Ansicht der Konstruktion oder des internen Betriebes eines abstrakten
Knotens benötigt.
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Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen, die ebenfalls zu Erläuterungs-
und Vergleichszwecken eingeführt
wird und in schematischer Form einen Teil des Netzes nach 1 zeigt. 2 ist eine Darstellung eines einfachen
Netzes in seiner abstrakten Knotenform, zusammen mit einer möglichen realen
Netzrealisierung eines der abstrakten Knoten.
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Das Netz stellt Gruppen von Mehrfachdienste-Knoten
(SN) 11 dar, die jeweils um einen jeweiligen abstrakten
Knoten (AN) 22 an jeder von vier Stellen angeordnet sind.
Einer der abstrakten Knoten 22 ist ausführlich gezeigt, um seine Konstruktion
aus einem Teil-Netzwerk von vier Kernknoten (CN) 18 mit mehrfachen
Transportstrecken 23 zwischen diesen zu zeigen. In dem
Netz nach den 1 und 2 ist ein abstrakter Knoten
durch einen IP-Adressen-Präfix definiert,
und alle Kernknoten, die diesen Präfix in ihrer IP-Adresse einschließen, werden
als Teil dieses abstrakten Knotens behandelt. Es ist natürlich verständlich,
dass ein abstrakter Knoten aus irgendeiner anderen Anzahl von Kernknoten
aufgebaut sein kann. Weiterhin können
abstrakte Knoten eine vorübergehende
semi-permanente oder permanente Existenz in Abhängigkeit von den Notwendigkeiten des
Netzes haben.
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Zwangsbedingungs-basierte leitweggelenkte
Etikett-vermittelte Pfade 15 werden zwischen Diensteknoten 11 über dazwischenliegende
abstrakte Knoten 22 eingesetzt.
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Bei der Anordnung nach den 1 und 2 ist es relativ einfach für ein das
reale Netz kontrollierende Verwaltungssystem, eine abstrakte Knotenversion seines
Informationsmodells zur Verwendung auf einer übergeordneten Netzverwaltung
zu erzeugen. Es ist weiterhin relativ einfach, eine grafische Darstellung
eines derartigen Netzes zu erzeugen und Verkehrsstrecken dadurch
zu spezifizieren, dass Pfade zwischen Diensteknoten definiert werden,
die durch abstrakte Knoten hindurchlaufen. Diese grafischen Pfade
können
dann zur automatischen Konstruktion von CR-LDP-Anforderungen zur
Ausbildung der Verkehrsstrecken verwendet werden. Das CR-LDP kann auf
einem vorhandenen Zwangsbedingungsbasierten leitweggelenkten Etikett-vermittelten
Pfad (CR-LSP) ablaufen, um den Verkehrskontrakt neu auszuhandeln,
so dass die Technik eine nahezu Echtzeit-Erzeugung von VPN's sowie flexible Dienstebenen-Vereinbarungen
vorsieht, die modifiziert haben können, beispielsweise auf einer
täglichen
Basis oder auf irgendeiner Basis, die für das Kunden-Verkehsprofil
geeignet ist.
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Eine Verwaltungs- und Betreiber-Steuerfunktion
für das
physikalische Schicht-1-Netz
nach den 1 und 2 ist in 3 gezeigt. Diese Figur zeigt als Beispiel
ein einfaches Netz auf der Grundlage einer Gruppe von Kernknoten 18,
die einen abstrakten Knoten 22 bilden, und Diensteknoten 11.
Das reale Netz hat ein Verwaltungssystem, das auf einer hierarchischen
Struktur von Elementen-Verwaltungen 31 und
(Teil-) Netzverwaltungen 32 beruht. Die (Teil-) Netzverwaltung 32 ist
für die
Konstruktion der abstrakten Knoten-Informationsmodell-Darstellung
des Netzes verantwortlich, wobei diese Information an eine übergeordnete
Verwaltung 33 weitergeleitet wird. Eine untergeordnete
Verwaltung 36 stellt eine virtuelle Vermittlungs-Verwaltung
bereit, um eine Fehler-, Konfigurations-, Abrechnungs-, Betriebsleistungs-
und Sicherheitsverwaltung auszuführen.
Die übergeordnete
Verwaltung 33 wird zur Definition von VPN's und zur Anordnung
von Verkehrsstrecken zur Realisierung dieser VPN's verwendet. Die übergeordnete Verwaltung erzeugt,
modifiziert und entfernt weiterhin virtuelle Vermittlungen. Verkehrsstrecken-Anforderungen
werden an die Betreiber-Steuerschicht 1 (34) weitergeleitet,
um den CR-LDP-Prozess einzuleiten. Dies ist der Schnittstellenpunkt
für die
NPLS-Schicht-1-Betreibersteuerung, für die das allgemeine offene
Richtlinien-Diensteprotokoll (COPS) bevorzugt wird.
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Das in 4 für die Teil-Netz-Verwaltung 32 gezeigte
Modell ist ebenfalls dahingehend vereinfacht, dass lediglich die
virtuellen Schicht-2-Vermittlungen (VS) 41 sichtbar sind.
Diese virtuellen Vermittlungen sind mit Zugangsports 42,
mit denen Benutzer verbunden sind, und Fernverkehrsstrecken 43 konfiguriert,
die Ende-zu-Ende
konfiguriert und mit SLA's versehen
sind.
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In 5 ist
das Konzept eines dynamischen Etikett-vermittelten Multiplex-Pfades
(DM-LSP) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. In dem Beispiel des Netzes nach 5 ist eine hierarchische
3-Schicht-Anordnung von lokalen Knoten 51a, regionalen
Knoten 51b und internationalen Knoten 51c vorgesehen,
wobei jeder Knoten einen Etikett-vermittelten Router umfasst. In
dem 3-Schicht-Netz von MPLS-Etikett-vermittelten Routern (LSR) 51a, 51b, 51c wird
ein Maschenwerk von Schicht-1-Etikett-vermittelten Pfaden (LSP's) 52 ausgebildet.
Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist es möglich, die Zwangsbedingungen
für einen
neuen Etikett-vermittelten Pfad (LSP) in Ausdrücken vorhandener LSP's zu definieren,
wobei in diesem Fall ein Schicht-2-LSP ausgebildet wird, und ein
zweites Etikett definiert den eingebettetem CR-LSP. Bei der dynamischen
Multiplex-LSP-Anordnung
nach 5 wird ein Etikett
der dritten Ebene definiert, das sich auf eine einer Anzahl von
Sitzungen bezieht, die dynamisch auf dem gleichen Etikettvermittelten
Pfad (LSP) multiplexiert werden können. In unserer schematisch
in 5 gezeigten Anordnung
kann eine neue Sitzung auf dem dynamischen Multiplex-LSP dann und
nur dann multiplexiert werden, wenn die Ressourcen-Zwangsbedingungen
der Eintritts- und Austritts-Schicht-1-CR-LSP's erfüllt sind. Die Prüfung dieser
Zwangsbedingungen kann in den LSR's (Etikett-vermittelten Routern) 51a, 51c der
ersten und dritten Stufe ausgeführt
werden, die einen vollen Überblick über die
Ressourcen haben, die den Eintritts- bzw. Austritts-Schicht-1-LSP's zugeteilt sind. Die
Schicht-2-LSR's 51b führen eine
implizite Vermittlungsfunktion dahingehend aus, dass Sitzungen dynamisch
zwischen LSR's 51a, 51c der
ersten und dritten Stufe gelenkt werden, wobei irgendwelche verfügbaren Schicht-1-CR-LSP
verwendet werden, doch sind die LSR's 51b der zweiten Stufe an
dem Steuerprozess nicht beteiligt. 5 zeigt
weiterhin eine Anzahl von LSR's,
die dazu verwendet werden, eine Leitweglenkung der Schicht-1-CR-LSP's durchzuführen. Dies
sind zusätzliche
Netzstufen, die für die
Verkehrsverwaltung von großen
Zahlen von VPN's
erforderlich sein können,
sie müssen
jedoch nicht direkt an dem Betrieb der DM-LSP's beteiligt sein.
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Ein Beispiel für ein fünfstufiges virtuelles privates
Netz (VPN) mit einer 4-Ebenen-Etikettsteuerung
ist in 6 gezeigt. Das
Netz umfasst eine hierarchische oder geschichtete Struktur von örtlichen Tandem-
oder Durchgangsvermittlungs-Routern 61a, nationalen Durchgangsvermittlungs-Routern 61b und
Durchgangsvermittlungs-Routern 61c.
Eine übergeordnete
Verwaltung 60 ist für
die Konfiguration eines oder mehrerer virtueller privater Netze
innerhalb der Netzstruktur nach 6 verantwortlich.
Diese VPN-Konfiguration wird dadurch ausgeführt, dass die Schicht-1-LSP's (Etikett-vermittelten
Pfade) unter Berücksichtigung
der Dienstgüte-Vereinbarungen und
Zwangsbedingungen für
ihre Leitweglenkung durch das Netz definiert werden. Diese Information wird
als ein COPS- (gemeinsamer offener Richtlinien-Dienst) Befehl formuliert,
der nach unten zu dem Etikett-Vermittlungs-Router (LSR) 61a verschoben wird,
der den Eintritt des angeforderten CR-LSP bildet. Die übergeordnete
Verwaltung 60 verschiebt weiterhin die COPS-Befehle an
eine Zugangsverwaltung (AM) 64 in einer Medien-Überleiteinrichtungs-Steuerung 65,
wobei die Zugangsverwaltung Ressourcen aufzeichnet, die zur Verwendung
bei Diensteanforderungen zur Verfügung stehen, worauf die Zugangsverwaltung 64 dann
die COPS-Mitteilung weiter an die Etikett-vermittelten Router (LSR's) 61a, 61b, 61c verschiebt,
wo sie zum Aufruf von RSVP-TE oder CR-LDP-Sitzungen verwendet werden,
um das virtuelle private Netz (VPN) auszubilden. Die übergeordnete
Verwaltung 60 bildet dann ein Maschenwerk von DM-LSP's (dynamischen Etikett-vermittelten Multiplex-Pfaden) 66 zwischen
allen den örtlichen Etikett-Vermittlungs-Routern 61b und
allen den nationalen Durchgangs-Etikett-Vermittlungs-Routern 61c aus.
Dieses Maschenwerk bildet ein Netz, in dem ein Zwangsbedingungs-basierter
leitweggelenkter Etikett-vermittelter Pfad (CR-LSP) zwischen irgendwelchen
zwei örtlichen
Etikett-Vermittlungs-Routern durch ein Paar von DM-LSP's (dynamischen Etikett-vermittelten
Multiplex-Pfaden) spezifiziert werden kann. Für eine vollständige Maschenwerk-Konfiguration
gibt es so viele alternative Routen zwischen jedem Paar von örtlichen
Etikett-Vermittlungs-Routern, wie nationale Etikett-vermittelte
Durchgangs-Router in dem Netz eingesetzt sind. Nachdem die übergeordnete
Verwaltung 60 das Kern-Netz konfiguriert hat, konfiguriert
die Zugangsverwaltung 64 einen Satz von Etikett-vermittelten
Pfaden zwischen der Medien-Überleiteinrichtung 67,
die mit dem Nutzer-Endgerät 68 gekoppelt
ist, und dem örtlichen LSR-Knoten 61a.
Wenn eine Medien-Überleiteinrichtungs-Steuerung 65 eine
Sitzung mit QoS-Garantien herstellen will, sendet sie eine Anforderung
an ihre zugeordnete Zugangsverwaltung. Eine Sitzungsanforderung
kann direkt durch ein Sitzungssteuerprotokoll, wie z. B. Q1901 oder
SIP eingeleitet werden, oder es kann als Ergebnis des Auffangens
einer RSVP-Mitteilung eingeleitet werden. Die Kommunikation zwischen
den Medien-Überleiteinrichtungs-Steuerungen
verwendet in vorteilhafter Weise ein Protokoll, das in der Lage
ist, Verbindungssteuerinformationen wie z. B. Q1901, SIP oder RSVP
zu tunneln. Die Verbindungssteuerinformation, die zwischen den Medien-Überleiteinrichtungs-Steuerungen
getunnelt wird, ist eine Liste von Etikettvermittelten Pfadidentifikationen
(LSP-ID's). In der
Vorwärtsrichtung
umfasst diese Information eine Liste von möglichen oder als Kandidaten
zur Verfügung
stehenden dynamischen Etikett-vermittelten Multiplex-Pfaden (DM-LSP's), die für den Zugang
an ein nationales Durchgangsamt geeignet sind, zusammen mit einer
LSP-ID (Etikett-vermittelten Pfad-Identifikation) für die Verbindung
zwischen der Medien-Überleiteinrichtung
(MG) und der örtlichen
LSR-Verbindung. In der Rückwärtsrichtung umfasst
die Steuerinformation eine Liste der vier LSP-ID's, die zur Bildung der Ende-zu-Ende-Verbindung
ausgewählt
sind, das heißt,
MG – Lokaler
LSR, Lokaler LSR – Nationaler
Durchgangs-LSR, Nationaler Durchgangs-LSR – Lokaler LSR, Lokaler LSR – MG. Das
Schema kann getrennt für
jede Transportrichtung betrieben werden, oder es könnte ein
bidirektionaler Betrieb gewählt
werden. Das fünfstufige Netz
nach 6 ermöglicht einen
Langstreckenverkehr oder globalen Verkehr; es würden weniger Stufen für lokale
Dienste erforderlich sein. Bei Empfang der Liste der vier LSP-ID's, die eine Endezu-Ende-Verbindung
definieren, verwendet die Zugangsverwaltung 64 COPS, um
die Liste an den örtlichen Knoten 51a zur
Leitweglenkung zur entfernten Medien-Überleiteinrichtung 67a zu
senden. Die Antwort des örtlichen
oder lokalen LSR besteht darin, vier Etiketten auf alle Pakete zu
schieben, die von dem Etikettvermittelten Pfad (LSP) empfangen werden,
der als die Verbindung von der örtlichen
Medien-Überleiteinrichtung
identifiziert ist, und dann die etikettierten Pakete weiterzuleiten.
Die Medien-Überleiteinrichtung
kann Etiketten intern verwenden, wobei in diesem Fall die Nutzinformation
aus der Sicht des örtlichen
LSR 61a lediglich Etiketten enthält, die lediglich für die zwei
beteiligten Medien-Überleiteinrichtungen von
Bedeutung sind. Die ersten zwei Etiketten sind die zwei, die dem
dynamischen Multiplex-LSP an dem nationalen Durchgangs-Router 61b zugeordnet sind,
wobei diese Etiketten zugeteilt wurden, als das virtuelle private
Netz konfiguriert wurde, und sie werden in dem lokalen LSR 51a bezüglich seiner
LSP-ID gespeichert. Die nächsten
zwei Etiketten erhalten eine Spezialbehandlung. Eine LSP-ID ist
zur Verwendung als eine netzweite wesentliche Identifikation zur Verwendung
in Verwaltungssystemen sowie in LSR's vorgesehen. Diese LSP-ID umfasst die
IP-Adresse des Eintrittsknoten des CR-LSP sowie eine örtlich signifikante
16-Bit Identifikation innerhalb dieses Knotens. Die örtlich signifikante
Identifikation reicht aus, um den DM-LSP von dem nationalen Durchgangs-LSR 61b zu
dem lokalen Ziel LSR 61a und von dem lokalen LSR zu der
Medienüberleiteinrichtung
zu identifizieren. Diese lokalen LSP-ID-Identifikationen werden
daher als die dritten und vierten Etiketten verwendet und werden
als indirekte Adressen an dem nationalen Durchgangsamt beziehungsweise den
lokalen LSR's behandelt.
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Wir haben festgestellt, dass ein
Netz mit drei hierarchischen Ebenen von Routern bei der Bereitstellung
einer internationalen oder globalen Überdeckung effektiv ist, und
das ein virtuelles privates Netz hierin als eine Folge von Dienstgüte- (QoS-)
Tunnels definiert werden kann, die jeweils zwischen Routern benachbarter
hierarchischer Ebenen ausgebildet werden. In einem derartigen virtuellen
privaten Netz reicht ein Stapel von vier Etiketten immer für die Identifikation
eines Ende-Zu-Ende-Pfades über das
Netz aus.
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Der Prozess des COPS- (gemeinsamer
offener Richtlinien-Dienst) Protokolls, der vorstehend genannt wurde,
ermöglicht
es, das die Richtlinie auf einen bestimmten gesteuerten Fluss auf
einem MPLS-Router angewandt wird, um asynchron aktuallisiert zu
werden. Das heißt,
dass dem MPLS-Router mitgeteilt wird, wie er die Behandlung zu ändern hat, die
er auf den Fluss anzuwenden hat, ohne zunächst zu nach dieser Änderung
zu fragen. Dieser Prozess wird durch die Verwendung von Klienten-Kennungen zur
Identifikation des Flusses untermauert. Wenn der Pfad für einen
neuen Fluss an einer Zugangsverwaltung empfangen wird, so wird eine
COPS-Entscheidungs- (DEC-) Mitteilung weitergeschoben, die die Klienten-Kennung verwendet,
die dem am weitesten außen
liegenden LSP zugeordnet ist. Hierdurch wird eine Auswahl des ER-LSP
der ersten Schicht ausgeführt.
In dieser DEC-Mitteilung ist eine Liste von Pfaden enthalten, über die
der Fluss gelenkt oder geroutet werden soll. Diese Liste wird die
LSP-ID des nahegelegenen dynamischen Multiplex, die LSP-ID des am
entfernten Ende liegenden dynamischen Multiplex und die LSP-ID der
Verbindung von der am entfernten Ende angeordneten lokalen Vermittlung
zu der Ziel-Medienüberleiteinrichtung
einschließen.
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Um die Übertragung dieser Information
zu erleichtern, definiert eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein
neues Spezifisches COPS-Objekt. Dieses Objekt ist speziell in 7 gezeigt. Das Objekt verwendet
das vorhandene spezifische COPS-Objektmuster und hat eine CNum von
40 und einen CTyp von 2. Die CNum ist die Identifikation für das Objekt
und der CTyp ist die Instanz des Objektes. Das Objekt enthält die Liste
von LSP-ID's für den Fluss
in der Reihenfolge, in der sie zu verwenden sind. Daher zeigt die
LSP-ID 1 das nahegelegene dynamische Multiplex an und wird an dem
lokalen LSR in einen Doppel-Etikettstapel umgesetzt. Es sei bemerkt,
dass obwohl die Klienten-Kennung die Schicht 1 – Fernleitung identifiziert,
diese Fernleitung und das dynamische Multiplex den gleichen LSP-ID-Raum
an dem lokalen Router gemeinsam nutzen, so dass LSP-ID 1 in einfacher
Weise den richtigen Etikett-Stapel identifizieren kann. Die LSP-ID
2 wird die LSP-ID des zweiten dynamischen Multiplex enthalten, und
die LSP-ID 3 wird die LSP-ID des letzten Sprunges oder Streckenabschnittes
von dem entfernten lokalen LSR zu der Medien-Überleiteinrichtung enthalten.
Diese nächsten
zwei Werte sind die vollen 48-Bit-LSP-ID's. Damit diese zwei Werte in der gleichen
Reihenfolge in jedes Paket in diesem Fluss kopiert werden, wie dies
vorstehend definiert wurde, müssen
sie eine geeignete Umsetzung durchlaufen. Wie dies in 7 gezeigt ist, besteht jede
LSP-ID aus einer 32-Bit-IP-Adresse und einer 16- Bit-LSP-Nummer. Es ist die 16-Bit-LSP-Nummer, die
von Interesse ist, so dass jede LSP-ID die IP-Adresse entfernt haben
und durch vier voreilende Nullen ersetzt haben muss. Dies nutzt
die Tatsache aus, dass die Einfügung
vorangestellter Nullen in einer Binärzahl den Wert dieser Nummer
gleich bleiben lässt,
das heißt,
1101 = 0000 1101.
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Wenn diese Umsetzung durchgeführt wurde, sollten
die LSP-ID's in
der gleichen Reihenfolge, in der sie in der COPS-Mitteilung auftreten,
in den Anfangsblock jedes Paketes in diesem Fluss an dem örtlichen
LSR eingefügt
werden. Das heißt,
dass LSP-ID 3, das am Weitesten innenliegende der Etiketten sein
sollte. Sobald dies erfolgreich abgeschlossen wurde, wird eine Zustandsberichts-
(RPT-) Mitteilung zurückgesandt,
was anzeigt, dass die neue Sitzung erfolgreich installiert wurde.
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In Analogie mit dem PSTN werden fünf Stufen
der Vermittlung als wünschenswert
für QoS-fähige Netze
angesehen, was zu einer lokalen/lokalen Durchgangsnationalen Durchgangs-/lokalen
Durchgangs-/lokalen Leitweglenkung für nationale Dienste und zu
einer lokalen/lokalen Durchgangs-/internationalen Durchgangslokalen
Durchgangs-/lokalen Leitweglenkung für internationale Dienste führt.
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Als Beispiel der Wirksamkeit der
vorstehend beschriebenen Techniken sei ein Betreiber mit 50 Millionen
Kunden in den USA und weiteren 50 Millionen in dem Rest der Welt
betrachtet, wobei 0,1 Erlang an Sitzungsverkehr pro Kunden angenommen
werden. Es sei angenommen, dass typischerweise 40% des Verkehrs
Fernverkehr ist, und dass 10% des Verkehrs internationaler Verkehr
ist. Das Netz in den Vereinigten Staaten könnte mit beispielsweise 500 örtlichen
Knoten mit typischerweise jeweils 100.000 Kunden organisiert werden.
Die lokalen Durchgangsvermittlungen könnten in beispielsweise 50
Gruppen mit zwei Vermittlungen in jeder Gruppe angeordnet werden,
die nationalem und internationalem Verkehr zugeordnet sind. Angenähert 100
nationale Durchgangsvermittlungen und 25 internationale Durchgangsvermittlungen
würden
in der gesamten Welt eingesetzt, um ein globales Netz zu schaffen.
In diesem Schema wurden die örtlichen
Knoten typischerweise lediglich 10.000 Erlang unterstützen, und
kein Durchgangsknoten müsste
mehr als 25.000 Erlang an Sitzungsverkehr unterstützen müssen. Dies
sind triviale Verkehrsmengen unter modernen Standards und dies zeigt
ohne weiteres die Flexibilität
und Wirksamkeit des hier beschriebenen fünfstufigen Netzes. Die Verbindungsmöglichkeiten
eines derartigen Netzes sind schematisch in 8 gezeigt. Die Knoten 71a, 71b, 71c gemäß 8 sind typischerweise virtuelle
Knoten und es ist verständlich,
dass eine reale physikalische Vermittlung einer Anzahl derartiger
virtueller Knoten unterstützen
könnte.
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Die Etikett-Vermittlung in jedem
der fünf
Knoten ist schematisch in 9 gezeigt.
Wie dies in dieser Figur gezeigt ist, empfängt der örtliche LSR 61a ein
Paket mit dem Etikett 81, das dem MG-LSP A zur Konfigurationszeit
zugeordnet wurde. Diese Nutzinformation wird zurückgewonnen, und vier Etiketten werden
weitergeschoben. Diese vier Etiketten umfassen die Information,
Tunnel-A-Etikett/DM-LSP-A-Etikett/LSP-ID
des DM-LSP B/LSP-ID von MG-LSP B. Unter der Annahme, dass der vorletzte
Sprung abgehoben wird, so ist dem von dem örtlichen Durchgangsknoten 61a empfangenen Paket
das DM-LSP-A-Etikett vorangestellt. Weit dies der vorletzte Knoten
für den
DM-LSP A ist, wird dessen Etikett abgehoben. Die Nutzinformation
und die verbleibenden Etiketten werden dann auf den Tunnel B mit
dem Tunnel B-Etikett
ausgesandt. Wiederum unter Abheben durch den vorletzten Sprung wird
dem von dem nationalen Durchgangs-Router 61c empfangenen
Paket die LSP-ID des DM-LSP B vorangestellt, wobei dieses Etikett
verbraucht wird, um den DM-LSP B zu identifizieren, und das Etikett-Paar Tunnel-C-Etikett/DM-LSP-B-Etikett
wird aufgelegt An dem entfernten lokalen Durchgangs-Router wird
das DM-LSP B-Etikett als der vorletzte Sprung für DM-LSP-B erkannt und somit
abgehoben. Die Nutzinformation und die verbleibenden Etiketten werden auf
den Tunnel D mit dem Etikett des Tunnels D ausgesandt. An dem örtlichen
Ziel-LSR 61a ist dem Paket die LSP-ID von MG-LSP B vorangestellt,
wobei diese bei der Identifikation des MG-LSP B verbraucht wird,
und das Paket wird der Medien-Überleiteinrichtung
mit dem MG-LSP B-Etikett
zugeführt,
das ausgebildet wurde, als MG-LSP B konfiguriert wurde.
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Die Gesamt-Steuerumgebung für fünfstufige MPLS-Netze
ist in 10 gezeigt. Jede
Zugangsverwaltung 64, die einer Medien-Überleiteinrichtungs-Steuerung 65 zugeordnet
ist, hält
einen regelmäßigen Dialog
mit den dynamischen Multiplex-LSP-Steuerfunktionen in den nationalen und
internationalen Durchgangs-Routern aufrecht. Auf einer Routine-Basis
informiert die Zugangsverwaltung die DM-LSP-Steuerung über ihre derzeitige Nutzung von
Ressourcen auf einem bestimmten dynamischen Multiplex-LSP. Dies
ermöglicht
es der dynamischen Multiplex-LSP-Steuerung,
die Ressourcennutzung auf dem verdeckten Tunnel (das heißt dem Austritt von
dem lokalen LSR zu dem nationalen Durchgangs-Router oder dem Eintritt
von dem nationalen Durchgangs-Router zum lokalen Router) für diesen dynamischen
Multiplex-LSP auszuwerten und eine explizite Zuteilung von Ressourcen
an die Zugangsverwaltung für
das nächste
Steuerintervall anzubieten. Unter der Annahme von typischen Sitzungs-Haltezeiten,
die der derzeitigen PSTN-Praxis
von ungefähr
120 Sekunden äquivalent
sind, würden
Steuerintervalle von 10 oder 20 Sekunden geeignet sein. Wenn eine
Sitzungsanforderung auftritt, ist die Zugangsverwaltung auf der
Ursprungsseite in der Lage, einen MG-LSP A auszuwählen und
mögliche
Kandidaten für
dynamische Multiplex-LSP's
Ax, Ay, Az zu benennen, die eine ausreichende zugeteilte Ressource
für die
Sitzung haben. Die Zugangsverwaltung auf der Abschlussseite ist
nunmehr in der Lage, den LSP-ID-Tupel
für die
Verbindung dadurch zu definieren, dass Kandidaten darstellende dynamische Multiplex-LSP's Bx, By, Bz untersucht
werden. Nach der Auswahl bietet die Zugangsverwaltung MG-LSP A/DM-LSP
A/DM-LSP B/MG-LSP an, und dies wird dann an der Zugangsverwaltung
verwendet, um die Ende-zu-Ende-Verbindung festzulegen. Wenn die DM-LSP-Steuerfunktion
vorsichtig bei der Zuteilung von Ressourcen an Zugangsverwaltungen
ist, ist der gesamte Prozess deterministisch, und die Schicht-1-Tunnels
werden niemals überlastet.
Somit verhalten sich mit Leitungsgeschwindigkeits-Betrieb aller
LSR's- und CBR-Kontrakte
für die Schicht-1-Tunnels die Ende-zu-Ende-MPLS-Dienste im
Wesentlichen als exaktes Äquivalent
zu einem Ende-zu-Ende-ATM-CBR-Verkehr. Dies nimmt an, dass alle
physikalischen Ports zwischen Knoten eine OC12/STM4- oder höhere Geschwindigkeit
haben und die normale Paketgröße von IP
von 1500 Bytes nicht überschritten
wird.