ES2220661T3 - Metodo de operacion de una memoria temporal de reensamblado de paquetes. - Google Patents

Abstract

Un método de operación de una memoria temporal (300) de reensamblado para reensamblar paquetes de datos a partir de fragmentos de los paquetes de datos, en el que cada fragmento del paquete de datos ha sido transmitido por separado a partir de otros fragmentos del paquete de datos a través de la red de datos, comprendiendo el método las etapas de: a) recepción de un primer fragmento de un nuevo paquete; b) asignar una posición en la memoria temporal para el nuevo paquete; caracterizado porque c) se desplaza la posición de la memoria temporal asignada al fina de una lista enlazada de memorias temporales; d) recepción de los subsiguientes fragmentos y haciéndoles pasar a la posición de la memoria temporal asignada y repetir la etapa c); e) transmitir el paquete reensamblado a partir de la posición de la memoria temporal asignada cuando se haya recibido el último fragmento; f) permitir que la posición de la memoria temporal asignada alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales si no se reciben fragmentos adicionales; y g) reutilizar la posición de la memoria temporal asignada cuando alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales.

Description

Método de operación de una memoria temporal de reensamblado de paquetes.

La presente invención está relacionada con una mejora en la gestión de las memorias temporales o en relación con las mismas, y más particularmente con la gestión de las memorias temporales de reensamblado.

En la red de Internet, los datos son transferidos a través de una red global de ordenadores homogéneos por los medios de una pluralidad de dispositivos de enrutamiento de acuerdo con un protocolo estándar conocido como Protocolo de Internet (IP). El protocolo IP es un protocolo basado en la transferencia de datos en partes de dimensiones variables conocidas como paquetes. Todo el tráfico de la red incluye el transporte de paquetes de datos.

En las redes de Modo de Transferencia Asíncrona (ATM), los datos son transferidos en pequeñas células de una longitud fija, transportando típicamente 48 bytes de datos. Las redes ATM permiten unas altas velocidades de transmisión, manteniendo las cabeceras debido a los protocolos de comunicación en un mínimo, y mediante la implementación de la mayoría de los protocolos de comunicación en el hardware. En particular, el enrutamiento de las redes ATM se consigue en su totalidad mediante el hardware. En las redes ATM, se establecen circuitos virtuales entre los remitentes y los destinatarios denominado como canales virtuales, en las que la configuración y el mantenimiento de los canales virtuales se encuentran implementados en el hardware para minimizar los retardos de conmutación.

Los enrutadores son dispositivos para aceptar los paquetes entrantes; el almacenamiento temporal de todos los paquetes; y después el envío de los paquetes a otra parte de la red. Para todos los propósitos de la descripción siguiente, el término "dispositivo de enrutamiento" se refiere a cualquier dispositivo que ejecute la función de un enrutador o una central de conmutación de circuitos. Un ejemplo relevante de un dispositivo de enrutamiento es una central de conmutación de ATM a IP.

Existe un requisito urgente para los dispositivos de enrutamiento que puede enrutar el trafico IP en anchos de banda agregados extremadamente grandes, del orden de varios terabits por segundo. Tales dispositivos de enrutamiento se denominan como "enrutadores de terabits".

Cuando un paquete IP se transmite entre los enrutadores a través de un enlace ATM, el paquete tiene que ser segmentado en células ATM de longitud fija. El enrutador receptor tiene que reensamblar el paquete original a partir de las células conforme llegan las mismas.

En primer lugar, se mantiene un fondo común libre de memorias temporales de paquetes (o memorias temporales de reensamblado). En segundo lugar, a la llegada de la primera célula para un paquete dado, se asigna una memoria temporal de paquetes a partir del fondo común libre. Los datos del paquete se copian a partir de la célula en la memoria temporal y se inicializa un temporizador. El temporizador es conocido como el temporizador de reensamblado, cuya función es proteger el sistema contra las células perdidas.

A la llegada de cada subsiguiente célula para el paquete dado, excepto la última, los datos del paquete se copian a partir de la célula en la memoria temporal. Después de cada evento de la copia nueva, se reinicializa el temporizador de reensamblado. A la llegada de la última célula para el paquete dado, los datos del paquete se copian de nuevo a partir de la célula en la memoria temporal y se detiene el temporizador de reensamblado. El nuevo paquete completo es procesado y transmitido a su destino o destinos proyectados. La memoria temporal es retornada después al fondo común libre.

Si se termina el temporizador de reensamblado, se supone entonces que una o más células se han perdido o se han degenerado. En este caso, se abandona el reensamblado y la memoria temporal es retornada al fondo común libre.

Es importante observar, no obstante, que el enrutador tiene que ejecutar múltiples reensamblados en forma concurrente. Típicamente, el enrutador tendrá varios circuitos abiertos virtuales ATM, transportando cada uno los datos de los paquetes IP. Dentro de cualquier circuito virtual, las células de un paquete dado llegarán en forma contigua. No obstante, las células del paquete dado que estén llegando en distintos circuitos virtuales serán intercaladas en forma relativa entre sí, lo cual significa también que las células de distintos paquetes serán intercaladas. Es posible que los reensamblados concurrentes sean necesarios para cada circuito virtual, requiriendo cada uno su propio temporizador. Para enrutadores de alta capacidad con grandes números de circuitos virtuales, se precisarán grandes cantidades de temporizadores.

Es por tanto un objeto de la invención el obviar o al menos el poder mitigar los problemas antes mencionados.

En el documento de Fonseca DANLS y otros sobre "la efectividad del sistema de descarte de la selección de paquetes largos", de IEEE Globecom 1998, el puente a la integración global. Sidney, 8-12 Noviembre, 1998, IEEE Conferencia de Telecomunicaciones Globales, Nueva York, NY: IEEE, US, volumen 3, 1998, páginas 1747 a 1753, se expone un nuevo método de descarte de paquetes para su utilización en el transporte de paquetes TCP/IP a través de redes ATM.

En el documento WO 98/36358 se expone un método y aparato para mantener un orden en el tiempo mediante el ordenamiento físico en una memoria que puede ser utilizada en un sistema de paquetes conmutados.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método de operación de una memoria temporal de reensamblado para reensamblar paquetes de datos a partir de fragmentos de los paquetes de datos, en el que cada fragmento del paquete de datos ha sido transmitido por separado a partir de otros fragmentos del paquete de datos a través de la red de datos, comprendiendo el método las etapas de:

a)

recepción de un primer fragmento de un nuevo paquete;

b)

asignar una posición en la memoria temporal para el nuevo paquete; caracterizado porque

c)

se desplaza la posición de la memoria temporal asignada al final de una lista enlazada de memorias temporales;

d)

recepción de los subsiguientes fragmentos y haciéndoles pasar a la posición de la memoria temporal asignada y repetir la

\hbox{etapa c);}

e)

transmitir el paquete reensamblado a partir de la posición de la memoria temporal asignada cuando se haya recibido el último fragmento;

f)

permitir que la posición de la memoria temporal asignada alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales si no se reciben fragmentos adicionales; y

g)

reutilizar la posición de la memoria temporal asignada cuando alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales.

De acuerdo con la invención se proporciona también un enrutador de redes, que comprende una memoria temporal de reensamblado para reensamblar los paquetes de datos a partir de los fragmentos de los paquetes de datos, en que cada fragmento de un paquete de datos ha sido transmitido por separado de otros fragmentos del paquete de datos a través de una red de datos, comprendiendo el enrutador:

a)

medios para recibir un primer fragmento de un nuevo paquete;

b)

medios para asignar una posición de la memoria temporal al nuevo paquete; caracterizado porque tiene

c)

medios para desplazar la posición de la memoria temporal asignada hasta el final de una lista enlazada de memorias temporales;

d)

medios para recibir fragmentos subsiguientes y hacerles pasar a la posición de la memoria temporal asignada y repetir la etapa c);

e)

medios para transmitir el paquete reensamblado a partir de la posición de la memoria temporal asignada cuando se haya recibido el último fragmento;

f)

medios para permitir que la posición de la memoria temporal asignada alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales si no se reciben fragmentos adicionales; y

g)

se reutiliza la posición de la memoria temporal asignada cuando alcanza la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales.

El fragmento se define como una parte de un paquete de datos que se transmite por separado debido a las restricciones de una red. Un fragmento puede ser una célula o un fragmento IP.

Una ventaja de la presente invención es que permite el reensamblado de paquetes de longitud variable a partir de células de longitud fija en ausencia de temporizadores de reensamblado.

En una realización de la presente invención, se proporciona un método para reensamblar paquetes de Protocolo de Internet (IP) de longitud variable a partir de células del Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) de longitud fija en la ausencia de temporizadores de reensamblado.

Para una mejor comprensión de la presente invención se hará referencia solo a modo de ejemplo a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 muestra una red ATM;

la figura 2 muestra un dispositivo para reensamblar paquetes de datos de acuerdo con la presente invención; y

la figura 3 muestra una memoria temporal que comprende una parte del dispositivo de la figura 2.

La figura 1 muestra una red ATM 100, a la cual están conectados una pluralidad de centrales de conmutación de paquetes o enrutadores 102, 104, 106, 108, 110, 112. Aunque se muestran solamente seis centrales de conmutación o enrutadores, se observará que pueden conectarse cualquier número de centrales de conmutación o enrutadores a la red 100, según se precisen para una aplicación en particular.

Cada central de conmutación de paquetes 102, 104, 106, 108, 110, 112 están conectadas a cada una de las centrales de conmutación de paquetes a través de la red 100. Aunque la red 100 se describe como una red ATM, puede ser también una red de protocolo de Internet (IP).

Cada central de conmutación de paquetes 102, 104, 106, 108, 110, 112 puede ser considerada como una unidad de interfaz para un enrutador de terabit (no mostrado). Dicho enrutador, por ejemplo, un RipCore (Marca Comercial Registrada) comprende una pluralidad de unidades de interfaz, teniendo cada unidad de interfaz que soportar velocidades de interfaz de 2,5, 10 y 40 Gigabits por segundo. En consecuencia, la gestión de paquetes tiene que ser lo más simple posible para permitir los niveles más altos requeridos de integración del hardware para reducir el riesgo de desarrollo.

La presente invención será descrita a continuación con referencia a un enrutador de terabit, pero se comprenderá fácilmente que es igualmente aplicable a las centrales de conmutación de paquetes o a cualquier dispositivo en donde se precise que tenga lugar el reensamblado de los datos de los paquetes. Un caso en particular en donde se precisa el reensamblado de los datos de los paquetes es en el acceso a una central de conmutación de paquetes o a un enrutador de terabit.

La figura 2 muestra un enrutador de terabit 200 que comprende una entrada 202 para recibir los paquetes de datos, en la forma de células, desde una red (no mostrada). El enrutador 200 incluye una función de recepción de células 204 para recibir células individuales desde la red, y enviar las células a una memoria temporal de reensamblado 206, en donde las células se recogen y se reensamblan en sus paquetes originales de datos. Las células reensambladas tienen salida desde el enrutador 200 en la salida 208. La memoria temporal 206 se describe con más detalle con referencia a la figura 3.

En la figura 3, la memoria temporal 300 comprende una pluralidad de elementos de memoria temporal 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334, 336, 338, 340 dispuestos en una lista. Se observará que, aunque se muestran veinte elementos de la memoria temporal, puede utilizarse cualquier número adecuado de acuerdo con una aplicación en particular.

Tal como se muestra en la figura 3, el elemento 302 se encuentra en la parte superior de la lista y por tanto está libre para su utilización, el elemento 340 contiene al menos una célula de un paquete, y el elemento 318 puede contener un paquete substancialmente reensamblado. Esto se expone a modo de ejemplo. Se observará que elemento 318 puede estar también libre como en la mitad de la lista. Adicionalmente el elemento 340 puede estar libre también en caso de que haya justamente comenzado el reensamblado del paquete.

En una realización de la presente invención, se encuentran implementados las siguientes etapas en un enrutador de terabit:

Primeramente, el fondo común libre de memorias temporales de paquetes, la memoria temporal 300, se mantiene como una lista enlazada. La lista enlazada es conocida como una "lista libre".

Cuando llega la primera célula para un paquete dado, se toma un elemento de la memoria temporal de la cabecera de la lista libre, el elemento de la memoria temporal 302, y los datos del paquete de la primera célula son copiados en dicho elemento de la memoria temporal. El elemento de la memoria temporal se desplaza entonces hasta el final de la lista libre, tal como se muestra mediante una flecha 342. El elemento de la memoria temporal 340 se desplaza entonces fuera de la lista en la dirección indicada por la flecha 344.

A la llegada de las células subsiguientes para el paquete dado, excluyendo la última, los datos del paquete son copiados en el elemento correspondiente de la memoria temporal, y el elemento de la memoria temporal es desplazado hasta el final de la lista libre.

A la llegada de la última célula para el paquete dado, los datos del paquete de la última célula son copiados en el elemento de la memoria temporal y siendo procesado el paquete completo, y pasándolo a la salida 208 tal como se muestra en la figura 2. Una vez que haya tenido lugar el reensamblado, el elemento de la memoria temporal se desplaza en forma ascendente en la lista en la dirección indicada por la flecha 344 hasta que se encuentre en la parte superior de la lista, y reiniciando el proceso para un nuevo paquete.

Si las células de un paquete se pierden, de forma que nunca se reciba el paquete completo, el elemento de la memoria temporal, como resultado de las asignaciones de la memoria temporal para otros paquetes, reaparecerá en la cabecera de la lista libre, según se indica por una flecha 344, y se reutilizará para un nuevo paquete. El reensamblado que haya fallado se abandonará automáticamente.

Esto se repite para cada paquete individual de datos, de forma que solo un elemento de la memoria temporal recoja las células relativas a un paquete en particular de datos, y existiendo un tiempo real cuando el elemento de la memoria temporal alcance la parte superior de la lista.

Se observará fácilmente que esta técnica podría ser utilizada para la protección contra ciertos ataques denominados como "denegación de servicio" en las redes de ordenadores.

El protocolo IP soporta la fragmentación de paquetes para permitir que se transmitan grandes paquetes a través de las redes que contienen enlaces con límites físicos en sus dimensiones de los paquetes. En consecuencia, un paquete grande puede ser descompuesto en varios pequeños paquetes a reensamblar en su último destino. Esto hace que la red sea vulnerable para el ataque. Un agente hostil puede enviar a su objetivo un gran número de fragmentos individuales identificados cada uno como pertenecientes a paquetes más grandes, pero para los cuales no se envíen fragmentos subsiguientes. El objetivo (utilizando un esquema de reensamblado convencional según lo descrito anteriormente) reservará recursos para cada reensamblado, dando por resultado el agotamiento de la memoria temporal. Es difícil combatir este tipo de ataque a través del uso de temporizadores de reensamblado, puesto que si los temporizadores fueran de duración suficientemente corta para ser efectivos, no serían suficientemente largos para acomodar la llegada de paquetes fragmentados reales.

Un objetivo que utilice un esquema de reensamblado de acuerdo con la presente invención tiene mucha menos probabilidad de sufrir el agotamiento de la memoria temporal bajo dicha denegación de los ataques del servicio. Los fragmentos fraudulentos gastan ancho de banda pero no tienen efecto final en el fondo común libre.

Claims (4)

1. Un método de operación de una memoria temporal (300) de reensamblado para reensamblar paquetes de datos a partir de fragmentos de los paquetes de datos, en el que cada fragmento del paquete de datos ha sido transmitido por separado a partir de otros fragmentos del paquete de datos a través de la red de datos, comprendiendo el método las etapas de:

a)

recepción de un primer fragmento de un nuevo paquete;

b)

asignar una posición en la memoria temporal para el nuevo paquete; caracterizado porque

c)

se desplaza la posición de la memoria temporal asignada al fina de una lista enlazada de memorias temporales;

d)

recepción de los subsiguientes fragmentos y haciéndoles pasar a la posición de la memoria temporal asignada y repetir la etapa c);

e)

transmitir el paquete reensamblado a partir de la posición de la memoria temporal asignada cuando se haya recibido el último fragmento;

f)

permitir que la posición de la memoria temporal asignada alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales si no se reciben fragmentos adicionales; y

g)

reutilizar la posición de la memoria temporal asignada cuando alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los paquetes de datos son paquetes de datos del Protocolo de Internet.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que los fragmentos son células ATM.

4. Un enrutador de redes, que comprende una memoria temporal (300) de reensamblado para reensamblar los paquetes de datos a partir de los fragmentos de los paquetes de datos, en que cada fragmento de un paquete de datos ha sido transmitido por separado de otros fragmentos del paquete de datos a través de una red de datos, comprendiendo el enrutador:

a)

medios para recibir un primer fragmento de un nuevo paquete;

b)

medios para asignar una posición de la memoria temporal al nuevo paquete; caracterizado porque tiene

c)

medios para desplazar la posición de la memoria temporal asignada hasta el final de una lista enlazada de memorias temporales;

d)

medios para recibir fragmentos subsiguientes y hacerles pasar a la posición de la memoria temporal asignada y repetir la etapa c);

e)

medios para transmitir el paquete reensamblado a partir de la posición de la memoria temporal asignada cuando se haya recibido el último fragmento;

f)

medios para permitir que la posición de la memoria temporal asignada alcance la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales si no se reciben fragmentos adicionales; y

g)

se reutiliza la posición de la memoria temporal asignada cuando alcanza la parte superior de la lista enlazada de memorias temporales.