DE60200692T2 - Wegeleitsystem zur Sicherstellung der Kontinuität der Interfacedienste zu den assoziierten Nachbarnetzen - Google Patents

Wegeleitsystem zur Sicherstellung der Kontinuität der Interfacedienste zu den assoziierten Nachbarnetzen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Kontinuität des Routing-Dienstes in einem Netz vom Typ IP (Internet Protocol). Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Routing-Protokoll OSPF (Open Shortest Path First) in der im Request for Comments (RFC) Nr. 2328 der IETF (Internet Engineering Task Force) festgelegten Form.
  • Das OSPF-Protokoll ist ein Protokoll aus der TCP/IP-Protokollfamilie und ermöglicht Wegeleitsystemen (oder Routern gemäß der englischen Terminologie) eines Internet-Netzwerks die Beschaffung von Informationen über ein Netzwerk, die dafür ausreichen, die empfangenen Datenpakete fehlerfrei an ihren Zielpunkt zu transportieren.
  • Die Besonderheit des OSPF-Protokolls liegt darin, daß es ein dynamisches Routing-Protokoll ist, also ein Protokoll, das in der Lage ist, Veränderungen in der Netzwerktopologie dynamisch zu berücksichtigen. Um dies zu bewerkstelligen, beinhaltet das Protokoll drei Schritte zum periodischen Austausch von Mitteilungen, um ständig die Kenntnisse zu aktualisieren, die jedes Routing-System vom Netzwerk oder von einem Teil des Netzwerks besitzt.
  • 1 veranschaulicht eine mögliche Betriebsumgebung für ein Routing-System R1. In diesem Beispiel ist es mit drei Netzen verbunden.
  • Es ist über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung (beispielsweise einer seriellen Verbindung) mit einem aus einem einzelnen Routing-System R2 bestehenden Netz verbunden.
  • Außerdem beinhaltet es eine zweite Verbindung zu einem Netzwerk, das aus den beiden Routing-Systemen R3 und R4 besteht. Dieses Netzwerk kann beispielsweise ein Netzwerk vom Typ Punkt-zu-Mehrpunkt (Point-to-Multipoint Network), ein Diffusionsnetz (Broadcast Network) oder ein Netzwerk mit vielen Zugangspunkten ohne Übermittlung (Non-broadcast multiple access network) sein.
  • Schließlich beinhaltet es eine dritte Verbindung zu einem Netzwerk, das aus Host-Stationen H1, H2 ... Hn gebildet wird. Dieser Netzwerktyp ist unter dem englischen Begriff "Stub Network" bekannt.
  • Das Routing-System R1 sendet in regelmäßigen Intervallen über jede dieser Verbindungen eine sogenannte "Hello"-Mitteilung aus, um seine benachbarten Routing-Systeme darüber zu informieren, daß es noch immer aktiv ist. Umgekehrt empfängt es von seinen benachbarten Routing-Systemen "Hello"-Mitteilungen, die ihm signalisieren, daß auch diese Systeme noch aktiv sind.
  • Die Übermittlung (also der Versand und der Empfang) von "Hello"-Mitteilungen erfolgt über physikalische Schnittstellen. Gemäß dem OSPF-Protokoll existiert in jedem Routing-System für jede Verbindung eine physikalische Schnittstelle. In dem in 1 gezeigten Beispiel besitzt das Routing-System R1 somit drei Schnittstellen, nämlich die Schnittstellen IA zum Routing-System R2, IB zum Routing-System R3 und R4 sowie IC zu allen Host-Stationen.
  • Die Verwaltung jeder einzelnen Schnittstelle wird von dem ihr zugeordneten Zustandsautomaten bewerkstelligt. Solche Zustandsautomaten sind in 2 dargestellt.
  • Verwendungsgemäß repräsentieren die Kreise die Zustände, in denen sich die Schnittstelle befinden kann. Jeder Pfeil in diesem Diagramm repräsentiert einen Übergang, d. h. einen Wechsel von einem Zustand in einen anderen.
  • Die Bezeichnungen für die Zustände sind auf Englisch angegeben und mit denen identisch, die auch im Dokument RFC 2328 der IETF zu finden sind.
  • Der Anfangszustand dieses Zustandsautomaten wird durch den mit "Down" bezeichneten Kreis repräsentiert. In diesem Zustand überträgt die Schnittstelle keinerlei Datenverkehr.
  • Das Ereignis "InterfaceUp" signalisiert, daß die Schnittstelle betriebsbereit wird und der Zustandsautomat den Zustand "Down" verlassen muß. Damit gibt es in Abhängigkeit vom Typ der von der Schnittstelle verwalteten Verbindung zwei Möglichkeiten. Wenn es sich um eine Verbindung vom Typ "Point to Point" zu einem anderen Routing-System handelt (was in dem in 1 gezeigten Beispiel zwischen den Routing-Systemen R1 und R2 der Fall ist), wechselt der Zustandsautomat in einen als "Point to Point" bezeichneten Zustand. In den übrigen Fällen wechselt der Zustandsautomat in den Zustand "Waiting".
  • Mit Bezug auf das Beispiel in 1 und unter der Annahme, daß sich die Zustandsautomaten zuvor im Zustand "Down" befanden, würde das Eintreten eines Ereignisses "InterfaceUp" die Zustandsautomaten der Schnittstellen IC und IB in den Zustand "Waiting" und den der Schnittstelle IA zugeordneten Zustandsautomaten in den Zustand "Point to Point" steuern.
  • In diesem Zustand "Waiting" löst der Zustandsautomat die Übermittlung von "Hello"-Mitteilungen aus, um den Zustand der Verbindung zu ermitteln. Ein weiterer Zweck dieser Übermittlung besteht in der Bestimmung eines designierten Routing-Systems ("designated router" auf Englisch) sowie eines designierten Sicherheits-Routing-Systems ("backup designated router" auf Englisch).
  • Diese Benennung eines designierten Routing-Systems entspricht der Auswahl eines Referenz-Routing-Systems innerhalb einer Gruppe, auf welches die übrigen Routing-Systeme dieser Gruppe die Informationen synchronisieren, die sie über das Netzwerk besitzen. Diese Daten werden in jedem Routing-System in einer Datenbank gespeichert.
  • Gemäß dem OSPF-Protokoll besitzt nämlich jedes Routing-System eine Routing-Tabelle, anhand derer die Pakete geroutet werden können, die in einer ganzen Region des Netzwerks empfangen werden. Diese Routing-Tabellen werden von den Routing-Systemen aus diesen Informationen berechnet. Damit diese Routing-Tabellen ständig auf dem neuesten Stand sind, nehmen die Routing-Systeme einen Austausch von Mitteilungen zur Aktualisierung ihrer Datenbanken vor.
  • Zur Verringerung des Datenverkehrs im Netzwerk richtet man somit ein designiertes Routing-System ein, anhand dessen die übrigen Routing-Systeme ihre eigenen Datenbanken aktualisieren.
  • Dieser Mechanismus wird im Dokument RFC 2328 der IETF näher beschrieben.
  • Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß der Zustand "Waiting" einer Mithörphase entspricht, in welcher das Netzwerk feststellt, ob bereits ein designiertes Routing-System oder ein designiertes Sicherheits-Routing-System existiert.
  • Dieser Zustand endet mit Eintreten eines Ereignisses "WaitTimer", das signalisiert, daß eine zuvor festgelegte Zeitspanne (typisch 40 Sekunden) vergangen ist, oder eines Ereignisses "BackupSeen", das signalisiert, daß ein designiertes Sicherheits-Routing-System erkannt wurde.
  • Je nach dem Ergebnis dieser Auswahlphase wechselt der Zustandsautomat in einen der Zustände "DR", "Backup" oder "DROther".
  • Das Ereignis "NeighborChange" tritt ein, wenn in dem mit der fraglichen physikalischen Schnittstelle verbundenen Netzwerk eine Veränderung vorliegt, die Einfluß auf das designierte Routing-System oder das designierte Sicherheits-Routing-System hat. Dieses Ereignis kann den Zustandswechsel des Zustandsautomaten auslösen.
  • Der Zustand "Loopback" schließlich bedeutet, daß die Schnittstelle im Schleifenbetrieb mit sich selbst arbeitet, d. h. daß sie keine Mitteilungen empfangen kann, die von außerhalb des Routings-Systems kommen. Der Zustandsautomat wechselt nach einem Ereignis "LoopInd" in diesen Zustand. Diesen verläßt er wieder durch das Ereignis "UnloopInd", um in den Zustand "Down" zu wechseln.
  • Beim Neustart eines Routing-Systems, beispielsweise nach einem Ausfall, muß somit der Zustandsautomat vom Zustand "Down" aus neu anlaufen. Die übrigen Routing-Systeme, die mit ihm kommunizieren, werden dabei über diese Veränderung informiert und können ebenfalls einen Wechsel des Zustands ihres Zustandsautomaten erfahren, indem sie ein Ereignis "NeighborChange" auslösen.
  • Um die Folgen zu minimieren, die ein Ausfall oder eine vorübergehende Wartungsabschaltung eines Routing-Systems haben kann, kann man die von den Routing-Systemen ausgeführte Routing-Funktion redundant betreiben.
  • Diese Redundanz kann erreicht werden, indem man mit einem aktiven Routing-System und einem in Bereitschaft befindlichen Routing-System arbeitet. Letzteres wird aktiv, wenn eine Betriebsunterbrechung des aktiven Routing-Systems eintritt, beispielsweise nach einem Ausfall.
  • Eine solche Lösung wird insbesondere von der Firma Cisco im Protokoll HSRP (Hot Standby Router Protocol) angewandt, das zum Zeitpunkt der Patentanmeldung beispielsweise auf folgender Internetseite beschrieben wird:
    http://www.cisco.com/warp/public/619/hsrpguidetoc.html
  • Eine andere Redundanz-Lösung wird im RFC 2338 der IETF unter dem Titel "Virtual Router Redundancy Protocol" beschrieben.
  • Gleichwohl müssen auch dort die Zustandsautomaten, von denen die Schnittstellen zu den verschiedenen Verbindungen des fraglichen Routing-Systems verwaltet werden, im Zustand "Down" neu gestartet werden, wenn nach einem Ausfall eines im aktiven Zustand befindlichen ersten Routing-Systems das (bis dahin in Bereitschaft befindliche) zweite Routing-System dessen Funktion übernimmt.
  • Dies hat eine Zeitspanne zur Folge, in der das zweite Routing-Modul nicht verfügbar ist, bis es den Zustand des ersten Routing-Systems vor seinem Ausfall oder seiner Außerbetriebnahme einnehmen kann. Diese Zeitspanne ist mindestens gleich der Wartezeit vor der Auswahl und beträgt typisch 40 Sekunden.
  • Dieser Neustart der Zustandsautomaten hat außerdem den Nachteil, daß er Veränderungen der Zustände benachbarter Routing-Systeme hervorruft.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Routing-System, das aus mindestens zwei Routing-Modulen besteht, von denen sich eines zu einem gegebenen Zeitpunkt in einem aktiven Zustand befindet, während sich die anderen in einem Bereitschaftszustand befinden, und das ferner aus einer Vorrichtung besteht, die es gestattet, bei einer Betriebsunterbrechung des im aktiven Zustand befindlichen Routing-Moduls eines dieser anderen Routing-Module von einem Bereitschaftszustand auf einen aktiven Zustand umzuschalten, wobei jedes der Routing-Module über Verbindungen zu einem oder mehreren Netzwerken verfügt und mindestens einen Zustandsautomaten beinhaltet, die jeweils die Schnittstelle verwalten, welche einer ihrer Verbindungen zugeordnet ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Routing-Module über eine Vorrichtung verfügt, mit der im aktiven Zustand die Informationen gespeichert werden können, die sich auf den Zustand dieses oder dieser Zustandsautomaten beziehen, während diese sich in einem stabilen Zustand befinden, und über eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung dieser Informationen bei einer Umschaltung.
  • So ist das im Bereitschaftszustand befindliche Routing-Modul über den Umweg der Speicherung in der Lage, den Routing-Betrieb im selben Zustand wie demjenigen zu übernehmen, den das im aktiven Zustand befindliche Routing-Modul vor seiner Außerbetriebnahme oder seinem Ausfall hatte.
  • Somit erfolgt die Umschaltung von dem im aktiven Zustand befindlichen Routing-Modul auf das im Bereitschaftszustand befindliche Routing-Modul für die anderen Routing-Systeme des Netzwerks transparent und ruft keine Zeitspanne einer Nichtverfügbarkeit hervor.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen noch deutlicher werden.
  • 1, die bereits kommentiert wurde, zeigt die Betriebsumgebung eines Routing-Systems.
  • 2, die ebenfalls bereits kommentiert wurde, zeigt den Zustandsautomaten, der einer Schnittstelle in einem Routing-System zugeordnet ist.
  • 3 zeigt in stark schematisierter Form ein erfindungsgemäßes Routing-System.
  • Wie man dieser 3 entnehmen kann, umfaßt das Routing-System S zwei Routing-Module MR1 und MR2. Diese beiden Routing-Module erfüllen dieselben Funktionen wie diejenigen nach dem Stand der Technik.
  • Allerdings verfügen diese beiden Routing-Module über zusätzliche Vorrichtungen, um miteinander kommunizieren zu können, beispielsweise über einen gemeinsam genutzten Speicher M.
  • Genauer gesagt, besitzt jedes der Routing-Module MR1 und MR2 eine Vorrichtung zum Speichern von Informationen im Hinblick auf den Zustand seiner jeweiligen Zustandsautomaten, wenn sich diese in einem stabilen Zustand befinden, sowie eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung dieser Informationen. Diese Vorrichtung zum Speichern kann somit eine Vorrichtung zum Schreiben in den gemeinsam genutzten Speicher M sein, während die Wiedergewinnungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Lesen aus demselben gemeinsam genutzten Speicher M sein kann.
  • Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich, insbesondere solche, bei denen ein Software-Bus wie CORBA (Common Object Request Broker Architecture) zur Anwendung kommt.
  • Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt befindet sich nur eines der beiden Routing-Module im aktiven Zustand, so daß auch nur dieses seine Aufgabe als Routing-System erfüllt. Das andere Routing-Modul befindet sich im Bereitschaftszustand, in welchem es für das Netzwerk zwar unsichtbar ist, aber bereit ist, die Aufgabe des aktiven Routing-Moduls zu übernehmen, sollte dieses ausfallen oder anderweitig außer Betrieb gehen.
  • Die Speicherung der Informationen wird nur von dem im aktiven Zustand befindlichen Routing-Modul bewerkstelligt, und zwar immer dann, wenn der Zustandsautomat in einen stabilen Zustand zurückkehrt. Diese stabilen Zustände sind die Zustände "Down", "Point to Point", "Backup", "DR" und "DROther", also diejenigen Zustände, für welche die Verbindung festgelegt ist.
  • Die zu speichernden Informationen enthalten mindestens einen Kennzeichner für den Zustand des Zustandsautomaten. Es ist jedoch möglich, auch andere Informationen zu speichern, um bei Bedarf den Start des im Bereitschaftszustand befindlichen Routing-Moduls zu erleichtern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Informationen gespeichert, die sich auf die Schnittstelle beim Einrichten und Entfernen der Schnittstelle beziehen. Diese Informationen erlauben das Einrichten der Schnittstelle gemäß Abschnitt 9 des weiter oben erwähnten Dokuments RFC 2328.
  • 3 veranschaulicht eine spezielle Realisierungsart, bei der ein gemeinsam genutzter Speicher zur Anwendung kommt.
  • Bei dieser Realisierungsart beinhaltet das Routing-System S zwei Schnittstellen I1 und I2, die erste zu einem Netzwerk N und die zweite zu einem Netzwerk, das aus einem einzigen Routing-System R gebildet wird. Folglich besitzt jedes der Routing-Module MR1 und MR2 zwei Zustandsautomaten, von denen der eine der Schnittstelle I1 und der andere der Schnittstelle I2 zugeordnet ist.
  • In einer typischen Betriebsart befindet sich der erste Zustandsautomat in einem Zustand "DR" und der zweite Zustandsautomat in einem Zustand "Point to Point". Da es sich um stabile und zuvor festgelegte Zustände handelt, wird von dem im aktiven Zustand befindlichen Routing-Modul (beispielsweise MR1) im gemeinsam genutzten Speicher M ein Zustands-Kennzeichner gespeichert.
  • Wenn dieses Routing-Modul MR1 außer Betrieb geht, beispielsweise nach einer Wartungsabschaltung oder einem Ausfall, wechselt das Routing-Modul MR2 vom Bereitschaftszustand in den aktiven Zustand.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann das Routing-Modul MR2 einerseits wieder die Informationen im Zusammenhang mit dem Zustand der beiden Zustandsautomaten und andererseits die Informationen im Zusammenhang mit den Schnittstellen lesen, die beim Einrichten des Schnittstellen gespeichert wurden.
  • Auf diese Weise weiß das Routing-Modul MR2, daß es den Zustandswechsel dieser beiden Zustandsautomaten derart zu veranlassen hat, daß der Zustandsautomat, welcher der Schnittstelle I2 zugeordnet ist, in den Zustand "Point to Point" und der Zustandsautomat, welcher der Schnittstelle I1 zugeordnet ist, in den Zustand "DR" wechselt.
  • Das Routing-Modul MR2 kann somit sehr schnell und für die anderen Routing-Module im Netzwerk transparent die Rolle des Routing-Moduls MR1 übernehmen.
  • Für den Fachmann sind weitere mögliche Realisierungformen offensichtlich. Insbesondere können die beiden Routing-Module über eine prozeßübergreifende Kommunikationsvorrichtung miteinander kommunizieren. Diese prozeßübergreifende Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise ein Software-Bus wie CORBA nach den Spezifikationen der OMG (Object Management Group) sein.
  • Dem Schritt der Speicherung kann auch ein Schritt zum Versenden von Informationen an das im Bereitschaftszustand befindliche Routing-Modul vorausgehen, sofern es diese Informationen so speichert, daß es sie bei einem Zustandswechsel wiedergewinnen kann.

Claims (6)

  1. Routing-System (S), bestehend aus mindestens zwei Routing-Modulen (MR1, MR2), von denen eines zu einem gegebenen Zeitpunkt in einem aktiven Zustand ist und von denen die anderen in einem Bereitschaftszustand sind, sowie aus einer Vorrichtung, die bei einer Betriebsunterbrechung des im aktiven Zustand befindlichen Routing-Moduls das Umschalten eines der besagten anderen Routing-Module von einem Bereitschaftszustand auf einen aktiven Zustand gestattet, wobei jedes der besagten Routing-Module Verbindungen zu einem oder mehreren Netzwerken (N, R) beinhaltet und mindestens einen Zustandsautomaten beinhaltet, von denen jeder die Schnittstelle verwaltet, die einer der besagten Verbindungen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der besagten Routing-Module eine Vorrichtung (M) besitzt, um im aktiven Zustand Informationen im Zusammenhang mit dem Zustand des besagten mindestens einen Zustandsautomaten zu speichern, wenn dieser sich in einem stabilen Zustand befindet, sowie eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung besagter Informationen bei einem Zustandswechsel.
  2. Routing-System gemäß Anspruch 1, bei welchem die Speicherung besagter Informationen mit einem von den besagten Routing-Modulen gemeinsam genutzten Speicher bewerkstelligt wird.
  3. Routing-System gemäß Anspruch 1, bei welchem die Speicherung besagter Informationen mit einer Vorrichtung zur prozeßübergreifenden Kommunikation bewerkstelligt wird, welche besagten Routing-Modulen die Kommunikation untereinander ermöglicht.
  4. Routing-System gemäß Anspruch 3, bei welchem besagte Vorrichtung zur prozeßübergreifenden Kommunikation ein Software-Bus vom Typ CORBA ist.
  5. Routing-System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem jedes der besagten Routing-Module außerdem über eine Vorrichtung zum Speichern von Informationen im Zusammenhang mit der zugeordneten Schnittstelle bei deren Einrichtung sowie über eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung dieser Informationen bei einem Wechsel in den aktiven Zustand verfügt.
  6. Routing-System gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem ein stabiler Zustand ein Zustand in der Liste "Down", "Point to Point", "DROther", "Backup" und "DR" gemäß dem OSPF-Protokoll ist.
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