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DE602004000943T2 - Verfahren, Softwareprodukt, Speichermedium und Ethernetswitch zur Verbesserung des STP Protokolls in VLAN Ethernet Netzwerken - Google Patents

Verfahren, Softwareprodukt, Speichermedium und Ethernetswitch zur Verbesserung des STP Protokolls in VLAN Ethernet Netzwerken Download PDF

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DE602004000943T2
DE602004000943T2 DE602004000943T DE602004000943T DE602004000943T2 DE 602004000943 T2 DE602004000943 T2 DE 602004000943T2 DE 602004000943 T DE602004000943 T DE 602004000943T DE 602004000943 T DE602004000943 T DE 602004000943T DE 602004000943 T2 DE602004000943 T2 DE 602004000943T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vlans
topology
vlan
port
node
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE602004000943T
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English (en)
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DE602004000943D1 (de
Inventor
Noam Goldberg
Igor Balter
Idan Kaspit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ECI Telecom Ltd
Original Assignee
ECI Telecom Ltd
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Publication date
Application filed by ECI Telecom Ltd filed Critical ECI Telecom Ltd
Publication of DE602004000943D1 publication Critical patent/DE602004000943D1/de
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Publication of DE602004000943T2 publication Critical patent/DE602004000943T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
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    • HELECTRICITY
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    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46Interconnection of networks
    • H04L12/4604LAN interconnection over a backbone network, e.g. Internet, Frame Relay
    • H04L12/462LAN interconnection over a bridge based backbone
    • HELECTRICITY
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    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/46Interconnection of networks
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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Technologie bezieht sich auf Ethernet-Netzwerke, die VLANs unterstützen und ein Spanning Tree Protokoll in dessen verschiedenen Versionen verwenden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Als Teil der Hintergrund-Beschreibung müssen die folgenden Ausdrücke kurz erklärt werden:
    STP – Spanning Tree Protokoll (einschließlich dessen verschiedener Standard-Variationen, wie z. B. STP-IEEE 802.1D, RSTP-802.1w oder MSTP-802.1s) ist ein Standard für den Schutz und die Schleifen-Vermeidung in Ethernet-Kommunikations-Netzwerken. Das STP berechnet die aktive Topologie für den Fall von Störungen oder einer Umgestaltung neu. Das STP bestimmt ferner die aktive Topologie (STP-Netzwerk-Topologie), um Verkehr bei der Initialisierung zu tragen. Gemäß dem STP kann ein beliebiges Netzwerk in der Form von einem oder mehreren miteinander verbundenen Bäumen – STP-Bäumen – logisch dargestellt werden. Ein Ethernet-Netzwerk kann von einem einzelnen STP-Baum abgedeckt werden; ein STP-Baum kann pro einem VLAN vorgesehen sein; ein STP-Baum kann eine Gruppe von VLANs abdecken.
  • VLAN – das virtuelle lokale Netzwerk bildet eine logische Partitionierung eines Ethernet-Netzwerks (z. B. wie durch das IEEE 802.Q definiert) und definiert eine Broadcast-Domäne in dem Ethernet-Netzwerk.
  • GVRP – generisches VLAN Registrierungs-Protokoll – Protokoll für die dynamische Registrierung/Versorgung oder Entregistrierung von VLANs auf einer pro VLAN-Basis.
  • Schaltknoten – (oder Ethernet-Schalter oder -Brücke) ein Netzwerk-Knoten, der eine Anzahl von Anschlüssen zum Empfangen und Übertragen von Daten-Frames aufweist.
  • Weiterleitungs-Anschluss – ein Anschluss eines Schaltkno tens, der gegenwärtig aktiv ist, gemäß einer gegenwärtig aktuellen STP-Topologie, um Daten-Frames zu empfangen und sie an ein oder mehrere andere Anschlüsse dieses oder eines weiteren Knotens weiterzuleiten.
  • Einem speziellen VLAN zugeordnete Anschlüsse – Anschlüsse eines Schaltknotens, die gemäß einem selektierten Dienst zum Übertragen von Datenpaketen an/aus das/dem speziellen VLAN vorbestimmt sind.
  • Weiterleitungs-Anschluss – ein Anschluss eines Schaltknotens
  • Rand-Anschluss – ein Anschluss, der sich an der Grenze einer STP/VLAN-Domäne befindet; der Rand-Anschluss wird als ein permanenter Weiterleitungs-Anschluss betrachtet.
  • FDB – Filter-Datenbank – eine Standard-Datenbank von MAC-Adressen in einem Ethernet-Schaltknoten, die selbst-angelernt ist, d. h. fortschreitend während des Betriebs gebildet wurde und auf Register-Quelladressen basiert, aus denen Daten-Frames an bestimmte Anschlüsse ankommen, wodurch das FDB das Netzwerk "lernt", damit weitere Schaltentscheidungen erleichtert werden.
  • PDU – Protokoll-Daten-Einheit – eine Verwaltungs-Nachricht in einer beliebigen der betroffenen Protokolle, wie STP, GVRP oder der/dem unten vorgeschlagenen Technik/Protokoll.
  • Spanning Tree Protokoll (STP) wird für die Schleifen-Vermeidung und den Schutz in Ethernet-geschalteten Netzwerken weitverbreitet verwendet. Ethernet-Schalter (Knoten), die Ring- oder Maschen-Netzwerke bilden, könnten mit lokalen Netzwerken (LANs) oder Endstationen verbunden werden. Das LAN kann ferner eine Anzahl von Ethernet-Schaltern umfassen, wo einige Hilfs-Terminal/Zugangs-Anschlüsse vorhanden sind (d. h. diejenigen, die mit einer LAN-Endstation oder mit denjenigen an der Grenze von einer STP-Domäne zu einer weiteren direkt verbunden sind). Zur Erhöhung der Skalierbarkeit von Ethernet-geschalteten Netzwerken werden ferner sogenannte virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) eingesetzt. Eine Anzahl von VLANs wird gewöhnlich in dem Netzwerk definiert.
  • VLANs können einander überlappen und normalerweise muss jedes spezielle VLAN jeden Ethernet-Schalter überspannen, der in einem Pfad von einem Terminal zu einem weiteren angetroffen werden kann, und zwar in einer beliebigen möglichen Topologie, die von dem STP auferlegt werden kann. Eine solche Konfiguration von VLANs wird weiter als ursprüngliche VLANs-Konfiguration bezeichnet. In vielen Fällen kann es sein, dass die ursprüngliche Konfiguration erfordert, dass sämtliche VLANs an sämtlichen Anschlüssen überall in dem Netzwerk vorgesehen sind, die keine Rand-Anschlüsse sind. VLANs können auf dem Ethernet-Netzwerk über das GVRP oder eine Verwaltungs-Schnittstelle, wie z. B. das SNMP, konfiguriert werden.
  • Das US-Patent 6,515,969 bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zum Verbreiten von virtueller lokaler Netzwerk-(VLAN)-Mitgliedsinformation über Computer-Netzwerke, die mehrfache Spanning Trees definieren. Eine intermediäre Netzwerk-Vorrichtung schließt eine Vielzahl von Anschlüssen und eine Vielzahl von Spanning Tree Maschinen ein, wobei jede mit einer oder mehreren VLAN-Bestimmungen assoziiert ist, die innerhalb des Netzwerkes definiert sind. Die Spanning Tree Maschinen leiten die Anschlüsse zwischen einer Vielzahl von Anschluss-Zuständen über, einschließlich einem Weiterleitungs-Zustand und einem blockierten Zustand. Für jeden Anschluss wird ferner ein separater GARP-Teilnehmer (generischer Attribut-Registrierungs-Protokoll) festgelegt und jeder GARP-Teilnehmer schließt eine mehrfache Spanning Tree (MST) GARP VLAN Registrierungs-Protokoll (MST-GVRP) Anwendungs-Komponente und eine assoziierte GID-Komponente (GARP-Informations-Deklarierung) ein. Die MST-GVRP-Anwendungs-Komponenten arbeiten zusammen, um eine Vielzahl von GIP-Kontexten (GARP-Informations-Propagation) zu bestimmen, von denen jeder mit einer Spanning Tree Maschine und somit mit einem oder mehreren VLAN-Bestimmungen davon assoziiert ist. Die in dem US-Patent 6,515,969 beschriebene Technologie bezieht sich auf das Festlegen der Netzwerk-Topologie, wann immer sie erforderlich ist, wobei keine Optimierung oder speziellen Maßnahmen für Topologie-Änderung und Übergangsperioden erwähnt werden. Ferner beschreibt das Patent keine Lösung für die Verringerung von Broadcast-Verkehr in einem VLAN.
  • Für die Adressierung eines bestimmten Datenpakets (-Frame) aus einem Quellknoten an einen Bestimmungsknoten erfordert das VLANs unterstützende Protokoll für Ethernet-Netzwerke (IEEE 802.Q), dass der Daten-Frame die Angabe eines spezifischen VLAN trägt, zu dem sowohl der/die Quell- als auch der/die Bestimmungsknoten gehören. Gemäß diesem grundlegenden Ansatz führen Ethernet-Schalter, die dadurch ein Datenpaket weitergeben, das nicht an eine bekannte MAC-Adresse adressiert ist, sondern eine Angabe eines spezifischen VLAN trägt, ein "Fluten" von dessen sämtlichen Ausgang-Anschlüssen aus, die diesem VLAN zugeordnet sind. Somit sind sämtliche der relevanten benachbarten Knoten in der Lage, die Prüfung fortzuführen und das Paket für das spezifizierte VLAN und, wenn angegeben und in dem Schalter bekannt ist, an die spezifizierte Bestimmung-MAC-Adresse weiterzuleiten.
  • Wie erwähnt wurde, unterstützt jeder Ethernet-Schalter die Filter-Datenbank (FDB), die fortschreitend durch Aufzeichnen der in einem Datenpaket (d. h. Ethernet-Frame) angegebenen Quell-Adresse gebildet wird, wenn der Frame von einem der Anschlüsse empfangen wurde. Ein Frame, der an dem Schalter ankommt und für eine spezifische Punkt-zu-Punkt MAC-Adresse bestimmt ist, die in dem FDB vorhanden ist, wird nicht an sämtliche Ausgabe-Anschlüsse des Knotens übertragen sondern zu einem bestimmten Anschluss geschaltet, wie dem Schalter für diese Adresse gegenwärtig bekannt ist. Deshalb gestattet das FDB, ein übermäßiges Fluten von Verkehr in dem Netzwerk zu verringern.
  • Es sollte beachtet werden, dass ein STP-Protokoll, wenn es auf ein Ethernet-geschaltetes Netzwerk angewendet wird, eine sogenannte "logische Unterbrechung" in jedem Zyklus/Ring erzeugt, um eine aktive Baum-Topologie einzuführen. Folglich muss sämtliche FDB-Information die gegebene STP-Baum-Struktur berücksichtigen. Wenn sich eine Fehlfunktion in irgendeinem Bereich der Struktur ereignet, dann reagiert das STP-Protokoll rasch darauf und berechnet die Baum-Struktur(en) neu. Die Neuberechnung des Spanning Tree resultiert in einer verschiedenen Netzwerk-Topologie, die selbstverständlich andere geschaltete Pfade zwischen denjenigen Quellknoten und Bestimmungsknoten diktieren wird, die für gewöhnlich in Kommunikation sind. Wesentliche Teile der von den Schaltern unterstützten FDBs, die mit der geänderten STP-Baum-Topologie assoziiert sind, werden gelöscht sobald die Topologie geändert wurde. Die Änderungen in der STP-Topolgie können nicht sofort verarbeitet werden, so dass zu Beginn eine große Menge an Verkehr an den Schaltknoten des Netzwerks ausgestrahlt oder geflutet wird (weil ein wesentlicher Teil des FDB oder die zuvor von dem FDB aufgezeichnete gesamte Information gelöscht wird und neue Information noch nicht gesammelt wurde).
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Deshalb besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine unnötige Verkehrsbelastung (ausgestrahlter Verkehr – Broadcast-Verkehr, gefluteter Verkehr) in einem Ethernet-Netzwerk während und nach Übertragungs-(Lern)-Perioden zu verringern, die durch Initialisierung oder Änderung einer STP-Netzwerk-Topologie verursacht werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass eine STP-Topologie-Änderung durch Festlegen der ursprünglichen Netzwerk-Topologie durch eine oder mehrere Fehlfunktionen in dem Netzwerk oder durch eine beliebige "Topologie beeinflussende" Modifikation von STP-Parametern ausgelöst werden kann, die von einem Bediener durchgeführt werden (sowohl logische als auch physikalische Modifikationen).
  • Die Aufgabe kann durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Verwendung eines STP-Protokolls, wie in Anspruch 1 definiert ist, erreicht werden.
  • Genauer, als ein Ergebnis des vorgeschlagenen Verfahrens, kann der Broadcast-Verkehr nur an denjenigen Ethernet-Schaltknoten erfasst werden, die zu dem VLAN-zugehörigen Unterbaum gehören, der infolge des Abschneide-Verfahrens erhalten wurde. Broadcast-Verkehr des abgeschnittenen VLAN wird über dem Unterbaum hinaus nicht erfasst. Mit anderen Worten beseitigt das Verfahren Broadcast-Verkehr von jedem abgeschnittenen VLAN über dessen erhaltenen Unterbaumes hinaus.
  • Der Unterbaum ist gewöhnlich der/die einzige mögliche Pfad oder Verbindung zwischen den Rand-Anschlüssen in der neuen STP-Topologie (die ebenfalls eine Baum-Struktur ist).
  • Im einfachsten Fall ist der Unterbaum ein Pfad, der durch zwei Rand-Anschlüsse definiert wird, die dessen Endpunkte bil den.
  • Die Aufgabe der Erfindung kann erreicht werden, wenn der Schritt, wie in Anspruch 2 definiert ist, beim Festlegen der neuen STP-Topologie in dem Netzwerk durchgeführt wird.
  • Genauer umfasst das Verfahren die Schritte, wie in Anspruch 3 definiert ist.
  • Der Teilschritt (a) aus Anspruch 3 bedeutet, dass die ursprüngliche VLAN-Konfiguration durch die Voreinstellung für die ursprüngliche Festlegung des Netzwerkes gewährleistet ist, aber für den Fall wiederhergestellt werden sollte, dass eine neue STP-Topologie-Änderung stattgefunden hat, nachdem das Abschneiden bei einer vorherigen STP-Topologie durchgeführt worden ist. Infolge dessen führt das durchgeführte Abschneiden keine Unterbrechungen ein, die den Verkehr beeinträchtigen würden, sobald eine neue Topologie auftritt.
  • Wie zu sehen ist, verringert das Verfahren Schritt für Schritt sogenannte Sackgassen-Anschlüsse und -knoten der neuen STP-Topologie für eine oder mehrere VLANs, wodurch VLANs in dem Ethernet-Netzwerk abgeschnitten werden, um einen übermäßigen Daten-Verkehr in dem Netzwerk beim Festlegen der neuen STP-Topologie zu beseitigen.
  • Das Verfahren ist ferner auf den Fall anwendbar, in dem die neue STP-Topologie die ursprüngliche STP-Topologie in dem Ethernet-Netzwerk ist. Das Verfahren gestattet somit die Verwendung einer beliebigen nicht-optimierten Version der ursprünglichen Netzwerk-Topologie-Definition; das vorgeschlagene VLAN-Abschneide-Protokoll führt die Netzwerk-Topologie-Optimierung für VLANs aus, die durch beliebige geeignete Mittel, wie z. B. GVRP- oder eine Verwaltungs-Schnittstelle, wie z. B. SNMP, konfiguriert wurden.
  • Der Zählschritt beruht auf der Betrachtung, dass Rand-Anschlüsse permanente Weiterleitungs-Anschlüsse sind.
  • Ferner ist vorzugsweise die Deaktivierungsnachricht eine PDU-(Protokoll-Daten-Einheit)-Nachricht, die in Ethernet-Netzwerken eingesetzt wird. Das vorgeschlagene PDU ist mit einer Angabe von einer oder mehreren speziellen VLANs versehen, die an dem Anschluss abgeschnitten werden (für welchen der Anschluss temporär deaktiviert ist – d. h. bis zu der nächsten Topologie-Änderung).
  • In dem einfachsten Fall umfasst die Deaktivierungs-(PDU)-Nachricht eine Angabe eines einzelnen speziellen VLAN, das an einem bestimmten Anschluss deaktiviert (abgeschnitten) wurde, so dass jedes zusätzliche VLAN, falls an dem selben Anschluss deaktiviert, in einer zusätzlichen separaten PDU angegeben wird, die von dem Knoten aufgrund des einzelnen Weiterleitungs-Anschlusses erzeugt wurde.
  • Jedoch kann das vorgeschlagene Protokoll in der Lage sein, eine kombinierte Deaktivierungsnachricht zu erzeugen, die sämtliche VLANs aufzählt, die zuvor an einem bestimmten Anschluss zugeordnet und an dem Anschluss infolge der Schritte b, c, d, e (d. h. sämtliche VLANs, für die dieser Anschluss ein "einzelner Weiterleitungs-Anschluss" ist) deaktiviert (abgeschnitten) wurden. Solche kombinierten Nachrichten erzeugen weniger Verkehr in dem Netzwerk, benötigen aber mehr Zeit für die Erzeugung und Verarbeitung an einem beliebigen weiteren Schaltknoten; es ist deshalb verständlich, dass für die Erzeugung einer kombinierten Nachricht die vollständige "Abschneide"-Information auf sämtlichen VLANs und sämtlichen Anschlüssen in dem Knoten gesammelt werden sollte.
  • Im allgemeinen kann das Verfahren an einem Schaltknoten, nachdem eine Topologie-Änderungs-Benachrichtigung (TCN) erhalten wurde (die signalisiert, dass angenommen eine gegenwärtige STP-Topologie in die neue STP-Topologie geändert wird, oder dass eine neue Topologie gerade anfänglich erzeugt wird), und nach Ablauf eines vorbestimmten (Standard-STP) Topologie-Änderungs-Timers gestartet werden.
  • Das TCN wird gewöhnlich über das Ethernet-geschaltete Netzwerk durch irgendeine Unterbrechung der Glasfaser in einer Verbindung zwischen Schaltknoten, durch eine oder mehrere Fehlfunktionen in einer Verbindung oder in einem Schaltknoten, durch Konfigurationsänderungen und/oder Initialisierung gestartet.
  • Beim Empfang des TCN und dem Ablauf des Timers startet das Abschneide-Verfahren in der Praxis an sogenannten "Blatt-Knoten" (leaf node) der neuen STP-Topologie, weil gemäß Definition jeder Blatt-Knoten irgendwelchen VLANs an einem einzelnen Weiterleitungs-Anschluss (dieser Anschluss soll der Root-Anschluss sein) zugeordnet ist. An jedem Knoten, der kein Blatt-Knoten ist, wird das Verfahren überhaupt gestartet, nachdem mindestens eine Deaktivierungsnachricht empfangen wurde.
  • Das Abschneiden eines VLAN an einem bestimmten Knoten verhindert, dass der Knoten Daten-Pakete (Frames) empfängt und weiterleitet, die mit dem VLAN assoziiert sind, und somit verringert das Abschneiden der VLANs, das auf dem gesamten Netzwerk für sämtliche Anschlüsse und LANs einer neuen Topologie durchgeführt wird, drastisch das Volumen von unnötigem Verkehr, hauptsächlich das Volumen von zwecklos ausgestrahltem Verkehr, und den Verkehr der Ethernet-Frames, der sämtliche Anschlüsse eines Schaltknotens während dem Lern-Prozess flutet.
  • Es sollte betont werden, dass die vorgeschlagene Technik nicht nur eine rasche Verringerung von zweckloser Flutung während des Lern-Prozesses gestattet, sondern es auch ermöglicht, dass die Übertragung von Broadcast-Paketen überall in einem speziellen VLAN nach der Lern-Periode verringert wird, wobei dieses Ergebnis von keinem der bekannten Protokolle erreicht werden kann.
  • Das vorgeschlagene Verfahren zur Verbesserung des STP-Protokolls setzt tatsächlich ein zusätzliches (ergänzendes) Protokoll ein, das verwendet werden kann, um ein durch das Ethernet-Netzwerk gestütztes Standard-STP-Protokoll zu erweitern. Alternativ und bevorzugt kann es einen wesentlichen Bestandteil oder ein optionales Merkmal eines Standard-STP-Protokolls bilden.
  • Das ergänzende Protokoll kann einen Bestandteil eines Software-Produkts bilden, das für einen Ethernet-Schalter vorgesehen ist; das Software-Produkt, zum Beispiel als eingebettete Software eines Ethernet-Schalters implementiert und auf dem Schalter in einem Ethernet-Netzwerk betrieben, gestattet die Ausführung des oben bestimmten Verfahrens.
  • Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Ethernet-Schalter, der mit dem obigen Software-Produkt versehen ist (angenommen in Form einer geeigneten eingebetteten Software) und somit in der Lage ist, das erwähnte Verfahren in einem Ethernet-Netzwerk durchzuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden nicht beschränkenden Zeichnungen beschrieben und dargestellt, in denen:
  • 1 schematisch ein beispielhaftes Netzwerk und Anschlüsse von Schaltknoten darstellt, die einem oder mehreren VLANs zugeordnet sein können, abhängig von einer erforderlichen Gruppierung von Zugangs-Anschlüssen.
  • 2 schematisch die ursprüngliche STP-Netzwerk-Topologie (die logische Topologie) darstellt.
  • 3 eine Netzwerk-Topologie darstellt, die von dem STP-Protokoll geändert wurde, nachdem eine Unterbrechung der Glasfaser in einem Teil des Netzwerks erfasst worden ist.
  • 4a, 4b schematisch darstellen, wie das vorgeschlagene Protokoll für VLAN-Abschneidung arbeitet, wobei das Diagramm ein Teil eines STP-Baumes ist, der die STP-Topologie für ein spezielles VLAN vor und nachdem die Abschneidung stattfindet reflektiert.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die 1 stellt schematisch ein Ethernetz-Netzwerk 10 dar, das drei miteinander verbundene Ring-Netzwerke 12, 14 und 16 umfasst, einschließlich den Ethernet-Schaltknoten A, B, C, D, E, F, G, H, I. Jeder Schaltknoten ist als ein Quadrat gezeigt. Die Anschlüsse der Knoten sind durch Kreise gezeigt und mit 1, 2, 3 und 4 nummeriert. Das Netzwerk 10 soll ein Standard-STP-Protokoll unterstützen. Weil das STP-Protokoll ein beliebiges Ring-Netzwerk als einen gebrochenen Ring (d. h. eine logische Unterbrechung erzeugt) logisch repräsentiert, sind solche beispielhafte logische Unterbrechungen durch gepunktete Linien auf den Bereichen AB, DE und GF markiert. Das Netzwerk 10 soll zwei VLANs definieren: VLAN1 zur Erzeugung von möglichen Pfaden in dem Netzwerk zwischen dem Zugangs-Rand-Anschluss D3 und dem Zugangs-Rand-Anschluss B3, und VLAN2 zur Erzeugung von möglichen Pfaden zwischen Knoten/Anschluss G3 und Knoten/Anschluss H3.
  • Man beachte, dass unter dem normalen Betriebsgrundsatz jedes VLAN ursprünglich derart konfiguriert werden muss, um in der Lage zu sein, eine Verbindungsfähigkeit zwischen Zugangs-/Rand-Anschlüssen für jede mögliche aktive Spanning Tree Topologie zu unterstützen (ursprüngliche VLAN-Konfiguration).
  • Sämtliche Anschlüsse der Netzwerk-Knoten sollen sowohl dem VLAN1 als auch dem VLAN2 zugeordnet sein (jeder Anschluss ist durch einen schwarzen und weißen Halbkreis markiert), mit Ausnahme von:
    • – Anschlüsse Nummer 3 der Knoten B und D, welche die Rand-Anschlüsse des VLAN1 sind, sind nur dem VLAN1 zugeordnet, und deswegen ist jedes als ein vollständiger schwarzer Kreis gezeigt;
    • – Anschlüsse Nummer 3 der Knoten G und H, welche die Rand-Anschlüsse des VLAN2 sind, die nur dem VLAN2 zugeordnet sind, und deshalb als vollständig weiße Kreise angezeigt sind.
  • Es sollte beachtet werden, dass das VLAN1 an den Anschlüssen & Schaltern, die mit dem Ring 16 assoziiert sind, nicht konfiguriert sein muss, weil es in dem Pfad von B3 nach D3 in einer beliebigen möglichen Topologie nicht angetroffen wird, die von dem STP in diesem Netzwerk auferlegt werden kann. Es wird jedoch gezeigt werden, dass sogar für den Fall, dass das VLAN1 die dargestellte redundante Konfiguration aufweist, die vorgeschlagene Technik dessen Optimierung gestattet.
  • Die 2 stellt einen STP-Baum 20 dar (die vorhandene STP-Topologie), die von dem STP-Protokoll auf dem Netzwerk 10 erzeugt wurde, wobei die logischen Unterbrechungen (gepunktete Kreuze) auf den Bereichen AB, DE und GF berücksichtigt wurden.
  • Die VLAN1-Ethernet-Pakete, die zwischen den Rändern D3 und B3 übertragen wurden, werden stufenweise den einzigen möglichen Pfad D-C-B finden (schwarzgefärbte Kreise und schwarze und weiße Halbkreise).
  • Für VLAN2-Pakete, die von dem Knoten G zu dem Knoten H gesendet werden, wird in ähnlicher Weise der folgende Pfad stufenweise über die dem VLAN2 zugeordneten Anschlüsse gelernt (weißgefärbte Kreise und schwarze und weiße Halbkreise): G_E_C_I_H.
  • Es ist verständlich, dass der Lern-Prozess viel an zweck loser Ausstrahlung in dem Netzwerk beinhaltet, bis die FDBs der Schaltknoten ausgebildet sind.
  • Eine vollständige Unterbrechung der Glasfaser soll sich nun zwischen den Knoten C und I (durch einen Stern in der 1 markiert) ereignen, so dass die ursprüngliche STP-Topologie geändert werden muss. Das STP soll nun zum Beispiel die logische Unterbrechung des Ring-Netzwerks 12 an der Stelle der realen Unterbrechung der Glasfaser erzeugen, d. h. zwischen den Knoten C und I. Gleichzeitig werden die Anschlüsse B1 und A4, die in der vorherigen Topologie inaktiv waren, als aktiv betrachtet, d. h. die VLANs ursprüngliche Konfiguration ist wiederhergestellt. Die geänderte STP-Topologie (-Baum) 30 ist in der 3 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass FDBs teilweise oder vollständig gelöscht werden, wenn sich die Netzwerk-Topologie ändert. Offensichtlich werden sich die Pfade für die Ethernet-Pakete, die noch bidirektional zwischen dem Knoten D und dem Knoten B und zwischen dem Knoten G und dem Knoten H gesendet werden, nun aufgrund der geänderten Netzwerk-Topologie ändern.
  • Wieder braucht der Lern-Prozess eine beträchtliche Zeit, während der die Ethernet-Pakete zwecklos über das Netzwerk ausgestrahlt werden.
  • Um diese uneffektive Verwendung der Netzwerk-Bandbreite zu vermeiden, schlagen die Erfinder ein ergänzendes Protokoll vor, das mithilfe der 4a und 4B dargestellt wird.
  • Die Funktion des vorgeschlagenen Protokolls besteht darin, die Optimierung von VLANs in einer neu festgelegten STP-Netzwerk-Topologie durch Deaktivierung von solchen Anschlüssen durchzuführen, die nicht für ein gegebenes VLAN in der neuen (oder geänderten) STP-Topologie dienen müssen.
  • Die Deaktivierung der VLANs an Anschlüssen wird durch TCN & Topologie-Änderungs-Timer-Ablauf an sogenannten Blatt-Knoten des STP Spanning Tree ausgelöst, weil zunächst (sobald die Topologie-Änderung stattfindet) nur Blatt-Knoten einen einzelnen Weiterleitungs-Anschluss unterstützen können, der einem beliebigen VLAN zugeordnet ist, und ein solcher Anschluss ist ein typischer Sackgassen-Anschluss. Das Protokoll schreitet fort, indem es jeden der Schaltknoten prüft, die mindestens einen einem speziellen VLAN zugeordneten Anschluss aufweisen, um zu bestimmen, ob der Anschluss ein einzelner Weiterleitungs-Anschluss für das spezielle VLAN ist, wobei ein beliebiger Rand-Anschluss als ein Weiterleitungs-Anschluss betrachtet wird. Wenn ja, dann erzeugt und überträgt der Anschluss eine Deaktivierungsnachricht an den assoziierten Anschluss an einem benachbarten Knoten. Der benachbarte Knoten wiederholt das Verfahren und, wenn die Schlussfolgerungen die gleichen sind, dann erzeugt und überträgt er ebenfalls seine Deaktivierungsnachricht.
  • Auf eine ähnliche Art und Weise, nach einer beliebigen Änderung in der Netzwerk-Topologie, sollten sämtliche Schaltknoten der geänderten Topologie ihre zugeordneten Weiterleitungs-Anschlüsse prüfen und bei Bedarf Nachrichten austauschen.
  • Es sollte beachtet werden, dass das Prüfverfahren die Prüfung der Anschlüsse im Hinblick auf ein beliebiges VLAN einschließt, dem die Anschlüsse zugeordnet sein können. Somit führt das Verfahren zu der Beseitigung sämtlicher Sackgassen der Topologie und somit zur der maximalen Ausnutzung der Netzwerk-Bandbreite.
  • Die 4a und 4b stellen genauer dar, wie die Nachrichten über das Netzwerk weitergegeben werden, wenn das vorgeschlagene Protokoll "Sackgassen" in einer geänderten Netzwerk-Topologie aufdeckt.
  • Die 4a stellt zum Beispiel die Schaltknoten A, B, C, D, E, F, G, H, I der in der 3 gezeigten STP-Netzwerk-Topologie 30 dar. Vier Anschlüsse von jedem Knoten der Knoten sind durch Kreise gezeigt. Die 4a soll den STP-Baum für das VLAN1 wiedergeben, in dem sämtliche Anschlüsse der Knoten ursprünglich dem VLAN1 zugeordnet wurden. Die permanenten Anschlüsse (Rand-Anschlüsse) sollen mit dem gestrichelten Muster markiert, sowie einfache Weiterleitungs-Anschlüsse in der neuen Topologie aktiv sein.
  • Nachdem ein Topologie-Änderungs-Timer abläuft, erkennen die Schalter F, G, I, dass sie nur einen einzelnen Weiterleitungspunkt besitzen, der dem VLAN1 zugeordnet ist. F, G und I senden jeweils eine Deaktivierungsnachricht PDU "deaktiviere VLAN1" an ihre bestimmten Knoten (Schalter), d. h. E bzw. H. Als Teil des Verfahrens werden die Anschlüsse F1, G1, I1 für das VLAN1 deaktiviert. Der Schalter E deaktiviert anschließend das VLAN1 an Anschluss 2 und an Anschluss 4 sobald jedes PDU empfangen und von G bzw. F verarbeitet wurde. Der Schalter E folgt dem selben Verfahren in ähnlicher Weise sobald er erkennt, dass E1 ein einzelner Weiterleitungs-Anschluss für das VLAN1 ist. Der Schalter H deaktiviert sofort das VLAN1 an Anschluss 2. Der Knoten H folgt wiederum, weil sein Anschluss H1 zu einem einzelnen Weiterleitungs-Anschluss wird, dem gleichen Verfahren in ähnlicher Weise (d. h. deaktiviert H1 und leitet eine weitere PDU zu dem Knoten A weiter). Optional kann die Nachricht "deaktiviere VLAN ..." als eine einzelne Nachricht für einen bestimmten Anschluss im Hinblick auf sämtliche VLANs implementiert werden, die an dem Anschluss deaktiviert werden müssen. Die Topologie 30 ist jedoch nur für das VLAN1 dargestellt.
  • Die 4b stellt die Ergebnisse des VLAN-Abschneide-Verfahrens dar. Aufgrund der Nachrichten, die in der 4a gezeigt wurden, sind die Knoten H, I, F, G, A und E deaktiviert, d. h. keiner ihrer Anschlüsse ist nun dem VLAN1 zugeordnet.
  • Der Schalter C deaktiviert das VLAN1 an Anschluss 2, schließt aber das VLAN1 nicht in die Nachricht ein, die an den Knoten B gesendet werden soll, weil das VLAN1 an Anschluss 4 nicht deaktiviert ist.
  • Schließlich ist das VLAN1 nur an den Schaltern D_C_B als aktiv konfiguriert, die benötigt werden, um die Rand-Anschlüsse bei D und B und nur an den erforderlichen Anschlüssen zu verbinden.
  • Auf die analoge Weise, bedingt durch die Topologie-Änderung, wird das VLAN2 an den Schaltern G-E-C-B-A-H konfiguriert (weiße Halbkreise und Kreise, siehe 1) und an anderen Schaltern des Netzwerks deaktiviert (abgeschnitten), die vor der Topologie-Änderung aktiv waren. (Der Pfad zwischen den Rand-Anschlüssen G3 und H3 wurde von G-E-C-I-H zu G-E-C-B-A-H geändert).
  • Das beschriebene Verfahren kann als ein ergänzendes Protokoll auf ein Ethernetz-Netzwerk angewendet werden, das einen beliebigen Grad an Komplexität und Verbindungsfähigkeit aufweist.
  • Am Ende des vorgeschlagenen Verfahrens hat der STP-Baum der neu gebildeten Konfiguration für ein spezielles VLAN nur die Schaltknoten aktiv, die in der gegenwärtig aktiven STP-Topologie auf dem Pfad liegen, der die endständigen Rand-Anschlüsse verbindet.
  • Als eine Folge flutet kein zusätzlicher Verkehr irrelevante Anschlüsse der Schaltknoten, kein zusätzlicher Daten-Verkehr wird an die deaktivierten Knoten von ihren benachbarten Knoten gesendet und folglich ist das Netzwerk von übermäßigem Verkehr befreit, und zwar sowohl früh in der Übergangsperiode, die für das FDB-Neulernen erforderlich ist, als auch innerhalb der Lebensdauer einer gegebenen neuen STP-Topologie.
  • Es sollte beachtet werden, dass, wenn aus irgendeinem Grund eine weitere Topologie-Änderung eintritt, das beschriebene Abschneide-Protokoll nur nach dem Zurücksetzen der ursprünglichen Zuordnungen von Schaltern/Anschlüssen der neuen Topologie auf das VLANs starten sollte. Mit anderen Worten sollte eine beliebige neue Optimierung des Netzwerks nicht aus dem zuvor optimierten, sondern aus der ursprünglichen VLAN-Konfiguration starten.
  • Es soll verstanden werden, dass andere Versionen der vorgeschlagenen Technik vorgeschlagen werden könnten, die als Teil der Erfindung zu betrachten sind, solange sie von den folgenden Ansprüchen abgedeckt werden.
  • Dort, wo in einem beliebigen Anspruch genannte technische Merkmale von Bezugsziffern gefolgt werden, sind diese Bezugsziffern für den alleinigen Zweck zur Steigerung der Verständlichkeit der Ansprüche aufgenommen worden, und dementsprechend besitzen derartige Bezugsziffern keinerlei beschränkende Auswirkung auf den Schutzumfang von jedem Element, das durch derartige Bezugsziffern beispielhaft identifiziert wird.

Claims (13)

  1. Ein Verfahren zur Verwendung eines Spanning Tree Protokolls, STP, in einem Ethernet-Netzwerk, worin eine Reihe von VLANs definiert sind und eine Vielzahl von Ethernet-Schaltknoten (A, B, C, D, E, F, G, H) über ihre Anschlüsse (A1, ..., H4) miteinander verbunden sind, so dass jeder der Anschlüsse ursprünglich einem oder mehreren VLANs zugeordnet ist und jedes der VLANs dazu dient, Verkehr zwischen zwei oder mehr Rand-Anschlüssen (D3, B3) zu ermöglichen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass, beim Festlegen einer neuen STP-Topologie (30), die mit einem oder mehreren VLANs zusammenhängt, es das Starten eines Abschneide-Verfahrens einer Broadcast-Domäne von mindestens einem des einen oder mehr VLANs umfasst, um einen Unterbaum für jedes abgeschnittene VLAN in der neuen STP-Topologie zu erhalten, worin jeder Unterbaum durch die Rand-Anschlüsse begrenzt ist, die dem entsprechenden abgeschnittenen VLAN zugeordnet wurden, wodurch Broadcast-Verkehr jedes abgeschnittenen VLANs zu jedem Ethernet-Schalter verhindert wird, der sich über den erhaltenen entsprechenden Unterbaum hinaus erstreckt.
  2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschneide-Verfahren folgendes umfasst: Übertragen mindestens einer Deaktivierungsnachricht von mindestens einem Ethernet-Schaltknoten, der in der neuen STP-Topologie aktiv ist, an einen benachbarten Ethernet-Schaltknoten, der ebenfalls in der neuen STP-Topologie aktiv ist, anzeigend, dass ein oder mehrere VLANs für einen Anschluss, der die Nachricht sendet, deaktiviert wurden, um zu gestatten, dass das eine oder mehrere VLANs an einem Anschluss, der die Nachricht empfängt, deaktiviert werden.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, das weiter die folgenden Schritte umfasst, die an jedem Ethernet-Schaltknoten durchge führt werden sollen, der in der neuen STP-Topologie aktiv ist, und im Hinblick auf jedes der einen oder mehreren VLANs: a) Sicherstellen, dass Anschlüsse des Ethernet-Schaltknotens, der in der neuen STP-Topologie aktiv ist, dem einem oder den mehreren VLANs entsprechend einer ursprünglichen VLANs-Konfiguration zugeordnet sind; b) Zählen von Weiterleitungs-Anschlüssen, die einem bestimmten VLAN zugeordnet wurden, die gemäß der neuen STP-Topologie aktiv sind; c) wenn ein Anschluss, der einem bestimmten VLAN zugeordnet wurde, ein einzelner Weiterleitungs-Anschluss für den bestimmten VLAN an dem Knoten ist, Deaktivieren des Anschlusses für das VLAN, wodurch das VLAN an dem Anschluss und an dem Knoten abgeschnitten wird; d) Erzeugen der Deaktivierungsnachricht von jedem einzelnen Weiterleitungs-Anschluss des Knotens, wobei die Nachricht einen oder mehrere VLANs als an dem Anschluss deaktiviert anzeigt, zum Übertragen der Deaktivierungsnachricht an einen benachbarten Ethernet-Schaltknoten in der neuen STP-Topologie; e) Deaktivieren des Anschlusses des benachbarten Ethernet-Schalters, welcher die Deaktivierungsnachricht erhalten hat, im Hinblick auf den einen oder die mehreren VLRNs, die in der Nachricht angegeben sind; f) Wiederholen der Schritte b) bis e) an dem benachbarten Knoten.
  4. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, worin die neue STP-Topologie die ursprüngliche STP-Topologie im Ethernet-Netzwerk ist.
  5. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, worin die neue STP-Topologie eine geänderte STP-Topologie im Ethernet-Netzwerk ist.
  6. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, worin im Zählschritt die Rand-Anschlüsse als permanent wei terleitende Anschlüsse betrachtet werden.
  7. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, worin die Deaktivierungsnachricht eine Protokoll-Daten-Einheit-Nachricht (PDU-Nachricht) ist, die weiter mit einer Angabe eines oder mehrerer spezieller VLANs versehen ist, für welche der Anschluss deaktiviert wird.
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die PDU-Nachricht eine kombinierte Deaktivierungsnachricht ist, welche alle VLANs aufzählt, die an dem Anschluss deaktiviert werden.
  9. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche, das bei jedem speziellen Ethernet-Schaltknoten beim Erhalt einer Topologie-Änderungs-Benachrichtigung, TCN, und nach Ablauf eines Topologie-Änderungs-Timers gestartet wird.
  10. Ein Software-Produkt, das Software-implementierbare Anweisungen und/oder Daten zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche umfasst.
  11. Ein Trägermedium, das ein Software-Produkt gemäß Anspruch 10 umfasst.
  12. Ein Ethernet-Schalter, der in der Lage ist, das Software-Produkt von Anspruch 10 zu implementieren.
  13. Ein Ethernet-Schalter, der in der Lage ist, das Verfahren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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