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Gebiet der Erfindung
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Die
Technologie bezieht sich auf Ethernet-Netzwerke, die VLANs unterstützen und
ein Spanning Tree Protokoll in dessen verschiedenen Versionen verwenden.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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GVRP – generisches
VLAN Registrierungs-Protokoll – Protokoll
für die
dynamische Registrierung/Versorgung oder Entregistrierung von VLANs
auf einer pro VLAN-Basis.
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Schaltknoten – (oder
Ethernet-Schalter oder -Brücke)
ein Netzwerk-Knoten, der eine Anzahl von Anschlüssen zum Empfangen und Übertragen
von Daten-Frames aufweist.
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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.
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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.
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Weiterleitungs-Anschluss – ein Anschluss
eines Schaltknotens
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Rand-Anschluss – ein Anschluss,
der sich an der Grenze einer STP/VLAN-Domäne befindet; der Rand-Anschluss
wird als ein permanenter Weiterleitungs-Anschluss betrachtet.
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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.
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PDU – Protokoll-Daten-Einheit – eine Verwaltungs-Nachricht
in einer beliebigen der betroffenen Protokolle, wie STP, GVRP oder
der/dem unten vorgeschlagenen Technik/Protokoll.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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).
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Die
Aufgabe kann durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Verwendung
eines STP-Protokolls, wie in Anspruch 1 definiert ist, erreicht
werden.
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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.
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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).
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Im
einfachsten Fall ist der Unterbaum ein Pfad, der durch zwei Rand-Anschlüsse definiert
wird, die dessen Endpunkte bil den.
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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.
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Genauer
umfasst das Verfahren die Schritte, wie in Anspruch 3 definiert
ist.
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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.
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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.
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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.
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Der
Zählschritt
beruht auf der Betrachtung, dass Rand-Anschlüsse permanente Weiterleitungs-Anschlüsse sind.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezug auf die folgenden nicht
beschränkenden
Zeichnungen beschrieben und dargestellt, in denen:
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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.
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2 schematisch
die ursprüngliche STP-Netzwerk-Topologie
(die logische Topologie) darstellt.
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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.
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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.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Es
ist verständlich,
dass der Lern-Prozess viel an zweck loser Ausstrahlung in dem Netzwerk
beinhaltet, bis die FDBs der Schaltknoten ausgebildet sind.
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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.
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Wieder
braucht der Lern-Prozess eine beträchtliche Zeit, während der
die Ethernet-Pakete zwecklos über
das Netzwerk ausgestrahlt werden.
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Um
diese uneffektive Verwendung der Netzwerk-Bandbreite zu vermeiden,
schlagen die Erfinder ein ergänzendes
Protokoll vor, das mithilfe der 4a und 4B dargestellt
wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Das
beschriebene Verfahren kann als ein ergänzendes Protokoll auf ein Ethernetz-Netzwerk
angewendet werden, das einen beliebigen Grad an Komplexität und Verbindungsfähigkeit
aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.