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EP1952584A1 - Verfahren zum ermitteln einer schleifenfreien baumstruktur in einem datenübertragungsnetz und zugehöriges netzelement - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer schleifenfreien baumstruktur in einem datenübertragungsnetz und zugehöriges netzelement

Info

Publication number
EP1952584A1
EP1952584A1 EP06807694A EP06807694A EP1952584A1 EP 1952584 A1 EP1952584 A1 EP 1952584A1 EP 06807694 A EP06807694 A EP 06807694A EP 06807694 A EP06807694 A EP 06807694A EP 1952584 A1 EP1952584 A1 EP 1952584A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
network element
loop
network
tree structure
free tree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06807694A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Stilling
Thomas Treyer
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.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
Publication of EP1952584A1 publication Critical patent/EP1952584A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • 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
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/48Routing tree calculation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a loop-free tree structure in a data transmission network.
  • a tree structure consists of so-called nodes, which correspond to network elements, and branches that lie between each two nodes and the connections between
  • Network elements correspond.
  • the network elements are, for example, switches or bridges.
  • a loop-free tree structure exists if there is no ring structure within the tree structure. Loop-free tree structures are, for example, one above the protocol layer 1, i. the physical layer protocol layer 2, i. the link layer, see, for example, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802. ID, 1998, especially Chapter 8, where a so-called spanning tree algorithm and associated protocol are described.
  • a Carrier Ethernet network consists of more than 70 or even more than 100 network nodes.
  • the network topology usually provides redundancy through the use of ring structures and mesh structures.
  • Methods such as STP (Spanning Tree Protocol) are used to manage these topologies.
  • STP Shortning Tree Protocol
  • the use of STP is very complex and critical.
  • STP and its newer versions, such as RSTP (Rapid STP) and MSTP (Multi STP) are limited in their scalability.
  • the so-called network diameter is limited to 7 so-called hops. By optimizing the STP parameters, a network diameter of up to 19 hops can be achieved, but this is still not sufficient for the requirements of a Carrier Ethernet network.
  • the basic functionality of STP or other protocol layer 2 (L2) methods is not just resiliency.
  • the basic functionality is also to keep the Layer 2 network free of loop under all circumstances. Loops are to be avoided for the following reasons in a layer 2 network: so-called broadcast or broadcast frames are transmitted infinitely long in the loops, so-called multicast or multi-call frames are transmitted infinitely long in the loops, the duplication of the Broadcast and multicast frames continue until the maximum data transfer rate of the Ethernet network is reached, all connections are completely filled with broadcast data transfer traffic, most of the queues in the network nodes are filled, the control processors in the Network nodes are overloaded, payload traffic is transmitted at a very high frame loss data transmission rate, user networks are flooded with broadcast and multicast messages, and - so-called in-band management of the network is no longer possible.
  • a carrier network or operator network has to guarantee a loop-free operation. All network elements should guarantee this with the standard parameters. When the network nodes and their parameters are reconfigured, loop-free operation should be guaranteed, even in the event of a misconfiguration. An increase or a change of the network should not lead to loops, even for a short time.
  • STP is not suitable for the required network sizes and can not support technologies in which a large number of access points are connected in a ring structure.
  • the following step is carried out in a network element or in each network element: in a network element of a data transmission network, automatic incorporation of the network element into a method for determining a loop-free tree structure or automatically extracting the network element from such a method depending on at least one or all of the following:
  • Network elements according to their basic configuration switched so that they are included in STP.
  • the network elements in the basic function are excluded from the STP method.
  • the basic configuration is not important because it can be determined relatively quickly whether a network element is to be included in the STP method or whether it should be excluded from the STP method.
  • a network element automatically detects whether or not an active STP instance is required for that particular network element. If a network element need not be involved in the STP process, this network element does not participate in the STP process, which is referred to as STP pruning. Only when incorporation of the network element into the STP process is required will it be included in the STP process. In this way, the number of network elements involved in the STP process can be reduced. This greatly increases the scalability of STP.
  • the STP protocol itself is not changed.
  • the effectiveness of the method according to the invention also depends on the network topology.
  • the inventive method is particularly effective in topologies in which a large number of network elements or network nodes are connected in a ring, in particular at the periphery of the network,. Two examples will be explained below with reference to the figures.
  • the method is carried out in different network elements in the same way.
  • the various network elements can both have the same structure as well as a different structure.
  • a program or hardware can be created once and used multiple times for different network elements. In this way, the maintenance of the program or the hardware is reduced.
  • the number of network elements directly connected to the network element is determined for the relevant network element. With a number greater than two, the subject network element is included in the method for determining the loop-free tree structure. If, on the other hand, the number is equal to two or, in one embodiment, less than three, then the network element is excluded from the method for determining the loop-free tree structure. This training is based on the consideration that at
  • Network elements in rings loop freedom can be ensured in other ways, for example, by the fact that only a network element of the ring structure is included in an STP process.
  • the network element is initially excluded from the method for determining the loop-free tree structure. It defines the beginning and the end of a test period. Within the test period, after the
  • Exempting the network element from the method for determining the loop-free tree structure detects the arrival or the absence of data that is used to set a serve loop-free tree structure. These data are contained, for example, in so-called BPDUs (Bridge Protocol Data Unit). If such data is received within the strigZeitspannen, the network element remains exempted from the process, because it is ensured that a network element that has sent the data, the STP performs and thus ensures the loop freedom in the ring. If, on the other hand, no such data is received within the test period, the network element is automatically included in the method after the end of the test period. In this way, it is ensured that at least one network element, for example in a ring, performs the STP method. Further methods can ensure that only exactly one network element in a ring structure performs the STP process, even if the ring structure is not connected to any other network structure.
  • BPDUs Binary Protocol Data Unit
  • the network element is first included in the method for determining the loop-free tree structure. After inclusion, it is determined that the mesh element forms the root of the loop-free tree structure. After this determination, the network element remains involved in the process. If, on the other hand, it is ascertained after incorporating the network element that the network element is not the origin of the tree structure, the network element is excluded from the method again. By means of this procedure, it is possible to ensure, for example, that in a ring structure exactly one network element carries out the STP method, namely the network element which has been defined as the root of the loop-free tree structure in the ring structure.
  • the development is particularly suitable for ring structures that are not connected to any other network structures of a data transmission network, d. H. for isolated ring structures.
  • the data for setting the loop-free tree structure according to the so-called Ethernet protocol is transmitted, see IEEE 802.3.
  • the method according to the invention can also be applied to other transmission protocols.
  • At least one network element is a multiplexer for broadband connections or at least one network element is an optical multiplexer.
  • a broadband connection is a connection with a data transmission rate greater than 500 kilobits / s in a transmission direction as used in connection with the x Digital Subscriber Line (xDSL) method, where x indicates a special DSL method, e.g. ADSL (Asymmetrical DSL).
  • xDSL Digital Subscriber Line
  • the method for determining the loop-free tree structure is a so-called spanning tree method, in particular:
  • inventive method can also be used in other methods for determining loop-free tree structures, especially at higher protocol levels.
  • the data is transmitted in accordance with an optical transmission method.
  • data in optical data transmission networks can also be transmitted in accordance with the Ethernet protocol.
  • the invention also relates to a network element, in the operation of which the inventive method or a further development thereof are performed.
  • the above-mentioned technical effects also apply to the network element.
  • FIG. 1 shows method steps for automatic removal of a network element from a method for
  • FIG. 2 shows the structure of an access data transmission network
  • FIG. 3 shows the topology of the data transmission network according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows an optical data transmission network or an optical carrier data network (CDN)
  • FIG. 5 shows the optical data transmission network according to FIG View of a data communication network
  • FIG. 6 shows the topology of the data transmission network according to FIG. 4 determined by means of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows method steps for automatic removal of a network element from a method for determining a loop-free tree structure or for automatic inclusion of a network element in such a method for determining a loop-free tree structure.
  • the method begins in a method step S10.
  • STP is switched off for the relevant network element or STP is switched off in method step S10.
  • it is determined in the network element in which the method steps are carried out how many other network elements are directly adjacent to the relevant network element. This number will also be referred to as degrees below.
  • a method step S14 it is checked whether the degree determined in method step S12 is equal to two. If this is not the case, a method step S17 follows immediately after method step S14. In step S17, it is checked whether the degree is greater than two. If this is the case, follow the procedure S17 immediately a method step S18, in which the STP method is turned on in the relevant network element, so that this network element is included in the determination of the loop-free tree structure for the data transmission network. After method step S18, the
  • step S17 Procedure in a step S28 for the time being ended until e.g. there is a change in the topology of the data transmission network. If, on the other hand, it is determined in step S17 that the degree is not greater than two, i. the degree is 0 or 1, the method step S17 immediately follows
  • Method step S19 in which the STP is switched off for the relevant network element, in which the method steps shown in Figure 1 are performed.
  • method step S14 is followed directly by a method step S16 in which STP is switched off for the relevant network element. This is followed, as indicated by an arrow 2, the method step S28, in which the method is terminated, so that in the relevant network element, the STP method is not performed.
  • the network element in question is disregarded when determining a loop-free tree structure.
  • the method illustrated in FIG. 1 is used, for example, for all network elements or all network nodes of a network
  • Data transmission network performed.
  • all network elements are included that have more than two adjacent network nodes.
  • all network elements are excluded from the process having only two, only one or no adjacent network element, in particular network elements having only two neighbors in a ring.
  • the query of the method step S17 is performed instead of the query in the method step S14, with "yes" to Step S18 is branched. If no, a branch is made to method step S16.
  • the method step S19 is not required in this other embodiment.
  • each network element counts the number of active Network Network Interface (NNI) ports.
  • An active NNI port is an NNI port, with the connection status "up and running."
  • the role of the network element concerned and its properties are determined according to the number of detected NNI: -> 3 NNI: if the number of NNI > 2 is performed on the relevant network element STP / RSTP - 2 NNIs: if the number of NNI is exactly two, then these two ports are treated as ring ports by the network element: the STP protocol is turned off for that network element,
  • BPDUs Bridge Protocol Data Unit
  • BPDUs Channel Protocol Data Unit
  • These BPDUs are preferably forwarded with a higher priority than other frames. For example, the goal is to redirect these BPDUs to less than 5 milliseconds under peak load.
  • the learning of MAC addresses (medium access) is completely switched off at the ring ports. From now on, the network element is no longer one
  • Bridge or bridge in the ring It only works as a hub or as a distribution unit of data packets. As a result, each frame coming from a user is forwarded in both ring directions simultaneously.
  • the network element no longer needs to evaluate the "topology changed" notifications of the STP protocol Transmission direction, ie from the network to a user, the bridge function, however, is still effective.
  • a downlinked frame to a local user will only be forwarded to that user and will not be forwarded in the ring.
  • NNI if the number of NNIs is exactly 1, the network element itself classifies itself as a so-called leaf node or edge node in the access network. No BPDUs are created or interpreted on the NNI port. All BPDUs received on the single NNI port are discarded without processing.
  • Network elements eg. Only a data transfer between two connected subscribers or users is possible.
  • a variant V2 in addition to the method steps explained with reference to FIG. 1, the following method steps are carried out, wherein the jump performed by the dashed arrow 2 is not executed. If it is determined in method step S14 that the degree determined in method step S12 is not greater than two, then immediately after method step S14 there follows again a method step S16 in which the STP is deactivated for the relevant network element. After method step S16, variant V2 is followed immediately by a method step S20 in which the relevant network element checks whether BPDUs are being received. If this is not the case, then immediately after the method step S20 follows Step S22. In method step S22, the STP is activated for the relevant network element. After method step S22, in method variant V2, the method is terminated in method step S28, see dashed arrow 4.
  • method step S28 d follows immediately after method step S20. H. the process is terminated, leaving the STP switched off for the relevant network element.
  • the variant V2 is carried out in another embodiment, even without the method steps of the variant Vl, whose function is then met by other methods.
  • the variant V2 and also a variant V3 explained below are used in particular when all network elements of the data transmission network are in a ring structure. Namely, if all the network elements forming the ring perform the method according to variant Vl (STP pruning), the ring would no longer be loop-free. At least one network element in the ring should perform STP. In typical networks, such as access networks, such a topology need not be considered. An access ring has at least one network element connected to the core data transmission network, resulting in at least one network element having three NNI ports. If the connection to the core is lost, all services will be interrupted, regardless of whether there is a flood of broadcast messages or not.
  • each network element with exactly two NNI ports will suppress the STP (STP pruning).
  • STP pruning STP pruning
  • each of these network elements checks to see if STP BPDUs are present in the ring.
  • a timer is reset with each BPDU received at an NNI Ingress. However, if the timer reaches its final value without a BPDU being received, STP will be turned on for that particular network element. For example, the end time is five times the so-called "hello time" of BPDUs, which is, for example, two seconds.
  • This procedure ensures that at least one network element in the ring structure STP is performed. However, coincidentally, it can also be several network elements. In order to ensure that only exactly one network element STP performs, a variant V3 is carried out, which is explained below.
  • variant V3 the method steps explained on the basis of variant V1 and variant V2 are carried out, but the jumps represented by arrows 2 and 4 are not carried out.
  • a method step S23 is followed in which the system waits until the root network element in the data transmission network has been determined. This is followed by a method step S24.
  • method step S24 the relevant network element determines whether it has become the so-called root of a loop-free tree structure. If this is the case, then immediately after method step S24 follows
  • Method step S28 in which the method is ended, wherein the STP remains switched on for the relevant network element.
  • Method step S24 If, on the other hand, it is determined in method step S24 that the relevant network element has not become the root of the loop-free tree structure, it follows immediately after Method step S24 is a method step S26. In step S26, the STP is turned off for this network element. Subsequently, the method is terminated in method step S28.
  • the network element checks if it has become the root bridge or not. If the network element has not become the root bridge and still does not have more than two NNIs, then the network element will disable STP again. In particular, the so-called "forward delay timer" of the STP indicates the time required to select a bridge.
  • One or more network elements decide that STP is not yet activated in the ring and activate STP itself.
  • the ring ports on these network elements are blocked in consideration of the typical STP timing values such as learning delay or forwarding delay.
  • a single network element executes STP in the ring, namely the network element, which is also the root of the loop-free tree structure.
  • the variant V3 is in another embodiment without the method steps of the variant Vl or executed without the method steps of the variants V1 and V2.
  • FIG. 2 shows the structure of an access data transmission network 50.
  • the data transmission network 50 includes at its periphery a plurality of data transmission rings 52, 54 and 152 and 154 and other ring structures, not shown.
  • two collection units 56, 58 and five multiplexers 60 through 68 are interconnected using Ethernet lines 70 through 82 into a ring.
  • the collection units 56, 58 are also referred to as Aggregatorswitch.
  • collection units of the type SURPASS hiD 6650 from Siemens AG can be used, which have been expanded by units with the aid of which it is possible to carry out the method steps explained with reference to FIG.
  • the multiplexers 60 to 68 are also referred to as DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexers).
  • DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexers
  • the data transmission ring 52 also includes other unillustrated multiplexer units.
  • the data transmission rings 54 are also connected to the collection units 56 and 58.
  • the data transmission ring 152 also a plurality of multiplexer units and two collecting units 156 and 158 are connected in a ring by means of Ethernet lines.
  • the data transmission rings 154 are also connected to the collection units 156 and 158.
  • two collection units are arranged for the sake of redundancy.
  • the data transmission network 50 also contains two collection units 160 and 162, for example units SURPASS hiD 6650 or 6670 from Siemens AG.
  • the collection unit 160 is connected to the collection unit 56 via an Ethernet line 164 and to the collection unit 156 via an Ethernet line 158.
  • the collecting unit 162 is connected to the collecting unit 58 via an Ethernet line 166 and to the collecting unit 158 via an Ethernet line 170.
  • the communication network 50 also includes other network elements connected to the collection units 160 and 162.
  • optical line termination units can also be used, i. OLTs (Optical Line Terminator).
  • OLTs Optical Line Terminator
  • DSLAMs multiplexers
  • OLTs optical Line Terminator
  • the access rings are, for example, each with two collection units 56, 58, 156, 158 connected to the core of the collection network (aggregation network). From the point of view of the standard STP, in the topology shown in FIG. 2 with respect to the data transmission rings 52 and 152, there are sixteen so-called hops or forwarding units.
  • FIG. 3 shows for the data transmission network 50 the topology that results when the method shown in FIG. 1 is executed for each network element.
  • the DSLAMs 60 to 68 are no longer bridges, but so-called hops, ie distribution units 180 and 182, respectively.
  • the collection units 56 and 58 are now connected to the same hub 180 from the point of view of the STP.
  • This is a valid topology for STP.
  • the number of forwarding units has dropped from sixteen so-called hops to six hops.
  • the STP method converges faster or it can only ensure a secure convergence.
  • STP is performed only in the collection units 56, 58, 156, 158, 160 and 162, respectively. in network nodes having at least three ports to adjacent network devices. In contrast, STP is not performed in the multiplexers 60-68, as they each have only two adjacent network elements.
  • FIG. 4 shows an optical data transmission network 200 operated by a network operator.
  • the data transmission network 200 contains two fiber optic
  • the multiplexers 210 and 212 are duplicated for redundancy and serve to redundantly couple the two data transmission rings 202, 204 and the redundant access of a network management system (NMS). If the multiplexers 210 and 212 are considered to be a multiplexer, there are in the data transmission ring 202 between each two adjacent multiplexers 212 to 218, for example, two or more than two amplifier units 230 to 244, which are interconnected by means of optical transmission lines 250 to 272.
  • Transmission line 274 of data transmission ring 202 lies between multiplexers 210 and 212.
  • a transmission line of data transmission ring 202 lies between multiplexers 210 and 212.
  • the multiplexer units 210 to 218 are, for example, SURPASS hiT 7300 multiplexer units of the company Siemens AG. These multiplexer units are also referred to as add-drop multiplexers.
  • the amplifier units 230 to 244 are, for example, SURPASS hiT 7300 amplifier units from Siemens AG. However, it is also possible to use units of other companies for the multiplexers 210 to 218 or for the amplifier units 230 to 244.
  • the data transmission ring 204 is similar in construction to the data transmission ring 202, see, for example, the multiplexers 210, 212 and other multiplexers 220, 222 and 224.
  • the multiplexers 210 and 212 form a core data transmission network, also referred to as a backbone.
  • the multiplexers 214 to 218 and the multiplexers 220 to 224 are connected to further units, not shown, from which they collect data or to which they distribute data.
  • a data transmission ring 202 for example, more than 50 transmission channels, in particular 80 transmission channels, are transmitted at a data transmission rate of more than 20 Gbit / s, in particular of 40 Gbit / s.
  • Such data transmission methods are also referred to as DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing).
  • WDM Wavelength Division Multiplexing
  • SDH Synchronous Digital Hierarchy
  • SONET or any other suitable method is used instead of the DWDM method.
  • a data transmission channel in the data transmission rings 202 and 204 is for the management of the multiplexers and amplifier units.
  • a gating unit 300 is connected to the multiplexer 212, for example via a line 314.
  • the multiplexer 214 is connected to a gating unit 302 via a line 316. From the meshing unit 300 or the tide unit 302 feeds a line 310 or 312 to a network management system NMS.
  • a transmission channel of the optical data transmission network 200 is used in each data transmission ring 202 or 204 for the control of the network.
  • Data transmission channel data are transmitted, for example, according to the Ethernet protocol.
  • FIG. 5 shows the optical data transmission network 200 from the perspective of the control network which operates on an Ethernet basis.
  • the multiplexers 210 to 224 and the amplifier units 230 to 244 are so-called switches or bridges (bridges), which is illustrated in FIG. 5 by reference characters with trailing lowercase letters b, see, for example, Multiplexer 214b, which corresponds to the multiplexer 214 ,
  • Figures 4 and 5 show a typical DWDM network with two redundantly connected data transmission rings 202, 204.
  • the network elements are: Optical Add-Drop Multiplexers (OADM) 210 through 224 and Optical Line Repeaters (OLRs) 230 through 244.
  • OADM Optical Add-Drop Multiplexers
  • OLRs Optical Line Repeaters
  • the network management system NMS is connected to the DWDM network via two gateways (GW) 300 and 302, respectively.
  • the gateways 300, 302 separate the internal data communication network (DCN) from the external Carrier Data Network (CDN).
  • the gateways 300, 302 hide the internal IP addresses of the internal DCN, provide a so-called firewall and have additional functions.
  • DCN internal data communication network
  • CDN Carrier Data Network
  • Carrier data network transmits user data, such as music data, video data, voice data and program data.
  • the DCN mainly transmits control data.
  • FIG. 5 shows the data transmission network 200 from the perspective of the DCN.
  • the DCN is realized as a "switched network.”
  • STP In order to enable the data transmission network 200 shown in FIG default STP must be enabled on all network elements so that there are then 24 STP instances in this example. So many STP instances would dramatically increase the convergence time of STP.
  • FIG. 6 shows the topology of the data transmission network 200 defined with the aid of the method explained with reference to FIG.
  • Data transfer ring 202 STP in the multiplexers 214, 216 and 218 and in the amplifier units 230 to 244 off. These units are in terms of the STP method as a distribution unit 320, which is connected via the optical data transmission lines 250 to the multiplexer 212b and via the data transmission line 272 to the multiplexer 210b.
  • STP has been deactivated in the multiplexers 220, 222 and 224 as well as in the amplifier units of the data transmission ring 204, so that these units represent, as regards the STP method, distribution unit 322 or hubs.
  • the distribution unit 322 is over the optical
  • Data transmission line 278 connected to the multiplexer 212b and via the optical data transmission line 280 to the multiplexer 210b.
  • the STP method was activated, in particular to avoid loops for the transport of data packets in the data transmission ring 202 or in the data transmission ring 204.
  • the in FIG. 6 The topology displayed has only two network nodes or so-called hops. This also significantly reduces the convergence time of the STP process.
  • the number of NNIs of a single network element may change, so that STP is activated or deactivated. If the transition reduces the number of NNIs, the transition is not critical. If the number of NNIs is increased from two NNIs to three or more than three NNIs, the newly activated port should be blocked first. In a next step, STP is activated on the network element. If the loop-free tree has been calculated, the newly activated port will be unlocked according to the STP.
  • Disabling MAC address learning in the ring ports has the effect of sending each uplink frame in both ring directions.
  • the unnecessarily generated traffic is transmitted through the ring up to a blocked port of a collection unit where STP has disconnected the ring to avoid loops in the transmission of data.
  • the uplink traffic of one ring node may overlap with the downlink traffic of another ring node. In rare cases, this can lead to a reduction in the available bandwidth. However, a much greater influence on the bandwidth in the ring is the fact that the ring is not separated at an optimal location by STP, for example.
  • a protection time for RSTP can be determined empirically 4.
  • the proposed procedures can be activated or deactivated. The default value is activated. If the algorithm is deactivated, then the network element STP always goes through regardless of the current number of active NNIs relating to that network element. 6.) A so-called link aggregation can be used to increase the available bandwidth on a link. In these cases, the aggregated connection pays as an active NNI. To enable this, link aggregation and Link Aggregation Control Protocol (LACP) should be enabled by default on the ports.
  • LACP Link Aggregation Control Protocol
  • a network element may have a "subtending" interface to other network elements, in which case the subtending interface is paid as an NNI port, and cascaded interfaces are also paid as an NNI, because the topology is the same called dual homing for "subtended" network elements supported. This may be intentional or unintentional, so that a so-called plug-and-play method should treat a "subtending" interface as an NNI port.
  • the described methods avoid a dilemma that would occur in a static configuration: on the one hand, the network would not be loop-free without configuration. On the other hand, without a loop-free network, no configuration can be made by in-band management. On the other hand, the explained methods make it possible to ensure loop freedom even if a plug-and-play change of the network occurs.
  • the described methods also take into account the following considerations. After booting a network element, all its ports are blocked. In the next step, the network element captures the role of each of its ports. Two roles are significant: a so-called peripheral leaf port or leaf port is at the boundary of a network. A Loop can never originate over a leaf port because a leaf port is not connected to any other switch on the same network.
  • NNI Network Network Interface
  • RSTP adds the ability to set ports as leaf ports (operEdgePort is TRUE) through configuration.
  • TRUE perEdgePort
  • digital data switches or routers designed for specific applications may have additional capabilities to automatically detect if they have leaf ports without manual configuration.
  • the collection units or aggregation switches have only NNI ports.
  • the DSLAMs and OLTs are to be evaluated more accurately. All user ports are by specifying leaf ports. It is safe to assume that there are no loops in the data transmission via user ports or subscriber ports. Even though there is a loop between two users, the effects of such a loop will be limited only to the particular user, for example by the application of filters and controlling functions such as e.g. MAC
  • DCN for DCN in WDM systems or DWDM systems, on the other hand, in addition to the NNI ports that connect one network element to another network element, there are ports where there are connections to the NMS and / or to a local configuration terminal (Local Craft Terminal). There are gateways between the external NMS / LCT Ethernet ports and the internal DCN. In this case, no loop can be decided over the external port, because there is the gateway. Without a configured gateway on the external NMS / LCT Ethernet port, it is up to an operator to avoid looping through this interface.

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Abstract

Erläutert wird unter anderem ein Verfahren, bei dem ein Netzelement (58, 60) eines Datenübertragungsnetzes (50) automatisch in ein Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur einbezogen oder automatisch aus einem solchen Verfahren ausgenommen wird. Durch die Berücksichtigung von vorgegebenen Kriterien wird gewährleistet, dass auch beim Ausnehmen eines Netzelementes aus dem Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur keine Schleifen in dem Datenübertragungsnetz (50) entstehen können.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur in einem Datenübertragungsnetz und zugehöriges Netzelement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur in einem Datenübertragungsnetz. Eine Baumstruktur besteht aus so genannten Knoten, die Netzelementen entsprechen, und Zweigen, die zwischen jeweils zwei Knoten liegen und die Verbindungen zwischen
Netzelementen entsprechen. Die Netzelemente sind bspw. Switches bzw. Bridges. Eine schleifenfreie Baumstruktur liegt dann vor, wenn es innerhalb der Baumstruktur keine Ringstruktur gibt. Schleifenfreie Baumstrukturen sind beispielsweise für eine über der Protokollschicht 1, d.h. der Bitübertragungsschicht liegende Protokollschicht 2, d.h. der Sicherungsschicht, gefordert, siehe beispielsweise IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802. ID, 1998, insbesondere Kapitel 8, wo ein sogenannter Spanning Tree-Algorithmus und ein zugehöriges Protokoll beschrieben werden .
Jedoch gibt es auch auf höheren Protokollebenen die Forderung nach schleifenfreien Baumstrukturen, siehe beispielsweise die Protokollebene 3, d. h. die so genannte Vermittlungsschicht. Die bekannten Algorithmen konvergieren insbesondere bei sehr vielen Netzknoten in einem Datenübertragungsnetz nur sehr langsam. Andererseits ist aber ein manuelles bzw. statisches Abschalten der Einbeziehung in die Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur sehr kritisch, weswegen beispielsweise von der Firma Cisco gefordert wird, das STP- Protokoll auch beizubehalten, wenn es unnötig ist („keep STP even if it is unnecessary") .
So besteht beispielsweise ein Carrier Ethernet Netzwerk aus mehr als 70 oder sogar aus mehr als 100 Netzknoten. Die Netzwerktopologie gewährleistet üblicherweise Redundanz durch das Verwenden von Ringstrukturen und Maschenstrukturen. Verfahren wie STP (Spanning Tree Protocol) werden verwendet, um diese Topologien zu verwalten. Die Verwendung von STP ist sehr komplex und kritisch. STP und seine neueren Versionen, wie beispielsweise RSTP (Rapid STP) und MSTP (Multi STP) sind in ihrer Skalierbarkeit begrenzt. Mit den im Standard vorgegebenen STP-Parametern ist der so genannte Netzwerkdurchmesser auf 7 sogenannte Hops begrenzt. Durch eine Optimierung der STP-Parameter lässt sich ein Netzwerkdurchmesser von bis zu 19 Hops erzielen, jedoch ist dieses immer noch nicht für die Erfordernisse eines Carrier- Ethernet-Netzwerkes ausreichend.
Die Grundfunktionalität von STP oder anderen Protokollschicht-2-Verfahren (L2-Verfahren) ist nicht nur Fehlertoleranz (Resiliency) . Die Grundfunktionalität besteht auch darin, das Schicht 2-Netzwerk unter allen Umständen schleifenfrei zu halten. Schleifen sind aus den folgenden Gründen in einem Schicht 2-Netzwerk zu vermeiden: sogenannte Broadcast- bzw. Rundruf-Rahmen werden unendlich lange in den Schleifen übertragen, sogenannte Multicast- bzw. Mehrfachruf-Rahmen werden unendlich lange in den Schleifen übertragen, die Vervielfältigung der Broadcast- und Multicast-Rahmen wird fortgesetzt, bis die maximale Datenübertragungsrate des Ethernet-Netzes erreicht ist, alle Verbindungen werden vollständig mit Broadcast-Daten- übertragungsverkehr gefüllt, die meisten der Warteschlangen bzw. Wartespeicher in den Netzknoten sind gefüllt, - die Steuerprozessoren in den Netzknoten werden überlastet, Nutzdatenverkehr wird mit einer sehr hohen Rahmenverlustdatenübertragungsrate übertragen, Nutzer-Netzwerke werden mit Broadcast- und Multicast- Nachrichten überflutet, und - ein so genanntes In-Band Management des Netzes ist nicht länger möglich. In Firmennetzwerken wurde die Erfahrung gemacht, dass ein falsch gestecktes Patch-Kabel, d.h. eines Kabels mit einer Lange die bspw. kleiner als zehn Meter ist, oder das Erganzen eines neuen Switches unbeabsichtigt eine Schleife hervorrufen kann und das gesamte Netzwerk damit zusammenbricht. Aus diesen Gründen ist STP ein unbedingtes Erfordernis in Firmennetzwerken, auch dann, wenn Schicht 2 (L2) Fehlertoleranz (Resiliency) in der Firma nicht verwendet wird.
Ein Carrier-Netzwerk bzw. Betreiber-Netzwerk hat einen schleifenfreien Betrieb zu garantieren. Alle Netzelemente sollen dies mit den Standardparametern garantieren. Wenn die Netzknoten und ihre Parameter umkonfiguriert werden, sollte ein schleifenfreier Betrieb garantiert werden, auch in Fallen einer Fehlkonfiguration. Eine Vergrößerung bzw. eine Änderung des Netzwerkes sollte nicht zu Schleifen fuhren, auch nicht für eine kurze Zeit.
Damit ist STP ohne eine Veränderung nicht für die benotigten Netzwerkgroßen geeignet und kann keine Technologien unterstutzen, bei denen eine große Anzahl von Zugangspunkten (Access Points) in einer Ringstruktur verbunden sind.
Dennoch ist es Aufgabe der Erfindung eine einfaches und verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur anzugeben. Außerdem soll ein zugehöriges Netzelement angegeben werden.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelost. Weiterbildungen sind in den Unteranspruchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemaßen Verfahren wird in einem Netzelement bzw. in jedem Netzelement der folgende Schritt ausgeführt: in einem Netzelement eines Datenubertragungsnetzes automatisches Einbeziehen des Netzelementes in ein Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur oder automatisches Ausnehmen des Netzelementes aus einem solchen Verfahren abhängig von mindestens einem der folgenden oder von allen der folgenden Punkte:
- der Anzahl der mit dem Netzelement direkt verbundenen weiteren Netzelementen,
- dem Erfassen des Eintreffens oder dem Erfassen des
Ausbleibens von Daten zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur, und
- der Funktion, die dem Netzelement in der schleifenfreien Baumstruktur zugeordnet wird.
Das Berücksichtigen der angegebenen Kriterien stellt sicher, dass Schleifen auch bei Umkonfigurationen und bei fehlerhaftem Umstecken gewährleistet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind alle
Netzwerkelemente gemäß ihrer Grundkonfiguration zugeschaltet, so dass sie in STP einbezogen werden. Alternativ sind die Netzelemente in der Grundfunktion vom STP-Verfahren ausgenommen. Somit kommt es auf die Grundkonfiguration nicht an, weil relativ schnell ermittelt werden kann, ob ein Netzelement in das STP-Verfahren einbezogen werden soll oder vom STP-Verfahren ausgenommen werden soll. Ein Netzelement erfasst automatisch, ob eine aktive STP-Instanz für dieses spezielle Netzelement erforderlich ist oder nicht. Wenn ein Netzelement in das STP-Verfahren nicht einbezogen werden braucht, nimmt dieses Netzelement an dem STP-Verfahren nicht teil, was als sogenanntes STP-Pruning (STP-Unterdrückung) bezeichnet wird. Nur wenn eine Einbeziehung des Netzelementes in das STP-Verfahren erforderlich ist, wird es in das STP- Verfahren einbezogen. Auf diese Art lässt sich die Anzahl der Netzelemente reduzieren, die in das STP-Verfahren einbezogen werden. Damit ist die Skalierbarkeit von STP nach oben hin erheblich vergrößert. Das STP-Protokoll selbst wird dagegen nicht verändert.
Die Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt auch von der Netztopologie ab. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Topologien besonders wirkungsvoll, in denen eine große Anzahl von Netzelementen bzw. von Netzknoten zu einem Ring verbunden ist, insbesondere an der Peripherie des Netzwerkes, . Zwei Beispiele dafür werden unten anhand der Figuren erläutert.
Bei einer Weiterbildung wird das Verfahren in verschiedenen Netzelementen in der gleichen Weise durchgeführt. Die verschiedenen Netzelemente können sowohl den gleichen Aufbau haben als auch einen voneinander verschiedenen Aufbau. Damit lasst sich beispielsweise ein Programm oder eine Hardware einmal erstellen und für voneinander verschiedene Netzelemente mehrfach nutzen. Auf diese Weise wird auch der Wartungsaufwand des Programms bzw. der Hardware reduziert.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird für das betreffende Netzelement die Anzahl der mit dem Netzelement direkt verbundenen Netzelemente ermittelt. Bei einer Anzahl großer als zwei wird das betreffende Netzelement in das Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur einbezogen. Ist dagegen die Anzahl gleich zwei oder bei einer Ausgestaltung kleiner als drei, so wird das Netzelement von dem Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur ausgenommen. Diese Weiterbildung geht von der Überlegung aus, dass bei
Netzelementen in Ringen eine Schleifenfreiheit auch auf andere Art und Weise gewahrleistet werden kann, beispielsweise dadurch, dass nur ein Netzelement der Ringstruktur in ein STP-Verfahren einbezogen wird.
Bei einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird das Netzelement zunächst von dem Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur ausgenommen. Es wird der Beginn und das Ende einer PrüfZeitspanne festgelegt. Innerhalb der PrüfZeitspanne wird nach dem
Ausnehmen des Netzelementes von dem Verfahren zur Bestimmung der schleifenfreien Baumstruktur das Eintreffen bzw. das Ausbleiben von Daten erfasst, die zum Festlegen einer schleifenfreien Baumstruktur dienen. Diese Daten sind bspw. in so genannten BPDUs (Bridge Protocol Data Unit) enthalten. Werden solche Daten innerhalb der PrüfZeitspannen empfangen, so bleibt das Netzelement von dem Verfahren ausgenommen, weil gewährleistet ist, dass ein Netzelement, welches die Daten gesendet hat, das STP durchführt und damit die Schleifenfreiheit im Ring gewährleistet. Werden dagegen innerhalb der PrüfZeitspanne keine solche Daten empfangen, so wird nach dem Ablauf der PrüfZeitspanne das Netzelement automatisch in das Verfahren einbezogen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass mindestens ein Netzelement beispielsweise in einem Ring, das STP-Verfahren durchführt. Durch weitere Verfahren kann gewährleistet werden, dass nur genau ein Netzelement in einer Ringstruktur das STP-Verfahren durchführt, auch dann wenn die Ringstruktur an keine weitere Netzstruktur angeschlossen ist.
Bei einer nächsten Weiterbildung wird das Netzelement in das Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur zunächst einbezogen. Nach dem Einbeziehen wird festgestellt, dass das Netzelement den Ursprung bzw. die Wurzel (root) der schleifenfreien Baumstruktur bildet. Nach dieser Feststellung bleibt das Netzelement in das Verfahren einbezogen. Wird dagegen nach dem Einbeziehen des Netzelementes festgestellt, dass das Netzelement nicht der Ursprung der Baumstruktur ist, so wird das Netzelement aus dem Verfahren wieder ausgenommen. Durch diese Vorgehensweise lässt sich beispielsweise gewährleisten, dass in einer Ringstruktur genau ein Netzelement das STP-Verfahren durchführt, nämlich das Netzelement, das als Wurzel der schleifenfreien Baumstruktur in der Ringstruktur festgelegt worden ist. Die Weiterbildung eignet sich besonders für Ringstrukturen, die an keine weiteren Netzstrukturen eines Datenübertragungsnetzes angeschlossen sind, d. h. für isolierte Ringstrukturen.
Bei einer anderen Weiterbildung werden die Daten zum Festlegen der schleifenfreien Baumstruktur gemäß dem so genannten Ethernet-Protokoll übertragen, siehe IEEE 802.3. Jedoch lasst sich das erfindungsgemaße Verfahren auch bei anderen Ubertragungsprotokollen anwenden.
Bei einer Weiterbildung ist mindestens ein Netzelement ein Multiplexer für Breitbandanschlusse oder mindestens ein Netzelement ist ein optischer Multiplexer. Ein Breitbandanschluss ist dabei ein Anschluss mit einer Datenübertragungsrate großer als 500 Kilobit/s in einer Ubertragungsrichtung, wie sie im Zusammenhang mit xDSL- Verfahren (x Digital Subscriber Line) verwendet werden, wobei x eine spezielles DSL Verfahren angibt, z.B. ADSL (Asymmetrical DSL) .
Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist das Verfahren zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur ein so genanntes Spanning-Tree- Verfahren, insbesondere:
- das Verfahren nach IEEE 802. ID (STP),
- das Verfahren nach IEEE 802. Iw (RSTP), oder - das Verfahren nach IEEE 802.1s (MSTP).
Jedoch lasst sich das erfindungsgemaße Verfahren auch bei anderen Verfahren zum Ermitteln von schleifenfreien Baumstrukturen einsetzen, insbesondere auch auf höheren Protokollebenen .
Bei einer nächsten Weiterbildung werden die Daten gemäß einem optischen Ubertragungsverfahren übertragen. Beispielsweise können Daten in optischen Datenubertragungsnetzen auch gemäß Ethernet-Protokoll übertragen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Netzelement, bei dessen Betrieb das erfindungsgemaße Verfahren oder eine seiner Weiterbildung ausgeführt werden. Damit gelten die oben genannten technischen Wirkungen auch für das Netzelement.
Im Folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigen: Figur 1 Verfahrensschritte zum automatischen Ausnehmen eines Netzelementes aus einem Verfahren zum
Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur oder zum automatischen Einbeziehen eines Netzelementes in ein solches Verfahren,
Figur 2 die Struktur eines Zugangs-Datenübertragungsnetzes, Figur 3 die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegte Topologie des Datenübertragungsnetzes gemäß Figur 2, Figur 4 ein optisches Datenübertragungsnetz bzw. ein optisches Carrier-Datennetzwerk (CDN) , Figur 5 das optische Datenübertragungsnetz gemäß Figur 4 aus Sicht eines Datenkommunikationsnetzwerkes
(DCN) , und Figur 6 die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegte Topologie des Datenübertragungsnetzes gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt Verfahrensschritte zum automatischen Ausnehmen eines Netzelementes aus einem Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur oder zum automatischen Einbeziehen eines Netzelementes in ein solches Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur. Das Verfahren beginnt in einem Verfahrensschritt SlO. Im Verfahrensschritt SlO ist STP für das betreffende Netzelement ausgeschaltet oder STP wird im Verfahrensschritt SlO ausgeschaltet. In einem unmittelbar folgenden Verfahrensschritt S12 wird in dem Netzelement, in dem die Verfahrensschritte durchgeführt werden, festgestellt, wie viel andere Netzelemente direkt mit dem betreffenden Netzelement benachbart sind. Diese Anzahl wird im Folgenden auch als Grad bezeichnet.
In einem Verfahrensschritt S14 wird geprüft, ob der im Verfahrensschritt S12 ermittelte Grad gleich zwei ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S14 ein Verfahrensschritt S17. Im Verfahrensschritt S17 wird geprüft, ob der Grad größer als zwei ist. Ist dies der Fall, so folgt dem Verfahrensschritt S17 unmittelbar ein Verfahrensschritt S18, in dem das STP- Verfahren in dem betreffenden Netzelement eingeschaltet wird, so dass dieses Netzelement bei der Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur für das Datenubertragungsnetz einbezogen wird. Nach dem Verfahrensschritt S18 wird das
Verfahren in einem Schritt S28 vorerst beendet, bis z.B. eine Änderung in der Topologie des Datenubertragungsnetzes auftritt. Wird dagegen im Verfahrensschritt S17 festgestellt, dass der Grad nicht großer als zwei ist, d.h. der Grad ist 0 oder 1, so folgt dem Verfahrensschritt S17 unmittelbar ein
Verfahrensschritt S19, in welchem das STP für das betreffende Netzelement ausgeschaltet wird, in dem die in Figur 1 gezeigten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Wird dagegen im Verfahrensschritt S14 festgestellt, dass der im Verfahrensschritt S12 ermittelte Grad gleich zwei ist, so folgt dem Verfahrensschritt S14 direkt ein Verfahrensschritt S16 in dem STP für das betreffende Netzelement ausgeschaltet wird. Danach folgt, wie durch einen Pfeil 2 angedeutet, der Verfahrensschritt S28, in dem das Verfahren beendet wird, so dass in dem betreffenden Netzelement das STP-Verfahren nicht durchgeführt wird. Somit bleibt das betreffende Netzelement beim Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur unberücksichtigt .
Das in Figur 1 dargestellte Verfahren wird bspw. für alle Netzelemente bzw. alle Netzknoten eines
Datenubertragungsnetzes durchgeführt. Jedoch lassen sich bspw. auch manuell einzelne Netzelemente festlegen, die nicht einbezogen werden. Im Ergebnis einer ersten Variante Vl werden alle Netzelemente einbezogen, die mehr als zwei benachbarte Netzknoten haben. Dagegen werden alle Netzelemente von dem Verfahren ausgenommen, die nur zwei, nur ein oder kein benachbartes Netzelement haben, insbesondere Netzelemente, die in einem Ring nur zwei Nachbarn haben. Bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel der Variante Vl wird die Abfrage des Verfahrensschrittes S17 an Stelle der Abfrage im Verfahrensschritt S14 durchgeführt, wobei bei "ja" zu Verfahrensschritt S18 verzweigt wird. Bei "nein" wird zu Verfahrensschritt S16 verzweigt. Der Verfahrensschritt S19 ist bei diesem anderen Ausführungsbeispiel nicht erforderlich.
Mit anderen Worten ausgedrückt, zählt jedes Netzelement die Anzahl der aktiven NNI-Ports (Network Network Interface) . Ein aktiver NNI-Port ist dabei ein NNI-Port, mit dem Verbindungsstatus ,,up and running" . Die Rolle des betreffenden Netzelements und seiner Eigenschaften werden abhängig von der Anzahl der erfassten NNI ermittelt: - > 3 NNI : wenn die Anzahl der NNI > 2 ist, wird bezüglich des betreffenden Netzelementes STP/RSTP ausgeführt. - 2 NNIs: wenn die Anzahl der NNI genau zwei ist, dann werden diese zwei Ports von dem Netzelement als Ringports behandelt : das STP-Protokoll wird für dieses Netzelement ausgeschaltet,
BPDUs (Bridge Protocol Data Unit) die an einem Ringport empfangen werden, werden transparent zu dem anderen Ringport weitergeleitet. Diese BPDUs werden vorzugsweise mit einer höheren Priorität weitergeleitet als andere Rahmen. Das Ziel ist beispielsweise eine Weiterleitung dieser BPDUs in weniger als 5 Millisekunden unter Höchstlast. Das Erlernen von MAC-Adressen (medium access) ist vollständig an den Ringports ausgeschaltet. Von nun an ist das Netzelement nicht länger eine
Brücke bzw. Bridge in dem Ring. Es arbeitet nur noch als Hub bzw. als Verteilereinheit von Datenpaketen. Als eine Folge davon wird jeder von einem Nutzer kommende Rahmen in beide Ringrichtungen gleichzeitig weitergeleitet.
Deshalb muss das Netzelement nicht mehr die „topology changed"-Notifications des STP- Protokolls auswerten. In der umgekehrten Ubertragungsrichtung, d.h. vom Netz zu einem Nutzer ist die Bruckenfunktion dagegen noch wirksam. Ein abwärts übertragener Rahmen zu einem lokalen Nutzer wird nur zu diesem Nutzer weitergeleitet und wird nicht im Ring weitergeleitet .
- 1 NNI : wenn die Anzahl der NNIs genau 1 ist, stuft sich das Netzelement selbst als ein so genannter Blattknoten (leaf-node) bzw. Randknoten in dem Zugriffsnetzwerk ein. Keine BPDUs werden an dem NNI-Port erzeugt oder interpretiert. Alle BPDUs, die an dem einzigen NNI-Port empfangen werden, werden ohne Bearbeitung verworfen.
- 0 NNI : - das Netzelement hat keine Verbindung zu anderen
Netzelementen, bspw. ist nur eine Datenübertragung direkt zwischen zwei angeschlossenen Subscribern bzw. Nutzern möglich.
Jedes Ereignis, mit dem eine Verbindung an einem NNI-Port gesteckt oder herausgenommen wird, fuhrt zu einer Neuberechnung der Anzahl NNI-Ports. Sobald sich die Anzahl der NNI-Ports verändert, verändert sich die Rolle und die Eigenschaften des Netzelementes entsprechend.
Bei einer Variante V2 werden zusatzlich zu den anhand der Figur 1 erläuterten Verfahrensschritten die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt, wobei der durch den gestrichelten Pfeil 2 ausgeführt Sprung nicht ausgeführt wird. Wird im Verfahrensschritt S14 festgestellt, dass der im Verfahrensschritt S12 ermittelte Grad nicht großer als zwei ist, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S14 wieder der ein Verfahrensschritt S16, in dem das STP für das betreffende Netzelement deaktiviert wird. Nach dem Verfahrensschritt S16 folgt bei der Variante V2 unmittelbar ein Verfahrensschritt S20, in dem das betreffende Netzelement prüft, ob BPDUs empfangen werden. Ist dieses nicht der Fall, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S20 ein Verfahrensschritt S22. Im Verfahrensschritt S22 wird das STP für das betreffende Netzelement aktiviert. Nach dem Verfahrensschritt S22 wird in der Variante V2 das Verfahren im Verfahrensschritt S28 beendet, siehe gestrichelten Pfeil 4.
Wird dagegen im Verfahrensschritt S20 festgestellt, dass das betreffende Netzelement BPDUs empfängt, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S20 der Verfahrensschritt S28, d. h. das Verfahren wird beendet, wobei für das betreffende Netzelement das STP ausgeschaltet bleibt.
Die Variante V2 wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch ohne die Verfahrensschritte der Variante Vl ausgeführt, deren Funktion dann durch andere Verfahren erfüllt wird.
Die Variante V2 und auch eine im Folgenden erläuterte Variante V3 werden insbesondere dann besonders genutzt, wenn sich sämtliche Netzelemente des Datenübertragungsnetzes in einer Ringstruktur befinden. Wenn nämlich alle Netzelemente, die den Ring bilden, das Verfahren gemäß Variante Vl ausführen (STP Pruning) , wäre der Ring nicht länger schleifenfrei. Mindestens ein Netzelement in dem Ring sollte STP durchführen. In typischen Netzwerken, wie Zugangsnetzwerken, muss eine solche Topologie nicht betrachtet werden. Ein Zugangsring hat mindestens ein Netzelement mit einer Verbindung zu dem Kern- Datenübertragungsnetz, was dazu führt, dass mindestens ein Netzelement drei NNI-Ports hat. Wenn die Verbindung zu dem Kern verloren wird, werden alle Dienste unterbrochen, unabhängig davon, ob es eine Flut von Broadcast-Nachrichten gibt oder nicht.
Dennoch werden die Varianten V2 und V3 erläutert, die auch beispielsweise in solchen Fällen einen schleifenfreien Betrieb des Netzwerkes ermöglichen. Bei der bereits erläuterten Variante V2 wird jedes Netzelement mit genau zwei NNI-Ports das STP unterdrücken (STP-Pruning) . In dieser Betriebsart überprüft jedes dieser Netzelemente, ob STP-BPDUs im Ring vorhanden sind. Eine Zeitschaltung (Timer) wird zurückgesetzt mit jeder an einem NNI-Eingang (NNI Ingress) empfangenen BPDU. Wenn die Zeitschaltung jedoch ihren Endwert erreicht, ohne dass eine BPDU empfangen worden ist, so wird STP für das betreffende Netzelement eingeschaltet. Beispielsweise beträgt die Endzeit das Fünffache der so genannten „Hello-Zeit" von BPDUs, die beispielsweise zwei Sekunden beträgt.
Durch diese Vorgehensweise wird sichergestellt, dass mindestens ein Netzelement in der Ringstruktur STP durchführt. Jedoch können es zufälligerweise auch mehrere Netzelemente sein. Um zu gewährleisten, dass nur genau ein Netzelement STP durchführt, wird eine Variante V3 durchgeführt, die im Folgenden erläutert wird.
Bei der Variante V3 werden die anhand der Variante Vl und der Variante V2 erläuterten Verfahrensschritte durchgeführt, wobei jedoch die durch die Pfeile 2 und 4 dargestellten Sprünge nicht durchgeführt werden. Bei der Variante V3 folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S22 ein Verfahrensschritt S23 in dem gewartet wird, bis das Wurzel- Netzelement in dem Datenübertragungsnetz bestimmt worden ist. Danach folgt ein Verfahrensschritt S24. In dem Verfahrensschritt S24 ermittelt das betreffende Netzelement, ob es die so genannte Wurzel (root) einer schleifenfreien Baumstruktur geworden ist. Ist dieses der Fall, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S24 der
Verfahrensschritt S28, in welchem das Verfahren beendet wird, wobei das STP für das betreffende Netzelement eingeschaltet bleibt.
Wird dagegen im Verfahrensschritt S24 festgestellt, dass das betreffende Netzelement nicht die Wurzel der schleifenfreien Baumstruktur geworden ist, so folgt unmittelbar nach dem Verfahrensschritt S24 ein Verfahrensschritt S26. Im Verfahrensschritt S26 wird das STP für dieses Netzelement ausgeschaltet. Anschließend wird das Verfahren im Verfahrensschritt S28 beendet.
Mit anderen Worten gilt, dass dann, wenn das Netzelement annehmen kann, dass das Verfahren zum Auswählen der Wurzelbrücke abgeschlossen ist, prüft, ob es die Wurzelbrücke geworden ist oder nicht. Wenn das Netzelement nicht die Wurzelbrücke geworden ist und immer noch nicht mehr als zwei NNIs hat, dann deaktiviert das Netzelement STP wieder. Insbesondere gibt der so genannte „forward delay timer" des STP die Zeit an, die zur Auswahl einer Brücke erforderlich ist .
Damit ergeben sich die folgenden Abläufe in einem Ring:
1. ein Ring ohne STP wird gebildet, d. h. das letzte Patch- Kabel wird eingesteckt,
2. eine Vielzahl von Broadcast-Nachrichten (Broadcast Storm) wird ausgelöst,
3. es werden keine BPDUs erzeugt,
4. eine oder mehrere Netzelemente entscheiden, dass im Ring noch kein STP aktiviert ist und aktivieren selbst STP. Die Ringports an diesen Netzelementen werden blockiert mit Rücksicht auf die typischen STP-Timingwerten wie Lernverzögerung oder Weiterleitungsverzögerung.
5. eine Wurzelbrücke wird ausgewählt,
6. alle Ringports gehen in die so genannte Weiterleitungsbe triebsart außer einem Port. 7. alle Netzelemente außer die Rootbrücke (Bridge) deaktivieren STP.
8. ein einziges Netzelement führt STP in dem Ring aus, nämlich das Netzelement, das auch die Wurzel der schleifen freien Baumstruktur ist.
Auch die Variante V3 wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel ohne die Verfahrensschritte der Variante Vl bzw. ohne die Verfahrensschritte der Varianten Vl und V2 ausgeführt .
Figur 2 zeigt die Struktur eines Zugangs- Datenübertragungsnetzes 50. Das Datenübertragungsnetz 50 enthält an seiner Peripherie eine Vielzahl von Datenübertragungsringen 52, 54 sowie 152 und 154 sowie weitere nicht dargestellte Ringstrukturen. Im Datenübertragungsring 52 sind zwei Sammeleinheiten 56, 58 sowie fünf Multiplexer 60 bis 68 unter Verwendung von Ethernet-Leitungen 70 bis 82 zu einem Ring zusammengeschaltet. Die Sammeleinheiten 56, 58 werden auch als Aggregatorswitch bezeichnet. Beispielsweise lassen sich Sammeleinheiten des Typs SURPASS hiD 6650 der Firma Siemens AG verwenden, die um Einheiten erweitert worden sind, mit deren Hilfe sich die anhand der in Figur 1 erläuterten Verfahrensschritte ausführen lassen. Die Multiplexer 60 bis 68 werden auch als DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) bezeichnet. Beispielsweise lassen sich Einheiten SURPASS hiX 5630 bzw. 5635 der Firma Siemens AG verwenden.
Alternativ lassen sich jedoch für die Sammeleinheiten 56, 58 und für die Multiplexer 60 bis 68 auch Einheiten anderer Firmen verwenden. Der Datenübertragungsring 52 enthält außerdem weitere nicht dargestellte Multiplexereinheiten . Die Datenübertragungsringe 54 sind ebenfalls an die Sammeleinheiten 56 und 58 angeschlossen.
Im Datenübertragungsring 152 sind ebenfalls eine Vielzahl von Multiplexereinheiten sowie zwei Sammeleinheiten 156 und 158 ringförmig verschaltet mit Hilfe von Ethernet-Leitungen. Die Datenübertragungsringe 154 sind ebenfalls an die Sammeleinheiten 156 und 158 angeschlossen. In jedem Datenübertragungsring 52, 152, 54, 154 sind zwei Sammeleinheiten aus Gründen der Redundanz angeordnet.
Das Datenübertragungsnetz 50 enthält außerdem zwei Sammeleinheiten 160 und 162, beispielsweise Einheiten SURPASS hiD 6650 bzw. 6670 der Firma Siemens AG. Die Sammeleinheit 160 ist über eine Ethernetleitung 164 mit der Sammeleinheit 56 und über eine Ethernetleitung 158 mit der Sammeleinheit 156 verbunden. Die Sammeleinheit 162 ist über eine Ethernetleitung 166 mit der Sammeleinheit 58 und über eine Ethernetleitung 170 mit der Sammeleinheit 158 verbunden. Das Datenübertragungsnetz 50 enthält außerdem weitere Netzelemente, die mit den Sammeleinheiten 160 und 162 verbunden sind.
An Stelle der Multiplexeinheiten 60 bis 68 lassen sich auch optische Leitungsabschlusseinheiten verwenden, d.h. OLTs (Optical Line Terminator) . In einem Zugangsnetzwerk gibt es eine große Anzahl von Multiplexern, (DSLAM) und OLT, die dazu dienen, den Verkehr von Tausenden von Nutzern beispielsweise zu einem IP-Backbone zu sammeln bzw. zu verteilen. Aus Redundanzgründen werden die DSLAM/OLT zu Ringstrukturen verschaltet. Die Zugangsringe sind bspw. jeweils mit zwei Sammeleinheiten 56, 58, 156, 158 an den Kern des Sammelnetzwerkes (Aggregation Network) angeschlossen. Aus der Sicht des Standard-STP gibt es bei der in Figur 2 gezeigten Topologie bezüglich der Datenübertragungsringe 52 und 152 sechzehn so genannte Hops bzw. Weiterleitungseinheiten . Damit ist bereits die Grenze der Skalierbarkeit von STP erreicht. Eine Besonderheit der Topologie ist jedoch, dass die DSLAMs 60 bis 68 jeweils nur zwei Ringports als Verbindung zu dem Zugangsnetzwerk haben. Deshalb ist es möglich STP in diesen DSLAMs 60 bis 68 auszuschalten ohne die Redundanz bzw. die Schleifenfreiheit zu beeinträchtigen. Bei dieser Vorgehensweise ergibt sich die in Figur 3 dargestellte Topologie.
Figur 3 zeigt für das Datenübertragungsnetz 50 die Topologie, die entsteht, wenn das in Figur 1 gezeigten Verfahren für jedes Netzelement ausgeführt wird. Aus der Sicht des STP sind die DSLAMs 60 bis 68 keine Brücken mehr, sondern so genannte Hops, d.h. Verteileinheiten 180 bzw. 182. Die Sammeleinheiten 56 und 58 sind nun aus der Sicht des STP mit dem gleichen Hub 180 verbunden. Dieses ist jedoch eine gültige Topologie für STP. Die Anzahl der Weiterleitungseinheiten hat sich von sechzehn so genannten Hops auf sechs Hops reduziert. Damit konvergiert das STP-Verfahren schneller bzw. es lasst sich erst ein sicheres Konvergieren gewahrleisten.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, wird STP nur in den Sammeleinheiten 56, 58, 156, 158, 160 bzw. 162 durchgeführt, d.h. in Netzknoten, die mindestens drei Anschlüsse zu benachbarten Netzeinheiten haben. Dagegen wird STP nicht in den Multiplexern 60 bis 68 durchgeführt, da diese jeweils nur zwei benachbarte Netzelemente haben.
Figur 4 zeigt ein optisches Datenubertragungsnetz 200, das von einem Netzbetreiber betrieben wird. Das Datenubertragungsnetz 200 enthalt zwei Glasfaser-
Datenubertragungsringe 202 und 204 sowie eine Vielzahl von weiteren nicht dargestellten Glasfaserstrecken.
Im Datenubertragungsring 200 sind beispielsweise fünf optische Multiplexereinheiten 210 bis 218 zu einer
Ringstruktur verbunden. Die Multiplexer 210 und 212 sind aus Redundanzgrunden doppelt ausgeführt und dienen der redundanten Kopplung der beiden Datenubertragungsringe 202, 204 sowie dem redundanten Zugriff eines Netzverwaltungssystems (NMS - Network Management System) . Werden die Multiplexer 210 und 212 als ein Multiplexer betrachtet, so gibt es in dem Datenubertragungsring 202 zwischen jeweils zwei benachbarten Multiplexern 212 bis 218 bspw. zwei oder mehr als zwei Verstarkereinheiten 230 bis 244, die mit Hilfe von optischen Ubertragungsleitungen 250 bis 272 zusammengeschaltet sind. Eine optische
Ubertragungsleitung 274 des Datenubertragungsringes 202 liegt zwischen den Multiplexern 210 und 212. Außerdem liegt eine Ubertragungsleitung des Datenubertragungsringes 202 zwischen den Multiplexern 210 und 212.
Die Multiplexereinheiten 210 bis 218 sind beispielsweise Multiplexereinheiten des Typs SURPASS hiT 7300 der Firma Siemens AG. Diese Multiplexereinheiten werden auch als so genannte Add-Drop-Multiplexer bezeichnet. Die Verstarkereinheiten 230 bis 244 sind beispielsweise Verstarkereinheiten des Typs SURPASS hiT 7300 der Firma Siemens AG. Jedoch lassen sich für die Multiplexer 210 bis 218 bzw. für die Verstarkereinheiten 230 bis 244 auch Einheiten anderer Firmen verwenden.
Der Datenubertragungsring 204 ist ahnlich wie der Datenubertragungsring 202 aufgebaut, siehe beispielsweise die Multiplexer 210, 212 sowie weitere Multiplexer 220, 222 und 224.
Die Multiplexer 210 und 212 bilden ein Kern- Datenubertragungsnetz, das auch als Backbone bezeichnet wird. Die Multiplexer 214 bis 218 bzw. die Multiplexer 220 bis 224 sind dagegen mit weiteren nicht dargestellten Einheiten verbunden, von denen sie Daten sammeln bzw. zu denen sie Daten verteilen. In einem Datenubertragungsring 202 werden beispielsweise mehr als 50 Ubertragungskanale, insbesondere 80 Ubertragungskanale, mit einer Datenübertragungsrate von jeweils mehr als 20 Gbit/s, insbesondere von 40 Gbit/s übertragen. Derartige Datenubertragungsverfahren werden auch als DWDM-Verfahren bezeichnet (Dense Wavelength Division Multiplexing) . Bei einem anderen Ausfuhrungsbeispiel wird ein WDM-Verfahren (Wavelength Division Multiplexing) , ein SDH- Verfahren (Synchronous Digital Hierarchy) , ein SONET- Verfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren an Stelle des DWDM-Verfahrens genutzt.
Ein Datenubertragungskanal in den Datenubertragungsringen 202 und 204 dient jedoch der Verwaltung bzw. dem Management der Multiplexer und Verstarkereinheiten. Eine Netzubergangseinheit 300 ist mit dem Multiplexer 212 verbunden, beispielsweise über eine Leitung 314. Ebenso ist der Multiplexer 214 mit einer Netzubergangseinheit 302 über eine Leitung 316 verbunden. Von der Netzubergangseinheit 300 bzw. der Netzubergangseinheit 302 fuhrt eine Leitung 310 bzw. 312 zu einem Netzwerkmanagementsystem NMS.
Ein Ubertragungskanal des optischen Datenubertragungsnetzes 200 wird in jedem Datenubertragungsring 202 bzw. 204 für die Steuerung des Netzes verwendet. In diesem
Datenubertragungskanal werden Daten beispielsweise gemäß dem Ethernet-Protokoll übertragen.
Figur 5 zeigt das optische Datenubertragungsnetz 200 aus der Sicht des Steuerungsnetzes, das auf Ethernetbasis arbeitet. Aus Sicht des Steuerungsnetzes sind die Multiplexer 210 bis 224 sowie die Verstarkereinheiten 230 bis 244 so genannte Switches bzw. Bridges (Brücken) , was in Figur 5 durch Bezugszeichnen mit nachgestellten Kleinbuchstaben b verdeutlicht wird, siehe bspw. Multiplexer 214b, der dem Multiplexer 214 entspricht.
Damit zeigen die Figuren 4 und 5 ein typisches DWDM-Netzwerk mit zwei redundant verbundenen Datenubertragungsringen 202, 204. Die Netzwerkelemente sind: Optical Add-Drop-Multiplexer (OADM) 210 bis 224 und Optical Line Repeater (OLRs) 230 bis 244. Aus Redundanzgrunden ist das Netzwerkmanagementsystem NMS über zwei Gateways (GW) 300 bzw. 302 mit dem DWDM- Netzwerk verbunden. Die Gateways 300, 302 trennen das interne Datenkommunikationsnetz (DCN - data communication network) von dem externen Carrier-Daten-Netzwerk (CDN - Carrier Data Network). Die Gateways 300, 302 verstecken die internen IP- Adressen des internen DCN, stellen einen so genannten Firewall zur Verfugung und haben weitere Funktionen. Das
Carrierdatennetz übertragt Nutzdaten, wie bspw. Musikdaten, Videodaten, Sprachdaten und Programmdaten. Dagegen übertragt das DCN vorwiegend Steuerdaten.
Figur 5 zeigt das Datenubertragungsnetz 200 aus der Sicht des DCN. Das DCN ist im Gegensatz zu einem Routing-Netzwerk als ein ,,switched"-Netzwerk realisiert. Um das in Figur 5 dargestellte Datenubertragungsnetz 200 schleifenfrei zu halten, muss Standard-STP auf allen Netzwerkelementen aktiviert sein, so dass es dann 24 STP-Instanzen in diesem Beispiel gibt. So viele STP-Instanzen würden die Konvergenzzeit von STP aber drastisch erhöhen.
Auf Grund der ringbasierten Topologie des Netzwerkes 200 hat aber eine große Anzahl von Netzwerkelementen nur zwei Ringports bzw. Ringanschlüsse. Deshalb ist es wiederum möglich STP in diesen Netzknoten auszuschalten ohne die Redundanz oder das Vermeiden von Schleifen zu beeinträchtigen. Aus der Sicht des STP ergibt sich dann das in Figur 6 dargestellte Netzwerk.
Figur 6 zeigt die mit Hilfe der anhand der Figur 1 erläuterten Verfahren festgelegte Topologie des Datenübertragungsnetzes 200. Demgemäß wird im
Datenübertragungsring 202 STP in den Mutiplexern 214, 216 und 218 sowie in den Verstärkereinheiten 230 bis 244 ausgeschaltet. Diese Einheiten stellen sich bezüglich des STP-Verfahrens als eine Verteileinheit 320 dar, die über die optischen Datenübertragungsleitungen 250 mit dem Multiplexer 212b und über die Datenübertragungsleitung 272 mit dem Multiplexer 210b verbunden ist.
Im Datenübertragungsring 204 wurde dagegen STP in den Multiplexern 220, 222 und 224 sowie in den Verstärkereinheiten des Datenübertragungsringes 204 deaktiviert, so dass sich diese Einheiten bezüglich des STP- Verfahrens als Verteileinheit 322 bzw. als Hubs darstellen. Die Verteileinheit 322 ist über die optische
Datenübertragungsleitung 278 mit dem Multiplexer 212b und über die optische Datenübertragungsleitung 280 mit dem Multiplexer 210b verbunden.
In den Multiplexern 212b und 210b wurde dagegen das STP- Verfahren aktiviert, insbesondere um Schleifen für den Transport von Datenpaketen im Datenübertragungsring 202 bzw. im Datenübertragungsring 204 zu vermeiden. Die in Figur 6 dargestellte Topologie hat nur noch zwei Netzknoten bzw. so genannte Hops. Damit ist auch hier die Konvergenzzeit des STP-Verfahrens erheblich reduziert.
Bei anderen Ausgestaltungen gilt:
1.) Wahrend der Veränderung des Netzwerkes in Ubergangszustanden kann sich die Anzahl der NNI eines einzelnen Netzelementes verandern, so dass STP aktiviert oder deaktiviert wird. Wenn der Übergang die Anzahl der NNIs verringert, ist der Übergang unkritisch. Wenn die Anzahl der NNIs erhöht wird von zwei NNIs auf drei oder mehr als drei NNIs, sollte der neu aktivierte Port zunächst blockiert werden. In einem nächsten Schritt wird STP an dem Netzelement aktiviert. Wenn der schleifenfreie Baum berechnet worden ist, wird das neu aktivierte Port gemäß dem STP freigeschaltet (unlocked) .
2.) Das Ausschalten des MAC-Adresslernens in den Ringports hat den Effekt, dass jeder aufwärts gerichtete Rahmen in beide Ringrichtungen gesendet wird. Der unnötig erzeugte Datenverkehr wird durch den Ring übertragen bis zu einem blockierten Port einer Sammeleinheit, wo STP den Ring getrennt hat, um Schleifen bei der Übertragung von Daten zu vermeiden. Abhangig vom Verkehrsaufkommen kann sich der aufwartsgerichtete Datenverkehr eines Ringknotens mit dem abwartsgerichteten Datenverkehr eines anderen Ringknotens überlappen. In seltenen Fallen kann dieses zu einer Verringerung der zur Verfugung stehenden Bandbreite fuhren. Einen erheblich stärkeren Einfluss auf die Bandbreite im Ring hat jedoch die Tatsache, dass der Ring beispielsweise nicht an einer optimalen Stelle durch STP getrennt wird.
3.) Eine Schutzzeit für RSTP lasst sich empirisch festlegen 4.) Für einen stabilen Netzwerkbetrieb sollte die Wurzeibrucke nicht oft gewechselt werden. Deshalb sollte die Wurzeibrucke und die redundante Wurzeibrucke keine STP-Unterdruckung durchfuhren. 5.) Die vorgeschlagenen Verfahren können aktiviert oder deaktiviert werden. Der Standardwert ist aktiviert. Wenn der Algorithmus deaktiviert wird, dann fuhrt das Netzelement STP immer durch, unabhängig von der aktuellen Anzahl von aktiven NNIs bezuglich dieses Netzelementes. 6.) Eine sogenannte Link-Aggregation kann verwendet werden, um die zur Verfugung stehende Bandbreite auf einem Link zu vergrößern. In diesen Fallen zahlt die aggregierte Verbindung als ein aktives NNI. Um dieses zu ermöglichen, sollte Link-Aggregation und LACP (Link Aggregation Control Protocol) standardmäßig an den Ports ermöglicht werden. 7.) Ein Netzelement kann ein „subtending" Interface zu anderen Netzelementen haben. In diesem Fall wird das subtending Interface als ein NNI-Port gezahlt. Kaskadierte Schnittstellen werden ebenfalls als ein NNI gezahlt. Der Grund dafür besteht darin, dass die Topologie auch so genanntes Duales-Homing für „subtended" Netzelemente unterstutzt. Dieses kann beabsichtigt oder unbeabsichtigt hervorgerufen werden, so dass ein sogenanntes plug-and- play-Verfahren ein „subtending" Interface als NNI-Port behandeln sollte.
Durch die erläuterte Verfahren wird ein Dilemma vermieden, das bei einer statischen Konfiguration auftreten wurde: Einerseits wurde das Netzwerk ohne Konfiguration nicht schleifenfrei sein. Andererseits kann ohne schleifenfreies Netzwerk keine Konfiguration durch in-band-Management durchgeführt werden. Durch die erläuterten Verfahren lasst sich dagegen eine Schleifenfreiheit gewahrleisten auch wenn eine plug-and-play-Anderung des Netzes auftritt.
Die erläuterten Verfahren berücksichtigen auch die folgenden Überlegungen. Nach dem Booten eines Netzelementes werden alle seine Ports gesperrt. Im nächsten Schritt erfasst das Netzelement die Rolle jedes seiner Ports. Zwei Rollen sind bedeutend: ein so genanntes peripheres Blatt-Port bzw. leaf-Port befindet sich an der Grenze eines Netzwerkes. Eine Schleife kann nie über ein leaf-Port entstehen, weil ein leaf-Port mit keinem anderen Switch des gleichen Netzwerkes verbunden ist.
Wenn ein Port kein leaf-Port ist, wird es als NNI (Network Network Interface) Port bezeichnet. Ein NNI-Port kann mit anderen Switches verbunden werden und birgt damit das Risiko einer Schleifenbildung.
Der standardgemäße STP-Ansatz behandelt alle Ports als NNI- Ports, um sicher zu gehen. Deshalb arbeitet STP hervorragend in allen Topologien. RSTP fügt die Möglichkeit hinzu, Ports als leaf-Ports (operEdgePort is TRUE) durch Konfiguration festzulegen. Switches bzw. Weiterleitungseinheiten für digitale Daten, die für spezielle Anwendungen vorgesehen sind, können jedoch zusätzliche Möglichkeiten haben, um automatisch zu erfassen, ob sie leaf-Ports haben, ohne dass sie dafür manuell konfiguriert werden.
Zwei Beispiele wurden oben angegeben: - ein Zugangsnetzwerk, bei dem es DSLAMs bzw. OLTs und
Sammeleinheiten gibt. Die Sammeleinheiten bzw. aggregation Switches haben nur NNI-Ports. Die DSLAMs bzw. OLTs sind dagegen genauer zu bewerten. Alle Nutzerports sind per Festlegung leaf-Ports. Es ist sicher anzunehmen, dass es keine Schleifen bei der Datenübertragung über Nutzerports bzw. Subscriberports gibt. Auch wenn es eine Schleife zwischen zwei Nutzern gibt, werden die Auswirkungen einer solchen Schleife nur auf den speziellen Nutzer beschränkt bleiben, beispielsweise durch die Anwendung von Filtern und kontrollierenden Funktionen wie z.B. MAC-
Adressbeschränkungen, Blockieren von Multicast und so genanntes Adress-Anti-Spoofing. Somit können alle Nutzerports in einem DSLAM oder OLT als leaf-Ports behandelt werden. Für einen DSLAM oder OLT haben nur die Ports für den abwärtsgerichteten Datenverkehr die Rolle eines NNIs. Für einen Ethernet-Zugangs-Switch mit vielen Fast-Ethernet-Ports und mit einigen Gbit-Ports, wie z. B. dem Type hiD 6610 der Firma Siemens AG, gilt die Annahme, dass Fast-Ethernet-Ports leaf-Ports sind und das Gbit-Port NNI-Ports sind.
Für DCN in WDM-Systemen oder DWDM-Systemen gilt dagegen, dass es neben den NNI-Ports, die ein Netzelement mit einem anderen Netzelement verbinden, Ports gibt, an denen es Verbindungen zum NMS und/oder zu einem lokalen Konfigurationsendgerät gibt (Local Craft Terminal) . Zwischen dem externen NMS/LCT-Ethernet-Ports und dem internen DCN gibt es Gateways. In diesem Fall kann keine Schleife über das externe Port beschlossen werden, weil es das Gateway gibt. Ohne ein konfiguriertes Gateway an dem externen NMS/LCT- Ethernet-Port liegt es an einer Bedienperson, Schleifen über diese Schnittstelle zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur in einem Datenübertragungsnetz, mit den Schritten: in einem Netzelement (58, 60; 212, 230) eines Datenübertragungsnetzes (50) automatisches Einbeziehen des Netzelementes (58) in ein Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur oder automatisches Ausnehmen des Netzelementes (60) aus einem solchen Verfahren abhängig von mindestens einem der folgenden oder von allen der folgenden Punkte : der Anzahl der mit dem Netzelement (58, 60) direkt verbundenen weiteren Netzelemente (62, 160), dem Erfassen des Eintreffens oder dem Erfassen des
Ausbleibens von Daten zum Ermitteln der schleifenfreien
Baumstruktur, der Funktion, die dem Netzelement (58, 60) in der schleifenfreien Baumstruktur zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in verschiedenen Netzelementen (58, 60) in der gleichen Weise durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Netzelement (58, 60) die Anzahl der mit dem Netzelement (58, 60) direkt verbundenen Netzelemente (58, 60) ermittelt wird (S14), dass bei einer Anzahl größer als zwei das Netzelement (56) in das Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur einbezogen wird (S18), und dass bei einer Anzahl gleich zwei oder kleiner als drei das Netzelement (60) aus dem Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur ausgenommen wird (S16).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzelement (58) aus dem Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur ausgenommen wird (S16), dass eine PrüfZeitspanne festgelegt wird, und dass entweder innerhalb der PrüfZeitspanne (S20) und nach dem Ausnehmen des Netzelementes (58, 60) aus dem Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur Daten zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur an dem Netzelement (60) empfangen werden, und dass nach dem Empfang der Daten das Netzelement (60) aus dem Verfahren ausgenommen bleibt (S22), oder dass alternativ innerhalb der PrüfZeitspanne (S20) und nach dem Ausnehmen des Netzelements (58, 60) aus dem Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur keine Daten zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur an dem Netzelement (60) empfangen werden, und dass nach dem Ablauf der PrüfZeitspanne das Netzelement (58) in das Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur einbezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzelement (60) in das Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur einbezogen wird (S22), dass entweder nach dem Einbeziehen festgestellt wird, dass das Netzelement (60) den Ursprung der Baumstruktur (S24) bildet, und dass das Netzelement (60) auch nach dieser Feststellung in das Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur einbezogen bleibt, oder dass alternativ nach dem Einbeziehen des Netzelementes (60) in das Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur festgestellt wird, dass das Netzelement (60) nicht den Ursprung der Baumstruktur bildet (S24), und dass das Netzelement (60) nach dieser Feststellung von dem Verfahren zur Ermittlung der schleifenfreien Baumstruktur ausgenommen wird (S26).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten gemäß Ethernetprotokoll übertragen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Netzelement (58) ein Multiplexer für Breitbandanschlüsse ist oder dass mindestens ein Netzelement ein optischer Multiplexer (214) ist .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur ein Spanning-Tree- Verfahren ist, insbesondere ein Verfahren nach IEEE 802. ID, IEEE 802. Iw oder IEEE 802.1s.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten gemäß einem optischen Datenübertragungsverfahren übertragen werden.
10. Netzelement (58, 60), mit einer Steuereinheit die das Netzelement (58, 60) automatisch in ein Verfahren zum Ermitteln einer schleifenfreien Baumstruktur einbezieht oder die das Netzelement (58, 60) automatisch von einem solchen Verfahren ausnimmt, wobei die Steuereinheit abhängig von einem der folgenden Kriterien arbeitet: der Anzahl der mit dem Netzelement (58, 60) direkt verbundenen weiteren Netzelemente (62, 160), dem Erfassen des Eintreffens oder dem Erfassens des Ausbleibens von Daten zum Ermitteln der schleifenfreien Baumstruktur, der Funktion, die das Netzelement (58, 60) in der schleifenfreien Baumstruktur zugeordnet ist.
11. Netzelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Einheit enthält, bei deren Betrieb ein Verfahrensschritt nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt wird.
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