СХЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТИ В СЕТЯХ СВЯЗИ
SCHEME FOR ENSURING FAULT TOLERANCE IN COMMUNICATION NETWORKS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к схемам обеспечения отказоустойчивости в сетях, ориентированных на соединение. Изобретение имеет конкретное применение в мультипротокольной коммутации с использованием меток (MPLS) и ориентированных на соединение сетях Ethernet.
Уровень техники
Сетевые схемы обеспечения отказоустойчивости обычно выполнены с возможностью компенсации сбоев в сети посредством обнаружения сбоя в одном из узлов или в соединении узлов в сети и перенаправления трафика для обхода данного сбоя. Сети обычно имеют некоторое количество пограничных узлов, через которые трафик может поступать в сеть и покидать ее, и некоторое количество промежуточных узлов, через которые трафик может передаваться от одного пограничного узла к другому. Пользовательское оборудование, выполненное с возможностью осуществления связи через сеть, обычно имеет связь с одним или более пограничными узлами. В наиболее простом типе схемы любая часть пользовательского оборудования может передавать данные только с одним пограничным узлом. Поэтому любое перенаправление, выполненное схемой обеспечения отказоустойчивости, не может обойти входной узел, через который трафик поступает в сеть, или выходной узел, через который трафик покидает сеть. В некоторых системах существуют двойные вложенные схемы, в которых пользовательское оборудование может передавать данные более чем с одним входным или выходным узлом. Преимущество состоит в том, что, если в одном из пограничных узлов сети произошел сбой, пользовательское оборудование по-прежнему может передавать данные по сети. Однако нет такой двойной родительской схемы в настоящее время, которая была бы доступна для MPLS или для других ориентированных на соединение сетей. Это означает, что схемы обеспечения отказоустойчивости для сетей MPLS основаны на разнообразии путей между одними и теми же входными и выходными узлами, поэтому они обеспечивают ограниченную степень отказоустойчивости.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предпочтительно уменьшить, смягчить или устранить один или более из упомянутых выше недостатков, по отдельности или в любом объединении.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставляется сеть для ориентированной на соединение сети связи, содержащей множество узлов, включающих в себя множество пограничных узлов, причем сеть выполнена с возможностью определять первичный туннель, соединяющий между собой первичную пару пограничных узлов, и вторичный туннель, соединяющий между собой вторичную пару пограничных узлов, отличную от первичной пары, и при этом сеть выполнена с возможностью переключения трафика с первичного туннеля на вторичный туннель в случае обнаружения сбоя, затрагивающего первичный туннель.
Первая и вторая пары узлов могут иметь общий узел, но у каждой из них есть по меньшей мере один узел, не являющийся общим для обоих пар.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставляется узел для ориентированной на соединение сети, имеющий множество пограничных узлов, причем узел выполнен с возможностью идентифицировать первичный туннель, соединяющий между собой первичную пару пограничных узлов, и вторичный туннель, соединяющий между собой вторичную пару пограничных узлов, отличную от первичной пары, при этом узел выполнен с возможностью переключения трафика с первичного туннеля на вторичный туннель в случае обнаружения сбоя в первичном туннеле.
Дополнительные признаки настоящего изобретения представлены, как заявлено в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение преимущественно позволяет восстанавливать сеть в сети MPLS или в другой ориентированной на соединение сети с различными узлами.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны в качестве только примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема, иллюстрирующая сеть MPLS согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - схема состояний, иллюстрирующая изменения в работе сети, изображенной на Фиг.1;
Фиг.3 - схема, иллюстрирующая сеть MPLS согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.4 - схема, иллюстрирующая сеть MPLS согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Со ссылкой на Фиг.1, сеть 10 с мультипротокольной коммутацией с использованием меток (MPLS) согласно варианту осуществления изобретения содержит некоторое количество пограничных узлов 12, 14, 16, 18 и некоторое количество промежуточных узлов 20, 22. Различные устройства пользовательского оборудования, в данном случае обозначенные номерами 24, 26, выполнены с возможностью передавать данные по сети 10. Для простоты показано только две единицы 24, 26 пользовательского оборудования, хотя очевидно, что на практике их количество будет в целом гораздо больше.
В общем случае каждый из узлов 12, 14, 16, 18, 20, 22 включает в себя один или более процессоров и ассоциативную память и выполнен с возможностью исполнения некоторого количества функций, имеющих отношение к работе сети, причем эти функции поделены, с точки зрения организации, на уровни. Уровень управления обеспечивает управление сетью в целом и включает в себя систему управления сетью (NMS), которая обеспечивает пользовательский интерфейс, чтобы управлять сетью вручную. Уровень контроля использует некоторое количество протоколов и разрешает передачу данных между узлами сети и конфигурацией протокола передачи данных. Уровень передачи данных выполняет операции передачи, которые пересылают данные по сети. Протоколы уровня контроля, которые могут включать в себя, например, OSPF-TE и RSVP-TE, выполнены также с возможностью обеспечения связи между пограничными узлами 12, 14, 16, 18 и, возможно, пользовательским оборудованием 24, 26. Одна из главных функций протоколов уровня контроля - это определение маршрута, которого какая-либо связь будет придерживаться в сети.
Для того, чтобы две единицы 24, 26 пользовательского оборудования (CE) могли передавать данные друг с другом, сетевой протокол уровня контроля идентифицирует один первичный пограничный узел 12 для одной единицы 24 пользовательского оборудования и один первичный узел 14 для другой единицы 26 оборудования. Для осуществления связи через сеть первой единицы 24 со второй единицей 26 первый первичный пограничный узел 12 определен как первичный входной узел и второй первичный пограничный узел 14 определен как первичный выходной узел. Протоколы уровня контроля также определяют некоторое количество коммуникационных туннелей, каждый из которых обеспечивает передачу данных от одного пограничного узла 12, 14, 16, 18 к другому. Каждый туннель является маршрутом между двумя узлами сети, по которому трафик передается по сети 10, причем трафик, передающийся по сети MPLS в виде пакетов, неясен для промежуточных узлов. В сети MPLS это может быть достигнуто благодаря тому, что промежуточные узлы считывают только метку каждого пакета, но не данные, содержащиеся в пакете. Входной узел 12, который направляет трафик через сеть, идентифицирует выходной узел, которому он должен направить трафик, и затем присоединяет метки к данным, которые идентифицируют, через какой туннель он должен пройти. Каждый туннель определяется набором параметров, которые включают в себя два пограничных узла, которые образуют этот туннель. Другие идентифицирующие параметры туннелей могут включать в себя один или более следующих параметров, все из которых включены в данном варианте осуществления: характеристики трафика, который пропускает данный туннель, качество схемы обслуживания (QoS), которую он поддерживает, класс обслуживания, к которому относится данный MPLS-туннель, его максимальная и минимальная ширина пропускная, его максимальный размер пакета, например. Поэтому возможно, что, если между любой парой пограничных узлов будет более одного туннеля, то два туннеля будут иметь различные характеристики и параметры. Каждый туннель может включать в себя только один путь с коммутацией меток (LSP), или он может включать в себя множество путей с коммутацией меток (LSP), наиболее подходящий из которых будет выбран в любой момент времени в зависимости от характеристик и эксплуатационных качеств, требуемых для пользовательского оборудования. Очевидно, что трафик пользователя, идущий по сети, может быть инкапсулирован в псевдопровода, выполненные с возможностью поддержки как служб Ethernet, так и любого другого вида обслуживания, допускаемого в данной сети.
В процессе передачи данных по сети узлами выполняется некоторое количество проверок, заданных протоколом контроля для идентификации сбоев в сети. Многие способы обнаружения сбоев хорошо известны и не будут подробно описываться. База данных управляющей информации (MIB), которая имеет связь с протоколом контроля и выполняет часть его функций, выполнена с возможностью сохранения данных, связанных с обнаружением сбоев в сети. Также все узлы сети выполнены с возможностью связи друг с другом для проверки и передачи информации о сбоях в сети, которая показывает, какой туннель доступен для использования в любой момент времени. Такой вид проверки выполняется, когда единица 24 пользовательского оборудования в первый раз передает сообщение для передачи по сети, и будет подробно рассмотрен ниже. Он позволяет выбрать, какой туннель использовать, в зависимости от того, какие сбои существуют в настоящий момент.
Для любого вида связи между единицей 24 пользовательского оборудования и единицей 26 пользовательского оборудования первичный туннель определяют так, что он имеет один пограничный узел 12 в качестве входного узла и один пограничный узел 14 в качестве выходного узла. В данном варианте осуществления передающая единица 24 пользовательского оборудования соединена и может передавать данные со вторичным входным узлом 16 так же, как и с первичным входным узлом 12, а принимающая единица 26 пользовательского оборудования соединена и может передавать данные со вторичным выходным узлом 18 так же, как и с первичным выходным узлом 14. Поэтому первичный туннель AC, таким образом, определен от первичного входного узла 12 до первичного выходного узла 14. Также определены три вторичных туннеля: один из них AD от первичного входного узла 12 до вторичного выходного узла 18, другой BC от вторичного входного узла 16 до первичного выходного узла 14, и последний BD от вторичного входного узла 16 до вторичного выходного узла 18. Поэтому каждый туннель между другой парой узлов имеет один общий узел с одним туннелем, и другой общий узел с другим туннелем и не имеет общих узлов с оставшимся туннелем.
Единица 24 пользовательского оборудования выполнена с возможностью направления трафика через первичный входной узел 12, когда она хочет начать передачу данных с единицей 26 пользовательского оборудования. Этот трафик включает в себя идентификацию единицы 26 пользовательского оборудования, через которую предается сообщение, так же, как и информацию, относящуюся к характеристикам связи. Первичный входной узел выполнен таким образом, что, приняв это сообщение, начинает передачу по сети к первичному выходному узлу и запускает несколько сообщений между пограничными узлами для проверки на наличие сбоев, которые могут привести к необходимости использования туннеля, отличного от первичного. Очевидно, что эти сообщения между пограничными узлами могут использовать несколько форматов, но желательно, чтобы они были способны идентифицировать, какой туннель доступен для использования, а какой нет.
В данном варианте осуществления первичный входной узел 12, который в данный момент является активным входным узлом, посылает трафик от единицы 24 пользовательского оборудования к первичному выходному узлу 14. Активный выходной узел, принимающий трафик, посылает его на принимающую единицу 26 пользовательского оборудования и контролирует трафик. Подходящие инструменты, использующие как стандартные сообщения, так и собственный протокол, применяются для того, чтобы проверить, успешно ли LSP-туннель передает трафик от активного входного узла к активному выходному узлу. Это позволяет активному входному узлу 12 определить, существует ли сбой в первичном туннеле AC. При условии, что в первичном туннеле не обнаружено сбоев, трафик продолжает передаваться через первичный туннель.
Также, когда начинается передача данных, первичный и вторичный пограничные узлы выполнены с возможностью изменения серии сообщений таким образом, что каждое из них может определить, какой из туннелей сейчас активен, какие туннели являются вторичными или резервными и существуют ли сбои в первичном или вторичном туннелях. Очевидно, что эти сообщения могут принимать несколько форматов. В данном варианте осуществления служебное сообщение для подтверждения целостности пути с коммутацией меток (LSP) также передается на резервный входной узел 16. Первичный входной узел 12 и вторичный входной узел 16 также обмениваются обязательными сигнальными сообщениями, чтобы идентифицировать соответствующий статус входных узлов. Это позволяет активному входному узлу 12 проверить, испытывает ли вторичный входной узел 16 сбой или нет. Активный входной узел 12 также посылает сигнал проверки вторичному выходному узлу 18, чтобы тот мог идентифицировать свой статус вторичного выходного узла. Активный входной узел 12 способен проверять, доступен ли резервный выходной узел 18 для использования, если потребуется, посредством сохраняемых сигнальных сообщений, которыми узлы периодически обмениваются. Активный входной узел 12 также выполнен с возможностью передачи сигнала подтверждения обратно передающей единице 24 пользовательского оборудования, чтобы подтвердить, что она принимает трафик и передает его по сети принимающей единице 26 пользовательского оборудования. Все эти сигналы и проверки могут повторяться в течение передачи данных для непрерывной проверки статуса каждого туннеля. Первичный и резервный пограничные узлы могут обмениваться этими сигналами и проверками для проверки статуса сети.
До тех пор, пока первичный туннель AC продолжает функционировать и обеспечивать требуемый уровень связи, осуществление связи через него будет продолжаться. Однако, если обнаружен сбой либо в первичных пограничных узлах 12, 16, либо в любом из промежуточных узлов 20, образующих часть первичного туннеля AC, которую нельзя обогнуть в пределах первичного туннеля, то сеть выполнена таким образом, что переключается на один из резервных туннелей, чтобы передача данных могла продолжаться. Наиболее подходящий туннель будет выбран в зависимости от того, какой из узлов и LSP функционирует корректно. Каждый из узлов 12, 14, 16, 18, 20, 22 выполнен с возможностью контроля и идентификации сбоев в продолжение связи, и если один из них идентифицирует сбой, который требует или может потребовать изменения активного туннеля, то изобретение выполнено с возможностью установления связи этого узла с любым другим пограничным узлом. Таким образом, все пограничные узлы могут поддерживать в полном порядке активный в данный момент туннель, и если есть какие-то сбои в одном из пограничных узлов 12, 14, 16, 18 или промежуточных узлах 20, 22, это может повлиять на выбор активного туннеля.
Как показано на Фиг.2, статус сети может быть описан в терминах активного туннеля и способа его изменения в зависимости от обнаружения различных сбоев. Если входные узлы 12 и 16 обозначены как A и B и выходные узлы 14, 18 обозначены как C и D, то состояние сети может быть обозначено парой активных узлов, таких как AC, если первичный туннель активен. Поэтому каждое состояние соответствует другому активному туннелю между другой парой узлов. На Фиг.2 показано 4 состояния, стрелки между состояниями обозначают возможность перехода от одного состояния к другому, а подписи под каждой стрелкой обозначают узел одной буквой или путь с коммутацией меток (LSP) между двумя узлами двумя соответствующими буквами, сбой в которых вызвал данный переход. Когда начинается передача данных, система перемещается в состояние AC, поскольку АС - первичный туннель или туннель по умолчанию. Однако, если во входном узле C или где-либо на пути с коммутацией меток (LSP) AC между узлами A и C обнаружен сбой, сеть переключается в состояние AD, с осуществлением связи через резервный выходной узел D. Аналогично, если сбой обнаружен во входном узле A, то сеть переключается в состояние BD, с передачей трафика через туннель BD. Очевидно, что существует некоторая степень гибкости в выборе состояния, в которое переходит сеть при обнаружении специфического сбоя. Помимо необходимости обхода узлов и путей с коммутацией меток (LSP) с известными сбоями, выбор может дополнительно зависеть от других факторов, таких как условия передвижения по цепи в общем случае.
Если активный входной узел 12 принимает сообщение, указывающее на сбой, затрагивающий первичный туннель, но сам все еще функционирует, тогда он может перенаправить трафик в соответствующий вторичный туннель, а новый активный выходной узел может передать трафик на принимающую единицу 26 пользовательского оборудования. Поэтому ни единица 24, ни единица 26 пользовательского оборудования не должны принимать активное участие в процессе, исключая то, что принимающее пользовательское оборудование должно быть готово принять данные через вторичный выходной узел. Если сбой приводит к необходимости переключения на вторичный входной узел 16, связь осуществляется по вторичному туннелю.
Единица 24 пользовательского оборудования должна быть готова передать данные как на вторичный входной узел 16, так и на первичный входной узел 12. Если требуется, для осуществления связи через сеть с передающей единицей 24 пользовательского оборудования может использоваться дополнительный способ, дающий ей инструкцию передавать трафик на вторичный входной узел 16. Этот способ может иметь собственный набор сообщений или собственные расширения существующих протоколов (например, Spanning Tree), и призван сократить время, требуемое для осведомления единицы пользовательского оборудования о необходимости передачи трафика на вторичный входной узел (не требуется ждать, пока произойдет процесс осведомления). Поэтому единица 24 пользовательского оборудования должна быть выполнена с возможностью реагирования на инструкции от входных узлов 12, 16 переключением с направления трафика к одному из них на передачу трафика к другому. Однако в данном варианте осуществления передающая единица 24 пользовательского оборудования не принимает активное участие в определении входного узла, с которым она должна взаимодействовать. Не требуется, однако, чтобы передающая единица 24 пользовательского оборудования была осведомлена о сбоях, происходящих в сети MPLS.
Как показано на Фиг.3, во втором варианте осуществления настоящего изобретения основная установка такая же, как и в первом варианте, и сообщающиеся части обозначены теми же номерами, увеличенными на 100. Однако в данном случае есть только один входной узел 124, который может передавать данные как с первичным 114, так и со вторичным 118 выходным узлом через соответствующие первичный и вторичный туннели 150, 152.
Как показано на Фиг.4, в третьем варианте осуществления сеть 210 поставщика услуг включает в себя две MPLS-сети 211, 213, управляемые другими сетевыми операторами. Одна единица 224 пользовательского оборудования сообщается с пограничным узлом 212 первой сети 211, а вторая единица 226 пользовательского оборудования сообщается с пограничным узлом 25 второй сети 213. Первый туннель задан узлами 212, 256 через первичные пограничные узлы 214, 252 первой и второй сети. Второй туннель задан через вторичный пограничные узлы 218, 254 первой и второй сети. В данном варианте все пограничные узлы 212, 214, 218, 252, 254, 256 выполнены с возможностью осуществления связи друг с другом, аналогично первому варианту на Фиг.1, с возможностью обнаружения сбоев, затрагивающих первичный туннель, которые требуют перенаправления трафика по вторичному туннелю, и с возможностью сохранения друг для друга обновляемого подтверждения статуса каждого из узлов и каждого туннеля, как и в предыдущих вариантах.