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    • 专利摘要:
    Die passive Meßplattform kann in einen Netzwerkrouter integriert sein oder in Verbindung mit einem Netzwerkrouter verwendet werden. Die passive Meßplattform empfängt ein OSI-Datenpaket, extrahiert die OSI-Schicht 3 aus dem OSI-Datenpaket, extrahiert Anfangsblöcke aus der OSI-Schicht 3, erzeugt eine eindeutige Paketkennzeichnung, die den Anfangsblöcken entspricht, erzeugt einen Zeitstempel und erzeugt ein Datenpaket, das die Anfangsblöcke, die Paketkennzeichnung und den Zeitstempel umfaßt. Der Zeitstempel beruht auf GPS, um Probleme, die mit einer Frequenzdrift und einem Zählerüberfließen verbunden sind, zu minimieren. Es werden sowohl die Schieben- als auch die Ziehen-Modelle einer Datenwiedergewinnung verwendet, um Netzwerkbandbreite einzusparen.
    公开号:DE102004001657A1
    申请号:DE200410001657
    申请日:2004-01-12
    公开日:2004-11-04
    发明作者:Bharadwaj Santa Clara Amrutur；Richard W. San Jose Dugan；Allan Oakland Liu；Alexander L. Mountain View Tudor
    申请人:Agilent Technologies Inc；
    IPC主号:H04L12-56
    专利说明:
    [0001] DasWachstum des Internet führtedazu, daß Träger miteiner noch nie dagewesenen Geschwindigkeit an Kapazität zunehmen.Werkzeuge, um diese Netzwerke zu verwalten, sind bisher nicht aufbreiter Ebene verfügbaroder leicht zugänglich.
    [0002] Während dieBedeutung der IP-Netzwerke zusammen mit ihrer Größe zunimmt, wird die Dienstsicherungkritisch. Moderne Lösungenerfordern sperrige und teure externe Sonden, die an ausgewählten Netzwerkpunktenan ein Gerät „angeschraubt" werden müssen. Diesist nicht skalierbar und stellt auch eine Herausforderung an Leistungs- undRaumanforderungen dar. Es ist keine akzeptable langfristige Lösung.
    [0003] Dievorrangigen Dienstmetriken von IP-Paketnetzwerken sind Paketverlust,-verzögerungund -jittern. Es könnenpassive und aktive Messungen verwendet werden. Auch Verkehrstechnik-und Kapazitätsplanungsfunktionenvon Dienstanbietern benötigenPaketflußstatistiken.
    [0004] Inder US-Patentschrift Nr. 5,521,907 mit dem Titel „Methodand Apparatus for Non-Intrusive Measurement of Round Trip Delayin Communications Networks" messenEnnis et al. die Rundwegsverzögerungoder -strecke in einem Kommunikationsnetzwerk, ohne das Kommunikationsnetzwerk ausdem. Betrieb zu nehmen, und wobei variable Verzögerungen, die durch eine Protokollverarbeitungan den Endpunkten verursacht werden, ausgeschlossen werden.
    [0005] Diezuvor vorgeschlagene Lösungweist mehrere Nachteile auf. Der Zeitstempel wird erzeugt, nachdemder Datenstrom analysiert und in einem Speicher gespeichert wurde.Der Analyseprozeß und derSpeicherzugriff nimmt eine nicht Null betragende Zeit in Anspruch.In der Tat ist die Analysezeit unvorhersehbar, da sie von der Verarbeitungslast,die an dem Prozessor herrscht, abhängt. Somit ist der sich ergebendeZeitstempel ungenau. Auch ohne diese unbekannte Verzögerung istdie maximale Genauigkeit dieser Lösung auf 1 ms begrenzt, dadie Zeitstempel unter Verwendung eines 1kHz-Signals erzeugt werden.Für Netzwerke,die mehrere Gigabits pro Sekunde verarbeiten, ist 1 ms eine sehrlange Zeit und liefert keine ausreichende Auflösung, um viele Netzwerkproblemezu diagnostizieren. Da keine Vorkehrungen getroffen sind, um einenZählerüberlaufzu verhindern oder zu erfassen, und da die Takte in den zwei verschiedenenSonden nicht synchronisiert sind, unterliegt die Messung einer zusätzlichen Unsicherheit.Ferner verwendet Ennis ein Clientserver-Modell einer Datenwiedergewinnungbzw. ein „Ziehen-Modell" (pull model). DieKonsole, die als Client agiert, fragt die Sonde, die als Serveragiert, nach Informationen ab. Falls die Sonde Informationen aufweist,die sie senden kann, überträgt die Sondesie; andernfalls wird die Anforderung ignoriert. Das „Ziehen-Modell" nimmt eine wertvolleBandbreite auf dem Netzwerk ein. Nicht alle Anforderungen nach Datenführenzu der tatsächlichen Übertragungbzw. Sendung von Daten, da die angeforderten Daten zu dem Zeitpunktder Anforderung eventuell nicht verfügbar sind. Ferner versagt dasVerfahren, die Bits in dem Datenstrom als 32-Bits-Ganzzahlen zuaddieren, darin, mit hoher Wahrscheinlichkeit eindeutige Signaturenfür verschiedeneDatenpakete zu erzeugen. Ein weiteres Problem besteht darin, daß ein separatesNetzwerk erforderlich ist, um die Daten zu der Konsole zurückzusenden.Schließlichkann Ennis eine Einwegverzögerungsberechnung,die eine kritische Messung bei Paketnetzwerken, beispielsweise demInternet, ist, nicht genau bestimmen.
    [0006] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Router/Schalter,einen Meßanalysator sowieein Verfahren zu schaffen, die ein Überwachen von Netzwerken durchdringendohne Modifikation von Ausrüstungsinstallationenermöglichen.
    [0007] DieseAufgabe wird durch einen Router/Schalter gemäß Anspruch 1, einen Meßanalysatorgemäß Anspruch9 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch16 gelöst.
    [0008] Diepassive Meßplattformkann in einen Netzwerkrouter/-schalterintegriert sein oder in Verbindung mit einem Netzwerkrouter/-Schalterverwendet werden. Die passive Meßplattform empfängt ein OSI-Datenpaket(OSI = Open System Interconnect, Kommunikation offener Systeme),extrahiert das OSI-Schicht-3-Paket von dem vollständigen OSI-Datenpaket, extrahiertAnfangsblöckevon dem OSI-Schicht-3-Paket,erzeugt eine eindeutige Paketkennzeichnung, die dem OSI-Schicht-3-Paketentspricht, erzeugt einen Zeitstempel und erzeugt eine Pro-Paket-Aufzeichnung,die die Anfangsblöcke,die Paketkennzeichnung und den Zeitstempel umfaßt. Der Zeitstempel wird voneinem GPS-Signal oder einer Quelle abgeleitet, die dieselben Zeitsteuerdiensteund dieselbe Genauigkeit wie das GPS-Signal liefern kann, um Probleme,die mit einer Frequenzdrift und -synchronisation zusammenhängen, zuminimieren. Sowohl das Schieben- als auch das Ziehen-Modell einerDatenwiedergewinnung werden verwendet, um Netzwerkbandbreite einzusparen.
    [0009] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0010] 1 ein beispielhaftes Netzwerk;
    [0011] 2 ein Blockdiagramm einesTores der vorliegenden Erfindung;
    [0012] 3 ein Funktionsblockdiagrammgemäß der vorliegendenErfindung;
    [0013] 4 ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Anfangsblockextrahierers 10;
    [0014] 5 ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Paketprozessors 12;
    [0015] 6 ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Zeitstempelgenerators 14;
    [0016] 7 das Übertragungsformat der Meßdaten;
    [0017] 8 den in 3 gezeigten internen Schnittstellenprozessor 38;und
    [0018] 9 ein Prozeßflußdiagrammder in 3 gezeigten Meßplattform.
    [0019] DieErfindung beschäftigtsich mit den Einschränkungendes Standes der Technik, indem sie eine hochleistungsfähige Meßplattformin einer integrierten Schaltung (IC-integrated circuit) liefert.Diese IC-Lösungkann als eingebetteter Dienst bei Schnittstellenkarten eines Netzwerkelementseines Ausrüstungsverkäufers verwendetwerden. Indem sich die Erfindung den Formfaktorproblemen andererVerkehrsmessungslösungenzuwendet, bewaffnet die Erfindung Träger mit einer leistungsfähigen undzeitkorrelierten Ansicht dessen, wie sich Verkehr durch ihre Netzwerkebewegt. Dies ermöglichteine viel durchdringendere Vollzeitüberwachung des Netzwerks ohnedas Erfordernis, Ausrüstungsinstallationenin dem Ausrüstungsraumzu modifizieren. Neben einer Überwachungder Netzwerkgesundheit werden diese Daten immer wichtiger als Werkzeug,um es Trägernzu ermöglichen,einen Dienst auf effiziente, gesteuerte und verifizierbare Weisebereitzustellen.
    [0020] DieErfindung beschäftigtsich mit fünfder kritischsten Informationseinheiten für eine Netzwerktechnik und-bereitstellung: Netzwerkverzögerung, Netzwerk-Jitter,Netzwerkverlust, Flüsseund Netzwerknutzung.
    [0021] Diesevorliegende Lösungliefert ein sehr hohes Maß anGenauigkeit, nämlichmit einer Abweichung von weniger als 500 ns. Bei dem veranschaulichendenBeispiel liegt die Genauigkeit bei einer Abweichung von wenigerals ~ 200 ns. Dies wird erreicht, indem die Verzögerung beim Erzeugen des Zeitstempels(wie dies durch Ennis getan wird) und auch beim Verwenden einesEmpfängerseines globalen Positionierungssystems (GPS) eliminiert wird, umeine sehr genaue Taktquelle zu liefern; alternativ können auchandere Quellen verwendet werden, die dieselben Zeitsteuerdiensteund dieselbe Genauigkeit liefern können wie die GPS-Signale. Diesbeseitigt die Probleme der Frequenzdrift und des Zählerüberlaufs.
    [0022] DieErfindung verwendet das Schieben- und Ziehen-Modell der Datenwiedergewinnung.Im Schieben-Modell signalisiert der Server dem Client, daß Datenfür eineWiedergewinnung zur Verfügung stehen.Der Client kann anschließendden Server anweisen, die Daten zu senden; alternativ dazu kann derServer konfiguriert sein, um die Daten immer dann, wenn der ServerDaten aufweist, die er senden soll, automatisch an den Client zusenden. Dies eliminiert das Erfordernis, daß der Client den Server periodischnach Daten abfragt. Auf dem Netzwerk wird Bandbreite eingespart.Falls diese Funktionalität nichtgewünschtist, kann ein Ziehen-Modell der Datenwiedergewinnung verwendet werden.Bei diesem Modell sendet der Client immer dann, wenn der Clientdiese Informationen benötigt,Anforderungen bezüglichDaten von dem Server; es gibt keine Garantie, daß das, was der Client anfordert,verfügbarist. Da eine Anforderung gesendet werden muß und da nicht alle Anforderungendazu führen,daß Datenvon dem Server an den Client gesendet werden, nimmt dieses Modellmehr Netzwerkbandbreite ein.
    [0023] CRC-Algorithmen(CRC = cyclic redundancy check, zyklische Redundanzprüfung) werdenverwendet, um einen eindeutigen Paketidentifizierer zu erzeugen.Die Paket-ID beträgt32 Bits. Die Wahrscheinlichkeit einer doppelten Signatur ist vielgeringer als beim Stand der Technik (Ennis).
    [0024] DieErfindung ist ein grundlegendes Netzwerkelement und beseitigt dasErfordernis eines separaten Netzwerks für eine Datenübertragung,wie im Stand der Technik gezeigt ist (Ennis). Folglich treten auchbeträchtlicheLeistungsersparnisse und Einsparungen an physischem Raum ein.
    [0025] Dievorliegende Erfindung führtfünf Messungendurch: Netzwerkverzögerung,Netzwerkjitter, Paketverlust, Fluß und Netzwerknutzung. Zusätzliche Datenkönnenin den übertragenenMeßdatenenthalten sein, um es den Benutzern zu ermöglichen, einen zusätzlichenNutzen aus ihrer Infrastruktur zu ziehen.
    [0026] 1 veranschaulicht ein beispielhaftes Netzwerk,das Router verwendet, die mit der passiven Meßplattform ausgestattet sind.Jeder der Kantenrouter, Router A, Router B und Router C, verbindetBenutzer in einem lokalen Netzwerk (LAN, local area network) mitdem Internet. Der Router A ist mit dem Benutzer A verbunden, während derRouter C mit dem Benutzer C verbunden ist. Der Router B ist miteinem Server verbunden.
    [0027] Wennder Benutzer A überdas Internet einen Telefonanruf an den Benutzer C tätigt, istes wünschenswert,daß dieEinwegverzögerungweniger als 150 ms beträgt,wie bei ITU-TG.114definiert ist. Die Wahrnehmung einer interaktiven Konversation verschlechtertsich, wenn die Verzögerung über 150ms hinaus ansteigt. Zusätzlichbeeinflußtein Netzwerkjitter die wahrgenommene Qualität der Unterhaltung. Netzwerkjitterist die Variation der Ankunftszeit der Datenpakete. Ein weitererkritischer Parameter ist Paketverlust. Ein periodischer Verlustvon über5 – 10 %aller übertragenenSprachpakete kann die Sprachqualität beträchtlich beeinträchtigen.Gelegentliche Bursts bzw. Ausbrüche einesPaketverlustes können eineKonversation ebenfalls schwierig gestalten.
    [0028] Beidem Telefonanruf zwischen den Benutzern A und C fließen Datenpaketezu und von jedem der Benutzer. Bei dem Router A und dem Router C werdenfür jedesPaket ein Zeitstempel, ein eindeutiger Paketidentifizierer (ID)und andere Paketanfangsblockinformationen gespeichert. Diese Daten werdengespeichert und übereines der Tore auf den Routern zur weiteren Analyse an den Server übertragen.Mit den Daten kann ein Netzwerktechniker alle kritischen Parametereines Telefonanrufs überdas Internet überwachen.Und der Netzwerktechniker verfügt über Echtzeitinformationen über dieGesundheit des Netzwerks.
    [0029] DasOSI-Modell definiert einen Vernetzungsrahmen zum Implementierenvon Protokollen in sieben Schichten. Steuerung wird von einer Schichtan die nächsteweitergegeben, wobei bei der Anwendungsschicht in einer Stationbegonnen wird und zu der nächstenfortgefahren wird, überden Kanal zur nächstenStation und wieder die Hierarchie hinauf zurück.
    [0030] DieOSI-Schicht 7 unterstütztAnwendungs- und Endbenutzerprozesse. Kommunikationspartner werdenidentifiziert, Dienstqualitätwird identifiziert, eine Benutzerauthentifizierung und Geheimhaltung werdenbetrachtet, und jegliche Einschränkungen bezüglich einerDatensyntax werden identifiziert. Alles auf dieser Schicht ist anwendungsspezifisch.Die Schicht liefert Anwendungsdienste für Dateitransfers, E-Mail undandere Netzwerksoftwaredienste. Telnet und FTP sind Anwendungen,die gänzlichin der Anwendungsebene existieren. In Schichten angeordnete Anwendungsarchitekturensind Bestandteil dieser Schicht.
    [0031] DieOSI-Schicht 6 liefert eine Unabhängigkeit von Unterschiedenbezüglichder Datendarstellung (z.B. Verschlüsselung), indem sie von einerAnwendung in ein Netzwerkformat übersetzt,und umgekehrt. Die Präsentationsschichtarbei tet, um Daten in die Form umzuwandeln, die die Anwendungsschichtakzeptieren kann. Diese Schicht formatiert und verschlüsselt Daten,die überein Netzwerk gesendet werden sollen, wobei sie Freiheit von Kompatibilitätsproblemenliefert. Sie wird manchmal als die Syntaxschicht bezeichnet.
    [0032] DieOSI-Schicht 5 errichtet, verwaltet und beendet Verbindungenzwischen Anwendungen. Die Sitzungsschicht richtet Konversationen,Austausche und Dialoge zwischen den Anwendungen an jedem Ende einund koordiniert und beendet dieselben. Sie beschäftigt sich mit Sitzungs- undVerbindungskoordination.
    [0033] DieOSI-Schicht 4 liefert einen transparenten Transfer vonDaten zwischen Endsystemen oder Hosts und ist für eine Ende-Zu-Ende-Fehlerwiedergewinnungund Flußsteuerungverantwortlich. Sie gewährleisteteinen vollständigenDatentransfer.
    [0034] DieOSI-Schicht 3 liefert Schalt- und Routingtechnologien,einschließlichlogischer Pfade, die als virtuelle Schaltungen bekannt sind, zum Übertragen vonDaten von Knoten zu Knoten. Ein Routen und Weiterleiten sind Funktionendieser Schicht, ebenso wie Adressieren, Internet-Vernetzung, Fehlerhandhabung,Stausteuerung und Paketsequenzierung.
    [0035] Aufder OSI-Schicht 2 werden Datenpakete in Bits codiert unddecodiert. Sie liefert eine Übertragungsprotokollkenntnisund -verwaltung und handhabt Fehler in der physischen Schicht, derFlußsteuerungund der Rahmensynchronisation. Die Datenverknüpfungsschicht ist in zwei Teilschichtenaufgeteilt: die Medienzugriffssteuerschicht (MAC-Schicht, MAC =media access control) und die Logische-Verknüpfungssteuerung-Schicht (LLC-Schicht,LLC = logical link control). Die MAC-Teilschicht steuert, wie einComputer in dem Netzwerk Zugriff auf die Daten und eine Erlaubniszum Senden derselben erlangt. Die LLC-Schicht steuert die Rahmensynchronisation, Flußsteuerungund Fehlerprüfung.
    [0036] DieOSI-Schicht 1 übermitteltden Bitstrom – elektrischerPuls, Licht oder Funksignal – aufder elektrischen und mechanischen Ebene durch das Netzwerk. Siestellt die Hardwareeinrichtung zum Senden und Empfangen von Datenauf einem Träger, einschließlich einerDefinition von Kabeln, Karten und physischen Aspekten, bereit. Schnellesbzw. Fast Ethernet, RS232 und ATM sind Protokolle mit physischenSchichtkomponenten.
    [0037] 2 veranschaulicht ein Blockdiagramm 10 einesmit der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Routers/Schalttors.Ein externes Schnittstellenmodul 12 verbindet das Tor mitder Außenwelt;ein Beispiel eines derartigen Moduls ist ein optisches 10-Gigabit-Ethernet-XENPAK-Modul.Das externe Schnittstellenmodul 12 ist ferner mit einemParallel-Serien-Wandler/Serien-Parallel-Wandler(SerDes) 14 verbunden. Der Rahmer/MAC (Rahmengeber) 16 führt an durchden SerDes 14 empfangenen Daten eine OSI-Schicht-2-Operationdurch. Ein Netzwerkprozessor 18 führt eine Paketklassifizierungund andere auf eine Weiterleitung bezogene Funktionen durch. DerNetzwerkprozessor 18, der seinen eigenen zugeordneten Speicher 20 aufweist,ist ferner mit einer Schaltstrukturschnittstelle 22 verbunden,die dieses Tor mit anderen Toren innerhalb desselben Routers/Schaltersverbindet. Eine Steuerebenen-Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 24,die ihren eigenen zugeordneten Speicher 26 aufweist, kommuniziertauf bidirektionale Weise mit dem Netzwerkprozessor 18.Die Steuerebenen-CPU 24 erfüllt Verwaltungsfunktionen,z.B. Torkonfiguration, Berechnung der Weiterleitungstabelle usw.Die Aufteilung dieser Funktionen variiert mit den einzelnen Implementierungen.Bei diesem Ausführungsbeispielist eine Meßplattform 28 zwischenden Rahmer/MAC 16, die Steuerebenen-CPU 24 undden Netzwerkprozessor 18 geschaltet. Die Meßplattform 28 kannDaten von einem beliebigen Verbindungspunkt vor dem Netzwerkprozessor 18 empfangen,z.B. zwischen dem externen Schnittstellenmodul 12 und demSerDes-Modul 14, zwischen dem SerDes-Modul 14 und demRahmer/MAC 16 oder zwischen dem Rahmer/MAC 16 unddem Netzwerkprozessor 18. Alternativ dazu kann die Maßplattform 28 Datendirekt empfangen oder kann in jedem der Blöcke eingebettet sein: optischesModul 12, SerDes 14, Rahmer/MAC 16 oderNetzwerkprozessor 18.
    [0038] DieMeßplattform 28 muß vor demoder zum selben Zeitpunkt wie der Netzwerkprozessor 18 Zugriffauf die Daten erlangen. Die Integration der Meßplattform 28 in dasTor 10 spart sowohl Leistung als auch physischen Raum.
    [0039] 3 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagrammder in 2 gezeigten Meßplattform 28.Ein Anfangsblockextraktor 30 ist mit einem Paketprozessor 32 verbunden.Ein Zeitstempelgenerator 34 liefert eine Eingabe in denPaketprozessor 32. Der Paketprozessor 32 erzeugtdie Eingaben füreinen Meßpaketgenerator 36 undeinen internen Schnittstellenprozessor 38. Dies kann alszweckgebundene Logikschaltungsanordnung oder in einem Mikroprozessor implementiertsein.
    [0040] 4 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Anfangsblockextraktors 30.Eine Schicht-2-Entkapselungsvorrichtung 40 istmit einem Schicht-3-/Schicht-4-Extraktor 42 verbunden.
    [0041] DieSchicht-2-Entkapselungsvorrichtung 40 entferntdie OSI-Schicht-2-Verkapselungvon dem Datenpaket, um das OSI-Schicht-3-Paketzu extrahieren.
    [0042] DerSchicht-3-/Schicht-4-Extraktor 42 extrahiert die relevantenOSI-Schicht-3- und OSI-Schicht-4-Anfangsblöcke je nach der Konfiguration.Falls MPLS (multi-protocol label switching) konfiguriert ist, kanner die MPLS-Kennzeichnung optional extrahieren. Die Ausgabe diesesBlockes ist das Siebenfache (Septupel) <Fluß(3), IP src (4/16), IP des(4/16), Tos (1), Protokoll (1), Src-Tor (2), Dst-Tor (2)>.
    [0043] Für IPv4 liegen17 Bytes vor. FürIPv6 liegen 41 Bytes vor. Die Flußkennzeichnung kann die MPLS-Kennzeichnungoder eine Rahmenverzögerungs-IDoder ein Virtuell-Pfad-Identifizierer/Virtuell-Schaltung-Identifizierervom Asynchron-Transfer-Modus (ATM VPI/VCI) oder eine auf der Grundlageder TCP/IP-Anfangsblockinformationen erzeugte Kennzeichnung sein.
    [0044] Beider vorliegenden Erfindung könnendie Schicht-3- und die Schicht-4-Anfangsblöcke einzeln oder in Kombinationextrahiert werden.
    [0045] 5 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Paketprozessors 32. Erkann programmiert sein, um: (a) Flußzählwerte zu berechnen und zuexportieren, (b) ein elementares Filtern mit Zeitstempeln durchzuführen, (c)konfigurierbare Schwellwertbestimmungsereignisse an die Überwachungsstationauszugeben. Ein Aktionstabellennachschlag 44, der eineexterne Eingabe empfängt,ist mit einem Fluß-Cache-/Pro-Paket-Aufzeichnung-Aktualisierungsmodul(Fluß-Cache-/PPR-Aktualisierungsmodul(PPR = per packet record)) 46 und einem Aktionscodepaketpuffer 48 verbunden.Der Aktionstabellennachschlag 44 ist programmiert, um Aktionsidentifiziererzu erzeugen, die durch 46 und 48 interpretiertwerden sollen, wenn die Eingabe den durch die Aktionsmaschine 50 festgelegtenFilterkriterien entspricht, wie sie durch dieselbe von dem internenSchnittstellenmodul empfangen werden (8).Die gefilterten Pakete werden durch die Fluß-/PPR-Aktualisierung 46 zeitgestempeltund bei 56 gespeichert. PPR-Speicherungsaufzeichnungen werdenperiodisch an die Überwachungsstationgeschoben. Flußaufzeichnungenkönneneiner Filterungsaktion unterliegen, müssen aber nicht. Schwellwertbestimmungsereignissewerden durch die Aktionsmaschine 50 gehandhabt. Die Aktionsmaschine 50 istsowohl mit dem Aktionstabellennachschlag 44 als auch mitdem Aktionscodepaketpuffer 48 verbunden. Der Fluß-Cache-/PPR-Speicherverwalter 52 verwaltetden Fluß-Cache 54 undden PPR-Speicher 56, die beide mit dem Fluß-Cache-/PPR-Verwalter 46 verbundensind.
    [0046] DieAktionsmaschine 50 ist ein Mehrzweck-Mikroprozessorkern,z.B. ein eingebetteter 16/32-Bits-RISC-Mikroprozessor mit einem zweckgebundenenAnweisungsspeicher. Die Aktionen werden in dem Anweisungsspeichergespeichert und arbeiten an den erfaßten Paketen oder Daten, diein dem PPR-Speicher 56 gespeichert sind.
    [0047] DerCache-Verwalter 46 unterhält die Flußaufzeichnungen in einem eingestelltenAssoziativ-Cache-Speicher. Jeder Fluß-Cache-Eintrag ist 64 Bytes lang undbesteht aus einem Statusbyte und der Flußaufzeichnung. Das Statusbytekann 2 Bits aufweisen: gültigund Verriegelung. Falls das Gültig-Bit eingestellt ist,ist der Cache-Eintrag gültig.Falls das Verriegelung-Bit eingestellt ist, kann der Cache-Verwalter den Cache-Eintragnicht löschen.Obwohl dieses Ausführungsbeispielauf veranschaulichende Weise einen Fluß-Cache-Eintrag von 64 Byteszeigt, hängtdie Größe des Fluß-Cache-Eintragsvon der Gesamtimplementierung der vorliegenden Erfindung ab.
    [0048] Einein dem Fluß-Cache 54 gespeicherte Flußaufzeichnungenthältden Flußanfangsblockund die Flußdaten.Der Flußanfangsblockbesteht aus dem Tupel <Flußkennzeichnung(3), IP src (4/16), IP dst (4/16), Tos (1), Protokoll (1), Src-Tor(2), Dst-Tor (2)>.Ein Fluß wirdentweder durch die Flußkennzeichnungoder das Tupel <IPsrc, IP dest, Protokoll, tos, src-Tor, dest-Tor> eindeutig identifiziert. Das Tupel kannkonfiguriert sein. Der Flußdatenabschnitt kontaktiertdie Tupel <Paketzählwert (4),Bytezählwert(4), Startzeitstempel (4), jüngsterZeitstempel (4), Sonstige (30/6)> für insgesamt46 Bytes fürIPv4 und 22 Bytes von IPv6. Fürdie Felder, die mit „Sonstige" gekennzeichnet sind,sind die gespeicherten Daten pro Fluß konfigurierbar und werdendurch die <STATS,Funktion ptr>, dievon der Aktionsnachschlagtabelle erhalten wird, bestimmt. Zusammen mitdem Flußanfangsblockvon 17/41 Bytes beträgt dieFlußaufzeichnungsgröße 63 Bytes.
    [0049] DiePro-Datenaufzeichnung-Speichereinheit (PPR-Speichereinheit) 56 speichertjegliche Daten, die pro Paket vorliegen, z.B. Zeitstempel. Flüsse, die Zeitstempelbenötigen,die pro Paket aufgezeichnet sind, weisen in der Flußaufzeichnungeinen Zeiger auf, der auf die PPR-Listendatenstruktur zeigt. Die PPR kannlediglich Proben speichern, um Speicherplatz einzusparen. Bei diesemAusführungsbeispiel beträgt die PPR-Größe 1 Mbyte,und die PPR-Aufzeichnungsgröße beträgt 6 Bytes:4 Bytes fürdie Paket-ID und2 Bytes fürdie inkrementalen Zeitstempel. Dies ermöglicht eine Speicherung vonetwa 170.000 Zeitstempeln. Zur weiteren Veranschaulichung dauerteine Sprachkonversation ungefähr5 Minuten. Jeder Sprachanruf erzeugt alle 20 ms ein Paket, für insgesamt15K Pakete pro Anruf. Wenn man von einer Abtastrate von 1 von 100ausgeht, bedeuten 150 Aufzeichnungen pro Sprachanruf, daß Zeitstempelaufzeichnungenfür biszu 1.000 Sprachanrufe gespeichert werden können.
    [0050] DerFluß-Cache-/PPR-Speicherverwalter 52 gehtin regelmäßigen Abständen durchjeden Eintrag des Fluß-Caches,um zu bestimmen, welche Flußeinträge alt genugsind, um aus dem Cache entfernt zu werden. Er verwendet einen Untätigkeitszeitgeber undeinen Tätigkeitszeitgeber.Beide Zeitgeber sind benutzerkonfigurierbar.
    [0051] DieAktionsnachschlagtabelle 44 enthält eine Liste von Meßaktionen,die überdie Standardaktionen des Pflegens von Paket- und Bytezählstatistiken hinausausgeführtwerden können.Diese Aktionen sind auf breite Klassen von Flüssen anwendbar, z.B. TCP, RTPoder einen spezifischen Typ von Dienstbits usw. Aktionen können auchfür Tunnelsvom MPLS-Typ, diedurch die Flußkennzeichnungohne weiteres identifiziert werden können, definiert sein. Ein Beispielfür einenderartigen Fluß könnten alle durcheinen bestimmten Punkt eines Netzwerks wandernden Pakete sein, dieidentische Quellen- und Bestimmungsort-IP-Netzwerkadressen aufweisen.
    [0052] DieAktionsnachschlagtabelle 44 kann durch einen kleinen Assoziativspeicher(CAM – content addressablememory) implementiert sein. Die Aktionstabelle wird durch eine konfigurierbareKombination der Flußkennzeichnung,des Diensttyps, der Quellen- und Bestimmungsort-Tor-IDs der Anfangsblockfelderindexiert. Die Ausgabe ist ein Aktionsidentifizierer, der sowohldurch die Fluß-Cache-Aktualisierungseinheitals auch die Aktionsmaschine interpretiert wird. Die Liste von Aktionenkann folgende umfassen, ist aber nicht auf diese beschränkt: – <AUSFÜHREN, Funktionptr>: die Aktionsmaschinesoll das gesamte Paket nehmen und die Funktion, auf die durch Funktionptr gezeigt wird, anwenden – <STATS, Funktionptr>: die Flußaktualisierungseinheitsoll spezielle Statistiken berechnen, die durch die Funktion, aufdie durch Funktion ptr gezeigt wird, angegeben sind.
    [0053] Der <Aktionscode, Paket>-Puffer 48 istein Puffer, der die Ausgabe des Aktionstabellennachschlags 44 undder Schicht-2-Entkapselungsvorrichtung 40 speichert,bis die Aktionsmaschine 50 bereit ist, die Daten anzunehmen.
    [0054] 6 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagrammdes in 3 gezeigten Zeitstempelgenerators 34.Der Zeitstempelgenerator kann eine Phasenregelschleife (PLL – phaselock loop) sein. Ein Phasen-/Frequenz-Detektor 66 empfängt 1PPS(Puls pro Sekunde) von einem GPS-abgeleiteten Signal. Man beachte,daß aucheine Implementierung gültigist, die eine Quelle verwendet, die dieselben Zeitgebungsdiensteund dieselbe Genauigkeit liefern kann wie das GPS-Signal. Eine Ladungspumpe 68 schaltetden Phasen-/Frequenz-Detektor 66 und einen spannungsgesteuertenOszillator (VCO – voltage controlledoscillator) 70 dazwischen. Der VCO 70 erzeugtein 5MHz-Taktsignal, das auf das 1PPS-Signal synchronisiert ist.Ein Teiler 72 teilt den 5MHz-Takt und erzeugt ein 1Hz-Signal für einenVergleich mit dem 1PPS-Signal durch den Phasen-/Frequenz-Detektor 66,um zu bestimmen, ob der VCO synchronisiert ist oder nicht.
    [0055] DerZeitstempelgenerator 39 erzeugt einen absoluten Zeitstempel,der von einem GPS-Signal oder einer Quelle, die dieselben Zeitgebungsdienste unddieselbe Genauigkeit liefern kann wie das GPS-Signal, abgeleitetist. Diese Informationen werden verwendet, um genaue Zeitstempeldatenfür Messungenzu liefern, z.B. Netzwerkverzögerung oderNetzwerk-Jitter.
    [0056] 7 veranschaulicht ein Beispieldes Übertragungsformatsder durch den Meßpaketgenerator 36 erzeugtenMeßdaten.Bei diesem Beispiel ist das Paket zu einem UDP- oder TCP-Paket zusammengestellt.Das Listenformat hängtvon der durchgeführtenMessung ab. Eine Protokoll-ID wird verwendet, um zukünftige Versionendieser Sonde sowie möglicheErweiterungen vorzusehen. Der Empfänger des Pakets kann das Paketje nach der Protokoll-ID verarbeiten. „Typ" bezieht sich auf den Typ der Meßdaten. „Länge" bezieht sich aufdie Länge,in Bytes, der Nachricht. „Paket-ID" bezieht sich aufdie durch die Paket-ID-Erzeugungseinheit erzeugte Paket-ID.
    [0057] 8 veranschaulicht den in 3 gezeigten internen Schnittstellenprozessor 38.Eine lokale Speichereinheit 74 kommuniziert mit der Aktionsmaschine 50.Ein Steuerprozessor 76 speichert Konfigurationsdaten ineinem Konfigurationsspeicher 78 und lenkt den Fluß von Meßdaten ausder Meßplattform 28 herausund den Fluß vonKonfigurationsdaten in die Meßplattform 28 hinein.Der Steuerprozessor 76 ist ferner mit einer Ethernet-Schnittstelle 80 undeiner lokalen Hostschnittstelle 82 verbunden.
    [0058] DerSteuerprozessor 76 ist ein standardmäßiger Mikroprozessorkern, z.B.ein eingebetteter 16/32-Bit-RISC-Mikroprozessor. Er verwaltet die Wechselwirkungder Sonde mit der Außenwelt, über dieEthernet-Schnittstelle 80 und/oder die lokale Hostschnittstelle 82.
    [0059] DieEthernet-Schnittstelle 80 kann verwendet werden, um eineSchnittstelle mit einem externen Meßkästchen zu bilden, um Daten,die durch diesen Chip zum Zweck einer eingehenden Analyse gesammeltwurden, herunterzuladen. Alternativ kann sie verwendet werden, umdie IC zu konfigurieren.
    [0060] Dielokale Hostschnittstelle 82 kann zur Konfiguration undzum Hochladen von Daten zu einer Analysestation verwendet werden.
    [0061] 9 veranschaulicht ein Prozeßflußdiagrammder in 3 gezeigten Meßplattform 28.
    [0062] BeiSchritt 110 entfernt die Schicht-2-Entkapselungsvorrichtungdie Schicht-2-Anfangsblöcke,um das OSI-Schicht-3-Paketaus dem Ausgang des Rahmers/MAC zu extrahieren.
    [0063] BeiSchritt 120 werden die Anfangsblöcke aus dem OSI-Schicht-3-Paket extrahiert.Bei diesem Ausführungsbeispielist das OSI-Schicht-3-Paket ein IP-Paket. Die Ausgaben dieses Schrittessind die bei RFC 791 definierten IP-Anfangsblöcke: IP-Versionsnummer, Anfangsblocklänge, Dienstart,Länge des Pakets,Identifizierung, Flags, Fragmentversatz, Lebensdauer, Protokoll,Anfangsblockprüfsumme, Quellen-IP-Adresseund Bestimmungsort-IP-Adresse.
    [0064] BeiSchritt 130 wird eine Paket-ID erzeugt. Die Paket-ID wirdin Verbindung mit anderen Parametern verwendet, um das Paket eindeutigzu identifizieren. Die 32-Bit-Paket-ID wird erzeugt, indem der CRC-Algorithmusan den ersten 512 Bytes oder dem gesamten Datenabschnitt des IP-Pakets,je nachdem, was weniger ist, ausgeführt wird. Der CRC-Algorithmusfindet sich in jedem Fachbuch überCodierungsalgorithmen oder Digitallogik. Das Generatorpolynom istunten gezeigt: G(x)= X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X3 + X2 + X1 + 1 Gleichung1
    [0065] DiePaket-ID wird überdie ersten 512 Bytes berechnet, um eine Datenfragmentierung zu begrenzen,währendsie von der Quelle zu dem Bestimmungsort wandert. Falls eine Fragmentierungauftreten würde,würde diean und nach dem Fragmentierungspunkt berechnete Paket-ID geändert, undes gäbekeine Möglichkeit,die vor und nach der Fragmentierung gesammelten Daten zu korrelieren.
    [0066] BeiSchritt 140 wird der Zeitstempel von einem GPS-Signal odereiner Quelle, die dieselben Zeitgebungsdienste und dieselbe Genauigkeitliefern kann wie das GPS-Signal, abgeleitet. Der Empfänger gibtein 1PPS-Signal (1PPS = 1 Puls pro Sekunde) aus, das auf die GPS-Atomuhrenoder eine ähnliche Quellesynchronisiert ist. Ferner muß derEmpfänger Zeit-und Datumsinformationen ausgeben; die Zeitinformationen sind aufeine Sekunde genau. Das 1PPS-Signal wird verwendet, um die auf einenkleineren Zeitraum als eine Sekunde bezogenen Zeitgebungsinformationenzu erzeugen. Der erste Satz von Ausgaben aus diesem Block beträgt 40 Bits:5 Bits, um die Stunde darzustellen, 6 Bits, um die Minute darzustellen,6 Bits, um die Sekunde darzustellen, und 23 Bits, um die im Subsekundenbereichliegenden Informationen darzustellen. Der GPS-Empfänger odereine ähnlicheQuelle liefert die Stunden-, Minuten- und Sekundeninformationen.Die 23-Bits-Subsekundendaten werden durch die PPL erzeugt. Diese Datenstellen den auf den 200 ns genauen absoluten Zeitpunkt dar, zu demein Paket empfangen wird.
    [0067] Derzweite Ausgabesatz aus diesem Modul beträgt 24 Bits und ein Überlaufbit.Dies entspricht dem Anrufabstand bzw. dem Einfallsabstand von aufeinanderfolgendenPaketen. Die 24 Bits kommen von dem Inhalt eines 24-Bit-Zählers, derdurch den 5MHz-Takt getaktet wird. Das Überlaufbit ist hoch, wenn derZähler überläuft oder überschlägt. Es bleibt hoch,bis es gelöschtwird. Um einen gültigenSatz von Ausgaben (24-Bit-Zählerwertund ein Überlaufbit)zu erzeugen, ist ein Rücksetzsignalerforderlich. Das Rücksetzsignalsetzt den Zählerauf Null zurück undlöschtdas Überlaufbit.Der Inhalt des Zählers wirdgelesen, nachdem das letzte Bit des Pakets empfangen wurde. DieZeitgebung der Schaltungsanordnung ist derart, daß, nachdemdas letzte Bit empfangen und nachdem der Zähler gelesen wurde, der Zähler aufNull zurückgesetztwird. Der Inhalt des Zählersstellt die Zeit dar, die zwischen dem Ende eines Pakets und demEnde eines anderen Pakets verstrichen ist, oder stellt den Anrufabstandbzw. den Einfallsabstand der Pakete dar.
    [0068] BeiSchritt 150 werden die IP-Anfangsblockinformationen, diePaket-ID und der Zeitstempel gespeichert. Die Daten umfassen diePaketaufzeichnung. Die IP-Anfangsblockinformationen können benutzerkonfiguriertsein. Es könnenentweder der absolute Zeitstempel oder der Ankunftsabstand von Paketenausgewähltwerden. Der absolute Zeitstempel wird gespeichert, wenn eine derfolgenden Bedingungen erfülltist: 1) der 24-Bit-Zähler,der verwendet wird, um den Ankunftsabstand von aufeinanderfolgendenPaketen aufzuzeichnen, läuft über, oder2) die Anzahl von Paketaufzeichnungen in einem Speicher gleichteiner bzw. überschreiteteine Schwellenzahl. Andernfalls wird der Ankunftsabstand-Zeitstempel gespeichert.Der Ankunftsabstand-Zeitstempel spart Speicherplatz. Für einenSatz von Datenaufzeichnungen kann die absolute Einfallszeit voneinem einzigen absoluten Zeitstempel und einem Satz von Einfallsabstandszeitstempelnabgeleitet werden.
    [0069] BeiSchritt 160 werden die Daten gesammelt und an einen benutzerkonfigurierbarenBestimmungsort gesandt. Das Paket wird zu einem UDP- oder TCP-Paketzusammengestellt und überdas IP-Netzwerk an die Analysestation gesandt. Die Analysestationkennt den Ursprung der Meßdaten,indem sie die Quellen-IP-Adresse in dem IP-Anfangsblock untersucht.
    [0070] BeiSchritt 170 stellt der interne Schnittstellenprozessordiese Daten externen Vorrichtungen bereit.
    权利要求:
    Claims (21)
    [1] Router/Schalter (10), der folgende Merkmale aufweist einexternes Schnittstellenmodul (12) zum Senden und Empfangenvon Daten; einen mit dem externen Schnittstellenmodul verbundenenRahmer/MAC (16); einen Netzwerkprozessor (18)und einen Netzwerkspeicher (20), wobei der Netzwerkprozessormit dem Rahmer/MAC und dem Speicher verbunden ist; eine Steuerebenen-CPU(24) und einen Steuerebenenspeicher (26), dieauf bidirektionale Weise mit dem Netzwerkprozessor verbunden sind;und einen Meßanalysator(28), der entweder mit dem Sende-/Empfangs-Datentor oder dem Rahmer/MAC verbundenist.
    [2] Router/Schalter (10) gemäß Anspruch 1, bei dem der Meßanalysator(28) folgende Merkmale aufweist: einen Anfangsblockextraktor(30), der ein OSI-Datenpaketempfängtund OSI-Schicht-3/4-Daten ausgibt; einen Paketprozessor (32),der die OSI-Schicht-3/4-Datenempfängtund Anfangsblöcke undeine Paketkennzeichnung ausgibt; einen Zeitstempelgenerator(34), der den Empfang des OSI-Datenpakets aufzeichnet undeinen Zeitstempel erzeugt, der eine mit GPS vergleichbare Genauigkeitaufweist; und einen Meßpaketgenerator(36), der die Anfangsblöcke,die Paketkennzeichnung und den Zeitstempel empfängt und ein Meßdatenpaketerzeugt.
    [3] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch2, bei dem der Zeitstempelgenerator (34) eine Phasenregelschleifeumfaßt.
    [4] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch3, bei dem die Phasenregelschleife einen absoluten Zeitstempel erzeugt.
    [5] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch3 oder 4, bei dem die Phasenregelschleife einen Ankunftsabstandszeitstempelerzeugt.
    [6] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche2 bis 5, bei dem der Zeitstempel innerhalb von 500 Nanosekundenabsoluter Zeit liegt.
    [7] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche2 bis 6, bei dem der Anfangsblockextraktor (30) folgendeMerkmale aufweist: eine OSI-Schicht-2-Entkapselungsvorrichtung(40), die das OSI-Schicht-3-Paket von dem OSI-Datenpaketextrahiert; und einen Schicht-3-/Schicht-4-Extraktor (42),der das OSI-Schicht-3-Paket empfängtund Anfangsblöcke ausgibt,die dem OSI-Schicht-3/4-Paket entsprechen.
    [8] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche2 bis 7, bei dem die Paketkennzeichnung unter Verwendung eines Zyklische-Redundanzprüfung-Algorithmuserzeugt wird.
    [9] Meßanalysator(20), der folgende Merkmale aufweist: einen Anfangsblockextraktor(30), der ein OSI-Datenpaketempfängtund OSI-Schicht-3/4-Daten ausgibt; einen Paketprozessor (32),der die OSI-Schicht-3/4-Datenempfängtund Anfangsblöcke undeine Paketkennzeichnung ausgibt; einen Zeitstempelgenerator(34), der den Empfang des OSI-Datenpakets aufzeichnet undeinen Zeitstempel erzeugt, der eine mit GPS vergleichbare Genauigkeitaufweist; und einen Meßpaketgenerator(36), der die Anfangsblöcke,die Paketkennzeichnung und den Zeitstempel empfängt und ein Meßdatenpaketerzeugt.
    [10] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch9, bei dem der Zeitstempelgenerator (34) eine Phasenregelschleifeumfaßt.
    [11] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch10, bei dem die Phasenregelschleife einen absoluten Zeitstempelerzeugt.
    [12] Meßanalysator(20) gemäß Anspruch10, bei dem die Phasenregelschleife einen Ankunftsabstandszeitstempelerzeugt.
    [13] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche9 bis 12, bei dem der Zeitstempel innerhalb von 500 Nanosekundenabsoluter Zeit liegt.
    [14] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche9 bis 13, bei dem der Anfangsblockextraktor (30) folgendeMerkmale aufweist: eine OSI-Schicht-2-Entkapselungsvorrichtung(40), die das OSI-Schicht-3-Paket aus dem OSI-Datenpaketextrahiert; und einen Schicht-3-/Schicht-4-Extraktor (42),der das OSI-Schicht-3-Paket empfängtund Anfangsblöcke ausgibt,die dem OSI-Schicht-3/4-Paket entsprechen.
    [15] Meßanalysator(20) gemäß einemder Ansprüche9 bis 14, bei dem die Paketkennzeichnung unter Verwendung einesZyklische-Redundanzprüfung-Algorithmuserzeugt wird.
    [16] Verfahren füreine Netzwerkanalyse, das folgende Schritte aufweist: Empfangeneines OSI-Datenpakets; Extrahieren der OSI-Schicht 3 ausdem OSI-Datenpaket; Extrahieren von Anfangsblöcken aus der OSI-Schicht 3/4; Erzeugeneiner Paketkennzeichnung entsprechend den Anfangsblöcken; Erzeugeneines Zeitstempels, der eine mit GPS vergleichbare Genauigkeit aufweist;und Erzeugen eines Datenpakets, das die Anfangsblöcke, diePaketkennzeichnung und den Zeitstempel umfaßt.
    [17] Verfahren gemäß Anspruch16, bei dem das Erzeugen eines Zeitstempels ein Erzeugen eines absolutenZeitstempels umfaßt.
    [18] Verfahren gemäß Anspruch16, bei dem das Erzeugen eines Zeitstempels ein Erzeugen von Ankunftsabstandszeitstempelnumfaßt.
    [19] Verfahren gemäß einemder Ansprüche16 bis 18, bei dem das Empfangen eines OSI-Datenpakets umfaßt, daß ein Servereinem Client signalisiert, daß Datenzur Wiedergewinnung zur Verfügungstehen.
    [20] Verfahren gemäß einemder Ansprüche16 bis 19, bei dem das Empfangen eines OSI-Datenpakets umfaßt, daß ein Serverautomatisch Daten an einen Client sendet.
    [21] Verfahren gemäß einemder Ansprüche16 bis 20, bei dem das Erzeugen des Datenpakets ein Erzeugen derPaketkennzeichnung unter Verwendung eines Zyklische-Redundanzprüfung-Algorithmusumfaßt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004312734A|2004-11-04|
    US20040196840A1|2004-10-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-11-04| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-10-04| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: AGILENT TECHNOLOGIES, INC. (N.D.GES.D. STAATES, US |
    2008-03-13| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELLSCHA |
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    2009-11-12| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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