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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbindungszustandsparameter
in einem Kommunikationsnetzwerk und insbesondere auf die effiziente Aggregation
von Verbindungszuständen
für ein
Subnetzwerk in einem Kommunikationsnetzwerk.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
einem Kommunikationsnetzwerk, bestehend aus Knoten, welche Vermittlungssysteme
repräsentieren
und Verbindungen, welche Übertragungseinrichtungen
zwischen Paaren von Knoten repräsentieren,
wird die Netzwerktopologie, d.h. die Zusammenstellung aller Verbindungszustandsinformationen
von jedem Knoten, der für
eine Pfadberechnung zum Aufbau einer Kommunikation zwischen Knoten
verantwortlich ist, unterhalten. Routing-Protokolle, die verwendet
werden, um Pfade auszuwählen,
können
grob in zwei Klassen eingeteilt werden. Verbindungszustandsprotokolle
und Distanzvektorprotokolle. Verbindungszustandsprotokolle erfordern,
dass jeder Knoten die Zustände
aller relevanten Verbindungen unterhält. Distanzvektorprotokolle
erfordern, dass jeder Knoten den Zustand des kürzesten Pfades von ihm selbst
zu jeder relevanten Destination unterhält.
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Verbindungsmetriken
sind quantitative Verbindungszustandsparameter, die mit der Qualität des Informationstransfers
in Beziehung stehen und die bei der Pfadberechnung verwendet werden.
Es gibt zwei Arten von Verbindungsmetriken: nicht-additive und additive
Verbindungsmetriken. Eine nicht-additive Verbindungsmetrik nimmt
gewöhnlich
die Form einer „Bandbreite" an. Eine additive
Verbindungsmetrik nimmt gewöhnlich
die Form einer „Verzögerung" an. Das allgemeine
Problem bei der Pfadauswahl ist es, einen Pfad gemäß einem
gegebenen Routing-Ziel zu bestimmen, so dass die Bandbreite jeder
Verbindung auf dem ausgewählten
Pfad größer ist
als ein gegebener Bandbreiten-Schwellenwert, und so dass die Verzögerung entlang
des ausgewählten
Pfades kleiner ist als ein gegebener Verzögerungs-Schwellenwert. Es gibt
zwei übliche
Routing-Ziele im Stand der Technik: maximale Bandbreite und minimale
Verzögerung.
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Pfadmetriken
werden von Verbindungsmetriken abgeleitet. Für eine nicht-additive Verbindungsmetrik,
wie etwa Bandbreite, ist der einem Pfad zugeordnete Wert der minimale
Metrikwert unter allen Verbindungen entlang des Pfades. Für eine additive
Metrik, wie etwa Verzögerung
ist der einem Pfad zugeordnete Metrikwert die Summe der Metrikwerte
der Verbindungen entlang des Pfades.
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Die
Topologie des Netzwerks ist in einer Topologie-Datenbank gespeichert, die jedem Knoten beigefügt ist,
der für
die Unterhaltung und Verwendung solcher Information verantwortlich
ist. Aufgrund Änderungen
in dem Netzwerk muss die Topologie von Zeit zu Zeit über einen
Topologie-Rundsendemechanismus
aktualisiert werden. Eine Topologie-Rundsendung ist ein Ereignis, welches
von einem Knoten derart durchgeführt
wird, dass eine Mitteilung, die Verbindungszustandsinformation enthält, angezeigt
oder unter allen anderen Knoten in dem Netzwerk verteilt wird.
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Es
gibt im Stand der Technik zwei allgemeine Ansätze, die Topologie-Aktualisierungskomplexität anzugehen.
Bei einem Ansatz reduziert der Stand der Technik die Komplexität durch
Limitierung der Behandlung der Topologie auf eine Untermenge von Knoten
in dem Netzwerk. Bei einem anderen Ansatz aggregiert der Stand der
Technik die Verbindungszustände
in jedem Subnetzwerk so, dass Knoten außerhalb des Subnetzwerks nur
partielle Informationen über
dessen Topologie unterhalten müssen.
Typischerweise wird ein repräsentativer
Knoten aus den Knoten des Subnetzwerks ausgewählt, für das Aggregieren und Anzeigen
der Subnetzwerk-Verbindungsmetriken
an Knoten außerhalb
des Netzwerks verantwortlich zu sein.
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Der
Stand der Technik macht keinen Kompromiss bzgl. der Menge von Verbindungszustandsinformation
und unterteilt alle Knoten in zwei Typen: (i) Master-Knoten mit
erweiterten Speicher- und Rechenfähigkeiten und (ii) untergeordnete
Knoten mit beschränkten
Speicher- und Rechenfähigkeiten.
Jedem Master-Knoten ist eine Topologie-Datenbank beigegeben und
wird von dem Knoten zur Pfadberechnung verwendet. Die untergeordneten
Knoten verlassen sich auf die Master-Knoten hinsichtlich der Topologieunterhaltung
und Pfadberechnung.
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Bei
einem extremen Ansatz zur Verbindungsmetrikaggregation wird das
gesamte Netzwerk durch einen Pseudo-Knoten repräsentiert. Solch ein Ansatz
kann auf das IS-IS-Rounting-Protokoll,
d.h. „Intermediate
System-to-Intermediate
System"-Routing-Protokoll
zurückgeführt werden.
Bei einer Version dieses Ansatzes werden alle internen Verbindungsmetriken
des Subnetzwerks durch Annahme der schlimmsten Fälle auf eine Knotenmetrik für den Pseudo-Knoten reduziert.
Für eine
additive Verbindungsmetrik ist der „Durchmesser" (diameter) oder die
Länge des
längsten
kürzesten
Pfades zwischen irgendeinem Paar von Knoten in dem Subnetzwerk eine übliche Zuordnung
der entsprechenden Knotenmetrik. Für eine nicht-additive Verbindungsmetrik
ist die Bandbreite des kleinsten Maximalbandbreitenpfades zwischen
irgendeinem Paar von Knoten in dem Subnetzwerk eine übliche Zuordnung
der entsprechenden Knotenmetrik. Eine weitere Version des Ansatzes
ist es, den Pseudo-Knoten den „Mittelpunkt" des Subnetzwerkes
repräsentieren
zu lassen und jeder der Verbindungen, die den Pseudo-Knoten und
die exponierten Konten verbinden, eine geeignete Metrik zuzuweisen,
in dem Durchschnittswerte genommen werden. Eine Variation der obigen
Version nutzt eine Durchmesser-Varianzmetrik
zusätzlich
zu der Durchmessermetrik, um die Abweichung von einer symmetrischen
Topologie wiederzuspiegeln.
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Bei
dem OSPF-Routing-Protokoll, d.h. „Open Shortest Path First", werden summarische Verbindungszustände für das Routing
zwischen Netzwerken verwendet. Die summarischen Verbindungen sind
im Wesentlichen virtuelle Verbindungen mit externen Knoten. Vom
Standpunkt des Subnetzwerkers aus, gibt es interne Verbindungen,
welche interne Knoten miteinander verbinden, und es gibt summarische
Verbindungen, die sich von dem Subnetzwerk zu externen Knoten hin
erstrecken. OSPF ist als ein Verbindungszustands-Routing-Protokoll entworfen.
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Im
Stand der Technik wird ein Netzwerk in eine Anzahl von Ebenen gruppiert
und jeder Knoten hat Kenntnis lediglich von den kürzesten
Pfaden innerhalb seiner eigenen Gruppe unterster Ebene und eines
einzelnen kürzesten
Pfades zu jeder Übergruppe.
Die Pfadauswahl basiert auf einer Distanzvektormethode, wobei von
jedem Knoten eine Routing-Tabelle
unterhalten wird, welche den besten nächsten Sprung für jedes
beabsichtigte Ziel anzeigt.
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Im
Stand der Technik, der Verbindungszustände aggregiert, wird auch die
ursprüngliche
Topologie des Netzwerks auf eine kleinere Topologie reduziert, welche
aus einer Untergruppe der Knoten, nämlich exponierten Knoten, in
dem Subnetzwerk besteht. Dieses Verfahren zeigt eine virtuelle Vollmaschentopologie
an, deren Knoten exponierte Knoten sind und deren Verbindungen Pfade
in der ursprünglichen
Topologie repräsentieren.
Die Pfade werden im Hinblick auf ein gegebenes Routing-Ziel bestimmt. Die
Verbindungen in der virtuellen Topologie sind als virtuelle Verbindungen
bekannt. Dieser Ansatz ist gut geeignet für eine hierarchische Routing-Architektur.
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Bei
einem weiteren Stand der Technik wird ein anderes Problem gelöst. Eine
Heuristik, die damit beginnt, dass ein Vollmaschennetzwerk kürzester Pfade,
bestehend aus einer Untermenge von Knoten in einem gegebenen, ursprünglichen
Netzwerk berechnet und dann das Vollmaschennetzwerk auf ei nen Minimum-Spannbaum
reduziert wird, wird zum Routing mehrerer Destinationen in einem
Computernetzwerk verwendet, wobei es das Ziel ist, das Gesamtverbindungsgewicht
auf dem Multicast-Baum, der die Destinationsknoten miteinander verbindet,
zu minimieren. Es gibt zwei übliche
Spannbaumalgorithmen, die im Stand der Technik bekannt sind: Maximum-Spannbaumalgorithmus
und Minimum-Spannbaumalgorithmus.
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Obgleich
die Ansätze,
welche die Topologie unter Verwendung eines Pseudo-Knotens anzeigen, d.h.
Variationen des Ansatzes in IS-IS, die größte Reduzierung angezeigter
Information bieten, liefern diese Ansätze typischerweise nicht genug
Information für
ein effizientes Routing. Darüber
hinaus kann diejenige Version, welche schlimmste Fälle behandelt, die
mit einer asymmetrischen Subnetzwerk-Topologie verbundene Verbindungszustandsinformation nicht
wiederspiegeln. Die Version, die Durchschnittswerte verwendet, kann
keine Leistungsgarantie geben. Die Version, die eine Durchmesser-Varianzmetrik
verwendet, befindet sich noch in der Erforschung. Wenn eine Untermenge
der Knoten in dem Subnetzwerk exponiert ist, treffen sämtliche
Versionen nicht zu.
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Der
Ansatz, der Vollmaschenrepräsentationen
des Subnetzwerkes anzeigt, erfordert eine Anzeige in der Größenordnung
von M² Verbindungszustandsinformationselementen,
wobei die Anzahl der exponierten Knoten M ist. Für ein Subnetzwerk, dessen Knoten
nicht sehr dicht verbunden sind, kann die Menge an Verbindungszustandsinformation,
die angezeigt werden muss, leicht diejenige Menge übersteigen,
die in der ursprünglichen
Topologie des Subnetzwerks enthalten ist, wenn M hinreichend groß ist. Eine
solche Explosion von Verbindungszustandsinformationen widerspricht
dem Zweck der Verbindungsmetrikaggregation, d.h. der Effizienz beim
Routing.
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Der
summarische Verbindungsansatz bei OSPF erfasst nicht genug Verbindungszustandsinformationen
für ein
effizientes Routing, was zu Einschränkungen der Dienstqualität führt. Insbesondere bietet
er keine Flexibilität
Verbindungsressourcen, welche die Dienstqualitätserfordernisse für eine Verbindung
am besten erfüllen,
herauszusuchen und auszuwählen.
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Eine
effiziente Aggregation von Verbindungsmetriken sollte ein effizienteres
Routing durch das Kommunikationsnetzwerk ermöglichen. Es besteht daher ein
Bedarf nach einem Verfahren zur effizienten Aggregation von Verbindungsmetriken
derart, dass die Anzahl anzuzeigender Verbindungsmetriken minimiert
wird, ohne die in den Verbindungsmetriken enthaltene Information
merklich zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine Repräsentation
einer Topologie eines Subnetzwerkes zur Verwendung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Repräsentation
einer Vollmaschentopologie eines Subnetzwerkes zur Verwendung des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Repräsentation
einer Spannbaum-Topologie
eines Subnetzwerkes zur Verwendung des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist eine Repräsentation
exemplarischer Bandbreiten- und Verzögerungsmetriken in einem Subnetzwerk
zur Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine Repräsentation
exemplarischer Bandbreiten- und Verzögerungsmetriken für eine Vollmaschentopologie,
abgeleitet aus Maximalbandbreitenpfaden unter Verwendung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine Repräsentation
exemplarischer Metriken für
einen Maximalbandbreiten-Spannbaum gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung.
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7 ist eine Repräsentation
exemplarischer Metriken für
einen Maximalverzögerungs-Spannbaum
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Repräsentation
exemplarischer Metriken, angezeigt für Bandbreite und Verzögerung gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist eine Repräsentation
exemplarischer Schätzwerte
für eine
Vollmaschentopologie gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist ein Flussdiagramm
einer Ausführungsform
von Schritten gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung, welche eine effiziente Aggregation von
Verbindungsmetriken für
ein Subnetzwerk in einem Kommunikationsnetzwerk mit einer Mehrzahl
von untereinander verbundenen Subnetzwerken, die aus Knoten und
Verbindungen bestehen, zur Verfügung
stellt.
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11 ist ein Flussdiagramm
einer Ausführungsform
von Schritten zur Aggregation von Verbindungsmetriken zur Bandbreitenmaximierung
unter Verwendung der Maximalbandbreiten-Verbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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12 ist ein Flussdiagramm
einer Ausführungsform
von Schritten zur Aggregation von Verbindungsmetriken zur Verzögerungsminimierung
unter Verwendung der Minimalverzögerungs-Verbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
gemäß dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung.
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13 ist ein Flussdiagramm
einer Ausführungsform
von Schritten gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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14 ist ein Flussdiagramm
einer Ausführungsform,
um im Schritt des Zuordnens von Verbindungsmetrikwerten zu virtuellen
Verbindungen gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine virtuelle Verbindung auszuwählen, deren Metrikwert auf
der virtuellen Vollmaschentopologie aus dem entsprechenden Spannbaum
abgeschätzt
werden soll.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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In
einer großen,
auf dem Internet arbeitenden Umgebung, bestehend aus vielen Unternetzwerken,
wäre die
Aggregation von Verbindungsmetriken vorteilhaft, insbesondere aus
zwei Gründen.
Erstens muss die Menge an Verbindungszustandsinformation komprimiert
werden, um die Komplexität
der Topologieaktualisierung, die proportional der Anzahl von Verbindungen
ist, zu reduzieren. Zweitens kann es sein, dass die tatsächliche
Topologie eines Subnetzwerkes aus Sicherheitsgründen verborgen werden muss.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist anwendbar auf Verbindungszustands-Routing-Protokolle
und stellt eine effiziente Lösung
für das
Problem des Aggregierens von Verbindungszuständen, insbesondere Verbindungsmetriken
in einem Subnetzwerk zur Verfügung,
wo eine vorbestimmte Teilmenge von Knoten expo niert ist, d.h. während des
Aggregationsprozesses beibehalten werden soll. Dieses Verfahren erfordert
wesentlich weniger Kommunikationsbandbreite für Topologieaktualisierungen
als das herkömmliche
Verfahren, bei dem jeder Knoten in dem Netzwerk in der Unterhaltung
und Aktualisierung der gesamten Topologie des Netzwerkes eingebunden ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch rekursiv auf
ein Netzwerk mir hierarchischen Strukturen angewendet werden.
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Der
Zweck der Verbindungsmetrik-Aggregation ist es, die ursprüngliche
Topologie in dem Subnetzwerk durch eine virtuelle Topologie zu repräsentieren,
die lediglich aus den exponierten Knoten und der kleinsten Anzahl
virtueller Verbindungen besteht, die die internen Verbindungsmetriken
des Subnetzwerkes für
den Zweck der Pfadauswahl, basierend auf einem gegebenen Routing-Ziel,
angemessen erfassen kann. Es kann eine solche virtuelle Topologie für jede Verbindungsmetrik
geben. Die virtuellen Topologien müssen nicht dieselben sein,
da lediglich die Verbindungsmetrikinformation, die von ihnen abgeleitet
ist, von Bedeutung ist.
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Man
betrachte beispielsweise das Aggregieren von Verbindungsmetriken
für ein
Subnetzwerk mit N verbundenen Knoten, von denen N exponiert sind
oder bei der Aggregation beibehalten werden, wobei M<N, wobei M und N
positive ganze Zahlen sind. 1,
Bezugszeichen 100, zeigt ein beispielhaftes Subnetzwerk
(102) dessen exponierte Knoten (A, B, C, D) schattiert
sind. Für
M exponierte Knoten ist die größte Anzahl
virtueller Verbindungen, die sie miteinander verbinden M(M-1)/2,
d.h. von der Größenordnung
M², da
keine parallelen Verbindungen erlaubt sind, und solch eine vollständig verbundene Topologie, 2, Bezugszeichen 200, ist
als eine Vollmaschentopologie bekannt (vollständig verbundene A-B-C-D; 202).
Die kleinste Anzahl virtueller Verbindungen, die alle exponierten
Knoten miteinander verbindet, ist (M-1) und jede verbundene virtuelle Topologie
(M-1) virtuellen
Verbindungen gehört
zu der Familie von Topologien, die als „Bäume" bekannt sind. Insbesondere ist, da
sich alle M-exponierten Knoten in diesem Fall auf dem Baum befinden,
der in 3, Bezugszeichen 300,
gezeigte Baum als ein „Spannbaum" bekannt. Die Baumtopologie
enthält keine
Schleifen. Auch gibt es auf dem Spannbaum einen einzigartigen Pfad,
der jedes Paar von Knoten verbindet.
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Wenn
die Komplexität
der Topologieaktualisierung kein Thema ist, würde man klarer Weise die gesamte
in der virtuellen Vollmaschentopologie enthaltene Verbindungsmetrikinformation
anzeigen, wodurch man die beste, vollständigste Netzwerktopologie erhalten
würde,
ohne parallele Verbindungen zu gestatten. Die Repräsentation
der ursprünglichen Subnetzwerktopologie
durch eine Vollmaschentopologie, die einen vorbestimmten Satz von
exponierten Knoten verbindet, wird als eine vollständige Summation
der Subnetzwerktopologie bezeichnet. Falls ausgewählt, wird
die in der vollständigen
Summation enthaltenen Information mittels Kodierung komprimiert. Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kodiert die in der Vollmaschentopologie
enthaltene Verbindungsmetrikinformation mit minimalen Kompromiss bezüglich der
Fähigkeit
sie wiederherzustellen. Die Verbindungsmetrik-Informationselemente
von der Größenordnung
M² werden
zu Elementen der Größenordnung
M komprimiert. Diese kodierte Verbindungsmetrikinformation gegeben,
kann man auf (M-1) Verbindungsmetrik-Informationselemente mit vollständiger Genauigkeit
erhalten und sinnvolle Schätzwerte
der verblei benden Elemente in Form unterer Grenzen für Bandbreitenmetriken
und Obergrenzen für
Verzögerungsmetriken
ableiten. In einigen Fällen
sind die Schätzwerte
so genau, dass sie gleich den exakten Metrikwerten sind. Auf diese
Weise wird die Anzahl der anzuzeigenden Verbindungsmetriken minimiert,
ohne die in den Verbindungsmetriken enthaltene Information merklich
zu beeinträchtigen.
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Die
Aggregation und Verteilung von Verbindungsmetriken für ein Subnetzwerk
werden typischerweise von einem aus den Knoten des Subnetzwerks
ausgewählten
repräsentativen
Knoten durchgeführt.
Dieser Knoten wird als Subnetzwerkleiter bezeichnet. Die Anzeige
der Verbindungsmetriken wird von Knoten außerhalb des Subnetzwerks empfangen.
Diese Knoten werden als externe Knoten bezeichnet. Nach Empfang
der Anzeige ist jeder Knoten verantwortlich für das Decodieren oder das Abschätzen der
Werte der aggregierten Verbindungsmetriken des Subnetzwerks.
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10, Bezugszeichen 1000,
ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
von Schritten gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung, welches eine effiziente Aggregation
von Verbindungsmetriken für
ein Subnetzwerk in einem Kommunikationsnetzwerk bereitstellt, umfassend
die Schritte: A)
Auswählen
(1002), mittels eines Subnetzwerkleiters, einer Teilmenge
von Knoten in dem Subnetzwerk, die exponierte Knoten sein sollen,
B)
Erzeugen (1004), für
jede Verbindungsmetrik mittels des Subnetzwerkleiters, einer virtuellen
Spannbaum-Topologie,
welche die exponierten Knoten verbindet, und
C) Zuordnen (1006)
von Verbindungsmetrikwerten zu den virtuellen Verbindungen auf dem
Spannbaum und Anzeigen der Metrikwerte in einer Topologie-Rundsendung
mittels des Subnetzwerkleiters.
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Wo
ausgewählt,
kann man nach dem Schritt A einen Schritt (1008) des Reduzierens,
mittels des Subnetzwerkleiters, einer ursprünglichen, in einer Topologiedatenbank
des Subnetzwerkleiters gespeicherten Subnetzwerktopologie auf eine
virtuelle Vollmaschentopologie, wobei jede virtuelle Verbindung, die
ein Paar exponierter Knoten auf der virtuellen Vollmaschentopologie
verbindet, unter Verwendung einer Pfadauswahloptimierung abgeleitet
wird, einfügen.
Die angezeigten Verbindungsmetrikwerte in Schritt (D) umfassen typischerweise
eine Anzahl vorbestimmter spezieller Verbindungsmetrikwerte zum Ersetzen
ausgewählter,
aus jedem Spannbaum abgeleiteter Schätzwerte.
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Die
ursprüngliche
Topologie des Kommunikations-Subnetzwerks
wird daher mittels des Subnetzwerkleiters auf eine virtuelle Vollmaschentopologie
reduziert, welche einen Satz von M vorbestimmten exponierten Knoten
verbindet, wobei M eine positive ganze Zahl ist, so dass die Metrikwerte
auf jeder virtuellen Verbindung auf der virtuellen Vollmaschentopologie
aus einer Pfadauswahloptimierung abgeleitet werden, z.B. ein Maximalbandbreitenpfad oder
ein Minimalverzögerungs-Pfad.
Dann erzeugt der Subnetzwerkleiter für jede Verbindungsmetrik eine
virtuelle Spannbaum-Topologie aus der virtuellen Vollmaschentopologie
zum Kodieren der Metrikwerte auf der Vollmaschentopologie. Der Subnetzwerkleiter
zeigt dann über
eine Topologierundsendung den externen Knoten die kodierten Verbindungsmetrikwerte
an, d.h. diejenigen, die den virtuellen Verbindungen auf den Spannbäumen zugeordnet sind.
Für jede
Verbindungsmetrik wird von jedem externen Knoten aus der virtuellen
Spannbaum- Topologie
mittels einer Dekodierungstechnik die weiter unten dargestellt ist,
eine Vollmaschentopologie abgeleitet, welche die M exponierten Knoten
verbindet, so dass der jeder virtuellen Verbindung auf der abgeleiteten
Vollmaschentopologie zugeordnete Verbindungsmetrikwert ein Schätzwert des
der entsprechenden virtuellen Verbindung in der ursprünglichen Vollmaschenrepräsentation
der Subnetzwerktopologie zugeordneten Verbindungsmetrikwertes ist.
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Obgleich
im Allgemeinen die einer Verbindung zugeordneten Verbindungsmetrikwerte
im Wesentlichen symmetrisch in beide Richtungen einer Verbindung
sind, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch anwendbar,
wenn die Verbindungsmetrikwerte nicht symmetrisch sind. In dem Fall
der allgemeinen Verbindungsmetriken Bandbreite und Verzögerung kann
die Verbindungsbandbreite angenommen werden als die minimale Bandbreite
zwischen den beiden Richtungen und die Verzögerung als die maximale Verzögerung zwischen
den beiden Richtungen. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Schätzwert für die Bandbreite
eine untere Grenze und wenn er eine untere Grenze der Minimalbandbreite
zwischen den beiden Richtungen einer Verbindung ist, ist der Bandbreitenschätzwert eine
untere Grenze der Bandbreite für
beide Richtungen. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Schätzwert für eine Verzögerung eine
obere Grenze und, wenn er eine obere Grenze für die Maximalbandbreite zwischen den
beiden Richtungen ist, ist der Schätzwert für die Verzögerung eine obere Grenze der
Verzögerung
für beide
Richtungen.
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Die
vorliegende Erfindung sorgt für
Selektivität
durch Verwendung von beispielsweise einer von zwei Arten Pfadselektionsoptimierung:
Bandbreitenmaximierung und Verzöge rungsminimierung.
Ein Pfad zur Bandbreitenmaximierung wird unter Verwendung eines
Maximalbandbreiten-Pfadalgorithmus bestimmt. Ein Pfad zur Verzögerungsminimierung
wird unter Verwendung eines Minimalverzögerungs-Pfadalgorithmus bestimmt.
Der Maximalbandbreiten-Pfadalgorithmus ist eine einfache Variante des
Kürzester-Pfad-Algorithmus.
Die vorliegende Erfindung verwendet auch einen Graph-Algorithmus, den
Maximum-Spannbaumalgorithmus, und seine äquivalente Version, den Minimum-Spannbaum.
Der Maximum / Minimum-Spannbaumalgorithmus
wird verwendet, um einen Spannbaum mit der maximalen/ minimalen
Summe von Verbindungsgewichten zu bestimmen.
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Die
vorliegende Erfindung kombiniert die ausgewählte Pfadoptimierung und Spannalgorithmen
in einer einzigartigen Weise und stellt ein neues, effizientes Verfahren
zur Aggregation von Verbindungsmetriken zur Verfügung. Der Pfad für die Verzögerungsminimierung
wird unter Verwendung einer Minimalverzögerungsverbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
bestimmt. Wenn die Pfadoptimierung auf maximaler Bandbreite basiert,
wird der Verbindungsmetrik-Aggregationsalgorithmus gemäß der vorliegenden
Erfindung als die Maximalbandbreiten-Verbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
bezeichnet. Wenn die Pfadoptimierung auf Minimalverzögerung beruht,
wird der Verbindungsmetrik-Aggregationsalgorithmus gemäß der vorliegenden
Erfindung als die Minnimalbandbreitenverbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
bezeichnet.
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Wenn
Verbindungsmetriken daher zur Bandbreitenmaximierung unter Verwendung
der Maximalbandbreiten-Verbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
aggregiert werden, werden die folgenden, in dem Flussdiagramm von 11, Bezugszeichen 1100, verwendet:
A) Bestimmen eines Maximal bandbreitenpfades für jedes Paar exponierter Knoten
in der ursprünglichen
Subnetzwerktopologie und Repräsentieren
jedes Maximalbandbreitenpfades durch eine virtuelle Verbindung,
deren Verbindungsmetrikwerte gleich entsprechenden Metrikwerten
des Maximalbandbreitenpfades sind und wobei eine Auswahl aller virtuellen
Verbindungen die virtuelle Vollmaschentopologie darstellt (1102);
B) Bestimmen, aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalbandbreiten-Spannbaumes unter
Verwendung eines Maximum-Spannbaumalgorithmus
und der Bandbreite als Verbindungsgewichte und Verteilen der Bandbreite der
virtuellen Verbindungen in dem sich ergebenden Spannbaum an die
externen Knoten in dem Netzwerk (1104); und C) Bestimmen,
aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalverzögerungs-Spannbaumes unter Verwendung
eines Maximum-Spannbaumalgorithmus und der Verzögerung als Verbindungsgewichte
und Verteilen der Verzögerung
der virtuellen Verbindungen in dem sich ergebenden Spannbaum an
die externen Knoten in dem Netzwerk (1106).
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Die
einem Maximalbandbreitenpfad, der ein Paar exponierter Knoten verbindet,
zugeordnete Verzögerung
ist ein obere Grenze der Minimalverzögerung für irgendeinen Pfad, der dasselbe
Paar exponierter Knoten verbindet, da ein Pfad, der weniger Bandbreite
erfordert, als die Maximalbandbreite stets den Maximalbandbreitenpfad
als eine Alternative haben kann.
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Die
Bandbreite irgendeiner virtuellen Verbindung, die sich nicht auf
dem Spannbaum befindet, wird typischerweise abgeschätzt, indem
die Minimalbandbreite unter den virtuellen Verbindungen entlang eines
einzigartigen Pfades, der mit der virtuellen Verbindung eine Schleife
bildet, genommen wird, d.h. die Bandbreite des Pfades. Die Maximalband breite
der virtuellen Verbindung, die nicht auf dem Spannbaum liegt, kann
nicht größer sein
als der Schätzwert
oder der Baum ist kein Maximalbandbreiten-Spannbaum. Auf der anderen
Seite kann sie nicht kleiner sein als der Schätzwert, da es ein Widerspruch
wäre, wenn ein
alternativer Pfad mit einer größeren Bandbreite als
der Maximalbandbreite der virtuellen Verbindung existierte. Die
Bandbreite des einzigartigen Pfades ist daher tatsächlich dieselbe
wie die Bandbreite des Maximalbandbreitenpfades oder der entsprechenden virtuellen
Verbindung in der Vollmaschentopologie. Wo ein Minimum-Spannbaumalgorithmus
in dem zweiten Schritt anstelle eines Maximum-Spannbaumalgorithmus
verwendet wird, erhält
man die Schätzwerte
für die
untere Grenze, indem man die Maximalbandbreite unter den virtuellen
Verbindungen des einzigartigen Pfades nimmt.
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Die
Verzögerung
irgendeiner virtuellen Verbindung, die nicht auf dem Spannbaum liegt,
wird typischerweise abgeschätzt,
indem man die Minimalverzögerung
unter den virtuellen Verbindung entlang des einzigartigen Pfades
nimmt, der eine Schleife mit der virtuellen Verbindung bildet, d.h.
die Verzögerung des
Pfades, da die Verzögerung
eine additive Verbindungsmetrik ist. Die Verzögerung der virtuellen Verbindung,
die nicht auf dem Spannbaum liegt, kann nicht größer sein als der Schätzwert oder
der Baum ist kein Maximalverzögerungs-Spannbaum.
Der Schätzwert
dient daher als eine obere Grenze der Verzögerung des Maximalbandbreitenpfades
oder der korrespondierenden Verbindung in der virtuellen Vollmaschentopologie.
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Wenn
daher, wie in 12, Bezugszeichen 1200,
dargestellt, Metriken zur Verzögerungsminimierung
unter Verwendung einer Minimalverzögerungs-Verbindungsmetrik- Aggregationsheuristik
aggregiert werden, sind die folgenden Schritte enthalten: A) Bestimmen
eines Minimalverzögerungs-Pfades für jedes
Paar exponierter Knoten in der ursprünglichen Subnetzwerktopologie,
wobei jeder Minimalverzögerungs-Pfad durch eine virtuelle
Verbindung, deren Verbindungsmetrikwerte gleich den entsprechenden
Metrikwerten des Minimalverzögerungs-Pfades
sind, repräsentiert
werden und wobei eine Zusammenstellung aller virtuellen Verbindungen eine
virtuelle Vollmaschentopologie bildet (1202); B) Bestimmen,
aus der Vollmaschentopologie, eines Minimalbandbreiten-Spannbaums unter
Verwendung eines Minimum-Spannbaumalgorithmus
und einer Bandbreite als Verbindungsgewichte und Verteilen der Bandbreite
der virtuellen Verbindungen in dem resultierenden Spannbaum auf
die externen Knoten in dem Netzwerk (1204); und C) Bestimmen,
aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalverzögerungs-Spannbaums unter Verwendung
eines Maximum-Spannbaumalgorithmus und einer Verzögerung als
Verbindungsgewichte und Verteilen der Verzögerung der virtuellen Verbindungen
in dem resultierenden Spannbaum auf die externen Knoten in dem Netzwerk
(1206).
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Die
einem Minimalverzögerungs-Pfad,
der ein Paar exponierter Knoten verbindet, zugeordnete Bandbreite
ist eine untere Grenze der Maximalbandbreite für irgendeinen Pfad, der dasselbe
Paar exponierter Knoten verbindet, da ein Pfad, der eine größere Verzögerung tolerieren
kann als die Minimalverzögerung,
stets den Minimalverzögerungs-Pfad
als eine Alternative hat.
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Die
Bandbreite jeglicher virtueller Verbindung, die nicht auf dem Spannbaum
liegt, wird typischerweise abgeschätzt, indem die Maximalbandbreite
unter den virtuellen Verbindungen des einzigartigen Pfades, der
eine Schleife mit der virtuellen Verbindung bildet, genommen wird,
d.h. nicht die Bandbreite des Pfades. Die Maximalbandbreite der virtuellen
Verbindung, die nicht auf dem Spannbaum liegt, kann nicht kleiner
sein als der Schätzwert
oder der Baum wäre
kein Mininmalbandbreiten-Spannbaum. Der Schätzwert dient daher als eine
untere Grenze der Bandbreite des Minimalverzögerungs-Pfades oder der entsprechenden
virtuellen Verbindung in der Vollmaschentopologie.
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Die
Verzögerung
jeglicher virtueller Verbindung, die nicht auf dem Spannbaum liegt,
kann abgeschätzt
werden, indem die Minimalverzögerung
unter den virtuellen Verbindungen entlang des einzigartigen Pfades,
der mit der virtuellen Verbindung eine Schleife bildet, genommen
wird, d.h. nicht die Verzögerung
des Pfades, da die Verzögerung
eine additive Verbindungsmetrik ist. Die Verzögerung der virtuellen Verbindung,
die nicht auf dem Spannbaum liegt, kann nicht größer sein als der Schätzwert oder
der Baum wäre
kein Maximalverzögerungs-Spannbaum.
Der Schätzwert
dient daher als eine obere Grenze der Verzögerung des Minimalverzögerungs-Pfades
oder der entsprechenden virtuellen Verbindung in der Vollmaschentopologie.
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In
beiden Fällen
können
die Grenzen der Verbindungsmetriken der virtuellen Verbindungen
etwas flexibel sein. Wenn eine spezielle Grenze einer Verbindungsmetrik
flexibel ist, kann man zusätzlich eine
spezielle virtuelle Verbindung anzeigen, die verwendet werden soll,
um den aus dem Spannbaum abgeleiteten Schätzwert zu ersetzen. Wenn zusätzliche
Metrikwerte, die dem Spannbaum nicht zugeordnet sind, angezeigt
werden, ist es wichtig, dass sie bei der Anzeige als solche gekennzeichnet
werden, so dass der Spannbaum zum Erzeugen von Metrikschätzwerten
identifiziert werden kann.
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Ein
Beispiel für
die Anwendung der Erfindung unter Verwendung der Maximalbandbreiten-Verbindungsmetrik-Aggregationsheuristik
ist in den 4-9, Bezugszeichen 400, 500, 600, 700, 800 bzw. 900,
dargestellt. 4, Bezugszeichen 400,
ist eine Repräsentation
beispielhafter Bandbreiten- und Verzögerungsmetriken (402)
in einem Subnetzwerk zur Verwendung des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung. 5, Bezugszeichen 500,
ist eine Repräsentation
beispielhafter Bandbreiten- und Verzögerungsmetriken (502)
für eine
aus den Maximalbandbreitenpfaden unter Verwendung des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung abgeleitete Vollmaschentopologie. 6, Bezugszeichen 600,
ist eine Repräsentation
beispielhafter Metriken (602) für einen Maximalbandbreiten-Spannbaum
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung. 7,
Bezugszeichen 700, ist eine Repräsentation beispielhafter Metriken
(702) für
einen Maximalverzögerungs-Spannbaum
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung. 8,
Bezugszeichen 800, ist eine Repräsentation beispielhafter Metriken
(802), die für
Bandbreite und Verzögerung
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung angezeigt werden. 9, Bezugszeichen 900; ist eine
Repräsentation
beispielhafter Schätzwerte
(902) für
eine Vollmaschentopologie gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung.
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In
den 4-9 sind einer Verbindung zugeordnete Metrikwerte
durch geordnete Paare (x, y) dargestellt, wobei der x der Bandbreitenwert
und y der Verzögerungswert
ist und wo immer x oder y durch ein „*" ersetzt ist, ist der entsprechende
Verbindungsmetrikwert im Kontext der Figur nicht relevant. Exponierte
Knoten A, B, C und D werden verwendet, um eine Vollmaschentopologie
zu konstruieren. In diesem Beispiel werden die Bandbreitenwerte,
wie erwartet, genau wiederhergestellt und die oberen Grenzen der
Verzögerungswerte
werden erlangt. wenn der Verzögerungsschätzwert für die virtuelle Verbindung
AB wesentlich von der tatsächlichen
Verzögerung
derselben virtuellen Verbindung abweicht, wird der Verzögerungswert
für diese
virtuelle Verbindung typischerweise zusätzlich zusammen mit einem Hinweis
darauf angezeigt, dass er nicht zu dem Maximalverzögerungs-Spannbaum
gehört.
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In
einem, in 13, Bezugszeichen 1300, gezeigten
Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung
effizienter Aggregation von Verbindungsmetriken für ein Subnetzwerk
in einem Kommunikationsnetzwerk daher die Schritte: A) Auswählen einer
Teilmenge von Knoten in einem Subnetzwerk des Kommunikationsnetzwerks
(1302) als exponierte Knoten; B) Reduzieren der ursprünglichen
Subnetzwerktopologie auf eine virtuelle Vollmaschentopologie (1304),
welche die exponierten Knoten verbindet, so dass jede virtuelle
Verbindung, die ein Paar exponierter Knoten auf der virtuellen Vollmaschentopologie
verbindet unter Verwendung wenigstens eines der Punkte B1-B2 abgeleitet wird:
B1) Bestimmen eines Maximalbandbreitenpfades in der ursprünglichen
Subnetzwerktopologie und Repräsentieren
jedes Maximalbandbreitenpfades durch eine virtuelle Verbindung,
deren Verbindungsmetrikwerte gleich entsprechenden Metrikwerten
des Maximalbandbreitenpfades sind, und wobei eine Zusammenstellung
aller virtuellen Verbindungen eine Vollmaschentopologie darstellt;
B2) Bestimmen eines Minimalverzögerungs-Pfades
in der ursprünglichen
Sub netzwerktopologie und Repräsentieren
jedes Minimalverzögerungs-Pfades
durch eine virtuelle Verbindung, deren Verbindungsmetrikwerte gleich
entsprechenden Metrikwerten des Minimalverzögerungs-Pfades sind und wobei
eine Zusammenstellung aller virtuellen Verbindungen die Vollmaschentopologie
darstellt; C) wenn die virtuelle Vollmaschentopologie mit dem Maximalbandbreitenziel
bestimmt wird, C1) Bestimmen des Spannbaums zum Kodieren und Anzeigen
der Bandbreitenmetriken (1306) mittels: C1a) Bestimmen,
aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalbanbreiten-Spannbaums
unter Verwendung eines Maximum-Spannbaumalgorithmus und einer Bandbreite
als Verbindungsgewichte; und C1b) Verteilen der Bandbreite der virtuellen
Verbindungen in dem Maximalbandbreiten-Spannbaum auf die externen
Knoten in dem Netzwerk; C2) Bestimmen des Spannbaums zum Kodieren
und Anzeigen der Verzögerungsmetriken mittels:
C2a) Bestimmen, aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalverzögerungs-Spannbaums
unter Verwendung eines Maximum-Spannbaumalgorithmus und einer Verzögerung als
Verbindungsgewichte; und C2b) Verteilen der Verzögerung der virtuellen Verbindungen
in dem Maximalverzögerungs-Spannbaum
auf die externen Knoten in dem Netzwerk; D) wenn die virtuelle Vollmaschentopologie
mit dem Ziel der Minimalverzögerung
bestimmt wird, D1) Bestimmen des Spannbaums zum Kodieren und Anzeigen
der Bandbreitenmetriken (1308) mittels: D1a) Bestimmen,
aus der Vollmaschentopologie, eines Minimalbandbreiten-Spannbaums
unter Verwendung eines Minimum-Spannbaumalgorithmus und einer Bandbreite
als Verbindungsgewichte; und D1b) Verteilen der Bandbreite der virtuellen
Verbindungen in dem Minimalbandbreiten-Spannbaum auf die externen
Knoten auf dem Netzwerk; D2) Bestimmen des Spannbaums zum Kodieren
und Anzeigen der Verzögerungsmetriken
mittels: D2a) Bestimmen, aus der Vollmaschentopologie, eines Maximalverzögerungs-Spannbaums
unter Verwendung eines Maximum-Spannbaumalgorithmus und einer Verzögerung als
Verbindungsgewichte; D2b) Verteilen der Bandbreite der virtuellen
Verbindungen in dem Maximalverzögerungs-Spannbaum
auf die externen Knoten in dem Netzwerk. 14, Bezugszeichen 1400, ist
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
des, im Schritt des Zuordnens von Verbindungsmetrikwerten zu virtuellen
Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung,
Auswählens
einer virtuellen Verbindung auf der virtuellen Vollmaschentopologie,
deren Metrikwert aus dem entsprechenden Spannbaum abgeschätzt werden
soll, umfassend die Schritte: A) Bestimmen, ob die virtuelle Verbindung
auf dem Spannbaum liegt (1402); B) wenn die virtuelle Verbindung auf
dem Spannbaum liegt, wird ein Metrikwert der virtuellen Verbindung
auf dem Spannbaum als ein Schätzwert
für den
Metrikwert der entsprechenden virtuellen Verbindung auf der Vollmaschentopologie genommen
(1404); C) wenn die virtuelle Verbindung nicht auf dem
Spannbaum liegt, Bestimmen eines einzigartigen Pfades, welcher die
an den Enden der virtuellen Verbindung liegenden exponierten Knoten verbindet
(1406) und Bestimmen, ob der Spannbaum ein Maximum-Spannbaum
ist (1408); C1) wenn der Spannbaum ein Maximum-Spannbaum
ist, Nehmen eines minimalen Metrikwertes unter den virtuellen Verbindungen
entlang des einzigartigen Pfades als ein Schätzwert für einen Metrikwert der virtuellen
Verbindung auf der virtuellen Vollmaschentopologie (1410);
und C2) wenn der Spannbaum kein Maximum-Spannbaum ist, d.h. ein
Minimum-Spannbaum, Nehmen eines maximalen Metrikwertes unter den
virtuellen Verbindungen entlang eines einzigartigen Pfades als ein
Schätzwert für einen
Metrikwert der virtuellen Verbindung auf der virtuellen Vollmaschentopologie
(1412).
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Verglichen
mit dem Stand der Technik, der Knoten in Master-Knoten und untergeordnete
Knoten einteilt, so dass die Master-Knoten die Netzwerktopologie
unterhalten und die Pfadberechnung für die untergeordneten Knoten
durchführen,
stellt die vorliegende Erfindung den Vorteil des Erfordernisses geringer
Modifikation zu bestehenden Routing-Protokollen und -Architekturen zur Verfügung.
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Die
vorliegende Erfindung unterstützt
Routing-Protokolle,
die Verbindungszustände
verwenden, wohingegen es im Stand der Technik andere Verfahren gibt,
die Routing-Protokolle,
die Entfernungsvektoren verwenden, unterstützen. Die Aggregation von Verbindungszuständen ist
besser lenkbar als die Aggregation von Entfernungsvektoren, da letzteres
eine Kooperation zwischen den Subnetzwerken erfordert.
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Die
vorliegende Erfindung erfordert die Anzeige von Verbindungszustandsinformationselementen
in der Größenordnung
M, wenn die Anzahl exponierter Knoten M ist. Anders als der Ansatz,
der eine Vollmaschenrepräsentation
der Subnetzwerktopologie anzeigt, leidet die Erfindung nicht an
der Explosion von Verbindungsmetriken. Die abgeschätzte virtuelle
Topologie, die durch die Erfindung vorgeschlagen wird, spiegelt
die Asymmetrie in der ursprünglichen
Topologie des Subnetzwerkes angemessen wieder.
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Während der
Stand der Technik zum Routing vielfältiger Destinationen in einem
Computernetzwerk dahin tendiert, die Kosten der Kommunikation mit
vielfältigen
Destinationen zu minimieren, minimiert die vorliegende Erfindung
die Anzahl von anzuzeigenden Verbindungsmetriken und schätzt Verbin dungsmetriken
ab, die nicht angezeigt werden, wodurch ein effizientes Routing
ermöglicht
wird.
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Die
einzigartige Methode der vorliegenden Erfindung sorgt für ein Repräsentieren
von Verbindungsmetrikwerten auf einer Vollmaschentopologie durch
eine Spannbaum-Topologie
und für
ein Abschätzen
von Verbindungsmetrikwerten für
Verbindungen, die nicht Teil des Spannbaums sind, eine Fähigkeit,
die insbesondere bei der Verbindungszustandsaggregation für Netzwerkimplementationen mit
asynchronen Übertragsmodus
in einer auf dem Internet arbeitenden Umgebung nützlich ist.