DE60223806T2

DE60223806T2 - Messung von Netzwerkparametern wie sie von nicht künstlichem Netzwerkverkehr wahrgenommen werden

Info

Publication number: DE60223806T2
Application number: DE60223806T
Authority: DE
Inventors: Francisco Dunfermline Garcia; Robert Gardner; Joseph Sventek
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2002-09-16
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: DE60223806D1; JP2004112791A; US20040052259A1; EP1401147A1; CN1492630A; EP1401147B1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Messen von Netzwerkbetriebsparametern, z. B. von Einweg-, Ende-zu-Ende-Verzögerungen, wie dieselben durch einen Netzwerkbetriebsverkehr (wie z. B. Datenpakete in einem Netzwerk, das ein Übertragungssteuerprotokoll (TCP; TOP = Transmission Control Protocol) über das Internet-Protokoll Version 6 (TCP/IPv6) verwendet) erfahren werden.
Stand der Technik
Da das Internet wächst und bei kommerziellen und persönlichen Aktivitäten immer beherrschender wird, erhöht sich die Notwendigkeit, den Betrieb desselben zu überwachen und zu optimieren gleichermaßen. Ein Beispiel ist die Messung einer Einweg-, Ende-zu-Ende-Verzögerung. Große Werte dieser Verzögerung können die Leistung einiger Anwendungen beeinflussen; eine übermäßige Verzögerungsvariation (Jitter) kann Echtzeitanwendungen unterbrechen; Transportschichtprotokolle sind weniger fähig, eine hohe Bandbreite zu halten, wenn eine Ende-zu-Ende-Verzögerung zu groß ist; die minimale Ende-zu-Ende-Verzögerung liefert eine Schätzung der Ausbreitungs- und Übertragungsverzögerung oder der wahrscheinlichen Verzögerung unter leicht belasteten Pfadkonditionen; und Werte über dem Minimum liefern eine gute Anzeige des Überlastungspegels, der in dem Pfad vorhanden ist, dem die Pakete folgen. Eine Umlaufverzögerung ist leichter festzustellen, aber dieselbe liefert nicht zwangsläufig ein gutes Mittel zum Schätzen der Einweg-Verzögerung, da Netzaufwärts- und Netzabwärts-Datenpfade erheblich unterschiedlich sein können und sehr unterschiedliche Leistungscharakteristika aufweisen können, sogar wenn dieselben symmetrisch sind.
Die Internettechnologie, deren Verwendung am Beginn des 21. Jahrhunderts am weitesten verbreitet ist, ist Version 4 des Internet-Protokolls (Ipv4), und die meisten Mess- und Überwachungstechniken, die bei dieser Internettechnologie verwendet werden, fallen in eine von zwei Hauptkategorien: passive und aktive Techniken.
Passive Messtechnologien beobachten einen echten Verkehr (Datenpakete) auf einem Link bzw. einer Verknüpfung ohne eine Unterbrechung des Dienstes, der durch diese Pakete getragen wird. Üblicherweise umfassen diese Technologien die Verwendung von Zustandmaschinen, die einen gewissen Anfangspegel eines Filterns durchführen, um den Verkehr von Interesse auszuwählen, und dann unter Verwendung von Musterabgleichungstechniken nach besonderen Ereignissen suchen. Auf eine Erfassung dieser Ereignisse hin können verschiedenartige Zähler zweckmäßig aktualisiert werden. Beispiele umfassen Leistungsmessung-Management-Informationsbasen (MIBs; MIB = management information bases), die durch Netzwerkelementanbieter (NEPs; NEP = network element providers) und Fernüberwachungssonden (RMON-Sonden; RMON = remote monitoring) implementiert sind. Andere passive Überwachungssondenlösungen führen diesen einen Schritt weiter durch ein Extrahieren von Nutzdaten aus Paketen, die mit den/dem spezifizierten Muster(n) übereinstimmen. Eine vollständige Paketerfassung ist ebenfalls möglich. Die gesammelten Daten werden Benutzern entweder auf Aufforderung (Pull-Modell) oder auf das Auftreten von vordefinierten Auslöseereignissen hin (Push-Modell) zur Verfügung gestellt.
Wie bei den aktiven Messungen, die unten beschrieben sind, besteht eine Problemstellung darin, dass Benutzer immense Mengen an Messdaten erzeugen können, die über die IP-Verknüpfungen übersendet werden müssen, auf die die Messungen bezogen sind, und dies die Leistung des zu testenden Dienstes aufgrund von konkurrierenden Ressourcenanforderungen verschlechtern kann. Es gibt auch erhebliche Unter schiede darin, was aus den Messungen, die durch unterschiedliche passive Überwachungsansätze erhalten werden, geschlossen werden kann. RMON- und MIB-basierte Lösungen tendieren dazu, primär Zähler zu umfassen, die eine Globalansicht aller Verkehrsaktivität in einem Netzwerk liefern. Es ist schwierig, die erhaltenen Informationen auf einzelne Dienste zu beziehen oder Erkenntnisse zu folgern, die benutzt werden können, um eine Befolgung vertraglicher Vereinbarungen zu überwachen. Industrie oder offizielle Standards bestimmen oft die Implementierung der verschiedenartigen Zähler, und somit kann ein neuer Typ von Messung eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, um ratifiziert und übernommen zu werden. Techniken, die auf Ereignissen beruhen, die von einem besonderen Verkehrsstrom erzeugt werden, wären besser dazu geeignet, sich Angelegenheiten zu widmen, die auf die Leistung der Dienstqualität (QoS-Leistung; QoS = quality of service) bezogen sind.
Passive Überwachungstechniken sind insbesondere bei einem Sammeln von 1-Punkt-Messungen eines echten Benutzerverkehrs an einem Beobachtungspunkt in dem Netzwerk nützlich. Jedoch sind passive Techniken zum Durchführen von 2-Punkt-Messungen eines echten Benutzerverkehrs, wie z. B. einer Einweg-Verzögerung, wegen der Komplexität, die bei einem Korrelieren der Pakete enthalten ist, die an zwei entfernten Beobachtungspunkten erfasst werden, weniger geeignet. Vorhandene Lösungen umfassen üblicherweise die Beobachtung von identifizierbaren Datenmustern in Paketen an zweckmäßig positionierten Überwachungspunkten. Ein Zeitstempel und ein geeigneter Auszug des Datenmusters werden erzeugt und gespeichert. Die Einweg-, Ende-zu-Ende-Verzögerung entlang eines speziellen Pfades kann später als die Zeit zwischen Beobachtungen von identischen Datenmustern an Überwachungspunkten von beiden Enden des Pfades berechnet werden. Jedoch weist dieser Ansatz eine Anzahl von Nachteilen auf. Im Gegensatz zu dem Fall einer Umlaufverzögerungsmessung ist es notwendig, zur Korrelation zumindest Messdaten von einem Überwachungspunkt zu dem anderen zu transferieren oder, sogar weniger erwünscht, zur Korrelation Messdaten von beiden Beobachtungspunkten zu einem dritten Ort zu transferieren. Diese zusätzlichen Messdaten können ein Übersenden entlang der gleichen Netzwerkverknüpfungen erfordern wie diejenigen, die überwacht werden, wodurch die erhaltenen Ergebnisse möglicherweise beeinflusst werden. Aufgrund von Planungsverzögerungen an den Überwachungspunkten, nachfolgenden Ausbreitungs- und Übertragungsverzögerungen, die einem Übertragen von Messdaten zu dem Korrelationspunkt zugeordnet sind, und der Zeit, die für die Korrelation selbst aufgewendet wird, kann auch eine große Verzögerung zwischen dem Vornehmen der Messungen und dem Berechnen der Ende-zu-Ende-Verzögerungswerte vorhanden sein. Der Ort und die Funktionalität des Korrelationsprozesses sind zusätzliche Faktoren, die diesen Aspekt der Messleistung beeinflussen können.
Abgesehen von synchronisierten Takten zum Durchführen von Verzögerungsmessungen sind Techniken erforderlich, um sicherzustellen, dass beide Beobachtungspunkte das gleiche Paket für das Sammeln von Messdaten auslösen. Eine Fehlerhandhabung für verlorene oder fehlangepasste Abtastwerte ist ebenfalls notwendig. Ferner sind Passivmesssonden gegebenenfalls nicht fähig, Schritt zu halten, wenn Verkehrsvolumen und Datenraten steigen.
Aktive Techniken basieren auf der Injektion eines synthetischen Verkehrs in das Netzwerk, der spezifisch für Messzwecke erzeugt wird. Dieser synthetische Verkehr weist bekannte Charakteristika auf, die entworfen sind, um spezielle Eigenschaften eines Dienstes zu testen. Dieser Typ von Messtechnologie wird oft verwendet, um 2-Punkt-Messungen durchzuführen, insbesondere in Relation zu Antwortzeit, Paketverlust, Bandbreite und Verfügbarkeit des Service. Aktive Techniken sind gleichermaßen für ein Testen im Dienst oder ein Testen außerhalb des Dienstes geeignet. Eine Anzahl von globalen Projekten verwendet derartige Techniken, und insbesondere einige Messungen, die auf der Verwendung eines synthetischen Verkehrs basieren, werden unter der IP-Leistungsmetrik-Arbeitsgruppe (IP-Performance Metrics Working Group) der Internet-Arbeitsgruppe (IETF; IETF = Internet Engineering Task Force) standardisiert. Das US 5,535,193 offenbart ein Beispiel für eine Passivmessungsvorrichtung.
Für eine Einweg-Verzögerung müssen injizierte Pakete vor einem Abgang entweder zeitgestempelt sein, oder es muss ansonsten eine Aufzeichnung der Zeit und Paketidentität, erhalten und gespeichert werden. Die injizierten Pakete (entweder alle derselben oder ein Muster) werden an dem fernen Ende identifiziert und aus dem Strom entfernt. Ein anderer Zeitstempel wird erhalten und mit dem Versand-Zeitstempel verwendet, um die erforderliche Verzögerungsmessung abzuleiten.
Der Hauptnachteil von Aktivmessungstechniken besteht darin, dass dieselben das Paketweiterleitungs- und routingverhalten messen, das durch den synthetischen Verkehr, aber nicht zwangsläufig durch den echten Benutzerverkehr erfahren wird. Die resultierenden Messungen werden dann verwendet, um Annahmen über die Erfahrung des echten Benutzerverkehrs zu machen und dieselbe vorherzusagen. Um gute Ergebnisse sicherzustellen, ist es somit sehr wichtig, sicherzustellen, dass der synthetische Verkehr zweckmäßig gebildet ist und Übertragungscharakteristika aufweist, die den echten Benutzerdaten ähnlich sind, so dass derselbe die gleiche Behandlung erhält und/oder dem gleichen Lieferpfad folgt. Nichtsdestotrotz wird auf die Genauigkeit der aktiven Messungen vertraut, um Mehrwerturteile über den zu testenden Dienst durchzuführen. Das IETF-Dokument mit dem Titel „One-way Delay Measurement using IPv6 Source Routing" (draft-jeong-1-way-delay-ipv6-source-routing-00.txt, Februar 2002) offenbart ein Beispiel für eine Aktivmessungstechnik.
Eine erweitere Version einer Internettechnologie, Version 6 (IPv6), ist definiert worden und wird nun in Betriebssystemen implementiert. Im Vergleich zu IPv4 liefert IPv6 eine Vielfalt von Steigerungen:

– 128-Bit-IP-Adressen;
– ein skalierbares und hierarchisches Adressieren, das zur „Ansammlung" entworfen ist;
– besser gebildete Pakete, mit einer Bereitstellung für eine Aufnahme von „Erweiterungs"-Kopfblöcken, die ein Verarbeiten vereinfachen, Redundanzen beseitigen und eine verbesserte Funktionalität liefern;
– Dienstqualität-/Dienstklasse-Unterstützung;
– inhärente Sicherheit in dem Protokoll;
– „Plug & Play"-Autokonfiguration von Hosts;
– Mobilitätsunterstützung.

Diese Verbesserungen sind entworfen, um die Grundfunktionalität des Internets bei einem Kommunizierten von Daten in einer effizienten, zuverlässigen und widerstandsfähigen Weise zu verbessern und zu erweitern. Jedoch haben die Erfinder derselben zusätzliche Gelegenheiten zur Verwendung einer oder mehrerer dieser Steigerungen identifiziert, um ein verbessertes Überwachen und eine verbesserte Messung des Betriebs einer Internetausrüstung unter Verwendung von IPv6 zu erleichtern.
Das Schriftstück „Evaluation of Building Blocks for Passive One-way-delay Measurements" von Zseby u. a., XP 863.848 offenbart Bausteine zur passiven Einweg-Verzögerungsmessung unter Verwendung eines Im-Paket-Transportverfahrens, auch als halbaktives Transportverfahren bekannt, da umgehende Pakete verwendet werden, um z. B. messbezogene Daten zwischen einem Messpunkt und einem Sammelpunkt, wo diese Daten dann ausgewertet werden, zu transportieren.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Netzwerkbetriebsparameters, wie derselbe durch einen nicht-synthetischen Netzwerkverkehr erfahren wird, vorgesehen, das folgende Schritte aufweist:
Auswählen eines Pakets, das einen ersten Überwachungspunkt in einem Netzwerk durchläuft, gemäß einer Fähigkeit in einer Datenstrukturdefinition des Pakets für ein Eingliedernlassen zusätzlicher Informationen in das Paket;
Einglieder vorbestimmter Informationen zum Messen von zumindest einem Netzwerkbetriebsparameter in dem ausgewählten Paket gemäß der Datenstrukturdefinition desselben;
Weiterleiten des Pakets gemäß Adressierungsinformationen in dem Paket hin zu dem Bestimmungsort desselben;
Auspacken des Pakets, das einen zweiten Überwachungspunkt in dem Netzwerk durchläuft, gemäß einem Vorhandensein der vorbestimmten Informationen, und Beachten der vorbestimmten Informationen; und
Implementieren einer Messung des Netzwerkbetriebsparameters gemäß den beobachteten Informationen.
Die Erfindung erkennt und entwickelt eine Möglichkeit, die durch IPv6-Paket-Erweiterungskopfblöcke geliefert wird, um „Inline-Messungen" durchzuführen. Die Bezeichnung „inline", wie dieselbe hierin verwendet wird, zeigt an, dass Messungsauslöser, die eine Messungsaktivität aufrufen, und/oder die Messdaten selbst in echte Benutzerpakete eingegliedert sind, so dass die Messvorgänge in dem Verlauf des normalen Verarbeitens der Pakete oder durch spezialisierte Software- oder spezialisierte Hardware-Module, die sich an zweckmäßigen Punkten in dem Netzwerk befinden, durchgeführt werden können. Dies schafft einen hohen Pegel einer Wahrscheinlichkeit, dass die Pakete, die verwendet werden, um Messungen durchzuführen, die gleiche Behandlung und Verzögerung erfahren wie die Mehrzahl von Benutzerpaketen. Diese erforderliche Funktionalität kann ohne Weiters unter Verwendung von IPv6-Erweiterungskopfblöcken implementiert werden, was ermöglicht, dass genauere, flexiblere und weniger intrusive Messungen durchgeführt werden. Somit können Inline-Techniken bei der Entwicklung von innovativen, genaueren und flexibleren Mess-, Management-, Buchhaltungs- und Abrechnungs-Betriebsunterstützungssystemen verwertet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung ist ein System zum Messen eines Netzwerkbetriebsparameters, wie derselbe durch nicht synthetischen Netzwerkverkehr erfahren wird, vorgesehen, das folgende Merkmale aufweist:
einen Wähler zum Auswählen eines Pakets, das einen ersten Überwachungspunkt in einem Netzwerk durchläuft, gemäß einer Fähigkeit in einer Datenstrukturdefinition des Pakets für ein Eingliederlassen von zusätzlichen Informationen in das Paket;
einen Paketmodifizierer zum Eingliedern vorbestimmten Informationen zum Messen von zumindest einem Netzwerkbetriebsparameter in das ausgewählte Paket gemäß der Datenstrukturdefinition desselben;
eine Paketweiterleitungseinrichtung zum Weiterleiten des Pakets gemäß Adressierungsinformationen in dem Paket hin zu dem Bestimmungsort desselben;
einen Wähler zum Auswählen des Pakets, das einen zweiten Überwachungspunkt in dem Netzwerk durchläuft, gemäß einem Vorhandensein der vorbestimmten Informationen, und zum Beobachten der vorbestimmten Informationen; und
eine Parametermesseinrichtung zum Implementieren einer Messung des Netzwerkbetriebsparameters gemäß den beobachteten Informationen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein erfindungsgemäßes Verfahren und ein erfindungsgemäßes System zum Durchführen von Inline-Messungen von Netzwerkbetriebsparametern wie z. B. einer Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung ist nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein fiktives Fragment des Internets zeigt;
2 das allgemeine Format eines IPv6-Paketkopfblockes zeigt;
3 das allgemeine Format eines IPv6-Bestimmungsortoptionenerweiterungskopfblockes zeigt;
4 das allgemeine Format eines Typ-Länge-Wert-Tupels (TLV-Tupel; TLV = type-length-value) zeigt, der einen Teil eines Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblockes bildet;
5 das allgemeine Format eines IPv6-Routing-Erweiterungskopfblockes zeigt;
6 darstellt, wie IPv6-Erweiterungskopfblöcke in IPv6-Paketen eingebettet sein können;
7 das Format eines Beispiel eines Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblockes zeigt, der konfiguriert ist, um eine Messung gemäß dieser Erfindung zu erleichtern;
8 ein Beispiel für ein IPv6-Paket zeigt;
9 das Beispiel-IPv6-Paket von 8 zeigt, das gemäß dieser Erfindung durch eine Einschließung eines Erweitungskopfblockes modifiziert ist, um eine Messung einer Einweg-Verzögerung zu erleichtern;
10 ein Blockdiagramm ist, das mögliche Punkte für eine Softwareimplementierung der Erfindung in einem Netzwerkelement anzeigt; und
11 verfahrensorientierte Schritte skizziert, die bei einer Implementierung der Erfindung eingebunden sind.
Bester Modus zum Durchführen der Erfindung & Industrielle Anwendungsmöglichkeit
Zur Zweckmäßigkeit wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Netzwerk beschrieben, das IPv6 implementiert und in dem Daten zur Übertragung in Pakete partitioniert sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung gleichermaßen in dem Kontext von anderen Netzwerktechnologien anwendbar ist, die eine Funktionalität analog zu IPv6-Erweiterungskopfblöcken liefern. Dementsprechend ist die Bezeichnung Paket, wie dieselbe hierin verwendet wird, als Datenpartitionen umfassend zu verstehen, die bei derartigen anderen Netzwerktechnologien durch eine unterschiedlichen Terminologie bezeichnet werden, wie z. B. Zellen oder Rahmen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein fiktives Fragment des Internets gezeigt, das Router 10 bis 22 aufweist, die durch Links bzw. Verknüpfungen verbunden sind. Pakete 24, die z. B. an dem Router 10 ankommen, werden über die Router 12, 14 und 16 gemäß Routingtabellen, die durch die Router aus Informationen hergestellt werden, die dieselben untereinander austauschen, weiter zu dem Bestimmungsort derselben hin geleitet, der in Kopfblöcken identifiziert ist, die einen Teil der Pakete bilden. Das Format eines Paketkopfblockes, wie für IPv6 in der Kommenetaranforderung 2460 (RFC 2460; RFC = Request for Comments) der Internet Society spezifiziert, ist in 2 gezeigt.

Unter Bezugnahme auf 2 ist der Paketkopfblock herkömmlicherweise als eine Sequenz von Reihen gezeigt, wobei jede Reihe zweiunddreißig aufeinanderfolgende Binärstellenwerte repräsentiert (vier Oktetts). Gruppierungen von benachbarten Bits, um funktionsfähige Entitäten zu bilden, sind durch Rechtecke angezeigt. Der IPv6-Kopfblock enthält acht derartige Gruppen:

– Version	4-Bit-Internetprotokollversion Nummer (= 6).
– Verkehrsklasse	8-Bit-Verkehrsklassenfeld
– Flussetikett	20-Bit-Flussetikett
– Nutzlastlänge	Vorzeichenlose 16-Bit-Ganzzahl. Länge der IPv6-Nutzlast (d. h. Rest des Pakets einschließlich jeglicher Erweitungskopfblöcke, die dem IPv6-Kopfblock folgen) in Oktetts.
– Nächster Kopfblock	8-Bit-Wähler. Identifiziert den Typ von Kopfblock, der unmittelbar dem IPv6-Kopfblock folgt, unter Verwendung von Protokollnummern, die (momentan) durch die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) spezifiziert sind unter http://www.iana.org/assignmets/protocolnumbers
– Hop-Grenze	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Ist um 1 dekrementiert durch jeden Knoten, der das Paket weiterleitet. Das Paket wird ausgesondert, wenn die Hop-Grenze auf null dekrementiert ist.
– Quelladresse	128-Bit-Adresse des Urhebers des Pakets, formatiert wie in RFC 2373 spezifiziert.
– Bestimmungsortadresse	128-Bit-Adresse des beabsichtigten Empfängers des Pakets (wahrscheinlich nicht der letzte Empfänger, wenn ein Routing-Kopfblock vorhanden ist).

Bei IPv6 können optionale Internetschichtinformationen in getrennten Kopfblöcken kodiert sein, die zwischen dem IPv6-Kopfblock, der in 2 gezeigt ist, und dem Obere-Schicht-(z. B. TCP-)Kopfblock in einem Paket platziert sein können. Es gibt verschiedenartige derartige Erweiterungskopfblöcke, wobei jeder durch einen kennzeichnenden Nächster-Kopfblock-Wert identifiziert ist. 3 zeigt das Format eines derartigen Erweitungskopfblockes, des Bestimmungsort-Optionen-Kopfblockes. Dieser Kopfblock wird verwendet, um optionale Informationen zu tragen, die lediglich durch den/die Bestimmungsortknoten eines Pakets geprüft werden müssen. Der Bestimmungsort-Optionen-Kopfblock istdurch einen Nächster-Kopfblock-Wert von 60 in dem unmittelbar vorhergehenden Kopfblock identifiziert und enthält folgende Felder:

– Nächster Kopfblock	8-Bit-Wähler. Identifiziert den Typ von Kopfblock, der unmittelbar dem Bestimmungsortoptionen-Kopfblock folgt, in der gleichen Weise wie das Nächster-Kopfblock-Feld des obig beschriebenen IPv6-Kopfblockes.
– Kopfblockerweiterungslänge	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Länge des Bestimmungsortoptionen-Kopfblockes in 8-Oktett-Einheiten (64-Bit-Einheiten), die ersten acht Oktetts nicht eingeschlossen.
– Optionen	Variable-Länge-Feld von einer derartigen Länge, dass der vollständige Bestimmungsortoptionen-Kopfblock ein ganzzahliges Vielfaches von acht Oktetts lang ist. Enthält eine oder mehrere Typ-Länge-Wert-codierte Optionen (TLV-codierte Optionen; TLV = type-length-value), wie unten beschrieben.

Die TLV-codierten Optionen weisen das folgende Format auf, wie in 4 dargestellt:

– Optionstyp	8-Bit-Identifizierer des Typs von Option (siehe unten).
– Optionsdatenlänge	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Länge des Optionsdatenfelds dieser Option in Oktetts.
– Optionsdaten	Variable-Länge-Feld. Optionstypspezifische Daten.

Die zwei Bits höchster Ordnung des Optionstypidentifizierers spezifizieren eine Handlung, die unternommen werden muss, wenn der verarbeitende IPv6-Knoten den Optionstyp nicht erkennt:

00 – diese Option überspringen und mit der Verarbeiten des Kopfblockes fortfahren;
01 – das Paket aussondern;
10 – das Paket aussondern und, ungeachtet dessen, ob die Bestimmungsortadresse des Pakets eine Multicast-Adresse (Gruppenadresse) war oder nicht, eine Internet-Steuer-Nachrichtenprotokoll-Parameterproblem-Nachricht (ICMP-Parameterproblem-Nachricht; ICMP = Internet Control Message Protocol), Code 2, an die Quelladresse des Pakets senden, wobei der unerkannte Optionstyp gezeigt wird;
11 – das Paket aussondern und, nur wenn die Bestimmungsortadresse des Pakets keine Multicast-Adresse (Gruppenadresse) war, eine ICMP-Parameterproblem-Nachricht, Code 2, an die Quelladresse des Pakets senden, wobei der unerkannte Optionstyp gezeigt wird.

Das Dritthöchste-Ordnung-Bit des Optionstypen spezifiziert, ob die Optionsdaten dieser Option sich auf der Strecke zu dem Endbestimmungsort des Pakets ändern können oder nicht, so dass eine Berechnung oder eine Verifizierung von Autentifizierungswerten durchgeführt werden kann, ohne durch derartige Änderungen beeinflusst zu werden. Die Wertigkeit dieses Bits ist wie folgt:

0 – Optionsdaten ändern sich nicht auf der Strecke;
1 – Optionsdaten können sich auf der Strecke ändern.

Das Format einer anderen Art eines Erweitungskopfblockes des Routing-Kopfblockes ist in 5 gezeigt. Dieser Kopfblock wird durch ein IPv6-Quelle verwendet, um einen oder mehrere Zwischenknoten aufzulisten, die auf dem Weg zu einem Bestimmungsort eines Pakets „besucht" werden sollen. Der Routing-Kopfblock wird durch einen Nächster-Kopfblock-Wert von 43 in dem unmittelbar vorhergehenden Kopfblock identifiziert und weist das folgende Format auf:

– Nächster Kopfblock	8-Bit-Wähler. Identifiziert den Typ von Kopfblock, der unmittelbar dem Routing-Kopfblock folgt, in der gleichen Weise wie das Nächster-Kopfblock-Feld des oben beschriebenen IPv6-Kopfblockes.
– Kopfblockerweiterungslänge	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Länge des Routing-Kopfblockes in 8-Oktett-Einheiten, die ersten acht Oktetts nicht eingeschlossen.
– Routing-Typ	8-Bit-Identifizierer einer speziellen Routing-Kopfblock-Variante.
– Übriggelassene Segmente	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Anzahl von verbleibenden Streckensegmenten, d. h. Anzahl von explizit aufgelisteten Zwischenkonten, die vor einem Erreichen des Endbestimmungsortes noch besucht werden sollen.
– Typenspezifische Daten	Variable-Länge-Feld von einem Format, das durch den Routing-Typ bestimmt ist, und einer derartigen Länge, dass der vollständige Routing-Kopfblock ein ganzzahliges Vielfaches von acht Oktetts lang ist.

Alle Erweitungskopfblöcke müssen so formatiert sein, dass die Gesamtlänge derselben ein ganzzahliges Vielfaches von acht Oktetts ist, und Felder von einer Breite von N Oktetts (N = 1, 2, 4 oder 8) in einem Kopfblock sollten an einem ganzzahligen Vielfachen von n Oktetts von dem Start des Kopfblocks platziert sein. Um dies zu unterstützen, sind zwei TLV-codierte Optionen definiert: die Pad1-Option, die ein einzelnes nullwertiges Oktett aufweist (ohne eine Länge oder ein Wertfeld), und die PadN-Option (zum Einfügen von insgesamt N Oktetts, wenn N > 1), die N-2 nullwertige Oktetts plus ein Typenfeld aufweist, das den Wert 1 und ein Längenfeld enthält, das den Wert N-2 enthält.
Mit Ausnahme eines speziellen Hop-um-Hop-Optionenkopfblockes (hier nicht erörtert, aber in RFC 2460 beschrieben) erfordert das RFC, dass jeder der unterschiedlichen IPv6-Erweiterungskopfblöcke lediglich an dem Knoten (oder Gruppe von Knoten im Falle von Multicast-Diensten) überprüft wird, der die Bestimmungsortadresse aufweist, die in dem Haupt-IPv6-Kopfblock enthalten ist. Anders ausgedrückt werden Paketerweiterungskopfblöcke nicht durch Zwischenkonten überprüft oder verarbeitet, die einfach gemäß IPv6 ein Routing entlang der Paketweiterleitungsstrecke implementieren.
Jeder Erweiterungskopfblock zeigt den Start des nächsten mittels des Nächster-Kopfblock-Feldes an, was eine Art einer Einweg-Kette bildet. Jeder Kopfblock in der Kette wird streng der Reihe nach verarbeitet, und die Inhalte und die Semantik eines jeden Erweitungskopfblockes bestimmen, ob der empfangende Knoten zu dem nächsten Kopfblock fortfährt oder nicht. 6 stellt ein Beispiel für eine derartige Kette von Kopfblöcken dar, für den Fall, in dem ein Bestimmungsortoptionen-Kopfblock zwischen den IPv6-Kopfblock und die Nutzlast des Pakets eingefügt worden ist. In diesem Fall enthält das Nächster-Kopfblock-Feld des IPv6-Kopfblockes den Wert 60, und das entsprechende Feld des Bestimmungsortoptionen-Kopfblockes enthält den Wert 6, wobei angezeigt wird, dass auf diesen Erweitungskopfblock ein TCP-Obere-Protokollschicht-Kopfblock und Daten folgen.
Die vorliegende Erfindung nutzt Erweitungskopfblöcke, z. B. die Bestimmungsortoptionen- und Routing-Kopfblöcke, um eine „Inline"-Messung von Betriebsparametern wie z. B. Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung, Zweiweg-Verzögerung (Umlaufverzögerung), akkumulierte Verzögerung (unter Verwendung von Zeitstempeln, die hinzugefügt werden, wenn ein Paket verschiedenartige Segmente einer Verknüpfung durchläuft) und Zwei-Punkt-Verlust (Verlust von Paketen im Transit zwischen zwei Punkten) zu erleichtern. Die Erfindung kann auch zum Überwachen eines Routerbetriebs, wie z. B. eines Verfolgens eines Vorankommens von Paketen durch das Netzwerk mittels Kennungen (Tags) in Erweiterungskopfblöcken, um Pakete, die verfolgt werden sollen, zu identifizieren, verwendet werden. Diese Messung und Überwachung wird durch ein Hinzufügen von Erweiterungskopfblöcken, die so formatiert sind, wie es in dem Beispiel unten beschrieben ist, zu Paketen, die das Netzwerk als Teil eines normalen Betriebs durchlaufen, erreicht.
Der Bestimmungsortoptionen-Kopfblock z. B. kann praktisch für diese Zwecke verwendet werden, ohne den normalen Betrieb von Routern, die die Pakete, zu denen dieser Kopfblock hinzugefügt worden ist, verarbeiten, zu stören, durch ein Setzen der zwei Höchste-Ordnung-Bits des Optionstypenidentifizierers in dem Erweiterungskopfblock auf 00. Wenn dies erwünscht ist, kann der Bestimmungsortoptionenkopfblock vor einer Lieferung des Pakets zu dem beabsichtigten Bestimmungsort desselben des Paketes entfernt werden (z. B. Client/Server). Aber sogar, wenn dies nicht erfolgt (entweder absichtlich oder weil der Kopfblock fehlerhafterweise nicht entfernt ist), überspringt der Bestimmungsortknoten diese Option einfach auf einen Empfang hin, gemäß dem 00-Optionstypidentifizierer.
Im Prinzip könnte ein spezifischer Erweitungskopfblock für Messzwecke definiert sein, da RFC 2460 eine mögliche Definition von zusätzlichen Erweitungskopfblocktypen in der Zukunft zulässt. Die Erfindung kann bei derartigen spezifischen Erweitungskopfblöcken verwendet werden, wenn dieselben definiert sind. Jedoch würde dieser Ansatz zu einer Bereitstellung eines spezifischen Nächster-Kopfblock-Wertes führen, der eindeutig Messerweitungskopfblöcken zugeordnet ist und als solcher überall in dem Netzwerk identifizierbar ist. Dementsprechend wären Netzwerkausrüstungshersteller und -bediener in der Lage, zu bestimmen, dass ein beliebiges Paket, das einen Kopfblock aufweist, der diesen Nächster-Kopfblock-Wert enthält, verwendet wird, um Mess- und Managementdaten zu sammeln. Die Ausrüstung könnte ohne weiteres entworfen sein, um derartige Pakete in einer begünstigten, aber atypischen Weise zu behandeln, wobei möglicherweise der Zweck der Messungen verhindert würde. Durch eine Verwendung des Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblockes (oder des Routing-Kopfblockes) ist dieses Risiko minimiert, da nichts vorhanden ist, um den Messzweck des Kopfblockes zu unterscheiden. Ferner verarbeiten lediglich die Knoten, auf die die Bestimmungsortoptionen- oder Routing-Kopfblöcke anwendbar sind, die Kopfblöcke in dem Verlauf des normalen Netzwerkbetriebs, wobei das Risiko einer Störung dieses Betriebs reduziert ist.
Jedoch ist es für Knoten, die in dem Messprozess eingebunden sind (z. B. die Router 10 und 16 bei dem unten beschriebenen Beispiel), natürlich notwendig, die relevanten Erweitungskopfblöcke zu erfassen und zu verarbeiten, obwohl dieselben diese in einem normalen Netzwerkbetrieb ignorieren würden. Dies kann, wie es unten beschrieben ist, durch ein Vergrößern der normalen Betriebsfirmware in diesen Knoten mit Modulen, die die Paketverarbeitungsfunktionali tät der Knoten wie es erforderlich ist erweitern, erreicht werden.

Für die Messung einer Verzögerung wird praktischerweise ein Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblock verwendet, um für die Messung erforderliche Informationen zu tragen. 7 zeigt das Format eines derartigen Kopfblockes zur Verwendung bei einem Messen einer Einweg-Verzögerung, einschließlich von zweckmäßigen Optionsdatenfeldern wie folgt:

– Zeiger	8-Bit-Vorzeichenlose-Ganzzahl. Wird verwendet, um den Ort des nächsten nicht-verwendeten Schlitzes bei den Optionsdaten anzuzeigen, d. h. für eine Speicherung eines Zeitstempels.
– Überlaufen	Vorzeichenlose 8-Bit-Ganzzahl. Wird verwendet, um anzuzeigen, wenn ein Versuch erfolgt, mehr Zeitstempel zu speichern als Schlitze vorhanden sind, um dieselben aufzunehmen.
– Flags	Oktett, das acht binäre Flags aufweist, z. B. für ein Anzeigen der Art von Daten, die anderswo in den Optionsdatenfeldern gespeichert sind.
– Reserviert	Ein nullwertiges Oktett, das zu Ausrichtungszwecken enthalten ist, d. h. um sicherzustellen, dass der vollständige Erweitungskopfblock in Größe ein ganzzahliges Vielfaches von acht Oktetts ist.
– Quellzeitstempel	Zwei vorzeichenlose 32-Bit-Ganzzahlen. Ein Zeitstempel, der eine Zeit eines Weiterleitens des Pakets von der Schnittstelle des Knotens, wo der Erweitungskopfblock eingefügt wurde, anzeigt. Die zwei Komponentenganzzahlen repräsentieren die Sekunden- bzw. Mikrosekunden-Abschnitte der Zeit, die seit 0000 Stunden am 1. Januar 1970 Standardweltzeit (UTC; UTC = Universal Coordinated Time) vergangen ist.
– Bestimmungsortzeitstempel	Zwei vorzeichenlose 32-Bit-Ganzzahlen. Ein Zeitstempel, der eine Zeit eines Empfangs des Pakets an der Schnittstelle des Knotens anzeigt, wo der Erweitungskopfblock erfasst wird, in dem gleichen Format wie der Quellzeitstempel.

Der Optionstypidentifizierer in dem Kopfblock wird auf einen Wert gesetzt, der zugewiesen ist, um eine „Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerungsmessung" zu identifizieren.
Das in 1 gezeigte Beispiel der Erfindung stellt den Fall einer Verzögerungsmessung in einem Abschnitt eines Netzwerks dar, wie z. B. zwischen Eingangs- und Ausgangspunkten eines Paketflusses über die Grenzen eines Abschnitts unter der Steuerung eines einzigen Bedieners. Jedoch ist die Erfindung gleichermaßen auf „Ende-zu-Ende"-Messungen anwendbar, wie z. B. von einem Server (z. B. der eine Website bedient) zu einem Client (z. B. einem drahtlos verbundenen Personaldigitalassistenten (PDA; PDA = personal digital assistant), der eine Webbrowser-Anwendung ausführt).
Sich erneut auf 1 beziehend ist der Router 10 konfiguriert, um ein oder mehrere Pakete gemäß einem zweckmäßigen vorbestimmten Kriterium auszuwählen. Zum Beispiel könnten Pakete zufällig unter diesen ausgewählt werden, die an einen spezifizierten Bestimmungsort adressiert sind, oder aus einer speziellen Quelle ausströmen, ungeachtet des Bestimmungsortes. Andere Möglichkeiten zur Auswahl umfassen: alle Pakete, die durch ein spezielles Obere-Schicht-Protokoll wie TCP, User Datagram Protocol (UDP), ICMP oder Internet Group Management Protocol (IGMP) transportiert werden; oder alle Pakete eines speziellen Anwendungstyps wie z. B. eines Sitzungsinitiierungsprotokolls (SIP; SIP = Session Initiation Protocol), eines Echtzeit-Transportprotokolls (RTP; RTP = Real Time Transport Protocol) oder eines Hypertext-Transfer-Protokoll (HTTP). Somit kann eine Identifizierung von Paketen (z. B. an Netzwerkeingangspunkten) in einem erwünschten Fluss oder Strom von Pakten, die zu den gleichen Charakteristika konform sind, für die Einfügung eines Erweitungskopfblockes (mit Optionsfeldern desselben) durch beliebig komplexe Regeln gesteuert werden, die z. B. eine jegliche Kombination umfassen aus: Quell- und Bestimmungsort-IP-Adressen und -Präfixe; Transportprotokolle; Quell- und Bestimmungsort-Port-Nummern, die in Transportprotokollen wie TCP und UDP enthalten sind; Verkehrsklasse; und Flussetikett. Wenn das Netzwerk sowohl IPv4- als auch IPv6-Pakete trägt, dann erfolgt die Auswahl aus den IPv6-Paketen.
Wenn wiederholte Messungen vorgenommen werden müssen und zwischen Paketen, die für Inline-Messungen ausgewählt sind, ein gleichmäßiges Intervall verwendet werden müsste, könnte die gemessene Verzögerung durch den Betrieb von anderen Anwendungen beeinflusst werden, die den gleichen Pfad benutzen und zufällig auf der gleichen periodischen Basis kommunizieren. Um diese Möglichkeit zu mildern, wird das Intervall zwischen ausgewählten Paketen vorzugsweise aus einer zufälligen Verteilung gewählt, wie z. B. einer Poisson- oder einer abgeschnittenen Pareto-Verteilung.
Ist ein zweckmäßiges Paket einmal ausgewählt worden, wird ein Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblock hinzugefügt (oder modifiziert, wenn das Paket bereits einen enthält) und eine TLV-Option, die wie in 7 gezeigt formatiert ist, wird hinzugefügt, mit dem Typenfeld, das eine „Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung" anzeigt, und einem Zeitstempelwert. Die Verzögerung, die gemessen werden soll, ist die Gesamtzeit, in der das Paket die Verknüpfungen) zwischen einem Fortgehen von der Verknüpfungsschnittstelle des sendenden Knotens und einem Ankommen an der Verknüpfungsschnittstelle des Bestimmungsortknotens durchläuft (als „Drahtzeit" bekannt), also sollte die bekannte oder geschätzte endgültige Verarbeitungszeit in dem Knoten zwischen einem Erhalten des Zeitstempelwertes und einem Fortgehen des Pakets von der Schnittstelle zu dem Zeitstempel hinzugefügt werden, bevor derselbe in den Kopfblock des Pakets eingefügt wird. Falls dies erwünscht ist, kann eine andere TLV-codierte Option enthalten sein, um eine Adresse zu liefern (z. B. für einen Netzwerkmanagementknoten), an die das Verzögerungsmessergebnis nach einer Berechnung an dem empfangenden Knoten weitergeleitet werden sollte.
8 zeigt ein Beispiel eines IPv6-Pakets vor einer Einfügung eines Bestimmungsortoptionen-Erweitungskopfblockes zur Verzögerungsmessung, und 9 zeigt das gleiche Paket nach einer Hinzufügung des Kopfblockes (durch Strichpunktlinien hervorgehoben), der die TLV-Optionen für die Zeitstempel und die Weiterleitungsadresse enthält. In einem Vergleich der zwei Figuren ist das IPv6-Nutzlastlänge-Feld bei 9 um 48 erhöht worden, wobei die Anzahl von Oktetts in dem Erweitungskopfblock angezeigt wird. Das nächste Kopfblockfeld in dem IPv6-Kopfblock ist zu 60 geändert worden (wobei angezeigt wird, dass ein Bestimmungsort-Optionen-Erweiterungskopfblock folgt), und die Hop-Grenze ist dekrementiert worden. Das nächste Kopfblockfeld des Erweiterungskopfblockes enthält den Wert 6 (für den folgenden TCP-Kopfblock), vorhergehend in dem IPv6-Kopfblock, und die Länge des Erweiterungskopfblockes ist als fünf 8-Oktett-Einheiten über die ersten acht Oktetts hinaus angezeigt. Die erste TLV-Option weist einen Optionstypenwert von 33 (0010 0001) auf, der bei diesem Beispiel verwendet wird, um eine „Einweg-Ende-zu-Ende"-Verzögerung anzuzeigen und auch anzeigt, dass die Option durch jeden Knoten übersprungen werden kann, der nicht ausgerüstet ist, um dieselbe zu verarbeiten, und dass die Optionsdaten sich ändern können (d. h. der Bestimmungsortzeitstempel). Die Optionslänge beträgt 20 Oktetts. Der Zeigerwert beträgt 13 (0000 1 101), wobei angezeigt wird, dass das 13. Oktett (der Start des Bestimmungsortzeitstempels) der nächste nicht-verwendete Schlitz bei der Option ist, und die Überlauf- und Flags-Oktetts sind auf null gesetzt. Der Quellzeitstempel weist Werte von 3D10 FC00_H Sekunden (entsprechend einem Datum im Juni 2002) und 000B 86A0_H Mikrosekunden (entsprechend einem Zeitpunkt unmittelbar nach 1800) auf. Die nächste TLV-Option weist eine Gesamtzahl von sechs Oktetts einer Auffüllung auf, auf die die letzte Option folgt, wobei eine Weiterleitungsadresse spezifiziert wird. Diese Option weist einen Typ von 34 (0010 0010) auf, der bei diesem Beispiel verwendet wird, um eine „Weiterleitungsadresse für eine Verzögerungsmessung" anzuzeigen und auch angibt, dass die Option durch jeden Knoten übersprungen werden kann, der nicht ausgerüstet ist, um dieselbe zu verarbeiten, und dass die Optionsdaten sich gegebenenfalls nicht ändern. Die Optionslänge beträgt 16 Oktetts, wobei die 128-Bit-Weiterleitungsadresse selbst enthalten ist.
Der Knoten an dem anderen Ende des Pfades, über den eine Verzögerung gemessen werden soll (bei dem Beispiel von 1 ist dies der Knoten 16) ist konfiguriert, wie es unten beschrieben ist, um Bestimmungsoptionen-Kopfblöcke zu verarbeiten, und ist insbesondere in der Lage, die speziel len „Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung"- und „Weiterleitungsadresse für Verzögerungsmessung"-TLV-Optionen zu interpretieren. Auf einen Empfang eines Pakets mit einem dieser Kopfblöcke hin liest der Knoten 16 die Inhalte des Kopfblockes und speichert dieselben. Das Paket wird dann wieder zusammengesetzt, möglicherweise ohne den Bestimmungsorte-Optionen-Kopfblock, wenn keine anderen Optionsfelder vorliegen, und zu dem endgültigen Bestimmungsort desselben weitergeleitet.
Der Quellzeitstempelwert, der in dem Bestimmungsortoptionen-Kopfblock enthalten ist, wird gelesen und von der momentanen Zeit auf dem Bestimmungsortknoten subtrahiert, um die Einweg-Ende-zu-Ende-Verknüpfungsübertragungszeitverzögerung zu berechnen. Die Anfangspaketverarbeitungszeit zwischen der Ankunft des Pakets an der Schnittstelle des Knotens und dem Erhalten des eigenen Momentane-Zeit-Wertes des Knotens sollte in dieser Berechnung ebenfalls berücksichtigt werden. Der berechnete Wert wird an die in dem Bestimmungsortoptionen-Kopfblock spezifizierte Adresse weitergeleitet, in Abhängigkeit von der Dringlichkeit der Messung entweder über eine TLV-codierte Option in einem Bestimmungsort-optionen-Kopfblock, der in einem neuen Paket enthalten ist, das für diesen Zweck erzeugt wurde, oder durch ein Hinzugefügt-Werden zu einem Benutzerpaket, das für die gleiche Adresse bestimmt ist. Alternativ könnte eine andere TLV-Option verwendet werden, um zu spezifizieren, dass die Verzögerungsmessergebnisse in einem Cache in dem Knoten 16 zur späteren Beförderung oder einer Ansammlung gespeichert werden sollen.
Es ist notwendig, sicherzustellen, dass die Takte in den Quell- und Bestimmungsortknoten entweder auf einen erwünschten Grad von Genauigkeit synchronisiert sind oder der Zeitversatz zwischen denselben stabil und bekannt ist. Die erforderliche Genauigkeit und Präzision der Verzögerungsmessung, und somit des Zeitstempelungsprozesses, ist ein erheblicher Faktor bei der Wahl eines Verfahrens zur Taktsynchronisation. Diese und darauf bezogene Angelegenheiten sind in RFC 2679 detaillierter erörtert.
Die IPv6-Spezifizierung erfordert, dass jede Verknüpfung eine maximale Übertragungseinheitgröße (MTU-Größe; MTU = maximum transmission unit) von 1280 Oktetts oder größer aufweisen muss, um zu ermöglichen, dass IPv6 arbeitet. Die empfohlene MTU beträgt 1500 Oktetts. Wenn die Hinzufügung von Bestimmungsortoptionen zu einem ausgewählten Paket ein Verletzen der MTU-Beschränkungen der Verknüpfung riskiert, über die das Paket durch den Knoten 10 weitergeleitet wird, sollte stattdessen das nächste geeignete Paket ausgewählt werden. Dies ist, weil die Verzögerungsmessung zeitempfindlich ist und es somit unzweckmäßig wäre, den Zeitnachteil auf sich zu laden, der mit der Untere-Schicht-Paketfragmetierung und -Wiederzusammensetzung verbunden ist, die erforderlich ist, um das Paket über diese Verknüpfung weiterzuleiten. Da der Paketauswahlprozess erwünschterweise randomisiert ist, sollte diese Modifikation des Prozesses keinen nachteiligen statistischen Effekt aufweisen.
Wie oben beschrieben ist, werden die Prozesse des Hinzufügens von Bestimmungsortoptionen-Kopfblöcken zu Paketen und des Erfassens und Entfernens derselben anderswo, um Verzögerungsmessungen durchzuführen, von Routern wie z. B. 10 und 16 übernommen. Derartige Router sind wirksam zweckgebundene Datenprozessoren, die eine oder mehrere Prozessoreinheiten, die unter einer Softwareprogrammsteuerung arbeiten, einen zugeordneten Speicher zum Speichern der Programme und der darauf bezogenen Daten, einen Pufferspeicher zum Halten von Paketen, die verarbeitet werden, und Eingangs- und Ausgangsschnittstellen zum Empfangen und Übertragen der Pakete enthalten.
An dieser Systemebene kann die erforderliche Funktionalität zum Durchführen von Verzögerungs- und anderen Messungen implementiert sein, z. B. unter Verwendung von dynamisch einbringbaren Modulen, um eine zusätzliche Verarbeitungslogik für die Manipulation von Paketerweiterungen in Kopfblöcken und andere unterstützende Funktionen wie z. B. die Speicherung, die Wiedergewinnung, die Korrelation und Weiterleitung von messbezogenen Daten zu liefern. Durch ein Modularisieren des Satzes von Überwachungs- und Messaufgaben ist es möglich, dynamisch lediglich die Module einzubringen, die zu einer bestimmten Zeit gebraucht werden, und dieselben dann zu entnehmen, wenn sie einmal nicht länger im Gebrauch sind. Die einbringbaren Module können entfernt an die Knoten geliefert, eingebracht und konfiguriert werden und können im Gebrauch wirksam ein integraler, eingebetteter Part des Betriebssystems des Knotens werden.
Eine Minimierung der aktiv verwendeten Verarbeitungslogik auf diese Weise kann einen Speicherverbrauch reduzieren, eine Verarbeitungszeit schneller machen, Schaltungsplatinenraumanforderungen einschränken, Entwürfe vereinfachen und eine Gesamtteilsystemkomplexität reduzieren. Im Falle von Knoten, die Mobilvorrichtungen in einem drahtlosen lokalen Netz (LAN; LAN = local area network) aufweisen, wie z. B. Mobiltelefone und tragbare Personaldigitalassistenten (PDAs), die im Hinblick auf eine Verarbeitungsfähigkeit und Speicher eingeschränkte Ressourcen aufweisen, ist dieser modulare Ansatz besonders vorteilhaft. Die erforderliche Funktionalität kann ohne weiteres an Netzwerkbasisstationsknoten geliefert sein, um ansprechend auf ein Signalisieren oder sogar auf den Datenverkehr selbst Module automatisch einzubringen/zu entnehmen, was automatisierte, reaktionsfähige Strategien zum Einsatz eines effizienten Messens und Überwachens erleichtert. Insbesondere macht dies die Notwendigkeit überflüssig, einen Verkehr um ein Netzwerk herum zu Messzwecken zu verfolgen, weil der Verkehr selbst die Mess-/Überwachungsfunktionalität initiieren kann. Dies könnte besonders in dem Kontext von mobilen Zelluarfunkzugangsnetzen nützlich sein, da mobile Anschlüsse frei wech seln können und Daten während einer einzigen Sitzung eine Mehrzahl von Pfaden durch das Netzwerk nehmen können.
Dieser modulare Ansatz eignet sich auch gut für eine entfernte, verteilte Implementierung, da die Module um das Netzwerk frei eingefügt und entfernt werden können, wie es erwünscht ist, was ein Potential für dynamisch konfigurierbare, lokalisierte Verarbeitungsstellen und Korrelationsentitäten liefert. Ein anderer erheblicher Vorteil des Eingebettetes-Modul-Ansatzes besteht darin, dass es nicht notwendig ist, physisch die elektrischen oder optischen Kabel zu vernetzen, die die Verknüpfungen zwischen Routern aufweisen, um vorbeilaufende Daten zu überwachen. Der Eingebettetes-Modul-Ansatz verwendet stattdessen eine Reserveprogrammlogik oder verarbeitende Einrichtung in den Routern oder anderen Netzwerkvorrichtungen, was eine integriertere, inhärent leistungsfähige Lösung liefert. Aktualisierungen umfassen ein Liefern von neuen Modulen an Knoten (z. B. über das Netzwerk selbst), die entweder direkt auf eine Lieferung hin eingebracht oder temporär in einer Form von Lokalmedien (z. B. einem Festplattenspeicher) zur späteren Verwendung gespeichert werden können.
10 zeigt eine darstellende Architektur eines einzelnen Netzwerkelements 30 mit einer Anzahl von Leitungsschnittstellen 32 (Leitungs-I/F; I/F = Interface = Schnittstelle) und einer Steuerung 34, die einen Prozessor, einen Speicher und eine Programmsoftware oder Firmware aufweist. Die Figur stellt drei unterschiedliche Beispielintegrationspunkte dar, wo, abhängig von dem Entwurf des Netzwerkelements 30, dynamisch einbringbare Module aufgenommen werden können:

(A) die Module können auf eine Leitungsschnittstelle 32 eingebracht werden, um eine dynamische Rekonfiguration von Hardware (z. B. von FPGAs; FPGAs = feldprogrammierbare Gatearrays) zu steuern, oder als Software/Firmware, um eine Verarbeitungslogik in der Lei tungsschnittstelle zu steuern, oder als eine hybride Kombination von beiden Optionen;
(B) die Module können als einbringbare Software in dem „Betriebssystemkern" (Kernel) des Softwarebetriebssystems oder einem Äquivalent für die Steuerung 34 existieren;
(C) die Module können als einbringbare Anwendungen in einem „Benutzer"-Raum existieren, der durch das Betriebssystem der Steuerung geliefert ist.

Eine Integration gemäß Option B geht davon aus, dass das Betriebssystem eine Hinzufügung von Modulen zu dem Systembetriebssystemkern ermöglicht, z. B. von einbringbaren Betriebssystemkernmodulen (LKMs; LKM = Loadable Kernel Modules). Diese liefern üblicherweise eine bessere Verarbeitungsleistung im Vergleich zu Anwendungen, die in einem Benutzerraum ausführen, und können ohne weiteres konfiguriert werden, um Erweiterungskopfblöcke als einen integralen Teil der Netzwerkprotokollstapelimplementierung des Betriebssystemkerns hinzuzufügen, zu entfernen und zu modifizieren, anstatt explizit ganze Pakete in einem externen Benutzerraumprozess aufbauen zu müssen.
Option C beinhaltet ein Verarbeiten von IPv6-Erweiterungskopfblöcken in einem Benutzerraum und nicht als Teil der Protokollstapelimplementierung des Betriebssystems. Dies ist eine Lösung, die vielleicht nicht so elegant ist wie die Verwendung von Betriebssystemkernmodulen und eine schlechtere Leistung aufweisen kann. Jedoch erfordert dieselbe keine Kenntnisse von Betriebssystemkern-Programmiertechniken und kann somit einfacher zu implementieren sein. Zusätzlich vermeidet dieselbe mögliche Probleme mit einer Betriebssystemsicherheit und -integrität, die mit Sicherheitsrichtlinien einer Organisation, die die Router oder andere betreffende Knoten betreibt, in Konflikt kommen können.
Die Einfügung von Erweiterungskopfblöcken in einen Benutzerverkehr zum Zwecke einer Messung und einer Überwachung kann, in Abhängigkeit von einer speziellen Managementanwendungsanforderung dynamisch gesteuert werden. Somit müssen nicht alle Benutzerpakete in denselben eingebettete Erweiterungskopfblöcke aufweisen. Eine Auswahl kann auf einer Anwendung basieren und eine Probenahme kann ebenfalls angewendet werden.
Die obig beschriebenen Techniken zum Durchführen einer Inline-Überwachung und -Messung liefern gegenüber existierenden Ansätzen eine Anzahl von Vorteilen:

– Die Routerfunktionalität, die das IPv6-Protokoll implementiert, wird auch verwendet, um die Arbeit bei einem Erfassen, welche Pakete verarbeitet werden müssen, durchzuführen, da dieselben über einen Standarderweiterungskopfblock identifiziert werden; es ist somit möglich, komplexe Filtertechniken, um jedes Paket, das an einer Schnittstelle ankommt, zu überprüfen, um zu prüfen, ob das Paket vordefinierten Kriterien für eine Einschließung in den Überwachungs-/Messvorgang entspricht, zu vermeiden.
– Es ist der Benutzerverkehr selbst, der die Mess- und auslösende Information trägt, also ist, wenn ein Paket an jedem von zwei Überwachungspunkten beobachtet wird, garantiert, dass das gleiche Paket bei beiden Gelegenheiten eingebunden ist.
– In ähnlicher Weise ist eine Korrelation von Daten aus Pfadendpunkten nicht notwendig, was die Komplexität des Messsystems reduziert, was möglicherweise die Menge an Messdaten reduziert, die über das Netzwerk transferiert werden müssen, und eine schnellere Verfügbarkeit der Messergebnisse erleichtert.
– Jegliche hinzugefügte Daten sind in dem echten Benutzerverkehr eingegliedert. Davon ausgehend, dass marginale Erhöhung der Paketkopfblocklänge nichts daran ändert, wie das Paket auf der Reise desselben durch das Netzwerk behandelt wird, besteht eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit, dass die hinzugefügten Daten somit die gleiche Behandlung erhalten und dem gleichen Routingpfad folgen wie der echte Benutzerverkehr.

Die Gesamtmenge an zusätzlichem Verkehr, der zu Messzwecken über das Netzwerk transportiert wird, ist begrenzt.

– Im Gegensatz zu aktiven Messungen, die injizierte Pakete umfassen, reflektieren Zwei-Punkt-Inline-Messungsergebnisse genauer das Verhalten von Paketen, die eine Benutzererfahrung des Netzwerkbetriebs beeinflussen, mit lediglich einer kleinen zusätzlichen systematischen Verarbeitungsverzögerung und einer marginal größeren Gesamtpaketlänge im Vergleich zu ungestörten Paketen.
– Die Charakteristika des IPv6-Protokolls werden auf eine vorteilhafte Weise verwendet, um zu ermöglichen, dass eine dynamische Instrumentierung zur Messung und Überwachung des Verhaltens des Netzwerks vereinfacht wird, und so die Kosten und die Komplexität sowie die Anforderung für spezialisierte Sonden, um die gleiche Funktionalität zu liefern, zu reduzieren.
– Inline-Messungen, die IPv6-Erweiterungskopfblöcke verwenden, werden im Allgemeinen von dem verwendeten Höhere-Schicht-Transportprotokoll (UDP oder TCP) nicht beeinflusst. Ähnliche Messungen können somit für ein beliebiges gewähltes Transportprotokoll bzw., andersherum, trotz des gegebenen Transportprotokolls durchgeführt werden.

Das 20-Bit-Flussetikettfeld in dem Haupt-IPv6-Kopfblock (2) ist seiner Art nach experimentell. In dem Umfang, in dem dieses Feld nicht tatsächlich für den ursprünglichen beabsichtigen Zweck desselben verwendet wird, und davon ausgehend, dass die Verwendung desselben für andere Zwecken den Betrieb des Netzwerks nicht beeinträchtigt, ermöglicht eine Kombination aus Bestimmungsortoptionen, einem Routingkopfblock und dem Flussetikettfeld eine selektive Hinzufügung von Daten zu dem echten Benutzerverkehr, die durch die IPv6-Protokollschicht eines Knotens erfasst und verarbeitet werden, wenn die notwendige Funktionalität implementiert ist. Der Pegel und die Art des Verarbeitens können durch die Optionen bestimmt werden, die in dem Erweiterungskopfblock enthalten sind, und können ein Zählerinkrementieren, ein Hinzufügen eines Zeitstempelkommentars, ein Extrahieren von Paketdaten und ein Abladen derselben in einen Cache mit Zeitstempelkommentaren und verschiedenartigen Zählungen oder ein Auslösen einer Erfassung einer vollständigen Kopie eines Pakets umfassen. Bestimmungsortoptionen allein können verwendet werden, um Ende-zu-Ende-Inline-Dienstmessungen durchzuführen (über ein IPv6-Netzwerk). Mit der Hinzufügung eines Routing-Kopfblockes ist es möglich, spezifische Knoten auf der Strecke anzuvisieren, um die Implementierung von detaillierteren Dienstmessungen zu ermöglichen, wenn der Benutzerverkehr wesentliche Punkte einer Netzwerkwolke durchläuft. Es ist auch möglich, einige Bits in dem Flussetikettfeld einzusetzen, um ohne weiteres eine Messung und ein Überwachens eines Verhaltens zu identifizieren und auszulösen, wenn der Benutzerverkehr, der die Inline-Daten enthält, über Knoten auf der Strecke zu dem Bestimmungsort desselben weitergeleitet wird.
Allgemein ausgedrückt umfasst die Erfindung die folgenden Verfahrensschritte, wie dieselben in 11 dargestellt sind, die unter mehreren unterschiedlichen Artikeln einer Ausrüstung (z. B. Routern) verteilt sein können:

(a) ein Paket wird an einem ersten „logischen" Punkt in dem Netzwerk ausgewählt (40);
(b) mittels zumindest einen Erweiterungskopfblockes werden Daten zu dem Paket hinzugefügt (42);
(c) Daten in einem beliebigen existierenden Erweiterungskopfblock können optional modifiziert werden;
(d) die Erweiterungskopfblockdaten in dem Paket werden beobachtet, z. B. an einem zweiten „logischen" Netzwerk (44, 46);
(e) die Erweiterungskopfblockdaten können dann entfernt werden (48) und die angeforderte Messung wird erhalten (50).

Die „logischen" Punkte in dem Netzwerk können auch physisch getrennte Punkte sein. Jedoch können in Abhängigkeit von der Art der Mess- oder Überwachungsaktivität die zwei „logischen" Punkte physisch an dem gleichen physischen Punkt gemeinsam angeordnet sein. Zum Beispiel kann ein einzelner Beobachtungspunkt zur Verfolgung oder Nachführung einer TCP-Verbindung oder einer jeglichen transaktionalen „Konversation" (wie z. B. Signalprotokolle zur Errichtung und Aufrechterhaltung eines Zustands), die diesen Beobachtungspunkt durchläuft verwendet werden. Somit könnte der Beobachtungspunkt Erweiterungskopfblöcke in Pakete einfügen, die in eine Richtung fließen, und für antwortbasierte Messungen Echo-Werte in Erweiterungskopfblöcken in Paketen in die umgekehrte Richtung empfangen. Auf diese Weise kann die Verbindungseinstellungszeit für TCP- oder andere verbindungsorientierte oder transaktionale Protokolle geschätzt werden. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, die Zeit zu messen, die aufgewendet wird, um eine SIP-Zuordnung einzustellen, so dass ein Echtzeitdienst wie Internet-Telefonie (VoIP; VoIP = voice-over-IP) geliefert werden kann. Ein anderes Beispiel einer Anordnung von logischen Messpunkten an derselben Stelle ist die Messung von Parametern in einem Ringnetzwerk.
Obwohl die Erfindung zur Zweckmäßigkeit in dem Kontext eines Netzwerks beschrieben worden ist, das zu dem IPv6 konform ist, ist dieselbe gleichermaßen in Verbindung mit anderen Vernetzungssystemen und -protokollen anwendbar, die ermöglichen, dass zusätzliche Informationen in ein Paket während des Transits desselben durch ein Netzwerk eingegliedert werden.

Claims

Ein Verfahren zum Messen eines Netzwerkbetriebsparameters, wie derselbe durch nichtsynthetischen Netzwerkverkehr erfahren wird, das die folgenden Schritte aufweist: Auswählen (40) eines Pakets (24), das einen ersten Überwachungspunkt (10) in einem Netzwerk durchläuft, gemäß einer Fähigkeit in einer Datenstrukturdefinition des Pakets (24) für ein Eingliedernlassen zusätzlicher Informationen in das Paket (24); Eingliedern (42) vorbestimmter Informationen zum Messen von zumindest einem Netzwerkbetriebsparameter in das ausgewählten Paket (24) gemäß der Datenstrukturdefinition desselben; Weiterleiten (44) des Pakets (24) gemäß Adressierungsinformationen in dem Paket (24) hin zu dem Bestimmungsort desselben; Auswählen (46) des Pakets (24), das einen zweiten Überwachungspunkt (16) in dem Netzwerk durchläuft, gemäß einem Vorhandensein der vorbestimmten Informationen, und Beobachten der vorbestimmten Informationen; und Implementieren (50) einer Messung des Netzwerkbetriebsparameters gemäß den beobachteten Informationen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Überwachungspunkt (10, 16) an dem gleichen physischen Ort in dem Netzwerk positioniert sind.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem zumindest einer des ersten und des zweiten Überwachungspunkts (10, 16) an einem Quell- oder Bestimmungsortendpunkt des ausgewählten Pakets (24) positioniert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem der Pfad des Pakets zu dem Endpunkt eine drahtlose Verbindung umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Netzwerkbetriebsparameter ein(e) beliebige(r) einer Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung, einer Umlaufverzögerung, einer akkumulierten Verzögerung, eines Verlusts von Paketen im Transit zwischen zwei Punkten und eines Vorankommens von Paketen durch das Netzwerk ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die vorbestimmten Informationen einen Zeitstempel einer Übertragung des Pakets (24) von dem ersten Überwachungspunkt (10) aufweisen.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Netzwerk das Internet-Protokoll Version 6, IPv6, verwendet und die vorbestimmten Informationen in einen IPv6-Erweiterungskopfblock eingegliedert werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der IPv6-Erweiterungskopfblock ein Bestimmungsortoptionen-Erweiterungskopfblock ist.
Ein System zum Messen eines Netzwerkbetriebsparameters, wie derselbe durch nichtsynthetischen Netzwerkverkehr erfahren wird, das folgende Merkmale aufweist: einen Wähler zum Auswählen (40) eines Pakets (24), das einen ersten Überwachungspunkt (10) in einem Netzwerk durchläuft, gemäß einer Fähigkeit in einer Datenstrukturdefinition des Pakets (24) für ein Eingliedernlassen von zusätzlichen Informationen in das Paket (24); einen Paketmodifizierer zum Eingliedern (42) vorbestimmter Informationen zum Messen von zumindest einem Netzwerkbetriebsparameter in das ausgewählte Paket (24) gemäß der Datenstrukturdefinition desselben; eine Paketweiterleitungseinrichtung zum Weiterleiten (44) des Pakets (24) gemäß Adressierungsinformationen in dem Paket (24) hin zu dem Bestimmungsort desselben; einen Wähler zum Auswählen (46) des Pakets (24), das einen zweiten Überwachungspunkt (16) in dem Netzwerk durchläuft, gemäß einem Vorhandensein der vorbestimmten Informationen, und zum Beobachten der vorbestimmten Informationen; und eine Parametermesseinrichtung zum Implementieren (50) einer Messung des Netzwerkbetriebsparameters gemäß den beobachteten Informationen.
Das System gemäß Anspruch 9, bei dem der Netzwerkbetriebsparameter ein(e) beliebige(r) einer Einweg-Ende-zu-Ende-Verzögerung, einer Umlaufverzögerung, einer akkumulierten Verzögerung, eines Verlusts von Paketen im Transit zwischen zwei Punkten und eines Vorankommens von Paketen durch das Netzwerk ist.