DE60018829T2 - Verfahren zur Überlastreduzierung in Paketvermittlungsnetzen - Google Patents

Verfahren zur Überlastreduzierung in Paketvermittlungsnetzen Download PDF

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    • H04L65/80Responding to QoS

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikationsnetzwerke und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Verringerung der Überlastung in einem paketvermittelten oder Hybrid-Netzwerk.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Mit dem brisanten Wachstum der Informations-Superschnellstrasse der Gegenwart sind die unvermeidbaren Verkehrsstauungen gekommen. Überlastung stellt heute ein ernsthaftes Problem im Internet dar, einem weltweiten System aus Computer-Netzwerken, welche die paketvermittelte Technologie verwenden, um Nachrichten zwischen Computern zu übertragen. Paketvermittlungs-Protokolle, wie das Transmission-Control-Protokoll/Internet-Protokoll (TCP/IP) teilen Nachrichten in Pakete auf, die entlang eines Pfades in dem Netzwerk reisen, der verändert werden kann während sich Zustände in dem Netzwerk ändern. Spezifisch routet das TCP/IP, wie es gegenwärtig in dem Internet implementiert ist, Pakete unabhängig von einander, wobei dessen beste Bemühungen ohne irgendein spezifisches Konzept einer "Verbindung" verwendet werden. Dementsprechend gibt es in dem Internet wenig Kenntnis über eine "Dienst-Qualität", keine Kenntnis über einen garantierten Durchsatz und keine Kenntnis über eine beschränkte Übertragungsverzögerung.
  • Derzeitige Implementierungen des TCP/IP stützen sich auf den Paket-Verlust als einen Überlastungs-Indikator in dem Netzwerk. Während einer Überlastung im Netzwerk werden die durch einen Netzwerk-Router fließenden Daten in einer Warteschlange aufgestaut, bis die Warteschlange überläuft und Pakete verloren werden. Die Verringerung der Belastung wird durch die Verwendung eines wohl bekannten "Überlastungsvermeidung"-Algorithmus ausgeführt, der 1988 von Van Jacobson zuerst beschrieben wurde. Siehe "Congestion Avoidance and Control", V. Jacobson, ACM SIGCOMM-88, August 1988, S. 314–29; "TCP Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit, and Fast Recovery Algorithms", W. Stevens, RFC 2581 (Neufassung der RFC 2001). In einem Vorgang, der als "Slow Start" bezeichnet wird, startet eine TCP-Quelle Pakete in das Netzwerk einzuspeisen, indem sie mit einem minimalen Überlastungs-Fenster beginnt, das höchstens ein unbestätigtes Paket in dem Netzwerk zulässt. Jedes Mal, wenn eine Bestätigung (ACK) empfangen wurde, wird das Überlastungs-Fenster exponentiell vergrößert, bis ein erster Grenzwert erreicht oder bis ein Paket abgeworfen wird. Wenn der erste Grenzwert erreicht wird, dann fährt die TCP-Quelle damit fort, das Überlastungs-Fenster linear zu vergrößern, bis entweder ein zweiter Grenzwert erreicht oder bis ein Paket abgeworfen wird. Nach der Auszeit eines Rücksende-Timers (wodurch ein abgeworfenes Paket angezeigt wird), verringert der TCP-Ursprung die Senderate und "dreht zurück" zu dessen minimalem Fenster mit dem Ziel, dass dem Netzwerk das Erreichen irgendeiner Form von Gleichgewicht gestattet wird.
  • Während der Verkehr in dem Internet ansteigt und mehr Anwendungen betrieben werden, die gegenüber der Verzögerung empfindlich sind, die durch abgeworfene Pakete verursacht wurde (z. B. kontinuierlicher Ton und Bild), kamen Vorschläge auf, dem TCP irgendeine Form von expliziter Überlastungsmitteilung (ECN = Explicit Congestion Communication) hinzuzufügen. Siehe "TCP and Explicit Congestion Notification", ACM Computer-Kommunikations-Übersicht, V. 24 N. 5, Oktober 1994, S. 10–23; "A Proposal to add Explicit Congestion Notification (ECN) to IP", K. K. Ramakrishnan und Sally Floyd, RFC 2481, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Zum Beispiel kann ein Netzwerk-Router mit einer Warteschlange, die sich einem Überlauf nähert, anstatt als lediglich auf das Abwerfen eines Pakets zu warten, ein Signal (in Form eines speziellen Bits in der Kopfzeile des Pakets) senden, um das Vorhandensein von Netzwerk-Überlastung anzuzeigen. Das Bestätigungs-Paket des Empfängers gibt die Mitteilung an den Sender weiter, der wiederum dessen Senderate verlangsamt.
  • Diese Verfahren zur Steuerung von Überlastung durch Signalgebung für eine Verringerung der Übertragungsrate wenden sich jedoch nicht dem Grundproblem zu, nämlich eine unzureichende Sendekapazität, um das explosive Wachstum der Anzahl von Benutzern zu unterstützen, die einen Zugriff auf das Internet zum gleichen Zeitpunkt verlangen. Weil die Kapazitätssteigerung des Netzwerks nicht ausreichend ist, können diese Verfahren der Behandlung von Überlastung den Verlust an Leistung lindern, aber sie können ihn insgesamt nicht vermeiden. Es wäre vorzuziehen, ein System zu etablieren, das die Überlastung in dem Netzwerk verringern würde, indem es die Netzwerk-Benutzungsgewohnheiten der auf das Internet zugreifenden Personen beeinflusst, und dadurch das Problem der Kapazitätsüberlastung des Netzwerks direkt anspricht.
  • L. Murphy et al.: "Feedback and Efficiency in ATM Networks", 1996, IEEE Internationale Konferenz über Kommunikation (ICC), "Converging Technologies for Tomorrows Applications" Dallas, 23.–27. Juni 1996, IEEE Internationale Konferenz über Kommunikation (ICC), New York, IEEE, US, Band 2, 23. Juni 1996 (1996-06-23), Seiten 1045–1049, XP000625931 ISBN: 0-7803-3251-2, sieht einen Preis als eine Form von Rückkopplung auf dem ATM-Netzwerk-Niveau vor, so dass Anreize an Benutzer bereitgestellt werden, um die Auswirkungen ihrer Verwendung auf das Netzwerk in Betracht zu ziehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung gestattet es einem Netzwerk-Dienstanbieter, einen Betriebszustand, wie z. B. Überlastung, in einem paketvermittelten Netzwerk zu erfassen und eine derartige Überlastung durch Bereitstellen von Kunden-Anreizen zu vermindern, um die Benutzung des Netzwerks zu vermeiden, wie sie in dem Anspruch 1 definiert ist. Der Erfassungsmechanismus löst einen Anreiz aus, wie z. B. die Veränderung der Zugangsgebühren des Benutzers, und der Kunde kann entweder über das Auftreten der Überlastung oder über Information betreffend den Anreiz unverzüglich benachrichtigt werden. Die Verwendung des Netzwerks während überlasteten Perioden kann durch Auferlegen zusätzlicher Zugangsgebühren während derartiger Perioden abgeschreckt werden – ähnlich kann Kunden eine Ermäßigung gegeben werden, um die Verwendung während Perioden geringer Überlastung zu fördern. Eine Anreiz-Tabelle kann zugeschnitten werden, um die Verwendungsmuster der Netzwerk-Kunden dynamisch zu ändern, um mit den Betriebszuständen in dem Netzwerk in Übereinstimmung zu sein. Die vorliegende Erfindung ist im Internet anwedbar, worin zum Beispiel ein Erfassungs-/Mitteilungs-Mechanismus in einem Netzwerk-Knoten, wie z. B. einem Router, oder in einem Netzwerk-Endpunkt, wie z. B. eine Client-Maschine, oder in einen Proxy- oder Mail-Server implementiert werden kann.
  • Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnitts-Fachmann durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines paketvermittelten Netzwerks, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Bewegung von veranschaulichenden Paketen in einem paketvermittelten Netzwerk zwischen einem Sender und einem Empfänger als eine Funktion der Zeit zeigt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines paketvermittelten Netzwerks und eines Proxy-Servers, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines paketvermittelten Netzwerks, das eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 ist ein Diagramm einer Benutzer-Anzeige mit einem Popup-Fenster in der oberen rechtsgelegenen Ecke der Anzeige, die Information bezüglich der Überlastung in einem paketvermittelten Netzwerk zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die 1 dargestellt, die ein paketvermitteltes Netzwerk 100 mit zahlreichen Paketvermittlungs-Knoten 110 bis 119 zeigt, welche die Endpunkte 101 und 102 verbinden. Es wird angenommen, dass sich der Endpunkt 101 und die Knoten 110 bis 115 unter der Steuerung oder Aufsicht eines Netzwerk-Dienstanbieters befinden; es wird angenommen, dass der Rest des Netzwerks von anderen Anbietern oder Entitäten gesteuert oder aufrechterhalten wird. Der Netzwerk-Dienstanbieter stellt einen Zugang für Benutzer zu dem Netzwerk für eine Zugangsgebühr bereit. Wenn zum Beispiel das Netzwerk 100 das Internet ist, dann stellt ein Internet-Dienstanbieter ("ISP" = Internet Service Provider), wie z. B. AT&T WorldNetTM, für dessen Kunden einen Zugang zu dem Internet bereit. In dem Fall des Internets stellen 110 bis 115 Router und Endpunkte dar, 101 und 102 können Client-Maschinen, Server, Proxy-Server, Mail-Server, Nachrichten-Server, usw. sein. Die 1 ist natürlich eine Vereinfachung, da ein typisches Kommunikationsnetzwerk andere Netzwerk-Elemente umfassen würde, die einem Durchschnitts-Fachmann ersichtlich wären. Obwohl die untere Diskussion auf Dienstanbieter fokussiert, würde außerdem ein Durchschnitts-Fachmann einfach erkennen, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen für andere Netzwerk-Entitäten gilt, wie zum Beispiel Firmen-Netzwerke, die Rückbelastungs-Schemata verwenden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Betriebszustände, wie eine Überlastung in dem Netzwerk, in einem Netzwerk-Knoten 110 bis 115 und/oder an einem Endpunkt 101 in dem Netzwerk unter der Steuerung des Netzwerk-Dienstanbieter erfasst. Nach der Erfassung des Zustands, sei es an einem Router oder an einem Endpunkt, erzeugt die vorliegende Erfindung eine Anreiz-Information, wie Unterlagen der Gebührenerfassung, die eine Senkung oder eine Erhöhung in der Zugangsgebühr wiederspiegeln, die von einem bestimmten Benutzer gezahlt wird. Diese Information kann auf einem Gebührenerfassung-Server oder auf irgendeinem anderen Gebührenerfassung-Gerät für die Verarbeitung gestützt sein. Ein Mitteilungsmechanismus gestattet es dem Benutzer, eine Mitteilung des Anreizes zu empfangen, indem entweder das Vorhandensein des Betriebszustands (z. B. Überlastung) oder die Anreiz-Information (z. B. die veränderte Zugangsgebühr) dem Benutzer mitgeteilt wird.
  • Der spezifische Erfassungsmechanismus wird von dem bestimmten Betriebszustand in dem Netzwerk, der erfasst werden soll, sowie von den Protokollen abhängen, die in dem Netzwerk verwendet werden können, um den Zustand anzuzeigen. Jeder Knoten 110115 ist zum Beispiel handelsüblich in einem paketvermittelten Netzwerk mit einer großen Anzahl von Puffern zum Speichern von Paketen in Erwartung des Routens oder Abwarten der Verfügbarkeit einer Ausgabe-Verbindung ausgestattet. In Bezug auf Paket-Überlastung entwickeln sich derartige Anzeichen zuerst in den Puffern der Knoten oder der Warteschlangen, weil die Puffer überfüllt werden und nicht verfügbar sind, um ankommende Pakete zu speichern. Somit weiß ein Router, dass das Internet im Begriff ist, überfüllt zu werden, weil dessen Puffer-Warteschlange für irgendeine Ausgabe-Verbindung zu lang ist oder im Begriff ist, zu lang zu werden. Manche Router verwenden heute einen Mechanismus, der als Zufällige-Früh-Erfassung ("RED" = Random Early Detection) bezeichnet wird, der das Vorhandensein von Überlastung, während sie sich entwickelt, durch Abwerfen von Paketen signalisiert, wenn die durchschnittliche Warteschlangen-Länge einen bestimmten Grenzwert überschreitet – anstatt als darauf zu warten, dass die Warteschlange tatsächlich überläuft (siehe RFC 2309).
  • Wenn der Endpunkt 101 ein Sender von Paketen über das Netzwerk ist, siehe die 2, dann wird er ferner in Kenntnis über die Überlastung sein, die sich in den Puffern des Routers entwickelt. Der Endpunkt 101, der das TCP/IP verwendet, erwartet den Empfang eines ACK 202 nach der Übertragung eines Pakets 201 über das Netzwerk. Das Ausbleiben des Empfangs eines ACK bedeutet, dass das Paket von irgendeinem Router zwischen ihm und dem Bestimmungs-Endpunkt 102 abgeworfen worden ist. Wenn jedoch der Endpunkt 101 ein Empfänger von Paketen ist (und der Endpunkt 102 dementsprechend der Sender ist), dann ist die Situation ein wenig komplizierter. Die TCP-Prozess-Ebene an dem Endpunkt 101 kennt, wenn sie die von 102 gesendeten Pakete 201, 203, usw. empfängt, die Reihenfolge, in der die Pakete erneut zusammengebaut werden sollen, basierend auf einer Sequenznummer in den Kopfzeilen der empfangenen Pakete. Der Endpunkt 101 erwartet somit den Empfang der Pakete in einer bestimmten Reihenfolge und kann das Abwerfen eines Pakets ableiten, indem er nach "Lücken" in den Sequenznummern der Pakete sucht. Ein Paket außerhalb der Sequenz, insbesondere, wenn eine deutliche Verzögerung vorliegt, bevor die Lücke ausgefüllt wird, deutet im Allgemeinen daraufhin, dass das erwartete Paket aufgrund von Überlastung abgeworfen worden ist. Dieses Verfahren gewährleistet keine absolute Erfassung jedes abgeworfenen Pakets, weil zum Beispiel ein Paketverlust dem Empfänger unsichtbar sein wird, wenn das/die nachlaufende(n) Paket/Pakete in einer Sequenz abgeworfen werden. Nichtsdestoweniger stellt das Verfahren statistisch eine gute Erfassung von abgeworfenen Paketen bereit, insbesondere für lange Sendungen (welche die Situation darstellt, über die ein Netzwerk-Dienstanbieter am Meisten beunruhigt wäre). Alternativ könnte der Endpunkt Doppel-Pakete als einen Indikator verwenden, obwohl das Verfahren erwartungsgemäß nicht so gut wäre, wie ein Verfahren, das auf der Erfassung einer Lücke und einer Auszeit basiert.
  • Die Situation wird vereinfacht, wenn das Netzwerk über ECN-Fähigkeiten verfügt. In diesem Fall, worin der Router eine Überlastung in dessen Puffern (entweder durch einen Pufferüberlauf oder durch RED) erfährt, setzt er ein "Überlastung erfahren"-("CE" = Congestion Experienced)-Bit in der Paket-Kopfzeile von Paketen aus den ECN-fähigen Transport-Protokollen. Siehe die RFC 2481. Der Empfänger des Pakets erfasst den CE-Bit und setzt ein "ECN-Echo"-Flag in die Kopfzeile eines nachfolgenden ACK-Pakets, das an den Sender zurück gesendet wird. Die Endpunkte 101 und 102 werden somit schnell über den Überlastungszustand in einem Router benachrichtigt und können dementsprechend reagieren.
  • Die obigen Erfassungsmechanismen sind in Bezug auf die Internet-Protokoll-Programmfolge beschrieben worden, obwohl, wie oben erwähnt ist, die vorliegende Erfindung mit anderen Anwendungen und Protokollen als dem verlässlichen Datentransfer über das TCP (sowie nicht-TCP/IP-Netzwerke, wie z. B. das Ethernet, Hybrid-Netzwerke, usw.) funktioniert. Zum Beispiel arbeiten die gegenwärtigen Verfahren der Überlastung-basierten Anreize mit "Multicast"-Kommunikation sowie mit "Unicast"-Kommunikation. Man stelle sich eine "Multicast"-Audio-Anwendung vor, die über das RTP/UDP (das Real-Time-Protokoll über das User-Datagram-Protokoll) läuft. In dem "Multicast"-Audio-Verfahren sendet ein Sender einen Strom von Paketen, die Audio-Muster enthalten, an mehrere Empfänger. Diese Anwendungen erfordern nicht, dass jedes Audio-Muster zuverlässig abgeliefert wird, aber sie erfordern einen gewissen Grad an Zuverlässigkeit, um eine annehmbare Audioqualität aufrechtzuerhalten. Das RTP verwendet insbesondere Sequenznummern, um Pakete zu ordnen und Verluste bei jedem Empfänger zu erfassen. Ein verlorenes RTP-Paket signalisiert genauso eine Überlastung, wie es ein verlorenes TCP-Paket macht. Prinzipiell können RTP-Pakete ferner bei einem Empfänger ankommen, die ein ECN-Signal (explizite Überlastungsmitteilung = Explicit Congestion Communication) enthalten, das dort von dem Netzwerk platziert wurde. Darüber hinaus senden RTP-Empfänger periodische Berichte an die RTP-Sender zurück. Die Sender verwenden diese Berichte, um die Qualität der Kommunikation zu verfolgen, und passen möglicherweise ihr Verhalten an, wenn Probleme auftreten. Die RTP-Berichte schließen Verlust-Information ein, wie es die TCP-Bestätigungen machen. Die Bericht-Pakete können ferner die ECN-Echo-Signale zurück zu dem Sender tragen. Deshalb können sowohl implizite als auch explizite Überlastungssignale in dem Kontext der vorliegenden Erfindung werden verwendet, wie bereits oben beschrieben wurde.
  • Um zu sehen, wie die vorliegende Erfindung in eine reellen Umgebung, wie z. B. das Internet, implementiert werden kann, ist es notwendig, die typische Arbeitsumgebung zu verstehen. Etwa 70 bis 75% des Verkehrs in dem Internet verwenden heute das Hypertext-Transfer-Protokoll (HTTP), d. h. Web-Seiten-Abruf. Außerdem wird sich die meiste Überlastung in dem Fall des HTTP auf Benutzergebundenen Paketen ereignen, weil das die Richtung des meisten Web-Verkehrs ist. Manche Benutzer verbinden unmittelbar mit dem gewünschten Web-Server; andere gehen über das, was als die Proxy-Server bekannt sind. Oftmals durch Netzwerk-Dienstanbieter betrieben, wirkt ein Proxy-Server als ein Vermittler zwischen einem Benutzer-Terminal und dem Internet, um Caching-Dienste bereitzustellen. Durch das Caching von häufig angeforderten Seiten kann ein Proxy-Server die Bandbreite verringern, die für die eigene Verbindung des Anbieters mit der Außenwelt notwendig ist. Die vorliegende Erfindung sollte dann den Fall von sowohl unmittelbaren als auch Proxy-Verbindungen mit der Außenwelt handhaben, insbesondere (aber nicht ausschließlich) für den Web-Verkehr.
  • Als Erstes betrachte man den Fall eines Proxy-Server-Benutzers. Mit Bezug auf die 3 empfängt der Proxy-Server 301 eine Anforderung von dem Benutzer 300 für einen Internet-Dienst (z. B. eine Web-Seiten-Anforderung von dem Server 302), die der Proxy-Server über das Internet 305 unter Verwendung von dessen eigener IP-Adresse weiterleitet – unter der Annahme, dass die Anforderung die Filterungserfordernisse erfüllt und von dem internen Cache nicht erfüllt werden kann. Wenn der Proxy-Server die angeforderte Seite empfängt, dann vergleicht er sie mit der ursprünglichen Anforderung und leitet sie an den in Frage kommenden Benutzer zurück. Ein Proxy-Server, als ein Paket-Empfänger von Web-Servern von außerhalb, kann die vorliegende Erfindung dazu verwenden, um eine Überlastung in dem Netzwerk zu erfassen und sie dem Kunden zuzuordnen, der die spezifische Web-Seite angefordert hat. Er ist ferner ein Sender auf dem eigenen Netzwerk des Anbieters; auch das kann zweckmäßig vermerkt werden. Der Proxy-Server ist somit perfekt positioniert, um Anforderungen über überlastete Netzwerke zu erfassen und sie in Rechnung zu stellen. Die gleiche Analyse gilt für Betreiber-bereitgestellte E-Mail und, bis zu einem gewissen Ausmaß, für Nachrichten-Server, die von dem Betreiber aufrechterhalten werden. Wenn eine Mail auf Anweisung eines gegebenen Kunden gesendet oder empfangen wird, dann können die dem Netzwerk internen und externen Betriebszustände erfasst, vermerkt und entsprechend in Rechnung gestellt werden. (Es sollte jedoch beachtet werden, dass es philosophische Probleme in Bezug auf die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei dem Empfang von unaufgeforderter Mail während Überlastungsperioden geben könnte; siehe die untere Diskussion über die Überlastung auf Dienst-Ebene.)
  • Man nehme an, dass der Benutzer keinen Proxy-Server verwendet und dass er sich unmittelbar mit dem Internet verbindet, entweder zum Web-Browsen oder für etwas anderes. Siehe die 4. In diesem Fall sind die Endsysteme, welche die Überlastung am Einfachsten erfassen, die Maschine 401 des Kunden und irgendein Endpunkt 402, der nicht unter der Steuerung des Netzwerk-Betreibers liegt. Während das Erstere ideal platziert ist, um den Benutzer zu benachrichtigen, kann ihr ersichtlich nicht anvertraut werden, Gebühren-Unterlagen zum Zwecke der Gebührenerfassung zu erzeugen. Unter bestimmten Umständen kann es möglich sein, Daten verlässlich zu sammeln, wie z. B. wenn ein Kunde ein gegen unbefugte Eingriffe gesichertes Modem verwendet, das von dem Netzwerk-Betreiber geliefert wird. Anderenfalls sollten die Router 410 bis 415 in der 4, die von dem Netzwerk-Dienstanbieter betrieben werden, dazu verwendet werden, um eine Überlastung zu erfassen, und die erforderlichen Daten sammeln, um die geeigneten Aufzeichnungen der Gebührenerfassung zu erzeugen.
  • Der einzige nicht abgedeckte Fall ist dann, wenn sich die Überlastung ereignet, aber auf einem Router, der nicht unter der Steuerung des örtlichen Netzwerk-Betreibers ist, d. h. die Router 416 bis 419. Vertretbarerweise ist das keine Angelegenheit von örtlicher Bedeutung, weil der örtliche Netzwerk-Betreiber für die Bandbreite nicht bezahlt. Es gibt jedoch eine Situation von Bedeutung – wenn nämlich der Router erfasst, dass die Überlastung auf der anderen Seite einer vergleichbar langsamen Verbindung zwischen dem örtlichen Netzwerk-Betreiber und einem stromaufwärtigen Dienstanbieter ist. Es gibt zwei mögliche Wege, um das Problem zu überwinden: Als Erstes kann der örtliche Betreiber die Router für beide Enden der langsamen Verbindung bereitstellen. An dem stromaufwärtigen Ende kann eine schnelle Verbindung mit dem Router des örtlichen Dienstanbieters ver binden; das verringert dann den vorherigen Fall. Alternativ kann über eine vertragliche Übereinkunft der stromaufwärtigen Anbieter eine Überlastung auf Anweisung des örtlichen Betreibers erfassen und aufzeichnen. Diese Situation kann verallgemeinert werden. Die Netzwerk-Dienstanbieter können eine Überlastung erfassen, die anderen Kunden der Netzwerk-Betreiber zugewiesen werden kann, und sie benachrichtigen und richtig verrechnen. Ein "Überlastungs-Indikations-Protokoll" kann mit einem speziellen Zweck werden verwendet, um die Information zwischen den Netzwerkbetreibern weiterzuleiten. Dementsprechend können sämtliche Benutzer eines stromaufwärtigen Anbieters für die Überlastung belastet werden, die sie verursachen, anstatt zu versuchen, das Problem individuellen Benutzern zuzuweisen.
  • Es ist eindeutig, dass die Benachrichtigung der Benutzer von dem Anreiz wichtig ist: wenn Benutzer nicht erkennen, dass es ein Problem in dem Netzwerk (und ein Zuschlag/eine Gutschrift) gibt, dann werden sie ihr Verhalten zu geeigneten Zeiten nicht anpassen. Eine unmittelbare Mitteilung durch den Netzwerk-Anbieter ist redlich, wenn die vorliegende Erfindung als ein Benutzer-Prozess implementiert wird, der auf einem unmittelbaren Endpunkt läuft, der in der Lage ist, eine Überlastung zu erfassen. Mit anderen Konfigurationen können andere Mechanismen zum Benachrichtigen des Kunden verwendet werden. Wenn zum Beispiel der Benutzer mit nur irgendeinem örtlichen Server in Kontakt ist, dann können Dienst-spezifische Mechanismen verwendet werden. Wenn der Kunde auf Web-Seiten über ein Proxy zugreift, dann können ein Java- oder ein Javascript-Applet an den Benutzer in der ersten bezogenen Web-Seite gesendet werden, die wiederum dem Benutzer die relevanten Benachrichtigungen bezüglich der Überlastung und die Anreiz-Information anzeigt, wie z. B. die Auswirkung auf Zugangsgebühren. Ähnlich könnte das Mail-Bezugs-Protokoll modifiziert werden, um dem Kunden geeignete Information zu senden, wenn er auf einen Mail-Server zugreift, um die E-Mail des Benutzers zu überprüfen (oder eine neue E-Mail zu erstellen).
  • Die Mitteilung kann in der Form eines Fensters oder eines Bildschirm-"Popups" auf der Anzeige des Benutzers sein. Ein kleines Fenster könnte auf dem Benutzer-Terminal angezeigt werden, das den Grad der Überlastung in dem Netzwerk auf irgendeine visuell intuitive und ansprechende Form anzeigt, wie z. B. eine Geschwindigkeitsanzeige. Siehe die 5. Außerdem können andere Formen der Mitteilung von präventiven Erfassungsmechanismen stammen. In dem herkömmlich übertragenen US-Patent Nr. 5,870,557, "Method for Determining and Reporting a Level of Network Activity on a Communications Network using a Routing Analyzer", wird ein Verfahren zum periodischen Analysieren der Überlastung entlang den Routen von einem Eingabepunkt eines Zugangs-Anbieters zu dem Internet zu einem Satz von erwünschten Web-Seiten offenbart. Hin- und Rücksende-Zeiten und Paketverlust-Information, die aus der Verwendung des "Traceroute"-Befehls gesammelt wurden, werden dazu verwendet, um überlastete Verbindungen zu identifizieren. Die Transit-Charakteristika werden kompiliert und analysiert, um einen Benutzer mit brauchbarer Information über die Überlastung entlang von Routen zu den gewünschten Web-Seiten zu versorgen und um Benutzer zu warnen, den Verkehr zu einigen Web-Seiten in überlasteten Zeiten zu vermeiden. Derartige präventive Mechanismen können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einen Kunden mit Erstinformation über den Betriebszustand des Netzwerks zu versorgen, bevor überhaupt Gebühren für die Verwendung einer überlasteten Verbindung entstehen. Dementsprechend kann ein Kunde, bevor er entscheidet auf das Netzwerk zuzugreifen, auf eine Art und Weise aufgefordert werden, die irgendeine Anreiz-Information erzeugen wird, wie z. B. eine Veränderung an einer Aufzeichnung der Gebührenerfassung des Kunden.
  • Außerdem es sollte aus dem obigen Beispiel verständlich sein, dass der Mitteilungsmechanismus nicht mit den Erfassungs- und Anreiz-Mechanismen des Netzwerks verbunden sein muss. Selbstmitteilungsmechanismen können von dem Benutzer verwendet werden. Solange die Benutzer irgendeine Kenntnis der allgemeinen Gestalt des Anreizes empfangen haben, vielleicht bei der Registrierung, können sie ein beliebiges selbst gewähltes Schema für eine Erfassungs-/Mitteilungs-Anwendung auf ihrem eigenen Compu ter-Terminal verwenden, wie z. B. die oben beschriebene präventive Berichtsanwendung. Der Netzwerk-Dienstanbieter muss sich nur mit der Erfassung von Überlastung und der Erfassung des Benutzung befassen.
  • Die vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf den Betriebszustand des Netzwerks selbst beschrieben worden. Anstatt auf einen Zustand zu fokussieren, wie z. B. die Netzwerk-Überlastung, kann die Idee verallgemeinert werden, um "Dienst"- oder "Anwendungsebene"-Überlastung zu umfassen, d. h. die Überlastung als ein Attribut eines Dienstes oder einer Anwendung wie sie einem Netzwerk gegenübersteht. Die Anreiz-Information kann als eine Funktion irgendeines Zustands eines/einer Dienstes/Anwendung erzeugt werden, die dem Kunden von dem Netzwerk-Betreiber bereitgestellt wird.
  • Zum Beispiel ist es bekannt, dass die Belastung auf E-mail-Servern nahe der Weihnachtszeit ansteigt, weil die Benutzer einander mit Bild und Ton beladene Feiertagsgrüße senden. Siehe "Graphic-Laden Holiday Greetings Clog Servers at AT&T World Net", Wall Street Journal, 10. Dezember, 1998. Weil die hinzugefügte Multimedia die Nachrichten viel größer als herkömmliche Text-E-mail macht, werden die Mail-Server überladen, woraus beträchtliche Verlangsamungen in der Zustellung von ein- und ausgehender Mail resultieren. Die vorliegende Erfindung kann dazu verwendet werden, um die steigende Belastung auf dem Mail-Server zu erfassen und um Kunden zu benachrichtigen und zu belasten, die große Mitteilungen während derartigen Perioden von Dienstüberlastung versenden. Ähnlich kann das Empfangen und Speichern bestimmter Nachrichtengruppen mit hohem Volumen eine beträchtliche Belastung auf einem Netzwerk-Dienstanbieter sein, der versucht einen Nachrichten-Server für dessen Kunden aufrechtzuerhalten. Benutzer, die auf derartige Nachrichtengruppen durch Lesen oder Veröffentlichen in ihnen zugreifen, könnten dementsprechend benachrichtigt und abgerechnet werden.
  • Die Erfassung von Dienstüberlastung kann durch die Veränderung des Mail-Protokolls oder des Netznachrichten-Protokolls bewerkstelligt werden. Bei einem unerwünschten Wechsel in dem Protokoll können Scheinüberlastungsindikatoren erzeugt werden.
  • Während das künstliche Abwerfen von Paketen kontraproduktiv wäre, um eine Dienst-Ebene-Überlastung zu signalisieren, kann ein ECN-Überlastungsbit gesetzt werden, um den Benutzer über die Dienst-Ebene-Überlastung zu benachrichtigen. Dieses Schema funktioniert für eine beliebige Anwendung, worin die meisten Daten von dem Server zu dem Benutzer gesendet werden, weil sie dann eine minimale Auswirkung auf tatsächliche Sendegeschwindigkeiten besitzen wird.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf das Internet beschrieben sind, würde es von einem Fachmann einfach erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung allgemein auf paketvermittelte Netzwerke anwendbar ist. Die vorangehende "Detaillierte Beschreibung" soll in jeder Beziehung als erläuternd und beispielhaft aber nicht einschränkend verstanden werden, und der Schutzumfang der hierin offenbarten Erfindung soll nicht aus der "Detaillierten Beschreibung", sondern anstelle davon aus den Ansprüchen bestimmt werden, wie sie gemäß dem vollen Schutzumfang ausgelegt werden, der von den Patentgesetzen zugelassen wird. Es soll verstanden werden, dass die hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nur erläuternd sind und dass verschiedene Modifikationen von dem Fachmann implementiert werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
  • Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden und dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren für die Verwendung durch einen Netzwerk-Dienstanbieter, der einem Kunden einen Zugang auf ein Paket-Kommunikationsnetzwerk (100) bereitstellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen des Vorhandenseins einer Paketübertragungsüberlastung in dem Netzwerk (100); Erfassen der Verwendung des Paket-Netzwerks durch einen selektierten individuellen Kunden (300, 401); und Übertragen von individueller Anreiz-Information (5) an den selektierten Kunden (300, 401), um den selektierten Kunden (300, 401) dazu zu ermutigen, seine Verwendung des Paket-Kommunikationsnetzwerks (100) unverzüglich zu verringern.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Anreiz eine Veränderung in einer Zugangsgebühr darstellt, die durch den Netzwerk-Dienstanbieter von dem selektierten Kunden (300, 401) eingezogen wird.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Überlastung durch die Bestimmung erfasst wird, dass ein Paket in dem Netzwerk (100) abgeworfen worden ist.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Überlastung durch die Bestimmung erfasst wird, dass an einem Netzwerk-Endpunkt (101, 102, 402) der Empfang einer Bestätigung als Antwort auf das Senden eines Pakets ausgeblieben ist.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Überlastung durch die Bestimmung der Größe einer Puffer-Warteschlange eines Netzwerk-Knotens (110115) erfasst wird.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Überlastung durch die Bestimmung erfasst wird, dass ein Paket durch eine explizite Überlastungsmitteilung gekennzeichnet worden ist.
  7. Das Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1–6, worin sich der Erfassungsschritt des Vorhandenseins einer Überlastung in einem Netzwerk-Endpunkt (101, 102, 402) ereignet.
  8. Das Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1–6, worin sich der Erfassungsschritt des Vorhandenseins einer Überlastung in einem Netzwerk-Knoten (110115) ereignet.
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