Procedimiento de establecimiento y borrado de caminos y de reenvío de tramas para conexiones de transporte TCP y puente de red

El grupo de investigación Ingeniería de Servicios Telemáticos de la Universidad de Alcalá, en colaboración con IMDEA NETWORKS ha desarrollado un mecanismo para conmutadores Ethernet avanzados TCP-Path que explora una red de puentes transparentes para establecer un camino específico para cada nueva conexión TCP establecida entre dos terminales. Las principales aplicaciones de esta tecnología de conmutadores Ethernet son las redes  de centros de datos y redes de computadores en general, los puentes audio- video (Audio Video Bridges) y otros tipos de puentes transparentes Ethernet.

El grupo busca empresas del sector de las telecomunicaciones con el objetivo de alcanzar acuerdos de colaboración técnica, acuerdos comerciales o de licencia de la patente.

La presente invención describe mecanismos que permiten buscar, establecer, utilizar y borrar un camino específico para cada conexión TCP establecida entre dos terminales y un puente de red que implementa dichos mecanismos. La diversidad de los caminos creados es parametrizable. La invención incluye un procedimiento de establecimiento de caminos en la red asociados a cada nuevo flujo de la capa de transporte TCP al establecer una nueva conexión TCP entre dos terminales, un procedimiento de reenvió de tramas a través de dichos caminos y un procedimiento para borrarlos al cerrar las conexiones TCP.

Estos procedimientos se aplicaran por parte de los puentes TCP-Path que tengan activada dicha funcionalidad, configurable según los requerimientos de la red.

Establecimiento de caminos

Cuando estando creado el camino ARP-Path entre dos terminales A y C se recibe un segmento TCP SYN en el puente frontera del terminal emisor (A) el segmento se encapsula en una trama especial PathRequest con dirección origen la dirección MAC del terminal emisor A e identificador de protocolo (Ethertype) el especifico asignado a TCP-Path y se asocian, en una tabla, a efectos de reenvío, las direcciones MAC origen y puerto TCP origen, así como el identificador de la conexión TCP-Path, a la identidad del puerto del puente que primero recibió la trama, a un indicador de caducidad y al instante de llegada de la trama; y se reenvía en difusión por todos los puertos excepto el puerto de recepción. En cada puente de red atravesado se realiza la asociación de la misma forma y, si el puerto de recepción de la trama proveniente de A es diferente al asociado al camino hacia A ya existente, se registra un camino alterativo asociando dicho puerto a la tupla. Las tramas PathRequest duplicadas que llegan después por otros puertos son descartadas par no estar su dirección MAC origen asociada al puerto de recepción. Finalmente, solamente un paquete PathRequest conteniendo el segmento SYN llegará al puente frontera,  conectado directamente al terminal C. El puente desencapsulará la trama y la reenviara al terminal C, asociando igualmente un identificador de caducidad a las direcciones MAC y TCP origen y al instante de llegada de la trama. El terminal C contestara con un segmento SYN+ACK confirmando el establecimiento de la conexión TCP. El puente frontera destino (conectado a C) encapsula el segmento SYN+ACK en un paquete PathReply con dirección MAC origen C, dirección MAC destino A e identificador de protocolo (Ethertype) el asignado al protocolo TCP-Path, y lo reenvía en unidifusión por el puerto asociado a la tupla AC, previamente asociada a dicho puerto cuando se recibió el paquete PathRequest. A su vez, el puente asocia (aprende) la dirección MAC de C, la dirección MAC de A, el puerto de transporte de C y el puerto de transporte de A al puerto por donde se ha recibido, identificados como la tupla {C, A, pC, pA} (abreviadamente, tupla CA), asociándolos al identificador de caducidad anteriormente creado de la tupla AC, actualizando el tiempo de llegada, confirmando y renovando la validez de la asociación. El paquete PathReply llega finalmente en unidifusión hasta el puente frontera de destino,  al cual está conectado directamente el terminal destino A.

Borrado de caminos

Si los caminos no se utilizan por las tramas asociadas a ellos (con tuplas de puertos de transporte y direcciones MAC en la tabla de reenvío) durante un tiempo superior al temporizador de persistencia (cache) de los puentes, expiran automáticamente, borrándose de la memoria los puertos asociados al camino. Asimismo, cuando un camino establecido se interrumpe, par fallo de un enlace o de puente, se produce el borrado inmediato de las direcciones aprendidas en el puerto, asociadas en la tabla de reenvío al puerto conectado al enlace o puente en fallo. De manera similar al establecimiento, los caminos TCP-Path pueden ser borrados explícitamente por los terminales cuando envían un segmento FIN en cada dirección para cerrar la conexión TCP.

Reenvío de tramas

Cuando una trama de datos se recibe en un puente TCP-Path, se consultan los campos de conexión TCP: direcciones MAC origen y destino, puertos de transporte de origen y destino, y se verifica si existe un puerto asociado a dicha conexión como destino; si existe, se reenvía la trama por el puerto asociado a dicha conexión hacia el terminal destino y se renueva por un periodo adicional el temporizador asociado a la dirección MAC destino y conexión TCP-Path asociada; si no existe, se comprueba, de forma menos restrictiva, si existe algún puerto del puente asociado a la dirección MAC destino de la trama o al par dirección MAC destino y MAC origen de la trama; Si existe se reenvía la trama por dicho puerto; en los demás casos se iniciara el proceso de reparación de caminos mediante el envío de una trama de multidifusión.

Esta invención permite que los caminos entre terminales puedan establecerse con granularidad  de conexión TCP: un camino por conexión, mejorando la distribución de carga en la red. Los caminos no es necesario calcularlos, se obtienen por exploración en la red, encontrándose en cada momento el camino menos cargado.

Además, los mecanismos de establecimiento de caminos, borrado de caminos y reenvío de tramas descritos pueden implementarse en un puente de red que disponga de las correspondientes tablas para asociar los puertos a tuplas formadas por parejas de  direcciones MAC y de puertos de transporte origen y destino. También pueden implementarse en puentes con capacidad OpenFlow y SDN (Software Defined Networking).

No se ha encontrado nada igual en bases de datos de patentes, ni en la bibliografía científica consultada.