CN100442777C - 基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法及设备。本发明主要包括：首先，将虚拟局域网堆叠网络的各个VLAN(虚拟局域网)的服务质量信息承载于报文中，并发送；之后，在通信网络中，便可以根据所述报文中承载的各个VLAN的服务质量信息为报文提供相应服务质量保证的转发处理。因此，本发明中实现了基于QinQ的QoS的转发，从而可以保持QinQ的802.1p CoS优先级，这样，使得在网络通信的基于QinQ的转发过程中仍然可以实现服务质量的保证。

Description

基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法。

背景技术

在现有一般的交换机、路由器、宽带接入服务器等设备上，已经支持QinQ(虚拟局域网堆叠)，由于QinQ是在802.1Q基础上发展，因此QinQ完全兼容原有802.1Q VLAN(虚拟局域网)的所有特性。也就是说，所有网上现有的支持VLAN的交换机均可以将QinQ的报文当作802.1Q报文正常转发而不会产生任何兼容性问题。同时，QinQ报文中又增加了12bit的VLAN ID(VLAN标识)，使得总的可用VLAN ID数量高达24bit，即总数量为2的24次方合计16M，从而完全可以满足各种网络对VLAN ID的需求。

目前，所有的交换机、路由器、宽带接入服务器等设备，对于QinQ功能，增加了一个外层或者内层的QinQ标记的封装和解封装功能，即接收模块按照端口(或者其他策略)，在原有已经有一个802.1Q VLAN标签头的基础上增加一个标签头以提供QinQ的封装。在发送模块按照端口(或者其他策略)，将两个QinQ的标签头剥离一个以提供QinQ的解封装。其他查表模块、学习模块均只选择一个VLAN标签头进行处理，通常会选择使用新增加的标签头，对于已有的标签头可以称做C-VLAN(内层VLAN)，新增的标签头叫做S-VLAN(外层VLAN)。

在以太网中，为了保证服务质量，提供了对应的QoS机制，即802.1p规定了CoS(服务等级)优先级和调度，具体格式如表1所示：

表1

表1中，P是Priority(优先级)，用于指示802.1p的优先级别，取值为0～7，占用3bit位。

下面将结合附图对基于上述优先级信息的报文的转发处理过程进行说明。图1为QinQ应用的网络组网结构示意图，图2为QinQ设备的结构示意图，下面将对图2所示的QinQ设备的工作过程进行说明。

在图2中，各个功能模块的功能作用如下：

接收模块：负责接收网段上的所有数据包，数据包一般可以是带两个标签头的，也可以带一个标签头，如果带一个标签头，交换机会知道根据某种策略比如端口所属默认S-VLAN添加上相应的标签头；同时，对S-VLAN对应的802.1p CoS优先级进行调度。

学习模块：用于学习数据包中的源MAC(媒体接入控制)地址、接收该报文的端口、报文所属的S-VLAN(或C-VLAN)，并且注册到转发数据库中，并且每个注册的表项都可以根据需要启动老化定时器，定时器超时则将表项删除。

查找模块：根据数据包的目的MAC地址、S-VLAN标识(或C-VLAN)已经数据库中注册的信息决定转发，在查找的数据库中，不仅包括MAC地址、端口信息，而且还包括所属的S-VLAN虚拟网段信息(或C-VLAN虚拟网段信息)。

发送模块：用于将数据包发送到以太网段上，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(或C-VLAN标签头)去掉，原有基于S-VLAN的802.1p CoS优先级也随之丢失，在后续其他设备转发时就没有QoS保障了。如果是与其他QinQ网络和设备互连的端口，一般不去掉。

上述描述的各模块功能，可以由软件完成，也可以由硬件完成。典型的是二层交换机，一般采用专用的ASIC芯片实现接收模块、学习模块、查找模块和发送模块的所有功能，部分特殊报文比如送到设备本身处理的控制报文则送软件处理。

同样，所述的模块功能，可以是在集中的软件、硬件处理部件上各个模块集中处理，也可以各个模块分布在设备不同的软件、硬件处理部件上分布式处理。典型的盒式二层交换机，采用集中的硬件处理所有模块功能，典型的插槽式交换机，一般每个单板都具备完整的硬件处理功能，每个单板完成独立的接收模块、学习模块、查找模块和发送模块的所有功能，各个单板直接相互独立而有相互协作。

目前，基于QinQ技术的报文查找转发处理流程如图3所示，在转发处理过程中，接收模块、发送模块均按照S-VLAN中对应的802.1p CoS进行调度。当将数据包发送到以太网段上后，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(或C-VLAN标签头)去掉，原有基于S-VLAN的802.1p CoS优先级也随之丢失，在后续其他设备转发时就没有QoS保障了。

因此，可以看出，在传统的支持VLAN的设备上，增加了在接收、发送端口上根据某种策略封装或者解封装外层或者内层的S-VLAN标签头能力。但真正的转发还是VLAN转发，无法保持QinQ的802.1p CoS优先级，也无法提供对QinQ多层802.1p CoS优先级进行组合调度。这样，使得在QinQ技术的实现过程中无法实现相应的服务质量保证。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，从而可以在QinQ技术实现的过程中很好地保证相应的服务质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，包括：

A、将虚拟局域网堆叠网络的各个虚拟局域网VLAN的服务质量信息承载于报文中，并发送；

B、根据所述报文中承载的各个VLAN的服务质量信息为报文提供相应服务质量保证的转发处理。

所述的步骤A包括：

A1、将外层VLAN的服务质量信息复制到内层VLAN的服务质量信息中，并发送所述报文；

或者，

A2、将各层VLAN的服务质量信息复制到一层VLAN的服务质量信息中，并发送所述报文；

或者，

A3、将虚拟局域网堆叠网络包含的各层VLAN的服务质量信息重新统一标记为相应的服务质量信息，承载于所述的报文中，并发送所述报文。

所述的步骤A1或步骤A2包括：

在两层或多层VLAN的优先级组合后的多位比特中选择一层VLAN的优先级需要的比特位作为一层VLAN的优先级信息；

或者，

根据预先配置的两层或多层VLAN的优先级信息对应的一层VLAN的优先级信息确定所述的一层VLAN的优先级信息。

所述的步骤A3包括：

获取报文的各层VLAN的服务质量，并将各层VLAN的服务质量组合为统一的服务质量信息。

所述的步骤B包括：

将接收到的报文根据所述的统一的服务质量信息映射到接收调度队列中，并将报文送入接收队列中等待处理。

所述的步骤B包括：

将待发送的报文根据所述的统一的服务质量信息映射到发送调度队列中，并将报文送入发送队列中等待发送处理。

所述的将服务质量信息映射到调度队列的过程包括：

根据调度队列支持的优先级数量，将预定数量的多层VLAN的优先级信息映射到同一个调度队列；

或者，

根据预先配置的优先级与调度映射表的对应关系查找确定优先级和调度队列的对应关系，将多层VLAN的优先级信息映射到相应的调度队列中。

本发明还提供了一种虚拟局域网堆叠的服务质量管理设备，包括接收模块和发送模块，分别用于接收报文及发送报文处理，还包括：

优先级调度处理模块：用于对接收模块接收的报文和/或者需要发送模块发送的报文统一复制到一层VLAN的服务质量信息中的相应的各VLAN的服务质量信息，或组合为统一的服务质量信息的相应的各VLAN的服务质量信息进行优先级调度处理。

所述的优先级调度处理模块包括：

复制处理模块：用于将报文的各VLAN的服务质量信息统一复制到一层VLAN的服务质量信息中；

或，

组合处理模块：用于将报文的各VLAN的服务质量信息组合为统一的服务质量信息。

所述的优先级调度处理模块包括：

接收报文优先级处理模块：根据接收报文的各VLAN的优先级信息确定该接收报文的优先级信息，并将该接收报文的优先级信息映射到优先级调度队列中；

和/或，

发送报文优先级处理模块：根据待发送报文的各VLAN的优先级信息确定该待发送报文的优先级信息，并将该待发送报文的优先级信息映射到优先级调度队列中。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明中实现了基于QinQ的QoS的转发，从而可以保持QinQ的802.1p CoS优先级，这样使得在网络通信的基于QinQ的转发过程中也可以实现服务质量的保证。同时，本发明还实现了对QinQ多层802.1p CoS优先级的组合调度，从而进一步扩大了本发明在通信网络中的应用范围。

附图说明

图1为基于QinQ技术的组网结构示意图；

图2为QinQ设备的结构示意图；

图3为QinQ设备的报文转发处理过程示意图；

图4为本发明中基于QinQ技术的组网结构示意图；

图5为本发明中的QinQ设备的结构示意图；

图6为本发明提供的QinQ设备的报文转发处理过程示意图一；

图7为本发明提供的QinQ设备的报文转发处理过程示意图二；

图8为本发明提供的QinQ设备的报文转发处理过程示意图三。

具体实施方式

本发明的核心是实现基于QinQ的服务质量管理，从而使得在QinQ技术实现过程中仍然可以提供相应的服务质量保证。

下面将结合附图对该基于VLAN堆叠技术的服务质量管理方法进行说明，具体如图4和图5所示：

接收模块：该模块负责接收网段上的所有数据包，数据包一般可以是带两个标签头的，也可以带一个标签头，如果带一个标签头，交换机会知道根据某种策略比如端口所属默认S-VLAN添加上相应的标签头，同时，根据设备配置，也会在这个标签头中增加默认的CoS优先级；在本发明提供的设备中，接收模块还需要对S-VLAN对应的802.1p CoS优先级进行调度，具体包括根据两个标签头中的优先级信息进行区分优先级的接收报文的处理。

学习模块：该模块学习数据包中的源MAC地址、接收该报文的端口、报文所属的S-VLAN(或C-VLAN)，并且注册到转发数据库中，并且每个注册的表项都可以根据需要启动老化定时器，定时器超时则将表项删除，本发明对该模块无任何改进。

查找模块：该模块根据数据包的目的MAC地址、S-VLAN标识(或C-VLAN标识)已经数据库中注册的信息决定转发，在查找的数据库中，不仅包括MAC地址、端口信息，而且还包括所属的S-VLAN虚拟网段信息(或C-VLAN)，同样，本发明对该模块也无任何改进。

发送模块：该模块按照802.1p CoS优先级进行调度，然后将数据包发送到以太网段上，在本发明中，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(或C-VLAN标签头)去掉，同时将S-VLAN中的802.1p CoS优先级复制到C-VLAN的802.1p CoS优先级，在后续其他设备转发时就可以提供相同的QoS保障了。如果是与其他QinQ网络和设备互连的端口，一般不去掉，则无需采用本发明新增加的处理功能。

需要说明的是，上述各模块功能，可以由软件完成，也可以由硬件完成。可以是在集中的软件、硬件处理部件上各个模块集中处理，也可以各个模块分布在设备不同的软件、硬件处理部件上分布式处理。

下面将结合一个典型的查找转发流程进行说明，如图6所示，包括：

对于单播报文，网桥根据MAC地址、端口信息和所属的S-VLAN、C-VLAN虚拟网段信息进行转发；

对于多播和广播报文，网桥向同一个S-VLAN虚拟网段内所有端口转发，或者向同一个S-VLAN、C-VLAN虚拟网段内所有端口转发。

接收模块、发送模块都按照S-VLAN中对应的802.1p CoS进行调度。当将数据包发送到以太网段上，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(理论上讲也可以是C-VLAN)去掉，同时将S-VLAN中的802.1p CoS优先级复制到C-VLAN的802.1p CoS优先级，在后续其他设备转发时就可以提供相同的QoS保障了，这样，便可以实现基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理。

本发明中，相应的服务质量管理还可以通过QinQ的两个802.1p CoS组合调度实现基于VLAN堆叠的服务质量管理，仍如图4和图5所示，具体为：

接收模块：该模块负责接收网段上的所有数据包，数据包一般可以是带两个标签头的，也可以带一个标签头，如果带一个标签头，交换机会知道根据某种策略比如端口所属默认S-VLAN添加上相应的标签头，同时，根据设备配置，也会在这个标签头中增加默认的CoS优先级。同样，该模块还用于对S-VLAN、C-VLAN中的两个802.1p CoS优先级进行组合调度。

学习模块：该模块学习数据包中的源MAC地址、接收该报文的端口、报文所属的S-VLAN、C-VLAN，并且注册到转发数据库中，并且每个注册的表项都可以根据需要启动老化定时器，定时器超时则将表项删除。

查找模块：该模块根据数据包的目的MAC地址、S-VLAN和C-VLAN标识等已经数据库中注册的信息决定转发，在查找的数据库中，不仅包括MAC地址、端口信息，而且还包括所属的S-VLAN、C-VLAN虚拟网段信息。

发送模块：该模块将数据包发送到以太网段上，同时对S-VLAN、C-VLAN中的两个802.1p CoS优先级进行组合调度。本发明中，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(或C-VLAN)去掉，并根据映射关系重新标记C-VLAN的802.1p CoS优先级，在后续其他设备转发时就可以提供基本相同的QoS保障了。如果是与其他QinQ网络和设备互连的端口，一般不去掉。

基于QinQ的两个802.1p CoS组合调度的情况，相应的查找转发流程如图7所示，具体包括：

对于单播报文，网桥根据MAC地址、端口信息和所属的S-VLAN、C-VLAN虚拟网段信息进行转发；

对于多播和广播报文，网桥向同一个S-VLAN虚拟网段内所有端口转发。

接收模块、发送模块都按照S-VLAN、C-VLAN中对应的两层802.1p CoS进行组合调度。当将数据包发送到以太网段上，如果该网段只需要标准的802.1Q，那么就将该S-VLAN标签头(或C-VLAN)去掉，并根据映射关系重新标记C-VLAN的802.1p CoS优先级，在后续其他设备转发时就可以提供基本相同的QoS保障了。

为对本发明有进一步理解，下面将对本发明中涉及的组合调度及由外层VLAN的优先级复制到内层VLAN的优先级的实现方法进行详细说明。

在组合调度处理过程中，可以同时使用内层标签和外层标签中的802.1pCoS优先级，因此，可以提供3bit+3bit＝6bit的优先级，最大可以提供2的6次方共计64级，因此，使用QinQ的两层802.1p CoS优先级组合调度时，完全可以和DSCP一样提供更高级别的QoS调度。

相应的组合调度的处理流程如图8所示，具体包括：

步骤81：获取接收报文的两层VLAN的CoS信息；

步骤82：外层S-VLAN的优先级作为高3位，内层C-VLAN的优先级作为低3位，或者，也可以外层S-VLAN的优先级作为低3位，内层C-VLAN的优先级作为高3位亦可，组合成6bit的优先级；

步骤83：映射6bit的优先级到CoS调度队列，将报文送入对应的接收队列中进行处理；

步骤84：根据内部转发策略进行发送；

其中，步骤81到步骤84是接收队列调度，步骤85到步骤87是发送队列调度，本发明可以只使用其中一种处理方式，也可以同时使用该两种处理方式。

步骤85：获取待发送报文的两层VLAN的CoS信息；

步骤86：外层S-VLAN的优先级CoS作为高3位，内层C-VLAN的优先级CoS作为低3位，或者，也可以为外层S-VLAN的优先级作为低3位，内层C-VLAN的优先级作为高3位，组合成6bit的优先级；

步骤87：映射6bit的优先级到CoS调度队列，将报文送入对应的发送队列中进行处理。

其中，优先级到CoS调度队列的映射，一般采用简单映射方式，具体为：如果调度队列支持64级，则可以一个优先级(即一个两层CoS优先级)对应一个队列；如果调度队列支持16级，则每4个两层CoS优先级映射到同一个调度队列。当然，也可以根据需要，事先配置优先级到CoS调度映射表，根据需要可以任意配置该映射表，然后，通过查表方式可以找到优先级和调度队列的对应关系。

本发明中，由两层802.1p CoS优先级转换到一层802.1p CoS优先级映射的实现方法主要包括简单计算方法和查表法两种，具体为：

(1)简单计算方法：即两层802.1p CoS优先级有6bit共64级，而一层802.1p CoS优先级只有3bit共8级，因此，只保留两层802.1p CoS优先级中的高3bit或者低3bit(也可以任意从6bit中选取3bit)，然后复制到一层802.1pCoS优先级中。比如高3bit值为5，低3bit值为7，此时如果采用高3bit复制算法，则直接将高3bit值5直接复制到一层802.1p CoS优先级中。

(2)查表法：事先配置两层802.1p CoS优先级到一层802.1p CoS优先级映射表，根据需要可以任意配置该映射表，然后通过查表方式可以找到优先级和调度队列的对应关系。

本发明提供的所述的基于VLAN堆叠的服务质量管理设备及方法还可以推广应用于多层VLAN堆叠转发处理过程中。

随着VLAN技术的大规模应用，QinQ已经被大量使用，QinQ的两个VLAN标签头不够使用，因此，将QinQ的两个标签拓展为3个及以上。

此时，典型的3层标签头帧结构如表2所示：

表2

由表2可以拓展到多层标签头帧结构如表3所示：

表3

使用了多层VLAN堆叠后，可以只提供多层VLAN标签头的封装、解封装，比如在QinQ的基础上再增加、减少一个或者多个802.1Q标签头。

在本发明提供的QinQ优先级转发流程基础上，可以扩展为将多个VLAN标签头作为虚拟网段标识，从而提供多层虚拟网段优先级转发流程。

由多层802.1p CoS优先级转换到一层802.1p CoS优先级映射的实现方法主要包括简单计算方法和查表法两种，具体为：

(1)简单计算方法：即多层802.1p CoS优先级有N×3bit，而一层802.1p CoS优先级只有3bit共8级，因此，只保留多层802.1p CoS优先级中的高3bit或者低3bit(也可以任意从中选取3bit)，然后复制到一层802.1pCoS优先级中。比如高3bit值为5，低3bit值为7，此时如果采用高3bit复制算法，则直接将高3bit值5直接复制到一层802.1p CoS优先级中。

(2)查表法：事先配置多层802.1p CoS优先级到一层802.1p CoS优先级映射表，根据需要可以任意配置该映射表，然后通过查表方式可以找到优先级和调度队列的对应关系。

此时，调度模块也需要进行对应的调度处理，根据多层802.1p CoS优先级有N×3bit，以及设备的调度能力进行映射，将不同CoS优先级的报文送到不同的队列中进行调度。比如3层802.1p CoS优先级有3×3bit＝9bit，设备能够提供16级调度，此时可以采用上述同样的算法，从9bit(共2的9次方512级)中挑选高4bit或低4bit或任意4bit(2的4次方共16级)，或者按照查表法预先配置然后映射，然后送到对应的队列中进行调度。

综上所述，本发明可以实现真正的基于QinQ的QoS转发，能够保持QinQ的802.1p CoS优先级，同时，也可以提供对QinQ多层802.1p CoS优先级进行组合调度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种基于虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，包括：

A、将虚拟局域网堆叠网络的各个虚拟局域网VLAN的服务质量信息承载于报文中，并发送；

B、根据所述报文中承载的各个VLAN的服务质量信息为报文提供相应服务质量保证的转发处理。

2、根据权利要求1所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

A1、将外层VLAN的服务质量信息复制到内层VLAN的服务质量信息中，并发送所述报文；

或者，

A2、将各层VLAN的服务质量信息复制到一层VLAN的服务质量信息中，并发送所述报文；

或者，

A3、将虚拟局域网堆叠网络包含的各层VLAN的服务质量信息重新统一标记为相应的服务质量信息，承载于所述的报文中，并发送所述报文。

3、根据权利要求2所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的步骤A1或步骤A2包括：

在两层或多层VLAN的优先级组合后的多位比特中选择一层VLAN的优先级需要的比特位作为一层VLAN的优先级信息；

或者，

根据预先配置的两层或多层VLAN的优先级信息对应的一层VLAN的优先级信息确定所述的一层VLAN的优先级信息。

4、根据权利要求2所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的步骤A3包括：

获取报文的各层VLAN的服务质量，并将各层VLAN的服务质量组合为统一的服务质量信息。

5、根据权利要求4所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

将接收到的报文根据所述的统一的服务质量信息映射到接收调度队列中，并将报文送入接收队列中等待处理。

6、根据权利要求4所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

将待发送的报文根据所述的统一的服务质量信息映射到发送调度队列中，并将报文送入发送队列中等待发送处理。

7、根据权利要求5或6所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理方法，其特征在于，所述的将服务质量信息映射到调度队列的过程包括：

根据调度队列支持的优先级数量，将预定数量的多层VLAN的优先级信息映射到同一个调度队列；

或者，

根据预先配置的优先级与调度映射表的对应关系查找确定优先级和调度队列的对应关系，将多层VLAN的优先级信息映射到相应的调度队列中。

8、一种虚拟局域网堆叠的服务质量管理设备，包括接收模块和发送模块，分别用于接收报文及发送报文处理，其特征在于，还包括：

优先级调度处理模块：用于对接收模块接收的报文和/或者需要发送模块发送的报文根据统一复制到一层VLAN的服务质量信息中的相应的各VLAN的服务质量信息，或组合为统一的服务质量信息的相应的各VLAN的服务质量信息进行优先级调度处理。

9、根据权利要求8所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理设备，其特征在于，所述的优先级调度处理模块包括：

复制处理模块：用于将报文的各VLAN的服务质量信息统一复制到一层VLAN的服务质量信息中；

或，

组合处理模块：用于将报文的各VLAN的服务质量信息组合为统一的服务质量信息。

10、根据权利要求8或9所述的虚拟局域网堆叠的服务质量管理设备，其特征在于，所述的优先级调度处理模块包括：

接收报文优先级处理模块：根据接收报文的各VLAN的优先级信息确定该接收报文的优先级信息，并将该接收报文的优先级信息映射到优先级调度队列中；

和/或，

发送报文优先级处理模块：根据待发送报文的各VLAN的优先级信息确定该待发送报文的优先级信息，并将该待发送报文的优先级信息映射到优先级调度队列中。

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