CN100444580C - 用于控制从分布式系统到中央系统的数据流的方法和系统 - Google Patents

用于控制从分布式系统到中央系统的数据流的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在包括至少一个中央系统的计算机系统中控制多个管道的方法和系统。这些管道提供来自多个分布式系统的通信量。该方法和系统包括：在一时间间隔期间，将第一多个数据分组从该多个管道中的管道提供给快路径或慢路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个。第一多个数据分组在时间间隔内到达。快路径包括快速存储装置，而慢路径包括大容量存储装置。该方法和系统还包括：在该时间间隔期间，以先入先出的次序将第二多个数据分组从快速存储装置或大容量存储装置提供给中央系统。

Description

用于控制从分布式系统到中央系统的数据流的方法和系统
技术领域
本发明涉及计算机网络，特别涉及一种用于控制从分布式系统到中央系统的数据流的方法和系统。
背景技术
图1示出传统计算机系统10的高级方框图，其中传统计算机系统10包括传统中央系统12和多个传统分布式系统14、16、18和20。传统分布式系统14、16、18和20可以分别被视为通过管道13、15、17和19与传统中央系统12通信。这样的传统计算机系统10的例子包括入侵检测系统，其中传统中央系统12根据检测向传统计算机系统10的输入的分布式客户端14、16、18和20来检测入侵。然后，这些传统分布式系统14、16、18和20分别通过经由管道13、15、17和19提供数据分组，向传统中央系统10警告入侵。在攻击的情况下，传统中央计算机系统12可能能够防止传统计算机系统10由于该攻击而发生故障。这样的系统的其他例子包括采用直接与传统中央系统12通信的分布式系统如传统客户端14、16、18和20的桥式计算(bridgecomputing)或其他系统。
虽然系统10工作，但是本领域的普通技术人员可以容易地认识到通过传统管道13、15、17和19来自多个传统分布式系统14、16、18和20的数据分组的流量是不受管理的。具体地说，通过传统管道13、15、17和19的通信量有可能高得足以使传统中央系统10不堪重负。例如，如果传统计算机系统10正受到大量分组的攻击而拒绝服务(拒绝服务攻击)，则传统分布式系统14、16、18和20中的一个或多个由于对每个服务拒绝都提供警告而可能淹没传统中央系统12。类似地，如果传统分布式系统14、16、18和20简单地是链接到传统中央系统12的传统客户端，并且存在某服务中断或其他事故，则传统分布式系统14、16、18和20中的一个或多个可能分别通过传统管道13、15、17和19向传统中央系统12提供对该事故的多次通知。结果，传统系统10可能发生故障。
虽然存在很多传统方法用于防止传统系统10的故障，但是来自传统分布式系统14、16、18和20的通信量还是不受管理的。例如，可以对来自管道13、15、17和19中的一个或多个的通信量设置最大阈值。如果通过管道13、15、17或19的通信量超过该阈值，则丢弃数据分组。然而，如果过大的数据分组流量不是由于攻击而造成的，则丢弃分组是不期望的。此外，在某些情况下，可能改变诸如带宽的资源的分配，以考虑从分布式系统14、16、18和20的某部分到传统中央系统12的高通信量。
从而，需要一种用于更好地控制从分布式系统到中央系统的通信量的系统和方法。本发明解决了这样的需要。
发明内容
本发明提供了一种用于在包括至少一个中央系统的计算机系统中控制多个管道的方法和系统。该多个管道提供来自多个分布式系统的通信量。该方法和系统包括：在一时间间隔期间，将第一多个数据分组从该多个管道中的管道提供给快路径或慢路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个。第一多个数据分组在时间间隔内到达。快路径包括快速存储装置，而慢路径包括大容量存储装置。该方法和系统还包括：在该时间间隔期间，以先入先出的次序将第二多个数据分组从快速存储装置或大容量存储装置提供给中央系统。
根据这里公开的系统和方法，本发明管理从分布式系统到中央系统的通信量。
附图说明
图1是提供从分布式系统到中央系统的通信量的传统系统的方框图。
图2是用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明系统的一个实施例的高级方框图。
图3是用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明方法的一个实施例的高级流程图。
图4是用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明方法的一个实施例的更详细流程图。
具体实施方式
本发明涉及控制计算机网络中的通信量的改进。下面描述是为了使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明而提供的，并且其是在专利申请及其要求的上下文中提供的。对优选实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且这里的一般概念可应用于其他实施例。因此，本发明不旨在局限于所示实施例，而是被给予与这里描述的原理和特征一致的最宽范围。
本发明提供了一种用于在包括至少一个中央系统的计算机系统中控制多个管道的方法和系统。该多个管道提供来自多个分布式系统的通信量。该方法和系统包括在时间间隔期间将第一多个数据分组从该多个管道中的一个管道提供给快路径或慢路径，使得不丢弃任何第一多个数据分组。第一多个数据分组在时间间隔内到达。快路径包括快速存储装置，而慢路径包括大容量存储装置。该方法和系统还包括在该时间间隔期间以先入先出的次序将第二多个数据分组从快速存储装置或大容量存储装置提供给中央系统。
本发明将按照特定系统和特定组件来描述。然而，本领域的普通技术人员可以容易地认识到，该方法和系统对于计算机网络中的其他组件也是有效的。例如，本发明是在单个中央系统和网络处理器的上下文中描述。然而，也可能使用多个中央系统和能够提供类似功能的其他组件。
为了更具体地阐述根据本发明的方法和系统，现在参照图2，其示出用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明系统100的一个实施例的高级方框图。系统100被示出为在类似于图1所示的传统系统10的计算机系统10’中使用。回到图2，计算机系统10’分别包括中央系统12’，分布式系统14’、16’、18’和20’，以及对应的管道13’、15’、17’和19’。系统100包括流量管理器102、包括快速存储装置106的快路径104、包括大容量存储装置110的慢路径108、以及包括可选中间存储装置114的可选中间路径112。另外，还示出了优选地是FIFO输出队列的输出存储装置116。
流量管理器102优选地包括来自管道13’、15’、17’和19’的数据分组流入其中的存储器103，例如队列。流量管理器102还包括处理器101。处理器101检查来自每个管道的数据分组，并且确定要将数据分组传输到哪个路径104、108或112中。在优选实施例中，流量管理器102包含网络处理器101。由于在控制网络中的数据分组流量方面，网络处理器已经得到了广泛应用，因此该装置是优选的。此外，网络处理器可以是可编程的。网络处理器101的可编程性通过改变控制网络处理器101的软件而允许流量管理器102适用于不同的条件和应用。因此，系统100变得更加灵活和易于使用。在优选实施例中，网络处理器101优选地选择路径104、108或112，使得不丢弃任何进入系统100的数据分组。网络处理器101可基于每个管道13’、15’、17’和19’的特定时间间隔而工作。因此，在优选实施例中，以相同的方式对特定管道的时间间隔内来自该管道的所有分组进行分类。
在一个实施例中，快速存储装置106包括较小且制造起来通常较昂贵的快速存储器(例如，快速队列)。类似地，大容量存储装置110较大、较慢且较便宜。注意，在其他实施例中，可使用多于一个快速存储装置106和多于一个大容量存储装置110。中间存储装置优选地包括其容量介于大容量存储装置和快速存储装置之间的存储器。在一个实施例中，仅使用快路径104和慢路径108。因此，本发明主要是在快路径104和慢路径108的上下文中描述的。如上所述，管理器102对来自每一个管道13’、15’、17’和19’的数据分组进行分类；选择适当的路径104、108或112；并且将来自管道13’、15’、17’和19’的分组提供给所选路径，使得不丢弃任何分组。以先入先出的次序从快路径104、慢路径108和一个或(多个)中间路径112提供分组。
图3是用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明方法200的一个实施例的高级流程图。方法200优选地由系统100且针对中央系统12’、管道13’、15’、17’和19’以及分布式系统14’、16’、18’和20’来执行。因此，将在系统100和图2所示的其他组件的上下文中描述方法200。参照图2和3，优选地，对每个管道13’、15’、17’和19’执行方法200。然而，为了简明起见，在管道13’的上下文中描述方法200。第一多个数据分组在优选地特定于管道13’的时间间隔内从管道13’到达。换一种方式说，时间间隔对于每个管道13’、15’、17’和19’可以不同。通过步骤202，在管道13’的时间间隔期间将来自管道13’的第一多个数据分组提供给路径104、108或112中的适当一个，使得不丢弃任何第一多个数据分组。在优选实施例中，仅使用快路径104和慢路径108。在该实施例中，步骤202将第一多个数据分组提供给快路径104或慢路径108。流量管理器102优选地在步骤202确定每个数据分组属于哪个路径104、108或112，并且将分组转发到适当的路径104、108或112。另外，在优选实施例中，类似地处理第一多个数据分组中的每一个数据分组。因此，如果将时间间隔内的一个数据分组提供给快路径104，则将该时间间隔内管道13’的所有数据分组提供给快路径104。
在该时间间隔期间，通过步骤204，还将已经在路径104、108和112中的第二多个数据分组从路径104、108和112提供给中央系统12’，使得数据分组以由系统100接收的次序到达中央系统12’。因此，在优选实施例中，在该时间间隔期间以先入先出的次序将数据分组从快速存储装置104或大容量存储装置110提供给输出存储装置116，继而提供给中央系统12’。优选地，在管道13’、15’、17’和19’的每个时间间隔内为每个管道13’、15’、17’和19’重复方法200。
使用方法200，系统100可以控制通过管道13’、15’、17’和19’从分布式系统14’、16’、18’和20’提供给中央系统12’的通信量。由于选择数据路径104、108或112使得不丢弃任何分组，因此在拥塞较严重的时候使用具有较大存储容量的较慢路径，如慢路径108。由于在拥塞较严重的时候可以选择慢路径108，因此中央系统12’可以不被淹没(overwhelm)。另外，快速存储装置106也不溢出。另外，优选地，大容量存储装置110大得足以避免溢出。因此，没有分组丢失。相反，甚至对于拥塞非常严重的时候，也可在某点将所有分组提供给中央系统12’。而且，在优选实施例中，在步骤202中对慢路径108的选择受到限制。相反，通常使用更高效的快路径104。优选地，尽可能地使用快速存储装置106。优选地，只有在管道13’发生拥塞的时候，才将数据分组旁路到管道13’的慢路径。因此，不损害系统10’的性能。此外，依次地从快路径104和慢路径108提供数据分组。
图4是用于控制从多个分布式系统到中央系统的通信量的本发明方法210的一个实施例的更详细流程图。方法210优选地由系统100且针对中央系统12’、管道13’、15’、17’和19’以及分布式系统14’、16’、18’和20’来执行。因此，将在系统100和图2所示的其他组件的上下文中描述方法210。参照图2和4，优选地，对每个管道13’、15’、17’和19’执行方法210。然而，为了清楚起见，在管道i的上下文中描述方法210，其中管道i可以是管道13’、15’、17’和19’中的任一个。
使用方法210，以等于时间间隔的时间增量控制从管道i到中央系统12’的通信量。优选地，方法210在确定管道i的时间间隔之后开始。管道i的时间间隔DTi取决于管道i的最大可能到达速率(单位时间的数据分组)Ai，以及管道i的快路径104的容量Ci。在优选实施例中，快路径104的存储容量优选地是快速存储装置106的容量。对于管道i，时间间隔DTi不大于除以管道i的最大可能到达速率之后的管道i的快路径104的存储容量或Ci/Ai，并且与其成比例。换一种方式说，DTi是Fi(Ci/Ai)，其中Fi是小于或等于1的第i管道的因数。在优选实施例中，DTi是(1/8)(Ci/Ai)。在可选实施例中，可使用不同于1/8的其他因数。例如，可使用高达至少近似1/2的因数。一般而言，时间间隔越大，则方法210在计算上就越容易，但是快路径存储装置106溢出的可能性就越大。对于较小的时间间隔，快路径存储装置106溢出的可能性较小，但是方法210在计算上较密集。因此，可以为管道i选择适当的因数。在优选实施例中，在方法210开始之前设置时间间隔。然而，在可选实施例中，可以作为方法210的一部分设置时间间隔。在该实施例中，可以在系统100的工作期间调整时间间隔。
为了管理当前间隔的通信量，通过步骤212确定快速存储装置(或快速队列)106的占用量Qi是否大于特定阈值。可以将管道i的快速存储装置106的阈值Ti设为特定固定值。在优选实施例中，该阈值被设成快路径存储装置106将不溢出。因此，该阈值优选地被设成该阈值加上乘以时间间隔之后的管道i的最大可能输入速率小于管道i的快路径存储装置106的存储容量。换一种方式说，该阈值被设成Ti+Ai*DTi＜Ci。在优选实施例中，步骤212的确定基于前一时间间隔的值。换句话说，在时间T，步骤212确定前一间隔内管道i的占用量Qi(T-DTi)是否小于Ti。
如果管道i的快速存储装置106的占用量大于管道i的阈值，则通过步骤214，将当前时间间隔的分组提供给慢路径108。在优选实施例中，通过将管道i的传输信号设为对应于慢路径108的值，并且根据该传输信号转发在该时间间隔期间对管道i输入的数据分组，从而执行步骤214。优选地，管道i的传输信号Si是二进制值。在一个值，传输信号对应于快路径104。在另一个值，传输信号对应于慢路径。在优选实施例中，Si(T)＝1对应于快路径104，而Si(T)＝0对应于慢路径108。因此，当Si(T)＝1时，将从时间T到时间T+DTi从管道i提供的数据分组提供给快路径104。类似地，当Si(T)＝0时，将从时间T到时间T+DTi从管道i提供的数据分组提供给慢路径108。因此，步骤214优选地包括将Si(T)设为零，并且根据Si(T)的零值转发在当前时间间隔期间到达的分组。
如果在步骤212确定管道i的快路径存储装置106的占用量未超过阈值，则通过步骤216确定管道i的慢路径存储装置110是否为空。管道i的慢路径存储装置106的占用量以Bi表示。当Bi为零时，没有管道i的分组包含在慢路径存储装置106中。在优选实施例中，步骤216的确定基于前一时间间隔的值。换句话说，在时间T，步骤216确定前一间隔内管道i的慢路径存储装置110的占用量Bi(T-DTi)是否为零。
如果在步骤216确定慢路径存储装置110的占用量为零，则通过步骤218将当前时间间隔的分组提供给快路径104。在优选实施例中，通过将管道i的传输信号设为对应于快路径104的值，并且根据该传输信号转发在该时间间隔期间对管道i输入的数据分组，从而执行步骤218。因此，步骤218优选地包括将Si(T)设为1，并且根据Si(T)的1值转发在当前时间间隔期间到达的分组。
如果在步骤216确定管道i的慢路径存储装置110的占用量不为零，则通过步骤220确定是否正在将分组传输到慢路径。步骤220优选地包括确定传输信号是否被设成将数据分组发送到慢路径。在优选实施例中，步骤220的确定基于前一时间间隔的值。换句话说，在时间T，步骤220确定传输信号Si(T-DTi)是否被设成将数据分组传送到慢路径(例如，Si(T-DTi)＝0)。
如果在步骤220确定传输信号被设成将数据分组传送到慢路径108，则通过步骤222，将当前时间间隔的分组提供给慢路径108。在优选实施例中，通过将管道i的传输信号设为对应于慢路径108的值，并且根据该传输信号转发在该时间间隔期间对管道i输入的数据分组，从而执行步骤222。因此，步骤218优选地包括将Si(T)设为零，并且根据Si(T)的1值转发在当前时间间隔期间到达的分组。如果在步骤220确定传输信号未被设成将数据分组传送到慢路径108，则通过步骤224，将当前时间间隔的分组提供给快路径104。与步骤212到224并行，通过步骤228，以先入先出的次序将快速存储装置108和慢速存储装置110中的数据分组提供给中央系统12’。一旦当前时间间隔到期，则通过步骤230在下一个时间间隔重复步骤212-228。在重复这些步骤时，下一个间隔变成当前间隔(T变成T+DT)，而当前间隔成为过去间隔(T-DT变成T)。
因此，使用方法210，系统100可以控制通过管道13’、15’、17’和19’从分布式系统14’、16’、18’和20’提供给中央系统12’的通信量。由于选择数据路径104、108或112使得不丢弃任何分组，因此在拥塞较严重的时候使用具有较大存储容量的较慢路径，如慢路径108。由于在拥塞较严重的时候可以选择慢路径108，因此中央系统12’可以不被淹没。而且，在优选实施例中，在步骤202中对慢路径108的选择受到限制。相反，通常使用更高效的快路径104。优选地，只有在管道13’、15’、17’和19’发生拥塞的时候，才将数据分组转移到管道13’、15’、17’和19’的慢路径。因此，不损害系统10’的性能。
一种用于控制从分布式系统到中央系统的通信量的方法和系统已被公开。根据本发明编写的软件要存储在某种形式的计算机可读介质，如存储器、CD-ROM中，或者在网络上传输，并且由处理器执行。可选地，本发明的部分或全部可采用硬件实现。虽然本发明是根据所示实施例来描述的，但是本领域的普通技术人员可以容易地认识到可以对这些实施例进行各种变更，并且这些变更将落在本发明的精神和范围内。从而，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以进行各种修改。

Claims (22)

1.一种用于在包括至少一个中央系统的计算机系统中控制多个管道的方法，该多个管道提供来自多个分布式系统的通信量，该方法包括：
(a)在时间间隔期间，将第一多个数据分组从该多个管道中的管道提供给快路径或慢路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个，第一多个数据分组在时间间隔内到达，快路径包括快速存储装置，而慢路径包括大容量存储装置；
(b)在该时间间隔期间，将第二多个数据分组从快速存储装置或大容量存储装置提供给中央系统，使得以先入先出的次序将第二多个数据分组中的每一个提供给中央系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供步骤(a)还包括：
(a1)如果该管道的快速存储装置的占用量高于阈值，则将第一多个分组提供给慢路径；
(a2)如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值、并且该管道的大容量存储装置的一部分为空，则将第一多个分组提供给快路径；
(a3)如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值，如果该管道的大容量存储装置的各部分不为空，并且如果前一时间间隔内该管道的第一多个分组被提供给慢路径，则将第一多个分组提供给慢路径；
(a4)如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值，如果该管道的大容量存储装置的一部分不为空，并且如果前一时间间隔内该管道的第一多个分组未被提供给慢路径，则将第一多个分组提供给快路径。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，提供步骤(a1)还包括：
(a1i)确定该管道的快速存储装置的占用量是否高于阈值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，提供步骤(a1)还包括：
(a1ii)将该管道的传输信号设为零，其中传输信号的1表示第一多个分组要被提供给快路径，而传输信号的0表示第一多个分组要被提供给慢路径。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，提供步骤(a2)还包括：
(a2i)如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值，则确定该管道的大容量存储装置的一部分是否为空。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，提供步骤(a2)还包括：
(a2ii)将该管道的传输信号设为1，其中传输信号的1表示第一多个分组要被提供给快路径，而传输信号的0表示第一多个分组要被提供给慢路径。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，提供步骤(a3)还包括：
(a3i)如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值，并且如果该管道的大容量存储装置的一部分不为空，则确定前一时间间隔内该管道的第一多个分组是否被提供给慢路径。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，提供步骤(a3)还包括：
(a3ii)将该管道的传输信号设为0，其中传输信号的1表示第一多个分组要被提供给快路径，而传输信号的0表示第一多个分组要被提供给慢路径。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，时间间隔与除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量成比例。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，时间间隔是除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量的八分之一。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，时间间隔不大于除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量的一半。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，时间间隔不大于除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量的一半。
13.如权利要求1所述的方法，还包括：
(c)对多个管道中的每一个执行步骤(a)和(b)。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供步骤(a)还包括步骤：
(a1)在该时间间隔期间，将第一多个数据分组从该管道提供给快路径、慢路径或至少一个中间路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个，该至少一个中间路径包括至少一个中间存储装置；以及
提供步骤(b)还包括步骤：
(b1)在该时间间隔期间，将第二多个数据分组从快速存储装置、该至少一个中间存储装置或大容量存储装置提供给中央系统，使得以先入先出的次序将第二多个数据分组中的每一个提供给中央系统。
15.一种用于在包括至少一个中央系统的计算机系统中控制多个管道的系统，该多个管道提供来自多个分布式系统的通信量，该系统包括：
快路径，包括快速存储装置；
慢路径，包括大容量存储装置；以及
流量管理器，用于在时间间隔期间，将第一多个数据分组从该多个管道中的管道提供给快路径或慢路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个，第一多个数据分组在时间间隔内到达，快路径包括快速存储装置，而慢路径包括大容量存储装置，流量管理器还用于在该时间间隔期间，将第二多个数据分组从快速存储装置或大容量存储装置提供给中央系统，使得以先入先出的次序将第二多个数据分组中的每一个提供给中央系统。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，流量管理器包括至少一个网络处理器。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，流量管理器通过以下方式将第一多个数据分组提供给快路径或慢路径：如果该管道的快速存储装置的占用量高于阈值，则将第一多个分组提供给慢路径，如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值、并且该管道的大容量存储装置的一部分为空，则将第一多个分组提供给快路径，如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值、如果该管道的大容量存储装置的各部分不为空、并且如果前一时间间隔内该管道的第一多个分组被提供给慢路径，则将第一多个分组提供给慢路径，以及如果该管道的快速存储装置的占用量不高于阈值、如果该管道的大容量存储装置的一部分不为空、并且如果前一时间间隔内该管道的第一多个分组未被提供给慢路径，则将第一多个分组提供给快路径。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，流量管理器通过将管道的传输信号设为1来将第一多个数据分组提供给快路径，并且通过将管道的传输信号设为0来将其提供给慢路径。
19.如权利要求15所述的系统，其特征在于，时间间隔与除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量成比例。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，时间间隔是除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量的八分之一。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，时间间隔不大于除以该管道的最大可能到达速率之后的该管道的快路径的存储容量的一半。
22.如权利要求15所述的系统，其特征在于，流量管理器在该时间间隔期间还将第一多个数据分组从管道提供给快路径、慢路径或至少一个中间路径，使得不丢弃第一多个数据分组中的任何一个，该至少一个中间路径包括至少一个中间存储装置，并且在该时间间隔期间将第二多个数据分组从快速存储装置、该至少一个中间存储装置或大容量存储装置提供给中央系统，使得以先入先出的次序将第二多个数据分组中的每一个提供给中央系统。
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