CN101026558A - 一种实现海量端口反压的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现海量端口反压的方法，以及实现该方法的装置，属于网络端口反压控制的技术领域。本发明的方法包括步骤：检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，当达到反压门限时，生成一个空闲帧；将所述空闲帧与达到反压门限的那个通道化物理端口的用户数据混合后发送到通道化物理端口；在所述混合后的数据进入通道化物理端口之前丢弃所述空闲帧。本发明使用了空闲帧来实现反压，空闲帧占用了一定的传输宽带，减少了用户数据的带宽，而空闲帧不会进入物理端口，从而达到了反压的目的。而空闲帧的带宽可以根据需要预先配置，在空闲帧产生后，其带宽还可以根据反压的存在与否平滑的增加或减少，其控制十分简单方便。

Description

一种实现海量端口反压的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种网络端口反压的控制技术，具体地说是一种实现海量端口反压的方法及其装置。

背景技术

目前随着网络的发展，尤其是流媒体的大量应用，对网络的QOS(Quality of Service，服务质量)性能提出了更高的、差异化的需求。网络的QOS的实现是一个很大的范畴，有大量的理论和实践，但是，无论采哪种策略，最终到网络的若干关键节点上，必须能够按照预先配置的参数(带宽，抖动，等等)，对于多个待调度的源(这个源一般而言是队列)进行调度，选择从合适的队列当中取出数据进行传输；如果发生拥塞需要丢包，则按照预先配置的CIR/PIR(Committed Information Rate/Peak Information Rate，承诺信息速率/峰值信息速率)、优先级等参数进行丢包。

多个队列的调度，有很多种选择，比如PQ调度(Strict-Priority Queue，严格优先级调度)，RR调度(Round Robin，轮询调度)，改进的带权重的WRR(Weighted Round Robin，加权循环算法)调度，WFQ(Weighted Fair Queue，加权公平队列算法)等等。无论是采用何种调度方法，都会遇到一个问题：反压。对于多个队列的调度，一般要配置预约的带宽(比如甲队列是10Mbps的带宽，乙队列是1Gbps的带宽，丙队列是200Mbps的带宽，等等)，为了达到线速转发的性能，那么所有队列的预约带宽之和会大于或者等于最终出口带宽，这时因为突发流量或者调度误差不可避免的带来了一个新问题，即出口允许的总流量(比如1Gbps，或者2.5Gbps，这个是受限于实际的物理出口的)小于所有队列的实际带宽之和的情况，此时不可能满足所有队列的实际带宽都及时从出端口发送。比较理想的情况应该是：

第一，如果实际数据的总带宽没有超过出口的总带宽，那么希望能够按照实际配置的预约带宽进行调度，而且也不产生反压。

第二，如果实际数据出现瞬间突发流量，某时间段内大于出口的总流量，此时在出口拥塞后可以在出口队列进行缓存；当实际数据的总带宽小于出口带宽时，缓存的数据可以得到发送，这时也不会有反压。

第三，如果实际数据的总带宽在较长时间内总大于出口的总带宽则总会有反压，但是希望反压的效果能够体现在所有的参与调度的队列上面，而且最好按照预约的带宽的比例进行分配。因为每个用户是花钱来买预约带宽的，预约带宽大，花的钱也多，那么它就有权利要求更多的利益。也就是说，希望参与调度的队列的实际调度带宽按照预约带宽的比例进行收缩。注意，不是所有的队列进行收缩，而是存在实际数据，等待调度的队列之间进行带宽比例分配。

目前常用的标准QOS调度模型如图1所示，共4级调度。首先在用户内部区分不同的业务，不同业务之间可以进行WFQ+SP(Strict Priority，绝对优先级)调度；然后用户可以配置CIR/PIR，即给用户承诺的带宽，且一定程度上允许用户突发流量通过；接着用户可以映射到端口内不同的优先级队列，也可以是用户内部不同业务映射到端口内的优先级队列，端口优先级按照PQ调度；最后是端口之间的RR调度或者是WRR调度。我们把完成图1所示QOS功能的模块称为流量管理模块，一般情况下端口数目和物理通道数目相符，物理通道的反压可以直接传递给端口，然后端口依次逆向传递反压，这时包会缓存在流量管理模块中；当缓存满后按照优先级、用户配置的CIR或PIR等参数丢弃包，在确保用户CIR的情况下，保证高优先级的包先得到调度，低优先级的包先丢弃。目前现有技术一般通过流量管理模块主动向物理发送端口查询发送fifo(先入先出缓冲)状态，如果fifo超过反压门限则向流量管理模块输出反压信号，调度模块停止发送，然后将包缓存在调度队列中，如果队列满，则按照预先配置的参数进行丢包。

当物理通道数目太多(例如通道化POS(packet over SDH/SONET，在SDH/SONET上封装传送包；其中：SDH为Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列；SONET为Synchronous Optical NETwork，同步光纤网)端口可能达1K个物理端口)，流量管理模块出接口(例如SPI4.2端口只能支持256路反压信号)无法响应所有通道反压时，不能形成反压负反馈，即按照目前实现方案和接口规范，无法传递海量端口的反压信号。那么按照当前技术下只能通过开环控制，即对出接口做Shaping(流量整形)，限制其出接口速率小于等于物理端口速率，通过这个方法来避免物理通道反压，将流量变化造成的波动在流量管理模块内部解决。这种方法在实际应用中存在2个问题：

一般的流量管理模块在进行流量调度时不可避免对某些固定长度的包存在调度误差，这种调度上的误差可能造成物理端口发送队列拥塞，即可能在物理出接口队列满后丢包，无法保证用户的CIR和优先级等配置参数。

另外还有可能出接口Shaping的粒度无法满足实际需求，例如低速端口可能到64K，而出接口的Shaping粒度为20K，则如果要保证端口线速则只能配置Shaping的PIR为80K，这如果不响应反压，则会导致丢包；这时在物理端口上进行包丢弃则一般只能进行尾丢弃或按照绝对优先级丢弃，不能保证用户的CIR和优先级等配置参数。

因此只有通过反压才能形成有效的负反馈系统，较好的解决流量波动和调度误差造成的拥塞问题。

现有技术中还有一种实现反压的方案，就是通过流量管理模块由通用CPU实现，通过CPU进行数据转发，由CPU通过控制通道直接查询通道反压状态，则不受通道数目的限制。

CPU参与转发后，转发性能受CPU能力限制太大；而且CPU还要参与控制平面的处理，造成CPU程序复杂，可靠性降低；当通道数目太多，反压无法及时处理。即按照当前技术中使用的CPU无法满足通道数目较多情况下的线速转发。

发明内容

为了解决现有技术中无法实现海量端口反压的缺点，本发明实施例提供一种实现海量端口反压的方法，其反压速度快，可以满足低速口延时需求；无需CPU参与，转发性能不受CPU性能影响。

本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现海量端口反压的方法，包括以下步骤：

检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，当达到反压门限时，生成一个空闲帧；

将所述空闲帧与所述用户数据混合后发送到所述通道化物理端口；

在所述空闲帧与所述用户数据混合后的数据进入通道化物理端口之前丢弃所述空闲帧。

在所述检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限前，还包括：

为所述通道化物理端口预留一个空闲帧使用的用户队列。

配置所述用户队列的承诺信息速率值为调度误差。

配置所述通道化物理端口达反压门限后所产生的空闲帧的起始带宽值。

所述空闲帧的带宽为所述配置的起始带宽值。

所述检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限通过检测所述通道化物理端口的发送缓冲来实现。

所述方法还包括：

产生所述空闲帧后，如果仍然存在反压，则增加所述空闲帧的带宽；如果反压消失，则减少所述空闲帧的带宽。

本发明实施例还提供一种实现海量端口反压的装置，包括：

检测模块，用于检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，如果达到反压门限，发送一个消息给空闲帧生成模块；

空闲帧生成模块，用于在接收到所述消息后，生成一个空闲帧；

下行队列调度模块，用于将所述空闲帧与用户数据混合在一起，并将混合后的数据发送到下行转发模块；

下行转发模块，用于将所述下行队列调度模块发送来的所述混合后的数据转发到用户数据对应的通道化物理端口；

丢帧模块，用于在所述混合后的数据进入所述通道化物理端口前将所述空闲帧丢弃。

所述装置还包括：

配置模块，用于配置空闲帧的起始带宽值。

所述装置还包括：

上行转发模块，用于将由所述空闲帧上行转发到上行队列调度模块；

上行队列调度模块，用于将所述上行转发模块转发来的空闲帧转发到所述下行队列调度模块。

本发明实施例由于使用了空闲帧来实现反压，空闲帧占用了一定的传输宽带，减少了用户数据的带宽，在进入物理端口前将空闲帧丢弃，空闲帧不会进入物理端口，从而达到了反压的目的。而空闲帧的带宽可以根据需要预先配置，在空闲帧产生后，其带宽还可以根据反压的存在与否增加或减少，其控制十分简单方便。

本发明实施例可以解决因为通道过多，使得反压无法传递到流量管理模块问题；无论是因为流量管理模块调度不准还是粒度太大造成的反压问题，都可以通过本发明实施例中的方案有效解决；利用本发明实施例中的方案，传递反压速度快，简单易用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为现有技术中实现反压的方法的示意图；

图2为本发明的一个具体实施例中实现海量端口反压的方法的流程示意图；

图3为本发明的另一个具体实施例中实现海量端口反压的方法的一种实施例的流程示意图；

图4为本发明的实现海量端口反压的装置的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明的实现海量端口反压的装置的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明的一个具体实施例中实现海量端口反压的方法的流程示意图，该实施例中实现海量端口反压通过以下步骤实现：

步骤201：对发送到通道化物理端口的数据流量进行检测；

步骤202：判断数据流量是否达到了反压门限，如果是，进行步骤203；如果否，进行步骤201；

步骤203：生成一个空闲帧；

步骤204：将空闲帧与达到反压门限的那一通道化物理端口下的用户数据混合；

步骤205：将空闲帧与用户数据混合后的数据作为一个队列发送到达到反压门限的那一通道化物理端口；

步骤206：在空闲帧与用户数据进入通道化物理端口之前，将空闲帧丢弃。

在步骤203中，所生成的空闲帧的起始带宽值可以预先配置好，为该空闲帧所在队列的调度误差。

在该实施例中，采用生成空闲帧的方法来实现端口反压：利用空闲帧所占用的带宽来迫用户数据所占用的带宽减小，而空闲帧在进入通道化物理端口之前会被丢弃而不进入通道化物理端口，进入通道化物理端口的只有减小后用户数据，从而达到反压目的。因此，本发明的实施例具有简单方便，对端口数量的适应能力强，可以实现海量端口反压等优点。

如图3所示，是本发明的另一个具体实施例中实现海量端口反压的方法的流程示意图，在该实施例中，在对通道化物理端口的反压门限进行检测之前，先对各个参数进行配置，以提高整个系统的运行效率。具体包括以下步骤：

步骤301：为每一个通道化物理端口(或需要进行反压的通道化物理端口)预留一个空闲帧使用的用户队列，进行步骤302；

步骤302：配置上述空闲帧使用的用户队列的CIR值为调度误差，例如，物理端口发送速率为64K，调度误差为5％，端口的shaping粒度满足要求，可以配置为64K，则用于空闲帧的用户队列CIR应该配置为64K*5％＝3.2K；如果存在粒度不能满足需求的情况，端口的Shaping粒度为20K，则CIR应该配置为20K*4-64K+80K*5％＝20K；

步骤303：配置空闲帧的起始带宽值，例如64K通道应该配置为64K*5％＝3.2K；如果考虑粒度问题，在粒度为20K的情况下可以配置为20K*4-64K+80K*5％＝20K；

步骤304：查询某用户数据对应的通道化物理端口的发送缓冲；

步骤305：判断通道化物理端口的发送缓冲是否达到反压门限，如果是，进行步骤306；如果否，返回步骤304；

步骤306：生成一个空闲帧，该空闲帧的带宽为步骤303中所配置的起始带宽值；

步骤307：将空闲帧与达到反压门限的那一通道化物理端口下的用户数据混合；

步骤308：将空闲帧与用户数据混合后的数据作为一个队列发送到达到反压门限的那一通道化物理端口；

步骤309：在空闲帧与用户数据混合后的数据进入物理端口前，丢弃空闲帧。

如果在产生空闲帧后，仍然存在反压，则可以增大空闲帧的带宽；如果反压消失，则减少空闲帧的带宽，直至该空闲帧的带宽为零。在增加或减少空闲帧的带宽时，最好平滑的增加或减少，其中一种方法是：每个时间单位(例如1秒)内增加或减少一定带宽(例如1K)，如果反压仍然存在或者已经消失，则在下个时间单位内再增加或减少一定带宽。

与上一实施例相比，该实施例在对各通道化物理端口的反压门限进行检测之前，先对用户队列的CIR值进行配置，当检测到某通道化物理端口的用户数据达到反压门限时，直接调用所预先配置好的参数，提高了运行效率。另外，在检测通道化物理端口的反压门限时，通过检测通道化物理端口的发送缓冲是否达到该反压门限来实现，如果用户数据在某一时间段的流量大于出口的总流量，但发送缓冲还未达到反压门限时，不进行反压，避免了因反压的频繁进行而影响用户网络的稳定。

如图4所示，实现海量端口反压的装置的一种实施例，包括以下模块：

检测模块401，用于检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，如果用户数据达到反压门限，发送一个消息给空闲帧生成模块403；

空闲帧生成模块403，该模块位于用户数据的发送的起始端，用于在接收到检测模块401发送的用户数据达到反压门限的消息时，生成一个空闲帧；

下行队列调度模块404，用于将空闲帧生成模块生成的空闲帧与用户数据混合，并将混合后的数据向下行(由用户数据发送端到接收端的方向)发送给下行转发模块；

下行转发模块405，用于将下行队列调度模块404发来的空闲帧与用户数据混合后的数据发送到达到反压门限的那个通道化物理端口；

丢帧模块406，用于在空闲帧与用户数据混合后的数据进入达到反压门限的那个通道化物理端口前，将空闲帧丢弃。

在实际应用中，还可以包括一个配置模块402，用于配置空闲帧的起始带宽值；空闲帧生成模块403生成的空闲帧的带宽为配置模块402配置的起始带宽值。

在本实施例中，空闲帧生成模块位于用户数据发送的起始端，空闲帧生成后由下行队列调度模块将其与用户数据混合，然后由下行转发模块发送到通道化物理端口。本实施例采用生成空闲帧的方法来实现端口反压：利用空闲帧所占用的带宽来迫用户数据所占用的带宽减小，而空闲帧在进入通道化物理端口之前会被丢弃而不进入通道化物理端口，进入通道化物理端口的只是用户数据，从而达到反压目的。因此，本发明的实施例具有简单方便，对端口数量的适应能力强，可以实现海量端口反压等优点。

在本发明的另一个具体实施例中，实现海量端口反压的装置还可以通过图5所示的结构实现，包括：

检测模块501，用于检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，如果用户数据达到反压门限，发送一个消息给空闲帧生成模块503；

空闲帧生成模块503，该模块位于用户数据发送的末端，用于在接收到检测模块501发送的用户数据达到反压门限的消息时，生成一个空闲帧；

上行转发模块504，用于将空闲帧生成模块生成的空闲帧向上行(由用户数据接收端到发送端的方向)转发给上行队列调度模块505；

上行队列调度模块505，用于将上行转发模块504发送来的空闲帧转发给下行队列调度模块506；

下行队列调度模块506，用于将上行队列调度模块505发送来的空闲帧与用户数据混合，并将混合后的数据发送到下行转发模块507；

下行转发模块507，用于将下行队列调度模块506发送来的空闲帧与用户数据混合后的数据转发到达到反压门限的那个通道化物理端口；

丢帧模块508，用于在下行转发模块507发送来的空闲帧与用户数据混合后的数据进入上述通道化物理端口前，将空闲帧丢弃。

在实际应用中，还可以包括配置模块502，用于配置所生成的空闲帧的起始带宽值，由空闲帧生成模块503所生成的空闲帧的带宽为配置模块502配置的起始带宽值；在上行转发模块504和上行队列调度模块505对空闲帧进行转发的过程中，上行转发模块504和上行队列调度模块505只对空闲帧进行透传。

在本实施例中，空闲帧生成模块位于用户数据发送的末端，空闲帧生成后先由上行转发模块和上行队列调度模块转发给下行队列调度模块，然后由下行队列调度模块将空闲帧与用户数据混合，再由下行转发模块发送到通道化物理端口。其中上行转发模块和上行队列调度模块为现有技术中已有的模块。同样，本实施例采用生成空闲帧的方法来实现端口反压：利用空闲帧所占用的带宽来迫用户数据所占用的带宽减小，而空闲帧在进入通道化物理端口之前会被丢弃而不进入通道化物理端口，进入通道化物理端口的只是用户数据，从而达到反压目的。因此，本发明的实施例具有简单方便，对端口数量的适应能力强，可以实现海量端口反压等优点。

本发明实施例所涉及的软件可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

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，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，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。

Claims (10)

1、一种实现海量端口反压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，当达到反压门限时，生成一个空闲帧；

将所述空闲帧与所述用户数据混合后发送到所述通道化物理端口；

在所述空闲帧与所述用户数据混合后的数据进入通道化物理端口之前丢弃所述空闲帧。

2、根据权利要求1所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，在所述检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限前，还包括：

为所述通道化物理端口预留一个空闲帧使用的用户队列。

3、根据权利要求2所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，还包括，配置所述用户队列的承诺信息速率值为调度误差。

4、根据权利要求1所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，还包括，配置所述通道化物理端口达反压门限后所产生的空闲帧的起始带宽值。

5、根据权利要求4所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，所述空闲帧的带宽为所述配置的起始带宽值。

6、根据权利要求1～5之任意一项所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，所述检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限通过检测所述通道化物理端口的发送缓冲来实现。

7、根据权利要求1～5之任意一项所述的实现海量端口反压的方法，其特征在于，还包括：

产生所述空闲帧后，如果仍然存在反压，则增加所述空闲帧的带宽；如果反压消失，则减少所述空闲帧的带宽。

8、一种实现海量端口反压的装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测发送到通道化物理端口的用户数据是否达到反压门限，如果达到反压门限，发送一个消息给空闲帧生成模块；

空闲帧生成模块，用于在接收到所述消息后，生成一个空闲帧；

下行队列调度模块，用于将所述空闲帧与用户数据混合在一起，并将混合后的数据发送到下行转发模块；

下行转发模块，用于将所述下行队列调度模块发送来的所述混合后的数据转发到用户数据对应的通道化物理端口；

丢帧模块，用于在所述混合后的数据进入所述通道化物理端口前将所述空闲帧丢弃。

9、根据权利要求8所述的实现海量端口反压的装置，其特征在于，还包括：

配置模块，用于配置空闲帧的起始带宽值。

10、根据权利要求8或9所述的实现海量端口反压的装置，其特征在于，还包括：

上行转发模块，用于将由所述空闲帧上行转发到上行队列调度模块；

上行队列调度模块，用于将所述上行转发模块转发来的空闲帧转发到所述下行队列调度模块。

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