CN101110716B - 一种对分片报文进行流量监管的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对分片报文进行流量监管的方法及装置。该方法包括：在报文分片之前，计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则对该报文进行分片处理，将该报文的各个分片发送出去，并根据发送出去的分片长度从令牌桶中取走令牌；如果为负值，则丢弃该报文。采用本发明所提供的技术方案，能够在不引入额外的分片信息记录，不增加流量监管实现复杂度的前提下，实现对分片报文的流量监管，并且保证同一报文的各个分片具有相同的流量监管结果。

Description

一种对分片报文进行流量监管的方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术，尤其涉及一种对分片报文进行流量监管的方法及装置。

背景技术

流量监管和报文分片都是网络中常用的链路服务质量(QoS)管理机制，下面首先对这两种机制作一下简要说明。

流量监管是指，监管进入网络的某一流量的规格，将其限制在合理的范围之内，或对超出的流量进行“惩罚”，以保护网络资源和运营商的利益。实施流量监管首先要评估流量是否超出了规格，然后才能根据评估结果实施调控策略。通常，采用令牌桶对流量规格进行评估。令牌桶可以看作是一个有一定容量的存放令牌的容器，系统按设定的速率向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。图1示出了采用令牌桶评估流量的示意图，每到达一个报文就进行一次评估，判断桶中有没有足够的令牌可供该报文使用，如果有，则说明流量被控制在允许的范围内，属于承诺内(conform)流量，此时要进行报文转发，并从桶中取走与报文转发权限相当的令牌数量；如果没有，则说明已经耗费太多令牌，流量超标，属于额外(excess)流量，此时可选择丢弃报文或者重新设置报文的优先级。其中，桶中有没有足够的令牌可供使用通过以下方式来判断：计算本次评估后桶中令牌数是否大于等于0，如果大于等于，则说明桶中有足够的令牌可供使用；否则，说明没有足够的令牌可供使用。如果一个令牌关联一个比特的报文转发权限，则本次评估后桶中令牌数＝本次评估时桶中令牌数-本次被评估报文长度。其中，本次评估时桶中令牌数＝(本次评估时间点-上次评估时间点)×承诺信息速率CIR+桶中剩余令牌数，其中，承诺信息速率CIR表示向桶中放置令牌的平均速率。

报文分片是指，当需要发送的报文长度大于链路最大报文长度时，发送端对报文进行分片处理，将报文分成若干长度不大于链路最大报文长度的分片，然后再将得到的各个分片发送出去；接收端收到后，对属于同一报文的各个分片进行重组，还原成原始数据报文。在报文转发过程中，如果构成一个报文的分片序列中的某个分片丢失，那么接收端就无法再进行重组，还原不出原始数据报文。

其中，报文分片是网际协议(IP)层处理技术，流量监管是链路层处理技术，通常流量监管在报文分片之后进行。鉴于分片序列的连续性，如果分片序列中的某个分片因为流量监管的限制而被丢弃，那么对该分片序列的其它分片的处理便已经没有任何意义，再进行处理只会额外地浪费软件及硬件资源。为了克服该问题，保证同一报文的各个分片具有相同的流量监管结果，常用的对分片报文进行流量监管的方法如下：在对报文进行分片后，记录报文的分片信息，流量监管模块收到报文首片后，通过查看记录的分片信息获取该报文所有分片的总长度，并根据该总长度进行令牌桶计算，判断桶中令牌数是否足以发送该报文，如果桶中有足够的令牌可供使用，则将首片发送出去，并将该报文的后续其它分片都打上通过标记，在这些分片到达流量监管模块后，不再进行令牌桶计算，直接将这些分片发送出去即可；如果桶中没有足够的令牌可供使用，则将首片丢弃，并将该报文的后续其它分片都打上预丢弃标志，在这些分片到达流量监管模块后，不再进行令牌桶计算，直接丢弃这些分片。

可见，现有的对分片报文进行流量监管的方法，虽然能够保证同一报文的各个分片具有相同的流量监管结果，但是，该方法引入了额外的分片信息记录，增加了流量监管的实现复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对分片报文进行流量监管的方法及装置，在不引入额外的分片信息记录，不增加流量监管实现复杂度的前提下，实现对分片报文的流量监管，并且保证同一报文的各个分片具有相同的流量监管结果。

为达到上述目的，本发明提供的对分片报文进行流量监管的方法如下：

网际协议IP层在对报文分片之前，链路层先计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数，

如果为正值，则由IP层对该报文进行分片处理，将该报文的各个分片都打上通过标记，将打上通过标记的分片发送出去，链路层根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌；

如果为负值，IP层则丢弃该报文；或者，由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后在链路层再将所述打上丢弃标记的分片丢弃；

如果为0，由IP层对该报文进行分片处理，将该报文的各个分片都打上通过标记，将打上通过标记的分片发送出去，链路层根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌；或者，由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后在链路层再将所述打上丢弃标记的分片丢弃；或者，IP层丢弃该报文。

所述当前负贷令牌桶中的令牌数通过下式计算得到：

当前负贷令牌桶中的令牌数＝(本次评估时间点-上次评估时间点)×承诺信息速率+桶中剩余令牌数，其中，所述承诺信息速率为向令牌桶中放置令牌的平均速率。

所述计算当前负贷令牌桶中的令牌数之后进一步包括：

将桶中剩余令牌数更新为当前计算得到的令牌数，并将令牌桶计算时间标记更新为本次评估时间点。

当一个令牌关联一个比特的报文转发权限时，所述根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌包括：

计算所述当前负贷令牌桶中的令牌数与所发送的分片长度之差，将桶中剩余令牌数更新为计算得到的差值。

本发明提供的对分片报文进行流量监管的装置包括：报文分片单元和流量监管单元，其中，

报文分片单元，用于在网际协议IP层对报文分片之前，由链路层计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元；如果为负值，IP层则直接丢弃该报文，或者，IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元；如果为0，IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元，或者IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元，或者IP层直接丢弃该报文；

流量监管单元，用于在链路层将收到的打上通过标记的分片发送出去，根据发送出去的分片长度从令牌桶中取走令牌；并将收到的打上丢弃标记的分片直接丢弃。

所述报文分片单元包括：令牌数判断单元和分片处理单元，其中，

令牌数判断单元，用于在IP层对报文分片之前，由链路层计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则IP层将该报文打上通过标记，并发送给分片处理单元；如果为负值，则IP层直接丢弃该报文，或者，IP层将该报文打上丢弃标记，并发送给分片处理单元；如果为0，则IP层将该报文打上通过标记并发送给分片处理单元，或者IP层直接丢弃该报文，或者IP层将该报文打上丢弃标记并发送给分片处理单元；

分片处理单元，用于对收到的报文进行分片处理，并为各个分片打上与原报文相同的标记，然后将打上标记的分片发送给流量监管单元。

由此可见，本发明将整个流量监管过程分成了流量评估和从令牌桶中取走令牌两部分，报文分片在这两部分之间进行。在报文分片之前先采用负贷令牌桶进行流量评估，然后再进行分片处理，并根据评估结果为同一报文的各个分片都打上相同标记的做法，能够保证同一报文的各个分片都具有相同的流量监管结果。并且，在本发明所提供的技术方案中，无需记录分片信息，在执行流量监管时，也无需查看分片信息进行令牌桶计算，流量监管单元可直接根据“通过”或“丢弃”标记作发送或丢弃处理，从而降低了流量监管的实现复杂度。

附图说明

图1为现有技术中采用令牌桶评估流量的示意图。

图2为本发明实施例中对分片报文进行流量监管的方法流程图。

图3为本发明实施例中对分片报文进行流量监管的装置结构示意图。

图4为本发明实施例中的报文分片单元结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

在详细阐述本发明之前，这里首先介绍一下负贷令牌桶的概念，负贷令牌桶与普通令牌桶的主要差别是：普通令牌桶中的令牌数最少为0，而负贷令牌桶中的令牌数允许为负值。采用负贷令牌桶进行流量监管的过程如下：收到待监管报文后，计算当前负贷令牌桶中的令牌数，如果该值为正，则说明流量控制在允许的范围内，此时要转发收到的报文，并从桶中取走与报文转发权限相当的令牌数量，当桶中令牌数小于报文所需令牌数时，桶中剩余令牌数减为负值；如果当前负贷令牌桶中的令牌数为负值，则说明流量超标，此时可以对收到的报文作丢弃或修改优先级处理。

可见，采用负贷令牌桶算法与采用普通令牌桶算法作为流量监管的流量评估方式的区别在于：负贷令牌桶算法是通过判断当前桶中是否有令牌来评估流量是否超标；而普通令牌桶算法是通过判断当前桶中令牌数是否够本次报文使用来评估流量是否超标。

为了克服现有技术中的问题，本发明采用负贷令牌桶算法作为流量监管的流量评估方式，并且将流量评估放在报文分片操作之前执行。

为更加清楚起见，下面对本发明提供的对分片报文进行流量监管的方法进行详细说明。参见图2所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤201：报文分片单元接收到待分片报文后，计算当前负贷令牌桶中的令牌数。

其中，当前负贷令牌桶中的令牌数＝(本次评估时间点-上次评估时间点)×承诺信息速率CIR+桶中剩余令牌数。

在计算之后，需要将桶中剩余令牌数更新为当前计算得到的令牌数，并且将令牌桶计算时间标记更新为本次评估时间点，以供下次令牌计算使用。

步骤202：判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则执行步骤203；如果为负值，则执行步骤204。

对于当前负贷令牌桶中的令牌数为0的临界情况，可以选择按照正值的情况进行处理，或者按照负值的情况进行处理。也就是说，在判断出当前负贷令牌桶中的令牌数为0后，可以执行步骤203或者执行步骤204。

步骤203：将所述报文打上“通过”标记，然后执行步骤205。

步骤204：直接丢弃所述报文，然后跳出本流程；或者，将所述报文打上“丢弃”标记，然后执行步骤205。

在步骤204中，直接丢弃所述报文的做法可以减少对该报文的后续处理，节省软硬件处理资源，但会对IP层后续的报文统计计数等操作造成影响，故此处也可以选择先为报文打上“丢弃”标志，在链路层流量监管时才将该报文真正丢弃。

步骤205：报文分片单元根据链路最大报文长度，对打上“通过”或“丢弃”标记的报文进行分片处理，并将处理后得到的分片发送给流量监管单元，其中，被分成的各个分片都继承了原报文的“通过”或“丢弃”标记。也就是说，如果原报文打的是“通过”标记，则该报文的各个分片均会被打上“通过”标记；如果原报文打的是“丢弃”标记，则该报文的各个分片均会被打上“丢弃”标记。

步骤206：对于打上“丢弃”标记的分片，流量监管单元直接作丢弃处理；对于打上“通过”标记的分片，流量监管单元直接将该分片发送出去，并根据该分片长度进行减令牌操作，从令牌桶中取走相应个数的令牌。

如果一个令牌关联一个比特的报文转发权限，则令牌桶中被取走的令牌数＝被发送出去的分片的长度。此时，令牌桶中的剩余令牌数＝上次计算的桶中剩余令牌数-分片长度，其中，所述上次计算的桶中剩余令牌数即步骤201中计算得到的令牌数。

在图2中，之所以将减令牌的操作放在报文分片之后由流量监管单元执行，而不是由报文分片单元来执行，是因为流量监管一般是基于链路层报文进行的，即从令牌桶中取走的令牌数量与链路层分片长度有关。由于报文分片单元和流量监管单元可能分别处于IP层和链路层，因此，如果在IP层就执行所述减令牌的操作，则首先需要将IP层分片长度换算成链路层分片长度，然后才能根据换算得到的链路层分片长度进行减令牌操作，这样会引入额外的换算计算量。而在图2所提供的技术方案中，流量监管单元可以直接根据链路层分片的实际长度进行减令牌计算，无需执行所述IP层分片长度到链路层分片长度的换算。

由图2可见，本发明将整个流量监管过程分成了流量评估和从令牌桶中取走令牌两部分，报文分片在这两部分之间进行。在报文分片之前进行流量评估，为报文打上“通过”或“丢弃”标记，然后再进行分片处理，并为各个分片分别打上相同的标记，能够保证同一报文的各个分片都具有相同的流量监管结果。并且，在本发明所提供的技术方案中，无需记录分片信息，在执行流量监管时，也无需查看分片信息进行令牌桶计算，流量监管单元直接根据“通过”或“丢弃”标记作发送或丢弃处理即可，从而降低了流量监管的实现复杂度。

相应地，本发明还提供了一种对分片报文进行流量监管的装置，参见图3所示，该装置主要包括：报文分片单元和流量监管单元。其中，

报文分片单元，用于在报文分片之前，计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元；如果为负值，则直接丢弃该报文，或者，对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元；

流量监管单元，用于将收到的打上通过标记的分片发送出去，根据发送出去的分片长度从令牌桶中取走令牌；并将收到的打上丢弃标记的分片直接丢弃。

参见图4所示，所述报文分片单元具体包括：令牌数判断单元和分片处理单元，其中，

令牌数判断单元，用于在报文分片之前，计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则将该报文打上通过标记，并发送给分片处理单元；如果为负值，则直接丢弃该报文，或者，将该报文打上丢弃标记，并发送给分片处理单元；

分片处理单元，用于对收到的报文进行分片处理，并为各个分片打上与原报文相同的标记，然后将打上标记的分片发送给流量监管单元。

当所述当前负贷令牌桶中的令牌数为0时，所述报文分片单元可以对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元；或者，直接丢弃该报文；或者，对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元。

以上所述对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对分片报文进行流量监管的方法，其特征在于，包括：

网际协议IP层在对报文分片之前，链路层先计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数，

如果为正值，则由IP层对该报文进行分片处理，将该报文的各个分片都打上通过标记，将打上通过标记的分片发送出去，链路层根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌；

如果为负值，IP层则丢弃该报文；或者，由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后在链路层再将所述打上丢弃标记的分片丢弃；

如果为0，由IP层对该报文进行分片处理，将该报文的各个分片都打上通过标记，将打上通过标记的分片发送出去，链路层根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌；或者，由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后在链路层再将所述打上丢弃标记的分片丢弃；或者，IP层丢弃该报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前负贷令牌桶中的令牌数通过下式计算得到：

当前负贷令牌桶中的令牌数＝(本次评估时间点-上次评估时间点)×承诺信息速率+桶中剩余令牌数，其中，所述承诺信息速率为向令牌桶中放置令牌的平均速率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算当前负贷令牌桶中的令牌数之后进一步包括：

将桶中剩余令牌数更新为当前计算得到的令牌数，并将令牌桶计算时间标记更新为本次评估时间点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个令牌关联一个比特的报文转发权限时，所述根据所发送的分片长度从令牌桶中取走令牌包括：

计算所述当前负贷令牌桶中的令牌数与所发送的分片长度之差，将桶中剩余令牌数更新为计算得到的差值。

5.一种对分片报文进行流量监管的装置，其特征在于，包括：报文分片单元和流量监管单元，其中，

报文分片单元，用于在网际协议IP层对报文分片之前，由链路层计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则由IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元；如果为负值，IP层则直接丢弃该报文，或者，IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元；如果为0，IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上通过标记，然后发送给流量监管单元，或者IP层对该报文进行分片处理，并将该报文的各个分片都打上丢弃标记，然后发送给流量监管单元，或者IP层直接丢弃该报文；

流量监管单元，用于在链路层将收到的打上通过标记的分片发送出去，根据发送出去的分片长度从令牌桶中取走令牌；并将收到的打上丢弃标记的分片直接丢弃。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述报文分片单元包括：令牌数判断单元和分片处理单元，其中，

令牌数判断单元，用于在IP层对报文分片之前，由链路层计算当前负贷令牌桶中的令牌数，并判断当前负贷令牌桶中的令牌数是否为正值，如果为正值，则IP层将该报文打上通过标记，并发送给分片处理单元；如果为负值，则IP层直接丢弃该报文，或者，IP层将该报文打上丢弃标记，并发送给分片处理单元；如果为0，则IP层将该报文打上通过标记并发送给分片处理单元，或者IP层直接丢弃该报文，或者IP层将该报文打上丢弃标记并发送给分片处理单元；

分片处理单元，用于对收到的报文进行分片处理，并为各个分片打上与原报文相同的标记，然后将打上标记的分片发送给流量监管单元。

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