CN101159700A - 一种流量控制方法和控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量控制方法，包括以下步骤：根据出接口当前的处理状态、以及出接口与入接口中业务流的流量状态，判断需要对入接口的流量进行控制；向需要控制的入接口发送控制信息。本发明还公开了一种流量控制设备。通过本发明提供的上述方法，充分利用各设备的处理能力，有效的实现设备的入接口与出接口间的流量控制。

Description

一种流量控制方法和控制设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种流量控制方法和控制设备。

背景技术

在采用交换网技术的高性能分布式设备中，需要控制入接口发送报文的速率，实现交换网在处理能力内不丢包。在图1所示的简单系统模型中，LPU_a和LPU_b为两个入接口板，LPU_c为出接口板。粗线表示数据流向。各接口板上FPGA用于板间流控，其与CPU之间采用SPI4(System Packet InterfaceLevel4 Phase2，用于PHY层器件与LINK层器件互连的接口标准)接口。可以将各板上FPGA以及板间的Switch芯片看作交换网系统。

对于LPU_c，数据由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)发往CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，如图2示。假设CPU的处理能力只有1Gbps，而FPGA当前发送流量大于2Gbps，则CPU的SPI4接口中FIFO(First In First Out，先入先出)_3将很快达到Satisfied(饱和)状态，从而产生反压信号，使FPGA暂停发送；这样FPGA的SPI4接口侧FIFO_2将在一定时间内达到Full，从而使FIFO_1有可能溢出，溢出的结果就是丢包。因此，在这种交换网系统中，必须采取某种带宽控制手段，保证所有入接口流量之和不会超出或不会长时间超过出接口的处理能力，以避免交换网内部丢包。

发明内容

本发明的提供一种流量控制方法，用于实现分布式交换设备系统间入接口流与出接口流之间的流量控制。

为达到上述目的，本发明提供一种流量控制方法，包括以下步骤：

根据出接口当前的处理状态、以及出接口与入接口中业务流的流量状态，判断需要对入接口的流量进行控制；

向需要控制的入接口发送控制信息。

其中，所述出接口当前的处理状态具体包括：出接口的处理能力足够，可以继续接收数据流；或出接口的处理能力不足，不能继续接收数据流。

其中，所述出接口当前的处理状态使用出接口缓存的占用情况进行衡量。

其中，所述根据出接口当前的处理状态以及出接口与入接口中业务流的流量状态，判断需要对流量进行控制前，还包括：

设置与流量控制相关的出接口缓存占用情况的阈值，所述阈值包括停止数据流传输的CLOSE阈值、以及开始数据流传输的OPEN阈值。

其中，所述流量状态包括数据流正在传输、或数据流的传输已经停止。

其中，所述流量控制为对所有的入接口进行统一流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

各入接口处于数据流传输状态、且出接口缓存占用率高于所述预先设置的CLOSE阈值，则判断停止来自所有入接口的数据流的传输；或

各入接口处于数据流停止传输状态、且出接口缓存占用率低于所述预先设置的OPEN阈值，则判断重新开始来自各入接口的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所有的入接口发送相同的控制信息，停止或开始各入接口的数据流的传输。

其中，所述流量控制为以入接口为单位进行的流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

入接口处于数据流传输状态、且所述入接口对应的出接口缓存占用率高于所述预先设置的CLOSE阈值，则判断需要停止来自所述入接口的数据流的传输；或

入接口处于数据流停止传输状态、且所述入接口对应的出接口缓存占用率低于预先所述设置的OPEN阈值，则判断重新开始来自所述入接口的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所述需要进行控制的入接口发送控制信息，停止或开始所述入接口的数据流的传输。

其中，所述流量控制为以入接口的业务流为单位进行流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

一入接口的一业务流处于数据流传输状态、且所述业务流对应的出接口缓存占用率高于预先设置的所述业务流的CLOSE阈值，则判断停止来自所述业务流的数据流的传输；或

一入接口的一业务流处于数据流停止传输状态、且所述业务流对应的出接口缓存占用率低于预先设置的所述业务流的OPEN阈值，则判断开始来自所述业务流的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所述需要进行控制的业务流所在的入接口发送控制信息并携带所述业务流的标识，停止或开始所述业务流的数据流的传输。

本发明还提供一种流量控制设备，用于在出接口对各入接口的业务流进行流量控制，包括：

处理状态获取单元，用于获取出接口当前的处理状态；

流量状态获取单元，用于获取当前与入接口中业务流的流量状态；

判断单元，用于根据所述处理状态获取单元获取的出接口当前的处理状态、以及所述流量状态获取单元获取的当前与入接口中业务流的流量状态，判断是否需要对流量进行控制。

控制信息，用于所述判断单元判断需要对流量进行控制时，向需要控制的入接口发送控制信息。

其中，还包括：

阈值设置单元，用于设置对流量进行控制相关的出接口缓存占用情况的阈值，所并提供给所述判断单元，所述述阈值包括停止数据流传输的CLOSE阈值、以及开始数据流传输的OPEN阈值。

其中，所述流量控制设备对所有的入接口进行统一流量控制，或以入接口为单位进行流量控制，或以入接口的业务流为单位进行流量控制。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过本发明提供的上述方法，充分利用CPU的处理能力，有效的实现设备的入接口与出接口间的流量控制。

附图说明

图1是现有技术中一种分布式设备系统模型图；

图2是现有技术中一种接口板器件示意图；

图3是本发明中一种流量控制方法的流程图；

图4是本发明的应用场景中一种流量控制方法的流程图；

图5是本发明中一种流量控制设备的结构图。

具体实施方式

本发明中一种流量控制方法的核心思想在于，出接口根据自身处理状态，向各入接口发送控制信息，以控制入接口的数据流量。该处理状态可以通过出接口可用缓存的占用率反映，该可用缓存的占用率间接反映了当前出接口CPU的处理状态。

本发明中提出一种流量控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤s301、出接口获取当前的处理状态。

出接口的处理状态有以下两种情况：1、有足够处理能力，可以开始继续接收数据；2、处理能力不够，停止接收数据。第1种情况对应OPEN机制，出接口与入接口间的通道打开，出接口开始接收入接口发送的数据；第2种情况对应CLOSE机制，出接口与入接口间的通道关闭，出接口停止接收入接口发送的数据。

当前出接口所处的处理状态可以通过出接口的缓存的占用率进行衡量，在系统初始化过程中，预先需要设定OPEN/CLOSE分别对应的阈值，即满足流量控制条件的缓存长度。例如可以将OPEN机制对应的阈值设置为缓存占用率的1/4、CLOSE机制对应的阈值设置为缓存占用率的3/4。在该阈值的设置上，可以采取以下方式：

(1)对所有的入接口进行统一的流量控制，根据出接口中缓存的总体占用率设置阈值；其中入接口的数量可以为一个或多个；

(2)以入接口为流量控制单位，为每个入接口分配出接口中对应的缓存，并设置相同或不同的阈值；其中入接口的数量可以为一个或多个；

(3)以入接口中的业务流为流量控制单位，为每个入接口中的每个业务流分配出接口中对应的缓存，并设置相同或不同的阈值；其中每个入接口中业务流的数量可以为一个或多个。

步骤s302、出接口获取当前与入接口中业务流的流量状态。

该流量状态包括：数据流正在传输、或数据流传输已经停止。在对所有的入接口进行统一的流量控制时，出接口需要获取当前各入接口的流量状态；在以入接口为单位进行流量控制时，出接口需要获取每个入接口的流量状态；在以入接口中的业务流为单位进行流量控制时，出接口需要获取每个入接口中每个业务流的流量状态。

步骤s303、出接口根据上述获取的当前处理状态、以及与入接口中业务流的流量状态，判断需要对流量进行控制。

该判断标准如下：

对所有的入接口进行统一的流量控制时，若各入接口处于数据流传输状态、且出接口缓存占用率高于预先设置的CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自所有入接口的数据流的传输；

对所有的入接口进行统一的流量控制时，若各入接口处于数据流停止传输状态、且出接口缓存占用率低于预先设置的OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自各入接口的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口处于数据流传输状态、且该入接口对应的出接口缓存占用率高于预先设置的CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自该入接口的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口处于数据流停止传输状态、且该入接口对应的出接口缓存占用率低于预先设置的OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自该入接口的数据流的传输；

在以入接口的业务流为单位进行流量控制时，若入接口的某业务流处于数据流传输状态、且该业务流对应的出接口缓存占用率高于预先设置的该业务流CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自该业务流的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口的某业务流处于数据流停止传输状态、且该业务流对应的出接口缓存占用率低于预先设置的该业务流OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自该业务流的数据流的传输。

步骤s304、向需要控制的入接口发送控制信息。

对所有的入接口进行统一的流量控制时，向各入接口发送相同的OPEN或CLOSE控制信息，从而控制所有入接口数据流量的传输开始或停止；

在以入接口为单位进行流量控制时，向需要控制的入接口发送OPEN或CLOSE控制信息，从而控制该入接口数据流量的传输开始或停止；

在以入接口的业务流为单位进行流量控制时，向需要控制业务流所在的入接口发送OPEN或CLOSE控制信息，控制信息中携带该业务流的标识，从而控制该业务流数据流量的传输开始或停止。

以下通过具体的应用场景描述本发明一种流量控制方法的具体实施方式。

本发明的应用场景一中，以对各入接口进行统一的流量控制为例，即对所有的入接口以及每一入接口中的业务流不加以区分。此时，本发明一种流量控制方法如图4所示，包括以下步骤：

步骤s401、系统初始化过程中，设定OPEN/CLOSE分别对应的阈值。

该阈值即满足控制条件的缓存占用率，比如当缓存占用率超过3/4时，发送CLOSE控制信息，从3/4下降至1/4时发送OPEN控制信息；则缓存总长度的3/4便是CLOSE阈值，而缓存总长度的1/4便是OPEN阈值。

步骤s402、系统启动后，出接口接收各入接口发送的数据流。

这里默认系统启动后所有入接口都可向出接口发送数据流，各入接口可用带宽大小由出接口根据需要分配，如平均分配或加权分配。

步骤s403、检测当前出接口的缓存占用率。

步骤s404、判断当前出接口的缓存占用率是否超过CLOSE对应的阈值。是则继续，否则进行步骤s403。

出接口接收报文的缓存只有一个，当由于CPU转发能力不足造成出接口的缓存占用率超过CLOSE阈值时，即认为出接口发生拥塞。

步骤s405、向各入接口发送携带CLOSE控制信息，各入接口停止向该出接口传输数据。

步骤s406、检测当前出接口的缓存占用率。

步骤s407、判断当前出接口的缓存占用率是否低于OPEN对应的阈值。是则继续，否则进行步骤s406。

随着出接口CPU的处理，出接口缓存占用率将逐渐减少，当缓存占用率低于OPEN阈值时，即认为出接口不再拥塞。

步骤s408、向各入接口发送携带OPEN控制信息，使各入接口重新开始向该出接口传输数据，返回步骤s403，直至所有入接口的数据处理完成。

对应的入接口处理如下：当各入接口收到CLOSE报文时，停止向对应出接口发送数据流；收到OPEN报文时，重新开始向出接口发送数据流。

本发明的另一应用场景中，以对各入接口分别进行流量控制为例，即以入接口为单位，分别对每个入接口进行控制，而对每一入接口中的业务流不加以区分。此时，本发明一种流量控制方法与图4所示的步骤相似，区别在于，出接口对于每一入接口，根据该入接口的流量状态、以及该入接口对应的出接口缓存，对该入接口的流量进行控制，从而对每一入接口的轮询实现对每一入接口的单独控制。该过程在此不做重复描述。

本发明的另一应用场景中，以对各入接口的每一业务流分别进行流量控制为例，即以业务流为单位，分别对每个业务流进行控制，对每一入接口中的业务流加以区分。此时，本发明一种流量控制方法与图4所示的步骤相似，区别在于，出接口对于每一业务流，根据该业务流的流量状态、以及该业务流对应的出接口缓存，对该业务流的流量进行控制，控制时在入接口发送的控制信息中携带该业务流的标识，从而通过对每一业务流的轮询实现对每一业务流的单独控制。该过程在此不做重复描述。

对于上述实施例中所使用的OPEN/CLOSE阈值，以下描述该阈值在设置时可以使用的标准。本发明实施例的目的在于在充分利用出接口处理能力的前提下，防止入接口流量之和超出了出接口的处理能力而导致的丢包。首先描述设置CLOSE阈值时应该考虑的问题：在出接口判断需要向入接口发送CLOSE控制信息、到入接口接收到CLOSE控制信息的控制信息并执行，该过程中存在CLOSE控制信息从出接口到达入接口的延迟时间，因此在入接口发送CLOSE控制信息时除了考虑本地缓存占用率外，还应该考虑到该延迟时间，确保该延迟时间内接收到的数据包也不会超过出接口的接收能力而溢出丢失。在设置OPEN阈值时也应该考虑类似的问题，出接口判断需要向入接口发送OPEN控制信息、到入接口接收到OPEN控制信息的控制信息并执行，该过程中存在OPEN控制信息从出接口到达入接口的延迟时间，因此在入接口发送OPEN控制信息时除了考虑本地缓存占用率外，还应该考虑到该延迟时间，确保该延迟时间内出接口有数据流可以处理。

OPEN/CLOSE阈值的设置方法可以有很多，以下给出一例，但并不用于限制本发明的保护范围。具体的，OPEN/CLOSE控制信息的延时估计为：板间传送携带OPEN/CLOSE控制信息的报文时，报文长度采用以太网最小帧64字节(已经可以携带足够的控制信息)，PHY接口采用XGMII，则数据发送速率为10Gbps，则64字节报文传输延时为：64×8/10＝51.2ns，交换网本身的固定延时约2000ns，则传送一次控制报文总延时约2050ns。该请况下，OPEN/CLOSE阈值的设置可以采取如下方法：

出接口某缓存已用空间达到预设的CLOSE阈值后，出接口将向对应入接口发送CLOSE报文，此报文在板间传送需要大约2050ns的时间；最糟糕的情况是，在此2050ns时间内该缓存一直以最大速率(10Gbps)收包并且CPU不处理该缓存的报文，则该缓存最多将接收2050×10/8＝2562字节的流量，也就是说在达到CLOSE阈值后，此缓存必须还要有2562字节的空间剩余。所以，CLOSE阈值与缓存总长度应满足以下关系：缓存总长度-CLOSE阈值长度＞＝2562字节。假设CLOSE阈值设为缓存总长度的3/4，则缓存总长度至少需要2562×4＝12048字节。

同样，当出接口某缓存已用空间从CLOSE阈值回落至OPEN阈值以下，出接口将向对应入接口发送OPEN报文，此报文在板间传送需要大约2050ns的时间；最乐观的情况是，在此2050ns时间内CPU一直以最大速率(10Gbps)处理该缓存的报文，则该缓存至少需要提供2050×10/8＝2562字节的数据，也就是说在回落至OPEN阈值后，此缓存还需要有2562字节的数据等待CPU处理；否则将有可能造成CPU能力的浪费。所以，OPEN阈值应满足以下关系：OPEN阈值长度＞＝2562字节。

通过本发明提供的上述方法，充分利用各设备上CPU的处理能力，有效的实现不同设备间的流量控制。

本发明还提供一种流量控制设备，用于实现对入接口业务流的控制，如图5所示，包括：

处理状态获取单元10，用于获取出接口当前的处理状态，该处理状态通过出接口的缓存占用情况反映。对所有的入接口进行统一的流量控制时，获取出接口缓存总的占用情况；对每一入接口分别进行流量控制时，获取每一入接口对应的出接口缓存的占用情况；对每一入接口的业务流分别进行流量控制时，获取每一业务流对应的出接口缓存的占用情况。

流量状态获取单元20，用于获取当前与入接口中业务流的流量状态，该流量状态包括数据流正在传输、或数据流的传输已经停止。对所有的入接口进行统一的流量控制时，获取各入接口的流量状态；对每一入接口分别进行流量控制时，获取每一入接口的流量状态；对每一入接口的业务流分别进行流量控制时，获取每一业务流的流量状态。

判断单元30，用于根据上述处理状态获取单元10获取的出接口当前的处理状态、以及流量状态获取单元20获取的当前与入接口中业务流的流量状态，判断是否需要对流量进行控制。控制的判断标准如下：

对所有的入接口进行统一的流量控制时，若各入接口处于数据流传输状态、且出接口缓存占用率高于预先设置的CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自所有入接口的数据流的传输；

对所有的入接口进行统一的流量控制时，若各入接口处于数据流停止传输状态、且出接口缓存占用率低于预先设置的OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自各入接口的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口处于数据流传输状态、且该入接口对应的出接口缓存占用率高于预先设置的CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自该入接口的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口处于数据流停止传输状态、且该入接口对应的出接口缓存占用率低于预先设置的OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自该入接口的数据流的传输；

在以入接口的业务流为单位进行流量控制时，若入接口的某业务流处于数据流传输状态、且该业务流对应的出接口缓存占用率高于预先设置的该业务流CLOSE机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，停止来自该业务流的数据流的传输；

在以入接口为单位进行流量控制时，若入接口的某业务流处于数据流停止传输状态、且该业务流对应的出接口缓存占用率低于预先设置的该业务流OPEN机制对应的阈值，则判断需要对流量进行控制，重新开始来自该业务流的数据流的传输。

控制信息发送单元40，用于在判断单元30判断需要对流量进行控制时，向需要控制的入接口发送控制信息，该控制信息包括OPEN/CLOSE。需要控制入接口的流量时，向需要控制的入接口发送控制信息；需要对入接口的具体业务流进行控制时，向需要控制的入接口发送控制信息并携带业务流标识。

阈值设置单元50，用于设置OPEN/CLOSE机制对应的阈值，可以对所有的入接口设置统一的阈值；或为每一入接口设置相同或不同的阈值；或为每一入接口中的业务流设置相同或不同的阈值，并提供给判断单元30。

通过本发明提供的上述设备，充分利用CPU的处理能力，有效的实现不同设备间的流量控制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台网络设备执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据出接口当前的处理状态、以及出接口与入接口中业务流的流量状态，判断需要对入接口的流量进行控制；

向需要控制的入接口发送控制信息。

2.如权利要求1所述流量控制方法，其特征在于，所述出接口当前的处理状态具体包括：出接口的处理能力足够，可以继续接收数据流；或出接口的处理能力不足，不能继续接收数据流。

3.如权利要求1或2所述流量控制方法，其特征在于，所述出接口当前的处理状态使用出接口缓存的占用情况进行衡量。

4.如权利要求3所述流量控制方法，其特征在于，所述根据出接口当前的处理状态以及出接口与入接口中业务流的流量状态，判断需要对流量进行控制前，还包括：

设置与流量控制相关的出接口缓存占用情况的阈值，所述阈值包括停止数据流传输的CLOSE阈值、以及开始数据流传输的OPEN阈值。

5.如权利要求1所述流量控制方法，其特征在于，所述流量状态包括数据流正在传输、或数据流的传输已经停止。

6.如权利要求4或5所述流量控制方法，其特征在于，所述流量控制为对所有的入接口进行统一流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

各入接口处于数据流传输状态、且出接口缓存占用率高于所述预先设置的CLOSE阈值，则判断停止来自所有入接口的数据流的传输；或

各入接口处于数据流停止传输状态、且出接口缓存占用率低于所述预先设置的OPEN阈值，则判断重新开始来自各入接口的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所有的入接口发送相同的控制信息，停止或开始各入接口的数据流的传输。

7.如权利要求4或5所述流量控制方法，其特征在于，所述流量控制为以入接口为单位进行的流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

入接口处于数据流传输状态、且所述入接口对应的出接口缓存占用率高于所述预先设置的CLOSE阈值，则判断需要停止来自所述入接口的数据流的传输；或

入接口处于数据流停止传输状态、且所述入接口对应的出接口缓存占用率低于预先所述设置的OPEN阈值，则判断重新开始来自所述入接口的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所述需要进行控制的入接口发送控制信息，停止或开始所述入接口的数据流的传输。

8.如权利要求4或5所述流量控制方法，其特征在于，所述流量控制为以入接口的业务流为单位进行流量控制时，所述判断需要对入接口的流量进行控制具体为：

一入接口的一业务流处于数据流传输状态、且所述业务流对应的出接口缓存占用率高于预先设置的所述业务流的CLOSE阈值，则判断停止来自所述业务流的数据流的传输；或

一入接口的一业务流处于数据流停止传输状态、且所述业务流对应的出接口缓存占用率低于预先设置的所述业务流的OPEN阈值，则判断开始来自所述业务流的数据流的传输；

所述向需要控制的入接口发送控制信息具体为：

向所述需要进行控制的业务流所在的入接口发送控制信息并携带所述业务流的标识，停止或开始所述业务流的数据流的传输。

9.一种流量控制设备，用于在出接口对各入接口的业务流进行流量控制，其特征在于，包括：

处理状态获取单元，用于获取出接口当前的处理状态；

流量状态获取单元，用于获取当前与入接口中业务流的流量状态；

判断单元，用于根据所述处理状态获取单元获取的出接口当前的处理状态、以及所述流量状态获取单元获取的当前与入接口中业务流的流量状态，判断是否需要对流量进行控制。

控制信息，用于所述判断单元判断需要对流量进行控制时，向需要控制的入接口发送控制信息。

10.如权利要求9所述流量控制设备，其特征在于，还包括：

阈值设置单元，用于设置对流量进行控制相关的出接口缓存占用情况的阈值，所并提供给所述判断单元，所述述阈值包括停止数据流传输的CLOSE阈值、以及开始数据流传输的OPEN阈值。

11.如权利要求9所述流量控制设备，其特征在于，所述流量控制设备对所有的入接口进行统一流量控制，或以入接口为单位进行流量控制，或以入接口的业务流为单位进行流量控制。

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