CN101272314A - 拥塞控制方法和装置 - Google Patents

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CN101272314A CNA2007100646381A CN200710064638A CN101272314A CN 101272314 A CN101272314 A CN 101272314A CN A2007100646381 A CNA2007100646381 A CN A2007100646381A CN 200710064638 A CN200710064638 A CN 200710064638A CN 101272314 A CN101272314 A CN 101272314A
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Abstract

本发明公开了一种拥塞控制方法，应用于网络技术领域，包括：提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识；丢弃具有相同数据包标识的数据包分片。可以将网际协议标识作为数据包标识，或增加标识，提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片对应网际协议标识或增加的标识，将提取的标识与后续的数据包分片中的标识进行比较，如果相同，丢弃这些数据包分片，不同则继续转发。接收端接收并重组收到的数据包分片，重组出错时，请求重传。本发明还公开了一种拥塞控制装置。利用本发明，可以将无用的关联数据包分片提早丢弃，从而减轻网络设备的负荷，降低资源利用率，腾出了带宽，进而保证其它未发生丢包的会话能够高效进行。

Description

拥塞控制方法和装置
技术领域
本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种拥塞控制方法和装置。
背景技术
网络中的数据包转发一般需要经过一个或多个中间处理设备，这些数据包在被转发时需要占用中间处理设备一定的资源，如缓存、带宽、处理能力等。图1示出了网络中的数据包转发的数据通路，包括发送端，中间处理设备和接收端。当网络中存在大量需要转发的数据包时，由于资源的不足，例如所述的缓存不足、可用带宽不足或处理能力有限等，引起数据包无法被转发，这时就产生了拥塞。
产生拥塞时，数据包队列中等待处理的数据包，由于超时仍未被处理而被丢弃的概率增大，新来的等待处理的数据包可能由于队列长度已达最大而无法排在队列中，导致溢出。这样，网络性能下降，并且由于待处理的数据包数量较多、情况复杂时，资源可能无法正常周转，严重的情况下引起设备死机、宕机。
现有技术一般都采用随机早期检测(Random Early Detection，RED)进行拥塞避免和控制。RED的基本流程如下：
检测拥塞率是否超过门限值；
当超过门限值，随机的选择一些数据包分片进行丢弃；
还可以通知发送端降低发送速率。
其中，检测拥塞率是否超过门限值一般通过检测丢包概率、队列长度等参数确定。
不同数据包可能属于不同的会话，而处理数据包的设备不会知道哪些数据包属于哪个会话；一个数据包在转发时可能又被分成若干个数据包分片。RED技术监控网络，当拥塞发生前，丢弃一些数据包分片，为了满足公平性，是随机地丢弃一些数据包的分片，从而缓解拥塞。同时通知发送端降低发送速率，以使队列不会溢出。
但是，在网络资源比较紧张的情况下，RED丢弃一些数据包分片，很多协议处理方法都要求接收端请求重传整个关联数据包分片序列。同一数据包内的数据包分片都是关联数据包分片。这样，大量数据包分片的重传会使网络设备的负荷变得更加严重，甚至引起资源的严重不足，进而使传输中的数据包发生更多的丢包现象，以致原来正常的会话由于丢包而受到影响，而这种丢包又会引起更多的关联数据包分片的重传......如此恶性循环，最终网络链路上充满了重传的数据包分片，正常数据包分片的传输也受到影响，网络设备的性能急剧下降，这就是通常所说的“雪崩”效应。
例如，路由器上存在大量会话，RED为了避免拥塞，在检测到拥塞率超过门限值时，随机的丢弃一些数据包分片，但是丢弃的这些数据包分片引起网络链路上重传更大量的关联数据包分片。这样，会使路由器负荷加重，而路由器资源不足，产生更多丢包，进而更多的重传。如此恶性循环，导致路由器性能急剧下降，连原来能够勉强正常传输的会话也受到影响，发生“雪崩”。
再例如，路由器由于软件升级而业务暂时终端时，承载在其上的所有会话都会发生丢包。当路由器重新工作时会引发大量的重传，且该突发式的大量重传超出了路由器的负荷，此时RED丢弃大量数据包分片来应对这种突发情况，然后引起更多的关联数据包分片重传。如此恶性循环，严重时导致路由器宕机重启，而重启之后，面临有一次的突发重传冲击。只要其负荷不能得到有效的改善，宕机重启就会不断反复，这样，路由器彻底瘫痪无法工作，网络也会受到很大震荡。这种“浪涌”对整个网络是灾难性的。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种拥塞控制方法和装置，以控制网络中的拥塞。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种拥塞控制方法和装置是这样实现的：
一种拥塞控制方法，包括：
提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识；
丢弃具有相同数据包标识的数据包分片。
所述提取数据包标识由以下方式实现：
将网际协议标识作为数据包标识，提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应数据包的网际协议标识。
所述提取数据包标识由以下方式实现：
在属于同一数据包的分片中增加同一标识，提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包中所述增加的标识。
所述丢弃数据包分片由以下方式实现：
将所述提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识进行比较，如果相同，丢弃所述后续的数据包分片。
所述丢弃数据包分片步骤还包括：
预先设置一个值，当转发的数据包数目达到该预设值时，老化所述提取的数据包分片的数据包标识。
所述丢弃数据包分片步骤还包括：
预先设置一个值，当转发的数据包数目达到该预设值时，将提取的所述数据包分片的标识置为一个初始值。
所述初始值可以预先设置。
所述丢弃数据包分片步骤还包括：
继续转发标识与所述提取的数据包标识不同的后续数据包分片。
所述转发后续数据包步骤还包括：
接收端接收并重组收到的数据包分片，当重组得到的数据包错误时，请求发送端重传该数据包。
一种拥塞控制装置，包括标识提取单元，转发单元和数据包分片丢弃单元，其中，
标识提取单元用于提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识；
转发单元用于转发数据包分片；
数据包分片丢弃单元用于丢弃与所述标识提取单元提取的标识相同的数据包分片。
所述标识提取单元提取的数据包标识为数据包的网际协议标识。
所述装置还包括增加标识单元，用于在属于同一数据包的数据包分片中增加同一标识。
所述标识提取单元提取的数据包标识为增加标识单元增加的标识。
所述数据包分片丢弃单元包括数据包标识比较单元和相同标识数据包分片丢弃单元，其中，
数据包标识比较单元用于比较所述数据包标识提取单元提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识；
相同标识数据包分片丢弃单元用于丢弃所述数据包标识比较单元比较得到的标识相同的后续数据包分片。
所述装置还包括预设值单元和标识老化单元，其中，
预设值单元用于预先设置值；
标识老化单元用于老化提取的标识；
当转发单元转发的数据包未达到预设值单元预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元；当转发单元转发的数据包数目达到预设值单元预设的值时，标识老化单元老化提取的数据包标识。
所述装置还包括预设值单元和初始值设置单元，其中，
预设值单元用于预先设置值；
初始值设置单元用于将标识提取单元提取的标识设置为初始值；
当转发单元转发的数据包未达到预设值单元预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元；当转发单元转发的数据包数目达到预设值单元预设的值时，初始值设置单元将标识提取单元提取的标识置为所述初始值。
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明实施例提取RED处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识，并根据该数据包标识，将后续的具有相同标识数据包分片丢弃，这样可以将无用的关联数据包分片提早丢弃，从而减轻网络设备的负荷，降低资源利用率，腾出了带宽，进而保证其它未发生丢包的会话能够高效进行。
附图说明
图1为现有技术的数据包转发通路图；
图2为本发明方法的示例性流程图；
图3为本发明方法实施例的完整流程图；
图4为本发明装置实施例的框图。
具体实施方式
本发明提供一种拥塞控制方法，其基本思想是提取RED处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识，并根据该数据包标识，将后续的具有相同标识数据包分片丢弃。
现有技术中，当RED丢弃数据包分片时，该数据包分片的关联数据包分片被传送到接收端后，由于这些关联数据包分片不能重组为完整的数据包，接收端仍会将收到的这些关联数据包分片丢弃。这些关联数据包分片是无效的数据包分片，而这些无效数据包分片会占用大量网络资源，是导致网络拥塞的重要因素。由于这些关联数据包分片是无效的，因此，在其经过图1所示的中间处理设备时就进行丢弃，可以腾出网络资源，降低中间处理设备的负载，从而减轻拥塞。图1中的所示中间设备可能包括不止一个中间设备。基于该原理，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图2示出了本发明的流程。
步骤201：提取RED处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识。
设某数据包M包括若干个数据包分片，编号分别为1，2，......，i，(i+1)，......，每个数据包分片中都有标识其对应数据包为M的标识。
由于网际协议(Internet Protocol ID，IPID)字段一般用于标识数据包，同一数据包的分片上该字段相同，因此所述可以是数据包分片中的IPID字段。
也可以在接收到数据包分片时，在属于同一数据包的分片中增加同一标识。则提取的RED处理过程丢弃的数据包分片对应的数据包标识为该增加的标识。
RED处理过程与前面所述的类似，首先检测拥塞率是否超过门限值，当超过门限值，随机的选择一些数据包分片进行丢弃，还可以通知发送端降低发送速率。
设RED执行后丢弃数据包M中的一个数据包分片i，则可以将该丢弃的数据包分片中的数据包标识提取出来。
步骤202：丢弃具有相同数据包标识的数据包分片。
将所述提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识进行比较，如果相同，说明该后续数据包分片与前述RED丢弃的数据包分片属于同一个数据包，丢弃所述的后续数据包分片。
这里具有相同标识的数据包分片即是前述的关联数据包分片，这些关联数据包分片经过该步骤的处理后，不会在后续网络链路上传送，从而不再占用网络资源，减少了无用数据包分片在数据链路上的数量，改善网络性能。
在RED丢弃数据包分片时，接收端可能接收到该数据包一些关联数据包分片，将这些数据包分片重组时，会发现重组错误，接收端返回请求重传该数据包的信息到发送端。
设数据包标识为一N位的字段，则可以标识2的N次方个数据包。如果将处理数据包按照顺序依次标识，则处理的第p个数据包与第2N+p个数据包的标识是相同的。这样，如果第p个数据包经过RED操作而丢弃其中的数据包分片，并经过所述步骤201和202的处理，直到第2N+p个数据包时，丢弃操作所采用的数据包标识仍然是步骤201中提取的标识，这样，会将该第2N+p个数据包错误的丢弃。
为了防止这种情况，可以预先设置一个值，当转发的数据包数目达到该预设值时，老化掉提取的数据包分片的数据包标识。老化处理是本领域技术人员常用的技术手段，在此为令提取的数据包标识失效，即不利用提取的数据包标识丢弃数据包分片。一般地，所述预设值可以置为小于等于2N的一个数。另外，也可以在处理的数据包达到所述预设值时，将该标识置为一个初始值。初始值可以为不大于2N的数，则此时在给数据包分片添加标识过程中可以空出该初始值，这样，将标识设置为初始值，后续的数据包分片中的标识与该初始值比较后，这些后续的数据包分片都不会被丢弃；也可以将该初始值设置为一大于2N的数，这样，前述步骤无论是利用IPID还是添加标识，该情况下，后续的数据包分片中的标识与该初始值比较后，这些后续的数据包分片都不会被丢弃。
例如，假设数据包标识为一个8位的字段，所能标识的数据包为256个，其所能标识的数据包范围为0到255，则处理的第1个数据包的标识为0，第257个数据包标识也为0，这两个数据包标识相同；第2个数据包标识为1，第258个数据包标识也为1，这两个数据包标识也相同，依此类推。则，例如，当第2个数据包(标识为1)中的数据包分片经过RED处理，后续经过所述步骤201和202的处理时，如果中间处理设备直到第258个数据包时仍采用第2个数据包的标识(标识为1)，则会将第258个数据包错误的丢弃。因此，可以置预设值为256，当经过RED和所述步骤201和202处理后，在处理第258个数据包之前，也就是利用提取到的数据包标识1处理的数据包达到预设值256时，将该提取的标识作老化处理，后续数据包分片不再与该标识作比较，这样可以避免将第258个数据包错误的丢弃。或者在预设值为256的情况下，将初始值设置为0，相应地在增加标识步骤中空出这个0，即不给数据包分片添加0，则处理的数据包达到预设值256时，将提取的标识置为初始值0，这样，后续的数据包分片与该初始值相比都不相等，因此不会再被丢弃。当然也可将初始值设为256(提取的标识只可能是0到255的情况)或更大的数，只要该初始值是提取的标识中不存在的数，也可实现目的，在此不再举例。假设数据包标识的位数为8位只是为了举例简单，更多情况下，该位数达到16位或更多。
以下给出一个本发明的具体实施例。图3示出了该实施例的完整流程。
步骤301：发送端传输数据包分片到中间处理设备。
该步骤是要将数据包分片经过网络中的中间处理设备最终发送到接收端。所述的中间处理设备可以是路由器，通信中的无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)或核心网内的某一网元。该中间处理设备一般不止一个。
步骤302：中间处理设备利用数据包分片的IPID，或在属于同一数据包的分片中增加同一标识，转发数据包分片。
步骤303：判断RED中是否丢弃了数据包分片，如果是，转入步骤304；否则转入步骤309。
现有的网络中一般都有RED这类的拥塞控制机制。RED检测拥塞率超过门限值时，会随机的选择一些数据包分片进行丢弃。
步骤304：提取丢弃的数据包分片中的标识。
步骤305：判断转发的数据包数目是否达到预设值，是则转入步骤306，否则转入步骤307。
步骤306：老化所述提取的标识，或将该提取的标识置为一初始值。
步骤307：判断后续处理的数据包分片的标识是否与提取的标识相同，如果是，转入步骤308；否则转入步骤309。
步骤308：丢弃该数据包分片。
步骤309：继续发送数据包分片到接收端。
步骤310：接收端接收并重组收到的数据包分片，判断重组的数据包是否错误，如果没有错误，该次流程可以结束；否则转入步骤311。
步骤311：请求发送端重传该数据包，并转入步骤301。
以下介绍本发明的装置实施例，该装置可以位于中间处理设备中，例如路由器，RNC中。图4示出了该装置的框图。
如图4所示，该拥塞控制装置包括标识提取单元41，转发单元42和数据包分片丢弃单元43，其中，
标识提取单元41用于提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识。
标识提取单元41提取的数据包标识为数据包的网际协议标识。
转发单元42用于转发数据包分片。
数据包分片丢弃单元43用于丢弃与所述标识提取单元41提取的标识相同的数据包分片。
所述数据包分片丢弃单元43包括数据包标识比较单元431和相同标识数据包分片丢弃单元432，其中，
数据包标识比较单元431用于比较所述数据包标识提取单元41提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识；
相同标识数据包分片丢弃单元432用于丢弃所述数据包标识比较单元431比较得到的标识相同的后续数据包分片。
所述装置还包括增加标识单元401，用于在属于同一数据包的数据包分片中增加同一标识。
当所述装置还包括增加标识单元401时，所述标识提取单元41提取的数据包标识为增加标识单元增加的标识。
所述装置还包括预设值单元402和标识老化单元403，其中，
预设值单元402用于预先设置值；
标识老化单元403用于老化提取的标识；
当转发单元42转发的数据包未达到预设值单元402预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元43；当转发单元42转发的数据包数目达到预设值单元402预设的值时，标识老化单元403老化提取的数据包标识。
所述装置还包括预设值单元402和初始值设置单元403，其中，
预设值单元402用于预先设置值；
初始值设置单元404用于将标识提取单元41提取的标识设置为初始值；
当转发单元42转发的数据包未达到预设值单元402预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元43；当转发单元42转发的数据包数目达到预设值单元402预设的值时，初始值设置单元404将标识提取单元41提取的标识置为所述初始值。
利用所述拥塞控制装置实现控制拥塞的方法与前面描述的方法类似，在此不再赘述。
由以上实施例可见，本发明提取RED处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识，并根据该数据包标识，将后续的具有相同标识数据包分片丢弃，这样可以将无用的关联数据包提早丢弃，从而减轻网络设备的负荷，降低资源利用率，腾出了带宽，进而保证其它未发生丢包的会话能够高效进行。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (16)

1. 一种拥塞控制方法，其特征在于，包括：
提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识；
丢弃具有相同数据包标识的数据包分片。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取数据包标识由以下方式实现：
将网际协议标识作为数据包标识，提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应数据包的网际协议标识。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取数据包标识由以下方式实现：
在属于同一数据包的分片中增加同一标识，提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包中所述增加的标识。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丢弃数据包分片由以下方式实现：
将所述提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识进行比较，如果相同，丢弃所述后续的数据包分片。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丢弃数据包分片步骤还包括：
预先设置一个值，当转发的数据包数目达到该预设值时，老化所述提取的数据包分片的数据包标识。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丢弃数据包分片步骤还包括：
预先设置一个值，当转发的数据包数目达到该预设值时，将提取的所述数据包分片的标识置为一个初始值。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初始值可以预先设置。
8. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述丢弃数据包分片步骤还包括：
继续转发标识与所述提取的数据包标识不同的后续数据包分片。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转发后续数据包步骤还包括：
接收端接收并重组收到的数据包分片，当重组得到的数据包错误时，请求发送端重传该数据包。
10. 一种拥塞控制装置，其特征在于，包括标识提取单元(41)，转发单元(42)和数据包分片丢弃单元(43)，其中，
标识提取单元(41)用于提取随机早期检测处理过程丢弃的数据包分片所对应的数据包标识；
转发单元(42)用于转发数据包分片；
数据包分片丢弃单元(43)用于丢弃与所述标识提取单元(41)提取的标识相同的数据包分片。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述标识提取单元(41)提取的数据包标识为数据包的网际协议标识。
12. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括增加标识单元(401)，用于在属于同一数据包的数据包分片中增加同一标识。
13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述标识提取单元(41)提取的数据包标识为增加标识单元(401)增加的标识。
14. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据包分片丢弃单元(43)包括数据包标识比较单元(431)和相同标识数据包分片丢弃单元(432)，其中，
数据包标识比较单元(431)用于比较所述数据包标识提取单元(41)提取的数据包标识与后续的数据包分片中的标识；
相同标识数据包分片丢弃单元(432)用于丢弃所述数据包标识比较单元(431)比较得到的标识相同的后续数据包分片。
15. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括预设值单元(402)和标识老化单元(403)，其中，
预设值单元(402)用于预先设置值；
标识老化单元(403)用于老化提取的标识；
当转发单元(42)转发的数据包未达到预设值单元(402)预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元(43)；当转发单元(42)转发的数据包数目达到预设值单元(402)预设的值时，标识老化单元(403)老化提取的数据包标识。
16. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括预设值单元(402)和初始值设置单元(403)，其中，
预设值单元(402)用于预先设置值；
初始值设置单元(404)用于将标识提取单元(41)提取的标识设置为初始值；
当转发单元(42)转发的数据包未达到预设值单元(402)预设的值时，数据包分片转发到数据包分片丢弃单元(43)；当转发单元(42)转发的数据包数目达到预设值单元(402)预设的值时，初始值设置单元(404)将标识提取单元(41)提取的标识置为所述初始值。
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