CN101369962B - 转发报文的方法和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了转发报文的方法，包括：接收到报文，确定所述报文的优先级，如果所述报文为高优先级，将所述高优先级报文放到高优先级队列中，如果所述报文为低优先级，对所述低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中，通过队列调度机制发送所述高优先级队列中的高优先级报文和所述低优先级队列中的低优先级报文。本发明进一步公开了一种网络设备。本技术方案可以减小高优先级报文的发送等待时间，改善高优先级报文的传输质量。

Description

转发报文的方法和网络设备

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及转发报文的方法和网络设备。

背景技术

随着网络技术的发展，在同一种网络上传输多种业务成为可能，不同业务对服务质量(Quality of Service，QoS)的要求不同，为了保证传输质量，把承载要求高服务质量业务的报文设置为高优先级。把承载要求低服务质量业务的报文设置为低优先级。

在现有技术中，网络设备接收到报文后，首先判断该报文的优先级，如果该报文为高优先级，把该高优先级报文放到高优先级队列中，如果该报文为低优先级，把该优先级报文放到低优先级队列中，然后通过队列调度机制发送该高优先级报文和低优先级报文。队列调度机制有很多，比如，优先级队列调度机制(Priority Queuing，PQ)，加权公平队列调度机制(Weighted FairQueuing，WFQ)。如果在网络上同时传输低优先级以太网数据报文和高优先级语音报文，以太网数据报文的长度为1500字节，而语音报文的长度可能只有几十字节；当语音报文到达高优先级队列的时候，如低优先级以太网数据报文正在发送中，该语音报文需要等以太网数据报文发完后，才能开始发送。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术存在以下问题：网络设备通过队列调度机制发送高优先级报文和低优先级报文，如果低优先级报文的长度较长时，高优先级报文的发送等待时间可能比较长，这将影响高优先级报文的传输质量。

发明内容

本发明实施例提供一种转发报文的方法和网络设备，以减小高优先级报文的发送等待时间。

本发明实施例提供一种转发报文的方法，包括：接收报文，确定所述报文的优先级；如果报文为高优先级，把高优先级报文放到高优先级队列中；如果报文为低优先级，对低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中；通过队列调度机制发送高优先级队列中的高优先级报文和低优先级队列中的低优先级报文。

本发明实施例还提供一种网络设备，包括：报文接收单元，用于接收报文；优先级判断单元，用于判断报文接收单元接收到的报文的优先级，如果为高优先级，产生接收到高优先级报文的结果，如果为低优先级，产生接收到低优先级报文的结果；高优先级队列存储单元，用于存储高优先级报文；低优先级队列存储单元，用于存储低优先级报文；高优先级报文处理单元，用于优先级判断单元产生接收到高优先级报文的结果时，将接收到的高优先级报文发送到高优先级队列存储单元；低优先级报文处理单元，用于优先级判断单元产生接收到低优先级报文的结果时，将接收到的低优先级报文进行分段，将分段后低优先级报文发送到低优先级队列存储单元；报文发送单元，用于通过队列调度机制发送高优先级队列存储单元中的高优先级报文和低优先级队列存储单元中的低优先级报文。

从以上的技术方案可以看出，在本发明实施例中，接收到报文，判断报文的优先级，如果报文为高优先级，将高优先级报文放到高优先级队列中，如果报文为低优先级，对低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中，通过队列调度机制发送高优先级队列中的高优先级报文和低优先级队列中的低优先级报文。本技术方案在发送低优先级报文前对低优先级报文进行分段，可以减小高优先级报文的发送等待时间，改善高优先级报文的传输质量。

附图说明

图1为本发明实施例的转发报文方法流程图；

图2为本发明实施例的网络拓扑图；

图3为本发明实施例的网络设备示意图。

具体实施方式

首先介绍低优先级报文的长度与高优先级报文的时延特性的关系。在非抢占式严格优先级队列中，高优先级报文的发送等待时间，在很大程度上由低优先级报文的剩余传输时间值决定(Residual Transmission Time)。当高优先级报文到达队列的时刻没有低优先级报文正在发送，那么此时高优先级报文无需等待即可进行发送；当高优先级报文到达队列时恰好有低优先级报文正在发送，高优先级报文需要等待当前正在发送的低优先级报文发送完成后，才能进行发送。

假设网络设备有两个子队列，分别是高优先级队列SQ₁和低优先级队列SQ₂，高优先级报文进入SQ₁排队，低优先级报文进入SQ₂排队，因为SQ1等级比较高，通过队列调度机制将优先发送SQ₁中的报文。现有低优先级报文L，进入SQ₂的时间是t₁，高优先级报文H，进入SQ₁的时间是t₂，设链路传输速率为v，设低优先级报文L的长度为Len_l。且t₁和t₂满足关系式t₁＜t₂＜t₁+Len_l/v。由于低优先级报文L的到达时间早于高优先级报文H，尽管高优先级报文H的优先级较高，仍然是低优先级报文L先开始发送。当高优先级报文H到达时，低优先级报文L已经处于传输过程中，等待低优先级报文L发送结束后，高优先级报文H才能开始发送。高优先级报文H到达队列SQ1后，所需等待的时间是t＝Len_l/v-(t₂-t₁)。

下面对高优先级报文到达队列时正好有低优先级报文正在传输的情况下的高优先级报文时延特性进行分析，定义高优先级报文的时延密度函数为f_V(t)：

$f_V\left(t\right)=\lim \frac{P_r(t<D_H<t+\mathrm{dt})}{\mathrm{dt}}$

其中，D_H表示高优先级报文时延，Pr(x)表示事件x的概率，dt表示t的微分，lim表示求极限。假设报文到达时刻为0，队列为非抢占式严格优先级队列，则f_V(t)可以为：

$f_V\left(t\right)=\lim \frac{P_r({\mathrm{Busy}}^{\mathrm{low}}(0,t)<\frac{b_H}{C}<{\mathrm{Busy}}^{\mathrm{low}}(0,t+\mathrm{dt}))}{\mathrm{dt}}$

其中，Busy^low(0，t)表示低优先级报文在时间(0，t)内占用链路的时间总和；b_H表示高优先级报文长度；C表示链路的传输速率。从以上公式可以看出，若当前传输的低优先级业务报文越短，占用链路时间即Busy^low(0，t)越短，则高优先级报文的发送等待时间就越短；反之，若当前传输的低优先级业务报文越长，占用链路时间即Busy^low(0，t)越长，则高优先级报文的发送等待时间就越长。从以上的内容可以看出，通过减小低优先级报文长度，可以减小高优先级报文的发送等待时间，改善高优先级报文的传输质量。

请参考图1，为本发明实施例的转发报文方法流程图。

步骤101，网络设备接收到报文。在本实施例中，网络设备接收到两种报文，分别是高优先级报文和低优先级报文。

步骤102，判断接收到的报文的优先级。如果为高优先级，继续步骤103，如果为低优先级，继续步骤104。

步骤103，把高优先级报文放到高优先级队列中，继续步骤105。

步骤104，对低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中，继续步骤105。

本实施例获取当前链路利用率，根据当前链路利用率获取当前分段长度，使用当前分段长度对低优先级报文进行分段。可以理解的是，可以预先确定分段长度，使用预先确定的分段长度对低优先级报文进行分段。

预置最大链路利用率和最小链路利用率，预置最大分段长度和最小分段长度。设当前链路利用率为μ，最大链路利用率为μ_max，最小链路利用率为μ_min，当前分段长度为MSS_new，上一次分段长度为MSS_old，最大分段长度为MSS_max，最小分段长度为MSS_min，低优先级报文长度为Len_l，高优先级报文长度为Len_h。

当前链路利用率μ可以通过不断地检测网络得到；最大链路利用率μ_max和最小链路利用率μ_min用以作为低优先级报文的分段长度改变时刻的条件；最大分段长度MSS_max和最小分段长度MSS_min为根据具体情况选择的值；上一次分段长度MSS_old为网络设备上一次对低优先级报文进行分段的长度。

如果网络设备首次对低优先级报文进行分段，不存在上一次分段长度MSS_old，这时，可以获取最大分段长度MSS_max和最小分段长度MSS_min之间的一个数值作为第一次分段长度MSS_old，最小分段长度MSS_min≤获取的数值≤最大分段长度MSS_max。比如，使用随机函数，获取最大分段长度MSS_max和最小分段长度MSS_min之间的一个随机数值；也可以选定最小分段长度MSS_min或最大分段长度MSS_max作为上一次分段长度MSS_old。

分段后第i段低优先级报文长度和当前分段长度MSS_new的关系可以使用以下公式表示：

Len_l(i)≤MSS_new i＝1，2，...，n

当前分段长度MSS_new与上一次分段长度MSS_old的关系可以使用以下公式表示。

公式(1)：

${\mathrm{MSS}}_{\mathrm{new}}=\left\{\begin{array}{cc}\min (({\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}+\mathrm{\&beta;}),{\mathrm{MSS}}_{\max })& \mathrm{\&mu;}<{\mathrm{\&mu;}}_{\min }\\ {\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}& {\mathrm{\&mu;}}_{\min }\&le;\mathrm{\&mu;}<{\mathrm{\&mu;}}_{\max }\\ \max ((\mathrm{\&alpha;}\&times;{\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}),{\mathrm{MSS}}_{\min })& {\mathrm{\&mu;}}_{\max }\&le;\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.$

其中：

$\mathrm{\&beta;}=\left(\frac{{\mathrm{MSS}}_{\max }-{\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}}{{\mathrm{MSS}}_{\min }}\right)\&times;{\mathrm{Len}}_h$

α＝1/(1+μ)

其中，min(x，y)表示取x和y中的最小值；max(x，y)表示取x和y中的最大值；如果计算出的当前分段长度MSS_new的值含有小数部分，可以保留整数部分，舍去小数部分。

上述公式(1)中，当μ＜μ_min时，使用线性增加的方式增加上一次分段长度MSS_old，当μ_max≤μ时，使用指数退避的方式减小上一次分段长度MSS_old。需要说明的是，对于不同的应用场合，还可以使用其它方式来增加或减小上一次分段长度MSS_old，比如，可以使用线性减小的方式减小上一次分段长度MSS_old。

上述公式(1)中，当μ＜μ_min时，取min((MSS_old+β)，MSS_max)，当μ_max≤μ时，取max((α×MSS_old)，MSS_min)；这样做是为了使得计算出来的值不大于预置的最大分段长度，不小于预置的最小分段长度。

可以理解的是，在一些应用中，当前分段长度MSS_new可能大于预置的最大分段长度，或者小于预置的最小分段长度；当前分段长度MSS_new与上一次分段长度MSS_old的关系可以使用以下公式表示。

公式(2)： ${\mathrm{MSS}}_{\mathrm{new}}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}+\mathrm{\&beta;}& \mathrm{\&mu;}<{\mathrm{\&mu;}}_{\min }\\ {\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}& {\mathrm{\&mu;}}_{\min }\&le;\mathrm{\&mu;}{<\mathrm{\&mu;}}_{\max }\\ {\mathrm{\&alpha;}\&times;\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}& {\mathrm{\&mu;}}_{\max }\&le;\mathrm{\&mu;}\end{array}\right.$

其中：

$\mathrm{\&beta;}=\left(\frac{{\mathrm{MSS}}_{\max }-{\mathrm{MSS}}_{\mathrm{old}}}{{\mathrm{MSS}}_{\min }}\right)\&times;{\mathrm{Len}}_h$

α＝1/(1+μ)

步骤105，通过队列调度机制发送高优先级队列中的高优先级报文和低优先级队列中的低优先级报文。比如，可以使用优先级队列调度机制(PriorityQueuing，PQ)，加权公平队列调度机制(Weighted Fair Queuing，WFQ)等，对优先级队列进行调度。

上述转发报文方法流程中涉及到两种优先级报文，需要指出的是，本实施例也适应于超过两种优先级报文的情况。比如，网络设备需要处理m种优先级报文，分别为K₁，K₂，K₃， ，K_m优先级报文(其中K_i-1优先级高于K_i优先级)，如果需要保证K_i优先级报文的传输质量，则把K₁，K₂，K₃， ，K_i优先级报文作为高优先级报文，在发送前不需要对其进行分段，而将K_i+1，K_i+2， ，K_m优先级报文作为低优先级报文，在发送前需要对其进行分段。

以下举例说明上述方法的具体应用。请参考图2，为本发明实施例的网络拓扑图，包括无线终端A、无线终端B、无线终端C、无线接入点、路由器、互联网电话(Voice over Internet Protocol，VoIP)网关和数据业务服务器。其中无线终端A、无线终端B、无线终端C和无线接入点组成无线局域网，在这3个终端中运行语音业务和数据业务，语音业务由VOIP网关管理，数据业务由数据业务服务器管理。语音业务为高优先级业务，承载该业务的报文被设置为快速转发(Express Forward，EF)类型，数据业务为低优先级业务，承载该业务的报文被设置为尽力而为(Best Effort，BE)类型。无线接入点对接收到的报文进行网络层的转发，接收到报文后，判断接收到报文的优先级，如果为EF类型，把该报文发送到高优先队列中，如果为BE类型，确定该报文大于当前分段长度，则对该报文进行分段，把分段后的报文发送到低优先级队列中，然后使用优先级队列调度机制，对报文进行调度。

以下根据上述公式(1)，举例说明如何计算当前分段长度。如果使用G.729A标准对语音进行编码，语音帧长为20字节，语音帧封装为实时传输协议(Real-time Transport Protocol，RTP)报文，然后封装为用户数据报协议(UserDatagram Protocol，UDP)报文，进一步封装为互联网协议(Internet Protocol，IP)报文。每个语音报文的长度为：20字节(语音净荷)+12字节(RTP报头)+8字节(UDP报头)+20字节(IP报头)＝60字节，即高优先级报文长度Len_h为60字节。预置MSS_max为1400字节，MSS_min为100字节；μ_min为30％，μ_max为50％。每一秒种获取一次当前链路利用率μ。假设上一次分段长度MSS_old为300字节。在计算当前分段长度MSS_new时，获取当前链路利用率μ。如果30％≤μ＜50％，根据上述的公式(1)，当前分段长度MSS_new等于上一次分段长度MSS_old，即当前分段长度MSS_new为300字节；如果μ＜30％，根据上述公式(1)可以算出当前分段长度MSS_new为960字节；如果μ＝80％，根据上述公式(1)可以算出当前分段长度MSS_new为166字节。使用计算出的当前分段长度对低优先级报文进行分段。

需要说明的是，开放系统互连(Open System Interconnect，OSI)的网络分层模型将网络分为七层，本实施例并不限定报文所处的层次，本实施例可以应用在应用层，传输层和网络层和数据链路层。

请参考图3，为本发明实施例的网络设备示意图。本实施例的网络设备包括：报文接收单元301，用于接收报文；优先级判断单元302，由于判断报文接收单元301接收到的报文的优先级，如果为高优先级，产生接收到高优先级报文的结果，如果为低优先级，产生接收到低优先级报文的结果；高优先级队列存储单元304，用于存储高优先级报文；低优先级队列存储单元306，用于存储低优先级报文；高优先级报文处理单元303，用于优先级判断单元302产生接收到高优先级报文的结果时，将接收到的高优先级报文发送到高优先级队列存储单元304；低优先级报文处理单元305，用于优先级判断单元302产生接收到低优先级报文的结果时，将接收到的低优先级报文进行分段，将分段后低优先级报文发送到低优先级队列存储单元306；报文发送单元307，用于通过队列调度机制发送高优先级队列存储单元304中的高优先级报文和低优先级队列存储单元306中的低优先级报文。

其中，低优先级报文处理单元305可以包括：链路利用率获取单元，用于优先级判断单元302产生接收到低优先级报文的结果时，获取当前链路利用率；分段长度获取单元，用于根据链路利用率获取单元获取的当前链路利用率获取当前分段长度；低优先级报文分段单元，用于使用分段长度获取单元获取的当前分段长度对低优先级报文进行分段；低优先级报文发送单元，用于将低优先级报文分段单元分段后的低优先级报文发送到低优先级队列存储单元306；链路利用率设置单元，用于预置最大链路利用率和最小链路利用率；分段长度设置单元，用于预置最大分段长度和最小分段长度。

其中，分段长度获取单元根据链路利用率获取单元获取的当前链路利用率获取当前分段长度具体情况可以为以下两种：

(1)如果当前链路利用率大于或等于预置的最小链路利用率，且小于预置的最大链路利用率，则把上一次分段长度作为当前分段长度；如果当前链路利用率小于预置的最小链路利用率，则增加上一次分段长度，把增加后上一次分段长度作为当前分段长度；如果当前链路利用率大于等于预置的最大链路利用率，则减小上一次分段长度，把减小后上一次分段长度作为当前分段长度。

(2)如果当前链路利用率大于或等于预置的最小链路利用率，且小于预置的最大链路利用率，则把上一次分段长度作为当前分段长度；如果当前链路利用率小于预置的最小链路利用率，则增加上一次分段长度，获取增加后上一次分段长度与最大分段长度中的最小值，把获取的最小值作为当前分段长度；如果当前链路利用率大于或等于预置的最大链路利用率，减小上一次分段长度，获取减小后上一次分段长度和最小分段长度中的最大值，把获取的最大值作为当前分段长度。

其中，增加上一次分段长度可以为，使用线性增加的方式增加上一次分段长度；减小上一次分段长度可以为，使用指数退避的方式减小上一次分段长度。

低优先级报文处理单元可以进一步包括分段长度判断单元，用于在分段长度获取单元根据链路利用率获取单元获取的当前链路利用率获取当前分段长度之前，确定不存在上一次分段长度时，获取最大分段长度和最小分段长度之间的一个数值作为第一次分段长度。

从以上的技术方案可以看出，在本发明实施例中，接收到报文，判断报文的优先级，如果报文为高优先级，将高优先级报文放到高优先级队列中，如果报文为低优先级，对低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中，通过队列调度机制发送高优先级队列中的高优先级报文和低优先级队列中的低优先级报文。本技术方案在发送低优先级报文前对低优先级报文进行分段，可以减小高优先级报文的发送等待时间，改善高优先级报文的传输质量。

以上对本发明所提供的转发报文的方法和网络设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种转发报文的方法，其特征在于，包括：

接收报文，确定所述报文的优先级；

如果所述报文为高优先级，把所述高优先级报文放到高优先级队列中；

如果所述报文为低优先级，则获取当前链路利用率，根据所述当前链路利用率获取当前分段长度，使用所述当前分段长度对所述低优先级报文进行分段，把分段后低优先级报文放到低优先级队列中；

通过队列调度机制发送所述高优先级队列中的高优先级报文和所述低优先级队列中的低优先级报文；

其中，所述根据所述当前链路利用率获取当前分段长度包括：

如果所述当前链路利用率大于等于预置的最小链路利用率，且小于预置的最大链路利用率，则把上一次分段长度作为当前分段长度；

如果所述当前链路利用率小于预置的最小链路利用率，则增加上一次分段长度，则把增加后上一次分段长度作为当前分段长度，或者，获取增加后上一次分段长度和最大分段长度中的最小值，把获取的最小值作为当前分段长度；

如果所述当前链路利用率大于等于预置的最大链路利用率，则减小上一次分段长度，则把减小后上一次分段长度作为当前分段长度，或者，获取减小后上一次分段长度和最小分段长度中的最大值，把获取的最大值作为当前分段长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前链路利用率获取当前分段长度之前，所述方法进一步包括：

确定不存在上一次分段长度时，获取预置的最大分段长度和预置的最小分段长度之间的一个数值作为第一次分段长度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述增加上一次分段长度具体为，使用线性增加的方式增加上一次分段长度；

所述减小上一次分段长度具体为，使用指数退避的方式减小上一次分段长度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述增加后上一次分段长度具体为：

所述减小后上一次分段长度具体为：

5.一种网络设备，其特征在于，包括：

报文接收单元，用于接收报文；

优先级判断单元，用于判断所述报文接收单元接收到的报文的优先级，如果为高优先级，产生接收到高优先级报文的结果，如果为低优先级，产生接收到低优先级报文的结果；

高优先级队列存储单元，用于存储高优先级报文；

低优先级队列存储单元，用于存储低优先级报文；

高优先级报文处理单元，用于所述优先级判断单元产生接收到高优先级报文的结果时，将所述接收到的高优先级报文发送到所述高优先级队列存储单元；

低优先级报文处理单元，用于所述优先级判断单元产生接收到低优先级报文的结果时，将所述接收到的低优先级报文进行分段，将分段后低优先级报文发送到所述低优先级队列存储单元；和

报文发送单元，用于通过队列调度机制发送所述高优先级队列存储单元中的高优先级报文和所述低优先级队列存储单元中的低优先级报文；

其中，所述低优先级报文处理单元包括：

链路利用率获取单元，用于所述优先级判断单元产生接收到低优先级报文的结果时，获取当前链路利用率；

分段长度获取单元，用于根据所述链路利用率获取单元获取的当前链路利用率获取当前分段长度；如果所述当前链路利用率大于等于预置的最小链路利用率，且小于预置的最大链路利用率，则把上一次分段长度作为当前分段长度；如果所述当前链路利用率小于预置的最小链路利用率，则增加上一次分段长度，则把增加后上一次分段长度作为当前分段长度，或者，获取增加后上一次分段长度和最大分段长度中的最小值，把获取的最小值作为当前分段长度；如果所述当前链路利用率大于等于预置的最大链路利用率，则减小上一次分段长度，则把减小后上一次分段长度作为当前分段长度，或者，获取减小后上一次分段长度和最小分段长度中的最大值，把获取的最大值作为当前分段长度；

低优先级报文分段单元，用于使用所述分段长度获取单元获取的当前分段长度对所述低优先级报文进行分段；和

低优先级报文发送单元，用于将所述低优先级报文分段单元分段后的低优先级报文发送到所述低优先级队列存储单元；

链路利用率设置单元，用于预置最大链路利用率和最小链路利用率；

分段长度设置单元，用于预置最大分段长度和最小分段长度。

6.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于，所述低优先级报文处理单元进一步包括：

分段长度判断单元，用于在分段长度获取单元根据所述链路利用率获取单元获取的当前链路利用率获取当前分段长度之前，确定不存在上一次分段长度时，获取所述最大分段长度和所述最小分段长度之间的一个数值作为第一次分段长度。

7.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于：

所述增加上一次分段长度具体为，使用线性增加的方式增加上一次分段长度；

所述减小上一次分段长度具体为，使用指数退避的方式减小上一次分段长度。

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