CN101478494B - 一种基于令牌桶算法的数据包处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于令牌桶算法的数据包处理方法，包括：设置令牌桶C、P和B，且令牌桶中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B；收到大小为X字节的数据包；若数据包为红色，则将数据包置为红色；若数据包为蓝色，判断T_B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色，否则，将数据包置为蓝色，且T_C、T_P和T_B均减去X；若数据包非红非蓝，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色，否则：若数据包为黄色，则将数据包置为黄色，且T_P减去X，若数据包为绿色，接着判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且T_P减去X，否则，将数据包置为蓝色，且T_C和T_P均减去X。本发明还公开一种基于令牌桶算法的数据包处理装置。

Description

一种基于令牌桶算法的数据包处理方法及装置 

技术领域

本发明涉及数据流量控制技术领域，特别涉及一种基于令牌桶算法的数据包处理方法及装置。 

背景技术

在当前的网络通信系统中，为了使有限的网络资源能够充分地发挥作用，需要对用户发送的数据流量进行流量控制，即对网络中传送的数据包采用不同的承诺访问速率(CAR)进行流量控制。 

目前，CAR一般采用单令牌桶算法来进行流量控制。令牌桶中一个令牌代表一个字节。单令牌桶算法的基本原则如下： 

1、假如用户配置的令牌平均发送速率为r，则每隔1/r秒一个令牌被注入到令牌桶中； 

2、假设令牌桶最多可以存放b个令牌，如果令牌到达时令牌桶已满，则丢弃该令牌； 

3、当一个x字节的数据包到达令牌桶时，如果令牌桶中令牌数大于等于x个，则从令牌桶中删除x个令牌，并且该数据包被转发；否则，如果令牌桶中令牌数少于x个，则认为该数据包在流量限制之外而被丢弃。 

由以上分析可知，数据包每经一次单令牌桶算法处理后，只有转发和丢弃两种策略。假设某个数据包经第一次单令牌桶算法处理后被转发，而再经第二次单令牌桶算法处理后却被丢弃，这样就浪费了第一次处理时占用的带宽，也就导致最终的流量控制不准确。其中，所述带宽对应令牌桶中的令牌。另外，由于单令牌桶算法只涉及一个流量控制值，即为令牌桶的容量，使得单令牌桶算法不能在网络状况拥塞和不拥塞两种状况下作区别处理。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于令牌桶算法的数据包处理方法及装置，以有效利用带宽并提高流量控制的准确性。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

一种基于令牌桶算法的数据包处理方法，设置令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B，在色敏模式下，该方法还包括： 

收到数据包并获取数据包的大小为X字节； 

判断收到的数据包颜色是否为红色，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断数据包是否为蓝色； 

如果数据包为蓝色，判断T_B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X； 

如果数据包不是蓝色，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断数据包是否为黄色； 

如果数据包为黄色，则将数据包置为黄色，且将令牌桶P中的当前令牌数T_P更新为T_P减去X； 

否则，数据包为绿色，接着判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X。 

其中，在色盲模式下，所述方法进一步包括：收到数据包并获取数据包的大小为Y字节； 

判断T_B是否小于Y，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_P是否小于Y； 

如果T_P小于Y，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于Y； 

如果T_C小于Y，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y；否 则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y。 

其中，所述方法进一步包括：根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包。 

所述根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包具体为： 

所述将数据包置为红色之后，丢弃该数据包；或者 

所述将数据包置为蓝色之后，转发该数据包；或者 

所述将数据包置为黄色之后，如果当时网络状况拥塞，则丢弃该数据包，否则，转发该数据包。 

一种基于令牌桶算法的数据包处理装置，包括： 

令牌桶设置模块，用于设置令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B； 

数据包接收模块，用于接收数据包并获取数据包的大小为X字节； 

颜色判断模块，用于判断收到的数据包的颜色； 

红色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为红色之后，将数据包置为红色； 

蓝色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为蓝色之后，判断T _B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X； 

黄色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为黄色之后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；及 

绿色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为绿色之后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X。 

其中，所述装置还包括：色盲数据包处理模块，用于数据包接收模块接收数据包并获取数据包的大小为Y字节之后，判断T_B是否小于Y，如果是，则 将数据包置为红色；否则，判断T_P是否小于Y；如果T_P小于Y，则将数据包置为红色；否则，判断T _C是否小于Y；如果T_C小于Y，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y。 

其中，所述装置还包括数据包转发策略处理模块，用于根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包。 

其中，所述数据包转发策略处理模块进一步包括数据包转发模块和数据包丢弃模块；其中， 

数据包转发模块，用于转发被置为蓝色的数据包；或者用于在网络状况不拥塞时转发被置为黄色的数据包； 

数据包丢弃模块，用于丢弃被置为红色的数据包；或者用于在网络状况拥塞时丢弃被置为黄色的数据包。 

由以上技术方案可以看出，本发明优先级最高的为蓝色数据包，如果收到的数据包为蓝色，表明其之前已经过三令牌桶算法的处理并占用了一定带宽，因此，在本次处理时对其优先处理，尽量使蓝色数据包优先转发，以不浪费之前处理时占用的带宽，从而提高流量控制性能的准确性。而且，本发明三令牌桶算法中通过令牌桶C和P确定两个流量控制值，能在网络状况拥塞和不拥塞两种状况下区别处理，以在不同的网络状况下实现更灵活的流量控制管理。此外，单令牌桶算法每次处理后的数据包只有转发和丢弃两种策略，而本发明三令牌桶算法通过每次对数据包着不同的颜色可以实现多种转发策略，如此可满足当今日益复杂的网络服务质量(QoS)。 

附图说明

图1为本发明在色敏模式下基于令牌桶算法对数据包进行处理的流程图； 

图2为本发明在色敏模式下数据流的总体处理概括图； 

图3为本发明在色盲模式下基于令牌桶算法对数据包进行第一次处理的流程图； 

图4为本发明基于令牌桶算法的数据包处理装置的示意图。 

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了，以下对本发明作进一步详细说明。 

本发明将现有的单个令牌桶扩展为三个令牌桶，相应地，将本发明用于CAR进行流量控制的方法称为三令牌桶算法。 

以下介绍三令牌桶算法的一些基本原则。 

三个令牌桶分别为C、P和B，各自的容量分别为承诺突发尺寸(CBS)、峰值突发尺寸(PBS)和蓝色突发尺寸(BBS)，令牌桶的容量由配置命令指定，通常BBS≥PBS≥CBS。令牌桶C、P和B中的令牌数分别用T_C、T_P和T_B表示；初始状态时令牌桶都是满的，即T_C、T_P和T_B初始值分别等于CBS、PBS和BBS。令牌桶C、P和B的令牌注入速率分别为承诺信息速率(CIR)、峰值信息速率(PIR)和蓝色信息速率(BIR)。具体地说： 

如果T_C＜CBS，则每隔1/CIR秒注入1个令牌，T_C加1； 

如果T_P＜PBS，则每隔1/PIR秒注入1个令牌，T_P加1； 

如果T_B＜BBS，则每隔1/BIR秒注入1个令牌，T_B加1； 

否则，丢弃令牌，T_C、T_P和T_B均不变。 

该三令牌桶算法中涉及两个流量控制值承诺速率(CR)和峰值速率(PR)，分别对应令牌桶C和P的容量CBS和PBS，通常CR＜PR，且分别对应网络状况拥塞和不拥塞下的最大流量界值。另外，CIR由CR计算得到，PIR和BIR由PR计算得到，且流量控制值与令牌注入速率成正比。 

令牌桶P用于满足CR流量控制且颜色为蓝色的数据包的优先处理。 

这里，数据包的不同颜色代表不同的转发策略。在本发明流量控制的处理流程中涉及四种颜色：蓝色、绿色、黄色和红色。其中，蓝色和绿色表示数据包的大小在CR之内，即使在网络状况拥塞的情况下，这部分数据包也会被正常转发，蓝色数据包和绿色数据的区别在于绿色表示数据包未经三令牌桶算法处理；黄色表示数据包的大小在CR之外而在PR之内，这部分数据包在网络状 况不拥塞的情况下会被正常转发，但在网络状况拥塞的情况下会被丢弃；红色表示数据包的大小在PR之外，无论网络状况拥塞或是不拥塞，这部分数据包一般都会被丢弃。具体何种颜色对应何种转发策略是由用户设定的，因此不限于此处所描述的这种转发策略。 

本发明基于令牌桶算法对数据包进行流量控制处理的基本原理是：当收到一个大小为X字节的数据包时，将数据包的大小与令牌桶中当前的令牌数T_C、T_P和T_B进行比较，根据比较结果以及收到数据包时数据包的颜色决定经过三令牌桶算法处理后数据包的转发策略。 

本发明可以在色敏模式下基于三令牌桶算法对数据包进行流量控制处理，在色敏模式下，一般将数据包颜色初始化为绿色。这里，数据包的初始颜色由相应的转发策略决定，如果需要将数据包优先处理，则可将数据包的颜色初始化为蓝色。 

如图1所示，本发明在色敏模式下基于令牌桶算法对数据包进行处理的流程包括以下步骤： 

步骤101，设置三个令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B； 

步骤102，收到数据包并获取数据包的大小，假设数据包的大小为X字节； 

步骤103，根据上一次三令牌桶算法处理后数据包的着色情况，判断收到的数据包的颜色是否为红色，如果是，则执行步骤112；否则，则执行步骤104； 

步骤104，根据上一次三令牌桶算法处理后数据包的着色情况，判断收到的数据包的颜色是否为蓝色，如果是，则执行步骤105；否则，执行步骤106； 

步骤105，判断T_B是否小于X，如果是，则执行步骤112；否则，执行步骤111； 

步骤106，判断T_P是否小于X，如果是，则执行步骤112；否则，执行步骤107； 

步骤107，根据上一次三令牌桶算法处理后数据包的着色情况，判断收到的数据包的颜色是否为黄色，如果是，则执行步骤109；否则，可知数据包的颜色为绿色，接着执行步骤108； 

步骤108，判断T_C是否小于X，如果是，则执行步骤109；否则，执行步骤110； 

步骤109，将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X； 

步骤110，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X； 

步骤111，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X； 

步骤112，将数据包置为红色，T_C、T_P和T_B均不改变。 

数据包被置为不同颜色后，将按照对应转发策略进行处理。不同颜色的数据包的对应转发策略上文已有描述，故在此不再赘述。 

另外，根据上文的描述可知，令牌桶C主要用于CR流量控制，当数据包被置为蓝色时需要减少T_C，且由于网络所允许的最大流量界值为PR，数据包被置为蓝色时表明数据包已占用了一定的带宽，所以减少T_C时需同步减少T_P；令牌桶P主要用于PR流量控制，当数据包被置为黄色时需减少T_P；令牌桶B主要用于蓝色数据包的优先处理，且由于优先处理的蓝色数据包满足CR流量控制，因此当T_B减去X时需同步减少T_C和T_P；当数据包被置为红色时，表示数据包的大小超过最大流量界值为PR，因此不需要减少T_C、T_P和T_B。 

图2为在色敏模式下数据流的总体处理概括图。其中，数据流的初始化颜色为绿色。 

此外，本发明还可以在色盲模式下对数据包进行流量控制处理，即在进行三令牌桶算法处理前不对数据包置任何颜色。 

以下结合图3说明在色盲模式下基于令牌桶算法对数据包进行第一次处理的流程，该流程包括以下步骤： 

步骤301，设置三个令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B； 

步骤302，收到数据包并获取数据包的大小，假设数据包的大小为Y字节；因为此时在色盲模式下处理，故不需判断数据包的颜色； 

步骤303，判断T _B是否小于Y，如果是，则执行步骤308；否则，执行步 骤304； 

步骤304，判断T_P是否小于Y，如果是，则执行步骤308；否则，执行步骤305； 

步骤305，判断T _C是否小于Y，如果是，则执行步骤306；否则，执行步骤307； 

步骤306，将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y； 

步骤307，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y； 

步骤308，将数据包置为红色，T_C、T_P和T_B均不改变。 

在色盲模式下，经过第一次三令牌桶算法处理后，数据包被置为不同颜色，因此，之后数据包再经三令牌桶算法处理时就与色敏模式下的处理类似，在此不再赘述。 

为实现上述基于令牌桶算法的数据包处理方法，本发明还提供一种基于令牌桶算法的数据包处理装置，如图4所示，该装置包括： 

令牌桶设置模块1，用于设置令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B； 

数据包接收模块2，用于接收数据包并获取数据包的大小，假设数据包的大小为X字节； 

颜色判断模块3，用于判断收到的数据包的颜色； 

红色数据包处理模块4，用于颜色判断模块3判定数据包的颜色为红色之后，将数据包置为红色； 

蓝色数据包处理模块5，用于颜色判断模块3判定数据包的颜色为蓝色之后，判断T _B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X； 

黄色数据包处理模块6，用于颜色判断模块3判定数据包的颜色为黄色之后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；及 

绿色数据包处理模块7，用于颜色判断模块3判定数据包的颜色为绿色之 后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X，否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X。 

如果该装置在色盲模式下进行流量控制，则该装置还包括：色盲数据包处理模块8，用于数据包接收模块2接收数据包并获取数据包的大小为Y字节之后，判断T_B是否小于Y，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_P是否小于Y；如果T_P小于Y，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于Y；如果T_C小于Y，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y。 

该装置还包括：数据包转发策略处理模块9，用于根据不同颜色对应的转发策略，处理不同颜色的数据包。 

该数据包转发策略处理模块9进一步可以包括数据包转发模块和数据包丢弃模块；其中，数据包转发模块用于转发被置为蓝色的数据包；或者用于在网络状况不拥塞时转发被置为黄色的数据包；数据包丢弃模块用于丢弃被置为红色的数据包；或者用于在网络状况拥塞时丢弃被置为黄色的数据包。 

在本发明的实施方案中，通过设置令牌桶B优先处理蓝色数据包，使之前处理时已占用带宽的蓝色数据包尽量被优先转发，以有效地利用带宽并提高流量控制的准确性。 

而且，本发明三令牌桶算法中通过令牌桶C和P确定两个流量控制值，能在网络状况拥塞和不拥塞两种状况下区别处理，以在不同的网络状况下实现更灵活的流量控制管理。 

此外，单令牌桶算法每次处理后的数据包只有转发和丢弃两种策略，而本发明三令牌桶算法通过每次对数据包着不同的颜色可以实现多种转发策略，如此可满足当今日益复杂的网络服务质量(QoS)。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种基于令牌桶算法的数据包处理方法，其特征在于，设置令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B，在色敏模式下，该方法还包括：

收到数据包并获取数据包的大小为X字节；

判断收到的数据包颜色是否为红色，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断数据包是否为蓝色；

如果数据包为蓝色，判断T_B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X；

如果数据包不是蓝色，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断数据包是否为黄色；

如果数据包为黄色，则将数据包置为黄色，且将令牌桶P中的当前令牌数T_P更新为T_P减去X；

否则，数据包为绿色，接着判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X。

2.根据权利要求1所述的基于令牌桶算法的数据包处理方法，其特征在于，在色盲模式下，所述方法进一步包括：收到数据包并获取数据包的大小为Y字节；

判断T_B是否小于Y，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_P是否小于Y；

如果T_P小于Y，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于Y；

如果T_C小于Y，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y。

3.根据权利要求1或2所述的基于令牌桶算法的数据包处理方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包。

4.根据权利要求3所述的基于令牌桶算法的数据包处理方法，其特征在于，所述根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包具体为：

所述将数据包置为红色之后，丢弃该数据包；或者

所述将数据包置为蓝色之后，转发该数据包；或者

所述将数据包置为黄色之后，如果当时网络状况拥塞，则丢弃该数据包，否则，转发该数据包。

5.一种基于令牌桶算法的数据包处理装置，其特征在于，该装置包括：

令牌桶设置模块，用于设置令牌桶C、P和B，且令牌桶C、P和B中当前的令牌数分别为T_C、T_P和T_B；

数据包接收模块，用于接收数据包并获取数据包的大小为X字节；

颜色判断模块，用于判断收到的数据包的颜色；

红色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为红色之后，将数据包置为红色；

蓝色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为蓝色之后，判断T_B是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P、T_B分别更新为T_C减去X、T_P减去X、T_B减去X；

黄色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为黄色之后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；及

绿色数据包处理模块，用于颜色判断模块判定数据包的颜色为绿色之后，判断T_P是否小于X，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_C是否小于X，如果是，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去X；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去X、T_P减去X。

6.根据权利要求5所述的基于令牌桶算法的数据包处理装置，其特征在于，所述装置还包括：色盲数据包处理模块，用于数据包接收模块接收数据包并获取数据包的大小为Y字节之后，判断T _B是否小于Y，如果是，则将数据包置为红色；否则，判断T_P是否小于Y；如果T_P小于Y，则将数据包置为红色；否则，判断T _C是否小于Y；如果T_C小于Y，则将数据包置为黄色，且将当前T_P更新为T_P减去Y；否则，将数据包置为蓝色，且将当前T_C、T_P分别更新为T_C减去Y、T_P减去Y。

7.根据权利要求5或6所述的基于令牌桶算法的数据包处理装置，其特征在于，所述装置还包括数据包转发策略处理模块，用于根据不同颜色数据包对应的转发策略，处理不同颜色的数据包。

8.根据权利要求7所述的基于令牌桶算法的数据包处理装置，其特征在于，所述数据包转发策略处理模块进一步包括数据包转发模块和数据包丢弃模块；其中，

数据包转发模块，用于转发被置为蓝色的数据包；或者用于在网络状况不拥塞时转发被置为黄色的数据包；

数据包丢弃模块，用于丢弃被置为红色的数据包；或者用于在网络状况拥塞时丢弃被置为黄色的数据包。

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