CN101616097A - 一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统 - Google Patents

一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统，该方法包括：FPP微引擎对接收到的数据报文通过查询树表实现模式匹配，根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；对于进入相应业务流的数据报文，标识数据报文的优先级，并将所述数据报文及其优先级参数一同发送到TM微引擎；TM微引擎以所述数据报文的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为ACL规则，并根据所述ACL规则产生所述数据报文是否加入到输出端口队列的判别结论，完成所述数据报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理。本发明利用ACL规则在网络处理器输出端口队列的管理部分实现对特定数据报文进行阻塞处理，更有效地避免拥塞发生。

Description

一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统
技术领域
本发明涉及数据通讯领域，尤其涉及一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统。
背景技术
现有的网络处理器技术通常是基于微引擎实现业务处理，由各个微引擎共同协作，完成对通过的数据报文业务流的流分类、速率限速、队列管理、报文修改及调度输出等处理。各个微引擎所实现的功能较为固定，Policing微引擎实现速率限制，流量整形微引擎(Traffic Shaping，简称TS)实现流量整形，流量管理微引擎(Traffic Management，简称TM)实现队列管理，报文修改微引擎(Stream Editor，简称SED)实现报文修改，快速模式微引擎(Fast Pattern Processor，简称FPP)实现流分类。
网络处理器对接收的数据报文进行流分类是其一项重要的基本功能。流分类通常由访问控制列表(Access Control List，简称ACL)实现，即ACL通常在流分类微引擎中使用。驱动软件配置一系列ACL访问控制规则，FPP查询树表的配置表项，对数据报文的报文头部中的多个域的字段进行ACL规则的模式匹配，根据模式匹配的结果由树表返回相应句柄或直接跳转到相应流，根据树表返回的结果确定数据报文是否满足或者不满足ACL访问控制规则，并根据是否满足或不满足某一类规则，来决定对数据采取报文丢弃或者转发处理方式。通过ACL访问控制规则能够方便网络管理，目前ACL规则主要用于在端口的报文过滤、网络地址转换(Network Address Translation，简称NAT)、策略路由、单播反向路径转发(Unicast Reverse Path Forwarding，简称URPF)等应用中。
网络处理器对接收的数据报文进行队列管理也是其一项重要的基本功能，其目的就是进行拥塞控制。拥塞控制通常在TM微引擎中实现，拥塞发生时会严重影响网络的服务质量，增加网络传输中的报文丢失率，增加网络传输的延时，必须采取措施来控制和避免拥塞的发生。当前，针对拥塞主要采取的是主动队列管理(Active Queue Management，简称AQM)算法。在AQM算法出现前，采用队尾丢弃(DropTail)的方法。队尾丢弃方法只有在网络设备的队列缓存溢出时才丢弃报文，而AQM是在队列缓存溢出之前就主动标记或者丢弃报文。与队尾丢弃方法相比，AQM具有减少报文丢失率，减少报文传输延迟，避免系统震荡等优点。AQM的代表是随机早检测(Random Early Detection，简称RED)算法和加权的随机早检测(WeightedRandom Early Detection，简称WRED)算法。实践证明AQM比队尾丢弃具有更好的性能。
综上所述，现有技术中ACL访问控制规则均在流分类部分实现，并且对ACL访问控制的应用不涉及数据报文在输出端口队列管理部分的避免拥塞控制；且目前网络处理器输出端口队列的管理部分不能实现对特定数据报文进行阻塞处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种网络处理器输出端口队列的管理方法及系统，在输出端口队列管理部分对ACL规则中特定数据报文进行阻塞处理的同时，允许其它非特定数据报文继续转发处理。
为了解决上述问题，本发明提供了一种网络处理器输出端口队列的管理方法，包括：
流分类FPP微引擎对接收到的数据报文通过查询树表实现模式匹配，根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；对于进入相应业务流的数据报文，标识数据报文的优先级，并将所述数据报文及其优先级参数一同发送到流量整形TM微引擎；
TM微引擎以所述数据报文的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为访问控制列表ACL规则，并根据所述ACL规则产生所述数据报文是否加入到输出端口队列的判别结论，完成所述数据报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理。
进一步地，所述FPP微引擎在标识所述数据报文的优先级时，将中央处理单元CPU端口发出的报文和环回报文标识为高优先级，普调业务报文标识为低优先级。
进一步地，所述TM微引擎根据所述ACL规则产生判别结论时，具体包括如下步骤：
所述TM微引擎判断所述输出端口队列的当前已耗用容量是否达到所述输出逻辑端口缓存门限值，如果未达到，则将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发；如果已达到，则再判断所述数据报文的优先级参数，如果优先级为高，则将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发，如果优先级为低，则丢弃所述数据报文。
进一步地，如果所述TM微引擎判断出所述输出端口队列的当前已耗用容量尚未达到所述输出逻辑端口缓存门限值，则在将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发的同时，采用加权的随机早检测算法对所述输出端口队列进行拥塞控制。
进一步地，所述TM微引擎在将数据报文加入到输出端口队列中时，更新所述输出端口队列的当前已耗用容量。
本发明还提供了一种网络处理器输出端口队列的管理系统，包括FPP微引擎和TM微引擎，所述FPP微引擎进一步包括报文类型识别模块和优先级标识模块，所述TM微引擎进一步包括TM判别模块和转发丢弃模块，其中：
所述报文类型识别模块用于，对接收到的数据报文通过查询树表实现模式匹配，根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；
所述优先级标识模块用于，对于进入相应业务流的数据报文，标识数据报文的优先级，并将所述数据报文及其优先级参数一同发送到所述TM判别模块；
所述TM判别模块，以所述数据报文的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为ACL规则，根据所述ACL规则产生所述数据报文是否加入到输出端口队列的判别结论，并将该判别结论发送至所述转发丢弃模块；
所述转发丢弃模块用于，根据接收到的所述判别结论，完成所述数据报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理。
进一步地，所述优先级标识模块在标识所述数据报文的优先级时，将CPU端口发出的报文和环回报文标识为高优先级，普调业务报文标识为低优先级。
进一步地，所述TM判别模块在根据所述ACL规则产生判别结论时，首先判断所述输出端口队列的当前已耗用容量是否达到所述输出逻辑端口缓存门限值，如果未达到，则产生将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论；如果已达到，则再判断所述数据报文的优先级参数，如果优先级为高，则产生将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论，如果优先级为低，则产生丢弃所述数据报文的判别结论。
进一步地，当所述TM判别模块判断出所述输出端口队列的当前已耗用容量尚未达到所述输出逻辑端口缓存门限值时，所产生的将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论中，还包括采用加权的随机早检测算法对所述输出端口队列进行拥塞控制。
进一步地，所述TM判别模块还用于，在产生将数据报文加入到输出端口队列的判别结论时，更新所述输出端口队列的当前已耗用容量。
本发明在TM微引擎部分利用ACL规则实现数据报文的局部阻塞，通过阻塞低优先级数据报文能够有效的避免拥塞发生；同时，如果在TM微引擎部分与WRED算法配合，对拥塞控制能够取得更优的效果，在资源紧张情况下，保证高优先级报文转发，低优先级报文丢弃的策略，能够避免WRED丢弃时，丢弃高优先级报文情况发生。
附图说明
图1为本发明实施例的网络处理器输出端口队列的管理系统的组成框图；
图2为本发明实施例的网络处理器输出端口队列的管理方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：在TM微引擎中，根据配置的ACL规则及所接收数据报文的优先级标识确定是否将报文加入到输出端口队列，从而实现在输出端口阻塞特定数据报文，同时允许继续转发其他数据报文。
基于上述思想，本发明提供了一种基于ACL实现网络处理器输出端口的队列管理方法，主要包括以下步骤：
步骤1.设置输出逻辑端口缓存门限值，作为输出端口队列ACL规则的一部分；
步骤2.流分类微引擎接收数据报文，查询树表输入表项，对数据报文头部关键字段进行模式匹配，并根据树表返回的匹配结论，令数据报文跳转到相应业务处理流；
步骤3.完成流分类功能后，在发送到下一级微引擎处理之前，标识数据报文的优先级，并将数据报文及其优先级参数一同发送到下游逻辑；
步骤4.接收到数据报文时，TM微引擎以该数据报文携带的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为ACL规则，产生数据报文加入输出端口队列或者不加入输出端口队列的判别结论，设置数据报文状态，完成数据报文在TM微引擎输出端口队列的转发或者丢弃处理。
下面结合附图及具体实施例对本发明技术方案的实施作进一步详细描述。
如图1所示，本发明实施例的网络处理器输出端口队列的管理系统主要由以下模块组成：报文类型识别模块、优先级标识模块、TM判别模块和转发丢弃模块。其中，报文类型识别模块和优先级标识模块在网络处理器FPP微引擎部分实现，TM判别模块和转发丢弃模块是在网络处理器TM微引擎部分实现。数据报文的处理顺序依次经过报文类型识别模块、优先级标识模块、TM判别模块和转发丢弃模块，各个模块并行处理数据。
本实施例中各模块的作用如下：
报文类型识别模块用于，对进入的数据报文通过查询树表实现模式匹配，并根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；
优先级标识模块用于，对于进入指定业务流的数据报文，在完成流分类功能后，在发送到下一级微引擎(即TM微引擎)处理之前，标识该报文的优先级，并将优先级参数与该报文一同发送到TM微引擎；
TM判别模块，负责缓存优先级标识模块发送过来的数据报文及报文携带优先级标识参数等分类结论，产生报文加入或不加入输出端口队列的判别结论，并将判别结论发送至转发丢弃模块；
转发丢弃模块用于，根据TM判别模块的判别结论，完成报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理等。
图2示出了本发明提供的网络处理器输出端口队列的管理方法的一个具体方案，该方案中，将CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)端口发出的报文和环回报文设置为转发高优先级(优先级参数pri＝1)，其它业务报文被设置为转发低优先级(优先级参数pri＝0)。输出端口队列管理根据报文优先级参数和预先配置的输出逻辑端口缓存门限值，实现报文局部阻塞的控制。该方案具体步骤如下：
步骤101，驱动软件完成网络处理器的硬件初始化；
步骤102.在配置文件中配置输出逻辑端口缓存门限值port_thresh的默认值，或者由驱动修改port_thresh的默认值，并将该输出逻辑端口缓存门限值作为输出端口队列ACL规则的一部分；
其中，配置输出逻辑端口缓存门限值port_thresh是现有技术的内容，但现有技术中该port_thresh的值是固定值，一般不对其进行修改，也并没有作为ACL规则。
步骤103.网路处理器接收数据报文；
步骤104.流分类微引擎FPP查询树表输入表项，模式匹配数据报文头部关键字段，返回匹配结果；
步骤105.FPP根据返回的匹配结果，令数据报文跳转到相应业务处理流，例如，根据匹配结果判断报文类型是否为普调报文，如果是，则转入步骤106，否则，转入步骤107；
在本实施例中，环回报文跳转到环回报文处理流；正常业务报文跳转到正常业务流。
步骤106.数据报文跳转到各种的处理流后，在发送到下一级微引擎处理之前，标识数据报文的优先级本实施例中将普调报文流标识为低优先级0，并进入步骤108；
步骤107.环回报文流标识为高优先级1，并进入步骤108；
如果有其他类型的报文，如CPU端口发出的报文，则跳转到CPU端口发送报文流，优先级也设为高优先级。
步骤108.利用fTransmit()函数将优先级参数和数据报文一同发送到下游逻辑，即TM微引擎；
步骤109.判断port_thresh最高比特位是否为1，如果是，则执行步骤110，否则，执行步骤111；
步骤110.判断输出端口队列的已耗用容量是否到达输出逻辑端口缓存门限值port_thresh，如果是，则执行步骤112，否则，执行步骤111；
该步骤中，TM微引擎缓存FPP微引擎发送过来的数据报文及携带的优先级参数等分类结论，并以数据报文的优先级参数和步骤102中配置的输出逻辑端口缓存门限值port_thresh作为ACL规则，在后续步骤中根据该ACL规则产生报文入队或者不入队的判别结论。
步骤111.采用WRED算法实现输出端口队列管理拥塞控制；
步骤112.判断pri是否为0，如果是，则执行步骤113，否则，执行步骤114；
步骤113.根据ACL规则产生普调报文不加入输出端口队列的判别结论，并根据该判别结论丢弃普调报文；
步骤114.根据ACL规则产生加入输出端口队列的判别结论，并根据该判别结论将环回报文加入输出端口队列进行转发，同时更新输出端口队列的当前已耗用容量。
至此，已完成数据报文在TM微引擎输出端口队列的转发或者丢弃处理，本流程结束。
由上述流程可知，在需要对正常数据报文进行阻塞时，可通过驱动对输出逻辑端口缓存门限值port_thresh进行修改，例如，port_thresh为2个字节(16比特)，将其最高比特位设置为1，同时将输出端口队列当前已消耗容量设为最大值，则说明输出端口队列已处于满的状态，此时，正常数据报文将被丢弃，从而实现对特定报文的阻塞处理。

Claims (10)

1、一种网络处理器输出端口队列的管理方法，其特征在于，包括：
流分类FPP微引擎对接收到的数据报文通过查询树表实现模式匹配，根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；对于进入相应业务流的数据报文，标识数据报文的优先级，并将所述数据报文及其优先级参数一同发送到流量整形TM微引擎；
TM微引擎以所述数据报文的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为访问控制列表ACL规则，并根据所述ACL规则产生所述数据报文是否加入到输出端口队列的判别结论，完成所述数据报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述FPP微引擎在标识所述数据报文的优先级时，将中央处理单元CPU端口发出的报文和环回报文标识为高优先级，普调业务报文标识为低优先级。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述TM微引擎根据所述ACL规则产生判别结论时，具体包括如下步骤：
所述TM微引擎判断所述输出端口队列的当前已耗用容量是否达到所述输出逻辑端口缓存门限值，如果未达到，则将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发；如果已达到，则再判断所述数据报文的优先级参数，如果优先级为高，则将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发，如果优先级为低，则丢弃所述数据报文。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，
如果所述TM微引擎判断出所述输出端口队列的当前已耗用容量尚未达到所述输出逻辑端口缓存门限值，则在将所述数据报文加入到所述输出端口队列进行转发的同时，采用加权的随机早检测算法对所述输出端口队列进行拥塞控制。
5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述TM微引擎在将数据报文加入到输出端口队列中时，更新所述输出端口队列的当前已耗用容量。
6、一种网络处理器输出端口队列的管理系统，包括FPP微引擎和TM微引擎，其特征在于，所述FPP微引擎进一步包括报文类型识别模块和优先级标识模块，所述TM微引擎进一步包括TM判别模块和转发丢弃模块，其中：
所述报文类型识别模块用于，对接收到的数据报文通过查询树表实现模式匹配，根据匹配结果令数据报文进入相应业务处理流；
所述优先级标识模块用于，对于进入相应业务流的数据报文，标识数据报文的优先级，并将所述数据报文及其优先级参数一同发送到所述TM判别模块；
所述TM判别模块，以所述数据报文的优先级参数及输出逻辑端口缓存门限值作为ACL规则，根据所述ACL规则产生所述数据报文是否加入到输出端口队列的判别结论，并将该判别结论发送至所述转发丢弃模块；
所述转发丢弃模块用于，根据接收到的所述判别结论，完成所述数据报文在TM微引擎输出接口队列的转发或者丢弃处理。
7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述优先级标识模块在标识所述数据报文的优先级时，将CPU端口发出的报文和环回报文标识为高优先级，普调业务报文标识为低优先级。
8、如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，
所述TM判别模块在根据所述ACL规则产生判别结论时，首先判断所述输出端口队列的当前已耗用容量是否达到所述输出逻辑端口缓存门限值，如果未达到，则产生将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论；如果已达到，则再判断所述数据报文的优先级参数，如果优先级为高，则产生将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论，如果优先级为低，则产生丢弃所述数据报文的判别结论。
9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，
当所述TM判别模块判断出所述输出端口队列的当前已耗用容量尚未达到所述输出逻辑端口缓存门限值时，所产生的将所述数据报文加入到所述输出端口队列的判别结论中，还包括采用加权的随机早检测算法对所述输出端口队列进行拥塞控制。
10、如权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述TM判别模块还用于，在产生将数据报文加入到输出端口队列的判别结论时，更新所述输出端口队列的当前已耗用容量。
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