CN101667974B

CN101667974B - 一种实现分层服务质量的方法及网络处理器

Info

Publication number: CN101667974B
Application number: CN200910204320A
Authority: CN
Inventors: 李剑虹
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-10-12
Also published as: CN101667974A

Abstract

本发明公开了一种在网络处理器上实现HQoS的方法及该网络处理器，其中所述方法包括：配置模块根据所述流量管理器的处理能力配置HQoS策略并下发给驱动检测模块，并将所述HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；驱动检测模块根据所述HQoS策略计算出每个节点所对应数据流的流ID并填充入相应的HQoS表项中，以及根据所述HQoS策略对TM进行配置；微码模块读取所述流ID，并将其填充到TM的相应寄存器中，TM根据填充的流ID，对通过所述端口的数据流进行相应的管理和调度。本发明可以实现硬件级别的流量调度、管理等功能，采取软件配置与硬件调度结合的方法，实现了更精确的HQoS调度。

Description

一种实现分层服务质量的方法及网络处理器

技术领域

本发明涉及数据传输领域的网络处理器，尤其涉及一种实现HQoS(Hierarchical Quality of Service分层服务质量)的方法，还涉及一种实现HQoS的网络处理器。

背景技术

网络处理器是目前为了提高复杂网络数据处理而普遍应用的处理器件。在应用中，一般分为数据处理层面和控制处理层面，由具有高速数据处理能力的微引擎进行数据转发处理，由普通处理器对网络处理器进行控制配置。网络处理器的关键特征是其可编程的特性，因此可以通过软件开发满足用户新的需求。

Qos(Quality of Service服务质量)是一种控制机制，它提供针对不同用户不同的数据流相应的采用不同的优先级，采取不同的动作，或者是根据应用程序的要求，保证数据流的性能达到一定的水准。

目前计算机网络的高速发展，使得对带宽、延迟、抖动敏感的语音、图像、重要数据越来越多地在网上传输。为了能够对数据传输性能提供不同的承诺和保证，广泛使用了QoS技术来保证网络传输质量。

随着用户规模的扩大，业务种类的增多，要求以太网设备不仅能够进一步细化区分业务流量，而且还能够对多个用户、多种业务、多种流量等传输对象进行统一管理和分层调度。显然，这些应用对于传统的QoS技术来说，是很难实现的。

为了达到分层调度的目的，HQoS(Hierarchical Quality of Service分层QoS)技术将调度策略组装成了分层次的树状结构。HQoS与传统的一层QoS相比，最大的区别是可以将调度队列划分为如物理级别、逻辑级别、应用或业务级别等多个调度级别，每一级别可以使用不同的特征进行流量管理。例如，物理级别用于管理整个物理接口的带宽，而逻辑级别可以用于管理接口上各用户的带宽，业务级别可以用于管理某一用户各种不同业务的带宽。这样通过不同级别的队列调度，实现了多层次的流量管理，从而可以更好地帮助运营商实现多用户、多业务的服务管理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在网络处理器上实现HQoS的方法及该网络处理器，以满足日益复杂的层次化HQoS要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现分层服务质量的方法，应用于包括配置模块、驱动检测模块、微码模块和流量管理器(TM)的网络处理器，包括：

所述配置模块根据所述流量管理器的处理能力配置分层服务质量(HQoS)策略并下发给所述驱动检测模块，并将所述HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；

所述驱动检测模块根据所述HQoS策略计算出每个节点所对应数据流的流ID并填充入相应的HQoS表项中，以及根据所述HQoS策略对所述TM进行配置；

所述微码模块读取所述流ID，并将其填充到所述TM的相应寄存器中，TM根据填充的流ID，对通过所述端口的数据流进行相应的管理和调度。

进一步的，本发明还包括：所述驱动检测模块在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；所述微码模块读取所述绑定HQoS策略的端口对应的端口表，当判定其存在所述HQoS标志位时，构造HQoS查表键值，查询HQoS表项，从表项结果中读取所述流ID并将其填充到所述TM的相应寄存器中。

进一步的，本发明还包括：所述HQoS策略以树型结构表保存，包括一级的端口信息，二级的虚拟局域网信息，三级的访问控制列表信息，四级的优先级信息，其中每一级的每个数据流均配置了不同的加权随机早期丢弃算法(WRED)参数、加权公平队列调度(WFQ)参数和流量整形(Shape)参数。

进一步的，所述驱动检测模块根据所述HQoS策略，计算出每个节点所对应数据流的流ID，进一步包括：所述驱动检测模块从所述树形结构表中获取树的根节点，然后读出该根节点在本层的相对偏移；通过所述根节点的指针访问所述根节点的分支节点，在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，得到本节点的绝对偏移；遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID，并且将这些节点对应的WRED参数、WFQ参数和Shape参数绑定到其对应的流ID的队列中。

进一步的，所述驱动检测模块将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置；所述微码模块通过查询所述HQoS表项，读取所述流ID。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种实现分层服务质量的网络处理器，包括：配置模块、驱动检测模块、微码模块和流量管理器(TM)，其中，

所述配置模块，用于根据流量管理器的处理能力配置HQoS策略并下发给所述驱动检测模块，并将所述HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；

所述驱动检测模块，用于根据所述HQoS策略获取每个节点所对应数据流的流ID并通知所述微码模块，以及根据所述HQoS策略对所述TM进行配置；

所述微码模块，用于读取所述流ID并将其填充到所述TM的相应寄存器中；

所述TM根据所述流ID，对通过所述端口的数据流进行相应的管理和调度。

进一步的，所述驱动检测模块，还用于在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；所述微码模块，还用于读取所述绑定HQoS策略的端口对应的端口表，当判定其存在所述HQoS标志位时，构造HQoS表项查表键值，查询HQoS表项，并读取所述流ID并将其填充到所述TM的相应寄存器中。

进一步的，所述配置模块，将所述HQoS策略保存为树型结构表，包括一级的端口信息，二级的虚拟局域网信息，三级的访问控制列表信息，四级的优先级信息，其中每一级的每个流均配置了不同的WRED参数、WFQ参数和Shape参数。

进一步的，所述驱动检测模块，还用于从所述树形结构表中获取树的根节点，然后读出该根节点在本层的相对偏移，通过所述根节点的指针访问所述根节点的分支节点，在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，得到本节点的绝对偏移，遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID，并且将这些节点对应的WRED参数、WFQ参数和Shape参数绑定到其对应的流ID的队列中。

进一步的，所述驱动检测模块，还用于将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置；所述微码模块，还用于通过查询所述HQoS表项，读取所述流ID。

进一步的，所述驱动检测模块，还用于检测配置模块下发的HQoS树形结构表中的参数是否发生变更，在发生变更时根据所述变更的HQoS参数更新所述TM的配置和所述HQoS表项。

本发明的有益技术效果：

由于网络处理器带有一个硬件的TM(Traffic Management流量管理器)，本发明可以实现硬件级别的流量调度、管理等功能，因此本方案依靠软件配置与硬件调度结合的方法，实现了更精确的HQoS调度。

附图说明

图1为本发明实施例中的方法流程图。

图2本发明实施例中使用的HQoS表项示意图。

图3本发明实施例中装置结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于：配置模块根据所述流量管理器的处理能力配置分层服务质量(HQoS)策略并下发给所述驱动检测模块，并将所述HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；驱动检测模块根据所述HQoS策略计算出每个节点所对应数据流的流ID并填充入相应的HQoS表项中，以及根据所述HQoS策略对TM进行配置；微码模块读取所述流ID，并将其填充到所述TM的相应寄存器中，TM根据填充的流ID，对通过所述端口的数据流进行相应的管理和调度。

现有的设计方案根据TM的限制分为两种规格，一种为16K模式，一种为64K模式。下面以16K模式为例：

一个TM最多可以配置32个第一级队列，如上也就是最多可以匹配32个端口。

一个TM最多个可以配置256个第二级队列，如上也就是最多可以匹配256个VLAN。

一个TM最多可以配置4096个第三级队列，根据设计的需要，为了第4级每个不同的ACL可以匹配8个优先级，本方案最多可以配置2048个ACL。

一个TM最多可以配置16K个不同的队列，本设计方案支持每个第三级队列支持8个优先级，所以最终支持2K×8＝16K个队列的调度。

用户可以针对不同级别的不同队列采取不同队列调度和队列管理，本方案支持目前常用的拥塞避免、队列调度和流量整形算法，支持的算法有：

WRED(Weighted Random Early Discard加权随机早期丢弃算法)，属于拥塞避免算法的一种，是将早期随机丢弃和优先级排队结合起来，这种结合为高优先级数据包提供了优先通过的处理能力，当端口发生拥塞时，算法会优先的选择丢弃较低优先级的数据包。

WFQ(Weighted Fair Queuing加权公平队列调度)，属于队列调度算法的一种，是按着队列的权值进行轮询调度。

PQ(Preference Queue优先级队列调度算法)，是按着优先级进行队列调度，保证高优先级的流比第优先级的流优先转发。

Shape流量整形，对输出数据包的速率进行控制，使数据以均匀的速率发送出去。

参见图1，本发明方法的实施流程如下：

步骤S0，网络处理器中的配置模块首先配置HQoS策略，策略下可以配置每一级的流分类，比如第二级匹配某个VLAN，然后针对此流分类可以配置具体的WFQ，WRED，Shape等参数，最终将配置好的HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上。

网络处理器中的配置模块根据TM硬件现有的处理能力(参考的参数是TM硬件的规格或模式)，可以为数据流配置四级调度，并且根据需要对每一级需要匹配的模式进行配置；

例如可以配置端口为第一级，VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)为第二级，ACL(Access Control List访问控制列表)为第三级，优先级为第四级。网络处理器中的配置模块将所有的配置存放在一个树型结构表中，当整个HQoS策略绑定到端口上时，下发给驱动检测模块；树型结构表中每个节点包括以下参数：节点所处的层数(比如VLAN一级)、该节点在本层的相对偏移、本节点的Qos调度算法所需要的参数；

步骤S1，此时网络处理器中的驱动检测模块根据配置模块下发的树型结构表获取出每级的偏移，得到每个节点所对应流的流ID；

同时根据配置模块下发的HQoS参数(如WRED，WFQ，Shape等参数)对TM(Traffic Management，流量管理器)进行配置；

驱动检测模块得到每个节点所对应流的流ID的算法如下：

步骤A：从配置模块下发的树形结构表中获取树的根节点，然后读出节点在本层的相对偏移；

步骤B：通过根节点的指针访问树的分支节点；在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，最终的结果就是本节点的绝对偏移；

步骤C：同理，遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID，并且将这些节点对应的WRED，WFQ，Shape的信息绑定到其对应的流ID的队列中；

步骤S2，驱动检测模块将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置，表项的格式参见图2；同时要在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；

此时检测HQoS树形结构表中的参数是否发生变化，如果HQoS参数有所变化，则执行步骤S3；如果没有变化，则执行S4；

步骤S3，对变化的HQoS参数进行更新，返回步骤S1，使用更新后的参数重新配置TM；

步骤S4，微码模块读取端口表，判断是否有HQoS标志位，如果没有，则执行其他流程，本发明不予讨论；否则，执行步骤S5；

步骤S5，微码模块构造HQoS查表键值，查询HQoS表项；

步骤S6，微码模块从HQoS表项中读取流ID，并将其填充入TM的相应寄存器中；

步骤S6，TM会根据填充的流ID，对通过TM的数据流进行相应的管理和调度。

以下一个应用实例对本发明的方法进行进一步说明。

首先网络处理器中的配置模块配置一个整体的HQoS策略，此策略包括一级的端口信息，二级的VLAN信息，三级的ACL信息，四级的优先级信息，并且每一级的每个流均配置了不同的WRED，WFQ，Shape等信息；这些信息配置后下发给驱动检测模块；

驱动会按着实施流程计算出不同的流ID并写入HQoS表项，并且将此节点对应的WRED、WFQ、Shape的信息绑定到其对应的流ID队列中；比如流1的流ID计算出为248，那么将其写入流1所对应表项的结果中；

微码处理模块从HQoS表项中读取流1的流ID248，将其送入TM的相应寄存器中；

TM得知流ID为248的数据流进来了，就按着其队列实现绑定好的WRED，WFQ，Shape参数对该数据流进行调度。

本发明根据网络处理器的TM，利用驱动检测模块对TM进行配置并且下发相应的HQoS表项，利用微码模块从表项中读取流ID，并最终填充到TM的寄存器中，从而实现了更细分，更精确的数据流的流量调度和管理。

参见图3，本发明的网络处理器，包括三个处理模块：命令行配置模块，主要负责具体每一级流分类和QoS参数的配置；驱动检测模块，主要负责TM的参数配置和写表工作；微码模块，主要负责数据包的转发。

其中，配置模块10，用于根据TM硬件现有的处理能力(参考的参数是TM硬件的规格或模式)，可以为数据流配置四级调度，并且根据需要对每一级需要匹配的模式进行配置；

例如可以配置端口为第一级，VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)为第二级，ACL(Access Control List)为第三级，优先级为第四级。网络处理器中的配置模块将所有的配置存放在一个树型结构表中，当整个HQoS策略绑定到端口上时，下发给驱动检测模块；树型结构表中每个节点包括以下参数：节点所处的层数(比如VLAN一级)、该节点在本层的相对偏移、本节点的Qos调度算法所需要的参数；

配置模块10，配置得到一个HQoS策略，此策略保存为树型结构表，包括一级的端口信息，二级的VLAN信息，三级的ACL信息，四级的优先级信息，并且每一级的每个流均配置了不同的WRED，WFQ，Shape等信息；将这些信息配置后下发给驱动检测模块20，并且将配置好的HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；

驱动检测模块20，用于根据配置模块下发的树型结构表获取出每级的偏移，得到每个节点所对应流的流ID，将这些节点对应的WRED，WFQ，Shape的信息绑定到其对应的流ID的队列中，将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置，将所述HQoS表项发给微码模块30；同时在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；

驱动检测模块20，还用于同时根据配置模块下发的HQoS参数(如WRED，WFQ，Shape等参数)对TM 40进行配置；

驱动检测模块20，在检测到配置模块下发的HQoS树形结构表中的参数发生变更时，还用于根据所述变更的HQoS参数更新TM 40的配置和相应的HQoS表项；

微码模块30，读取绑定HQoS策略的端口上的端口表，发现HQoS标志位后，构造HQoS查表键值，查询HQoS表项，从HQoS表项中读取流ID，并将其填充入TM40的相应寄存器中。

TM40，用于根据填充的流ID，对通过TM40的数据流进行相应的管理和调度。

以上驱动检测模块20计算流ID时，具体完成以下功能：从配置模块下发的树形结构表中获取树的根节点，然后读出节点在本层的相对偏移；通过根节点的指针访问树的分支节点，在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，最终的结果就是本节点的绝对偏移；遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID。

其与前述的方法的操作流程对应，不足之处参考上述方法部分的叙述，在此不一一赘述。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权力要求的保护范围内。

Claims

1.一种实现分层服务质量的方法，其特征在于，应用于包括配置模块、驱动检测模块、微码模块和流量管理器TM的网络处理器，包括：

所述配置模块根据所述流量管理器的处理能力配置分层服务质量HQoS策略并下发给所述驱动检测模块，并将所述HQoS策略绑定在需要HQoS调度的端口上；

所述驱动检测模块根据所述HQoS策略计算出HQoS树形结构表中的每个节点所对应数据流的流ID并填充入相应的HQoS表项中，以及根据所述HQoS策略对所述TM进行配置；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述驱动检测模块在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；

所述微码模块读取所述绑定HQoS策略的端口对应的端口表，当判定其存在所述HQoS标志位时，构造HQoS查表键值，查询HQoS表项，从表项结果中读取所述流ID并将其填充到所述TM的相应寄存器中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述HQoS策略以树型结构表保存，包括一级的端口信息，二级的虚拟局域网信息，三级的访问控制列表信息，四级的优先级信息，其中每一级的每个数据流均配置了不同的加权随机早期丢弃算法WRED参数、加权公平队列调度WFQ参数和流量整形Shape参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述驱动检测模块根据所述HQoS策略，计算出每个节点所对应数据流的流ID，进一步包括：

所述驱动检测模块从所述树形结构表中获取树的根节点，然后读出该根节点在本层的相对偏移；

通过所述根节点的指针访问所述根节点的分支节点，在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，得到本节点的绝对偏移；

遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID，并且将这些节点对应的WRED参数、WFQ参数和Shape参数绑定到其对应的流ID的队列中。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述驱动检测模块将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置；

所述微码模块通过查询所述HQoS表项，读取所述流ID。

6.一种实现分层服务质量的网络处理器，其特征在于，包括：配置模块、驱动检测模块、微码模块和流量管理器TM，其中，

所述驱动检测模块，用于根据所述HQoS策略获取HQoS树形结构表中的每个节点所对应数据流的流ID并通知所述微码模块，以及根据所述HQoS策略对所述TM进行配置；

7.如权利要求6所述的网络处理器，其特征在于，

所述驱动检测模块，还用于在绑定HQoS策略的端口对应的端口表上设置HQoS标志位；

所述微码模块，还用于读取所述绑定HQoS策略的端口对应的端口表，当判定其存在所述HQoS标志位时，构造HQoS表项查表键值，查询HQoS表项，并读取所述流ID并将其填充到所述TM的相应寄存器中。

8.如权利要求7所述的网络处理器，其特征在于，

所述配置模块，将所述HQoS策略保存为树型结构表，包括一级的端口信息，二级的虚拟局域网信息，三级的访问控制列表信息，四级的优先级信息，其中每一级的每个流均配置了不同的加权随机早期丢弃算法WRED参数、加权公平队列调度WFQ参数和流量整形Shape参数。

9.如权利要求8所述的网络处理器，其特征在于，

所述驱动检测模块，还用于从所述树形结构表中获取树的根节点，然后读出该根节点在本层的相对偏移，通过所述根节点的指针访问所述根节点的分支节点，在分支节点这一层，首先根据树形结构表读取本层的相对偏移，然后使用上级节点的偏移乘以本级最多能容纳的队列数，再加上本节点的相对偏移，得到本节点的绝对偏移，遍历树形结构表中的每一个节点，算出每一个节点的绝对偏移，这些节点的绝对偏移就是本节点所对应流的流ID，并且将这些节点对应的WRED参数、WFQ参数和Shape参数绑定到其对应的流ID的队列中。

10.如权利要求9所述的网络处理器，其特征在于，

所述驱动检测模块，还用于将所述流ID的队列写入到HQoS表项中与其数据流对应的位置；

所述微码模块，还用于通过查询所述HQoS表项，读取所述流ID。

11.如权利要求9所述的网络处理器，其特征在于，

所述驱动检测模块，还用于检测配置模块下发的HQoS树形结构表中的参数是否发生变更，在发生变更时根据所述变更的HQoS参数更新所述TM的配置和所述HQoS表项。