CN101729424B - 一种流量转发的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量转发方法、设备和系统。该方法包括：汇聚交换设备接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测；汇聚交换设备判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口；汇聚交换设备将流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到选择的流量小于第二预设阈值的端口。通过使用本发明，将多个接入交换设备连接起来，共享与汇聚交换设备间的上行链路，并由汇聚交换设备通过端口间的流量迁移实现流量控制，进一步提高了系统对流量突发情况的承载能力。

Description

一种流量转发的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种流量转发的方法、设备和系统。 

背景技术

现有技术中，多媒体终端接入网络中时典型的网络结构如图1所示。每一台位于接入层的接入交换机下都要下挂多个终端，在监控接入的场景中，终端可以为编码器EC(Encoder)(图1以监控场景为例)；在视讯产品的场景中，终端可以为多媒体网关，视频流通过位于接入层的接入交换机到达位于汇聚层的汇聚交换机。无论是哪一种场景下的终端，其视频流都存在流量突发的现象。流量突发是指流量瞬间需要占用一个比较大的带宽，主要产生的原因包括：图像的运动，I帧和P帧的大小不一致等。例如当图像从静止变成运动时，瞬间流量比平均带宽会大很多。该瞬间流量会造成接入交换机拥塞并丢包，导致图像出现马赛克或者跳动。一些交换机受流量突发而导致承载能力会下降到50％或者更恶劣。对于图1所示的组网场景，为了防止丢包，必须增加接入交换机的带宽，使其可以承载所有下挂终端的流量突发，虽然大部分时间内，可能只有一半的终端需要发送流量。 

为了解决上述问题，现有技术中提供了以下技术方案： 

(1)通过限制每一个交换机下挂的EC个数，或者在接入交换机上增加一条上行链路做链路聚合。 

该方法的缺点在于，限制接入交换机下挂的终端个数意味着需要更多的接入交换机，并且汇聚层的接口需要增加。另外，如果在接入交换机上增加一条上行链路做聚合，则对接入交换机有特殊要求，需要支持链路聚合，另外也需要增加汇聚交换机的接口数量。因此，将增加系统成本。 

(2)对接入层设备进行IRF堆叠(Intelligent Resilient Framework，智能弹性架构)，如图2所示，接入交换机进行IRF堆叠，上行链路进行链路聚合。 通过堆叠组的HASH算法，将上行流量在多个上行链路上负载分担。 

该方法的缺点在于，IRF堆叠技术一般用于进行设备扩展，并且各接入交换机堆叠后，内部进行的是全转发，也就是说进行流量转发的时候，在堆叠线路上的流量将非常大，一般都需要使用光纤或者专用的堆叠线，投资比较大；如图2的两条流量通过HASH算法从接入交换机A向汇聚交换机转发。另外，由于能堆叠在一起的设备必须厂家、设备型号都一致，因此对现有接入交换机存在额外要求。最后，各接入交换机堆叠后，相当于一台接入交换机，其选择哪一个上行链路进行转发由该堆叠形成的接入交换机内部的HASH算法控制，外界无法控制；即使某条上行链路因为拥塞丢包，堆叠组也不会做出调整，而汇聚交换机也无法通过流量监控和调控手段来动态的使得各接入交换机的上行链路的流量达到均衡。 

发明内容

本发明提供了一种流量转发的方法、设备和系统，用于提高网络系统对于终端突发流量的承载转发能力。 

本发明提供了一种流量转发的方法，应用于至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，所述方法包括： 

所述汇聚交换设备接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测； 

所述汇聚交换设备判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口； 

所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

其中，所述共享端口组中包括的多个端口具有相同的因特网协议IP地址，具有不同的媒体接入控制MAC地址，同时启动了端口隔离功能。 

其中，所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分 流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口，包括： 

所述汇聚交换设备向与所述流量小于第二预设阈值的端口连接的接入交换设备发送地址解析协议ARP应答报文，所述ARP应答报文的目的MAC地址为通过与所述流量超过第一预设阈值的端口对应的接入交换设备接入网络的终端，回应的MAC地址为所述流量小于第二预设阈值的端口的MAC地址 

其中，所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口后，还包括： 

所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口标识为初始端口，将所述迁移涉及的流量小于第二预设阈值的端口标识为迁移端口； 

当检测到所述初始端口的流量低于第三预设阈值时，将迁移到所述迁移端口中的流量迁移回所述初始端口；并删除所述初始端口和迁移端口的标识。 

其中，所述多台接入交换设备上，连接为链状设备组所使用的端口均启用了广播抑制功能。 

本发明还提供了一种交换设备，作为汇聚交换设备应用于至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，所述交换设备包括： 

流量检测单元，用于对于各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量进行检测； 

端口选择单元，用于当所述流量检测单元判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口； 

流量迁移单元，用于将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述端口选择单元选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

其中，所述共享端口组中包括的多个端口具有相同的因特网协议IP地址，具有不同的媒体接入控制MAC地址，同时启动了端口隔离功能。 

其中，所述流量迁移单元，具体用于： 

向与所述流量小于第二预设阈值的端口连接的接入交换设备发送ARP应 答报文，所述ARP应答报文的目的MAC地址为通过与所述流量超过第一预设阈值的端口对应的接入交换设备接入网络的终端，回应的MAC地址为所述流量小于第二预设阈值的端口的MAC地址 

其中，所述流量迁移单元，还用于将所述流量超过第一预设阈值的端口标识为初始端口，将所述迁移涉及的流量小于第二预设阈值的端口标识为迁移端口；当所述流量检测单元检测到所述初始端口的流量低于预设的第三阈值时，将迁移到所述迁移端口中的流量迁移回所述初始端口；并删除所述初始端口和迁移端口的标识。 

本发明还提供了一种流量转发系统，至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，其中： 

所述接入交换设备，用于通过与所述汇聚交换设备连接的端口向所述汇聚交换设备转发流量； 

所述汇聚交换设备，用于接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测；当判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口，并将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

通过使用本发明，将多个接入交换设备连接起来，共享与汇聚交换设备间的上行链路，并由汇聚交换设备通过端口间的流量迁移实现流量控制，进一步提高了系统对多媒体流量突发情况的承载能力。 

附图说明

图1是现有技术中终端编码器接入网络的组网示意图； 

图2是现有技术中通过IRF堆叠进行流量转发的组网示意图； 

图3是本发明中提供的流量转发方法的流程图； 

图4是本发明应用场景中流量转发方法的组网示意图； 

图5是本发明应用场景中流量迁移前的流量转发示意图； 

图6是本发明应用场景中流量迁移后的流量转发示意图； 

图7是本发明中提供的交换设备的结构示意图。 

具体实施方式

本发明提供了一种流量转发方法，应用于至少包括一台位于汇聚层的汇聚交换设备和多台位于接入层的接入交换设备的网络系统中，其核心思想在于，将多台接入交换设备连接为链状设备组，汇聚交换设备与各接入交换设备相连，并将与多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，由汇聚交换设备通过共享端口组内各端口之间的流量迁移实现流量控制，使得各接入交换设备共享与汇聚交换设备间的上行链路，从而提高流量突发的承载能力。具体地，如图3所示，该方法包括以下步骤： 

步骤s301、汇聚交换设备接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测； 

步骤s302、汇聚交换设备判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口； 

步骤s303、汇聚交换设备将流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

以下结合一个具体的应用场景，描述本发明中提供的流量转发方法的具体实施方式。 

本发明应用场景中的一个典型组网示意图如图4所示，其中包括一台位于汇聚层的汇聚交换设备(Switch)和A、B、C共三台位于接入层的接入交换设备(Switch)。考虑到接入交换设备的接口比较多也比较便宜，本发明中将接入交换设备A、B、C用网线连接起来，组成一个链状设备组。在这些链路端口上启用广播抑制功能，禁止广播报文的转发和接收。例如，以接入交换设备A为例，接入交换设备A从汇聚交换设备接收到广播报文时，只向下行方向的终端转发，而不向接入交换设备B发送。当接收到的下行单播报文中的目的 MAC地址在本地表项不存在时，接入交换设备A向各个端口广播该报文。 

在汇聚交换设备上，将与接入交换设备A、B、C连接的端口a、b、c加入到一个共享端口组中。这个共享端口组拥有一个IP地址，但是对应每一个端口a、b、c都有一个接口MAC(Medium Access Control，媒体接入控制)地址，回应每一个端口上来的ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)请求报文时，回复的MAC地址是该端口的物理MAC地址。该端口组启用端口隔离功能，防止出现环路。 

正常情况下，如图5所示，各EC的上行流量通过本地的接入交换设备发给汇聚交换设备。汇聚交换设备对共享端口组中的各个端口a、b、c，使用Net Flow功能进行入方向流量统计。流量统计包括每条流的源MAC、源IP地址、流量大小。具体统计结果的一种可选记录形式可以如表1所示： 

表1、流量统计报表 

以接入交换设备B的上行流量y超过了预设的第一阈值为例，当汇聚接入设备发现端口组中的端口b的接入流量总和比较大、超过某一个临界流量即第一阈值(对于不同的端口，其第一阈值可以相同或不同)的上限值时，获取共享端口组中的其他端口a和c的流量统计，找到流量比较小的一个端口(例如设置一个第二预设阈值，选择流量小于该第二预设阈值的端口；对于 不同的端口，其第二阈值可以相同或不同)。以流量比较小的端口为端口a为例，向端口a主动发送三层接口的ARP应答报文，ARP应答报文的目的MAC地址为接入交换设备B下面的某台EC设备，回应的MAC地址填的是端口a的MAC地址，这个ARP应答报文会经过接入交换设备A、B到达该EC设备，EC设备接收到该ARP应答报文后，学习路由路径，然后刷新自己的ARP表项，流量就会通过B、A后到达汇聚交换设备的a端口，这样流量不用通过接入交换设备B的上行端口b即可到达汇聚交换设备，减轻了汇聚交换设备上端口b的流量转发压力。发生流量迁移后的流量示意图如图6所示，汇聚交换设备在端口a上发送了ARP应答报文后，将对于原本在端口b接收上的流量流量迁移到接入交换设备A上，再从端口a转发到汇聚交换设备。在流量迁移后，如果端口b的上行流量仍超过预设的上限阈值，则继续向端口a或端口c迁移流量，对于该过程在此不进行重复介绍。 

另外，汇聚交换设备在流量迁移发生后，需要对迁移的流量进行记录，存储迁移记录表项。迁移记录表项的一个可选形式如下表2所示： 

表2  迁移记录表项 

终端MAC地址	终端IP地址	初始端口	迁移端口
				xx-xx-xx-xx-xx-xx	xx-xx-xx-xx	b	a

在b端口的流量下降后(例如小于第三预设阈值时)，汇聚交换设备再根据迁移表项，在初始端口b上发送ARP应答报文，将流量重新迁移回初始端口b。具体的，根据记录的EC设备地址，从端口b主动发送三层接口的ARP应答报文，ARP应答报文的目的MAC地址为接入交换设备B下面的该EC设备，回应的MAC地址填的是端口b的MAC地址，使得流量重新迁移回初始端口b。 

通过使用本发明提供的方法，将多个接入交换设备连接起来，共享与汇聚交换设备间的上行链路，并由汇聚交换设备通过端口间的流量迁移实现流量控制，进一步提高了系统对流量突发情况的承载能力。 

本发明还提供了一种流量转发系统，至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，多台接入交换设备连接为链状设备组，汇聚交换设备与多台接入交换设备相连，并将与多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，其中： 

接入交换设备，用于通过与汇聚交换设备连接的端口向汇聚交换设备转发流量； 

汇聚交换设备，用于接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测；当判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口，并将流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量迁移到选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

本发明还提供了一种交换设备，作为汇聚交换设备应用于至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，多台接入交换设备连接为链状设备组，汇聚交换设备与多台接入交换设备相连，并将与多台接入交换设备的连接端口加入到一个共享端口组中，如图7所示，该交换设备包括： 

流量检测单元10，用于对于各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量进行检测； 

端口选择单元20，用于当流量检测单元10判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口； 

流量迁移单元30，用于将流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到端口选择单元20选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

其中，共享端口组中包括的多个端口具有相同的因特网协议IP地址，具有不同的媒体接入控制MAC地址，同时启动了端口隔离功能。 

其中，流量迁移单元30，具体用于： 

向与流量小于第二预设阈值的端口连接的接入交换设备发送ARP应答报文，ARP应答报文的目的MAC地址为通过与流量超过第一预设阈值的端口对应的接入交换设备接入网络的终端，回应的MAC地址为流量小于第二预设阈值的端口的MAC地址。 

另外，流量迁移单元30，还用于将流量超过第一预设阈值的端口标识为 初始端口，将迁移涉及的流量小于第二预设阈值的端口标识为迁移端口；当流量检测单元10检测到初始端口的流量低于预设的第三阈值时，将迁移到迁移端口中的流量迁移回初始端口；并删除初始端口和迁移端口的标识。 

通过使用本发明提供的系统和设备，将多个接入交换设备连接起来，共享与汇聚交换设备间的上行链路，并由汇聚交换设备通过端口间的流量迁移实现流量控制，进一步提高了系统对流量突发情况的承载能力。 

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。 

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本发明所必须的。 

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的单元可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。 

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 

Claims (10)

1.一种流量转发方法，其特征在于，应用于至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，所述方法包括：

所述汇聚交换设备接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测；

所述汇聚交换设备判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口；

所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述共享端口组中包括的多个端口具有相同的因特网协议IP地址，具有不同的媒体接入控制MAC地址，同时启动了端口隔离功能。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口，包括：

所述汇聚交换设备向与所述流量小于第二预设阈值的端口连接的接入交换设备发送地址解析协议ARP应答报文，所述ARP应答报文的目的MAC地址为通过与所述流量超过第一预设阈值的端口对应的接入交换设备接入网络的终端，回应的MAC地址为所述流量小于第二预设阈值的端口的MAC地址。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口后，还包括：

所述汇聚交换设备将所述流量超过第一预设阈值的端口标识为初始端口，将所述迁移涉及的流量小于第二预设阈值的端口标识为迁移端口；

当检测到所述初始端口的流量低于第三预设阈值时，将迁移到所述迁移端口中的流量迁移回所述初始端口；并删除所述初始端口和迁移端口的标识。 

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多台接入交换设备上，连接为链状设备组所使用的端口均启用了广播抑制功能。

6.一种交换设备，其特征在于，作为汇聚交换设备应用于至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备的网络系统中，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，所述交换设备包括：

流量检测单元，用于对于各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量进行检测；

端口选择单元，用于当所述流量检测单元判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口；

流量迁移单元，用于将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量，迁移到所述端口选择单元选择的流量小于第二预设阈值的端口。

7.如权利要求6所述的交换设备，其特征在于，所述共享端口组中包括的多个端口具有相同的因特网协议IP地址，具有不同的媒体接入控制MAC地址，同时启动了端口隔离功能。

8.如权利要求6或7所述的交换设备，其特征在于，所述流量迁移单元，具体用于：

向与所述流量小于第二预设阈值的端口连接的接入交换设备发送ARP应答报文，所述ARP应答报文的目的MAC地址为通过与所述流量超过第一预设阈值的端口对应的接入交换设备接入网络的终端，回应的MAC地址为所述流量小于第二预设阈值的端口的MAC地址。

9.如权利要求6或7所述的交换设备，其特征在于，

所述流量迁移单元，还用于将所述流量超过第一预设阈值的端口标识为初始端口，将所述迁移涉及的流量小于第二预设阈值的端口标识为迁移端口；当所述流量检测单元检测到所述初始端口的流量低于预设的第三阈值时，将迁移到所述迁移端口中的流量迁移回所述初始端口；并删除所述初始端口和迁移端口的标识。 

10.一种流量转发系统，其特征在于，至少包括一台汇聚交换设备和多台接入交换设备，所述多台接入交换设备连接为链状设备组，所述汇聚交换设备与所述多台接入交换设备相连，并将与所述多台接入交换设备连接的端口加入到一个共享端口组中，其中：

所述接入交换设备，用于通过与所述汇聚交换设备连接的端口向所述汇聚交换设备转发流量；

所述汇聚交换设备，用于接收各接入交换设备发往其共享端口组中的端口的流量，并对流量进行检测；当判断一个端口中的流量超过第一预设阈值时，选择所述共享端口组中流量小于第二预设阈值的端口，并将所述流量超过第一预设阈值的端口中的部分流量迁移到所述选择的流量小于第二预设阈值的端口。 

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