CN101873261B - 一种提高令牌桶流控效果的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高令牌桶流控效果的方法及设备。本发明将令牌桶的计算单位减小，再根据该减小的令牌桶计算单位，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数，然后对该计算得到的令牌桶数取整，从而得到实际消耗令牌桶数。本发明或者增大用于记录令牌桶数的表的表长，再根据该增大长度的表，得到不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数。本发明方法及设备大大地提高了网络消耗的令牌桶数的精度，优化了网络流控效果。

Description

一种提高令牌桶流控效果的方法及设备

技术领域

本发明涉及网络流量控制，尤其涉及令牌桶技术。

背景技术

令牌桶技术是一种常用的流量控制技术，令牌桶本身没有丢弃和优先级策略，其原理为：令牌以一定的速率放入桶中；每个令牌允许源发送一定数量的比特；每发送一个数据包，流量调节器就要从桶中删除与此数据包大小相等的令牌数；如果没有足够的令牌来发送数据包，这个数据包就会等待直到有足够的令牌，或者这个数据包被丢弃，也有可能被标记更低的DSCP(差分服务代码点)；桶有特定的容量，如果桶已经满了，新加入的令牌就会被丢弃。也就是，每个数据包过来后，消耗一定的桶，每隔一定时间会增加一定的桶，桶不够时，数据包就会被丢弃。

目前，令牌桶计算单位为tick(一瞬间)，tick是最小的时间计算单位。令牌桶计算公式为：

$\mathrm{TOK}=\frac{L}{\mathrm{RATE}}\×{10}^6\×\frac{\mathrm{tick}}{\mathrm{us}}---\left(1\right)$

其中，L为数据包长，单位为Byte(字节)；RATE为数据传输速率，单位为Byte/s，且RATE＝流控目标/8；

表示传输数据包所需要秒数，表示传输数据包所需微妙数，

表示传输数据包所需tick数。

表1是现有技术的用户配置网络流量控制时所生成的不同包长所消耗的令牌桶数的表，且该表显示的是流控目标为700Mbit/s时所消耗的令牌桶数的表。

下标	0	1	...	87	...	104	...	108	109	...	253	254	255
														TOK	0	0	...		...	9.5	...	9.8	9.9	...	23.1	23.2	23.3
VAL	0	0	...	7	...	9	...	9	9	...	23	23	23

如表1所示，现有技术中记录令牌桶数的表的表长为256(从0到255)；其中，下标为数据包长的标志，其值通过数据包长L除以8得到；TOK为不同包长情况下的令牌桶数，其值通过公式(1)得到；VAL为对TOK取整。

表1中，流控目标为700Mbit/s，如果数据包长为832、833、834、835、836、837、838或者839，分别对其除以8后计算出的下标都为104，对应的TOK数都是9.5。数据包长度为832与数据包长度为838记录到的令牌桶数相等，而实际上它们的令牌桶数应该是不相同的。由此可见，传统技术记录消耗令牌桶数的表的精度较低，随着人们对数据流控精度需求的不断提高，能够记录更高精度的令牌桶数的表的方法及其设备具有重要应用价值。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的提高令牌桶流控效果的方法及设备。

在第一方面，本发明提供了一种令牌桶流控方法，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表。且该令牌桶流控方法包括将所述令牌桶计算单位减小，再根据该减小的令牌桶计算单位，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数，然后对该计算得到的令牌桶数取整，从而得到实际消耗令牌桶数的步骤。

在第二方面，本发明提供了一种令牌桶流控方法，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表。且该令牌桶流控方法包括增大所述表的表长，再根据该增大长度的表，得到不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数的步骤。

在第三方面，本发明提供了一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表。且该网络流控设备包括将令牌桶的计算单位减小，并根据该减小的令牌桶计算单位，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数，再对该计算得到的令牌桶数取整以得到实际消耗令牌桶数的模块。

在第四方面，本发明提供了一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表。且该网络流控设备包括增大所述用于记录令牌桶数的表的表长，并根据该增大长度的表，得到不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数的模块。

本发明通过减小令牌桶计算单位，以及通过增加现有技术中用于记录所消耗令牌桶数的表的表长，从而提高了消耗令牌桶数的精度，优化了网络流控效果。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是网络流控设备框图。

具体实施方式

图1是网络流控设备框图。该设备包括流控配置模块110和令牌桶数计算模块120。

流控配置模块110是用户用于配置网络流控的模块，其配置数值是用户期望获取的流控目标，而不是实际得到的网络流量值。

令牌桶数计算模块120用于将现有技术中的令牌桶计算单位tick减倍，并基于来自流控配置模块110的流控目标，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数TOK1，再对该计算得到的令牌桶数TOK1取整从而得到实际消耗的令牌桶数VAL。

下面以令牌桶计算单位是

流控目标是700Mbit/s为例，阐述如何计算得到不同包长时的令牌桶数，以及如何得到实际消耗的令牌桶数。

表2是令牌桶计算单位为

的令牌桶数的表，且该表显示的是流控目标为700Mbit/s时计算得到的令牌桶数的表。该表2中的下标从1到255变化，TOK1为计算得到的令牌桶数，VAL1为实际消耗的令牌桶数。

下标1	0	1	...	104	105	106	107	108	109	...	253	254	255
														TOK1	0	0	...	152.1	153.6	155.0	156.5	157.9	159.4	...	370.0	371.5	373.0
VAL1	0	0	...	152	153	155	156	157	159	...	370	371	373

表2中，下标＝数据包长/8，在数据包长从0到2040时，下标从0到255。计算得到的令牌桶数TOK1为，

$\mathrm{TOK}1=\frac{L}{\mathrm{RATE}}\×10^6\left(\mathrm{tick}\right)=\frac{L}{\mathrm{RATE}}\×{10}^6\×16\left(\mathrm{tick}1\right)$

其中，计算得到的令牌桶数TOK1单位为tick1，该单位tick1为令牌桶新记载单位，且该新单位

L为数据包长，单位为Byte(字节)，且该数据包长L＝8*下标1；数据传输速率为RATE＝流控目标/8＝700/8(M Btye/s)＝(700/8)×10⁶Byte/s。

实际消耗的令牌桶数VAL1是通过对该计算得到的令牌桶数TOK1取整而得到的数值，表2中的VAL1是通过将计算得到的令牌桶数TOK1直接舍弃小数部分而得到的实际消耗令牌桶数VAL1。也可以通过将计算得到的令牌桶数TOK1四舍五入，得到实际消耗的令牌桶数VAL1。

表2中，在下标＝104时，也即数据包长度为832Byte时，由于传输速率为RATE＝(700/8)×10⁶Byte/s，将该传输速率代入公式(2)得， $\mathrm{TOK}1=\frac{L}{\mathrm{RATE}}\×{10}^6\×16\left(\mathrm{tick}1\right)=\frac{832}{(700/8)\×{10}^6}\×{10}^6\×16=152.1,$ 因此计算得到的令牌桶数TOK1为152.1，将152.1小数部分去掉得到实际消耗的令牌桶数VAL1为152，与表2中下标为104时，TOK1为152.1，VAL1为152相符。

较佳地，通过将计算得到的令牌桶数TOK1，与直接舍弃小数部分或四舍五入法得到的实际消耗令牌桶数之间的差值进行累加，从而得到最新的实际消耗令牌桶数，并将其更新为实际消耗令牌桶数VAL1。下面以直接将计算得到令牌桶数舍弃小数部分，并对该小数部分做累加，从而得到实际消耗令牌桶数为例，阐述如何得到最新的实际消耗令牌桶数。

假设此时计算得到的令牌桶数TOK1为152.1，对152.1取整得到实际消耗的令牌桶数152，并将该计算得到的令牌桶数152.1与实际消耗令牌桶数152之间的误差0.1记录下来以便累加；假设下一时刻计算得到的令牌桶数TOK1为159.4，则实际消耗的令牌桶数VAL1为159，此时TOK1与VAL1之间误差为0.4，则将上一时刻误差0.1与此时误差0.4累加起来得到累加误差值0.5；假设再下一时刻计算得到的令牌桶数TOK1为156.5，则实际消耗的令牌桶数为156，此时TOK1与VAL1之间误差为0.5，将各误差值0.1、0.4、0.5累加，从而得到累积误差1，则更新此时的实际消耗令牌桶数VAL1为157，并更新误差累积值。

在另一个实施例中，网络流控设备中的流控配置模块110与前文所述流控配置模块110功能相同，而令牌桶数计算模块120则采用以下所述令牌桶计算方法，或者同时采用前文所述及以下所述令牌桶计算方法来得到网络消耗令牌桶数。

令牌桶数计算模块120用于增加现有技术中用于记录所消耗令牌桶数的表的表长，并基于来自流控配置模块110的流控目标，得到用于记录具有该流控目标的不同数据包长所网络消耗令牌桶数的表。

具体地，现有技术是通过将数据包的包长除以8得到下标，而本实施例则通过将包长除以小于8的数(如除以4)得到表的下标。如令牌桶数计算模块120将用于记录所消耗令牌桶数的表的表长增大一倍，即在现有表长为256基础上增大至512。

表3是本发明另一个实施例的表长度为512的令牌桶数目表，且该表显示的是流控目标为700Mbit/s时所消耗的令牌桶数的表。

下标2	0	1	...	174	175	...	509	510	511
										TOK2	0	0	...	7.9	8.0	...	23.2	23.3	23.3
VAL2	0	0	...	7	8	...	23	23	23

表3中，下标＝数据包长/4，在数据包长从0到2040时，下标从0到511，进而下标

而现有技术中的下标为

由此可见，表3相对于表1来说，每4个连续不同包长的数据包具有相同下标，进而具有相同的TOK、VAL。举例如包长700、701、702、703具有相同下标175，包长为704、705、706、707具有相同下标176；而表1则是每8个连续不同包长的数据包具有相同下标，进而具有相同的TOK、VAL。如包长为700、701、702、703、704、705、706、707具有相同下标87。因此，本实施例相对于传统方法来说，令牌桶数的表的长度增大，且每连续4个不同数据包长具有相同令牌桶数，相对于现有技术中每连续8个不同数据包长具有相同令牌桶数来说，流控准确度显著提高。

较佳地，令牌桶数计算模块120得到的令牌桶数的表是一个动态表，令牌桶数计算模块120判断用户配置流控目标是否达到流控阈值，以及判断当前网络环境中数据包平均长度是否达到平均包长阈值，在流控目标及平均包长均达到一定阈值情况下，增加现有技术中用于记录网络消耗令牌桶数的表的表长；对于流控目标与平均包长均未达到阈值情况，则仍旧采用现有技术中的网络消耗令牌桶数的表，从而得到动态的令牌桶数的表。其中，数据包平均长度通过网络流控设备中的平均包长测量模块来获得。

通过仿真实验得到，无论是在大流控目标(大于500M)情况，还是在小平均数据包长(小于80Byte)情况下，流控精度都得到了显著提高。

在仿真实验中，流控目标为700M(大于500M)，平均数据包长为512Byte，传统技术得到的流控效果为818M，而同时采用以上所述两个实施例后得到的流控效果为702M，流控精度显著提高。

在另一仿真实验中，流控目标为50M，平均数据包长为64Byte(小于80Byte)，传统技术得到的流控效果为64M，而同时采用以上所述两个实施例后得到的流控效果达到了48M，流控精度显著提高

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (11)

1.一种令牌桶流控方法，使用根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表，其特征在于，包括：

将所述令牌桶计算单位减小，再根据该减小的令牌桶计算单位，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数，然后对该计算得到的令牌桶数取整，从而得到实际消耗令牌桶数的步骤。

2.如权利要求1所述的一种令牌桶流控方法，其特征在于，所述实际消耗令牌桶数是通过对计算得到的令牌桶数进行四舍五入而得到。

3.如权利要求1所述的一种令牌桶流控方法，其特征在于，所述实际消耗令牌桶数是通过对计算得到令牌桶数取整后再对其小数部分做误差累加而得到。

4.如权利要求1所述的一种令牌桶流控方法，其特征在于，所述减小的令牌桶计算单位为tick1，根据该单位得到的令牌桶数TOK1为

$\mathrm{TOK}1=\frac{L}{\mathrm{RATE}}\×{10}^6\×16\left(\mathrm{tick}1\right)$

其中，tick1满足

TOK1为根据该单位tick1得到的令牌桶数，L为网络传输的数据包长，RATE为数据传输速率，tick为令牌桶计算单位。

5.一种令牌桶流控方法，使用根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表，其特征在于，包括：

步骤a，增大所述表的表长，再根据该增大长度的表，得到不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数；

其中，所述记录消耗令牌桶数的表包括用于表示数据包长的下标，且该下标等于数据包长除以8；

其特征在于，所述增大用于记录令牌桶数的表的表长是通过将数据包长除以4得到的结果，替代所述下标，从而使令牌桶数的表的表长增大至512。

6.如权利要求5所述的一种令牌桶流控方法，其特征在于，在所述步骤a之前包括：

判定所述流控目标是否达到流控阈值及当前网络环境中数据包平均长度是否达到包长阈值，在所述流控目标达到流控阈值及当前网络环境中数据包平均长度达到包长阈值情况下，再执行步骤a，从而得到动态的令牌桶数的表。

7.如权利要求6所述的一种令牌桶流控方法，其特征在于，包括测量当前网络环境中数据包平均长度的步骤。

8.一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表，其特征在于，包括：

将所述令牌桶的计算单位减小，并根据该减小的令牌桶计算单位，计算不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数，再对该计算得到的令牌桶数取整以得到实际消耗令牌桶数的模块。

9.如权利要求8所述的一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，其特征在于，所述实际消耗令牌桶数是通过对计算得到的令牌桶数取整后再其小数部分做误差累加而得到。

10.一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，包括根据用户配置的流控目标而得到的用于记录具有该流控目标的不同数据包长所消耗令牌桶数的表，其特征在于，包括：

增大所述用于记录令牌桶数的表的表长，并根据该增大长度的表，得到不同数据包长所对应的网络消耗令牌桶数的模块；

其中，所述记录消耗令牌桶数的表包括用于表示数据包长的下标，且该下标等于数据包长除以8；

其特征在于，所述增大用于记录令牌桶数的表的表长是通过将数据包长除以4得到的结果，替代所述下标，从而使令牌桶数的表的表长增大至512。

11.如权利要求10所述的一种采用令牌桶流控方法的网络流控设备，其特征在于，包括：

判定所述流控目标是否达到流控阈值及当前网络环境中数据包平均长度是否达到包长阈值，从而得到动态的令牌桶数的表的模块。

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