CN102075418A - 一种网络数据流量控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种网络数据流量控制设备（100），包括:网络适配器（110），用于接收数据包；解码分类器（120），用于对所接收的数据包进行解码和分类；限流器（130），包括限流通道（132）和与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器（134），其中由所述解码分类器（120）分类后的数据包被送入与其类别相关联的限流通道（132），且与所述限流通道（132）相对应的虚拟网络适配器（134）对所述限流通道（132）中的数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至所述网络适配器（110）以便经由所述网络适配器（110）发送出去。本发明还提出了一种适于在网络数据流量控制设备（100）中执行的网络数据流量控制方法。

Description

一种网络数据流量控制设备及方法

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种网络数据流量控制设备及方法，以及采用这种网络数据流量控制设备的网络通信系统。

背景技术

随着计算机网络的发展，在网络上传输的数据量急剧增长，诸如多媒体、VOIP等之类对延时要求高的应用越来越多，当数据量太大时让网络数据转发设备简单丢弃不能及时处理的数据包的处理方法已经不再适合当前的网络。单纯的增加网络带宽也不能从根本上解决问题。因此，在网络数据传输领域提出了服务质量(QoS,quality of service）的概念，即针对各种不同网络应用需求，提供不同服务质量的网络服务功能。

目前已经存在各种满足QoS要求的处理方式，例如在诸如Linux之类的操作系统中，通过将要发送的数据包进行重新入队排列，然后通过一系列算法运算之后重新出队，从而达到对不同的QoS需求提供不同的网络服务质量的功能。

然而，Linux中的QoS模块必须同TCP/IP协议栈紧密结合,由于在现有的Linux操作系统中，TCP/IP协议栈在内核层中实现并且日趋稳定，而QoS做为新的功能加入到Linux操作系统中时，必然受到现有TCP/IP协议栈实现的限制，因而，现有Linux操作系统中的QoS实现的功能有限，例如现有Linux操作系统中的QoS模块很难实现对服务的精细分类限流、源网络接口限流、源安全区限流、时间区间限流、上行或下行等单个条件限流或综合条件限流。

因此，需要一种能够利用各种条件来对数据进行限流以提供QoS服务的数据流量控制设备和方法。

发明内容

鉴于上述问题，提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的网络数据流量控制设备和方法，以及采用这种网络数据流量控制设备的网络通信系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种网络数据流量控制设备，其包括:网络适配器，用于接收数据包；解码分类器，用于对所接收的数据包进行解码和分类；限流器，包括限流通道和与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器，其中由所述解码分类器分类后的数据包被送入与其类别相关联的限流通道，且与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器对所述限流通道中的数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至所述网络适配器以便经由所述网络适配器发送出去。

可选地，所述解码分类器根据预先设置的条件把所接收的数据包分类成非限流数据包和限流数据包，将非限流数据包直接送入网络适配器以从网络数据流量控制设备发送出去，并将限流数据包发送到限流器以进行限流。

可选地，将分类后的数据包打上与限流通道相对应的限流通道标签值，从而可以快速地将分类后的数据包发送到相应的限流通道。

可选地，所述预先设置的条件包括从包括源安全区、源网络接口、源地址对象、服务、时间和最大会话数的群组中选出的一个或者多个条件。

可选地，与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器依据从包括最大上行速率、最大下行速率、保证上行速率、保证下行速率和优先级的群组中选出的一个或者多个参数对所述限流通道中的数据包进行限流。

可选地，所述虚拟网络适配器获取所述网络适配器中、与所述经限流的数据包相关联的出口网络适配器，并且将所述经限流的数据包发送至所述出口网络适配器。

可选地，所述限流器包括多个限流通道以及多个虚拟网络适配器，其中每个虚拟网络适配器与所述多个限流通道之一相对应，而且所述多个限流通道中的每个限流通道与一种数据包类别相关联。

可选地，所述网络数据流量控制设备基于包括用户层和内核层的操作系统运行，所述解码分类器运行于所述用户层，而且所述限流器运行于所述内核层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种网络通信系统，其包括：一个或者多个通信终端，用于发送和接收网络数据包，以及上文所述的网络数据流量控制设备，用于对所述一个或者多个通信终端发送和接收的网络数据包进行流量控制。

根据本发明的又一个方面，提供了一种适于在网络数据流量控制设备中执行的网络数据流量控制方法，该网络数据流量控制设备包括网络适配器、解码分类器以及限流器，且限流器包括限流通道和与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器，该方法包括步骤：通过网络适配器接收数据包；通过解码分类器对所接收的数据包进行解码和分类；将分类后的数据包送入与其类别相关联的限流通道，通过与限流通道相对应的虚拟网络适配器对这些数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至网络适配器以便经由网络适配器发送出去。

可选地，通过解码分类器对所接收的数据包进行解码和分类的步骤包括：根据预先设置的条件由解码分类器把接收的数据包分类成非限流数据包和限流数据包，将非限流数据包直接送入网络适配器以从网络数据流量控制设备发送出去，并将限流数据包送入与其类别相关联的限流通道。

可选地，将分类后的数据包打上与限流通道相对应的限流通道标签值，从而可以快速地将分类后的数据包发送到相应的限流通道。

可选地，所述将经限流的数据包发送至网络适配器包括：获取所述网络适配器中、与所述经限流的数据包相关联的出口网络适配器，并且将所述经限流的数据包发送至所述出口网络适配器。

根据本发明的网络数据流量控制设备和方法通过在解码分类器中分类、在限流器中限流的方式实现了用户要求的各种条件下的限流功能。将本发明的网络数据流量控制设备与例如应用服务协议上的解码库相结合，可以使得本设备对服务限流的支持达到相当高的水平。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的网络数据流量控制设备100的示意图；

图2示意性地示出了根据本发明的网络通信系统200的示意图；

图3示意性地示出了根据本发明的适于在网络数据流量控制设备100中执行的网络数据流量控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。图1示意性地示出了根据本发明一个实施例的网络数据流量控制设备100的示意图。

如图1所示，网络数据流量控制设备100包括用于接收数据包的网络适配器110、用于对所接收的数据包进行解码和分类的解码分类器120以及限流器130。

网络适配器110除了接收数据包之外，还适于将由网络数据流量控制设备100处理后的数据包发送出去。一般而言，网络数据流量控制设备100可以具有多个网络适配器110，数据包可以从一个网络适配器110（称为入口网络适配器）接收，并且从其他或者同一个网络适配器110（称为出口网络适配器）发送出去。数据包根据TCP/IP协议中的路由信息来确定入口和出口网络适配器。

在根据本发明的一个实施例中，解码分类器120根据预先设置的条件对所接收的数据包进行分类。可选地，该预先设置的条件包括从包括源安全区、源网络接口、源地址对象、服务、时间和最大会话数的群组中选出的一个或者多个条件。如果所接收的数据包满足预先设置的条件，则确定要对该数据包进行限流，此时将要进行限流的数据包发送到限流器130来进行进一步的处理，而相反如果不需要对数据包进行限流，则直接将数据包作为非限流数据包直接送入网络适配器110以从网络数据流量控制设备100发送出去。具体而言，根据本发明的一个实施例，解码分类器120读取预先设置的条件，随后，对于每一个数据包，解码分类器120检查数据包是否与源安全区匹配；如果不匹配，则将该数据包作为非限流数据包直接送入网络适配器110，如果匹配，则检查数据包是否与源网络接口、源地址对象匹配；如果不匹配，则将该数据包作为非限流数据包送入网络适配器110，如果匹配，则检查数据包是否与服务、时间匹配；如果不匹配，则将该数据包作为非限流数据包送入网络适配器110，如果匹配，再判断数据包是否超出最大会话数；如果超出最大会话数，则丢弃该数据包，否则将该数据包确定为是要进行限流的数据包，并且将该数据包发送到限流器130以进行进一步处理。当然，解码分类器120的分类过程不限于上述步骤和顺序，不同于上述步骤和顺序的步骤和顺序也在本发明的保护范围之内。

限流器130包括限流通道132和与限流通道132相对应的虚拟网络适配器134。每个限流通道132对应于一种要进行限流的数据包类型。由解码分类器120分类后的数据包被送入与其类别相关联的限流通道132中，与限流通道132相对应的虚拟网络适配器134对限流通道132中的数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至网络适配器110以便经由所述网络适配器发送出去。

由于现有的数据包限流处理通常在出口的真实网络适配器110处进行，因此通常仅仅可以进行出口限流。另外，由于数据限流队列只能处理相应网络适配器的流量，因此也无法设置全局的限速。为此，本发明引入了虚拟网络适配器134的概念，要限流的数据包首先在虚拟网络适配器134中进行限流处理，随后在根据数据包的路由信息发送至相应的真实网络适配器110以便从设备100发送出去，从而实现了全局限速。

虚拟网络适配器134可以采用现有的各种数据包限流算法来对数据包进行处理，例如，目前常用的pfifo_fast、令牌桶过滤器（TBF）、随机公平（SFQ）、分层令牌桶（HTB）等算法。所有这些都在本发明的保护范围之内。

在虚拟网络适配器134对数据包进行限流处理之后，获取与所处理的数据包相关联的出口网络适配器110，并且将经限流的数据包发送至出口网络适配器110。

可选地，与限流通道132相对应的虚拟网络适配器134依据从包括最大上行速率、最大下行速率、保证上行速率、保证下行速率和优先级的群组中选出的一个或者多个参数对限流通道132中的数据包进行限流。当然，限流所依据的参数可以不限于上述参数，其他本领域人员已知的参数也是可以的。

可选地，限流器130可以包括多个限流通道以及多个虚拟网络适配器，其中每个虚拟网络适配器与多个限流通道之一相对应，而且多个限流通道中的每个限流通道与一种数据包类别相关联。

可选地，为了将要限流的数据包发送到正确的限流通道，解码分类器120在对数据包分类后，确定该数据包所属的限流通道，并且将分类后的数据包打上与限流通道132相对应的限流通道标签值，从而可以快速地将分类后的数据包发送到相应的限流通道132。

在根据本发明的一个实施例中，网络数据流量控制设备基于包括用户层和内核层的操作系统运行，解码分类器运行于用户层，而且所述限流器运行于内核层。在这样的操作系统中，内核层不包括TCP/IP协议栈，用户层实现TCP/IP协议栈的功能。因此，不同于Linux操作系统中的QoS实现，根据本发明的网络数据流量控制设备可以在用户层对数据包进行TCP/IP协议解码的同时就对数据包进行分类，从而可以提供更灵活的限流方式。

图2示意性地示出了根据本发明的网络通信系统200的示意图。如图2所示，网络通信系统200包括一个或者多个通信终端210-1，210-2，……,210-n和根据本发明的网络数据流量控制设备100。通信终端210-1，210-2，……,210-n发送和接收网络数据包，它可以是本领域技术人员已知的任何类型的通信终端，例如手机、计算机、个人数字助理等等。网络数据流量控制设备100根据预先设置的条件对一个或者多个通信终端210-1，210-2，……,210-n发送和接收的网络数据包进行流量控制，从而实现为各种通信终端的网络应用提供QoS服务。

图3示意性地示出了根据本发明的适于在网络数据流量控制设备中执行的网络数据流量控制方法300的流程图。该方法始于步骤S310处，其中例如通过流量控制设备的网络适配器来接收数据包。随后在步骤S320处，对所接收的数据包进行解码和分类，这可以在解码分类器处进行。

如上所述，可以根据预先设置的条件对所接收的数据包进行分类。可选地，该预先设置的条件包括从包括源安全区、源网络接口、源地址对象、服务、时间和最大会话数的群组中选出的一个或者多个条件。如果所接收的数据包满足预先设置的条件，则确定要对该数据包进行限流，而相反如果不需要对数据包进行限流，则在步骤S350中直接将数据包作为常规的数据包进行处理，例如根据TCP/IP协议，可以根据路由信息将数据包送至相应的网络适配器110以从网络数据流量控制设备发送出去。

如果确定要对数据包进行限流，则在步骤S330处，将分类后的数据包送入与其类别相关联的限流通道；并且在步骤S340处，通过与限流通道132相对应的虚拟网络适配器对这些数据包进行限流，并在步骤S350中将经限流的数据包发送至网络适配器以便经由网络适配器110发送出去。

可选地，在步骤S340中对数据包进行限流时，依据从包括最大上行速率、最大下行速率、保证上行速率、保证下行速率和优先级的群组中选出的一个或者多个参数对数据包进行限流。当然，限流所依据的参数可以不限于上述参数，其他本领域人员已知的参数也是可以的。

在步骤S340中，可以采用现有的各种数据包限流算法来对数据包进行处理，例如，目前常用的pfifo_fast、令牌桶过滤器（TBF）、随机公平（SFQ）、分层令牌桶（HTB）等算法。所有这些都在本发明的保护范围之内。

在步骤S340中对数据包进行限流处理之后，获取与所处理的数据包相关联的出口网络适配器110，以便将经限流的数据包发送至出口网络适配器110。

可选地，限流器130可以包括多个限流通道以及多个虚拟网络适配器，其中每个虚拟网络适配器与多个限流通道之一相对应，而且多个限流通道中的每个限流通道与一种数据包类别相关联，从而可以对多种数据包类别进行限流。

可选地，为了将要限流的数据包发送到正确的限流通道，在通过解码分类器120对数据包分类后，确定该数据包所属的限流通道，并且将要限流的数据包打上与限流通道132相对应的限流通道标签值，从而可以快速地将要限流的数据包发送到相应的限流通道132。

应当注意的是，在本发明的网络数据流量控制设备的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（DSP）来实现根据本发明实施例的网络数据流量控制设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (14)

1.一种网络数据流量控制设备（100），包括:

网络适配器（110），用于接收数据包；

解码分类器（120），用于对所接收的数据包进行解码和分类；

限流器（130），包括限流通道（132）和与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器（134），其中由所述解码分类器（120）分类后的数据包被送入与其类别相关联的限流通道（132），且与所述限流通道（132）相对应的虚拟网络适配器（134）对所述限流通道（132）中的数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至所述网络适配器（110）以便经由所述网络适配器（110）发送出去。

2.根据权利要求1所述的网络数据流量控制设备（100），其中所述解码分类器（120）根据预先设置的条件把所接收的数据包分类成非限流数据包和限流数据包，将非限流数据包直接送入网络适配器（110）以从网络数据流量控制设备（100）发送出去，并将限流数据包打上与所述限流通道（132）相对应的限流通道标签值。

3.根据权利要求2所述的网络数据流量控制设备（100），所述预先设置的条件包括从包括源安全区、源网络接口、源地址对象、服务、时间和最大会话数的群组中选出的一个或者多个条件。

4.根据权利要求1所述的网络数据流量控制设备（100），与所述限流通道（132）相对应的虚拟网络适配器（134）依据从包括最大上行速率、最大下行速率、保证上行速率、保证下行速率和优先级的群组中选出的一个或者多个参数对所述限流通道（132）中的数据包进行限流。

5.根据权利要求1所述的网络数据流量控制设备（100），其中所述虚拟网络适配器（134）获取所述网络适配器（110）中、与所述经限流的数据包相关联的出口网络适配器，并且将所述经限流的数据包发送至所述出口网络适配器。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的网络数据流量控制设备（100），其中所述限流器（130）包括多个限流通道（132）以及多个虚拟网络适配器（134），其中每个虚拟网络适配器（134）与所述多个限流通道（132）之一相对应，而且所述多个限流通道（132）中的每个限流通道（132）与一种数据包类别相关联。

7.如权利要求1-5中的任一项所述的网络数据流量控制设备（100），该网络数据流量控制设备（100）基于包括用户层和内核层的操作系统运行，所述解码分类器运行于所述用户层，而且所述限流器运行于所述内核层。

8.一种网络通信系统（200），包括：

一个或者多个通信终端（210-1，210-2，……,210-n），用于发送和接收网络数据包，以及

根据权利要求1－6中任一项所述的网络数据流量控制设备（100），用于对所述一个或者多个通信终端（210-1，210-2，……,210-n）发送和接收的网络数据包进行流量控制。

9.一种适于在网络数据流量控制设备（100）中执行的网络数据流量控制方法，所述网络数据流量控制设备（100）包括网络适配器（110）、解码分类器（120）以及限流器（130），且所述限流器（130）包括限流通道（132）和与所述限流通道相对应的虚拟网络适配器（134），所述方法包括步骤：

通过所述网络适配器（110）接收数据包；

通过所述解码分类器（120）对所接收的数据包进行解码和分类；

将分类后的数据包送入与其类别相关联的限流通道（132）；

通过与所述限流通道（132）相对应的虚拟网络适配器（134）对这些数据包进行限流，并将经限流的数据包发送至所述网络适配器（110）以便经由所述网络适配器（110）发送出去。

10.根据权利要求9所述的网络数据流量控制方法，其中所述通过所述解码分类器（120）对所接收的数据包进行解码和分类的步骤包括：

根据预先设置的条件由所述解码分类器（120）把接收的数据包分类成非限流数据包和限流数据包，将非限流数据包直接送入网络适配器（110）以从网络数据流量控制设备（100）发送出去，并将限流数据包打上与所述限流通道（132）相对应的限流通道标签值。

11.根据权利要求9所述的网络数据流量控制方法，所述预先设置的条件包括从包括源安全区、源网络接口、源地址对象、服务、时间和最大会话数的群组中选出的一个或者多个条件。

12.根据权利要求9所述的网络数据流量控制方法，所述通过与所述限流通道（132）相对应的虚拟网络适配器（134）对这些数据包进行限流包括：依据从包括最大上行速率、最大下行速率、保证上行速率、保证下行速率和优先级的群组中选出的一个或者多个参数对数据包进行限流。

13.根据权利要求9所述的网络数据流量控制方法，其中所述将经限流的数据包发送至所述网络适配器（110）包括：获取所述网络适配器（110）中、与所述经限流的数据包相关联的出口网络适配器，并且将所述经限流的数据包发送至所述出口网络适配器。

14.如权利要求9-13中的任一项所述的网络数据流量控制方法，其中所述限流器（130）包括多个限流通道（132）以及多个虚拟网络适配器（134），其中每个虚拟网络适配器（134）与所述多个限流通道（132）之一相对应，而且所述多个限流通道（132）中的每个限流通道（132）与一种数据包类别相关联。

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