CN102368738B - 网络分等级流量控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网络分等级流量控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1、对父流控请求信息进行父流控过滤处理；S2、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新处理动作，提取相应父流控令牌桶中的令牌，同时将父流控令牌桶中的令牌提取信息保存到一缓存中；S3、生成子流控请求信息；S4、对子流控请求信息进行子流控过滤处理；S5、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S2步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中；S6、合成并输出流控处理结果。通过增加了一个缓存，可以精确的实现分等级流量控制中令牌的更新，从而提高了整个网络交换系统的服务质量。

Description

网络分等级流量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种网络分等级流量控制方法及系统。

背景技术

当今世界互联网技术高速发展，对网络交换系统的要求也越来越高，不同的数据报文在交换系统中要求有不同的处理，实际上就是对服务质量（QoS）提出了更高的要求。而流量控制（Traffic Policing）就是提高服务质量的一种技术，并且在当前的网络交换系统的芯片中有着广泛的应用。它的原理就是通过对流量的监督来限制某个连接的流量及其对资源的占用。如果网络中某个连接的报文流量超过所规定的限额，流量控制逻辑就可以对该报文采取不同的处理动作，例如立即丢弃报文，对报文作丢弃等级的标记（一旦后续处理发现流量过大，可以决定是否丢弃该报文）。根据服务质量的需求，有时一个报文仅做一次流量控制的过滤操作还不足以满足网络对流量控制的要求，还需要做二次的流量控制以保证系统的服务质量。在这里流量控制的实现是在系统中实现一个令牌桶。根据需要的流量的上限，对这个令牌桶做定时的更新，也就是以一定的时间间隔往这个令牌桶中添加令牌。接收到要某个连接中要做流量控制的报文时，根据报文的大小（一般是报文的字节数）来提取（减少）令牌桶中的令牌，如果桶中的令牌足够当前报文提取，则报文可以通过流量控制的过滤，否则表示该连接的数据流量已经达到上限，当前的报文就要被丢弃。

现有技术中，把要进行流量控制的报文分类，可以只分到一种报文类别中，当然也可以分到两处不同的类别中。如果只分到一个类别中，则只需要做一次流量控制的过滤操作，而分成两个报文类别时，则可以做两次独立的流量控制的过滤，并把这两次的结果结合后作为报文过滤的真正结果，只要有一次的过滤结果要丢弃报文，则该报文就会被丢弃。只做一次流量控制过滤显然只能粗略的将一个连接中的报文作为一种类型来处理，不能更细致地区别这个连接中不同类型的报文。在服务质量要求高的环境中这种流量控制手段已不能保证一个用户对多种不同数据流的需求了。把一个连接中的报文分到两个独立的分类中，并独立地进行流量控制，可以实现一个连接中包含两种流量的情况，但因为两次的结果会相互影响，从而也不能保证某种报文类型的准确流量控制。

有鉴于此，有必要提出了一种新的网络分等级流量控制方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络分等级流量控制方法及系统，其可以实现针对一个连接中总体流量进行有效控制的情况下，同时实现各个不同类型报文的流量控制。

本发明的一种网络分等级流量控制方法，所述网络分等级流量控制方法包括以下步骤：

S1、对父流控请求信息进行父流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃，其中，在所述S1步骤前还包括：

需要做流控报文请求信息存储到流控报文请求信息FIFO存储器；

流控报文请求信息从流控报文请求信息FIFO存储器中读取出来，存储到父流控请求信息FIFO存储器中，并同时存储到父流控处理跟踪FIFO存储器中；

S2、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新处理动作，提取相应父流控令牌桶中的令牌，同时将父流控令牌桶中的令牌提取信息保存到一缓存中；

S3、生成子流控请求信息，子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生，子流控请求信息存储到子流控处理跟踪FIFO存储器中；

S4、对子流控请求信息进行子流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃；

S5、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S2步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中；

S6、合成并输出流控处理结果，“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1前还包括：

需要做流控报文请求信息存储到流控报文请求信息FIFO存储器；

流控报文请求信息从流控报文请求信息FIFO存储器中读取出来，存储到父流控请求信息FIFO存储器中，并同时存储到父流控处理跟踪FIFO存储器中。

作为本发明的进一步改进，所述子流控请求信息由父流控处理跟踪FIFO存储器中的信息及父流控过滤处理的结果组合产生。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S6前还包括：重复步骤S1~S5，对更低等级的流控报文请求信息进行过滤处理。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S6中的“流控处理结果”由子流控处理跟踪FIFO存储器中的信息及子流控过滤处理的结果组合产生。

作为本发明的进一步改进，所述缓存的深度大于或等于流控处理操作的时钟周期数。

相应地，一种网络分等级流量控制系统，所述系统包括：

用于对父流控和/或子流控请求信息在流控流水线中进行流控过滤处理的单元；

用于生成子流控请求信息的单元，子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生；

子流控处理跟踪FIFO存储器，用于存储子流控请求信息；

用于进行令牌桶更新动作处理，提取相应父流控和/或子流控令牌桶中的令牌的单元，所述单元还用于若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S2步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中；

用于合成流控处理结果的单元，“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块；

用于缓存父流控令牌桶中提取的令牌的单元。

作为本发明的进一步改进，其特征在于，所述网络分等级流量控制系统还包括：

流控报文请求信息FIFO存储器，用于存储流控报文请求信息；

父流控请求信息FIFO存储器，用于存储父流控请求信息；

父流控处理跟踪FIFO存储器，用于存储父流控请求信息。

作为本发明的进一步改进，所述缓存的深度大于或等于流控处理操作的时钟周期数。

本发明的有益效果是：本发明提供的网络分等级流量控制方法及系统通过增加了一个缓存，可以精确的实现分等级流量控制中令牌的更新，从而提高了整个网络交换系统的服务质量。

附图说明

图1为本发明一实施方式中网络分等级流量控制方法流程图。

图2为本发明一实施方式中网络分等级流量控制方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1和图2所示，一种网络分等级流量控制方法，尤其一种网络分等级流量的控制方法，其包括以下步骤：

S1、对父流控请求信息进行父流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃。在实现流控的交换机芯片（IC）上，处理流控过滤的过程是基于交换机芯片的时钟来进行的，并且由于处理过程的复杂性，需要较多个时钟周期才能完成。所以，这个过程一般是以流水线（Pipeline）处理的方式进行的。这种操作的行为就是把一个相对复杂的处理过程分解成多个相对简单的处理过程（如可以分解成按顺序的A、B、C、D、E、F、G、H，8个过程），每个时钟周期只处理其中的一个简单的处理过程，然后在下一个时钟周期再处理紧接着的下一个简单的过程，直到整个复杂的过程都处理完毕。在前一个报文处理C过程时，后一个报文可以处理B过程，再后一个报文可以处理A过程，依次类推，可以提高系统处理带宽；

S2、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新处理动作，提取相应父流控令牌桶中的令牌，同时将父流控令牌桶中的令牌提取信息保存到一缓存中，缓存的深度大于或等于流控处理操作的时钟周期数，优选地，缓存的深度等于流控处理操作的时钟周期数；

S3、生成子流控请求信息。子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生；

S4、对子流控请求信息进行子流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃。对子流控请求信息进行子流控过滤处理这个过程同父流控一样，也是以流水线（Pipeline）处理的方式进行的；

S5、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S3步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中。其中，缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌通过子流控处理根据流控信息查找得到；

S6、合成并输出流控处理结果。“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块。

在本实施方式中，步骤S1前还包括：

需要做流控报文请求信息存储到流控报文请求信息FIFO存储器；

流控报文请求信息从流控报文请求信息FIFO存储器中读取出来，存储到父流控请求信息FIFO存储器中，并同时存储到父流控处理跟踪FIFO存储器中。

在本实施方式中，步骤S4前还包括：

子流控请求信息存储到子流控处理跟踪FIFO存储器中。

在上述步骤S6前还包括：

重复步骤S1~S5，对更低等级的流控报文请求信息进行过滤处理。在上述实施方式中为两级流控的流量控制方法，然而在其他实施方式中，重复步骤S1~S5，也可以应用到多级流控中，处理过程中，每一级流控既是上一级流控的子流控，也是下一级流控的父流控。

一种网络分等级流量控制系统，尤其一种网络分等级流量控制系统，该系统包括：

用于对父流控和/或子流控请求信息在流控流水线中进行流控过滤处理的单元。在实现流控的交换机芯片（IC）上，处理流控过滤的过程是基于交换机芯片的时钟来进行的，并且由于处理过程的复杂性，需要较多个时钟周期才能完成。所以，这个过程一般是以流水线（Pipeline）处理的方式进行的。这种操作的行为就是把一个相对复杂的处理过程分解成多个相对简单的处理过程（如可以分解成按顺序的A、B、C、D、E、F、G、H，8个过程），每个时钟周期只处理其中的一个简单的处理过程，然后在下一个时钟周期再处理紧接着的下一个简单的过程，直到整个复杂的过程都处理完毕。在前一个报文处理C过程时，后一个报文可以处理B过程，再后一个报文可以处理A过程，依次类推，可以提高系统处理带宽；

用于生成子流控请求信息的单元。子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生；

用于进行令牌桶更新动作处理，提取相应父流控和/或子流控令牌桶中的令牌的单元；

用于合成流控处理结果的单元。“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块；

用于缓存父流控令牌桶中提取的令牌的单元。缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌通过子流控处理根据流控信息查找得到。

上述网络分等级流量控制系统还包括：

流控报文请求信息FIFO存储器(FIFO1)，用于存储流控报文请求信息；

父流控请求信息FIFO存储器(FIFO2)，用于存储父流控请求信息；

父流控处理跟踪FIFO存储器(FIFO3)，用于存储父流控请求信息；

子流控处理跟踪FIFO存储器(FIFO4)，用于存储子流控请求信息。

参图2所示，在具体操作时，需要做流控报文请求信息存储到流控报文请求信息FIFO存储器(FIFO1)中，该流控报文请求信息从FIFO1中读取出来，存储到父流控请求信息FIFO存储器(FIFO2)中，并同时存储到父流控处理跟踪FIFO存储器(FIFO3)中。信息存储到FIFO2中是因为这个请求优先级较子流控的低，所以可能会被子流控的请求挡到，所以要暂时缓存一下，一旦没有子流控处理时，这个请求就会被从FIFO2中取出来进行处理。存储到FIFO3的信息用于在该父流控处理结果出来后组合起来产生相应原子流控的请求信息。从FIFO2读取出来的请求信息送给操作1，也就是进行相应的流控过滤处理。这个处理过程就是流水线处理过程，它根据实际情况可能需要多个时钟周期才能处理完成。根据流水线处理行为描述，现在依次进入这个流水线的是不同报文的流控请求。当前报文的父流控请求处理完成后把相应的流控结果送给操作2，并提取相应令牌桶中的令牌（操作3）。操作2中根据父流控的结果以及FIFO3内的该报文的信息生成子流控的请求，再送到操作1中进行相应的子流控的处理。待该子流控的处理完成后再结合子流控处理跟踪FIFO存储器(FIFO4)中的信息，最后生成该报文的流控处理结果（操作4），并输出给相应的报文处理模块。

为了补偿在父流控处理中通过流控过滤而在子流控处理中标记为丢弃的报文的令牌，在操作2增加了一个缓存。这个缓存内保存了父流控中相应的令牌提取的信息，它的深度取决于一个报文整个流控处理（父流控和子流控在操作1中的处理）操作的时钟周期的个数，最小的深度就是这个时钟周期数，目的是保证当前报文的子流控请求结果出来时缓存中仍保留着父流控的处理结果信息。一旦发现需要补偿父流控中多提取的令牌（父流控处理结果表示该报文可能通过过滤而子流控中该报文被标记为丢弃），则子流控处理根据流控信息查找缓存中的对应父流控的令牌更新信息，并把多提取的令牌再补偿（写回）父流控的令牌桶中。

本发明网络分等级流量控制方法及系统通过增加了一个缓存，该缓存的深度与流控处理的流水线的长度成正比，宽度与流控更新信息的多少成正比。一般来讲这个缓存增加的逻辑相对于整个流量控制逻辑的比例在10%以下。以100Gbps带宽要求的交换机芯片为例，在核心频率为450MHz，流量控制精确到Kbps的要求下，这个比例为3.5%左右。它带来的有益的效果是可以精确的实现分等级流量控制中令牌的更新，从而提高了整个网络交换系统的服务质量（QoS）

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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）执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种网络分等级流量控制方法，其特征在于，所述网络分等级流量控制方法包括以下步骤：

S1、对父流控请求信息进行父流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃，其中，在所述S1步骤前还包括：

需要做流控报文请求信息存储到流控报文请求信息FIFO存储器；

流控报文请求信息从流控报文请求信息FIFO存储器中读取出来，存储到父流控请求信息FIFO存储器中，并同时存储到父流控处理跟踪FIFO存储器中；

S2、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新处理动作，提取相应父流控令牌桶中的令牌，同时将父流控令牌桶中的令牌提取信息保存到一缓存中；

S3、生成子流控请求信息，子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生，子流控请求信息存储到子流控处理跟踪FIFO存储器中；

S4、对子流控请求信息进行子流控过滤处理，判断报文信息是否丢弃；

S5、若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S2步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中；

S6、合成并输出流控处理结果，“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子流控请求信息由父流控处理跟踪FIFO存储器中的信息及父流控过滤处理的结果组合产生。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6前还包括：

重复步骤S1~S5，对更低等级的流控报文请求信息进行过滤处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中的“流控处理结果”由子流控处理跟踪FIFO存储器中的信息及子流控过滤处理的结果组合产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缓存的深度大于或等于流控处理操作的时钟周期数。

6.一种网络分等级流量控制系统，其特征在于，所述系统包括：

用于对父流控和/或子流控请求信息在流控流水线中进行流控过滤处理的单元；

用于生成子流控请求信息的单元，子流控请求信息由父流控处理跟踪信息及父流控过滤处理的结果组合产生；

子流控处理跟踪FIFO存储器，用于存储子流控请求信息；

用于进行令牌桶更新动作处理，提取相应父流控和/或子流控令牌桶中的令牌的单元，所述单元还用于若报文信息不丢弃，则进行令牌桶更新动作处理，提取相应子流控令牌桶中的令牌；若报文信息丢弃，则将S2步骤中缓存内相应父流控令牌桶中提取的令牌补偿回令牌桶中；

用于合成流控处理结果的单元，“流控处理结果”由子流控处理跟踪信息及子流控过滤处理的结果组合产生，子流控的处理完成后最后生成该报文的流控结果，并输出给相应的报文处理模块；

用于缓存父流控令牌桶中提取的令牌的单元。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述网络分等级流量控制系统还包括：

流控报文请求信息FIFO存储器，用于存储流控报文请求信息；

父流控请求信息FIFO存储器，用于存储父流控请求信息；

父流控处理跟踪FIFO存储器，用于存储父流控请求信息。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述缓存的深度大于或等于流控处理操作的时钟周期数。