CN102546397A

CN102546397A - 上链聚合端口的流量均衡方法、装置及设备

Info

Publication number: CN102546397A
Application number: CN2011104229923A
Authority: CN
Inventors: 张寿棋; 陈武
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供一种上链聚合端口的流量均衡方法、装置及设备。方法包括：将第一数据报文切割成N个分片，所述分片中至少携带如下信息：第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识、第一数据报文标识、分片标识以及N，其中，N为大于等于1的正整数；将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，以使所述目的线卡根据所述第一数据报文标识、所述分片标识以及N将携带所述第一数据报文标识的N个分片按照所述分片标识的顺序组成第一数据报文。装置包括：切割模块和发送模块。设备包括上述装置。

Description

上链聚合端口的流量均衡方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及流量均衡技术，尤其涉及一种上链聚合端口的流量均衡方法、装置及设备，属于网络技术领域。

背景技术

模块化交换机是一种具有多个插槽的交换机。一般说来，这种结构的交换机的插槽数量不能低于2个。插槽槽位可以用来插入引擎板、线卡板和交换板。引擎板用于管理整台交换机，线卡板提供了不同的接口类型，用于网络接口的接入，交换板用于转发线卡板之间的数据报文。部分交换机将引擎板与交换板做在一起。线卡板与交换板之间可以通过上链聚合端口连接在一起。对于跨线卡板槽位的交换，需要通过交换板转发。由于上链聚合端口包括多个上链端口，在线卡板到交换板的数据转发的过程中，具体走哪个上链端口便成为一个问题。如果数据报文在上链端口上分配不当，会导致如下两种情况的发生：一种是数据流量不均衡，发生丢包。由于线卡前面板端口的端口带宽综合大于等于单个上链端口的端口带宽，因此，如果每个前面板端口都走同一个上链端口的话，必定会导致该上链端口拥塞，从而丢包。另一种是发生帧乱序。如果同一个类型的数据报文被分配到不同的上链端口，就意味着不同的路径，如果不同路径的延迟无法控制的话，就可能会导致帧乱序的产生。

现有技术上链聚合端口的流量均衡方法可以分为三种：第一种是基于数据报文内容的哈希算法，即在接收到数据报文之后，对数据报文进行拆分，提取里面的数据信息，如IP信息、MAC地址信息、MPLS信息等等，然后将提取到的数据信息做运算，得到一个哈希值，根据该哈希值把数据报文发往不同的上链端口。第二种是基于源端口号的哈希算法，即将接收到的数据报文的源端口号与上链聚合端口号进行取模运算后得到一个哈希值，根据该哈希值把数据报文发往不同的上链端口。第三种是将接收到的所有报文平均分配到所有上链端口上。

上述三种流量均衡的方法都均存在一定的问题，第一种和第二种方法在数据报文都是同一类型或者同一源端口发送的数据报文时，会将所有的数据报文都发往同一个上链端口，导致该上链端口的拥塞，从而丢包。而第三种方法会将同一类型的数据报文随机分配给各个上链端口，很可能导致乱序现象的发生。

发明内容

为了有效降低丢包现象和乱序现象的发生，本发明的第一个方面是提供一种上链聚合端口的流量均衡方法，包括：

将第一数据报文切割成N个分片，所述分片中至少携带如下信息：第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识、第一数据报文标识、分片标识以及N，其中，N为大于等于1的正整数；

将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，所述第一数据报文标识、所述分片标识以及N用于所述目的线卡将携带所述第一数据报文标识的N个分片组成第一数据报文，根据所述分片标识排列N个分片组成第一数据报文的顺序。

本发明的另一个方面是提供一种上链聚合端口的流量均衡装置，包括：

切割模块，用于将第一数据报文切割成N个分片，所述分片中至少携带如下信息：第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识、第一数据报文标识、分片标识以及N，其中，N为大于等于1的正整数；

发送模块，用于将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，所述第一数据报文标识、所述分片标识以及N用于所述目的线卡将携带所述第一数据报文标识的N个分片组成第一数据报文，根据所述分片标识排列N个分片组成第一数据报文的顺序。

本发明的又一个方面是提供了一种上链聚合端口的流量均衡设备，该设备中包括如上所述的装置。

本发明的技术效果是：将数据报文切割成分片后，依次分配给各个上链端口，达到精细流量均衡的效果，并避免巨型帧带来的影响，如丢包等问题。根据报文标识、分片标识以及分片个数对数据报文进行重组，对于乱序的调整不影响报文的处理，有效避免了乱序现象的发生。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图；

图2为本发明实施例二提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图；

图3为本发明实施例三提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图；

图4为本发明实施例四提供的接收端对分片报文进行重组的方法流程图；

图5为本发明实施例五提供的上链聚合端口的流量均衡装置结构示意图；

图6为本发明实施例六提供的上链聚合端口的流量均衡设备结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、将第一数据报文切割成N个分片，每个分片中至少携带如下信息：第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识、第一数据报文标识、分片标识以及N，其中，N为大于等于1的正整数。

其中，一般情况下，一个交换芯片对应一个MOD-ID值(即目的线卡上交换芯片的标识)。对于模块化交换机，每个板卡的交换芯片都会分配一个MOD-ID值，用来跨卡转发时区分和识别交换芯片。第一数据报文是任意数据报文的代指，不用以限制本发明的保护范围。

步骤102、将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，以使目的线卡根据第一数据报文标识、分片标识以及N将携带第一数据报文标识的N个分片按照分片标识的顺序组成第一数据报文。

本发明实施例提供的上链聚合端口的流量均衡方法，将数据报文切割成分片后，依次分配给各个上链端口，达到精细流量均衡的效果，并避免巨型帧带来的影响，如丢包等问题。根据报文标识、分片标识以及分片个数对数据报文进行重组，对于乱序的调整不影响报文的处理，有效避免了乱序现象的发生。

在上述实施方式的基础上，图2为本发明实施例二提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图，如图2所示，在步骤101之前，该方法还可以包括：

步骤100、接收第一数据报文，从该数据报文中获得第一数据报文的目的MOD-ID值。

其中，上述方法的执行主体可以是计算机中的软件，也可以是线程可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称为：FPGA)。使用FPGA的好处在于：硬件的运算速度非常快，有效提高数据报文的转发速度。在FPGA中可以包括一个输入口缓存，用于缓存输入端口的数据报文。还可以包括一个数据报文的输入处理和地址解析模块(又称为输入口Ingress&ARL模块)，该模块主要是对FPGA接收到的数据报文进行拆分处理、地址学习等操作。对于数据报文进行拆分处理后，可以获得数据报文的目的MAC地址。根据数据报文获得目的MAC地址可以通过已知的技术实现，此处不做赘述。该模块还用来存放交换芯片地址学习的结果。其中包括目的MAC地址和目的MOD-ID的对应关系。可以使用该模块，根据目的MAC地址，在目的MAC地址和目的MOD-ID的对应关系中获得数据报文的MOD-ID值。

在上述实施方式的基础上，图3为本发明实施例三提供的上链聚合端口的流量均衡方法流程图，如图3所示，步骤100之后可以包括：

步骤100a、将第一数据报文存入先入先出(First In First Out，简称为：FIFO)缓存。

其中，FPGA中还可以包括一个入口FIFO，一方面可以对接收到的数据包进行缓存，另一方面对接收到的数据包进行排队处理，以保证先到达的数据包线得到处理，为了后面的数据包的顺序发出做准备。

相应的，基于步骤100a，步骤101变化为：

步骤101a、从FIFO缓存中取出第一数据报文后，将该第一数据报文切割成N个分片。

其中，FPGA中还可以包括一个报文编号&分片处理模块，该模块用于对从FIFO缓存中取出的每个报文，基于其目的MOD-ID，进行分类，将相同MOD-ID的报文分为一类。并在分类的同时或分类之后根据报文的先后顺序对报文进行编号，即为Packet-Num，又称为数据报文标识。即发往同一个目的线卡的报文，分为一类，并按照进入该模块的时间顺序独立进行编号。例如，线卡2的MOD-ID为2，则将需要转发到线卡2的报文，按照到达的时间顺序，Packet-Num分别为1、2、3、...，或者A、B、C...等等形式，同样的，线卡3的MOD-ID为3，则将需要转发给线卡3的报文，按照到达的时间顺序，Packet-Num分别为1、2、3、...，或者A、B、C...等等形式。

编号完成之后，该模块对报文进行切割、分片处理。例如将报文切割成128字节的等长分片，每个报文的分片个数为N。当然也可以不等长分片，此处不做限定，优选为等长分片。每个分片按照其组成报文的顺序先后有一个编号，即为分片标识(Slice-Num)。每个分片需要增加一个头部信息，头部信息中至少携带：MOD-ID、Packet-Num、Slice-Num以及N，以便于后续对分片报文的调度和接收端的重组。一个分片报文可以但不限于如表1所示的形式及内容：

表1

MOD-ID

Packet-Num

Slice-Num

N

DATA(数据)

在上述实施方式的基础上，步骤102具体可以包括：将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口的FIFO缓存，以使每个上链端口从各自的FIFO缓存中获得分片，并根据第一数据报文的MOD-ID将分片转发给相应的目的线卡。

其中，FPGA还可以包括一个发送端分片调度模块，用于在报文分片之后，将分片报文放入各个上链端口的FIFO缓存中去。该模块可以使用一个计数器，记录当前到达的分片为第几个，该计数器的满计数是组成上链聚合端口的全部上链端口的数目M的整数倍。计数器满了之后重新开始计数。如果当前到达该模块的分片计数为K，则分片被分片到端口FIFO缓存号码为K取M的余数。也即可以理解为：第一个分片分配给第一个端口FIFO缓存，第二个分片分配给第二个端口FIFO缓存中，依次类推。

由于前面入口FIFO缓存的有效保证，报文是顺序到达并顺序处理的，因此该模块调度的这种处理方式可以有效保证对于同一个MOD-ID的报文，先到达的报文先进入端口FIFO缓存，后到达的报文后进入端口FIFO缓存，即同一个MOD-ID的报文按照Packet-Num的顺序依次方到端口FIFO里面，有效保证了分片发送时候的先后顺序，不会发生乱序问题。

其中，上述实施例中提到的端口FIFO缓存用于放置和缓存各上链端口的分片报文，每个上链端口对应一个FIFO，对于每个上链端口对应的端口FIFO缓存的大小可以根据实际需要设置，并无严格的限制。

进一步的，当相应的上链端口接收到分片数据后，可以通过FPGA中的端口发送模块将数据分片转发出去。此处不做赘述。

还进一步需要说明的是，分片报文在交换卡中传输之后，有可能会发生乱序，为了保证接收端接收到的分片报文重组之后不会发生乱序，需要对报文进行调度处理，以保证重组后的报文不会发生乱序。具体的，每一个分片到达之后，根据Packet-Num的不同，将分片送到一个对应的缓存中，以暂时存放分片，等待该第一数据报文的所有分片都到达之后再进行第一数据报文的转发。同时，采用两个计数器，一个计数器用于记录当前已经进入缓存等待重组的Packet-Num，以有效判断该轮到第几个数据包进行重组了，该计数器即为Packet计数器。另一个计数器用于记录Packet所对于的缓存中的分片个数，用于判断该数据包所有的分片是否都已经到达。接收端对分片报文进行重组的方法流程图可以如图4所示：

步骤401、接收到报文分片；

步骤402、判断该分片属于哪个Packet-Num。

步骤403、根据Packet-Num的值，将此分片放入到该Packet-Num对应的缓存中。

步骤404、判断该对应的缓存里面的分片个数是否已经到达N。

如果是，执行步骤405；

如果否，执行步骤401。

步骤405、将该对应的缓存中的分片进行重组。

具体的，根据分片标识排列N个分片的重组顺序。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图5为本发明实施例五提供的上链聚合端口的流量均衡装置结构示意图，该装置是上述方法实施例的特定执行主体，具体的执行流程可以参考上述方法实施例的描述，此处不做赘述。该装置可以是计算机中的虚拟软件模块，也可以是FPGA实现的硬件结构，此处不做限制。

如图5所示，该装置可以包括：切割模块501和发送模块502。其中，切割模块501用于将第一数据报文切割成N个分片，分片中至少携带如下信息：第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识、第一数据报文标识、分片标识以及N，其中，N为大于等于1的正整数。发送模块502用于将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，以使目的线卡根据第一数据报文标识、分片标识以及N将携带第一数据报文标识的N个分片按照分片标识的顺序组成第一数据报文。

一种实施方式下，该装置还可以包括：接收模块，用于接收第一数据报文，从第一数据报文中获得第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识。

在上述实施方式的基础上，该装置还可以包括：第一FIFO缓存，用于对接收模块接收到的第一数据报文进行缓存；相应的切割模块用于：从第一FIFO缓存中取出第一数据报文后，将第一数据报文切割成N个分片。

在上述实施方式的基础上，发送模块502用于：将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口的先入先出缓存，以使每个上链端口从各自的先入先出缓存中获得分片，并根据第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡。

在上述实施方式的基础上，该装置还可以进一步包括：重组模块，用于目的线卡接收到分片，根据分片中携带的第一数据报文标识将分片放入该第一数据报文标识对应的缓存中；如果第一数据报文标识对应的缓存中的分片个数达到N，则按照分片标识的顺序组成第一数据报文。

其中，切割模块用于：将第一数据报文切割成N个大小相等的分片。

本发明实施例提供的上链聚合端口的流量均衡装置，将数据报文切割成分片后，依次分配给各个上链端口，达到精细流量均衡的效果，并避免巨型帧带来的影响，如丢包等问题。根据报文标识、分片标识以及分片个数对数据报文进行重组，对于乱序的调整不影响报文的处理，有效避免了乱序现象的发生。

图6为本发明实施例六提供的上链聚合端口的流量均衡设备结构示意图，如图6所示，该设备中包括如上述装置实施例所述的上链聚合端口的流量均衡装置601。需要说明的是，该上链聚合端口的流量装置601可以作为上链聚合端口的流量均衡设备的硬件组成存在于该设备中，也可以作为运行在该设备的软件功能模块存在于该设备中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种上链聚合端口的流量均衡方法，其特征在于，包括：

将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，以使所述目的线卡根据所述第一数据报文标识、所述分片标识以及N将携带所述第一数据报文标识的N个分片按照所述分片标识的顺序组成第一数据报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收第一数据报文之后，所述方法还包括：

将所述第一数据报文存入先入先出缓存；

相应的，将第一数据报文切割成N个分片包括：

从所述先入先出缓存中取出所述第一数据报文后，将所述第一数据报文切割成N个分片。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口包括：

将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口的先入先出缓存，以使所述每个上链端口从各自的先入先出缓存中获得分片，并根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

目的线卡接收到分片，根据所述分片中携带的第一数据报文标识将所述分片放入该第一数据报文标识对应的缓存中；

如果第一数据报文标识对应的缓存中的分片个数达到N，则按照分片标识的顺序组成第一数据报文。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N个分片的大小相等。

6.一种上链聚合端口的流量均衡装置，其特征在于，包括：

发送模块，用于将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口，以使每个上链端口根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡，以使所述目的线卡根据所述第一数据报文标识、所述分片标识以及N将携带所述第一数据报文标识的N个分片按照所述分片标识的顺序组成第一数据报文。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：第一FIFO缓存，用于对接收模块接收到的所述第一数据报文进行缓存；相应的所述切割模块用于：从所述第一FIFO缓存中取出所述第一数据报文后，将所述第一数据报文切割成N个分片。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发送模块用于：将N个分片依次发送给组成上链聚合端口的各上链端口的先入先出缓存，以使所述每个上链端口从各自的先入先出缓存中获得分片，并根据所述第一数据报文的目的线卡上交换芯片的标识将分片转发给相应的目的线卡。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：重组模块，用于目的线卡接收到分片，根据所述分片中携带的第一数据报文标识将所述分片放入该第一数据报文标识对应的缓存中；如果第一数据报文标识对应的缓存中的分片个数达到N，则按照分片标识的顺序组成第一数据报文。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述切割模块用于：将第一数据报文切割成N个大小相等的分片。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置为现场可编程门阵列FPGA。

12.一种上链聚合端口的流量均衡设备，其特征在于，所述设备包含如权利要求6至11中任一项所述的装置。