CN102624723A - 一种实现显式拥塞通告的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现显式拥塞通告的方法，应用于PE：PE设备接收CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；PE设备确定当前处于拥塞状态，则将接收的所述原始报文封装为通用路由封装GRE报文且在GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。本发明还提供了一种实现显式拥塞通告的方法，应用于P：P设备接收PE转发的通用路由封装GRE报文；P设备确定当前处于拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头未设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。本发明还提供了一种实现显式拥塞通告的设备PE和P。采用本发明在GRE隧道网络中有效缓解网络设备拥塞。

Description

一种实现显式拥塞通告的方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种实现显式拥塞通告的方法及设备。

背景技术

图1为现有技术中一种使用ECN(Explicit Congestion Notification，显式拥塞通告)机制的网络示意图。如图所示，包括传输控制协议(TCP)发送端11、TCP接收端13以及TCP发送端11和TCP接收端13之间的网络设备12。在IP(Internet Protocol，互联网协议)网络中，提供ECN机制来实现丢包避免，也就是说提供一个网络设备向发送端报告发生拥塞的机制，让发送端在网络设备开始丢包前降低发送速率。IP和TCP使用包头中的未使用字段来支持ECN。IP报文头的TOS(Type of Service，服务类型)字段携带ECN标记，该ECN标记具体为TOS字段的后两位ECT和CE的取值；00表示不支持ECN；01表示支持ECN，称为ECN(1)标识；10表示支持ECN，称为ECN(0)标识；11表示发生了拥塞，称为网络拥塞标识(CE标识)。TCP对ECN的支持使用TCP报文头中预先定义的保留位ECN响应标志(ECE)和拥塞窗口减少标志(CWR)。

在IP网络中ECN机制具体包括以下步骤：

步骤11、TCP发送端和TCP接收端进行ECN能力协商；

这里，TCP发送端和TCP接收端为用户边缘设备(CE)(图中未示)下挂的服务器。

步骤12、协商成功后，TCP发送端为向TCP接收端发送的报文打上ECN(0)或者ECN(1)标识，当TCP发送端和TCP接收端之间的网络设备检测到自身拥塞时，将报文的ECN(0)或者ECN(1)标识修改为CE标识转发给TCP接收端；

步骤13、TCP接收端接收到携带CE标识的报文后，在向TCP发送端发送的报文中设置ECE字段值为1；

步骤14、TCP发送端发现ECE字段值为1，发送下一报文时CWR置1，并且降低向TCP接收端的报文发送速率。

但是，目前GRE(Generic Routing Encapsulation，通用路由封装)隧道网络还无法像普通的IP网络一样进行显式拥塞通告，没有办法缓解GRE隧道网络的拥塞。

发明内容

本发明实施例提供了一种实现显式拥塞通告的方法，在GRE隧道网络中有效缓解网络设备拥塞。

一种实现显式拥塞通告的方法，应用于运营商边缘设备PE；该方法包括：

PE设备接收用户边缘设备CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

PE设备确定当前处于拥塞状态，则将接收的所述原始报文封装为通用路由封装GRE报文且在GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

本发明实施例还提供了一种实现显式拥塞通告的方法，在GRE隧道网络中有效缓解网络设备拥塞。

一种实现显式拥塞通告的方法，应用于运营商设备P；该方法包括：

P设备接收运营商边缘设备PE转发的通用路由封装GRE报文；

P设备确定当前处于拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头未设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

本发明实施例还提供了一种实现显式拥塞通告的运营商边缘设备PE和运营商设备P，在GRE隧道网络中有效缓解网络设备拥塞。

一种实现显式拥塞通告的运营商边缘设备PE，该设备包括：

第一接收单元，用于接收用户边缘设备CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

第一检测单元，用于检测判断自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给封装处理单元；

封装处理单元，用于根据拥塞检测结果将第一接收单元接收的包含IP头的原始报文封装为增加有GRE隧道头和具有ECN标记的外层IP报文头的通用路由封装GRE报文，发送给转发单元；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

第一转发单元，用于转发所述GRE报文给运营商设备P或者其他PE。

一种实现显式拥塞通告的运营商设备P，该设备包括：

接收单元，用于接收外层IP报文头携带显式拥塞通告ECN标记的通用路由封装GRE报文；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

检测单元，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给处理单元；

处理单元，用于根据拥塞检测结果将GRE报文进行ECN标记的处理后发送给转发单元；

转发单元，用于转发所述处理后的GRE报文给PE。

本发明实施例在GRE隧道网络中实现ECN，源端PE通过封装后的外层IP报文头支持ECN，使拥塞反映到IP头部，在远端PE解封装的时候，外层IP报文头的ECN字段映射到原始IP报文头部转发给接收端，这样当GRE隧道网络中任意网络设备发生拥塞时，接收端都可以向发送端告知拥塞，让发送端在网络设备开始丢包前降低发送速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种使用ECN机制的网络示意图。

图2为实施例一中IP报文进行GRE封装后的GRE报文格式示意图。

图3A-图3C为实施例二GRE封装转发示意图。

图4A-图4B为实施例三GRE封装转发示意图。

图5为PE设备的结构示意图。

图6为PE设备同时具备源端PE和远端PE功能的结构示意图。

图7为P设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

GRE协议是一种封装协议，GRE提供了将网络层数据报文(例如，IP，IPX)以及承载于其他协议报文的网络层数据报文封装在另一种协议的报文中的机制，并使封装后的GRE报文能够在另一个网络层协议(例如，IP)中进行传输。其中，GRE报文进行传输的通道称为隧道(Tunnel)。具体地，隧道是一个虚拟的点对点连接，提供了一条能够使GRE封装的数据报文进行传输的通路，其中在使用隧道进行GRE报文传输时，需要在隧道的源端PE和远端分别将数据报文封装为GRE报文和将GRE报文解封装为数据报文。本领域技术人员可知，承载网络层数据报文的协议报文至少包括PPP(Pointto Point Protocol，点对点协议)协议报文、MPLS(Multi-Protocol LabelSwitching，多协议标签交换)报文等等，本发明不再穷举。

以下本发明将分别以不同数据报文的GRE封装传输过程为例，对本发明在GRE隧道网络实现显式网络拥塞的方案进行说明。

实施例一

本实施例以IP报文的GRE封装传输过程为例。

在本实施例中，作为GRE隧道源端的运营商边缘设备(PE，ProviderEdge)将收到的IP报文进行GRE封装。

其中，图2所示为将IP报文进行GRE封装后的GRE报文的报文格式。GRE报文中内层IP报文(封装前的原始IP报文)包括原始IP报文头和净荷(Payload)，其中，净荷为需要传输的数据报文内容。GRE报文为原始IP报文封装外层IP报文头和GRE隧道头。

源端PE将接收的IP报文封装为GRE报文发送给GRE网络隧道中运营商设备(P，Provider)的过程包括：

源端PE接收IP报文并且检测自身是否处于拥塞状态，将原始IP报文进行封装形成包含外层IP报文头和GRE隧道头的GRE报文；

该原始IP报文头内包含ECN(0)或ECN(1)标识，即支持ECN的标识，当源端PE检测到处于非拥塞状态，则将外层IP报文头内包含有与原始IP报文头一致的ECN(0)或ECN(1)标识，当源端PE检测到自身处于拥塞状态，则将外层IP报文头内包含有网络拥塞标识，即CE标识。

P设备将GRE报文发送到远端PE设备的过程包括：

P设备将GRE报文发送到远端PE的过程包括根据自身拥塞情况将外层IP报文头中携带ECN标记的GRE报文转发至远端PE；

具体方法为：P接收所述GRE报文，并检测自身是否处于拥塞状态后转发给远端PE；

当P检测到自身处于非拥塞状态，则将从源端PE接收的携带有ECN标记的GRE报文直接转发给远端PE；当P检测到自身处于拥塞状态，且从源端PE接收的GRE报文中外层IP报文头包含有ECN(0)或ECN(1)标识，则将所述ECN(0)或ECN(1)标识修改为CE标识后转发给远端PE；又或者，当P检测到自身处于拥塞状态，且从源端PE接收的GRE报文中外层IP报文头包含有CE标识，则将接收的GRE报文直接转发出去。

远端PE设备将GRE报文解封装发给经CE转发的TCP接收端的过程包括：

根据自身拥塞情况对GRE报文进行解封装形成原始IP报文头中携带ECN标记的解封后IP报文后发送给TCP接收端；其中，根据网络构架的不同，GRE报文可以接收自P设备，也可以接收自源端PE；

具体方法为：所述远端PE接收GRE报文，并检测自身是否处于拥塞状态后将GRE报文进行解封装去掉外层IP报文头和GRE隧道头形成解封后IP报文；

当远端PE检测到自身处于非拥塞状态，且接收的GRE报文中外层IP报文头包含有ECN(0)或ECN(1)标识，则将解封后IP报文直接转发出去；所述解封后IP报文的原始IP报文头中携带ECN(0)或ECN(1)标识；

当远端PE检测到自身处于拥塞状态，或者远端PE检测到自身处于非拥塞状态，但接收的GRE报文中外层IP报文头包含有CE标识，则将解封后IP报文包含的原始IP报文头内的ECN(0)或ECN(1)标识修改为CE标识后转发出去。

最后，同现有技术一样，TCP接收端接收到携带CE标识的解封后IP报文后，在向TCP发送端发送的报文中设置ECE字段值为1；TCP发送端发现ECE字段值为1，发送下一报文时CWR置1，并且降低向TCP接收端的报文发送速率。

根据上述描述，远端PE通过封装后的外层IP报文头支持ECN，使拥塞反映到IP头部，在远端PE解封装的时候，外层IP报文头的ECN字段映射到原始IP报文头部转发给接收端，这样当GRE隧道网络中任意网络设备发生拥塞时，接收端都可以向发送端告知拥塞，让发送端在网络设备开始丢包前降低发送速率。

实施例二：

本实施例以以太网报文的GRE封装传输过程为例。

如图3A所示，入PE设备收到用户边缘设备转发的以太网报文后，将以太网报文封装为GRE报文并转发P设备的处理过程：

入PE上从CE上收到用户IP报文，且此报文需要通过GRE隧道发给远端设备；

入PE上检查从CE上收到的用户IP报文内容；

如果发现CE发过来的用户报文属于IP/TCP报文，且IP头中的ECT等于1，CE等于0，或者ECT等于0，CE等于1；

则在出报文封装时做如下改动：

封装新的GRE隧道头部和新(外层)IP头部：

将新IP头部的ECT和CE字段设置为和用户IP头部的ECT和CE字段一致；

其他的不做修改，将IP报文发给P设备。

如图3B所示，P设备网络将GRE报文转发至出PE设备的过程：

正常情况下，在P设备上进行IP路由交换操作，将报文发给出PE设备；

如果P设备上没有拥塞，则对新IP头部的ECT和CT字段不做修改；

如果P设备上发生拥塞，则将新IP头部的ECT和CE都置为1；

P设备上只要支持原有ECN功能即可实现。

如图3C所示，出PE设备将GRE报文解封装并通过CE转发解封装后的以太网报文至用户设备的过程：

出PE上从P设备上收到GRE报文，剥离GRE头部，把报文变成用户报文转发给CE设备；

如果出PE发现收到GRE报文的IP头部的ECT等于1，CE等于1，则认为GRE网络中曾经发生过拥塞，

那么在用户报文中则将IP头部的ECT置为1，CE置为1，转发出去；

如果GRE报文的IP头部的ECT和CE不都为1，对用户报文不做修改转发出去；

从CE再到用户的转发过程，同IP/TCP的ECN过程相同。

这样当GRE网络中任何一个设备发生拥塞时，都能够将这种拥塞传递给数据报文，从而实现了在GRE网络中端到端的显示拥塞通告功能。

实施例三，

本实施例以VPLS(Virtual Private LAN Services，虚拟专用LAN业务)报文的GRE封装传输过程为例。

图4A和图4B分别示出了，入PE设备和出PE设备执行GRE封装以及GRE解封装与实施例二入PE设备和出PE设备的处理过程类似。

如图4A和图4B中，P设备转发GRE报文与以上两个实施例中P设备的处理大致相同。

本领域技术人员可根据本发明上述实施例提供的技术启示，在其他数据报文的GRE封装传输过程中，实现GRE隧道网络的显式网络拥塞。

需要说明的是，在本领域中，源端PE和远端PE是基于流量的走向定义的，通常源端PE设备接收来自用户侧的流量并将流量发往网络侧，也称为入PE；而远端PE设备接收来自网络的流量，并将流量发往用户侧，也称为出PE。

从上述可以看出，实施例中任何原始数据报文都带有IP头，而且本发明更关注网络拥塞时PE设备及P设备的处理：

PE设备接收CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

PE设备确定当前处于拥塞状态，则将接收的所述原始报文封装为通用路由封装GRE报文且在GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

P设备接收运营商边缘设备PE转发的通用路由封装GRE报文；

P设备确定当前处于拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头未设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

对应上述实施例，本发明实施例还提供了一种PE设备和P设备。

其中，PE设备的结构示意图如图5所示，该PE设备执行源端PE的功能，其包括：

第一接收单元501，用于接收用户边缘设备CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

第一检测单元502，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给封装处理单元；

封装处理单元503，用于根据拥塞检测结果将第一接收单元接收的包含IP头的原始报文封装为增加有GRE隧道头和具有ECN标记的外层IP报文头的通用路由封装GRE报文，发送给转发单元；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

第一转发单元504，用于转发所述GRE报文给运营商设备P或者其他PE。

另外，PE设备还可以执行远端PE的功能，即在图5结构的基础上增加第二接收单元51、第二检测判断单元52、解封装处理单元53和第二转发单元54，对接收的GRE报文进行解封装，如图6所示。其中，

第二接收单元51，用于接收GRE报文；

第二检测单元52，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给解封装处理单元；

解封装处理单元53，用于根据拥塞检测结果将第二接收单元接收的GRE报文进行解封装去掉外层IP报文头和GRE隧道头形成携带ECN标记的解封后IP报文；

第二转发单元54，用于转发所述解封后IP报文给CE。

P设备的结构示意图如图7所示，该设备包括：

接收单元701，用于接收外层IP报文头携带显式拥塞通告ECN标记的通用路由封装GRE报文；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

检测单元702，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给处理单元；

处理单元703，用于根据拥塞检测结果将GRE报文进行ECN标记的处理后发送给转发单元；

转发单元704，用于转发所述处理后的GRE报文给PE。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种实现显式拥塞通告的方法，应用于运营商边缘设备PE；其特征在于，该方法包括：

PE设备接收用户边缘设备CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

PE设备确定当前处于拥塞状态，则将接收的所述原始报文封装为通用路由封装GRE报文且在GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括PE设备确定当前处于非拥塞状态，则将接收的所述原始报文封装为GRE报文且在GRE报文的外层IP报文头设置与原始报文IP头一致的支持ECN的标识。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PE设备还用于接收GRE报文，该方法进一步包括所述PE设备接收GRE报文后，确定当前处于拥塞状态，则对GRE报文进行解封装为IP报文且在解封后IP报文的IP头设置网络拥塞标识。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括PE设备接收GRE报文后，确定当前处于非拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头未设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文进行解封装为IP报文直接转发出去。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括PE设备接收GRE报文后，确定当前处于非拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识，则对GRE报文进行解封装为IP报文且在解封后IP报文的IP头设置网络拥塞标识。

6.一种实现显式拥塞通告的方法，应用于运营商设备P；其特征在于，该方法包括：

P设备接收运营商边缘设备PE转发的通用路由封装GRE报文；

P设备确定当前处于拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头未设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括P设备确定当前处于非拥塞状态，则将接收的GRE报文直接转发出去。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括P设备确定当前处于拥塞状态，且GRE报文的外层IP报文头设置网络拥塞标识，则将接收的GRE报文直接转发出去。

9.一种实现显式拥塞通告的运营商边缘设备PE，其特征在于，该设备包括：

第一接收单元，用于接收用户边缘设备CE转发的包含IP头的原始报文，该IP头内包含支持显式拥塞通告ECN的标识；

第一检测单元，用于检测判断自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给封装处理单元；

封装处理单元，用于根据拥塞检测结果将第一接收单元接收的包含IP头的原始报文封装为增加有GRE隧道头和具有ECN标记的外层IP报文头的通用路由封装GRE报文，发送给转发单元；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

第一转发单元，用于转发所述GRE报文给运营商设备P或者其他PE。

10.如权利要求9所述的PE，其特征在于，该设备进一步包括：

第二接收单元，用于接收GRE报文；

第二检测单元，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给解封装处理单元；

解封装处理单元，用于根据拥塞检测结果将第二接收单元接收的GRE报文进行解封装去掉外层IP报文头和GRE隧道头形成携带ECN标记的解封后IP报文；

第二转发单元，用于转发所述解封后IP报文给CE。

11.一种实现显式拥塞通告的运营商设备P，其特征在于，该设备包括：

接收单元，用于接收外层IP报文头携带显式拥塞通告ECN标记的通用路由封装GRE报文；所述ECN标记包括网络拥塞标识、支持ECN的标识；

检测单元，用于检测自身是否处于拥塞状态，将检测结果发送给处理单元；

处理单元，用于根据拥塞检测结果将GRE报文进行ECN标记的处理后发送给转发单元；

转发单元，用于转发所述处理后的GRE报文给PE。

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