CN102938722B - 一种网络设备周期性协议发包的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络设备周期性协议发包的方法及装置，涉及通信技术，所述方法包括：对网络设备的一个或多个物理端口进行标识；对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识；当多个实例同时请求处理器发送协议包时，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列；处理器根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。本发明通过采用延时机制，使不同物理端口不同实例不再同时进行协议发包，大大减轻了处理器的负担，从而保障了协议运行的可靠性和稳定性。

Description

一种网络设备周期性协议发包的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种采用延时机制的网络设备周期性协议发包的方法及相关装置。

背景技术

近年来，随着互联网的迅速普及和推广，网络性能逐渐成为人们关注的热点。在现有网络中，各种公认标准协议和厂商私有协议应用广泛，而组成这个网络的关键设备如路由器、交换机、宽带远程接入服务器BRAS、防火墙、主机等都需要对其中不同的协议进行维护和处理。

网络设备对协议的处理通常都由处理器（中央处理器CPU、网络处理器NP等）来进行，如果设备在短时间内需要发送大量协议包时，很可能会由于处理器忙而发送不了这么多。处理器本身的能力是有限的，而随着网络应用的增加，报文发送的需求可能会无限制的增长，因此，如何保证报文都能成功发送出去就成为了亟待解决的问题。

通常协议报文发送分为两种，一种是报文需要单次立即发送，一种是报文需要周期性发送。前者由于发送没有规律性，通常发生在协议初始化阶段，且报文量小，因此不需要做发包性能优化，比如FTP连接的建立。后者报文发送是周期性的，通常是连接的维护或邻居的检测，由于发送同步问题的普遍存在，会导致短时间内CPU负担过大，进而导致邻居断开、协议超时等等问题。

对于协议周期性发包，当设备有多个端口要发包且它们的发包间隔相同时，则使得设备的CPU负担过重，严重影响报文发送，同时还可能影响到接收端的协议报文接收处理。以链路层发现协议LLDP为例，LLDP协议启动后，会检测所有UP的端口，然后在每个UP的端口周期性的发送LLDP报文。由于依次检测所有端口UP的时间非常短，因此所有UP的端口在发送LLDP报文时几乎是同步进行的，如果有64个UP的端口，那么CPU将会一次性发送64个LLDP报文出来，然后每隔一个周期就发送一次64个LLDP报文。再比如IEEE 802.1Qbg协议中提到的边缘虚拟桥EVB协议，它的EVB TLV是承载于LLDP报文的，如果一个物理端口下有1000个虚接口，且它们的EVB TLV发送周期都一致的话，则每隔一个周期就会发送1000个LLDP报文，如果64个端口都同时发送的话，那么CPU就需要一次性发送64000个LLDP报文。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络设备周期性协议发包的方法及装置，能更好地解决一次性发送大量协议报文时处理器负担过重的问题，以保障协议运行的可靠性和稳定性。

根据本发明的一个方面，提供了一种网络设备周期性协议发包的方法，包括：

对网络设备的一个或多个物理端口进行标识；

对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识；

当多个实例同时请求处理器发送协议包时，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列；

处理器根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。

优选地，比较所述多个实例的发包周期，得到最小发包周期，并将所述最小发包周期作为网络设备的发包周期T。

优选地，所述延时处理的步骤包括：

根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识网络设备的发包启动延时时间，并根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个网络设备下的相应标识实例的发包启动延时时间，得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。

优选地，所述相应标识网络设备的发包启动延时时间通过以下公式计算：

(T/m)*(x-1)

其中，m是物理端口总数，x是所述网络设备的第x个物理端口。

优选地，所述相应标识实例的发包启动延时时间通过以下公式计算：

(T/m)*((x-1)+(y-1)/n)

其中，n是第x个物理端口下的实例总数，y是第x个物理端口下的第y个实例。

优选地，在网络设备的第一个发包周期中，根据所述发包启动延时时间序列，依次发送所述多个实例的协议包，并在后续的发包周期中，按照发包周期T，周期性发送所述多个实例的协议包。

优选地，所述实例包括虚接口、协议、子协议。

根据本发明的另一方面，提供了一种网络设备周期性协议发包的装置，包括：

标识模块，用于对网络设备的一个或多个物理端口进行标识，并对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识；

延时处理模块，用于当多个实例同时请求处理器发送协议包时，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列；

发包模块，用于根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。

优选地，所述延时处理模块包括：

网络设备发包周期计算子模块，用于比较所述多个实例的发包周期，得到最小发包周期，并将所述最小发包周期作为网络设备的发包周期T；

网络设备发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识网络设备的发包启动延时时间；

实例发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个网络设备下的相应标识实例的发包启动延时时间，得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。

优选地，所述发包模块包括：

第一发包子模块，用于在第一个发包周期中，根据所述发包启动延时时间序列，依次发送所述多个实例的协议包；

第二发包子模块，用于在后续的发包周期中，按照发包周期T，周期性发送所述多个实例的协议包。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明通过采用延时机制，使不同端口不同实例不再同时进行协议发包，大大减轻了处理器的负担，从而保障了协议运行的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的网络设备周期性协议发包的方法原理框图；

图2是本发明实施例提供的第一应用拓扑图；

图3是本发明实施例提供的第二应用拓扑图；

图4是本发明实施例提供的网络设备周期性协议发包的装置框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的核心思想在于：利用延时机制，分散各个实例的发包启动时间，从而让处理器有足够的时间响应所有实例的发包请求，以保证协议正常的运行。

图1是本发明实施例提供的网络设备周期性协议发包的方法原理框图，如图1所示，包括：

步骤101：对网络设备的所有物理端口进行编号，包括UP状态和DOWN状态的端口，依次编号为P1、P2、…、Px、…、Pm，这里物理端口总数目为m，Px表示编号为x的端口。协议通过在UP的端口上收发相应的协议报文以维持正常运行，而DOWN的端口有可能由于需要以后会被UP起来，并且参与协议交互，因此有必要也编号进来。

步骤102：在每个物理端口下，有可能会被分割为许多虚接口（比如在虚拟化技术中），也有可能会被加入到多种协议中来，还有可能一个协议下需要周期性发送多种报文（比如LLDP有三种检测报文，目的MAC分别为01-80-C2-00-00-00、01-80-C2-00-00-03、01-80-C2-00-00-0E），这些虚接口、协议、子协议等等在这里都定义为一个实例，它们都有周期性发送协议包的需求。因此，在每个物理端口下，分别对这些实例进行编号，如果端口Px下有n个实例，则依次编号为I1、I2、…、Iy、…、In，这里Px端口下实例总数为n，Iy表示Px端口下编号为y的实例。如果n的数目会动态变化，则需要设置一个估计值，通常为该物理端口能够支持的最大实例数目。

步骤103：当在某个物理端口上实例启动、重启或最小发包周期发生变化时，每个实例需要向CPU请求发送协议包，并进行一个延时，延时时间根据公式(T/m)*((x-1)+(y-1)/n)来计算，这里T为所有实例中的最小发包周期，x为当前需要CPU发包的端口Px，y为当前需要CPU发包的实例Iy。

步骤104：经过延时发送之后，实例如果不再重启或最小发包周期不再调整，则以后发包就不需要再延时，当发包周期到达后，则请求CPU立即发包。

也就是说，对网络设备的一个或多个物理端口进行标识，并对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识。当多个实例同时请求处理器发送协议包时，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列，并根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。其中，根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识网络设备的发包启动延时时间(T/m)*(x-1)，并根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个网络设备下的相应标识实例的发包启动延时时间(T/m)*((x-1)+(y-1)/n)，从而得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列，以供处理器按照所述时间序列发送协议包。

图2是本发明实施例提供的第一应用拓扑图，如图2所示，交换机有100个物理端口，全局开启LLDP协议，并且都使能Nearest Bridge、Nearest Customer Bridge、NearestNon-TPMR Bridge邻居检测，因此，LLDP需要在这100个物理端口都发送这三种邻居检测报文，目的MAC分别是01-80-C2-00-00-0E、01-80-C2-00-00-00和01-80-C2-00-00-03，并且每隔一个检测周期（默认30s）会检测一次。此时，总的物理端口数目是100，每个端口下有3个实例，最小发包周期是30s。

那么，LLDP协议第一次启动的时候，第一个端口P1的第一个实例I1的邻居检测报文的发包启动延时时间（发送延时）是0，即会立即发送，而第一个端口P1的第二个实例I2的邻居检测报文的发送延时则是0.1s，即会在第一个检测报文发送之后0.1s再发送，以此类推，第40个端口P40的第三个实例I3的邻居检测报文的发送延时是(30/100)*((40-1)+((3-1)/3))=11.9s，而最后一个端口P100的三个邻居检测报文的发送延时分别是29.7s、29.8s、29.9s。

因此，P1的I1的检测周期是在0s的时候启动的，而P1的I2的检测周期是在0.1s的时候启动的，以此类推，P40的I3的检测周期是在11.9s的时候启动的，P100的三个实例的检测周期分别是在29.7s、29.8s、29.9s启动的。

而从第二个周期开始，它们的邻居检测报文的发送不再需要延时，那么，P1的I1的第二次检测报文发送的时间是第30s，P1的I2的第二次检测报文的发送时间是低30.1s，以此类推，P40的I3的第二次检测报文发送的时间是第41.9s，P100的三个实例的第二次检测报文发送的时间分别是第59.7s、59.8s、59.9s。

这样，交换机就可以在任何一个周期内将这总共每个周期100*3=300个报文分开发送了，每秒只需要发送10个LLDP报文，否则，如果都立即发送，则每个周期CPU需要在极短的时间内（通常小于1s）发送出300个LLDP报文，这对CPU来说将是一个较大的负担。

除此以外，将所有协议报文分散在一个最小周期内，也能避免协议超时，协议超时最小也是3倍检测周期。

图3是本发明实施例提供的第二应用拓扑图，如图3所示，交换机有10个物理端口，各自连接这不同的站点，交换机是数据中心交换机，所有物理端口都应用数据中心虚拟化技术，即每个物理端口下都有若干个虚接口，全局开启LLDP协议，每个虚接口都需要跟站点对应的虚接口交互EVB协议，EVB TLV是封装于LLDP报文中，由于虚接口各自相互独立维护其EVB信息，并且各自的TLV都是单独封装和独立发送的，而设备有多少个虚接口，则就有多少个EVB TLV需要发送，因此很可能将会有同样多的LLDP报文需要周期性发送。

如果端口1下有100个虚接口，端口5下有600个虚接口，端口10下有300个虚接口，其它7个端口下各自都有200个虚接口，那么总共将有2400个虚接口，即有2400个LLDP报文需要周期性发送。

在这里，每个虚接口对应一个实例的话，P1下有100个实例，P5下有600个实例，P10下有300个实例，其它端口下各自有200个实例。LLDP报文的发送间隔默认30s，由于各个端口下的实例数目有所不同，因此，协议启动时，这些检测报文的发送延时并不是均匀分布的。

开启协议后，第一个检测周期，P1的I1延时为0，P1的I2延时为0.03s，P1的I100延时为2.97s；P5的I1延时为12s，P5的I2延时为12.005s，P5的I3延时为12.01s，以此类推。

从第二个检测周期开始，检测报文的发送不再延时，从而保证这每个周期2400个LLDP报文能分散开发送，CPU每秒只需要发送80个LLDP报文，大大减轻了其负担。

另外，对于每个端口下的虚接口数目，该值动态变化可能较频繁，因此，在这里每个端口下的实例数目建议提供一个估计值，而不采用实际值，对于超过估计值的虚接口，报文发送只能与其前一个编号的虚接口同时进行了。

图4是本发明实施例提供的网络设备周期性协议发包的装置框图，如图4所示，包括标识模块、延时处理模块和发包模块。

所述标识模块用于对网络设备的一个或多个物理端口进行标识，并对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识。

所述延时处理模块用于当多个实例同时请求处理器发送协议包时，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。所述延时处理模块进一步包括：

网络设备发包周期计算子模块，用于比较所述多个实例的发包周期，得到最小发包周期，并将所述最小发包周期作为网络设备的发包周期T；

网络设备发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识网络设备的发包启动延时时间；

实例发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个网络设备下的相应标识实例的发包启动延时时间，得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。

所述发包模块用于根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。所述发包模块进一步包括：

第一发包子模块，用于在第一个发包周期中，根据所述发包启动延时时间序列，依次发送所述多个实例的协议包；

第二发包子模块，用于在后续的发包周期中，按照发包周期T，周期性发送所述多个实例的协议包。

假设网络设备有m个物理端口，标识模块依次将其编号为P1、P2、P3、…、Px、…、Pm，每个端口下有若干个实例需要发送协议包（这里的实例是指的有CPU周期发包需求的对象，包括虚接口、不同的协议或子协议等），第x个端口下有n个实例，标识模块依次将其编号为I1、I2、I3、…、Iy、…、In。每个实例都有一个发包周期，对于同一种协议通常是相同的。假设所有端口下所有实例的最小发包周期是T，即将所述最小发包周期T作为网络设备的发包周期T。

当协议启动、端口UP、实例也启动之后，CPU会轮询每个端口的每个实例准备第一次发送协议报文，此时我们给每个实例设置一个协议初次发包延时。首先，所有端口下的所有实例都需要在最短周期T的时间内将报文发出去，m个端口平均分配这段时间，则每个端口下的所有实例都分配的时间是T/m，如果第x个端口下有n个实例，那么每个实例分配到的时间是T/m/n，因此，对于第x个端口的第y个实例，它的协议初次发包送延时（第x个端口的第y个实例发包启动延时时间）是：(T/m)*((x-1)+(y-1)/n)。

这样，初次发包时，第一个端口下的第一个实例将会是立即发包，而最后一个端口的最后一个实例将会是在延时T*（m*n-1)/m*n之后发包，其它的实例也将分别延时（0,T）这个范围内的某个时间之后发包。

然后各个实例分别维护自己的定时器，周期到了时，再各自立即发包，不用再延时发送，从而使得不同端口、端口下不同实例的协议发包都不再同时进行，将会大大的减轻CPU的负担。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种网络设备周期性协议发包的方法，其特征在于，包括：

对网络设备的一个或多个物理端口进行标识；

对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识；

当多个实例同时请求处理器发送协议包时，根据所述物理端口标识、物理端口下的实例标识以及所述多个实例的最小发包周期，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列；

处理器根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延时处理的步骤包括：比较所述多个实例的发包周期，得到最小发包周期，并将所述最小发包周期作为网络设备的发包周期T。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述延时处理的步骤还包括：

根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识物理端口的发包启动延时时间，并根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个物理端口下的相应标识实例的发包启动延时时间，得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相应标识物理端口的发包启动延时时间通过以下公式计算：

(T/m)*(x-1)

其中，m是物理端口总数，x是所述网络设备的第x个物理端口。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相应标识实例的发包启动延时时间通过以下公式计算：

(T/m)*((x-1)+(y-1)/n)

其中，n是第x个物理端口下的实例总数，y是第x个物理端口下的第y个实例。

6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，在网络设备的第一个发包周期中，根据所述发包启动延时时间序列，依次发送所述多个实例的协议包，并在后续的发包周期中，按照发包周期T，周期性发送所述多个实例的协议包。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的方法，其特征在于，所述实例包括虚接口、协议、子协议。

8.一种网络设备周期性协议发包的装置，其特征在于，包括:

标识模块，用于对网络设备的一个或多个物理端口进行标识，并对每个物理端口下的一个或多个需要周期性发送协议包的实例进行标识；

延时处理模块，用于当多个实例同时请求处理器发送协议包时，根据所述物理端口标识、物理端口下的实例标识以及所述多个实例的最小发包周期，对所述多个实例的发包启动时间进行延时处理，形成对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列；

发包模块，用于根据所述发包启动延时时间序列，周期性发送相应实例的协议包。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述延时处理模块包括：

网络设备发包周期计算子模块，用于比较所述多个实例的发包周期，得到最小发包周期，并将所述最小发包周期作为网络设备的发包周期T；

物理端口发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口标识和网络设备的发包周期T，确定相应标识物理端口的发包启动延时时间；

实例发包启动延时时间计算子模块，用于根据所述物理端口的发包启动延时时间和物理端口下的实例标识，确定每个物理端口下的相应标识实例的发包启动延时时间，得到对应于所述多个实例的发包启动延时时间序列。

10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述发包模块包括：

第一发包子模块，用于在第一个发包周期中，根据所述发包启动延时时间序列，依次发送所述多个实例的协议包；

第二发包子模块，用于在后续的发包周期中，按照发包周期T，周期性发送所述多个实例的协议包。