CN104641361B - 实时且高分辨率缓冲占用监控和记录 - Google Patents

Abstract

本文呈现了用于对网络设备中的缓冲器的缓冲占用进行检测和表征的技术。在网络设备处接收分组。当分组被网络设备处理时，这些分组被存储于该网络设备的缓冲器中。以采样速率对缓冲器的占用等级进行采样。从采用确定缓冲器随着时间的占用等级，并且基于占用等级对通过网络设备的流量流进行表征。

Description

实时且高分辨率缓冲占用监控和记录

相关申请

本申请要求于2012年9月18日提交的、题为“实时且高分辨率缓冲占用监控和记录”的美国临时申请No.61/702,318，该临时申请的整体通过引用被合并于此。

技术领域

本公开总体涉及对网络设备中的网络缓冲器的内容进行监控。

背景技术

在诸如数据中心之类的计算机网络中，数据以一般以通过一个或多个网络设备(例如，交换机、路由器、防火墙等)的分组形式被从源传输至目的地。在传输期间，分组通常被临时存储于网络设备的一个或多个网络缓冲器中。

某些数据中心客户要求可以提供低延时、高带宽以及通常较大扩缩性的网络架构。(在扁平的拓扑中包括多个固定交换机的)以太网交换结构是通常被用来满足这些要求的网络架构。在以太网交换结构中，固定交换机通常具有片上交换机(SOC)架构，该SOC架构比具有模块化设计或基于交叉开关(crossbar)设计的网络设备提供更小的网络缓冲器。然而，即使网络缓冲器大得足以容纳所有传入(incoming)流量，但过度缓冲可以导致任何流量遭受额外延时。

附图说明

图1是根据本文所呈现的技术被配置来监控网络设备中的缓冲器的网络设备的框图。

图2是被配置来监控网络设备中的缓冲器的缓冲监控逻辑的框图。

图3是缓冲监控逻辑的附加部件的框图。

图4是被配置来监控网络缓冲器的计算系统的框图。

图5是对网络缓冲器进行监控以获得缓冲占用数据的方法的流程图。

图6是表示可以被输出至用户的网络缓冲占用的示例图表。

图7示出可以被输出至用户来示出在特定时间段的缓冲占用的柱状图的示例。

图8是可以被获得的缓冲占用与时间的图表的示例。

图9示出示例柱状图的仿真结果的示例。

图10A-图10F是与跨图9的整个仿真与缓冲使用情况相对应的图表的示例。

图11A-图11B是可以被输出至用户的重新构建的缓冲使用情况的示例。

具体实施方式

概述

本文所呈现的是用于使用网络设备中的网络缓冲器的占用的柱状采样、以微秒尺度对缓冲占用进行检测和表征的技术。本文所呈现的技术还包括用于收集并解释结果数据的相关联的处理。

用于检测和表征缓冲占用的一种技术包括：当分组被网络设备处理时，将这些分组存储于该网络设备的缓冲器中；以采样速率对缓冲器的占用等级进行采样；在从采样确定的时间中跟踪缓冲器的占用等级；以及基于占用等级对通过网络设备的流量流进行表征。

具体实施方式

增长的一部分网络用户(例如，金融公司)要求来自数据中心设备的亚微秒延时。未计算在内的缓冲将引起可能对数据中心性能带来负面影响的显著的延时惩罚。其他客户在如下的环境中进行操作：给定的端服务器或虚拟机将在微秒尺度的突发(burst)中(例如，在搜索查询的结尾处的不充分利用(in-cast))接收大量流量。微突发可以在数据中心边界附近压垮缓冲器，并且导致自发地出现和消失的流量中断(被丢弃的分组或延时惩罚)。本文所呈现的是用来确定缓冲占有量等级、并且基于所确定的缓冲占有量等级来对通过网络设备的流量流进行表征的网络缓冲监控技术。图1是被配置来执行本文所呈现的网络缓冲监控技术的网络设备的框图。网络设备100包括端口110(1)-110(N)、交换机结构120、缓冲监控逻辑130、中央处理单元(CPU)140、一个或多个缓冲器150以及(一个或多个)交换表160。举例来说，网络设备100可以与网络交换机相对应。应当理解，网络缓冲监控技术可以被实现于一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字逻辑门中，或者由运行存储于有形(非暂态)处理器可读存储器存储介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)或其他非暂态存储器存储设备)中的指令的处理器来实现。在本文所呈现的具体示例中，缓冲监控技术是由硬件辅助的。

在网络设备100为网络交换机的情形中，到达端口110(1)-110(N)中的一个端口的分组由交换机结构120交换到端口110(1)-110(N)中的另一端口，在一些实现方式中，交换机结构120可以被配置为交叉开关。(一个或多个)交换表160被CPU 140参照来控制交换机结构120将从端口110(1)-110(N)中的一个端口接收到的分组进行交换以在端口110(1)-110(N)中的另一端口上被输出。该分组可以基于网络交换机100处的当前状态由(一个或多个)缓冲器150进行缓冲。缓冲监控逻辑130对(一个或多个)缓冲器150的占用进行监控，并且利用硬件来对(一个或多个)缓冲器150进行采样，以提供在检测或评估网络状态(例如，导致网络拥塞和分组丢失的分组微突发)中可能有用的缓冲占用历史信息。因此，本文所呈现的技术为利用亚微秒采样周期对网络设备(例如，网络交换机)中的给定缓冲器的占用进行采样的机制。

现在参照图2。图2示出缓冲监控逻辑130的一个可能的实现方式的框图，该缓冲监控逻辑130对缓冲150的缓冲占用等级进行监控，并且提供缓冲占用等级信息以用于对一个或多个缓冲器的操作进行分析。缓冲监控逻辑130可以被完全实现在硬件(例如，专用集成电路(ASIC))中。在其他实现方式中，缓冲监控逻辑130包括硬件元件和软件要素二者。

分组200在例如网络设备(例如，图1中所示出的网络设备100)的入口(ingress)端口处被接收。缓冲器150存储所接收的分组200。被存储于缓冲器150中的分组然后可以被读取出以被网络设备100处理。例如，分组200内的信息可以被读取，并且由此可以确定在其路径上将分组200中的每个分组发送至网络内的目的地单元的最佳路由。对哪个缓冲器来存储分组的选择可以基于例如入口端口、出口(egress)端口和/或(分组的)优先级。每个队列的瞬时和长期(柱状图)缓冲占用可以被生成。而且，队列可以基于如下内容而被分配：入口端口和优先级{入口端口，优先级}、出口端口和优先级{出口端口，优先级}、单独入口端口{入口端口}、单独出口端口{出口端口}以及单独优先级{优先级}。

缓冲监控逻辑130包括采样单元230、跟踪单元240以及表征单元250。采样单元230以采样速率对缓冲器150的占用等级进行采样，优选地，以很快的采样速率进行采样以跟踪可能影响缓冲器的微突发状态。示例性的，采样速率可以是100纳秒50次。采样单元230可以被实现于硬件(例如，ASIC中的数字逻辑门)中。

跟踪单元240在一段时间内对缓冲器150的占用等级进行跟踪，该段时间由采样单元230做出的缓冲器150的多次采样来确定。通过示例的方式，跟踪单元240可以基于1/100纳秒的采样速率在10微秒的时间段内对缓冲器150的占用等级进行跟踪，100个单独的缓冲占用等级样本将在该10微秒的时间段期间被获得。

表征单元250接收由跟踪单元240输出的所跟踪的占用等级，并且使用该信息来对在该时间段(例如，10微秒的时间段期间)期间通过网络的流量流进行表征。例如，如果缓冲占用等级指示缓冲完全状态存在于该时间段中的至少一部分，则表征单元250可以确定在该时间段期间网络设备中存在拥塞状态，从而网络设备内的资源可以被重新分配以尝试减轻或完全克服拥塞状态。通过示例的方式，具有缓冲完全状态的缓冲器可以被重新指定以使得接收从网络传入的降低速率的分组，而在相同的时间段期间具有缓冲较低占用状态的缓冲器可以被重新指定以接收从网络传入的较大速率的分组。对缓冲器进行的负载均衡然后可以在未来的时间段使得网络设备处于更好的操作状态。

图3是跟踪单元240的一个可能的实现方式的框图。跟踪单元240包括缓冲占用指定单元310、缓冲占用确定单元320、计数器330以及柱状图创建单元340。缓冲器的缓冲占用范围分别被指定到容器(bin)中，从而那些缓冲占用范围可以基于缓冲器的最近缓冲占用信息而被重新指定。缓冲占用指定单元310将缓冲器的n个缓冲占用范围分配到n个容器中，其中，n是大于2的正整数。首先，这可以通过将缓冲器划分为n个容器来完成，其中，每个容器与缓冲器中相应的占用等级范围相关联。缓冲占用确定单元320在每个采样周期(例如，每微秒)确定缓冲占用等级。基于由缓冲占用确定单元320输出的缓冲占用等级，计数器330增加一，计数器值L1，...，Ln被指定给n个容器(容器1，容器2，容器3，...，容器n)之一。当预定的监控时间结束，计数器330输出计数器值L1，...，Ln，计数器值L1，...，Ln然后被提供给柱状图创建单元340，用于以柱状图的形式向用户提供缓冲占用的视觉指示。容器1、容器2、容器3、...、容器n-1、容器n中的每个容器的当前计数值以那些容器中的每个容器内的深色区域的方式被示出于图3中。

每个容器可以基于被指定给缓冲器的多个队列的分配、针对缓冲占用等级范围(例如，0-64字节、65-128字节、...、1024-9216字节)而被累加。例如，第一容器被指定给被写入缓冲器的0-64字节的缓冲占用，第二容器被指定给被写入缓冲器的65-128字节的缓冲占用，等等。针对给定的容器组而被指定给每个容器的缓冲占用等级范围依赖于订阅使用该容器组的入口端口、出口端口以及分组优先级中的一个或多个的组合。

基于计数器值L1，...，Ln，例如，当计数器值L3超过其最大值时，由计数器330输出的计数器值L3可以使得缓冲占用指定单元310为缓冲器重新指定容器占用等级范围。在该示例中，针对特定的时间段导致饱和的计数器值L3(例如，等于256的值)的容器3可以使得其缓冲占用范围减小，以获得先前由容器3所覆盖的缓冲占用区域中更精细的缓冲占用粒度。即，容器3和容器4可以被重新指定，以分别覆盖先前由容器3单独覆盖的缓冲占用范围中较低的一半和较高的一半。

在一些实现方式中，两个邻近的容器可以被指定以邻近的每个4字节(例如，37-30字节被指定给容器3，31-34字节被指定给容器4)的缓冲占用等级范围，以实现所期望的粒度等级来分析关于某些占用范围的缓冲活动。

通过以上述方式将容器分配到缓冲占用等级，所获得的柱状图可以提供对在一段时间内被写入缓冲器的数据量的指示。分组的突发可以基于在特定时间段内在计数值方面经历较大上升的一个或多个容器而被识别，其转而可以指示哪些队列是超负荷的。

例如，柱状图可以针对一段时间的总的占用、平均占用以及占用的标准偏差而被生成。另外，在一队特定入口/出口端口对或一队分组优先级等级被用来写入缓冲器的情形中，容器/队列占用柱状图可以基于在特定时间段内针对每个容器所获得的计数值而被生成。

图4示出了对计算系统400的描绘。计算系统400包括总线405或用于传输信息的其他通信机制、以及被耦合到总线405的用于处理信息的处理器410。计算系统400还包括主存储器445(例如，随机存取存储器(RAM)或其他动态存储设备)，主存储器445被耦合于总线405以用于存储器信息和由处理器410运行的指令。主存储器445还可以被用来存储位置信息、临时变量或在处理器410运行指令期间的其他中间信息。计算系统400还可以包括只读存储器(ROM)410或其他静态(非暂态)存储设备，只读存储器(ROM)410或其他静态(非暂态)存储设备被耦合于总线405以用于存储静态信息和处理器410的指令。存储设备425(例如固态设备、磁盘或光盘)被耦合于总线405以用于永久地存储信息和指令。缓冲占用确定逻辑455包括可以被存储于主存储器415、ROM 420和/或存储设备425中的可执行指令，并且缓冲占用确定逻辑455还可以包括一些硬件逻辑部件。缓冲占用确定逻辑455被处理器410用来执行缓冲占用确定和本文所描述的相关操作。

计算系统400可以经由总线405被耦合至显示器435(例如，液晶显示器或有源矩阵显示器)，以用于向用户显示信息，例如，示出特定时间段期间的缓冲占用等级的缓冲占用柱状图。输入设备430(例如，包括字母数字键和其他键的键盘)可以被耦合于总线405以用于将信息和命令选择传输给处理器410。在另一实现方式中，输入设备430具有触摸屏显示器435。输入设备430可以包括光标控制(例如，鼠标、轨迹球或光标方向键)，以用于将方向信息和控制选择传输给处理器410并且用于在显示器435上控制光标移动。

根据本文所描述的技术的各种实现方式，实现本文所描述的说明性的实现方式的处理可以由计算系统400响应于处理器410运行被包含于主存储器415中的指令布置而被实现。这样的指令可以被从另一计算机可读介质(例如，存储设备425)读取到主存储器415中。运行被包含于主存储器415中的指令布置使得计算系统400执行本文所描述的说明性处理。多处理布置中的一个或多个处理器还可以被用来运行被包含于主存储器415中的指令。在可替代的实现方式中，硬连接电路可以被用来代替软件指令或与软件指令进行组合以实现说明性实现方式。因此，实现方式不限于硬件电路或软件的任何具体的组合。

图5是示出根据本文所描述的技术的跟踪缓冲占用等级的方法的流程图。在步骤510中，分组在网络设备处被接收。在步骤520中，由于所接当所接收的分组被网络设备处理时，将这些分组存储于网络设备的缓冲器中。在步骤530中，缓冲器的占用等级以采样速率被采样。容器可以在分组到达后、或随着时间而被采样。在步骤540中，缓冲器的占用等级在从采样确定的一段时间内被跟踪。在步骤550中，通过网络设备的流量流基于一段时间内所跟踪的占用等级而被表征。

一般地，采样步骤520、跟踪步骤530以及表征步骤540可以基于如下一项或多项而被执行：2层参数、3层参数、4层参数、分组负荷、分组优先级参数以及任意用户定义参数。

现在参照图6和图7。图6是表示随着时间的推移在页面方面缓冲占用的示例图表，该图表由跟踪单元240来确定。在该示例中，十七(17)个阈值可以被设置于柱状图寄存器中，以使得十八(18)个容器由图7中所示的柱状图图表中的阈值来约束。为创建柱状图，以定期的间隔对数据(在该情形中数据为整个缓冲占用)进行采样，其中，间隔由寄存器的值来设置。在采样之后，当发现缓冲占用值处于容器的范围之内时，该容器的计数器被增加。应当理解，图6和图7的图表彼此不相关，因为图6中所示的在页面方面缓冲占用量可能不完全与图7中所示的柱状图容器占用值相匹配。

具体参照图7，还提供了用于在操作亚微秒采样周期期间进行重新配置以支持更短或更长的采样周期或适应预期的CPU使用参数或计数器大小的技术。此外，本文所呈现的技术可以涉及这样的机制，通过该机制，前述缓冲占用样本被聚合为多个容器(n个容器)。图7中示出十八(18)个这样的容器，用于将缓冲器划分为18个缓冲占用等级。这n个容器可用来被读取或被清除，以进一步用于由网络设备上所安装的软件处理进行计数。软件处理可以以毫秒或秒域的采样间隔来读取或清除这些容器。

本文所呈现的技术还可以提供这样的机制，通过该机制，n个容器具有n-1个上限阈值，这些阈值可以由软件处理静态配置或动态配置。在图7中，18个容器中每个容器的上限计数器大小被设置为256(即，柱状图中可以示出在特定的时间段内特定容器的占用等级达到256个样本)。上限缓冲占用阈值然后可以被用来对样本进行分类和聚合。当样本小于所选择的容器的相应上限阈值并且大于邻近的较小的容器的上限阈值(对于第0个容器，上限阈值可以被设置为0)时，容器可以增加。比所有所配置的阈值都高的样本可以被置于最后的第n个容器中。本文所呈现的技术还可以提供专用的m缓冲计数器群集(每个具有前述n个采样容器)，该专用的m缓冲计数器群集可以在针对特定可选的端口的m个缓冲器之间或端口群中的m个端口之间被交换。

柱状图容器和瞬时缓冲占用一起可以被收集、记录以及解释，从而以毫秒或亚毫秒的尺度构建缓冲占用的基于时间的简档(profile)。假设大多数非零容器位于软件采样周期的开端和结尾处的瞬时占用之间，处理可以使用容器计数(被解释为特定占用范围中所花费的时间)来构建针对缓冲占用的估计时间过程。

而且，柱状图容器和瞬时缓冲占用一起可以被收集、记录以及解释，从而以微秒或亚微秒的尺度来检测流量突发。给定存在显著大于软件采样间隔的开端和结尾处的瞬时缓冲转移的非零容器的情景，可以得出在该间隔中存在微突发的结论。

硬件采样参数可以被动态调整以对前面的方法所检测的系统突发进行最佳表征。例如，如果第n个(溢出)容器被发现为非零，则该处理可以将这n个容器阈值重新扩缩为更高的值，以使得未来类似的突发的幅度可以更好地被表征。同样，如果给定的突发或流量模式仅触发最小的容器，则该处理可以对这n个容器阈值进行重新扩缩以捕捉具有更精细粒度的任何未来的突发。另外，如果给定的流量模式使得缓冲占用在特定的值集之间悬停(hover)，则该处理可以对这n个容器阈值进行重新扩缩以“关注”这些值的范围，从而对具有更精细的粒度的流量进行表征。可以将这些重新扩缩的处理与可配置的扩缩因子相加、相乘或其任意组合。

微突发及其幅度和/或持续时间可以被记录、被计数以及被解释，以指示网络设备上微秒尺度拥塞事件的严重度。事件的严重度，以及计数、幅度、持续时间和频率可以被显示给网络管理员，从而允许管理员对设备进行重新配置、激活对策或作出进一步的故障排除。在某些示例中，可以以红/黄/绿指示符、或者通过软件界面或设备上的指示符的形式来显示微突发事件严重度。

图7的柱状图图表中的每个条是时间的度量。容器的条越长，则停留在该容器的范围之内的缓冲占用就越长。从图7的柱状图图表的示例，可以推断缓冲占用等级通过(容器1至容器3的)阈值1至3的转变的时间比占用等级通过(容器4至容器7的)阈值4至7冲到(容器8的)阈值8所需的时间更长。被指定给这些容器中每个容器的计数器可以在读取这些计数器之后清除。

作为图7中柱状图数据的基础的缓冲器可以起初被划分为18个容器，这18个容器分别被分配为相等大小的18个不同占用等级范围。即，容器1被分配为从1字节到8字节变化的占用等级，容器2被分配为从9字节到16字节变化的占用等级，容器3被分配为从17字节到24字节变化的占用等级，等等。这将缓冲器有效地划分为可以在特定时间段内对缓冲占用等级进行跟踪的18个缓冲占用等级。对于具有用于分组存储的1800字节的容量的缓冲器，每个缓冲填充区域在大小方面与100个字节相对应。即，容器1与0字节和99字节之间的缓冲占用相对应，容器2与100字节和199字节之间的缓冲占用相对应，直到容器18与1700字节和1799字节之间的缓冲占用相对应。当缓冲占用样本由图2的采样单元230以例如每0.1纳秒获得时，这么多次中的每次处的缓冲占用等级被置于合适的容器中，并且被分配给该容器的计数器由跟踪单元240来增加。如果缓冲占用等级在特定采样时间处为165字节，则容器17的计数器被增加一来反映该测量。如果缓冲占用等级在下一采样时间处(例如，在上一采样时间之后的0.1纳秒)为168字节，则容器17的计数器再次被增加一。如果下一采样时间处的缓冲占用量为158字节，则容器16的计数器被增加一。对于预定的时间段(例如，对于1000个连续的采样时间)，可以读取每个容器的计数器值，并且由跟踪单元230获得并输出缓冲占用等级的柱状图(例如，图7中所示的柱状图)。然后可以使用柱状图来确定网络设备是否存在拥塞状态，并且还可以确定用来改善通过网络设备的分组流所采取的合适动作。

作为对跨过上述可能的缓冲占用等级的整个范围的替代，这18个容器可以只跨过部分可能的缓冲占用等级，例如，从零(0)缓冲占用等级至75％缓冲占用等级。如果最高的容器达到饱和计数值(例如，其达到其最大计数值)，则这些容器可以被调整大小，以覆盖更多部分的可能的缓冲占用等级，例如，从0至90％缓冲占用等级。

另外，在队列被指定给入口端口、或入口端口/出口端口对或者具有特定优先级的分组的情形中，可以基于上述技术来确定由被指定给该队列的分组而引起的缓冲占用。例如，如果期望由到达端口33的分组而引起的缓冲占用，则针对该端口来将容器组分配给流量，并且针对该组容器来考虑仅仅将被指定给与端口33相关联的队列的那些分组装进容器。或者，如果期望由具有特定优先级的分组而引起的缓冲占用，则针对该特定优先级来分配容器组，并且针对该组容器来考虑仅仅将具有该特定优先级的那些分组装进容器。

由图2的跟踪单元240在任意特定的采样时间对缓冲占用等级进行的监控可以通过硬件(例如，数字逻辑门)来完成，以实现有助于检测微突发状态(例如，当大量分组在很小的时间帧中(例如，在网络内的分组微突发状态期间)到达缓冲器时)的对缓冲器进行超快速采样。

在缓冲器的特定部分被示出为比该缓冲器的其他部分(例如，图7中指示较低缓冲占用的容器1、容器2和容器3)占用更多的情形中，通过有效地创建用来覆盖之前由容器1、容器2和容器3所覆盖的相同的缓冲占用等级范围的多于三个容器，这些容器可以(在跟踪单元240的控制下)由采样单元230来调整大小以在这些容器上进行历练。通过示例的方式，容器1、容器2和容器3可以被调整大小以覆盖它们当前大小的一半的缓冲占用，并且容器4、容器5和容器6可以被调整大小以覆盖之前由容器1、容器2和容器3所覆盖的其余缓冲占用等级，从而对于某些大小范围的分组在缓冲占用粒度方面提供50％的增加。

另外，容器8可以以上面所讨论的关于容器1、容器2和容器3的类似方式被调整大小来覆盖更小的缓冲占用范围，从而在缓冲器的中间等级占用部分提供更精细的粒度。在一些实现方式中，对容器调整大小可以自动被执行。该调整大小可以在针对至少n个缓冲采样时间段(n是大于2的正整数)容器计数器值大于第一预定值时被完成，从而该容器的缓冲占用范围减小，以获得关于该缓冲器的该部分内的缓冲占用等级的更精细的粒度。另外，该调整大小可以在针对n个缓冲采样时间段的容器计数器值小于第二预定值时被完成，以使得该容器的缓冲占用范围增大，以获得关于该缓冲器的该部分内的缓冲占用等级的更高的粒度(以允许具有更多占用的其他容器使得其各自的缓冲占用范围减小)。

例如，容器1、容器2和容器3可以被调整大小，以使得每个容器覆盖该缓冲器的总的大小的1/36的缓冲占用范围(例如，容器1覆盖从缓冲空到小于完整的1/36的一个字节的范围，容器2覆盖从完整的1/36到小于完整的1/18的一个字节的范围，容器3覆盖从完整的1/18到小于完整的3/36的一个字节的范围)，并且容器4、容器5和容器6可以被修改，以使得每个容器覆盖比它们各自先前的缓冲占用范围更大的缓冲占用范围。

与被分配以不同缓冲占用等级范围的容器相关联的计数可以被设置为用来覆盖从缓冲空的状态至缓冲完整的状态的值，或者被设置为该范围的一些部分(例如，从1/4缓冲完整状态至3/4缓冲完整状态，或者从缓冲空的状态至3/4缓冲完整状态)，如果这是感兴趣的缓冲占用区域。由此，通过适当地设定容器大小，可以获得期望的粒度等级来监控缓冲占用范围的特定部分。尽管图7示出能够被分配以18个缓冲占用范围的18个容器，但应当理解，其他数目的容器可以基于用来监控缓冲器的占用的硬件而被分配以各种缓冲占用等级范围，这仍在本文所描述的技术的精神和范围之内。

在一些实现方式中，对于计数值零，被指定以缓冲器的最小缓冲占用范围的容器将零计数为有效的计数器值，并且可以最终饱和。因此，在一些实现方式中，零缓冲占用将不会导致该容器的计数器值的增加。

图7的柱状图表示还提供在整个采样周期内缓冲器的占用的宏观视角，这优于时间与占用的简单图表。如果需要，则通过以定期的间隔来读取柱状图计数器，可以重新构建缓冲占用图表。

现在参照图8。柱状图计数器可以以如下时间的定期间隔而被读取：(1)在时间1处，只有容器1具有非零值64，(2)在时间2处，只有容器2具有非零值32，(3)在时间3处，只有容器3具有非零值64，(1)在时间4处，只有容器4具有非零值128，(5)在时间5处，只有容器5具有非零值32，等等。从该信息，可以推断一段时间内缓冲占用与时间的图表，如图8所示。在图8的示例中，零到时间1的斜率是时间1与时间2之间的斜率的一半。另外，零到时间1的斜率是时间3与时间4之间的斜率的两倍。

图9示出仿真结果，其中，根据上面的技术所生成的示例柱状图被读取六(6)次。每次连续的读取在时间上与上一次读取隔开相同时间量。对于每次对缓冲器进行的读取，缓冲占用从对该缓冲器的上一次读取增加。

图10A-图10F示出跨图9的整个仿真的缓冲使用情况的柱状图。这些柱状图可以由图2的跟踪单元240输出，例如以用于在特定的微突发时间段对网络设备的缓冲占用进行诊断。对于图10A-图10F所示的柱状图，在时间上存在六个标记，如图9所示，这些标记与柱状图数据被收集的时间有关。更具体地，图10A示出标记1处(25922ns)的柱状图，图10B示出标记2处(36503ns)的柱状图，图10C示出标记3处(46023ns)的柱状图，图10D示出标记4处(56250ns)的柱状图，图10E示出标记5处(66478ns)的柱状图，图10F示出标记6处(77058ns)的柱状图。由此，图10A-图10F以更加详细的形式示出图9中所示的对缓冲器的六次读取处的缓冲占用，其中，缓冲占用针对每次连续读取缓冲器而增加。

通过根据本文所描述的技术经由硬件来实现读取，可以对可能发生在亚纳秒范围内的分组的微突发进行识别，以确定缓冲器的大小是否足以处理这样的微突发。对缓冲器的软件采样可能太慢，并且可能错过分组的微突发(其中，微突发可以在较少的微秒的范围内开始并且结束)。因此，通过使得软件控制缓冲占用来监控硬件，可以向用户提供关于亚微秒等级上的缓冲占用的信息，从而可以以报告的形式每分钟、每小时、每天等提供该信息。

现在参照图11A和图11B。如果期望只从上面六个柱状图重新构建缓冲使用情况图表，则重新构建的图表可以具有图11A和图11B所示的形式之一，举例来说，图11A和图11B可以由图2的表征单元250来输出。

在这些示例中，斜率被假设为在图9所示的标记6(时间6)之后进行衰减。每个容器中的阈值递增。因此，y轴以页面或字节表示缓冲器的大小，而x轴表示时间。如所标注的，这些示例使用读取以时间间隔来进行。

可以以端口模式或虚拟通道(VL)或虚拟缓冲器模式来收集柱状图分析。在端口模式中，举例来说，可以针对8个单播(UC)和8个多播(MC)VL来收集分析。在VL模式中，举例来说，所有的出口端口可以被选择以用于分析收集。

尽管示例缓冲占用确定系统和方法在图中被示出，但本文所描述的技术的主题和功能操作的实现方式可以被实现于其他类型的数字电子电路中、或者被实现于被具体化在有形介质、固件或硬件中的计算机软件中，包括本说明书所公开的结构及其结构等同、或者其一个或多个的组合。

本文所描述的技术的主题和操作的实现方式可以被实现于数字电子电路中、或计算机软件、固件或硬件中，包括本说明书所公开的结构及其结构等同、或者其一个或多个的组合。本说明书中所描述的主题的实现方式可以被实现为一个或多个计算机程序(即，计算机程序指令的一个或多个模块)，该一个或多个计算机程序被编码在计算机存储介质上以由数据处理装置运行或者控制数据处理装置的操作。计算机存储介质可以是(或者被包括在)计算机可读存储设备、计算机可读存储基体、随机存取或串行存取存储器阵列或设备、或者其一个或多个的组合。而且，尽管计算机存储介质不是传播信号，但计算机存储介质可以是被编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是(或者被包括在)一个或多个单个的物理部件或介质(例如，多个CD、盘或其他存储设备)。

本说明书中所描述的操作可以被实现为由数据处理装置对存储于一个或多个计算机可读存储设备上的数据或从其他源接收到的数据执行的操作。

术语“数据处理装置”或“计算设备”包括用于处理数据的所有类型的装置、设备以及机器，通过示例的方式包括一个或多个可编程处理器、计算机、片上系统或其组合。装置可以包括专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。除了硬件之外，装置还可以包括针对所讨论的计算机程序来创建运行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据管理系统、操作系统、跨平台运行环境、虚拟机或者其一个或多个的组合的代码。装置和运行环境可以实现各种不同的计算模型基础架构，例如，web服务、分布式计算基础架构和网格计算基础架构。

计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言(包括编译性语言或解释性语言、陈述性语言或程序性语言)进行编写，并且计算机程序可以以任意形式(包括作为单独程序或模块、部件、子例程、对象或适用于计算环境的其他单元)进行部署。计算机程序可以但不一定与文件系统中的文件相对应。程序可以被存储于保存其他程序或数据(例如，存储于标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于所讨论的程序的单个文件中、或者多个协同的文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的一部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或在位于一个站点或位于分布式跨多个站点并且由通信网络进行互连的多个计算机上被运行。

本文所描述的技术的处理和逻辑流程可以由运行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过在输入数据上进行操作并且生成输出来执行动作。这些处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且装置还可以被实现为专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。

适用于运行计算机程序的处理器包括(通过示例的方式)通用微处理器和专用微处理器、以及任意类型的数字计算机中的任意一个或多个处理器。一般，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或者二者中接收指令和数据。计算机的基本元件是处理器和一个或多个存储器设备，其中，处理器用于根据指令来执行动作，一个或多个存储器设备用于存储指令和数据。一般地，计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大型存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或计算机在操作上被耦合以从一个或多个大型存储设备接收数据或将数据转发至一个或多个大型存储设备、或者二者均有。然而，计算机不一定具有这样的设备。而且，计算机可以被嵌入到另一设备(例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频播放器或移动视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收机或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅列出少量)中。适用于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括(通过示例的方式)半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM以及闪存存储器设备)、磁盘(例如，内部硬盘或可移除盘)、磁光盘以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充，或者被合并到专用逻辑电路中。

为提供与用户的交互，本文所描述的技术的主题的实现方式可以被实现在具有显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监控器)、键盘和定位设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上，其中，显示设备用来向用户显示信息，用户可以通过键盘和定位设备向计算机提供输入。其他类型的设备也可以被用来提供与用户的交互，例如，向用户提供的反馈可以是任意形式的感知反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；来自用户的输入(包括声响输入、演说输入或触觉输入)可以以任意形式进行接收。此外，计算机可以通过将文档发送给用户所使用的设备和从该设备接收文档来与用户进行交互，例如，通过将网络运行状态报告发送给使用缓冲占用信息的网络管理员。

尽管本说明书包含许多具体的实现方式细节，当这些不应当被构建为对所保护的或任何发明的范围的限制，而是作为对特定于具体实现方式的特征的描述。在单个的实现方式的上下文中，本说明书中所描述的某些特征还可以与单个实现方式进行组合来实现。相反地，在单个的实现方式的上下文中所描述的各个特征还可以在多种实现方式中被单独实现，或者以任意适当的子组合的方式而被实现。而且，尽管上面将特征描述为以某些组合来行动，并且甚至开始如此声称，但来自所声称的组合的一个或多个特征在一些情形中可以被从组合中切除，并且所声称的组合可以针对子组合或子组合的变体。

类似地，尽管附图中以特定的顺序对操作进行了描绘，但这不应当被理解为要求为了实现预期的结果，这样的操作以所示的特定顺序或连续的顺序被执行，或者所有所示出的操作被执行。在某些环境中，多任务和并行处理可能是有利的。而且，将上述实现方式中的各个系统部件分离不应当被理解为要求所有的实现方式中进行这样的分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统一般可以一起被集成到单个软件产品或被封装在多软件产品中。

因此，已对主题的特定实现方式进行了描述。其他实现方式处于所附权利要求的范围之内。在一些情形中，权利要求中所陈述的动作可以以不同的顺序被执行并且仍实现预期的结果。此外，为实现预期结果，附图中所描绘的处理不一定需要所示出的特定顺序或连续顺序。在某些实现方式中，多任务和并行处理是有利的。

上面的描述旨在仅以示例的方式进行。

Claims (18)

1.一种用于监控内容的方法，包括：

在网络设备处接收分组；

当所述分组被所述网络设备处理时，将所述分组存储于所述网络设备的缓冲器中；

以采样频率对所述缓冲器的占用等级进行采样；

在从所述采样确定的时间内对所述缓冲器的占用等级进行跟踪；以及

基于所述占用等级对通过所述网络设备的流量流进行表征；

其中，跟踪占用等级包括：

将多个容器中的每个容器指定给所述缓冲器的多个缓冲占用等级范围中相应的一个；

将计数器值指定给所述容器中的每个容器；

每当所述占用等级被采样，则增大下述占用等级范围的容器的计数器值：所采样的占用等级被确定为落入所述占用等级范围。

2.如权利要求1所述的方法，其中，采样、跟踪和表征基于如下项中的一项或多项被执行：2层参数、3层参数、4层参数、分组负荷、分组优先级参数以及任何用户定义参数。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

基于所述容器中的每个容器的计数器值，创建所述缓冲器在一段时间内的缓冲占用等级的柱状图。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个缓冲占用等级范围中没有缓冲占用等级范围与缓冲完整状态相对应。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个缓冲占用等级范围之一与缓冲完整状态相对应。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

为所述计数器值指定上限阈值；

针对所述容器中至少一个容器，确定所述上限阈值针对特定的缓冲监控时间段是否已被超过；以及

如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则确定分组的突发被所述网络设备接收。

7.如权利要求6所述的方法，其中，如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则增大所述容器中的每个容器的上限阈值。

8.如权利要求6所述的方法，其中，如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则还包括：

将所述容器重新指定给占用等级范围，以使得上限阈值已被超过的容器被提供以比其先前被指定的缓冲等级占用范围更小的缓冲等级占用范围，所述容器中具有未被超过的上限阈值的另一容器被提供以比其先前被指定的缓冲占用等级范围更大的缓冲占用等级范围。

9.如权利要求8所述的方法，其中，如果针对所述特定的缓冲监控时间段，具有最大占用等级范围的容器的计数器值大于零，则还包括：

自动地重新指定所述容器以覆盖更大的缓冲占用等级范围。

10.如权利要求9所述的方法，其中，如果针对特定的缓冲监控时间段，具有最大占用等级范围的容器的计数器值大于零，则还包括：

自动地重新指定所述容器以覆盖从完全空至完全完整的全部缓冲占用等级范围。

11.一种用于监控内容的装置，包括：

多个端口，所述多个端口用于从网络接收分组并且将分组输出至所述网络；

缓冲器，所述缓冲器被配置为：当接收的分组被网络设备处理时，临时存储这些分组；以及

处理器，所述处理器被耦合至所述缓冲器，并且被配置为：

以采样频率对所述缓冲器的占用等级进行采样；

随着时间对所述缓冲器的占用等级进行跟踪；以及

基于所述占用等级对通过所述网络设备的流量流进行表征

其中，所述处理器被配置为通过如下操作来跟踪占用等级：

将多个容器中的每个容器指定给所述缓冲器的多个缓冲占用等级范围中相应的一个；

将计数器值指定给所述容器中的每个容器；

每当所述占用等级被采样，则增大下述占用等级范围的容器的计数器值：所采样的占用等级被确定为落入所述占用等级范围。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于如下项中的一项或多项来执行采样操作、跟踪操作和表征操作：2层参数、3层参数、4层参数、分组负荷、分组优先级参数以及任何用户定义参数。

13.如权利要求11所述的装置，所述处理器还被配置为：

基于所述容器中的每个容器的计数器值，创建所述缓冲器在一段时间内的缓冲占用等级的柱状图。

14.如权利要求11所述的装置，所述处理器还被配置为：

为所述计数器值指定上限阈值；

针对所述容器中至少一个容器，确定所述上限阈值针对特定的缓冲监控时间段是否已被超过；以及

如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则确定分组的突发被所述网络设备接收。

15.如权利要求14所述的装置，其中，如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则还被配置为：

增大所述容器中的每个容器的上限阈值。

16.如权利要求14所述的装置，其中，如果针对所述容器中的至少一个容器，所述上限阈值在所述特定的缓冲监控时间段内已被超过，则所述处理器还被配置为：

将所述容器重新指定给占用等级范围，以使得上限阈值已被超过的容器被提供以比其先前被指定的缓冲等级占用范围更小的缓冲等级占用范围，并且所述容器中具有未被超过的上限阈值的另一容器被提供以比其先前被指定的缓冲占用等级范围更大的缓冲占用等级范围。

17.如权利要求16所述的装置，其中，如果针对所述特定的缓冲监控时间段，具有最大占用等级范围的容器的计数器值大于零，则所述处理器还被配置为：

自动地重新指定所述容器以覆盖更大的缓冲占用等级范围。

18.如权利要求17所述的装置，其中，如果针对特定的缓冲监控时间段，具有最大占用等级范围的容器的计数器值大于零，则所述处理器还被配置为：

自动地重新指定所述容器以覆盖从完全空至完全完整的全部缓冲占用等级范围。