CN104753810A - 一种网络入流量限速方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络入流量限速方法，包括以下步骤：当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识；将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。本发明还提供一种网络入流量限速装置。利用本发明不仅可以对受控单元的入流量进行限速，还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

Description

一种网络入流量限速方法及装置

技术领域

本发明具体实施例涉及网络通信技术领域，特别涉及一种网络入流量限速方法及装置。

背景技术

当前各种终端接入网络的概率非常高，相应地，终端中的各种网络进程也多了起来。但是终端的网络带宽并不是无限的，网络带宽与CPU一样都是终端非常宝贵的资源。通常所有的网络进程都希望最大程度地获取网络带宽，而如果一个网络进程无限制地使用带宽，将会导致其他网络进程无法获取到必要的网络资源。因此，终端对网络进程使用带宽需要拥有进行调控的能力，例如限制全局的上传下载速度，限制UDP（UserDatagram Protocol，用户数据包协议）包吞吐量，甚至限制某个网络进程的网络访问等，从而避免一个或多个网络进程占据过多网络资源而其他网络进程无法访问网络的情况。

对网络进程使用带宽进行调控的方法通常是对网络出入流量进行限速，而对网络入流量进行限速则主要采用主动丢包的方式，例如Cisco（思科）路由器和Linux网络协议栈都只能采用主动丢包的方式实现网络入流量限速。然而，大量的主动丢包，将会造成网络速率的大幅抖动。同时大量报文被丢弃和重传，会增加网络的总负荷。此外，终端中网络进程观察到响应的时延也将大幅抖动。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种网络入流量限速方法及装置，不仅可以对受控单元的入流量进行限速，还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

一种网络入流量限速方法，包括以下步骤：当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识；将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

一种网络入流量限速装置，包括：确定模块，用于当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；判断模块，用于判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；设置模块，用于若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识；转发模块，用于将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

相较于现有技术，本发明网络入流量限速方法及装置，当待接收报文的受控单元的入流量速率达到限速阈值时，为该报文的显式拥塞通告标志位设置遭遇拥塞标识，然后将设置有该遭遇拥塞标识的报文交给该受控单元，从而通过该受控单元指示该报文的发送端降低报文发送速率，不仅可以对受控单元的入流量进行限速，还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为一种接收终端的结构框图。

图2为本发明实施例提供的网络入流量限速方法应用时的环境示意图。

图3为本发明实施例提供的网络入流量限速方法的流程图。

图4为本发明实施例提供的网络入流量限速装置的框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1示出了一种接收终端1的结构框图。如图1所示，该接收终端1包括一个或多个（图中仅示出一个）存储器11、处理器12、存储控制器13、外设接口14、通信模块15、输入单元16及显示单元17。这些组件通过一条或多条通讯总线/信号线相互通讯。

本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对接收终端1的结构造成限定。例如，接收终端1还可包括比图1所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

存储器11可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的网络入流量限速方法及装置对应的程序指令/模块，处理器12通过运行存储在存储器11内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的网络入流量限速方法。

存储器11可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器11可进一步包括相对于处理器12远程设置的存储器，这些远程设置的存储器可以通过网络连接至接收终端1。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。处理器12以及其他可能的组件对存储器11的访问可在存储控制器13的控制下进行。

外设接口14将各种输入/输出装置耦合至处理器12以及存储器11。处理器12运行存储器11内的各种软件、指令以及执行接收终端1的各种功能以及进行数据处理。

通信模块15用于与通信网络或者其他设备进行通信。具体地，通信模块15例如可以是网卡151或RF（Radio Frequency，射频）模块152。网卡151作为局域网中连接计算机和传输介质的接口，用于实现与局域网传输介质之间的物理连接与电信号匹配，从而建立局域网并连接到因特网（Internet），与各种网络如局域网、城域网、广域网进行通信。网卡151可包括各种现有的用于执行上述功能的电路元件，例如处理器和存储器（包括ROM和RAM）等。RF模块152用于接收以及发送电磁波，实现电磁波与电信号的相互转换，从而与通信网络或者其他设备进行通信。RF模块152可包括各种现有的用于执行这些功能的电路元件，例如，天线、射频收发器、数字信号处理器、加密/解密芯片、用户身份模块（SIM）卡、存储器等等。RF模块152可与各种网络如互联网、企业内部网、无线网络进行通信或者通过无线网络与其他设备进行通信。上述的无线网络可包括蜂窝式电话网、无线局域网或者城域网。上述的无线网络可以使用各种通信标准、协议及技术，包括但并不限于全球移动通信系统（GlobalSystem for Mobile Communication,GSM）、增强型移动通信技术（EnhancedData GSM Environment,EDGE)，宽带码分多址技术（wideband codedivision multiple access,W-CDMA），码分多址技术（Code division access,CDMA）、时分多址技术（time division multiple access,TDMA），无线保真技术（Wireless,Fidelity，WiFi）（如美国电气和电子工程师协会标准IEEE802.11a，IEEE802.11b,IEEE802.11g和/或IEEE802.11n）、网络电话（Voice over internet protocal,VoIP）、全球微波互联接入（WorldwideInteroperability for Microwave Access，Wi-Max）、其他用于邮件、即时通信及短消息的协议，以及任何其他合适的通信协议，甚至可包括那些当前仍未被开发出来的协议。

输入单元16可用于接收输入的字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。具体地，输入单元16可包括按键161以及触控表面162。按键161例如可包括用于输入字符的字符按键，以及用于触发控制功能的控制按键。控制按键的实例包括“返回主屏”按键、开机/关机按键、拍照键等等。触控表面162可收集用户在其上或附近的触摸操作（比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控表面162上或在触控表面162附近的操作），并根据预先设定的程序驱动相应的连接装置。可选的，触控表面162可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器12，并能接收处理器12发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控表面162。除了触控表面162，输入单元16还可以包括其他输入设备。上述的其他输入设备包括但不限于物理键盘、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。

显示单元17用于显示由用户输入的信息、提供给用户的信息以及接收终端1的各种图形接口。这些图形用户接口可以由图形、文本、图标、视频和其任意组合来构成。在一个实例中，显示单元17包括一个显示面板171。该显示面板171例如可为一个液晶显示面板(Liquid CrystalDisplay，LCD)、有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode Display，OLED）显示面板、电泳显示面板（Electro-Phoretic Display,EPD）等。进一步地，触控表面162可设置于显示面板171上从而与显示面板171构成一个整体。

参阅图2所示，为本发明实施例提供的网络入流量限速方法应用时的环境示意图。在本实施例中，该网络入流量限速方法应用于上述接收终端1中，该接收终端1通过网络2与发送终端3进行网络通信。该接收终端1与发送终端3的具体实例包括但并不限于台式计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑或者其他类似的运算装置。该接收终端1与发送终端3还可以作为服务器。该网络2可为任意的网络连接方式，例如互联网（Internet）、移动互联网（如电信运营商提供的2G、3G网络）、局域网（有线或者无线）等。

参阅图3所示，本发明实施例提供一种网络入流量限速方法，该网络入流量限速方法包括以下步骤：

步骤S1，当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；

步骤S2，判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；

步骤S3，若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的ECN（Explicit Congestion Notification，显式拥塞通告）标志位设置（Congestion Encountered，遭遇拥塞）CE标识；

步骤S4，将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

按照上述的网络入流量限速方法，当待接收报文的受控单元的入流量速率达到限速阈值时，为该报文的ECN标志位设置CE标识，然后将设置有该CE标识的报文交给该受控单元，从而通过该受控单元指示该报文的发送端降低报文发送速率，不仅可以对受控单元的入流量进行限速，还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

在一些实例中，上述方法的各步骤的实现细节如下：

步骤S1所述的报文来自所述发送终端3。所述受控单元可以指定为接收终端1中运行的虚拟机、Linux容器、进程等或其组合。例如，可以指定一个虚拟机为该受控单元，可以指定一组提供相同服务的进程作为该受控单元，也可以指定一组使用相同协议的进程作为该受控单元。在本实施例中，该受控单元的入流量速率需要受到限制。所述受控单元的入流量是指该受控单元接收数据包的网络流量。该接收终端1可以包括一个或多个受控单元。

具体而言，步骤S1例如可以根据该报文中的协议描述符或套接字（Socket）描述符确定接收终端1中待接收该报文的受控单元。例如，预先指定接收终端1中所有使用FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）的进程组成一个受控单元。当报文到达时，步骤S1查找该报文中的协议描述符，从而获得传输该报文的协议。若传输该报文的协议为FTP，则确定该由接收终端1中所有使用FTP的进程组成的受控单元为待接收该报文的受控单元。

又例如，预先指定接收终端1中一组用于提供相同服务，例如在线支付服务的进程为一个受控单元。该受控单元中各进程虽然都提供相同服务，但所使用的协议可能并不相同。当报文到达时，步骤S1查找该报文中的套接字描述符。该报文中的套接字描述符是在发送终端3和接收终端1协议建立连接之初时，由接收终端1中待接收该报文的进程创建的。因此，步骤S1可以根据该报文中的套接字描述符查找到接收终端1中待接收该报文的进程，进而判断该进程属于接收终端1中哪一个受控单元，从而确定待接收该报文的受控单元，例如所述提供在线支付服务的进程组成的受控单元。

此外，步骤S1还可以通过其它方式确定该报文的受控单元。具体方式由接收终端1中各受控单元的组成形式和指定方式决定，在本实施例中不受限制。

在一个实例中，步骤S2在判断该受控单元的入流量速率是否达到该限速阈值之前，需要先计算该受控单元的入流量速率。例如，步骤S2可以通过指数移动平均算法计算该受控单元的入流量速率。

具体而言，通过所述指数移动平均算法计算该受控单元的入流量速率包括以下过程：先指定若干个时间区间，例如指定当前时间之前的三十秒内每一秒为一个时间区间；统计所指定的各个时间区间内该受控单元的入流量速率，即该受控单元在相应时间区间内的入流量除以该相应时间区间的长度得到的值，例如该受控单元在某一个时间区间内的入流量为1M，该时间区间的长度为1秒，则该受控单元在该时间区间内的入流量速率为1M/s；计算各个时间区间内该受控单元的入流量速率的加权平均值，得到该受控单元的入流量速率。

其中，在计算该加权平均值时，各个时间区间内该受控单元的入流量速率的权值可以根据需要分配。例如越接近当前时间的时间区间内该受控单元的入流量速率的权值越大，越远离当前时间的时间区间内该受控单元的入流量速率的权值越小。该权值随着时间区间远离当前时间呈指数下降趋势。

步骤S2在计算出该受控单元的入流量速率之后，即可判断该受控单元的入流量速率是否达到该限速阈值，例如该限速阈值为0.5M/s。该限速阈值可以根据该受控单元的实际需求进行设定。接收终端1中的各个受控单元的限速阈值可以不相同。

此外，在另一个实例中，步骤S2也可以通过令牌桶算法直接判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。该令牌桶算法中令牌数对应于该受控单元的入流量速率，而该令牌数的门限值将根据该限速阈值进行设定。因此，通过判断该令牌数是否达到该门限值，即可判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。

步骤S3中所述的ECN标志位可以为该报文的IP（Internet Protocol，互联网协议）报头中TOS（Type of Service，服务类型）字段的最低两个比特位。如下所示：

为该ECN标志位设置CE标识即将该ECN标志位的各个比特都置为1。然后步骤S4将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

具体而言，由ECN机制可知，当路由器在发送端和接收端之间转发报文时，若感知到网络拥塞，则会将接收到的报文IP头的ECN标志位设置CE标识，然后将已设置CE标识的报文转发给该接收端。接收端在接收到该已设置CE标识的报文后，会在之后回复给该发送端的确认数据TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）分段的TCP报头设置ECE（ECN-Echo，ECN应答）标识，从而告知该发送端已发生网络拥塞，直到收到来自发送端的带有CWR（Congestion Window Reduced，拥塞窗口减小）标识的TCP分段。

发送端在接收到带有该ECE标识的TCP分段后，会将对应该接收端的拥塞窗口按照预设程度减小，例如减半，从而达到降低报文发送速率的效果，缓解网络拥塞。该拥塞窗口是指发送端根据网络的拥塞程度预设的发送端在一个RTT（Round-Trip Time，往返时延）内最多可以发送的报文数。发送端将拥塞窗口按照预设程度减小后，会在下一个发送给接收端的TCP分段中设置所述CWR标记。

设置该ECE标识即将该TCP分段的TCP报头中的ECE比特位置为1。设置所述CWR标记即将所述TCP分段中TCP报头中的CWR比特位置1。该ECE比特位和CWR比特位在TCP报头的第13、14字节中位置如下：

同理可知，步骤S4将设置有该CE标识的报文交给该受控单元后，相当于启动了该ECN机制。该受控单元也将在之后回复给该发送终端3的确认数据TCP分段的TCP报头设置所述ECE标识，直到收到来自发送终端3的带有所述CWR标识的TCP分段。发送终端3在接收到带有该ECE标识的TCP报头的确认数据后，会将对应该受控单元的拥塞窗口按照预设程度减小，达到降低报文的发送速率的效果，从而实现对该受控单元的入流量速率进行限速。发送终端3将该拥塞窗口按照预设程度减小后，会在下一个发送给该受控单元的TCP分段中设置所述CWR标记。

综上所述，本实施例的网络入流量限速方法，当待接收报文的受控单元的入流量速率达到限速阈值时，为该报文的ECN标志位设置CE标识，然后将设置有该CE标识的报文交给该受控单元，从而通过该受控单元指示该报文的发送端，即发送终端3降低报文发送速率，实现对受控单元的入流量进行限速的目的。此外，由于本实施例的网络入流量限速方法并未采用主动丢包的方式进行限速，若结合现有的主动丢包限速方法，则还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

参阅图4所示，本发明实施例提供一种网络入流量限速装置100，其包括确定模块101、判断模块102、设置模块103和转发模块104。可以理解，上述的各模块是指计算机程序或者程序段，用于执行某一项或多项特定的功能。此外，上述各模块的区分并不代表实际的程序代码也必须是分开的。

确定模块101，用于当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元。该确定模块101可以根据该报文中的协议描述符或套接字描述符确定待接收该报文的受控单元。

判断模块102，用于判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。在一个实例中，判断模块102在判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值前，还需要先通过例如指数移动平均算法计算该受控单元的入流量速率，然后判断所计算出的该受控单元的入流量速率是否达到该限速阈值。在另一个实例中，判断模块102可以通过令牌桶算法直接判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。

设置模块103，用于若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的ECN标志位设置CE标识，即将该ECN标志位的各个比特都置为1。

转发模块104，用于将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

对于以上各模块的具体工作过程，可进一步参考本发明实施例提供的网络入流量限速方法，在此不再重复。

综上所述，本实施例的网络入流量限速装置100，当待接收报文的受控单元的入流量速率达到限速阈值时，为该报文的ECN标志位设置CE标识，然后将设置有该CE标识的报文交给该受控单元，从而通过该受控单元指示该报文的发送端降低报文发送速率，不仅可以对受控单元的入流量进行限速，还可以减少主动丢包的数量，避免大量主动丢包带来的网络速率抖动及网络总负荷过高等问题。

此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其内存储有计算机可执行指令，上述的计算机可读存储介质例如为非易失性存储器例如光盘、硬盘、或者闪存。上述的计算机可执行指令用于让计算机或者类似的运算装置完成上述的网络入流量限速方法中的各种操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种网络入流量限速方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；

判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；

若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识；

将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

2.如权利要求1所述的网络入流量限速方法，其特征在于，所述确定待接收该报文的受控单元的步骤包括：

根据该报文中的协议描述符或套接字描述符确定待接收该报文的受控单元。

3.如权利要求1所述的网络入流量限速方法，其特征在于，在所述判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值的步骤前还包括：

计算该受控单元的入流量速率。

4.如权利要求3所述的网络入流量限速方法，其特征在于，所述计算该受控单元的入流量速率的步骤包括：

通过指数移动平均算法计算该受控单元的入流量速率。

5.如权利要求1所述的网络入流量限速方法，其特征在于，所述判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值的步骤包括：

通过令牌桶算法判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。

6.如权利要求1所述的网络入流量限速方法，其特征在于，所述为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识的步骤包括：

将该ECN标志位的各个比特都置为1。

7.一种网络入流量限速装置，其特征在于，该装置包括：

确定模块，用于当报文到达时，确定待接收该报文的受控单元；

判断模块，用于判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值；

设置模块，用于若该受控单元的入流量速率达到该限速阈值，则为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识；

转发模块，用于将设置有该CE标识的报文交给该受控单元。

8.如权利要求7所述的网络入流量限速装置，其特征在于，所述确定待接收该报文的受控单元包括：

根据该报文中的协议描述符或套接字描述符确定待接收该报文的受控单元。

9.如权利要求7所述的网络入流量限速装置，其特征在于，所述判断模块在判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值前还用于：

计算该受控单元的入流量速率。

10.如权利要求9所述的网络入流量限速装置，其特征在于，所述计算该受控单元的入流量速率包括：

通过指数移动平均算法计算该受控单元的入流量速率。

11.如权利要求7所述的网络入流量限速装置，其特征在于，所述判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值包括：

通过令牌桶算法判断该受控单元的入流量速率是否达到限速阈值。

12.如权利要求7所述的网络入流量限速装置，其特征在于，所述为该报文的显式拥塞通告ECN标志位设置遭遇拥塞CE标识包括：

将该ECN标志位的各个比特都置为1。