CN105704052A - 一种量化的拥塞通告消息生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种QCN消息生成方法及装置，通过对数据流进行区分和判断，针对性地对大数据流进行统计和判断，减缓了网络拥塞，提高了网络的利用率。该方法为：基于缓存的数据流生成统计表，统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识；根据统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与该N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当该N条数据流中第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将该QCN消息发送至该第一数据流的源设备。

Description

一种量化的拥塞通告消息生成方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种量化的拥塞通告(英文：QuantizedCongestionNotification，缩写：QCN)消息生成方法及装置。

背景技术

在存储网络(英文：StorageAreaNetwork，简称：SAN)和以太网络融合后，数据流在传输过程中不丢包，可以通过基于优先级的流控(英文：Priority-basedFlowControl，简称：PFC)、增强传输选择协议(英文：EnhancedTransmissionSelection，简称：ETS)和QCN等技术来实现。

QCN技术用于解决SAN网络的拥塞问题。如图1所示，H1和H2为服务器，H3为网络设备(例如：交换机)，H4为存储设备，H1和H2发送的数据流经H3转发给H4。如果数据流在H3发生拥塞，H3检测到拥塞后，将发送QCN消息到H1和H2。其中，发送给H1的QCN消息的源介质访问控制(英文：sourcemediaaccesscontrol，简称：SMAC)地址为H4的MAC地址，目的MAC(英文：DestinationMAC，简称：DMAC)地址为H1的MAC地址；发送给H2的QCN消息的SMAC地址为H4的MAC地址，DMAC地址为H2的MAC地址。H1和H2收到各自的QCN消息后，降低报文的发送速率，从而减少网络中的拥塞，提高转发效率。

其中，网络设备针对接收到的数据流生成QCN消息的过程为：网络设备的硬件内部维护有一用于统计数据流速率的统计表，统计表内的每一个表项以“SMAC地址+DMAC+以太类型”的形式来表示一条数据流。当接收到一条数据流时，若所述统计表中已存在所述数据流对应的表项，所述网络设备便将该条数据流记入已存在的表项中，若所述统计表中不存在所述数据流对应的表项，所述网络设备便新增一个表项，将该条数据流记入新增的表项中。所述网络设备将该条数据流记入统计表后，计算该条数据流的速率，并判断该条数据流的速率是否超过设定的阈值，若是，则产生QCN消息，将该QCN消息发送给该条数据流的源端服务器；否则正常转发该条数据流。若在一段时间内所述网络设备一直没有接收到该条数据流的新的报文，便将该条数据流从所述统计表中删除。

然而，实际应用中网络设备的硬件能够支持的统计表的表项规格较小，而网络设备只对记录在统计表中的数据流进行统计和判断，当数据流的数量较多时，所述统计表的表项超过系统规格后，所述网络设备对后续收到的并且没有在所述统计表中记录的数据流无法进行统计和判断，从而无法有效地找出拥塞流，造成网络拥塞。

发明内容

本发明提供一种QCN消息生成方法及装置，用以解决现有技术中当进入网络设备的数据流的数量较多时，所述网络设备无法对很多数据流进行统计和判断，造成网络拥塞的问题。

第一方面，本发明提供了一种QCN消息生成方法，该方法包括：

基于缓存的数据流生成统计表，所述统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识；

根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，基于缓存的数据流生成统计表，包括：

读取缓存的数据流中的报文；

确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；

判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述读取缓存的数据流中的报文，包括：

在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样；

读取所述采样后的数据流中的报文。

结合第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流之后，所述方法还包括：

基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表；

所述确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，所述方法还包括：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

结合第一方面的上述任意一种实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，还包括：

将所述每个表项的统计结果清零；以及

若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。

第二方面，本发明提供了一种QCN消息生成装置，该装置包括：

统计单元，用于基于缓存的数据流生成统计表，所述统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及该条数据流的流标识；

处理单元，用于根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述统计单元具体用于：

读取缓存的数据流中的报文；

确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；

判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述统计单元具体用于：

在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样；

读取所述采样后的数据流中的报文。

结合第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，在确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流后，所述处理单元还用于：

基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表；

在所述统计单元确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，所述处理单元还用于：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

结合第二方面的上述任意一种实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，所述统计单元还用于：

将所述每个表项的统计结果清零；以及

若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。

本发明提供的方案，通过对数据流进行区分和判断，针对性地对大数据流进行统计和判断，能够提高拥塞流出现在统计表中的概率，有效地找出拥塞流，从而减缓网络拥塞，提高网络的利用率。

附图说明

图1为现有技术下QCN技术解决网络拥塞的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种QCN消息生成方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种QCN消息生成装置的结构图；

图4为本发明实施例提供的另一种QCN消息生成装置的结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种QCN消息生成方法及装置，通过对数据流进行区分和判断，针对性地对大数据流进行统计和判断，提高了拥塞流出现在统计表中的概率，能够有效地找出拥塞流，减缓了网络拥塞，提高了网络的利用率。

下面结合说明书附图和各实施例对本发明技术方案进行说明。

参阅图2所示，本发明实施例提供了一种QCN消息生成方法，该方法的实施流程如下：

步骤201：基于缓存的数据流生成统计表，该统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识。

具体地，数据流的流标识可以是属于所述数据流的报文的SMAC地址、DMAC地址和以太类型，若属于所述数据流的报文是三层报文，则所述流标识还包括了源互联网协议(英文：InternetProtocol，简称：IP)地址、目的IP地址、协议类型、传输控制协议(英文：TransmissionControlProtocol，简称：TCP)或用户数据报协议(英文：UserDatagramProtocol，简称：UDP)端口号。

另外，当网络设备的中央处理器(英文：CentralProcessingUnit，简称：CPU)的处理能力不足时，网络设备也可以对缓存的数据流进行采样，再基于采样后的数据流生成统计表。如果CPU的处理能力较强或有另外的协处理器，可以不进行采样，直接对缓存的所有的数据流进行统计。

一条数据流是由一组特征相同(如SMAC、DMAC和以太类型相同)的报文组成的，改组相同的特征即可被视为数据流的流标识。本发明实施例基于缓存的数据流生成统计表的过程如下：网络设备在建立统计表后，读取缓存的数据流中的报文或采样后的数据流中的报文，针对读取的每个报文分别执行：

确定所述读取的报文所属的数据流的流标识，如SMAC地址、DMAC地址和以太类型，判断在统计表中是否存在包括该流标识的表项；若是，将所述表项中的统计结果加1；否则，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

本发明实施例中，网络设备使用CPU对每条数据流的报文进行统计，由于CPU所关联的内存比较大，故此时统计表的表项规格不存在瓶颈。

步骤202：根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率。

例如，网络设备可以按照设定的周期进行速率的统计，若设定的周期为0.1秒，某表项中对报文个数的统计结果为100，那么该表项对应的数据流的速率就是1000个/秒。

进一步地，在计算每个表项对应的数据流的速率之后，网络设备还会将每个表项的统计结果清零，以重新统计后续接收到的报文个数，便于下一次的数据流速率的计算。

本发明实施例中，网络设备还建立了老化机制，若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，即表示该第一表项所对应的数据流在该设定的时间内一直没有收到新的报文，则删除第一表项，从而实现对所述统计表的及时更新，避免无效的表项过多地占用统计表的规格。其中，所述第一表项可以是所述统计表中的任意一个表项。

步骤203：根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项。

具体地，所述网络设备可以根据计算出的速率，按照速率从大到小或者从小到大的顺序对统计表中的每个表项进行排序，并相应地从排序后的统计表中筛选出前N个或后N个表项。

步骤204：确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流。

步骤205：当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN发送至所述第一数据流的源设备。

其中，所述第一数据流为所述N条数据流中的任意一条数据流。

具体地，网络设备可以基于上述N个表项包括的流标识生成过滤表，根据所述过滤表对所述N条数据流进行详细统计。具体过程包括：所述网络设备读取缓存的数据流中的报文，当所述读取的报文的流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，即所述读取的报文所属的数据流为所述N条数据流中的一条数据流时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值(在另一个实施例中，还需要在所述读取的报文所属的数据流的速率超过所述第一阈值时，确定所述网络设备的当前发送端口的流量是否超过第二阈值)，并在所述读取的报文所属的数据流的速率超过所述第一阈值，和/或，所述网络设备的当前发送端口的流量超过设定的第二阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送给发送所述报文的源设备。当所述读取的报文的流标识与所述过滤表中的流标识不匹配时，所述网络设备不对所述报文进行详细统计，而是将所述读取的报文直接发往对应的目的设备。

本发明上述实施例中，网络设备先统计所有数据流的速率，筛选出速率排在前N位的N条数据流，然后对所述N条数据流进行详细统计。所述网络设备只针对所述N条数据流中速率超过设定的第一阈值的数据流生成QCN消息以抑制所述数据流的源设备发送属于所述数据流的报文。通过上述方法，网络设备可以从缓存的数据流中过滤掉流量较小的“老鼠流”，筛选出流量较大的“大象流”，从而只对“大象流”进行统计和判断，提高了拥塞控制的处理效率。

参阅图3所示，本发明实施例提供了一种QCN消息生成装置，用于实现本发明图2所示的一种QCN消息生成方法，该装置包括：

统计单元301，用于基于缓存的数据流生成统计表，该统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识。

处理单元302，用于根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

其中，

统计单元301具体用于：读取缓存的数据流中的报文，针对读取的每个报文分别执行：确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

在读取缓存的数据流中的报文时，统计单元301具体用于：在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样，读取所述采样后的数据流中的报文。

在确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流后，处理单元302还用于：基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表。

在统计单元301确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，处理单元302还用于：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，统计单元301还用于：将所述每个表项的统计结果清零；以及若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。

参阅图4所示，本发明实施例还提供了一种QCN消息生成装置，该装置包括：

存储器401，用于缓存数据流。

处理器402，用于基于缓存的数据流生成统计表，该统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识；根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息。

收发器403，用于将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

其中，

处理器402具体用于：读取缓存的数据流中的报文，针对读取的每个报文分别执行：确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

在读取缓存的数据流中的报文时，处理器402具体用于：在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样，读取所述采样后的数据流中的报文。

在确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流后，处理器402还用于：基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表。

在确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，处理器402还用于：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，处理器402还用于：将所述每个表项的统计结果清零；以及若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。

综上所述，本发明实施例提供的技术方案，通过对数据流进行区分和判断，针对性地对大数据流进行统计和判断，对小数据流进行正常转发，提高了拥塞控制的处理效率，能够有效地找出可能导致网络拥塞的拥塞流，及时生成QCN消息，避免网络拥塞，提高了网络的利用率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种量化的拥塞通告QCN消息生成方法，其特征在于，包括：

基于缓存的数据流生成统计表，所述统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识；

根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于缓存的数据流生成统计表，包括：

读取缓存的数据流中的报文；

确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；

判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述读取缓存的数据流中的报文，包括：

在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样；

读取所述采样后的数据流中的报文。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流之后，所述方法还包括：

基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表；

所述确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，所述方法还包括：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，还包括：

将所述每个表项的统计结果清零；以及

若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。

6.一种量化的拥塞通告QCN消息生成装置，其特征在于，包括：

统计单元，用于基于缓存的数据流生成统计表，所述统计表的每个表项包括一条数据流被网络设备转发的报文个数的统计结果以及所述数据流的流标识；

处理单元，用于根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率；根据每个表项对应的数据流的速率，从所述统计表中筛选出速率排在前N位的N个表项；确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流；当所述N条数据流中的第一数据流的速率超过设定的第一阈值时，生成QCN消息，并将所述QCN消息发送至所述第一数据流的源设备。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述统计单元具体用于：

读取缓存的数据流中的报文；

确定所述读取的报文所属的数据流的流标识；

判断所述统计表中是否存在包括所述流标识的表项；当所述统计表中存在包括所述流标识的表项时，将所述表项中的统计结果加1；当所述统计表中不存在包括所述流标识的表项时，在所述统计表中添加包括所述流标识的表项，并将所述表项中的统计结果置为1。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在读取缓存的数据流中的报文时，所述统计单元具体用于：

在转发数据流的过程中，对缓存的所述数据流进行采样；

读取所述采样后的数据流中的报文。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，在确定与所述N个表项包括的流标识相匹配的N条数据流后，所述处理单元还用于：

基于所述N个表项包括的流标识生成过滤表；

在所述统计单元确定所述读取的报文所属的数据流的流标识后，所述处理单元还用于：当所述流标识与所述过滤表中的流标识匹配时，确定所述读取的报文所属的数据流的速率是否超过所述第一阈值。

10.如权利要求6-9中任意一项所述的装置，其特征在于，在根据所述统计表中的每个表项的统计结果，计算每个表项对应的数据流的速率之后，所述统计单元还用于：

将所述每个表项的统计结果清零；以及

若在设定的时间内，所述统计表中的第一表项的统计结果一直为零，则删除所述第一表项。