CN108667743A - 分组数据联网中的拥塞控制 - Google Patents

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Abstract

一种网络单元控制分组数据网络的链路中的拥塞。标识拥塞的链路并对遍历拥塞的链路的一个或多个业务群确定节流速率。中央控制器使用群的权重和该群通过该链路的当前业务速率来确定节流速率。发送节流速率以便切换将每个受影响的群的业务节流。

Description

分组数据联网中的拥塞控制
技术领域
本公开涉及控制分组数据网络中的中央控制器的拥塞，更具体地来说涉及使用分组业务群和每个业务群的权重来控制经由链路的拥塞。
背景技术
TCP（传输控制协议）已经数十年用作分组数据联网的可靠传输层协议。尤其可见与因特网协议组合为TCP/IP，并且随着时间推移持续被改进。
在因特网中，由于传输误码，可能发生分组丢失，但是更常见是因为拥塞而发生分组丢失。TCP具有拥塞控制机制，其观察端到端分组丢失并通过减少网络中允许的未处理未确认的数据段的数量来作出反应。
但是，不是所有因特网应用都使用TCP，并且因此不遵循同一个拥塞控制概念。例如，一些音频/视频流传输应用使用UDP（用户数据报协议），而非TCP。流传输目前用于因特网音频播放器、IP电话、视频会议和类似类型的实时应用。因为这些应用通常未集成TCP兼容的拥塞控制机制，所以它们以与TCP流处理其他流差异性的方式处理竞争的TCP流。典型地，在遇到拥塞时，所有竞争的TCP流降低它们的数据速率来尝试解决拥塞，而非TCP流继续以其最初的速率发送。这可能导致TCP业务饿死（starvation），或甚至导致拥塞崩溃。网络中的可用带宽大多数被因拥塞而在到达其目的地之前被废弃的分组排他性地占用。拥塞控制还被限制在TCP或其他机制中，因为这些操作是以分布式方式且基于有关整个网络的拥塞状态的有限已知信息来执行的。
发明内容
一种方法在网络单元实现以便控制分组数据网络的链路中的拥塞。标识拥塞的链路并对遍历拥塞的链路的一个或多个业务群确定节流速率。中央控制器使用群的权重和该群通过该链路的当前业务速率来确定节流速率。发送节流速率到交换机以便将每个受影响的群的业务节流。
可以将用户（或应用）分成业务群，业务群使用权重来设置优先级。可以在拥塞时间期间根据指定的优先级来区别性地处理每个群的业务。
具有多个交换机的网络可以由单个集中式控制器来控制。这提供网络中拥塞状态的网络范围的视图。使用此视图，能够作出更智能且有效率的拥塞控制决策。
在一个实施例中，在耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络的中央控制器元件中实现一种方法，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路。该中央控制器标识网络中拥塞的链路，该链路具有来自多个分组业务群从入口端口到出口端口的业务。它基于分组业务群的权重和该群的当前业务速率来确定拥塞的链路中该分组业务群的节流速率，并且将确定的节流速率从中央控制器发送到网络的入口交换机，该入口交换机具有耦合到链路的入口端口的出口端口。
在另一个实施例中，将网络单元耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路，该网络单元作为中央控制器来工作以将这些链路上的业务节流。该网络控制器包括网络处理器，所述网络处理器用于标识网络的拥塞的链路的，该链路具有来自多个分组业务群且从入口端口到出口端口的业务，以及用于基于分组业务群的权重和该群的当前业务速率来确定拥塞的链路中该分组业务群的节流速率，以及该网络控制器包括耦合到网络的传送端口，所述传送端口用于将所确定的节流速率从该网络单元发送到链路的入口交换机，该入口交换机具有耦合到的入口端口的出口端口。
在另一个实施例中，将网络单元耦合到分组数据交换机的网络，该网络单元具有入口端口和出口端口以与该网络的分组数据交换机在一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间形成链路，该网络单元工作以基于来自中央控制器的指令将其连接的链路上的业务节流。该网络单元还包括处理器，所述处理器通过将链路上的当前分组数据业务负载与链路的分组数据业务带宽比较来标识网络中拥塞的链路，该负载包括来自多个分组业务群的业务，该链路具有来自多个分组业务群从网络单元的入口端口的业务,以及该网络单元包括传送端口，所述传送端口用于将拥塞消息传送到网络的中央控制器。
附图说明
附图中以举例而非限制的形式来说明本发明，在这些附图中相似的引用号指示相似的元件。应该注意，对本公开中“一”或“一个”实施例的差异性引述不一定是针对相同的实施例，以及此类引述表示至少一个。再者，当结合实施例描述特定特征、结构或特点时，也可以适用于其他实施例，而无论是否进行了明确地描述。
图1是简单OpenFlow网络的示例框架的一个实施例的示意图。
图2是根据本发明实施例的具有中央控制器和拥塞的链路的网络区域的示意图。
图3是根据本发明实施例的用于控制分组数据网络中的拥塞的过程流程图。
图4是根据本发明实施例的用于网络中交换机与控制器之间有关拥塞的链路的消息传递的过程流程图。
图5是根据本发明实施例的分体式框架的一个示例实施例的示意图。
图6是根据本发明实施例的实现控制器或交换机的网络单元的一个实施例的示意图的示意图。
具体实施方式
在下文描述中，提出许多特定的细节。但是，要理解没有些特定细节的情况下，仍可以实施本发明的实施例。在其他情况中，未详细地图示公知的电路、结构和技术，以不致于妨碍对描述的理解。然而本领域人员将认识到，在没有这些特定细节的情况下，仍可以实施本发明。本领域技术人员利用所包含的描述将能够无需过多实验即可实现适当的功能性。
此流程图的操作将参考示意图的示范实施例来描述。但是，这些流程图的操作能够由所论述的那些实施例以外的本发明实施例来执行，以及所描述的实施例能够执行参考这些流程图论述的那些操作以外的操作。
附图中示出的技术可以使用一个或多个电子装置（例如端站、网络单元、服务器或类似电子装置）上存储并执行的代码和数据来实现。此类电子装置使用如非瞬态机器可读或计算机可读存储介质（例如磁盘；光盘、随机存取存储器；只读存储器；闪存装置；和相变存储器）来存储和（通过网络在内部和/或与其他电子装置）传送代码和数据。此外，此类电子装置通常包含一组一个或多个处理器，该组一个或多个处理器耦合到诸如一个或多个存储装置、用户输入/输出装置（例如，键盘、触摸屏和/或显示器）和网络连接的一个或多个其他组件。该组处理器与其他组件的耦合通常经由一个或多个总线和桥接（也称为总线控制器）。这些存储装置表示一个或多个非瞬态机器可读或计算机宽度存储介质或非瞬态机器可读或计算机可读通信介质。因此，用于给定电子装置的存储装置通常存储用于在该电子装置的该组一个或多个处理器上执行的代码和/或数据。当然，本发明实施例的一个或多个部分可以使用软件、固件和/或硬件的差异性组合来实现。
正如本文所使用的，网络单元（例如，路由器、交换机、网桥或类似联网装置）是一件联网设备，其包括在通信上将网络上的其他设备（例如，其他网络单元、端站或类似联网设备）互连的硬件和软件。一些网络单元是为多个联网功能（例如，路由选择、桥接、交换、第2层汇聚、会话边界控制、组播和/或订户管理）提供支持和/或为多个应用服务（例如，数据集合）提供支持的“多个服务网络单元”。
单个接入网/汇聚网络可以由另多个传统路由器协同工作的多个差异性分体式体结构区域组成。正如本文所使用，分体式框架区域是具有与域类似的分别路由选择的分体式框架网络的一部分。这样做能够简化对广阔的地理区域的管理来实现网络的鲁棒性或控制面的可伸缩性。每个分体式框架区域可以由单独的控制器来管理。具体视特定的应用而定，这些差异性分体式框架区域的控制器需要共享和交换一些信息以便实现该分体式框架网络的正确管理。
分体式框架网络设计在网络的控制组件和转发组件，也称为控制面与转发面或数据面之间引入隔离。分体式框架网络可以运用于运营级网络、移动回程、云计算和多层（L3和L2和L1光传输网络（OTN）、波分复用（WDM））支持的接入域/汇聚域，所有这些都是网络框架中的构建块。
不同于传统网络框架，传统网络框架将转发（数据）面和控制面集成在同一个盒子里，分体式框架将这两个功能去耦合并且在物理位置可能不同于转发单元（交换机）的服务器（控制器）上运行控制面。分体式框架简化了转发平台的功能和硬件，并且将网络的智能和管理集中在监管交换机的一组控制器中。传统网络框架中转发面和控制面的紧密结合常常导致高度复杂的控制面和复杂的网络管理。这使得创建新联网设备成本昂贵并且对引入新协议和新技术以潜在地部署在这些设备中构成高障碍。尽管线路速度、端口密度和性能的快速提高，但是管理这些功能的网络控制面机制却以远远较慢的步伐发展。
在分体式框架网络中，控制器收集来自交换机的信息，并计算适合的转发决策并将其分发到交换机。控制器和交换机使用控制面协议来通信和交换信息。此类协议的一个示例是OpenFlow，该协议提供用于交换机与控制器通信的一个开放且标准的方法。图1是具有交换机与控制器之间的OpenFlow接口的概览的示意图。OpenFlow控制器使用安全信道与OpenFlow交换机通信以便配置转发表（流表）。
OpenFlow交换机中的转发表填充以如下组成的项：定义与分组报头中的字段匹配的规则；检测到规则所定义的匹配时要执行的动作；以及有关数据链中处理数据分组的统计集合。当进入的数据分组与特定规则匹配时，对该数据分组执行关联的动作。规则包含协议栈中若干报头的关键时段，例如，因特网MAC地址、IP地址、IP协议、TCP/UDP端口号以及进入端口号。具有相似特征的一组数据分组可以作为流来管理。可以使用数据分组中任何数量或组合的可用字段来定义流。还可能的是通过对不想要的字段使用通配符将匹配规则限制于可用字段的子集。
分体式构架中的控制面和数据面的去耦合使得修改网络控制逻辑的任务较容易并且提供开发人员能够用来构建广泛多样性的新协议和管理应用的编程接口。在此模型中，数据面和控制面能够独立地发展和缩放，同时降低了数据面单元的成本。
在一些实施例中，在分体式框架网络中提供拥塞控制和业务管理。本文描述的方法可以应用于具有集中式控制器的任何网络，如GMPLS（通用多协议标签交换）网络。移动回程/核心网是非常适宜所描述的拥塞控制机制的网络的一个示例。不像目前所做的那样对于每个个体用户强化保证的服务质量，而是运营商可以将多个用户（或应用）分组成业务群，对业务群设置优先级，并在拥塞的时间期间根据所制定的优先级来处理每个群的业务。
在本发明的实施例中，使用中央控制器。具有多个交换机的网络可以由单个集中式控制器来控制。在一个实施例中，集中式控制器收集来自所有交换机的业务统计，并实时地作出有关拥塞管理的决策。中央控制器还可以接收来自网络中所有链路的特定拥塞信息。这提供网络中拥塞状态的网络范围的视图。使用此视图，能够作出更智能且有效率的拥塞控制决策。但是中央控制器可对于网络的交换机或路由器共存一处，或她可以是交换机、路由器或其他网络单元的一部分。
本发明不限于用于单个区域网络的一对入口出口节点之间的业务的拥塞控制。可以将共享多个分组报头的任何一组分组归类来作为业务群处理以便结合所描述的拥塞控制机制使用。
所描述的实施例无需来自交换机的丢弃统计。而是可以使用其他统计。因此，能够支持不支持记录分组丢弃的交换机。代之，所有计算可以基于分组到达率。在流汇总不允许每个流的统计的情况中，还可以使用来自网络内交换机的汇总统计。
在一些实施例中，按业务群来管理拥塞。可以将网络中的业务分组成不同的业务群，每个业务群具有所指定的权重。出于描述本发明的目的的业务群是拥塞控制机制平等地对待的一组分组。群的定义可以进行调适以便适应不同的拥塞控制应用。例如，可以将业务群定义为应用（例如按端口号来标识）、端主机（例如，按源IP地址来标识）、Web服务器（例如按目的地IP地址来标识）、一组聚集的用户（例如属于一个ISP的）、特定VLAN的业务、一对特定的入口出口端口之间的业务等。所定义的业务分群可以用于许多其他目的，如路由选择和操作和管理功能。
出于拥塞控制的目的，可以对不同的群指定不同的权重。所指定的权重允许对不同的业务群设置优先级，在此意义上来说，越大的权重在拥塞时所导致的分组丢弃越少。当网络拥塞时使用指定的权重。当链路拥塞时，可以基于业务群的权重来计算使用该链路的每个业务群的所需节流速率。
例如，当链路拥塞时，控制器可以根据群的权重调整每个群所消耗的带宽。这种速率调整可以通过网络的入口交换机处概率性分组丢弃（分组节流）或使用其他类型的分组节流来实现。下文更详细地描述示例节流策略的细节。
权重可以是任何任意正数。不同的业务群不一定具有不同的权重，并且对于权重的粒度或对网络中指定的可能不同权重的数量没有约束。每个群可以具有不同的权重或一些群可以具有相同的权重。仅在两个业务群都遍历网络中的相同链路的情况下，这两个业务群的相对权重才是紧要的。否则，这两个群从不会争用相同的链路。在此情况中，这两个月不群的权重指定可以是彼此独立的。
业务分群和权重指定可以可以根据网络的配置和网络上的业务以任何多种不同的方式来执行。群和权重的具体选择可以调适以适应任何具体实现，这对网络管理提供了很大的灵活性。
因为所描述的拥塞控制机制使用权重指定来对业务群设置优先级，所以系统能够支持多少等级的优先级没有限制。可以添加更多等级的优先级而不会影响计算、信令或排队的复杂性，因为无需对网络内的不同业务群进行单独的排队。
在分体式框架中，可以在流的场景中抽象交换机行为，其中每个流对应于穿过链路的一组分组。对于交换机要接纳和处理的每个流（例如，一组分组），可以定义规则来指定与该流或该组中的分组匹配的多个报头字段。对于每个规则，有一组动作将应用于以规则匹配的进入分组。该规则还可以具有“忽略”位。这样能够将流汇聚。
交换机还可以跟踪每个规则的命中数量。在一个示例中，每次对照规则有匹配时，更新计数器。分体式框架交换机中的计数器允许收集有关分组到达的统计。在网络入口交换机处，可以对每个留流收集这些统计。但是，在入口之后的网络内，在已将这些流聚集之后收集每个流的个体统计是不可能的。下文描述的拥塞控制在网络入口交换机处使用每个业务群的统计，并且将网络内的统计汇总。
网络内的个体交换机收集的统计能够被中央控制器从该交换机征求或请求。当从控制器接收到请求时，交换机可以将其计数器信息发送到控制器。作为备选，交换机可以按预先配置的速率或在触发事件发生时将其计数器统计发送到控制器。
图2是使用分体式框架布局的计算机网络的示意图，但是本发明不限于此。中央控制器203收集来自SA（分体式框架区域）中彼此耦合且耦合到其他外部分组源和汇（未示出）的交换机的统计。业务流基于中央控制器实施的分组路由选择通过交换来传递，但是可以使用任何其他路由选择控制。在图示的示例中，有两个业务群，业务群1 221和业务群2223。这些是经由SA 205路由到外部交换机的进入分组的群。业务群1的入口交换机209将该群的分组转发到第二交换机207上。业务群2的入口交换机211也将其分组转发到同一个第二交换机207上。然后将组合的分组流发送到SA的后续交换机213，然后将其排序以便转发到两个其他出口交换机215、217的其中之一。这种简单分组流和简单的交换机的网络作为示例来提供，并且许多其他网络配置和路由选择路径也是可能的。
在一个示例中，每个交换机具有监视其每个链路输出端口上的负载的能力。这可以通过多种方式的任一种来实现，例如监视对应输出队列的占据、通过监视丢弃的分组的数量或以另一种方式。该交换机然后可以将此与链路拥塞阈值比较。如果负载穿过阈值，则交换机可以向控制器发送“拥塞”消息。
图2还示出可以在控制器与交换机之间的交换的消息的队列。第一消息（1）是从交换机207的其中之一发送到控制器203的“检测到拥塞”消息。发送该消息的报告交换机在此情况中耦合到三个不同链路225、227、229。在此情况中，因为拥塞消息标识组合两个业务群221、223的链路225，所以拥塞是来自两个群的业务的组合。
控制器可以参考所收集的业务统计来确定应该采取什么行动（如果有的话），或如图示的示例中，控制器向将分组提供拥塞的链路225的入口交换机209、211中每一个发送业务速率请求（2）。这些入口交换机位于要从SA中的两个群接收业务的交换机的边缘。控制器向这些入口交换机询问有关具有拥塞的链路225作为其路径一部分的那些业务群（g1、g2）的实际或当前速率（r1、r2）。
这两个入口交换机使用速率响应消息（3）响应以所请求的速率。控制器收集此信息，应用已知的权重和带宽值，并确定节流速率。在确定适合的节流速率（tl、t2）之后，控制器在消息（4）中将对应的速率发送到入口交换机。入口交换机然后将所技术的节流速率应用于业务。这停止一些业务进入网络期，并减少所有下游网络单元的拥塞的量。
作为备选，每个交换机将附有所收集的业务统计的消息发送到控制器。该消息可以是基于规律性、重复或周期性以及预先配置的速率来发送的。以此方式，控制器技术业务速率，并将其与拥塞阈值比较。相反，控制器可以基于控制器所确定的调度来轮询这些交换机来获取数据。控制器可以选择较之具有较小业务量的交换机而更频繁地轮询较为活跃的交换机，或控制器可以使用任何其他标准来确定何时要轮询交换机。
当使用拥塞消息时，交换机对照阈值监视每个输出队列的业务速率。这样允许每个交换机独立地确定是否将其耦合到拥塞的链路。当收集到统计时，交换机只将其计数器统计（命中次数）发送到控制器。控制器将这些数据与阈值比较以确定任何链路是否被拥塞。在控制器必须执行更多功能的同时，交换机更简单。另一方面，当交换机发送控制器不需要的统计时，信令开销增加了。还可以将这两种方法组合，以便例如控制器收集并存储业务统计，而且还从交换机接收有关拥塞的链路的告警。
上文描述，交换机或控制器确定链路是否拥塞。这可以采用多种不同的方式来确定。在一些实施例中，通过将业务统计与阈值比较来确定。例如，当链路上的负载超过该该链路的总业务带宽的某个分数时，可以断定该链路上拥塞。负载可以采用多种方式来表示，例如表示为链路上所有业务群的汇总业务速率。这个可以数学方式如公式1表示。
在公式1中，Load是链路上的总业务。∑ri是链路上所有群的汇总业务速率，其中ri是群i的业务速率，C1是链路1的带宽，以及0<α≤1是运营商确定的可配置拥塞参数。例如，α=0.7表示链路带宽的超过70%的负载将该链路标识为拥塞。
在上文的示例中，交换机或控制器具有拥塞参数的表以及每个链路的允许带宽（α,C1）并且收集每个链路上的每个群的业务速率（r）。将每个业务群的业务速率求和来确定负载，然后将负载于带宽比较。
当接收到拥塞消息时或确定链路拥塞时。控制器的交换机为拥塞的链路上有业务的那些群计算节流速率。节流速率可以采用多种不同的方式来确定。在一些实施例中，业务速率是网络的入口处群的分组将要丢弃下的速率。
对于其上有业务群的单个拥塞的链路，可以通过将该业务群的权重W与使用该链路的所有业务群的权重进行比较，并应用该比较以作为因素计入所允许的链路带宽，来确定业务群i的允许速率（ai）。
可以将特定群（ai）的允许的速率的此类确定以数学方式表示为公式2。
在公式2中，ai是业务群i的允许的业务速率。是链路上允许的汇总业务速率。Wi是业务群i的权重，以及∑Wi是共享链路l的所有业务群的权重之和。相应地，每个业务群的允许的速率与该群的权重成比例。注意求和∑Wi只是共享链路l的业务群进行的。
使用业务群i的允许的速率ai，可以通过将ri，群的实际或当前速率与ai，允许的速率比较来确定节流速率ti。如果当前速率低于允许的速率，则不应用节流。这用于保护没有过度使用链路的业务群。因为在公式2中，允许的速率基于业务群相对于使用相同链路的其他业务群的权重，所以权重用作对业务群设置优先级的方式。使用此原理，能够基于指定给特定业务群的权重来收集服务质量。具有高权重的业务群将被允许比具有较低速率的业务群更高的业务速率。
另一方面，如果当前业务速率超过允许的业务速率，则可以将节流速率应用于该业务速率。可以采用多种不同的方式来确定和表示节流速率，具体取决于应用节流的交换机的特性和复杂性。在一个示例中，节流速率仅仅是允许的速率除以当前速率的比值。从1减去，将得到0与1之间的分数，速率则应该依此节流。如果当前速率ri远远大于允许的速率ai，则节流速率将接近1或者100%。可以采用数学方式如公式3表示确定节流速率的此示例。
在公式3中，基于实际速率（ri）与允许的速率（ai）的差来计算丢弃率。如果实际速率已经小于允许的速率，则无需节流。否则，节流速率将与超过允许的速率的速率量值成比例。
在网络中多个拥塞的链路的情况下，可以将业务群的节流速率确定为在网络中业务群遍历的所有拥塞的链路上确定的所有节流速率中的最大者。换言之，对于每个拥塞的链路，确定业务群的节流速率。比较这些节流速率并且选择最大速率。
在对特定业务群确定了节流速率之后，将计算的节流速率发送到对应的入口交换机，即拥塞影响其业务的那些入口交换机。当入口交换机接收到关节流速率的信息时，该入口交换机根据群的节流速率将每个业务群的多个分组丢弃。如图2的示例所示，在拥塞的链路225位于两个内部交换机207、213之间，两个不同的业务群221、223组合通过该链路时，将节流速率t1、t2发送到这些业务群进入网络时所在的入口交换机209、211。
图3是用于控制分组数据网络中的拥塞的过程流程图。在311处，标识拥塞的链路。这可以采用多种不同的方式来实现。在一个示例中，将当前业务速率与特定链路的允许的带宽比较。如果业务速率超过允许的带宽，则确定该链路拥塞。在313处，如果交换机作出拥塞确定，则中央控制器从报告交换机接收到拥塞消息。作为备选，如果在控制器处作出拥塞确定，则无需来自交换机的拥塞消息。如果使用拥塞消息，则可以隐含地或明确地标识已被确定为拥塞的链路。
在315处，如果已接收到拥塞消息，则控制器发送业务统计请求。因为控制器知道网络的拓扑或不同业务群的路由选择路径，所以控制器能够将该请求发送到所标识的链路处拥塞的业务所对应的入口交换机。控制器还可以从包括报告交换机的其他交换机请求统计。对应的入口交换机然后通过发送业务统计来响应该请求。在317处，控制器接收从交换机发送的业务统计。作为备选，控制器可以使用已从先前请求获取的收集的统计。
在319处，控制器使用该统计将拥塞链路处的当前业务负载与允许的业务带宽比较。这不仅允许控制器验证链路被拥塞，而且可以用于确定节流速率。在321处，控制器确定分组业务群的节流速率。拥塞消息仅标识特定的链路，而统计将标识不同业务群的业务速率。可以将每个群的业务速率与每个群的带宽比较。这将得到每个群的节流速率。可以不对一些群节流，在此情况下节流速率是未提供节流的速率。根据公式3，该节流数据率为0。作为备选，控制器可以简单地对不被节流的业务群不发送速率。对于任何一个链路，可能只有一个业务群，但是也可能有多个业务群。控制器可以基于权重、当前业务速率和允许的带宽来确定每个业务群的不同节流速率。
在322处，控制器将一个或多个确定的节流速率发送到适合的交换机。在上文的示例中，节流速率将被发送到每个业务群的入口交换机。在接收到节流速率的每个交换机处，在325处，交换机基于接收到的节流速率将相应业务群的进入数据分组丢弃。
图4是用于网络中交换机与控制器之间有关拥塞的链路的消息传递的过程流程图。在411处，收集业务统计。可以由控制器或交换机或二者兼有来收集业务统计。在413处，使用统计来标识拥塞的链路。在415处，将当前分组数据业务负载与分组数据业务带宽比较。此信息可以用于标识拥塞的链路或用于之后节流速率的确定。与操作313至319一样，此操作也是可选的。
在417处，从检测到拥塞的链路的交换机向中央控制器发送拥塞消息。该交换机成为交易目的的报告交换机。在419处，报告交换机从中央控制器接收到业务统计请求。响应该请求，交换机在412处将拥塞的链路的业务统计发送到控制器。所发送的统计可以是原始统计或所发送的统计可以包括中间计算，如分组数据业务负载与链路带宽的比较。这些统计可以对于遍历拥塞的链路的每个业务速率群是独立的。这使得控制器能够确定每个群的不同节流速率。
在423处，报告交换机从中央控制器接收到节流速率。与图2的示例相比较，在本示例中，报告交换机还执行节流。这是因为报告交换机是业务群的入口交换机或者因为控制器确定应该在确定拥塞状况的交换机处管理业务。在425处，基于所接收到的节流速率，交换机将进入数据分组丢弃。节流速率可以是用于所有业务的或者对于每个业务群可以有不同的节流速率。在上文的示例中，报告交换机将接收到该报告交换机作为其入口交换机的每个业务群的节流速率。但是，在备选实施例中，交换机将接收到其发送拥塞消息有关的链路上的任何业务群的节流速率。因为交换机控制在拥塞的链路上发送的所有分组，所以能够将通过拥塞的链路的业务节流。中央控制器可以基于多种网络框架和管理因素来选择要接收节流速率的交换机。
图5是分体式框架网络的一个示例实施例的示意图。该示例分体式框架网络被分成多个单独的分体式框架区域（SA）501A-C。每个区域501A-C（也标记为区域 I、区域 II、区域 III）包含一组交换机。相同区域中的所有交换机由单个逻辑控制器503A-C来控制。在一个实施例中，这些SA可以实现为主控制器和出于冗余目的的一组后备控制器。虽然对于每个SA示出一个物理控制器，但是可以有多个物理组件构成每个SA的单个逻辑控制器。每个SA中的网络单元典型地在单个逻辑控制器的控制下。
每个SA中的交换机可以是任何类型的路由器、交换机或概念实现分体式框架网络的数据面的类似联网设备。这些交换机可以包括边界分体式框架交换机和内部分体式框架交换机。边界分体式框架交换机具有连接到不同SA的另一个交换机的接口而支持分体式框架功能。边界分体式框架交换机典型地由单个SA的控制器来控制。在其他实施例中，边界分体式框架交换机可以在多个SA中，并且具有由每个相应SA控制器控制的接口。内部分体式框架交换机支持分体式框架协议。内部分体式框架交换机由区域中的控制器来控制。其所有相邻交换机都位于相同SA中。
这些交换机通过一组链路彼此通信。这些链路可以是任何类型的通信介质，包括有线或无线通信介质以及其任何组合。这些链路可以归类为内部链路或外部链路。内部链路是SA内的两个交换机之间的链路，这些交换机可以是属于相同SA的边界交换机或内部SA交换机。外部链路是属于不同SA的两个SA交换机之间的链路。在此情况中，这两个SA交换机都是边界SA交换机。在图示的示例中，区域 I的边界交换机标记为A、B和C。这三个交换机也是进入或离开区域 I的数据业务的入口和出口交换机。
正如图示的，SA 1的中央控制器503B保存有统计表505。此表包含SA所服务的每个业务群的速率r、分配a和权重w。该表使用报告、对请求的响应以及通过任何其他适合的方式来保存，视具体实施例而定。然后将该表存储在控制器处的存储器中。
图6是实现控制器或交换机的网络单元的一个实施例的示意图。在一个实施例中，控制器601是路由器、交换机或类似的联网设备。控制器601可以包括入口模块或端口603、出口模块或端口605、网络处理器607和存储装置611。入口模块603在物理级和链路级处理进入数据业务，并将此数据提供到网络处理器以便进一步处理。此入口模块用作数据业务以及命令和控制信息的接收端口。可以在此接收端口处接收任何请求、响应或其他消息。相似地，出口模块605在物理级和链路级接纳外发数据业务，以通过连接的网络将其传送到其他设备。此出口模块用作数据以及命令和控制信息的传送端口。可以通过此传送端口发送任何外发请求、消息或响应。这两个模块一起实现功能以便能够通过网络与其他设备通信。虽然网络单元601示出为具有分开的入口和出口模块或端口，但是这两个端口可以通过单个物理连接器耦合。
网络处理器607是执行网络单元的多个功能的处理设备或一组处理设备，这些功能包括与监管网络数据面的网络控制面相关的每个功能。网络处理器607能够执行一组模块，该组模块包括邻居发现模块613、拥塞控制模块617、链路状态管理模块619和如OpenFlow控制器621的控制器模块。
此外，网络处理器607可以访问存储装置611内存储的数据。存储装置611中存储的数据可以包括路由选择表623和链路统计数据库625。在其他实施例中，存储装置611可以包括任何数量分开的本地或分布式存储装置和存储的数据在这些装置上的任何布置。还可以从存储装置611加载网络处理器执行的其他模块或将其存储在存储装置611上。
邻居发现模块613可以使用招呼（hello）协议或类似协议来获取有关网络中每个相邻控制器的信息以便能够实现该控制器管理的SA的交换机之间的适合通信及其配置来管理用于与网络中的其他设备的通信的协议。可以利用任何招呼协议或过程来标识SA的相邻控制器和交换机。
拥塞控制模块615使用链路状态管理模块619收集的信息来确定链路是否拥塞，以及在控制器的情况中确定要应用于该链路的节流速率。在交换机中，拥塞控制模块可以触发出口模块向控制器发送拥塞消息并回复来自控制器的任何请求。该拥塞控制模块耦合到链路统计数据库625以获取速率和流统计以便在确定所连接的链路的拥塞状态时使用或在控制器的情况中确定节流速率。
在交换机的情况中，节流模块619从控制器接收任何节流速率，并将其应用于受影响的业务群的进入分组。
链路状态管理模块619在链路统计数据库625管理网络或网络的区域的链路状态信息。链路状态管理模块619还可以生成链路状态广告以便散播到相邻控制器，从而提供有关该控制器与其他控制器之间的连接以及控制器的SA内的连接的信息。此信息可以对应于每个边界交换机对被封装为发送到网络中的其他控制器的一组链路状态广告。
控制器621可以是用于管理SA的控制面的任何类型的分体式框架控制器。该控制器可以实现OpenFlow协议或类似协议以便管理分体式框架网络。控制器模块621可以与SA中的交换机通信以便配置数据面上分组的转发。控制器621还与其他控制器通信以交换邻居信息、链路状态广告和向对等方提供类似信息。
此外，网络处理器607可以访问存储装置611内存储的数据。存储装置611中存储的数据可以包括路由选择表623和链路状态数据库625。在其他实施例中，存储装置611可以包括任何数量分开的本地或分布式存储装置和存储的数据在这些装置上的任何布置。还可以从存储装置611加载网络处理执行的其他模块或将其存储在存储装置611上。
由此，描述了用于控制分组数据网络中的拥塞的一种方法、系统和装置。上文描述是说明性的且无意作为限制。在阅读和理解上文描述时，本领域技术人员将显见到许多其他实施例。因此，应参考所附权利要求连同此类权利要求授权的等效物的完整范围来确定本发明的范围。

Claims (40)

1.一种在中央控制器中执行的方法，所述中央控制器耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路，所述方法用于将所述链路上的业务节流并且包括：
标识所述网络的拥塞的链路，所述链路具有来自多个分组流从入口端口到出口端口的业务；
确定所述拥塞的链路的分组流的节流速率和所述分组流通过所述链路的当前业务速率；
将所确定的节流速率从所述中央控制器发送到所述网络的入口交换机，所述入口交换机具有耦合到所述链路的入口端口的出口端口。
2.如权利要求1所述的方法，其中，标识拥塞的链路包括从所述网络的报告交换机接收拥塞消息。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：响应所述拥塞消息，向所述入口交换机发送业务统计请求。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：从所述入口交换机接收业务统计，以及其中，确定节流速率包括：使用所接收的业务统计来确定节流速率。
5.如权利要求4所述的方法，其中，接收业务统计包括：接收与所述接收的拥塞消息相关的链路上的分组流的业务速率的值。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述中央控制器处从多个交换机收集业务统计，以及其中，标识拥塞的链路包括：使用所收集的统计来确定链路的当前分组数据业务负载，并将所述当前分组数据业务负载与所述链路的业务带宽比较。
7.如权利要求6所述的方法，其中，确定当前负载包括：从所述网络的交换机请求分组数据业务统计。
8.如权利要求1所述的方法，其中，确定节流速率包括：将所述分组流通过所述链路的当前业务速率与所述拥塞的链路的业务带宽比较。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述节流速率与所述当前业务速率与允许的业务速率的比较成比例。
10.如权利要求1所述的方法，其中，每个分组流包括具有共有端口号的分组、具有共有源IP地址的分组、具有共有目的地IP地址的分组以及具有共有用户的分组中的至少一个。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述入口交换机处接收所确定的节流速率，以及基于所述节流速率将所述分组流的进入数据分组丢弃。
12.一种在中央控制器中执行的方法，所述中央控制器耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路，所述方法用于将所述链路上的业务节流并且包括：
标识所述网络的拥塞的链路，所述链路具有来自多个分组流从入口端口到出口端口的业务；
从OAM模块接收所述拥塞的链路的分组流的节流速率和所述分组流通过所述链路的当前业务速率；
将所接收的节流速率从所述中央控制器发送到所述网络的入口交换机，所述入口交换机具有耦合到所述链路的入口端口的出口端口。
13.如权利要求12所述的方法，其中，标识拥塞的链路包括从所述网络的报告交换机接收拥塞消息。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：响应所述拥塞消息，向所述入口交换机发送业务统计请求。
15.如权利要求14所述的方法，还包括：从所述入口交换机接收业务统计。
16.如权利要求15所述的方法，其中，接收业务统计包括：接收与所述接收的拥塞消息相关的链路上的分组流的业务速率的值。
17.如权利要求12所述的方法，还包括：在所述中央控制器处从多个交换机收集业务统计，以及其中，标识拥塞的链路包括：使用所收集的统计来确定链路的当前分组数据业务负载，并将所述当前分组数据业务负载与所述链路的业务带宽比较。
18.如权利要求17所述的方法，其中，确定当前分组数据业务负载包括：从所述网络的交换机请求分组数据业务统计。
19.如权利要求12所述的方法，其中，每个分组流包括具有共有端口号的分组、具有共有源IP地址的分组、具有共有目的地IP地址的分组以及具有共有用户的分组中的至少一个。
20.如权利要求12所述的方法，还包括：基于所述节流速率将所述分组流的进入数据分组丢弃。
21.一种耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络的装置，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路，所述装置用于将所述链路上的业务节流并且包括：
处理器，所述处理器配置成标识所述网络的拥塞的链路，以及确定所述拥塞的链路的分组流的节流速率和所述分组流通过所述链路的当前业务速率，所述链路具有来自多个分组流从入口端口到出口端口的业务；以及
传送端口，所述传送端口配置成将所确定的节流速率发送到所述网络的入口交换机，所述入口交换机具有耦合到所述链路的入口端口的出口端口。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述处理器配置成通过从所述网络的报告交换机接收拥塞消息来标识拥塞的链路。
23.如权利要求22所述的装置，其中，所述传送端口配置成响应所述拥塞消息，向所述入口交换机发送业务统计请求。
24.如权利要求23所述的装置，还包括接收端口，所述接收端口配置成从所述入口交换机接收业务统计，以及其中，所述处理器配置成通过使用所接收的业务统计来确定节流速率。
25.如权利要求24所述的装置，其中，所述接收端口配置成通过接收与所述接收的拥塞消息相关的链路上的分组流的业务速率的值来接收业务统计。
26.如权利要求21所述的装置，其中，所述接收端口配置成通过从多个交换机收集业务统计来接收业务统计，以及其中，所述处理器配置成通过使用所收集的统计来确定链路的当前分组数据业务负载，并将所述当前分组数据业务负载与所述链路的业务带宽比较，来标识拥塞的链路。
27.如权利要求26所述的装置，其中，从所述网络的交换机请求分组数据业务统计来确定当前负载。
28.如权利要求21所述的装置，其中，所述处理器配置成通过将所述分组流通过所述链路的当前业务速率与所述拥塞的链路的业务带宽比较来确定节流速率。
29.如权利要求28所述的装置，其中，所述节流速率与所述当前业务速率与允许的业务速率的比较成比例。
30.如权利要求21所述的装置，其中，每个分组流包括具有共有端口号的分组、具有共有源IP地址的分组、具有共有目的地IP地址的分组以及具有共有用户的分组中的至少一个。
31.如权利要求21所述的装置，其中，所述接收端口配置成在所述入口交换机处接收所确定的节流速率，以及所述处理器配置成基于所述节流速率将所述分组流的进入数据分组丢弃。
32.一种耦合到具有入口端口和出口端口的分组数据交换机的网络的装置，其中一个交换机的入口端口与另一个交换机的出口端口之间具有链路，所述装置用于将所述链路上的业务节流并且包括：
处理器，所述处理器配置成标识所述网络的拥塞的链路，所述链路具有来自多个分组流从入口端口到出口端口的业务；
接收端口，所述接收端口配置成从OAM模块接收所述拥塞的链路的分组流的节流速率和所述分组流通过所述链路的当前业务速率；
传送端口，所述传送端口配置成将所接收的节流速率发送到所述网络的入口交换机，所述入口交换机具有耦合到所述链路的入口端口的出口端口。
33.如权利要求32所述的装置，其中，所述处理器配置成通过从所述网络的报告交换机接收拥塞消息来标识拥塞的链路。
34.如权利要求33所述的装置，其中，所述传送端口配置成响应所述拥塞消息，向所述入口交换机发送业务统计请求。
35.如权利要求34所述的装置，其中，所述接收端口配置成从所述入口交换机接收业务统计。
36.如权利要求35所述的装置，其中，所述接收端口配置成通过接收与所述接收的拥塞消息相关的链路上的分组流的业务速率的值来接收业务统计。
37.如权利要求32所述的装置，其中，所述接收端口配置成从多个交换机收集业务统计，以及其中，所述处理器配置成通过使用所收集的统计来确定链路的当前分组数据业务负载，并将所述当前分组数据业务负载与所述链路的业务带宽比较，来标识拥塞的链路。
38.如权利要求37所述的装置，其中，所述处理器配置成通过从所述网络的交换机请求分组数据业务统计来确定当前分组数据业务负载。
39.如权利要求32所述的装置，其中，每个分组流包括具有共有端口号的分组、具有共有源IP地址的分组、具有共有目的地IP地址的分组以及具有共有用户的分组中的至少一个。
40.如权利要求32所述的装置，其中，所述处理器配置成基于所述节流速率将所述分组流的进入数据分组丢弃。
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