CN109391550B

CN109391550B - 具有拥塞感知匹配表的网元

Info

Publication number: CN109391550B
Application number: CN201810878807.3A
Authority: CN
Inventors: 扎奇·哈拉马蒂; 伊利亚·韦尔什科夫; 阿维德·拉维; 玛蒂·卡多什; 阿维夫·克菲尔
Original assignee: Mellanox Technologies Ltd
Current assignee: Mellanox Technologies Ltd
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2038-08-03
Also published as: US10554556B2; US20190052564A1; CN109391550A

Abstract

一种网元包括多个端口和处理电路。所述端口被配置用于连接到通信网络。所述处理电路被配置用于经由所述端口中之一接收来自所述通信网络的分组，将所述分组分配到选定的队列，验证所述分组是否匹配于规则，其中将所述分组与所述规则相匹配取决于所述选定的队列是否拥塞，以及当所述分组匹配于所述规则时，对所述分组施加关联于所述规则的动作。

Description

具有拥塞感知匹配表的网元

技术领域

本发明总体上涉及数据通信网络，并且更具体地涉及具有拥塞感知匹配表的网元。

背景技术

诸如网络交换机等网元通常使用匹配表来处理分组。匹配表亦称为流程表或访问控制列表(access control list，ACL)。通常，匹配表包括多个条目，每个条目指定(i)分组报头属性值的组合，以及(ii)要对与所述分组报头属性值的组合相匹配的分组施加的动作。匹配表的一种常见实现是使用三态内容可寻址存储器(ternary content-addressablememory，TCAM)。

发明内容

本文描述的本发明实施方式提供了一种网元，其包括多个端口和处理电路。所述端口被配置用于连接到通信网络。所述处理电路被配置用于经由所述端口中之一接收来自所述通信网络的分组，将所述分组分配到选定的队列，验证所述分组是否匹配于规则，其中将所述分组与所述规则相匹配取决于所述选定的队列是否拥塞，以及当所述分组匹配于所述规则时，对所述分组施加关联于所述规则的动作。

在一些实施方式中，在由所述处理电路访问的匹配表中规定所述规则和所述动作。在实施方式中，所述处理电路被配置用于作为所述分组的入口处理的一部分而验证所述分组是否匹配于所述规则。在另一实施方式中，所述处理电路被配置用于作为所述分组的出口处理的一部分而验证所述分组是否匹配于所述规则。

在公开的实施方式中，将所述规则明确地制定成取决于所述选定的队列是否拥塞。在另一实施方式中，所述处理电路被配置用于根据所述选定的队列是否拥塞而启用或禁用所述规则。在又一实施方式中，所述处理电路被配置用于当所述选定的队列拥塞时尝试将所述分组与第一组规则相匹配，以及当所述选定的队列未拥塞时尝试将所述分组与不同于所述第一组的第二组规则相匹配。通常，所述处理电路被配置用于响应于检测到所述选定的队列的填充水平超过阈值而判定所述选定的队列拥塞。

根据本发明实施方式，附加地提供了一种用于在网元中处理分组的方法。所述方法包括在所述网元中接收来自通信网络的分组，以及将所述分组分配到所述网元中的选定的队列。关于所述分组是否匹配于规则作出验证，其中将所述分组与所述规则相匹配取决于所述选定的队列是否拥塞。当所述分组匹配于所述规则时，对所述分组施加关联于所述规则的动作。

结合附图，从本发明实施方式的以下详细描述中将会更全面地理解本发明，在附图中：

附图说明

图1是根据本发明实施方式，示意性地图示网络交换机的框图；以及

图2-图4是根据本发明实施方式，示意性地图示网络交换机中所使用的拥塞感知匹配表的示图。

具体实施方式

概述

本文所述的本发明实施方式提供了用于在网络交换机和其他网元中处理分组的改进的方法和装置。特别地，所公开的实施方式提供了这样的匹配表，其规则匹配取决于拥塞。

在一些实施方式中，网络交换机包括用于向通信网络发送分组和从通信网络接收分组的多个端口，以及用于处理分组的处理电路。处理电路包含一个或多个匹配表，所述匹配表用于选择性地对分组施加各种动作。每个匹配表包括规则列表，每个规则关联于相应的动作。当处理给定的分组时，处理电路尝试将分组与规则相匹配。如果分组匹配于规则，那么处理电路对该分组施加对应的动作。

在一些实施方式中，处理电路从通信网络接收分组。作为分组处理的一部分，处理电路将分组分配到各个队列。处理电路还尝试将分组与匹配表中的各个规则相匹配，并且根据匹配结果来施加适当的动作。

在本发明的一些实施方式中，对于匹配表中的至少一个内的规则中的至少一个，将分组与规则相匹配取决于分组所分配到的队列是否拥塞。仅举几例而言，这样的能力使得处理电路例如能够指定对关联于拥塞队列的分组进行镜像以供进一步分析的动作，对关联于拥塞队列的分组进行计数的动作，丢弃或修改这样的分组的动作。此类机制可以用作入口处理的一部分、用作出口处理的一部分，或者用于其他各处。

本文描述了取决于拥塞的规则匹配的若干个示例实现。在一个实施方式中，在匹配表中将规则明确地制定成取决于队列是否拥塞。在另一实施方式中，规则本身不取决于拥塞，但处理电路基于队列是否拥塞而启用或禁用规则。在又一实施方式中，处理电路对被分配到拥塞队列的分组和被分配到非拥塞队列的分组应用不同的处理流水线，所述处理流水线在至少一个规则方面不同。还可以使用这样的实现的混合解决方案和/或组合。

不同于仅考虑分组报头属性的常规匹配表，本文所公开的技术使得匹配表能够根据分组是否遭受拥塞而差别地处理分组。这样的增强的功能性例如对于调查拥塞的根本原因以及对于解决拥塞是有用的。

系统描述

图1是根据本发明实施方式，示意性地图示网络交换机20的框图。网络交换机20通常是通信网络(图中未示出)的一部分，并且可以在任何合适类型的网络中以及根据任何合适的通信协议(例如，以太网或Infiniband)进行操作。

网络交换机20(为了简洁起见，还简称为“交换机”)包括多个端口24，所述端口24亦称为接口。端口24用于发送和接收分组。每个端口24通常连接到相应的网络链路，所述网络链路例如连接到另一网元的端口或者连接到客户端计算机。

交换机20还包括硬件实现的交换结构28，所述交换结构28可被配置用于在端口24之间转发分组。交换机20附加地包括中央处理器(central processing unit，CPU)30，所述中央处理器30亦称为处理器。除了其他任务以外，CPU 30通常利用适当的转发方案来配置结构28，并且总体上管理交换机20的操作。

在一些实施方式中，结构28包括入口处理电路32和出口处理电路36，所述入口处理电路32对传入分组施加入口处理，而所述出口处理电路36对传出分组施加出口处理。入口电路32和/或出口电路36可以包含一个或多个匹配表40。这些匹配表中的一个或多个是拥塞感知式的，如下文所详述。

图1中所示的交换机配置是纯粹为了概念清晰而选择的示例配置。在备选实施方式中，可以使用任何其他合适的交换机配置。在本上下文中，结构28和CPU 30统称为“分组处理电路”(或者为了简洁起见，简称为“处理电路”)。本文所述实施方式纯粹以举例的方式描述了结构28与CPU 30之间的特定任务划分(“分工”)。在备选实施方式中，可以使用结构与CPU之间的任何其他合适的任务划分。此外备选地，分组处理电路可以使用任何其他合适的组件来实现。

交换机20的某些元件(例如，端口24和结构28)可以使用硬件/固件来实现，诸如使用一个或多个专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)来实现。备选地，一些交换机元件(例如，CPU 30)能够以软件来实现，或者使用硬件/固件和软件元素的组合来实现。可以使用任何合适的固态存储器(例如，使用TCAM)来实现匹配表40。

通常，CPU 30包括通用可编程处理器，所述通用可编程处理器以软件编程以便执行本文所述的功能。软件例如可以通过网络以电子形式下载到处理器，或者其可以备选地或附加地提供和/或储存在非暂时性有形介质上，诸如磁、光或电子存储器上。

具有拥塞感知规则匹配的匹配表

在典型操作模式下，交换机20的结构28经由端口24(充当入口端口)接收分组，并将分组从队列转发到期望的端口24(充当出口端口)。作为分组处理的一部分，结构28将分组分配到选定的队列。在本上下文中，术语“队列”是指用于缓冲分组的任何合适的数据结构或存储区。在一个示例实施方式中，结构28针对{出口端口、流量类别}的每一组合保持相应的队列。(在下述示例中，将流量类别标示为“TClass”)。然而，一般而言，队列可以包括任何种类的入口和/或出口队列。

在一些情况下，给定的队列可能变得拥塞。拥塞通常意味着队列已被填充到有过度延迟和/或分组丢失风险的水平。例如，拥塞可能由于队列输入速率因各种原因高于输出速率而发生。通常，结构28和/或CPU 30在队列的填充水平超过阈值时将队列视为拥塞。所述阈值通常是可配置的，并且可由CPU 30设置成任何期望的值。

在一些实施方式中，交换机20中的匹配表40中的一个或多个是拥塞感知式的。术语“拥塞感知匹配表”意指对于匹配表中的至少一个规则，将分组与规则相匹配取决于该分组所分配到的队列是否拥塞。在一些情况下，匹配仅取决于拥塞(例如，当且仅当队列拥塞时，分组匹配于规则)。在其他情况下，除了拥塞以外，匹配可取决于其他因素(例如，分组报头属性值)。

图2是根据本发明实施方式，示意性地图示拥塞感知匹配表的一部分的示图。在图2的实施方式中，在匹配表中将规则本身明确地指定为取决于拥塞。

在本示例中，附图示出两个表条目，所述两个表条目各自指定规则和对应的动作。第一规则命令结构28在分组的目的地为标示为TxPort2.Tclass3的队列(保持等待经由端口2进行传输的流量类别3的分组的队列)，并且该队列拥塞，并且分组的目的地IP地址为22.23.24.25的情况下将所述分组(发送分组的副本)镜像到CPU 30。第二规则命令结构28在分组的目的地为标示为TxPort2.Tclass5的队列(保持等待经由端口2进行传输的流量类别5的分组的队列)，并且该分组拥塞的情况下将所述分组镜像到CPU 30。

图3是根据本发明备选实施方式，示意性地图示拥塞感知匹配表的示图。图3的示例在逻辑上等同于图2的示例。然而，在图3的实施方式中，规则本身并不明确取决于拥塞。相反，结构28根据分组所分配到的队列是否拥塞而启用或禁用规则。然而，最终结果是相似的，即，分组与规则的匹配取决于分组所分配到的队列的拥塞。

在本示例中，第一规则命令结构28在分组的目的地为标示为TxPort2.Tclass3的队列，并且分组的目的地IP地址为22.23.24.25的情况下将所述分组镜像到CPU 30。此外，所述结构被配置用于当且仅当队列TxPort2.Tclass3拥塞时启用第一规则。第二规则命令结构28在分组的目的地为标示为TxPort2.Tclass5的队列的情况下将所述分组镜像到CPU30。然而，所述结构当且仅当队列TxPort2.Tclass5拥塞时才启用该规则。

图4是根据本发明另一实施方式，示意性地图示拥塞感知匹配表的示图。在本示例中，结构28包括两个出口处理流水线——非拥塞队列流水线44和拥塞队列流水线48。所述两个流水线中的每一个包括一个或多个匹配表。如上文所述，每个匹配表包含规则和关联的动作。结构28对分配到非拥塞队列的分组应用流水线44，而对分配到拥塞队列的分组应用流水线48。

流水线44和流水线48在所述匹配表中的至少一个内的规则中的至少一个规则方面不同。在一些实施方式中，虽然并不一定必需，流水线48(对分配到拥塞队列的分组应用的流水线)包括流水线44(对分配到非拥塞队列的分组应用的流水线)的所有规则和动作，外加与拥塞相关的一个或多个规则和动作。然而，一般而言，表、规则和动作的数目及类型可在两个流水线之间以任何合适的方式存在差异。

在一个示例实施方式中，流水线44是空的，即，不具有匹配表，而流水线48包括一个或多个匹配表。这样的实现在计算复杂性、延迟和功耗方面十分高效，原因在于处理电路不针对非拥塞队列(其为到目前为止常见的场景)执行任何表查找。只有在相对罕见的拥塞队列的场合中，流水线48中的表查找才是有道理的。

在一些实施方式中，交换机可以包括图2-图4的配置的各种组合。例如，可以使用图2和图4的实现的组合，或者使用图3和图4的实现的组合来实现拥塞感知匹配表。在一些实施方式中，虽然并不一定必需，这样的组合可以使用空的非拥塞队列流水线44。还可以使用图2和图3的实现的组合。

可以使用图2-图4中所示的任何匹配表结构或者任何其他合适的表配置来实现图1中的任何匹配表。特别地，为了清楚起见，图2-图4的示例是针对出口处理而制定的，但所公开的任何技术亦可用作入口处理的一部分，或者用于交换机20中的其他各处。

图2-图4中所示的匹配表纯粹是通过举例的方式描绘的。在备选实施方式中，可以使用任何其他匹配表结构、任何其他规则和/或任何其他动作。例如，附加或替代于将分组镜像到CPU 30，匹配表可以指定要向关联于拥塞队列(或关联于特定的拥塞队列)的分组施加的任何其他合适的动作。这样的动作的一些非限制性示例可以包括：

■对关联于拥塞队列(或关联于特定的拥塞队列)的分组的数目进行计数。

■丢弃分组。

■概率性地丢弃分组，例如，当一些随机变量落入指定范围内时丢弃分组。

■修改一个或多个分组报头字段值，例如，设置关联于拥塞队列的分组的丢弃合适指示符(drop eligibility indicator，DEI)或显式拥塞通知(explicit congestionnotification，ECN)字段。

■将分组镜像到选定的端口，例如，连接到外部分析器的端口。

■对分组进行封装和镜像。

虽然本文所述实施方式主要涉及匹配表，但所公开的技术亦可与指定规则和对应动作的任何其他合适的数据结构或表示一起使用。

虽然本文所述实施方式主要针对网络交换机，但本文所述的方法和系统亦可用于其他类型的网元，诸如用于路由器和桥接器。

因此应当明白，上述实施方式是以示例的方式引用的，并且本发明并不限于上文所具体示出和描述。相反，本发明的范围包括上述各个特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读前文描述后将会想到且未在现有技术中公开的改变和更改。通过引用而并入本专利申请书中的文档应被视为本申请书的组成部分，除非这些并入的文档中对任何术语的定义方式达到与本说明书中明示或暗示地作出的定义相冲突的程度，在此情况下应当仅考虑本说明书中的定义。

Claims

1.一种网元，包括：

多个端口，其用于连接到通信网络；以及

处理电路，其被配置用于经由所述端口中之一接收来自所述通信网络的分组，将所述分组分配到选定的队列，尝试将所述分组与一个匹配表中指定的一组规则相匹配，包括启用或禁用所述匹配表中的一条指定规则，从而使得后续分组针对匹配表的匹配操作导致对于指定规则的匹配或不匹配，所述对于指定规则的匹配或不匹配取决于所述选定的队列是否拥塞，以及当所述分组匹配于所述指定规则时，对所述分组施加对于所述指定规则在匹配表中规定的动作。

2.根据权利要求1所述的网元，其中所述处理电路被配置用于作为所述分组的入口处理的一部分而尝试将所述分组与所述一组规则相匹配。

3.根据权利要求1所述的网元，其中所述处理电路被配置用于作为所述分组的出口处理的一部分而尝试将所述分组与所述一组规则相匹配。

4.根据权利要求1所述的网元，其中所述处理电路被配置用于响应于检测到所述选定的队列的填充水平超过阈值而判定所述选定的队列拥塞。

5.一种网元，包括：

多个端口，其用于连接到通信网络；以及

处理电路，其被配置用于经由所述端口中之一接收来自所述通信网络的分组，将所述分组分配到选定的队列，尝试将所述分组与一个或多个匹配表中指定的一组规则相匹配，包括当所述选定的队列拥塞时尝试将所述分组与一个或多个第一匹配表相匹配，以及当所述选定的队列未拥塞时尝试将所述分组与在至少一条规则上不同于所述第一匹配表的一个或多个第二匹配表相匹配；

以及当所述分组匹配于第一或第二匹配表中的一条指定规则时，对所述分组施加对于所述指定规则在匹配表中规定的动作。

6.一种用于在网元中处理分组的方法，所述方法包括：

在所述网元中接收来自通信网络的分组；

将所述分组分配到所述网元中的选定的队列；

尝试将所述分组与一个匹配表中指定的一组规则相匹配，包括启用或禁用所述匹配表中的一条指定规则，从而使得后续分组针对匹配表的匹配操作导致对于指定规则的匹配或不匹配，所述对于指定规则的匹配或不匹配取决于所述选定的队列是否拥塞；以及

当所述分组匹配于所述规则时，对所述分组施加对于所述指定规则在匹配表中规定的动作。

7.根据权利要求6所述的方法，其中作为所述分组的入口处理的一部分而尝试将所述分组与所述一组规则相匹配。

8.根据权利要求6所述的方法，其中作为所述分组的出口处理的一部分而尝试将所述分组与所述一组规则相匹配。

9.根据权利要求6所述的方法，包括响应于检测到所述选定的队列的填充水平超过阈值而判定所述选定的队列拥塞。

10.一种用于在网元中处理分组的方法，所述方法包括：

在所述网元中接收来自通信网络的分组；

将所述分组分配到所述网元中的选定的队列；

尝试将所述分组与一个或多个匹配表中指定的一组规则相匹配，包括当所述选定的队列拥塞时尝试将所述分组与一个或多个第一匹配表相匹配，以及当所述选定的队列未拥塞时尝试将所述分组与在至少一条规则上不同于所述第一匹配表的一个或多个第二匹配表相匹配；以及

当所述分组匹配于所述第一或第二匹配表中一条指定的规则时，对所述分组施加对于所述指定规则在匹配表中规定的动作。