CN110679121B - 全结构范围的带宽管理 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种方法包括：测量在叶子节点处接收到的流量速率，在叶子节点处将流中的多个分组标记为受保护的，以将流量速率与针对叶子节点处的流的配置的流量速率相匹配，以及当叶子节点处的队列拥塞时，在叶子节点处丢弃多个不受保护的分组。基于叶子节点处的配置的流量速率为流提供最小带宽。叶子节点包括连接到结构的入口节点或出口节点。本文还公开了一种装置。

Description

全结构范围的带宽管理
技术领域
本公开一般地涉及通信网络，并且更具体地，涉及带宽管理。
背景技术
在当今的数据中心中，常见的网络基础结构通常由多个租户同时共享。传统数据中心网络缺乏对租户之间带宽分配的细粒度控制，并且云提供商很少关于网络性能(例如，带宽)做出任何保证。
附图说明
图1示出了可以在其中实现本文描述的实施例的网络的示例。
图2描绘了可用于实现本文描述的实施例的网络设备的示例。
图3A是示出根据一个实施例的用于叶子节点处的带宽管理的处理的概述的流程图。
图3B是示出根据一个实施例的用于丢弃分组的处理的细节的流程图。
图4示出了根据一个实施例的入口(发送)叶子节点处的标记和丢弃。
图5示出了根据一个实施例的出口(接收)叶子节点处的重新标记和丢弃。
图6示出了根据一个实施例的在图1的结构中的主干节点处的操作。
图7示出了用于发送颜色和结构拥塞信息的报头的示例。
贯穿附图的若干视图，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
概述
在独立权利要求中陈述了本发明的各个方面，并且在从属权利要求中陈述了优选特征。一方面的特征可以单独地或与其他方面结合地应用于每个方面。
在一个实施例中，一种方法通常包括：测量叶子节点处的流量速率，在叶子节点处将流中的多个分组标记为受保护的，以将流量速率与针对叶子节点处的流的配置的流量速率相匹配，以及当叶子节点处的队列拥塞时，在叶子节点处丢弃多个不受保护的分组。基于叶子节点处的配置的流量速率为流提供最小带宽。叶子节点包括连接到结构的入口节点或出口节点。
在另一实施例中，一种装置通常包括：接口，在叶子节点处，用于接收与流相关联的流量；处理器，用于将在叶子节点处接收到的多个分组标记为受保护的，以将经测量的流量速率与针对叶子节点处的流的配置的流量速率相匹配，并且当叶子节点处的队列拥塞时，在叶子节点处丢弃多个不受保护的分组；以及存储器，用于存储测量的流量速率和配置的流量速率。基于叶子节点处的配置的流量速率为流提供最小带宽。叶子节点包括用于与结构进行通信的入口节点或出口节点。
在又一实施例中，一种方法通常包括：在结构中的主干节点处接收来自入口叶子节点的流中的多个分组，分组包括基于入口叶子节点处的配置的流量速率而被标记为受保护的分组和不受保护的分组，确定主干节点处的队列拥塞，在主干节点处丢弃不受保护的分组，以及在主干节点处设置受保护的分组中的拥塞通知位。基于出口叶子节点处的配置的流量速率，将受保护的分组的丢弃延迟到出口叶子节点，以提供用于流的全结构范围(fabric-wide)的最小带宽。
还描述了用于实现本文描述的方法的系统和装置，包括网络节点、计算机程序、计算机程序产品、计算机可读介质以及在有形介质上编码的用于实现该方法的逻辑。
示例性实施例
呈现以下描述以使本领域的普通技术人员能够制造和使用实施例。特定实施例和应用的描述仅作为示例而提供，并且各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的。在不脱离实施例的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他应用。因此，实施例不限于所示出的那些，而是应被赋予与本文所述的原理和特征一致的最宽范围。为了清楚起见，没有详细描述与实施例有关的技术领域中已知的与技术材料有关的细节。
数据中心经常在多个租户之间共享资源，这可能导致不同租户之间的性能干扰。例如，租户可能会遭受高可变且不可预测的网络性能的干扰，从而导致影响用户体验的应用性能下降。传统网络中缺乏带宽保证和性能隔离也阻止了企业应用迁移到云中。
本文所述的实施例提供了端到端带宽管理，以实现多租户环境中的性能隔离。在一个或多个实施例中，相干机制为共享公共网络基础结构的流提供了全结构范围的最小带宽。可以在硬件中实现一个或多个实施例以提供快速的反应时间(例如，微秒)。
现在参考附图，并且首先参考图1，示出了可以在其中实现本文描述的实施例的网络的示例。为了简化，仅示出了少量节点(网络设备)。实施例在包括多个网络设备的数据通信网络的上下文中操作。网络可以包括经由任意数量的节点(例如，路由器、交换机、网关、控制器、边缘设备、存取设备、汇聚设备(aggregation device)或其他网络设备)进行通信的任意数量的网络设备，其促进了数据在网络内通过。
在一个示例中，网络包括基于主干和叶子的架构。主干和叶子网络可以包括多个主干和叶子网络设备(例如，交换机)，在它们之间具有多个链路。在图1所示的示例中，网络结构包括多个主干节点10a、10b和叶子节点12a、12b、12c、12d。叶子节点可以与一个或多个端点(主机)14a、14b、14c进行通信。叶子节点12a、12b、12c、12d经由多个链路15连接到多个主干节点10a、10b。在一个示例中，每个下层节点被连接到每个顶层节点。在图1所示的示例中，每个叶子节点12a、12b、12c、12d连接到主干节点10a、10b中的每一个，并且被配置为在一个或多个端点14a、14b、14c或其他网络元件之间路由通信。
任意数量的链路15可以被用于连接叶子和主干节点。例如，如图1所示，主干10a经由两条链路15连接到叶子节点12a、12b和12c中的每一个，并且通过一条链路被连接到叶子节点12d。主干10b经由两条链路连接到叶子节点12a、12c和12d中的每一个，并且通过一条链路连接到叶子节点12b。一条或多条链路15可以作为用于将数据从叶子发送到主干的上行链路来操作、作为用于将数据从主干发送到叶子的下行链路来操作或者作为上行链路和下行链路两者来操作。链路15可以包括一条或多条上行链路、下行链路、链路组或者可能存在于主干节点、叶子节点或者任意网络节点之间的任意其他通信路径。主干节点10a、10b和叶子节点12a、12b、12c、12d可以包括可操作以支持以各种传输速率进行的连接的任意数量的上行链路和下行链路端口。
端点(主机)14a、14b、14c可能具有已在其上实例化的一个或多个虚拟交换机，用于托管一个或多个虚拟机。网络可以包括托管任意数量的虚拟机的任意数量的物理服务器。端点14a、14b、14c还可以包括没有虚拟机的刀片式/物理服务器。每个叶子节点12a、12b、12c、12d可以与任意数量的端点14a、14b、14c进行通信。
主干节点10a、10b和叶子节点12a、12b、12c、12d可以是交换机、路由器或者包括被配置为执行转发功能的网络交换或路由元件的其他网络设备(例如，L2、L3或L2/L3设备)。主干节点10a、10b可以被称为结构交换机。叶子节点12a、12b、12c、12d可以被实现为诸如交换元件(例如，机架顶(ToR)交换机)或任意其他网络元件。叶子节点中的一个可以是连接到位于外部网络(例如，互联网/WAN(广域网))(未示出)中的边缘设备(例如，路由器)的边界叶子。边界叶子可以被用于将任意类型的外部网络设备或服务(例如，防火墙、路由器端口等)连接到结构。
如本文中所使用的术语“叶子节点”可以指被配置为作为到结构的入口或出口节点来操作或者提供一个或多个主机或端点与结构之间的通信的任意类型的网络设备。
每个叶子节点12a、12b、12c、12d可以被配置为向结构发送流量和从结构接收流量。在图1所示的示例中，端点14a在Tx管道13上发送流量，并且端点14b在Rx管道19处接收流量。叶子节点12a还可以从结构接收流量(在Rx管道处)，并且叶子节点12b还可以将流量发送到结构(在Tx管道处)。在一个实施例中，Tx管道13向结构提供最小发送带宽，并且Rx管道19提供来自结构的最小接收带宽。可以在叶子节点12a处定义发送保证，以确保最小保证将被发送到结构。可以在叶子节点12d处定义接收保证，以确保最小保证将在目的地处被接收。所有发送和接收保证均被配置在结构的可用带宽内。Tx和Rx带宽保证的组合提供了端到端带宽保证(例如，入口节点到出口节点，全结构范围)。
在另一示例中，可以在Tx管道13上在叶子节点12a处接收流量，并且叶子节点12a还可以在同一叶子节点处在出口(Rx管道)处本地发送流量。例如，端点14a可以与连接到同一叶子节点12a的另一端点14c进行通信，从而允许叶子节点在不通过主干节点10a或10b的情况下本地发送流量。
管道可以与从入口节点(图1中的叶子节点12a)延伸到出口的流相关联。在一个示例中，管道与从入口节点(叶子节点12a)通过结构(例如，主干节点10a)延伸到出口节点(叶子节点12d)的流相关联。在另一示例中，管道与本地流(例如，从节点12a处的Tx管道到节点12d处的Rx管道)相关联。如下面详细描述的，可以以最小带宽保证来配置每个端点定向管道。如本文中所使用的术语“管道”或“流”可以指以下流量：通过一个或多个叶子节点(例如，两个叶子节点和结构)传输以及与使用相同协议的端点、端点组、流、流束、或者任意其他诸如由租户定义的关联相关联。例如，可以使用流级别信息(例如，5元组；源IP地址、目的IP地址、端口号、协议、多播组等)来标识流。流可以包括任意类型的数据(例如，视频、图像、图形、文本、网页、音频或其他数据或前述的组合)。可以根据任意格式对数据进行加密、压缩或编码。在一个或多个实施例中，基于网络的带宽保证限于TCP(传输控制协议)流量，并且带宽保证不授予非拥塞控制的流(例如，UDP(用户数据报协议))。
叶子节点12a、12b、12c、12d中的一个或多个包括叶子带宽模块(带宽保护模块、带保护模块)16，其可操作以为发送到结构(Tx管道13)的流量和从结构接收(Rx管道19)的流量提供带宽管理(例如，最小带宽保障/保证)。如以下详细描述的，发送叶子节点12a和接收叶子节点12d处的叶子带宽模块16可以被配置为一起操作以形成用于管道(例如，流、端点、端点组、协议)的端到端带宽保证，或者可以独立地进行操作。发送侧和接收侧还可以被独立地配置为提供流的全结构范围的(例如，通过结构交换机或者通过与结构进行通信的入口/出口节点)最小带宽。
主干节点10a、10b中的一个或多个包括主干带宽模块18。如下所述，大多数带宽管理在叶子带宽模块16处执行。主干节点10a、10b不需要保持状态，因此提供了无状态结构用于可伸缩性。主干节点10a、10b不知道Rx管道19处的带宽保证的配置，并且因此将主干策略委托给出口叶子节点12d。在结构被拥塞(例如，队列缓冲器超过配置的阈值)时，主干节点10a、10b可以设置分组报头中的FCN(结构拥塞通知)位。具有FCN位组的分组可能会在出口叶子节点处被丢弃。在一个或多个实施例中，系统可以依靠TCP来对分组丢弃做出反应并且降低发送侧处的速率。
如以下详细描述的，通过根据需要标记和丢弃分组以满足针对流(Tx管道、Rx管道、Tx和Rx管道)的配置的流量速率来提供叶子节点处的带宽管理(带宽保证)。例如，分组可以被标记为受保护(保证，绿色)或不受保护(尽力而为，白色)。仅提供两种类型的流量(受保护和不受保护，保证和尽力而为，绿色和白色)作为示例，并且也可以将流量分类为两个以上的组(例如，绿色、黄色、白色)。
在一个或多个实施例中，网络可以包括与一个或多个叶子节点12a、12b、12c、12d进行通信的网络控制器17。控制器17可以被用于在不同叶子节点处聚合带宽信息(经测量的速率、配置的速率、可用性)，以为不同叶子节点处的流提供带宽管理。例如，控制器17可以是物理设备或虚拟元件，并且可以位于一个网络设备处或者分布在整个网络中彼此通信的不同网络设备处或者中央控制器处。
应当理解，图1所示和上面描述的网络设备和拓扑仅是示例，并且在不背离实施例的范围的情况下，本文描述的实施例可以在包括不同网络拓扑或网络设备或使用不同协议或过处理的网络中实现。例如，网络可以包括任意数量的节点层(层、级别、层次结构)，以及在每一层处的任意数量的节点。网络可以包括促进数据在网络上的传输的任意数量或类型的网络设备(例如，路由器、交换机、网关、控制器、装置)、作为端点或主机来操作的网络元件(例如，服务器、虚拟机、客户端)、以及与任意数量的网络进行通信的任意数量的网站或域。因此，网络节点可以在任意合适的网络拓扑中使用，其可以包括相互连接以形成大且复杂的网络的任意数量的服务器、虚拟机、交换机、路由器或其他节点，其可以包括云或雾计算。节点可以通过采用任意合适的有线或无线连接的一个或多个接口耦合到其他节点或网络，这为电子通信提供了可行的路径。
图2示出了可以被用于实现本文描述的实施例的网络设备20(例如，图1中的叶子节点12a、12b、12c、12d，主干节点10a、10b)的示例。在一个实施例中，网络设备是可以以硬件、软件或前述的任意组合的方式实现的可编程机器。网络设备包括一个或多个处理器22、存储器24、网络接口26和带宽模块28。网络设备20还可以包括任意数量的集成电路，其可以包括图2中所示的一个或多个组件(例如，存储器、处理器(微处理器))。
存储器24可以是易失性存储器或非易失性存储器，其存储各种应用程序、操作系统、模块和数据以供处理器执行和使用。设备20可以包括任意数量的存储器组件。
逻辑可以被编码在一种或多种有形介质中以供处理器22执行。例如，处理器22可以执行存储在计算机可读介质(例如，存储器24)中的代码。计算机可读介质可以是诸如电子(例如，RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器))、磁性、光学(例如，CD、DVD)、电磁、半导体技术或者任意其他合适的介质。网络设备20可以包括任意数量的处理器22。在一个示例中，计算机可读介质包括非暂态计算机可读介质。逻辑可以是可操作的以执行图3A和图3B的流程图中所示的一个或多个步骤。
网络接口26可以包括用于接收数据或向其他设备发送数据的任意数量的接口(线卡、端口)。网络接口可以包括诸如用于连接到计算机或网络的以太网接口。网络接口26可以被配置为使用多种不同的通信协议来发送或接收数据。接口26可以包括用于通过耦合到网络的物理链路来传送数据的机械、电气和信令电路。
带宽模块28可以包括用于执行以下参考图3A和图3B描述的处理的硬件、软件或前述的任意组合。在一个实施例中，例如，带宽模块28可以包括一个或多个集成电路，其用于提取分组报头、执行查找、标记分组、丢弃分组、设置分组报头中的颜色或FCN位、或者存储测量的速率、配置的速率或配置的阈值。
应当理解，在图2中示出并且在上面描述的网络设备20仅是示例，并且可以使用网络设备的不同配置。例如，网络设备还可以包括可操作以促进本文描述的能力的硬件、软件、处理器、设备、组件或元件的任意合适的组合。
图3A是示出根据一个实施例的用于叶子节点处的带宽管理的处理的概述的流程图。在步骤30处，叶子节点(例如，图1中的入口节点12a、出口节点12d或者作为入口节点和出口节点来操作的叶子节点)测量在叶子节点处接收到的流量速率。在一个示例中，流量与从入口节点通过结构延伸到出口节点或另一节点的流相关联。在另一示例中，流量与通过叶子节点的本地流相关联。例如，叶子节点处的流可以来自端点或者去往端点。叶子节点可以包括入口节点、出口节点或者入口节点和出口节点两者。如下所述，叶子节点可以计算平均流量速率(例如，在特定时间间隔内接收到的字节数)。叶子节点标记流中的多个分组(例如，在分组被发送到结构(Tx管道)的情况下，标记分组，在分组被从结构(Rx管道)进行发送的情况下，重新标记该分组)(步骤32)。分组被标记为受保护的，以将流量速率(例如，平均流量速率)与针对叶子节点处的流的配置的流量速率相匹配(通常使其相等或者占一定百分比)。其余的分组是不受保护的，并且可以被这样标记或保持未标记。例如，如下所述，可以基于计算出的标记概率Pm将在Tx管道上从端点14a接收到的多个分组标记为绿色(受保护的)，并且将其余分组标记为白色(不受保护的)。
针对在叶子节点12d处从结构(Rx管道)接收到的分组，可以将一个或多个分组从绿色重新标记为白色或者从白色重新标记为绿色。在出口叶子节点12d处接收到的分组还可以具有由主干节点10a、10b设置的它们的FCN(转发拥塞通知)位(步骤34)。将具有其FCN位组的标记后的白色分组在针对Rx管道的叶子节点12d处丢弃(步骤35)。如果在叶子节点12a或12d处已经达到配置的阈值(例如，队列拥塞)(步骤36)，则丢弃多个白色分组(例如，分组的部分、所有分组)(步骤37)。可以基于丢弃策略(例如，AFD(近似公平丢弃)或提供最大-最小公平丢弃的任意其他队列管理策略)来丢弃分组。在一个实施例中，可以使用两个不同的阈值(min_th，green_th)，如下面参考图3B所述。然后将其余的分组(绿色和白色)从入口叶子节点12a转发到结构或者从出口叶子节点12d转发到端点14b(步骤38)。可以在入口节点12a和出口节点12d处设置配置的流量速率，以为该流提供全结构范围的最小带宽(保证)。带宽保证可以被配置为用于Tx和Rx两者(共同或独立)、仅Tx或者仅Rx。
图3B示出了根据一个实施例的图3A中的步骤36至38的细节。在步骤39处，执行检查以查看队列是否超过第一阈值(min_th)。如果队列尚未达到该最小阈值，则转发所有分组(步骤49)。如果已经达到第一阈值，则进行检查以查看队列是否已经达到第二阈值(green_th)(步骤41)。如果已经达到该绿色阈值，则丢弃所有不受保护的分组(白色分组)(步骤43)。如果尚未达到绿色阈值，则基于丢弃策略来随机丢弃不受保护的分组(步骤47)。绿色分组和其余的白色分组被转发(步骤49)。
应当理解，图3A和图3B中示出并且在上面描述的处理仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以添加、修改、移除或者重新排序步骤。例如，如果在入口节点(Tx管道)处执行该处理，则将不会在分组中设置FCN位，并且可以移除步骤34和35。
图4示意性地示出了Tx管道(图1中的入口叶子节点12a)处的分组的标记和丢弃。所有到达的分组40默认为白色。如果配置了管道的Tx带宽保证，则叶子节点12a处的带宽模块16针对流(管道)的流量速率进行测量。在一个实施例中，速率包括平均速率(AvgMf)。如下面详细描述的，可以使用算法来概率性地将输入的分组的部分标记为绿色，以将平均流量速率与针对入口叶子节点12a处的流的配置的流量速率相匹配。标记概率Pm定义了将输入的分组40标记为绿色的概率。如图4所示，输入的分组的部分(Pm)被标记为绿色(受保护的)(分组42)，而其余的分组(1-Pm)被标记为白色(不受保护的)(分组44)。
由于所有输入的分组40都相同(例如，白色)，因此在入口叶子节点12a处只有一个标记概率(Pm)。例如，对于所有管道，初始标记概率(Pm)可以被设置为默认值1。当AvgMf(叶子节点12a处的流(管道)的平均流量速率)等于Mc(基于配置的带宽保证在叶子节点12a处的流的配置的流量速率)时，标记概率(Pm)变得稳定。
可以如下计算Tx管道(入口叶子节点12a)处的标记概率Pm：
Pm＝k/Mc*(Mc-AvgMf)
其中：
Pm是将输入的分组标记为绿色的概率；
Mc是配置的速率；
k是用于更新标记概率的控制参数；并且
AvgMf是流(管道)的平均流量速率。
在一个实施例中，如下所述，平均速率(AvgMf)基于在指定时间间隔内测量的管道的流量速率。在短期内，每个计时器间隔可以确定性地将最小量的分组标记为绿色(minMcg)，其可以是诸如配置的速率的10％。这样做可以避免长期标记的开关行为，并且确保平滑的达到率。
如果在叶子节点12a处的队列46的长度很小，则允许所有有色分组(绿色(受保护的)42和白色(不受保护的)44)通过队列来传输(图1和图4)。一旦队列长度超过最小阈值(min_th，配置的阈值)，则带宽模块16可以根据活动队列管理模式的决定来开始随机地丢弃白色分组44。
图4示出了在管道处进行标记(基于管道处的测量)并且在拥塞队列处进行丢弃。应当注意，队列46可以从一个或多个管道接收分组。
在一个实施例中，AFD(近似公平丢弃)被用作活动队列管理模式以提供流之间的公平。AFD考虑了流大小和数据到达速率，并且作用于长寿命大流(大象流)，同时不会影响短流。在一个实施例中，大象陷阱仅对白色分组44进行计数。分组44可以与它们的超额速率成比例地被丢弃，以确保最大-最小公平。为了确保绿色分组42有足够的缓冲空间，一旦队列超过第二配置的阈值(Green_th)，则带宽模块16可以丢弃所有白色分组44。
在一个实施例中，可以通过避免在反向路径上丢弃Syn/Ack分组以确保所保证的带宽来提供Syn(同步)/Ack(确认)保护。
如前所述，可以在主干节点10a、10b处使用拥塞通知和延迟策略，以防止结构中的拥塞并且将策略委托给出口节点12d。如以下关于图7所详细描述的，主干节点10a、10b可以在拥塞期间(例如，如果队列超过配置的阈值(Green_th))在一个或多个绿色分组处设置FCN(结构拥塞通知)位。因此，到达出口节点12d(Rx管道)处的分组可能被涂成绿色或白色，并且一个或多个绿色分组可以具有其FCN位组(图1和图5)。
图5示出了Rx管道(图1中的出口节点12d)处的处理。带宽模块16被配置为处理具有不同颜色(绿色(受保护的)52、白色(不受保护的)54)并且具有或不具有FCN位组的到达分组的可能性。如果配置了管道的Rx带宽保证，则带宽模块16对流(管道)中的绿色分组52和白色分组54的速率进行测量。该速率可以是绿色分组的平均速率(AvgMfg)和白色分组的平均速率(AvgMfw)。由于同时有绿色分组52和白色分组54二者到达Rx管道处，因此存在两个标记概率；Pmg，用于将绿色分组标记为绿色的概率；以及Pmw，用于将白色分组标记为绿色的概率。
在一个示例中，标记概率可以被计算为：
Pmg＝k<Mc*(Mc-AvMfg)；以及
Pmw＝k(Mc-AvgMfg-AvgMfw)；
其中：
Pmg是将绿色分组标记为绿色的概率；
Pmw是将白色分组标记为绿色的概率；
Mc是配置的速率；
k是用于更新标记概率的控制参数；
AvgMfg是在流(管道)中接收到的绿色分组的平均速率；并且
AvgMfw是在流(管道)中接收到的白色分组的平均速率。
在Rx管道处标记(重新标记)分组之后，如果白色分组具有其FCN位组，则将其丢弃，如图5中的分组53所示。这种延迟策略代表结构有效地丢弃分组，这允许主干交换机设计保持简单。在延迟丢弃之后，带宽模块16的行为类似于上述的Tx丢弃，并且如果队列长度较小，则允许所有分组进入。一旦队列长度超过最小阈值(min_th，配置的阈值)，则队列56可以根据活动队列管理模式(例如，AFD)的决定来开始随机地丢弃白色分组54。为了确保绿色分组52有足够的缓冲空间，如果队列56超过第二配置的阈值(Green_th)，则带宽模块16可以丢弃所有白色分组54。
如前所述，测量和标记在管道处进行，并且丢弃在拥塞队列处进行。队列56可以从一个或多个管道接收分组。
短期标记也可以在Rx管道处被使能，并且其行为可以类似于上面针对Tx标记所描述的。如果未配置管道的Tx带宽保证(AvgMfg＝0)，则可以如上面针对Tx所描述的来计算Rx带宽保证，因为出口叶子节点12d处的带宽模块16不需要处理绿色分组(即，所有接收到的分组是白色的)。
在一个或多个实施例中，带宽模块16可以在指定的时间间隔内短期执行操作(例如，测量流、标记最小量的分组)。然后可以在覆盖多个短期间隔的特定时间间隔内长期执行长期处理(例如，标记分组以使平均速率与配置的速率相匹配)。带宽模块16可以在短期内向流分配保证的速率，但是在长期内在流之间共享额外的带宽。例如，这可以通过接受流的绿色分组但基于AFD来丢弃每个流的白色分组来实现。
在一个实施例中，切片聚合器可以存储Mc(给定管道的配置的速率)和minMcg(给定管道的配置的最小短期速率)。可以收集每个切片的短期统计数据，并且然后可以在切片聚合器处编译长期统计数据。例如，聚合器可以使用从切片1到切片n接收的信息，基于Mig(切片i的绿色分组的测量的速率)和Miw(切片i的白色分组的测量的速率)来计算AvgMfg(绿色分组的平均测量速率)和AvgMfw(白色分组的平均测量速率)。聚合器然后可以利用来自所有切片的组合信息来计算Pmg和Pmw(绿色/白色分组的标记概率)。
在一个示例中，在每个短期间隔(例如，30μs或任意其他间隔)处，聚合器可以读取Mig和Miw的计数器。然后可以分别将Mfg和Mfw计算为Sum(切片Mig)和Sum(切片Miw)。然后，可以将Mfg的值与minMcg(绿色分组的最小配置的速率)进行比较，并且可以将Mfw的值与(minMcg-AvgMfg)进行比较，以确定分组的短期标记是否应更改。在更长的间隔(例如，每240μs或任意其他间隔)处，切片聚合器可以获得最新的短期更新并且计算AvgMfg和AvgMfw。可以为每个切片提供Pmw和Pmg，并且在每个长期间隔的结束时向每个切片发送信号以清除Mig和Mig。应当理解，本文描述的短期和长期处理被作为示例实现方式来提供，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他间隔或数据收集、测量或聚合处理。
在一个示例中，可以在ASIC(专用集成电路)中实施一个或多个处理。处理可以包括诸如报头提取以获取颜色和FCN位，将统计数据存储在短期存储器(用于每个切片)和长期存储器(用于切片的聚合)中，以及AQM(活动队列管理)(其包括诸如用于出口丢弃的AFD(近似公平丢弃))。
图6示出了在主干节点10a、10b(图1)处的带宽模块18处执行的处理的概述。如前所述，大多数带宽分组处理是在叶子节点12a、12b、12c、12d处执行的，因此，带宽管理的结构部分很容易扩展到大量管道(流)。主干节点10a、10b被配置为利用不同颜色对分组进行标识。如前所述，并非所有带有Tx标记的绿色分组都可以具有Rx保证。主干节点不知道Rx保证的配置，并且因此将主干策略委托给出口叶子节点。主干节点可以为从Tx管道接收到的绿色分组设置FCN位，并且如果缓冲器高于配置的阈值，则丢弃白色分组。
如图6所示，在62处从分组中提取报头，以获得VxLAN报头中的1位(颜色位)。如果主干处的队列超过配置的阈值(Green_th)，则带宽管理逻辑64可以丢弃所有白色分组，并且为绿色分组设置FCN位。块66根据带宽管理逻辑64来设置绿色分组的VxLAN报头中的FCN位，并且还可以重新计算CRC。
如前所述，在一个或多个实施例中，系统使用分组报头中的位来标识分组颜色并且指示结构中的拥塞。在一个示例中，如图7所示，使用了分组71中的VxLAN报头70。VxLAN报头70包括颜色位72和FCN位74。应当理解，这仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以使用其他报头、字段、格式或位。
从前述可以看出，本文描述的实施例提供了许多优点。例如，在一个或多个实施例中，通过硬件提供最小带宽保障，其在比软件更短的时间尺度内执行并且不需要在终端主机处进行操作。通过提供最小带宽保证而不是最大带宽实施，实施例不限制流可以获取的最大带宽。在一个或多个实施例中，大多数系统在叶子节点处运行，同时主干节点不需要维持状态，因此提供了高度可扩展的系统。一个或多个实施例可以被用于利用对提供带宽保证的流(管道)(例如，端点、端点组、流束协议)的灵活定义来管理用于各种流量模式的带宽。除了带宽保证之外，一个或多个实施例还可以为过量带宽提供最大-最小公平。
尽管已经根据所示的实施例描述了方法和装置，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到，在不脱离实施例的范围的情况下，可以做出各种变化。因此，旨在将以上描述中包含的以及附图中示出的所有内容解释为说明性的，而不是限制性的含义。

Claims (24)

1.一种在多租户结构中执行的方法，所述多租户结构包括主干节点和叶子节点，其中，所述叶子节点中的每一个连接到所述主干节点中的每一个，所述叶子节点包括连接到所述结构的入口节点或出口节点，所述方法包括：
测量所述叶子节点处的流量速率，所述流量与所述叶子节点处的流相关联；
在所述叶子节点处将所述流中的多个分组标记为受保护的，以将测量的所述流量速率与针对所述叶子节点处的所述流的配置的流量速率相匹配，所述配置的流量速率包括所述入口节点处的第一配置的流量速率和所述出口节点处的第二配置的流量速率，其中，对所述分组进行标记包括根据基于所述第一配置的流量速率或所述第二配置的流量速率和测量的所述流量速率而计算的标记概率来对所述分组进行标记；以及
当所述叶子节点处的队列拥塞时，在所述叶子节点处丢弃多个不受保护的分组；
其中，基于所述叶子节点处的所述配置的流量速率为所述流提供最小带宽。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流从所述入口节点通过所述结构延伸到所述出口节点，并且其中，所述最小带宽提供全结构范围的最小带宽。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述流本地延伸通过包括所述入口节点和所述出口节点的所述叶子节点。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述流包括与流、端点、端点组或协议相关联的定向管道。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述叶子节点包括所述出口节点，并且所述分组的一部分包括由所述主干节点设置的FCN(转发拥塞通知)位，以当所述结构拥塞时在所述出口节点处提供延迟丢弃。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述叶子节点包括所述出口节点，并且对所述分组进行标记包括将所述分组重新标记为受保护的或不受保护的。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，丢弃所述不受保护的分组包括执行最大-最小公平丢弃算法。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述叶子节点包括所述入口节点，并且所述标记概率被计算为：
Pm＝k/Mc*(Mc-AvgMf)
其中：
Pm是将输入的分组标记为绿色的概率；
Mc是配置的速率；
k是控制参数；并且
AvgMf是所述流的平均流量速率。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，所述叶子节点包括所述出口节点，并且针对受保护的分组和不受保护的分组不同地计算所述标记概率。
10.根据权利要求1、2或8所述的方法，其中，所述标记和丢弃在硬件中执行。
11.根据权利要求1、2或8所述的方法，其中，所述速率包括基于多个短期间隔期间累计测量的速率而计算的平均速率。
12.根据权利要求1、2或8所述的方法，其中，所述配置的速率和所述配置的阈值是针对与在所述多租户结构中发送的流相关联的租户来定义的，并且其中，所述配置的速率包括所述入口节点处的第一配置的速率和所述出口节点处的第二配置的速率，以提供端到端带宽保证。
13.一种用在结构中的装置，所述结构包括主干节点和叶子节点，其中，所述叶子节点中的每一个连接到所述主干节点中的每一个，所述叶子节点包括用于与所述结构进行通信的入口节点或出口节点，所述装置包括：
接口，在叶子节点处，用于接收与所述叶子节点处的流相关联的流量；
处理器，用于将在所述叶子节点处接收到的多个分组标记为受保护的，以将测量的流量速率与针对所述叶子节点处的所述流的配置的流量速率相匹配，所述配置的流量速率包括所述入口节点处的第一配置的流量速率和所述出口节点处的第二配置的流量速率，其中，对所述分组进行标记包括根据基于所述第一配置的流量速率或所述第二配置的流量速率和测量的所述流量速率而计算的标记概率来对所述分组进行标记，并且当所述叶子节点处的队列拥塞时，丢弃多个不受保护的分组；以及
存储器，用于存储所述测量的流量速率和所述配置的流量速率；
其中，基于所述叶子节点处的所述配置的流量速率为所述流提供最小带宽。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述最小带宽为从所述入口节点通过所述结构到所述出口节点的流提供全结构范围的最小带宽。
15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述叶子节点包括所述出口节点，并且所述分组包括由主干节点设置的FCN(转发拥塞通知)位，以当所述结构拥塞时在所述出口节点处提供延迟丢弃。
16.根据权利要求13或14所述的装置，该装置被配置为在硬件中执行分组标记和丢弃。
17.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述配置的速率被设置在所述入口节点和所述出口节点处以提供端到端带宽保证。
18.一种在多租户结构中执行的方法，所述多租户结构包括主干节点和叶子节点，其中，所述叶子节点中的每一个连接到所述主干节点中的每一个，所述方法包括：
在结构中的主干节点处接收来自入口叶子节点的流中的多个分组，所述多个分组包括基于所述入口叶子节点处的配置的流量速率而被标记为受保护的分组和不受保护的分组；
确定所述主干节点处的队列超过配置的阈值；
在所述主干节点处丢弃所述不受保护的分组；以及
在所述主干节点处设置所述受保护的分组中的拥塞通知位；
其中，基于出口叶子节点处的配置的流量速率，将所述受保护的分组的丢弃延迟到所述出口叶子节点，以提供所述流的全结构范围的最小带宽。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述主干节点不知道在所述出口叶子节点处的所述配置的流量速率。
20.一种用在结构中的装置，所述结构包括主干节点和叶子节点，其中，所述叶子节点中的每一个连接到所述主干节点中的每一个，所述叶子节点包括连接到所述结构的入口节点或出口节点，所述装置包括：
测量单元，用于测量叶子节点处的流量速率，所述流量与所述叶子节点处的流相关联；
标记单元，用于在所述叶子节点处将所述流中的多个分组标记为受保护的以将测量的所述流量速率与针对所述叶子节点处的所述流的配置的流量速率相匹配，所述配置的流量速率包括所述入口节点处的第一配置的流量速率和所述出口节点处的第二配置的流量速率，其中，对所述分组进行标记包括根据基于所述第一配置的流量速率或所述第二配置的流量速率和测量的所述流量速率而计算的标记概率来对所述分组进行标记；以及
丢弃单元，用于当所述叶子节点处的队列拥塞时在所述叶子节点处丢弃多个不受保护的分组；
其中，基于所述叶子节点处的所述配置的流量速率为所述流提供最小带宽。
21.根据权利要求20所述的装置，还包括用于实现根据权利要求2至12中任一项所述的方法的单元。
22.一种用在结构中的装置，所述结构包括主干节点和叶子节点，其中，所述叶子节点中的每一个连接到所述主干节点中的每一个，所述叶子节点包括连接到所述结构的入口叶子节点或出口叶子节点，所述装置包括：
接收单元，用于在所述结构中的主干节点处接收来自所述入口叶子节点的流中的多个分组，所述多个分组包括基于所述入口叶子节点处的配置的流量速率而被标记为受保护的分组和不受保护的分组；
确定单元，用于确定所述主干节点处的队列超过配置的阈值；
丢弃单元，用于在所述主干节点处丢弃所述不受保护的分组；以及
设置单元，用于在所述主干节点处设置所述受保护的分组中的拥塞通知位；
其中，基于所述出口叶子节点处的所述配置的流量速率，将所述受保护的分组的丢弃延迟到所述出口叶子节点，以提供所述流的全结构范围的最小带宽。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述主干节点不知道在所述出口叶子节点处的流所述配置的流量速率。
24.一种包括指令的计算机可读介质，所述指令在由计算机执行时，使得所述计算机执行权利要求1至12、18或19中任一项所述的方法的步骤。
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