CN111404826B - 一种基于出端口反馈的流量规划方法及装置 - Google Patents

一种基于出端口反馈的流量规划方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种基于出端口反馈的流量规划方法及装置，方法包括配置流量匹配条目和出端口队列，流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量，第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引，出端口队列包括至少一组队列深度门限{T1，T2}；接收报文并获取出端口队列，根据每组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量；当数据流匹配到流量匹配条目后，条目属性中限流计数器索引对应的限流计数器进行计数并在超过门限值后，判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果是否与第一拥塞状态向量相等，若是，则丢弃报文。本发明能够通过出端口流量状态灵活调整入端口流量控制策略，以灵活分配入端口的带宽资源。

Description

一种基于出端口反馈的流量规划方法及装置
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其是涉及一种基于出端口反馈的流量规划方法及装置。
背景技术
当分组交换网络中传送分组的数目太多时，由于存储节点的资源有限而造成网络传输性能下降的现象称之为网络拥塞，当网络拥塞发生时，会造成网络中数据丢失、时延增加、吞吐量下降等。
为了预防网络拥塞的发生，通常采用QoS(Quality of Service，服务质量)技术或ECN(Explicit Congestion Notification，显式拥塞通知)技术，其中，QoS可根据用户的要求分配和调度资源，对不同的数据流提供不同的服务质量，对实时性强且重要的数据报文优先处理，对于实时性不强的普通数据报文，提供较低的处理优先级，以满足用户对不同应用不同服务质量的要求，而ECN通过在IP路由器上进行的主动队列管理算法，使得路由器能够监控转发队列的状态，以提供一个路由器向发送端报告发生拥塞的机制，让发送端在路由器开始丢包前降低发送速率。
然而当前QoS采用基于静态的入端口或出端口限流策略，无法灵活分配以太网交换设备的网络带宽，同时，ECN主要通过上层应用来管理拥塞，而作为网络交换设备本身，其同样无法灵活分配以太网交换设备的网络带宽。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于出端口反馈的流量规划方法，能够通过出端口流量状态灵活调整入端口流量控制策略，以灵活分配入端口的带宽资源。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种基于出端口反馈的流量规划方法，包括如下步骤：
S100，配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引；
S200，配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}；
S300，接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量；
S400，数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
优选地，所述第二拥塞状态向量包括若干个分量，每个分量分别通过一组队列深度门限{T1，T2}获得，且每个分量选择第一拥塞值和第二拥塞值中的一个，所述第一拥塞值用于标示出端口队列为拥塞状态，第二拥塞值用于标示出端口队列为非拥塞状态，其中，
初始状态，分量取值为第二拥塞值，并在数据流导致的队列深度上升至大于T1之前，分量维持第二拥塞值，数据流导致的队列深度上升至大于T1时，分量取值为第一拥塞值，在数据流导致的队列深度未回落到T2以下前，分量维持第一拥塞值，数据流导致的队列深度小于T2时，分量取值为第二拥塞值。
优选地，在步骤S400中，第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算。
本发明还揭示了一种基于出端口反馈的流量规划装置，包括
第一配置模块，用于配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引；
第二配置模块，用于配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}；
报文处理模块，用于接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量；
匹配模块，用于对数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
优选地，所述第二拥塞状态向量包括若干个分量，每个分量分别通过一组队列深度门限{T1，T2}获得，且每个分量选择第一拥塞值和第二拥塞值中的一个，所述第一拥塞值用于标示出端口队列为拥塞状态，第二拥塞值用于标示出端口队列为非拥塞状态，其中，
初始状态，分量取值为第二拥塞值，并在数据流导致的队列深度上升至大于T1之前，分量维持第二拥塞值，数据流导致的队列深度上升至大于T1时，分量取值为第一拥塞值，在数据流导致的队列深度未回落到T2以下前，分量维持第一拥塞值，数据流导致的队列深度小于T2时，分量取值为第二拥塞值。
优选地，第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过出端口流量状态灵活调整入端口流量控制策略，也即当出端口出现拥塞时，通过流量匹配条目中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数，以确定是否丢弃报文，当出端口未出现拥塞时，对入端口报文不执行流量限制策略，进而使入端口的带宽资源能够灵活分配。
(2)本发明在完成流量匹配条目和出端口队列配置后，交换芯片可自动根据出端口流量状态进行流量限制策略调整，无需CPU干预，使得软件复杂度降低。
附图说明
图1是本发明的方法流程图示意图；
图2是本发明的结构框图示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种基于出端口反馈的流量规划方法，通过出端口流量状态灵活调整入端口流量控制策略，以灵活分配入端口的带宽资源。
如图1所示，为本发明所揭示的一种基于出端口反馈的流量规划方法，包括如下步骤：
S100，配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引；
具体地，流量匹配条目用于数据流的匹配，实施时，可在交换芯片中配置流量匹配条目，以对某些或某种数据流进行匹配，交换芯片包括但不限于ASIC(Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路)芯片、FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)芯片及NP(Network Processor，网络处理器)芯片。
流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引，其中，第一拥塞状态向量用于标示拥塞等级，其可根据实际需求进行配置，如当第一拥塞状态向量为{1，1，0}可标示拥塞等级为二级；第二拥塞状态向量掩码用于计算出端口队列的拥塞等级，其同样可根据实际需求进行配置，如第二拥塞状态向量掩码为{1，1，1}等；限流计数器索引用于查找限流计数器，限流计数器用于对报文进行计数，实施时，数据流匹配到相应的流量匹配条目后，流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数处理。
本实施例中，限流计数器具有一门限值，实施时可根据限流计数器统计的报文数量是否大于或等于该门限值，以确定是否执行相应的操作，限流计数器的门限值可根据实际需求进行设置。
S200，配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}；
具体地，为获取出端口队列的拥塞状态，本发明通过在出端口队列中设置至少一组可配置的队列深度门限{T1，T2}，根据每组队列深度门限{T1，T2}可获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量，第二拥塞状态向量可用于标示出端口队列的拥塞状态。
第二拥塞状态向量包括N个分量，N个分量通过N组队列深度门限{T1，T2}可获得，N为大于或等于1的整数，每个分量可选择第一拥塞值和第二拥塞值中的一个，第一拥塞值用于标示出端口队列为拥塞状态，第二拥塞值用于标示出端口队列为非拥塞状态。初始状态，分量取值为第二拥塞值，并在数据流导致的队列深度上升至大于T1之前，分量维持第二拥塞值，数据流导致的队列深度上升至大于T1时，分量取值为第一拥塞值，在数据流导致的队列深度未回落到T2以下前，分量维持第一拥塞值，数据流导致的队列深度小于T2时，分量取值为第二拥塞值。
进一步地，还可通过设置计时器以使出口队列退出拥塞状态，实施时，当数据流导致的出端口队列的队列深度小于队列深度门限T2的时间到达预设时间后，出端口队列退出拥塞状态，如出端口队列的队列深度小于队列深度门限T2的时间持续5秒钟时，出端口队列退出拥塞状态。
本实施例中，以第一拥塞值为1，第二拥塞值为0为最佳，当然，也可根据实际需求设置第一拥塞值和第二拥塞值。
以出端口队列设置三组队列深度门限{T1，T2}为例，三组队列深度门限{T1，T2}分别为第一组：{3，2}、第二组：{5，4}和第三组：{7，6}，对如何获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量进行详细的说明：
初始时，第二拥塞状态向量的第一～第三分量设置为0，当数据流导致的队列深度为4时，其大于第一组中的T1，第一个分量设置为1；
当数据流导致的队列深度上升为6时，其大于第二组中的T1，因此，第二拥塞状态向量的第二个分量设置为1；
当数据流导致的队列深度继续上升至8时，其大于第三组中的T1，因此，第二拥塞状态向量的第三个分量设置为1；
此时，出端口队列对应的第二拥塞状态向量为{1，1，1}，也即表示当前出端口队列的拥塞等级为三级。
若当前流量导致的队列深度维持在6时，此时，出端口队列对应的第二拥塞状态向量为{1，1，0}，也即表示当前出端口队列的拥塞等级为二级。
本实施例中，队列深度门限T1大于或等于队列门限深度T2，并且队列深度门限{T1，T2}中T1和T2的值可根据实际需求进行设置。
S300，接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量；
具体地，交换芯片接收到报文后对报文进行解析处理，以获得报文转发目的，进一步根据转发目的确定报文出端口队列，当确定报文的出端口队列后进一步根据该出端口队列所配置的每组队列深度门限{T1，T2}确定该出端口队列对应的第二拥塞状态向量。当出端口队列达到的拥塞等级符合已配置的拥塞等级时，需要对入端口流量进行限流处理，否则，对出端口流量不进行限流处理。实施时，出端口队列对应的第二拥塞状态向量的获取详见上述，在此不再一一赘述。
S400，数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
具体地，当确定报文的出端口队列，及该出端口队列对应的第二拥塞状态向量后，进一步对数据流进行流量匹配条目的匹配，以确定该数据流通过哪一个限流计数器进行计数处理。
数据流在进行流量匹配条目匹配过程时，可通过查找关键字(Key)进行流量匹配条目的匹配。查找关键字包括数据流的特征属性，如IP五元组，并且查找关键字中的字段均可设置掩码。
当数据流通过查找关键字匹配到已设置掩码的流量匹配条目后，流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数处理。当报文的数量超过该限流计数器的门限值后，进一步判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果是否与第一拥塞状态向量相等，也即判断出端口队列的拥塞等级是否达到配置的拥塞等级要求，若相等，则对报文进行丢弃处理，以进行限流，否则，对报文进行正常的转发处理。
本实施例中，以第二拥塞状态向量与第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算为最佳，如第一拥塞状态向量为{1，1，0}，第二拥塞状态向量为{1，1，1}，第二拥塞状态向量掩码为{1，1，0}，则第二拥塞状态向量与第二拥塞状态向量掩码的逻辑与结果为{1，1，0}，其与第一拥塞状态向量相同。
如图2所示，本发明还揭示了一种基于出端口反馈的流量规划装置，包括第一配置模块、第二配置模块、报文处理模块和匹配模块，其中，第一配置模块用于配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引；第二配置模块用于配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}；报文处理模块用于接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量；匹配模块用于对数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
具体地，第一配置模块用于在交换芯片中配置流量匹配条目，流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量属性和限流计数器索引，其中，第一拥塞状态向量用于标示拥塞等级，第二拥塞状态向量用于计算出端口队列拥塞等级，限流计数器索引用于查找限流计数器，限流计数器用于对报文进行计数，实施时，数据流匹配到流量匹配条目后，流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数处理。
第二配置模块用于对出端口队列进行配置，在出端口队列中配置一组或多组队列深度门限{T1，T2}。本发明通过在出端口队列中设置至少一组可配置的队列深度门限{T1，T2}，可根据每组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量，第二拥塞状态向量可用于标示出端口队列的拥塞状态。
本实施例中，队列深度门限T1大于或等于队列门限深度T2，并且队列深度门限{T1，T2}中T1和T2的值可根据实际需求进行设置。
报文处理模块在接收到报文后对报文进行解析处理，以获得报文转发目的，进一步根据每一组队列深度门限{T1，T2}确定出端口队列对应的第二拥塞状态向量，其中，第二拥塞状态向量及如何根据队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量详见上述，在此不再一一赘述。
匹配模块通过查找关键字对数据流进行流量匹配条目的匹配，以确定该数据流通过哪一个限流计数器进行计数处理，查找关键字包括数据流的特征属性，如IP五元组，并且查找关键字中的字段均可设置掩码。当数据流通过查找关键字匹配到流量匹配条目后，流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数处理。当报文的数量超过该限流计数器的门限值后，进一步判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果是否与第一拥塞状态向量相等，若相等，则对报文进行丢弃处理，否则，对报文进行正常的转发处理。
本实施例中，以第二拥塞状态向量与第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算为最佳。
本发明通过出端口流量状态灵活调整入端口流量控制策略，也即当出端口出现拥塞时，通过流量匹配条目中限流计数器索引对应的限流计数器对报文进行计数，以确定是否丢弃报文，当出端口未出现拥塞时，对入端口报文不执行流量限制策略，进而使入端口的带宽资源能够灵活分配。
同时，在完成流量匹配条目和出端口队列配置后，交换芯片可自动根据出端口流量状态进行流量限制策略调整，无需CPU干预，使得软件复杂度降低。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种基于出端口反馈的流量规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100，配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引，所述第一拥塞状态向量用于标示拥塞等级，所述第二拥塞状态向量掩码用于计算出端口队列的拥塞等级，所述限流计数器索引用于查找限流计数器；
S200，配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}，所述T1、T2为队列深度门限，且队列深度门限T1大于或等于队列门限深度T2；
S300，接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量，所述第二拥塞状态向量包括若干个分量，每个分量分别通过一组队列深度{T1，T2}获得，且每个分量选择第一拥塞值和第二拥塞值中的一个，所述第一拥塞值用于标示出端口队列为拥塞状态，第二拥塞值用于标示出端口队列为非拥塞状态，其中，初始状态，分量取值为第二拥塞值，并在数据流导致的队列深度上升至大于T1之前，分量维持第二拥塞值，数据流导致的队列深度上升至大于T1时，分量取值为第一拥塞值，在数据流导致的队列深度未回落到T2以下前，分量维持第一拥塞值，数据流导致的队列深度小于T2时，分量取值为第二拥塞值；
S400，数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
2.根据权利要求1所述的基于出端口反馈的流量规划方法，其特征在于，在步骤S400中，第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算。
3.一种基于出端口反馈的流量规划装置，其特征在于，包括
第一配置模块，用于配置流量匹配条目，所述流量匹配条目的属性包括第一拥塞状态向量、第二拥塞状态向量掩码和限流计数器索引，所述第一拥塞状态向量用于标示拥塞等级，所述第二拥塞状态向量掩码用于计算出端口队列的拥塞等级，所述限流计数器索引用于查找限流计数器；
第二配置模块，用于配置出端口队列，所述出端口队列包括一组或多组队列深度门限{T1，T2}，所述T1、T2为队列深度门限，且队列深度门限T1大于或等于队列门限深度T2；
报文处理模块，用于接收报文并根据报文的转发目的获取报文的出端口队列，并根据每一组队列深度门限{T1，T2}获取出端口队列对应的第二拥塞状态向量，所述第二拥塞状态向量包括若干个分量，每个分量分别通过一组队列深度门限{T1，T2}获得，且每个分量选择第一拥塞值和第二拥塞值中的一个，所述第一拥塞值用于标示出端口队列为拥塞状态，第二拥塞值用于标示出端口队列为非拥塞状态，其中，初始状态，分量取值为第二拥塞值，并在数据流导致的队列深度上升至大于T1之前，分量维持第二拥塞值，数据流导致的队列深度上升至大于T1时，分量取值为第一拥塞值，在数据流导致的队列深度未回落到T2以下前，分量维持第一拥塞值，数据流导致的队列深度小于T2时，分量取值为第二拥塞值；
匹配模块，用于对数据流进行流量匹配条目的匹配，且匹配到的流量匹配条目的属性中限流计数器索引对应的限流计数器对报文计数，并在超出限流计数器的门限值后判断第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码的运算结果与第一拥塞状态向量是否相同，并在相同时丢弃报文。
4.根据权利要求3所述的基于出端口反馈的流量规划装置，其特征在于，第二拥塞状态向量和第二拥塞状态向量掩码进行逻辑与运算。
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