CN112822119B - 一种基于反向令牌桶的流量控制方法、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络流量管理和监控领域，具体地，涉及一种基于反向令牌桶的流量控制方法、装置、设备及存储介质。本发明的第一方面，提供了一种基于反向令牌桶的流量控制方法，包括以下步骤：接收流控目标值；接收实时流量；注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量。本发明还提供了一种电子设备和一种存储介质。基于反向令牌桶算法，克服采样场景下令牌桶算法不能进行流控，或者克服采用软件流控对软件性能要求及计算资源的占用，提高流控可靠性、稳定性、精度值。

Description

一种基于反向令牌桶的流量控制方法、设备及存储介质

技术领域：

本发明涉及网络流量管理和监控领域，具体地，涉及一种基于反向令牌桶的流量控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

采样是网络流量分析与监控中常用到的一种方法，特别是当网络流量超过系统的处理能力时，采用采样的方法，可以大大的降低系统的处理负载，对经过采样后的流量进行识别统计，然后按比例进行恢复，做到准确地反映网络流量实际情况。

基于令牌桶算法为流控手段提供了简单，方便，精确的方法，取得了很好的效果，成为网络流量管理及监控领域网络流量控制的首选方法，但对经过采样的流量进行精确流控时却会遇到难以解决的问题。

例如实际网络中P2P流量为10Gb，系统进行采样比2:1的采样处理，被采样标记标记的P2P流量为5Gb。此时如果采用正常的令牌桶算法对P2P流量进行控制，当对P2P流量控制到9Gb的时候就出现了问题。由于经过采样后被实际识别的流量只有5Gb，利用普通的令牌桶算法配置9Gb的流控门限，会出现没有任何P2P流量被丢弃的结果，达不到流量控制到9G的目的；即使按实际识别的流量5Gb，将令牌桶的控制门限配置为4Gb，丢掉1Gb的P2P流量，但实际网络中的P2P流量是变化的，还是达不到将现网流量精准控制到9Gb的目的。如果要实现精确的流控，将现网流量控制到9Gb，软件必须的实时根据采样恢复流量与实际识别流量动态的调整流控的参数，需要消耗大量的软件CPU资源，在流量控制的稳定性、可靠性、实时性方面有巨大的缺陷。

因此，本领域亟需一种基于反向令牌桶的流量控制方法、装置、设备及存储介质。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于反向令牌桶的流量控制方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中的至少一项技术问题。

具体地，本发明的第一方面，提供了一种基于反向令牌桶的流量控制方法，包括以下步骤：

接收流控目标值；

接收实时流量；

注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量。

采用上述技术方案，基于反向令牌桶算法，克服采样场景下令牌桶算法不能进行流控，或者克服采用软件流控对软件性能要求及计算资源的占用，提高流控可靠性、稳定性、精度值。

进一步地，所述注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量包括以下步骤：

根据流控目标值设置令牌丢弃值；

将所述实时流量注入到第一令牌桶内；

将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；

待通过流量长度值增加实时流量的长度值；

判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值：若是，则报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌；若否，则报文通过。

具体实施过程中，所述令牌丢弃值与流控目标值相关，如流控目标值为9Gb/s，若每秒执行1次流控，则在单次流控下，令牌丢弃值为9Gb，若每秒执行10次流控，则在单次流控下，令牌丢弃值为0.9Gb；将长度值为2Gb的实时流量的注入到第一令牌桶内，则第一令牌桶内共有2Gb令牌，减去所述令牌丢弃值0.9Gb后，将剩余的令牌数2-0.9＝1.1Gb转移到第二令牌桶内，此时第一令牌桶清空，等待下次的实时流量；第二令牌桶执行反向令牌桶规则，即判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值，若否，报文通过，通过的报文总长度值与令牌丢弃值相同，且第二令牌桶内令牌数不变；直至第二令牌桶内令牌数大于所述待通过流量的长度值，报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌。

采用上述技术方案，通过两个令牌桶实现反向令牌桶规则，设定符合流控目标的令牌丢弃值，使得通过的流量符合流控目标，减少资源浪费，提高流控精确度；特别是在采样场景，克服令牌桶算法不能精准流控的问题，成功实现流量的精确控制。

进一步地，所述基于反向令牌桶的流量控制方法还包括以下步骤：

设置周期性流控参数。

采用上述技术方案，实现对周期性参数的控制，方便更改周期性参数。

进一步地，所述设置周期性流控参数包括以下步骤：

接收流控周期；

判断时间间隔是否达到流控周期：若是，重复步骤接收实时流量；若否，重复步骤判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值。

进一步地，若报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌，则判断第二令牌桶是否为空：若是，重复步骤接收实时流量。

采用上述技术方案，当第二令牌桶为空时，上次接收的实时流量已经控流完毕，可进行下次接收实时流量或者等待接收下次实时流量，而不需再进行时间间隔是否达到流控周期的判断，减少计算步骤，减少计算资源浪费。

采用上述技术方案，在一个流控周期内，重复多次进行反向令牌桶计算，提高效率，减少资源消耗。

进一步地，所述根据流控目标值设置令牌丢弃值包括以下步骤：

所述令牌丢弃值＝流控目标值*流控周期。

采用上述技术方案，将流控目标值划分多次小目标，使得流控更及时、准确。

在具体实施过程中，如流控周期为0.1s/次，流控目标值为9Gb/s，则单次的令牌丢弃值＝9*0.1＝0.9Gb。

进一步地，将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

判断将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，第一令牌桶内是否有剩余令牌，若是，将剩余令牌转移到第二令牌桶内。

进一步地，所述令牌桶支持负令牌。

采用上述技术方案，实现反向令牌桶流控方法的负令牌令牌保存方式，使得流控更精准。

进一步地，将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

计算令牌差值＝第一令牌桶内的令牌数-令牌丢弃值；

判断所述令牌差值是否为正数，若是，则将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；若否，则舍弃第一令牌桶内令牌，并将第二令牌桶减去令牌差值的绝对值。

采用上述技术方案，实现反向令牌桶流控方法的负令牌令牌保存方式，使得流控更精准。

本发明第二方面提供了一种基于反向令牌桶的流量控制的设备，所述设备包括：

存储器及处理器，所述存储器上至少有一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现上述方法。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行，以实现上述方法。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本申请提出新的精确流控的方法，比较用软件实现的方式，此方案实现简单，可靠，大大节约软件算法的资源消耗。

2.通过两个令牌桶实现反向令牌桶规则，设定符合流控目标的令牌丢弃值，使得通过的流量符合流控目标，减少资源浪费，提高流控精确度；特别是在采样场景，克服令牌桶算法不能精准流控的问题，成功实现流量的精确控制。

3.实现反向令牌桶流控方法的负令牌令牌保存方式，使得流控更精准。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于反向令牌桶的流量控制方法第一种实施方式的示意图；

图2为本发明基于反向令牌桶的流量控制方法第二种实施方式的示意图；

图3为本发明基于反向令牌桶的流量控制方法第三种实施方式的示意图；

图4为本发明基于反向令牌桶的流量控制方法第四种实施方式的示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下对本申请涉及的一些概念进行解释：

1.令牌桶算法是网络流量整形(Traffic Shaping)和速率限制(Rate Limiting)中最常使用的一种算法。典型情况下，令牌桶算法用来控制发送到网络上的数据的数目，并允许突发数据的发送。令牌桶这种控制机制基于令牌桶中是否存在令牌来指示什么时候可以发送流量。令牌桶中的每一个令牌都代表一个字节。如果令牌桶中存在令牌，则允许发送流量；而如果令牌桶中不存在令牌，则不允许发送流量。因此，如果突发门限被合理地配置并且令牌桶中有足够的令牌，那么流量就可以以峰值速率发送。

2.报文(Packet)，是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。多个报文构成网络流量。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体地实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

具体地，参考图1，本发明提供了一种基于反向令牌桶的流量控制方法，包括以下步骤：

S100.接收流控目标值；

S300.接收实时流量；

S400.注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量。

采用上述技术方案，基于反向令牌桶算法，克服采样场景下令牌桶算法不能进行流控，或者克服采用软件流控对软件性能要求及计算资源的占用，提高流控可靠性、稳定性、精度值。

参考图3，在本发明的一种优选实施方式中，所述S400.注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量包括以下步骤：

S410.根据流控目标值设置令牌丢弃值；

S420.将所述实时流量注入到第一令牌桶内；

S430.将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；

S440.待通过流量长度值增加实时流量的长度值；

S450.判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值：若是，则S471.报文丢弃，S472.第二令牌桶内减去对应令牌；若否，则S460.报文通过。

具体实施过程中，所述令牌丢弃值与流控目标值相关，如流控目标值为9Gb/s，若每秒执行1次流控，则在单次流控下，令牌丢弃值为9Gb，若每秒执行10次流控，则在单次流控下，令牌丢弃值为0.9Gb；将长度值为2Gb的实时流量的注入到第一令牌桶内，则第一令牌桶内共有2Gb令牌，减去所述令牌丢弃值0.9Gb后，将剩余的令牌数2-0.9＝1.1Gb转移到第二令牌桶内，此时第一令牌桶清空，等待下次的实时流量；第二令牌桶执行反向令牌桶规则，即判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值，若否，报文通过，通过的报文总长度值与令牌丢弃值相同，且第二令牌桶内令牌数不变；直至第二令牌桶内令牌数大于所述待通过流量的长度值，报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌。

采用上述技术方案，通过两个令牌桶实现反向令牌桶规则，设定符合流控目标的令牌丢弃值，使得通过的流量符合流控目标，减少资源浪费，提高流控精确度；特别是在采样场景，克服令牌桶算法不能精准流控的问题，成功实现流量的精确控制。

参考图2，在本发明的一种优选实施方式中，所述基于反向令牌桶的流量控制方法还包括以下步骤：

S200.设置周期性流控参数。

采用上述技术方案，实现对周期性参数的控制，方便更改周期性参数。

参考图4，在本发明的一种优选实施方式中，所述S200.设置周期性流控参数包括以下步骤：

S210.接收流控周期；

S220.判断时间间隔是否达到流控周期：若是，重复步骤S300.接收实时流量；若否，重复步骤S450.判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值。

在本发明的一种优选实施方式中，若S471.报文丢弃，S472.第二令牌桶内减去对应令牌，则判断第二令牌桶是否为空：若是，重复步骤接收实时流量。

采用上述技术方案，当第二令牌桶为空时，上次接收的实时流量已经控流完毕，可进行下次接收实时流量或者等待接收下次实时流量，而不需再进行时间间隔是否达到流控周期的判断，减少计算步骤，减少计算资源浪费。

采用上述技术方案，在一个流控周期内，重复多次进行反向令牌桶计算，提高效率，减少资源消耗。

在本发明的一种优选实施方式中，所述根据流控目标值设置令牌丢弃值包括以下步骤：

所述令牌丢弃值＝流控目标值*流控周期。

采用上述技术方案，将流控目标值划分多次小目标，使得流控更及时、准确。

在具体实施过程中，如流控周期为0.1s/次，流控目标值为9Gb/s，则单次的令牌丢弃值＝9*0.1＝0.9Gb。

在本发明的一种优选实施方式中，S430.将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

判断将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，第一令牌桶内是否有剩余令牌，若是，将剩余令牌转移到第二令牌桶内。

在本发明的一种优选实施方式中，所述令牌桶支持负令牌。

采用上述技术方案，实现反向令牌桶流控方法的负令牌令牌保存方式，使得流控更精准。

在本发明的一种优选实施方式中，S430.将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

计算令牌差值＝第一令牌桶内的令牌数-令牌丢弃值；

判断所述令牌差值是否为正数，若是，则将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；若否，则舍弃第一令牌桶内令牌，并将第二令牌桶减去令牌差值的绝对值。

采用上述技术方案，实现反向令牌桶流控方法的负令牌令牌保存方式，使得流控更精准。

基于同一发明构思，本发明提供了一种基于反向令牌桶的流量控制的设备，所述设备包括：

存储器及处理器，所述存储器上至少有一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现上述方法。

基于同一发明构思，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行，以实现上述方法。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。

应当理解，本申请实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收流控目标值；

接收实时流量；

注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量；

所述注入去除流控目标值的实时流量到令牌桶，基于反向令牌桶算法，控制通过的网络流量包括以下步骤：

根据流控目标值设置令牌丢弃值；

将所述实时流量注入到第一令牌桶内；注入到第一令牌桶内的所述实时流量为第一令牌桶内的令牌数；

将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；

待通过流量长度值增加实时流量的长度值；

判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值：若是，则报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌；若否，则报文通过，通过的报文总长度值与令牌丢弃值相同，且第二令牌桶内令牌数不变。

2.根据权利要求1所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：所述基于反向令牌桶的流量控制方法还包括以下步骤：

设置周期性流控参数。

3.根据权利要求2所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：所述设置周期性流控参数包括以下步骤：

接收流控周期；

判断时间间隔是否达到流控周期：若是，重复步骤接收实时流量；若否，重复步骤判断第二令牌桶内令牌数是否大于所述待通过流量的长度值。

4.根据权利要求3所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：若报文丢弃，第二令牌桶内减去对应令牌，则判断第二令牌桶是否为空：若是，重复步骤接收实时流量。

5.根据权利要求2-4任一项所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：所述根据流控目标值设置令牌丢弃值包括以下步骤：

所述令牌丢弃值＝流控目标值*流控周期。

6.根据权利要求5所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

判断将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，第一令牌桶内是否有剩余令牌，若是，将剩余令牌转移到第二令牌桶内。

7.根据权利要求5所述的基于反向令牌桶的流量控制方法，其特征在于：将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内包括以下步骤：

计算令牌差值＝第一令牌桶内的令牌数-令牌丢弃值；

判断所述令牌差值是否为正数，若是，则将第一令牌桶内的令牌数减去所述令牌丢弃值后，转移到第二令牌桶内；若否，则舍弃第一令牌桶内令牌，并将第二令牌桶减去令牌差值的绝对值。

8.一种基于反向令牌桶的流量控制的设备，其特征在于，所述设备包括：

存储器及处理器，所述存储器上至少有一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1-7任一项所述的基于反向令牌桶的流量控制方法。

9.一种计算机的可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行，以实现如权利要求1-7任一项所述的基于反向令牌桶的流量控制方法。

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