CN112838959B - 一种动态网络流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态网络流量控制方法，包括：采用双速三色标记器算法对流量进行测评，并根据测评结果为报文打颜色标记；根据总带宽使用情况，采用双门限的方法对双速三色标记器标记过的不同颜色的报文进行不同程度的丢包处理；根据总带宽的使用率和每个终端带宽使用情况，动态调整双速三色标记器中的参数，使得空闲时增加报文被标记为黄色的比例，高峰时增加报文被标记为红色的比例。本发明提供了一种动态网络流量控制方法，通过动态调整参数，有效地避免拥塞的同时更好的提高带宽利用率。

Description

一种动态网络流量控制方法

技术领域

本发明涉及网络流量控制领域，尤其涉及一种动态网络流量控制方法。

背景技术

与内网应用不同，当企业使用租用的互联网带宽对外部提供服务时，需要考虑各个终端的实际带宽占用，不能让宝贵的公网带宽资源被无限制占用，从而影响业务运行。同时在非高峰时段，尽量满足终端的需求，以免公网带宽资源被浪费。QoS(Quality ofService，服务质量)指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。企业网或小型园区网络相比于大型网络，一般缺少专业的流控设备和专业的网络管理人员，安全网关成担起流控的任务，需要根据实际带宽占用动态调整控制策略。在网关中常见的QoS有三种做法：

一是静态QoS，在配置时就需要为每一个终端分配固定的带宽；

二是共享带宽，为一组终端分配共享带宽，单个终端可以占用所有共享带宽；

还有一种是弹性Qos,在配置时给每个终端分配一个固定带宽的同时给定一个弹性范围，在运行过程中根据负载情况和终端的带宽需求，周期性的调整带宽策略。

如上文所说，静态QoS在配置时就已经确定了每个终端可已使用的带宽，只要配置合理就可以有效的避免线路拥塞，但是线路空闲时，终端也不能超过自己的带宽限制使用空闲带宽资源，导致资源严重的浪费。共享带宽的方式提供了避免资源浪费的方法，但是带宽资源的共享，高峰时段终端之间互相竞争，低质量要求的P2P流量拥有着非常强的抢占带宽的能力，无法保证其他终端业务无法正常运行。弹性Qos虽然同时解决了线路拥塞和资源浪费的问题，但是TCP流量初期丢包会导致TCP流量的增长很慢，弹性Qos的前几个调节周期内就吧TCP限制在很低的一个范围内，对于单TCP流的应用(单流HTTP下载、SCP、FTP)，无法在空闲时充分占用空闲资源。

发明内容

本发明为解决目前的技术不足之处，提供了一种动态网络流量控制方法，通过动态调整参数，有效地避免拥塞的同时更好的提高带宽利用率。

本发明提供的技术方案为：一种动态网络流量控制方法，包括：

采用双速三色标记器算法对流量进行测评，并根据测评结果为报文打颜色标记；

根据总带宽使用情况，采用双门限的方法对双速三色标记器标记过的不同颜色的报文进行不同程度的丢包处理；

根据总带宽的使用率和每个终端带宽使用情况，动态调整双速三色标记器中的参数，使得空闲时增加报文被标记为黄色的比例，高峰时增加报文被标记为红色的比例。

优选的是，所述双速标记器的算法满足：

当报文大小大于峰值突发桶中令牌数量时，报文被标记为红色；当报文大小小于峰值突发桶中令牌数量，大于承诺令牌桶中令牌数时，报文被标记为黄色；当报文大小小于承诺令牌桶令牌数时，报文被标记为绿色。

优选的是，所述双门限流量控制主要包括：

当报文被标记为绿色时，不做丢包处理，则满足

f_g(x)≡0

当报文被标记为红色时，则丢包处理满足：

其中，LT为低门限，HT为高门限，x为负载；

当报文被标记为黄色时，则丢包处理满足：

优选的是，初始状态时，动态调整双速三色标记器中的参数满足：

PIR＝OB/Terminals

PBS＝CIR×1s

CIR＝PIR

CBS＝PBS

其中，PIR为初始峰值信息速率，CIR为承诺信息速率，PBS为峰值突发尺寸，CBS为承诺突发尺寸，OB为总带宽。

优选的是，当终端有报文被标记为红色且负载处于LT以下时，上调峰值信息速率CIR'，使其满足：

CIR'＝CIR+PIR。

优选的是，当终端没有报文标记为黄色或者当负载处于高于HT时，下调峰值信息速率CIR'，使其满足：

CIR'＝(CIR+OB÷terminals)÷2。

优选的是，

所述双速三色标记器采用RFC2698定义，其颜色标记包括红色、绿色和黄色。

本发明所述的有益效果：

1)双速三色标记器与双门限结合，对不同的终端进行不同的程度转发控制，实现闲时带宽充分利用，高峰时避免拥塞；

2)在不需要统计每个终端带宽的情况下，对每个终端的标记器参数动态参数调整，开销小，调整速度快；

3)动态调整参数，开销效、见效快，有效地避免拥塞的同时更好的提高带宽利用率。

附图说明

图1为本发明的所述动态网络流量控制方法流程示意图。

图2为本发明的所述红色报文的丢包处理曲线图。

图3为本发明的所述黄色报文的丢包处理曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明的提供了一种动态网络流量控制方法，通过三个步骤来实现：

步骤一、采用RFC2698定义的双速三色标记器trTCM(A Two Rate Three ColorMarker)算法对流量进行测评，根据评估结果为报文打颜色标记，即绿色、黄色和红色。

步骤二、根据总带宽使用情况，采用双门限的方法对双速三色标记器标记过的不同颜色的报文进行不同程度的丢包处理。

步骤三、根据总带宽的使用率和每个终端带宽使用情况，动态的调整双速三色标记器中的参数，空闲时报文更多的被标记为黄色充分的利用空闲带宽，高峰时段报文更多的被标记为红色，有效的避免拥塞。

在所述步骤一中，双速三色标记器中，为方便描述将两个令牌桶称为P桶和C桶，用Tp和Tc表示桶中的令牌数量。如图1所示，双速三色标机器，当报文大小大于峰值突发桶中令牌数量Tp时，报文被标记为红色。当报文大小小于峰值突发桶中令牌数量Tp，大于承诺令牌桶中令牌数时，报文被标记为黄色。当报文大小小于承诺令牌桶令牌数时，报文被标记为绿色。

在所述步骤二中，双门限流量控制是指在LT(low threshold)和HT(highthreshold)分割的三个负载区间内对被标记不同颜色的报文进行不同程度的丢包处理。

绿色报文：被标记为绿色的报文是不会导致拥塞的报文，我们不做丢包处理。用f_g来表示绿色报文数量与其丢包率的对应关系则：

f_g(x)≡0；

红色报文：被标记为红色的报文时我们不可控的报文，如图2所示，负载低于LT时，放行该报文并不仅不会导致拥塞，而且还能提高带宽利用率。高于LT时，随着负载越来越接近HT丢包率直线上升至100％。用f_r来表示红色报文数量与其丢包率的对应关系则：

黄色报文：被标记为黄色的报文是我门可控范围内的报文，如图3所示，在负载低于LT时我们不做丢包处理，在LT与HT之间时我们对其做少量的丢包处理来保证负载尽可能多的时间处在LT与HT之间。用f_y来表示黄色报文数量与其丢包率的对应关系则：

在所述步骤三中，动态参数调整中，双速双桶标记器有如下4个参数：

PIR(Peak information rate)：峰值信息速率，表示向P桶中投放令牌的速率，即P桶允许传输或转发报文的峰值速率，PIR大于CIR；

CIR(Conform information rate)：承诺信息速率，表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；

PBS(Peak Burst Size)：峰值突发尺寸，表示P桶的容量，即P桶瞬间能够通过的峰值突发流量；

CBS(Conform Burst Size)：承诺突发尺寸，表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量。

参数调整是周期性的检查负载情况，和每个终端的带宽情况来调整每个终端的标机器参数。在空闲时上调有需求终端的PBR参数，使其报文尽量多的被标记为黄色，增加带宽利用率。在高峰时下调各个中断的PBR参数，使报文更多的被标记为红色，增加丢包率，降低终端带宽避免拥塞。用OB表示总带宽(Overall Bandwidth)，则初始情况下定义如下：

PIR＝OB/Terminals

PBS＝CIR×1s

CIR＝PIR

CBS＝PBS

其中，PIR为初始峰值信息速率，CIR为承诺信息速率，PBS为峰值突发尺寸，CBS为承诺突发尺寸，OB为总带宽，Terminals为当前终端数量。

当终端有报文被标记为红色且负载处于LT以下时，我们将CIR上调至CIR'：

CIR'＝CIR+PIR

当终端没有报文标记为黄色或者当负载处于高于HT时，我们将CIR下调至CIR'，最低调至PIR：

CIR'＝(CIR+OB÷Terminals)÷2

其他情况不调整。

以一个小型办公网络为例：

假定有100mbps带宽，30个终端。设定低门限LB＝70，高门限HT＝90，模拟空闲时段，单个终端分别使用P2P、FTP、SCP进行文件下载，均可以快速达到70mbps的传输速度，并在70-90mbps之间缓慢上升。此时多个终端陆续开启下载任务，负载超过90mbps后会快速降低至70mbps以下，并慢慢攀升到70-90mbps之间，几次调整之后，每个终端的下载任务所使用的带宽互相接近。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种动态网络流量控制方法，其特征在于，包括：

采用双速三色标记器算法对流量进行测评，并根据测评结果为报文打颜色标记；

根据总带宽使用情况，采用双门限的方法对双速三色标记器标记过的不同颜色的报文进行不同程度的丢包处理；

根据总带宽的使用率和每个终端带宽使用情况，动态调整双速三色标记器中的参数，使得空闲时增加报文被标记为黄色的比例，高峰时增加报文被标记为红色的比例；

所述双速三色标记器的算法满足：

当报文大小大于峰值突发桶中令牌数量时，报文被标记为红色；当报文大小小于峰值突发桶中令牌数量，大于承诺令牌桶中令牌数时，报文被标记为黄色；当报文大小小于承诺令牌桶令牌数时，报文被标记为绿色；

所述双门限流量控制主要包括：

当报文被标记为绿色时，不做丢包处理，则满足

f(x)＝0；

当报文被标记为红色时，则丢包处理满足：

其中，LT为低门限，HT为高门限，x为负载；

当报文被标记为黄色时，则丢包处理满足：

动态调整双速三色标记器中的参数满足：

PIR＝OB/terminals

PBS＝CIR×1s

CIR＝PIR

CBS＝PBS

其中，PIR为初始峰值信息速率，CIR为承诺信息速率，PBS为峰值突发尺寸，CBS为承诺突发尺寸，OB为总带宽；

当终端有报文被标记为红色且负载处于LT以下时，上调峰值信息速率CIR'，使其满足：

CIR'＝CIR+PIR；

当终端没有报文被标记为黄色时或者当负载处于高于HT时，下调峰值信息速率CIR'，使其满足：

CIR'＝(CIR+OB÷Terminals)÷2。

2.根据权利要求1所述的动态网络流量控制方法，其特征在于，

所述双速三色标记器采用RFC2698定义，其颜色标记包括红色、绿色和黄色。

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