CN116016277A - 网络拥塞丢包的监控方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络拥塞丢包的监控方法、装置、电子设备及存储介质，属于网络通信技术领域，所述监控方法包括在交换机的出端口逻辑中设置物理出端口和内部逻辑出口，将所述物理出端口上因拥塞而丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口，所述内部逻辑出口将收到的报文进行报文流信息采集后，将该报文丢弃。本发明通过在以太网交换机中将由于拥塞而丢弃的报文进行详细流信息采集存储，以更优的管理和部署网络，为优化网络提供有力的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络拥塞导致丢包的测试方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
在以太网中，存在多种多样的网络流量，比如语音、视频、数据等流量。不同类型的网络流量对服务质量如时延、抖动等要求不同，通常会将流量按照对服务质量的不同要求进行优先级分类，不同优先级的流量进入不同的队列排队，每一个队列都是一块独立的存储空间，用于暂存流量报文。在队列的出口方向存在着一个调度单元，调度单元按照一定的策略决定某个时刻哪个队列的报文被转发出去，通常高优先级队列的报文会优先被转发出去。
一个以太网交换机设备一般有多个出端口，如图1所示，每个出端口都有n个队列和一个调度单元。发往同一个出端口的报文按照优先级分类进入属于该端口n个队列暂存，被属于该出端口的调度单元按照一定的策略将队列中的报文从该出端口发送出去。
然而网络硬件设备转发报文的能力是有限的，每个队列用于暂存流量报文存储空间也是有限的。当需要转发的流量报文超过网络硬件设备转发报文的能力时，拥塞就会发生，此时每个队列用于暂存流量报文存储空间就不能将所有进入该队列的报文存储下来，就会因为拥塞产生丢包。
现有的基于端口队列的丢包统计的方法，通常每个队列都对应了一个队列统计单元，这个统计单元可以用来统计通信流量的粗略信息，统计该队列丢弃的报文数和字节数，不能统计通信流量的详细信息。而出于对网络环境检测和管理的需要，管理员需要了解被丢弃流量的信息，包括但不限于报文的五元组信息、所属的队列、丢弃的报文数、丢弃的字节数、丢包发生的时间、报文的入和出端口信息等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络拥塞丢包的监控方法、装置、电子设备及存储介质，以克服现有技术中存在的一个或多个技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种网络拥塞丢包的监控方法，包括：
在交换机的出端口逻辑中设置物理出端口和内部逻辑出口；
将所述物理出端口上因拥塞而丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口；
所述内部逻辑出口将收到的报文进行报文流信息采集后，将该报文丢弃。
优选地，发往所述物理出端口上的报文将根据报文优先级选择进入所述物理出端口通道的队列中等待调度转发或丢弃。
优选地，所述被判定为需要丢弃的报文在统计报文数量后，进行镜像复制后将镜像报文发往所述内部逻辑出口，并将原始报文丢弃。
优选地，所述进入不同队列中的报文按照一定的调度算法按序进行调度出队，对成功调度出队的报文采集报文流信息后，由指定的物理出端口转发出去。
优选地，所述发往内部逻辑出口的镜像报文经过设于内部逻辑出口上的逻辑口IP数据流信息输出采集单元采集报文流信息后，由内部逻辑出口将所述报文丢弃。
优选地，所述发往内部逻辑出口的镜像报文分流后选择进入某一队列中或经报文数统计后丢弃；将进入逻辑口队列的报文按序调度出队，由所述逻辑口IP数据流信息输出采集单元采集报文流信息后，由内部逻辑出口将所述报文丢弃。
本发明还提出一种网络拥塞丢包的监控装置，包括
设置于交换机出端口逻辑中的物理出端口和内部逻辑出口，所述物理出端口上设有报文镜像单元，所述内部逻辑出口上设置有逻辑口IP数据流信息输出采集单元；
所述报文镜像单元用于将物理出端口上因拥塞而丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口；
所述逻辑口IP数据流信息输出采集单元用于将所述内部逻辑出口收到的报文进行报文流信息采集后，将该报文丢弃。
优选地，所述物理出端口上还设有出口分流单元、队列统计单元、队列调度单元，IP数据流信息输出提取单元；
所述出口分流单元用于将发往所述物理出端口的报文根据报文优先级选择进入队列中等待调度转发或丢弃；
所述队列统计单元用于统计需要丢弃的报文数量；
所述队列调度单元用于将存入不同队列中的报文按照预设调度算法按序进行调度出队；
所述IP数据流信息输出采集单元用于采集并存储报文流信息。
优选地，所述内部逻辑出口上设置有逻辑口分流单元，逻辑口队列统计单元，逻辑口队列调度单元，其中
所述逻辑口分流单元用于将发往内部逻辑出口的镜像报文经过逻辑口分流后选择进入某一队列中缓存或经报文数统计后丢弃；
所述逻辑口队列统计单元用于统计需要丢弃的镜像报文的数量；
所述逻辑口队列调度单元用于将进入逻辑口队列的报文按序调度出队。
本发明还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序时执行所述芯片缓存的测试方法。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述芯片缓存的测试方法。
与现有技术相比，本发明通过在以太网交换机中镜像被丢弃报文的方式监控拥塞丢包，获取由于拥塞被丢弃报文的五元组信息或七元组信息、所属的队列、丢弃的报文数、丢弃的字节数、丢包发生的时间、报文的入和出端口信息等，可通过分析被丢弃报文的详细信息，以更好的管理和部署网络，为优化网络管理提供技术支撑。本发明可应用于需要检测因为拥塞丢包的以太网环境，如数据中心网络、工业网络、运营商网络、企业网络、接入网络等。
附图说明
图1是现有交换机出端口报文发送过程的示意框图；
图2是本发明网络拥塞丢包监控方法一实施例的流程框图；
图3是本发明网络拥塞丢包的监控方法一实施例的另一流程框图；
图4是本发明网络拥塞丢包的监控方法一实施例的流程图。
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。
如图2、3所示，本发明一实施例公开的网络拥塞丢包的监控方法，其通过在交换机的出端口逻辑中设置多个物理出端口和至少一个内部逻辑出口，将所述物理出端口上因拥塞导致丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口，所述内部逻辑出口将收到的报文进行报文的流信息采集后，将该报文丢弃，从而实现对因网络拥塞导致需要被丢弃的报文的详细流信息的采集，为优化网络提供技术支撑。
其中，所述内部逻辑出口只存在于交换机的内部，并只是为统计因为拥塞而丢弃的报文的详细流信息而创建的，因此，正常报文都不会发往该内部逻辑出口，同时该内部逻辑出口也不会将报文发向任何实体，被发往该内部逻辑出口的报文最终都将被丢弃。为了节省网络带宽，所述内部逻辑出口一般设置一个，当然，在本发明的其他实施例中，不限于设置一个内部逻辑出口。
结合图3所示，所述每一物理出端口的通道上设置有出口分流单元、队列、队列统计单元、报文镜像单元、队列调度单元，IPFIX(IP Flow Information Export，IP数据流信息输出)采集单元以及出端口单元，所述物理出端口为以太网交换机上正常的出端口，一般设有数个，附图2中仅显示了一个物理出端口报文发送过程，其他出端口与其报文发送过程相同，图3中的ipfix引擎即为IPFIX采集单元。
通常，每个出端口通道上都分别设置有数个缓存等待从出端口转发出去的报文队列，所述不同的出端口以及每个出端口的不同队列间可设置不同的优先级，每个队列中的报文间也可设置不同的优先级。
需要从出端口转发的报文首先进入该出端口通道上的出口分流单元，所述出口分流单元读取报文的优先级，按照报文的优先级分流出需要进入队列的报文或需要丢弃报文，需要进入队列的报文在队列中缓存下来，需要丢弃的报文将由队列统计单元统计其数量。出口分流单元分流报文是否进入队列时，需要读取队列中的现有报文数量，在队列中的报文数量小于队列允许存储的最大报文数量时，将按报文按优先级存入所述对应的队列中，并将队列中的现有报文数量加1；在队列中的报文数量大于或等于队列允许存储的最大报文数量时，将报文判定为需要丢弃的报文。
队列统计单元统计需要丢弃的报文数量，其中内置两个计数：当前队列丢弃报文的报文数和字节数。当队列统计单元收到需要丢弃的报文信息时，读取当前报文的字节数，将当前队列丢弃报文的报文数加1，将当前队列丢弃报文的字节数加上当前报文的字节数。
一方面，对于进入队列中等待转发的报文，其通过队列调度单元按一定的调度算法按序调度至出端口，所述一定的调度算法可根据不同的网络要求和报文的优先级算法进行设置，进行被调度成功的报文出队后，在发往出端口前进入IP数据流信息输出采集单元提取采集报文的详细信息并存储后，将报文发往指定的出端口转发出去。此时，队列中的现有报文数量减1。
其中，所述报文的详细信息包括每个单独的报文的五元组或七元组信息，以及每条流的流信息。所述五元组信息包括源ip地址、目的ip地址、源port信息、目的port信息、四层协议类型，所述七元组信息包括源mac地址、目的mac地址、源ip地址、目的ip地址、源port信息、目的port信息、四层协议类型，流信息包括一些常见的报文字段、流的入端口、出端口、queue(队列)、字节数、报文数、转发信息等。
另一方面，对于需要被丢弃的报文在队列统计单元统计报文数和字节数后，由报文镜像单元复制被丢弃的报文，并将复制后的镜像报文的出端口改发为内部逻辑出口，将原始报文丢弃。
进入内部逻辑出口的镜像报文经过逻辑口通道上的逻辑口分流单元，逻辑口队列统计单元，逻辑口队列调度单元进行与上述物理出端口类似的分流调度后，经过逻辑口的IP数据流信息输出采集单元解析报文，采集所述报文的详细信息并进行存储，而后由内部逻辑出口将报文丢弃。
其中，逻辑口分流单元读取报文的优先级，按照报文的优先级，选择报文即将进入的逻辑口对应的队列。读取队列中现有报文数量，若队列中现有报文数量大于或等于队列允许存储的最大报文数量，将报文判定为需要被丢弃的报文，并送往逻辑口队列统计单元。若队列中现有报文数量小于队列允许存储的最大报文数量，将报文存入该队，并将队列中现有报文数量加1。
逻辑口队列统计单元内置两个计数，即对应逻辑口当前队列丢弃报文的报文数和字节数。逻辑口队列统计单元读取当前报文的字节数，将当前队列丢弃报文的报文数加1，并将当前队列丢弃报文的字节数加上当前报文的字节数。
优选地，本实施例网络拥塞丢包监控方法还包括由流量分析单元对IPFIX采集单元采集的报文详细信息进行流量分析，流量分析单元读取IPFIX采集单元中存储的报文详细信息，提取并判断报文的出端口信息。其中，出端口为内部逻辑口的报文详细信息是由于拥塞而丢弃的报文的详细流信息。出端口为普通端口的报文为正常转发报文的详细信息，通过流量分析单元的分析进一步为以太网提供改进方向，并优化网络维护。
对于网络带宽比较充足，因拥塞导致丢弃的报文不太多的情况下，从物理出端口通道中丢弃的报文被镜像复制，发送至内部逻辑出口后，报文在内部逻辑出口可不需要进行出口分流和队列调度，而直接对镜像报文进行IP数据流信息输出采集单元解析报文，采集所述报文的详细信息并存储后，由内部逻辑出口将报文丢弃。
为清楚的表述起见，本实施例中将物理出端口中的出口分流单元、队列统计单元、队列、队列调度单元，IPFIX采集单元，与内部逻辑出口的逻辑口分流单元、逻辑口队列统计单元、逻辑口队列调度单元，逻辑口IPFIX采集单元进行了区分表述，而在实际网络应用中，所述对应的单元为网络中共用逻辑单元，如出口分流单元与逻辑口分流单元为网络中共用逻辑单元，队列统计单元与逻辑口队列统计单元为网络中共用逻辑单元，如图中所示，经过出口分流单元分流进入队列的报文和经过逻辑口分流单元分流后进入队列的报文均经过队列调度单元P7进行调度处理。
本发明还公开了一种网络拥塞丢包的监控装置，所述装置包括设置于交换机出端口逻辑中的多个物理出端口和至少一个内部逻辑出口，所述每一物理出端口上设有报文镜像单元，所述内部逻辑出口上设置有IP数据流信息输出采集单元；所述报文镜像单元用于将因为拥塞导致丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口；所述IP数据流信息输出采集单元用于将所述内部逻辑出口将收到的报文进行报文的流信息采集后，将该报文丢弃。
所述每个物理出端口的通道上设有出口分流单元、队列、队列统计单元、报文镜像单元、队列调度单元及IP数据流信息输出提取单元以及出端口单元，所述内部逻辑出口通道上设有逻辑口分流单元、逻辑口队列、逻辑口队列统计单元、逻辑口队列调度单元及逻辑口IP数据流信息输出提取单元以及逻辑出口单元，所述各单元的功能及实现网络拥塞丢包监控功能的过程可参见上述监控方法及流程的介绍，此处不再赘述。
本发明还公开了一种电子设备，电子设备可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动电子设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴电子设备、消费电子设备等等。该电子设备可实现上述所述的芯片缓存的测试方法，具体地，电子设备包括至少一个存储器、至少一个处理器以及计算机程序，至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器，其中，计算机程序存储于存储器中并可在处理器中运行所述网络拥塞丢包的监测方法等。实施时，处理器执行该计算机程序时可实现上述方法中的各个步骤，以实现判断。
需要说明的是，这里的电子设备包括并不限于上述所述的存储器、处理器和计算机程序，也可包括其它，如用于输入预测信息的输入设备(如键盘等)、显示屏、通信接口等等，这些部件通过总线进行相互间的通信。
本发明还揭示了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可实现网络拥塞丢包的监测方法。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、可执行文件或某些中间形式等，所述计算机可读介质可以包括能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，等等。
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 (11)
1.一种网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，包括：
在交换机的出端口逻辑中设置物理出端口和内部逻辑出口；
将所述物理出端口上因拥塞而丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口；
所述内部逻辑出口将收到的报文进行报文流信息采集后，将该报文丢弃。
2.根据权利要求1所述的网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，发往所述物理出端口上的报文将根据报文优先级分流进入所述物理出端口通道的队列中等待调度转发或丢弃。
3.根据权利要求2所述的网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，所述被判定为需要丢弃的报文在统计报文数量后，进行镜像复制后将镜像报文发往所述内部逻辑出口，并将原始报文丢弃。
4.根据权利要求2所述的网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，所述进入不同队列中的报文按照一定的调度算法按序进行调度出队，对成功调度出队的报文采集报文流信息后，由指定的物理出端口转发出去。
5.根据权利要求1所述的网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，所述发往内部逻辑出口的镜像报文经过设于内部逻辑出口上的逻辑口IP数据流信息输出采集单元采集报文流信息后，由内部逻辑出口将所述报文丢弃。
6.根据权利要求5所述的网络拥塞丢包的监控方法，其特征在于，所述发往内部逻辑出口的镜像报文分流进入某一队列中或经报文数统计后丢弃；将进入逻辑口队列的报文按序调度出队，由所述逻辑口IP数据流信息输出采集单元采集报文流信息后，由内部逻辑出口将所述报文丢弃。
7.一种网络拥塞丢包的监控装置，其特征在于，包括
设置于交换机出端口逻辑中的物理出端口和内部逻辑出口，所述物理出端口上设有报文镜像单元，所述内部逻辑出口上设置有逻辑口IP数据流信息输出采集单元；
所述报文镜像单元用于将物理出端口上因拥塞而丢弃的报文镜像复制，并将镜像复制后的报文发往所述内部逻辑出口；
所述逻辑口IP数据流信息输出采集单元用于将所述内部逻辑出口收到的报文进行报文流信息采集后，将该报文丢弃。
8.根据权利要求7所述的网络拥塞丢包的监控装置，其特征在于，所述物理出端口上还设有出口分流单元、队列统计单元、队列调度单元，IP数据流信息输出提取单元；
所述出口分流单元用于将发往所述物理出端口的报文根据报文优先级分流进入队列中等待调度转发或丢弃；
所述队列统计单元用于统计需要丢弃的报文数量；
所述队列调度单元用于将存入不同队列中的报文按照预设调度算法按序进行调度出队；
所述IP数据流信息输出采集单元用于采集并存储报文流信息。
9.根据权利要求7所述的网络拥塞丢包的监控装置，其特征在于，所述内部逻辑出口上设置有逻辑口分流单元，逻辑口队列统计单元，逻辑口队列调度单元，其中
所述逻辑口分流单元用于将发往内部逻辑出口的镜像报文经过逻辑口分流进入某一队列中缓存或经报文数统计后丢弃；
所述逻辑口队列统计单元用于统计需要丢弃的镜像报文的数量；
所述逻辑口队列调度单元用于将进入逻辑口队列的报文按序调度出队。
10.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序时执行所述权利要求1至6任一项中所述的方法。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任意一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |