CN117061436A - 一种网络流量抢占方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种网络流量抢占方法和装置，解决帧抢占中会出现的E帧无法抢占P帧及P帧平均传输时延受到较大影响的问题。本申请实施例提供一种网络流量抢占方法，包括以下步骤：确定高优先级数据帧，即E帧；按照长度由小到大区分低优先级数据帧为SP帧、P帧和LP帧，其中SP帧为长度小于第一设定阈值，P帧为长度在第一设定阈值和第二设定阈值之间，LP帧为长度大于第二设定阈值；优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。本申请避免一部分低优先级数据包受到的E帧的影响。避免了LP帧过长对SP帧所造成的阻塞，降低了低优先级数据帧的传输时延；避免因SP帧数量过多对LP帧传输造成的影响。

Description

一种网络流量抢占方法和装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络流量抢占方法和装置。

背景技术

不同类型的业务流量在同一网络中传输时，容易出现排队、拥塞等现象。传统以太网交换机的传输机制规定先到达的数据帧优先传输，后到达的数据帧需要等待先到达的数据帧传输完成之后再进行传输。网络中不同的业务的重要程度不同，对时延的要求也不同。根据业务的重要程度，可以将网络中的流量划分为不同的优先级。为了减小低优先级流量对高优先级流量的影响，使用帧抢占机制来保障高优先级流量的传输时延。

帧抢占技术作为时间敏感网络(TSN)的流量调度技术之一，由IEEE 802.1Qbu和IEEE 802.3br联合定义。帧抢占无需全局的时钟同步，将网络中的所有流量分成高优先级和低优先级两种类别，高优先级数据帧称为快速帧(Express Frame，E帧)，低优先级数据称为可被抢占帧(Preemptable Frame，P帧)。为了减小P帧对E帧的影响，帧抢占机制规定了当E帧到达时，即使P帧正在传输，若该P帧符合抢占条件，则会立即对其进行分片操作，使得E帧无需排队即可快速传输，待E帧传输完成后，继续传输被抢占P帧的剩余部分。

对于传统的帧抢占机制，存在以下两个问题：首先，E帧在抢占P帧时，对P帧的长度有一定要求，对于长度小于124字节的数据帧(Small Preemptable Frame，SP帧)无法进行抢占，从而会给E帧的传输带来阻塞。其次，E帧的低时延传输以P帧的等待为代价，网络中存在大量E帧时，在E帧连续到达的时间段内，P帧总是无法传输，P帧的传输时延大大增加，低优先级业务受到较大影响。同时，网络中有时会存在长度极大的低优先级巨型帧(LargePreemptable Frame，LP帧)，这些巨型帧也会对SP帧的传输造成影响。

发明内容

本申请提出一种网络流量抢占方法和装置，解决帧抢占中会出现的E帧无法抢占P帧及P帧平均传输时延受到较大影响的问题。

本申请实施例提供一种网络流量抢占方法，包括以下步骤：

确定高优先级数据帧，即E帧；

按照长度由小到大区分低优先级数据帧为SP帧、P帧和LP帧，其中SP帧为长度小于第一设定阈值，P帧为长度在第一设定阈值和第二设定阈值之间，LP帧为长度大于第二设定阈值；

优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

进一步地，在EP队列中，E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送。

进一步地，P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

进一步地，所述SP帧和LP帧组成PP队列。在PP队列中，SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送。

进一步地，LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。

进一步地，在所述步骤之前，还包含以下步骤：

对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

进一步地，SP帧对LP帧进行抢占，每个LP帧被抢占的次数不超过1次。

本申请实施例还提供一种网络流量抢占装置，用于实现上述任意一项实施例所述方法，包括：确定模块，用于按照数据帧长度和优先级确定E帧、SP帧、P帧和LP帧。优先模块，用于确定优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

进一步地，还包括：感知模块，用于对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

进一步地，还包括：EP队列处理器，用于E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送；和/或，所述EP队列处理器，用于P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

进一步地，还包含：PP队列处理器，用于SP帧和LP帧组成PP队列中，SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送；和/或，LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请对所有进入系统的数据帧进行分类。优化了E帧的传输时延。避免一部分低优先级数据包受到的E帧的影响。SP帧可以对LP帧进行抢占，避免了LP帧过长对SP帧所造成的阻塞，降低了低优先级数据帧的传输时延；规定了LP帧只能被SP帧抢占一次，能够避免因SP帧数量过多对LP帧传输造成的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一种网络流量抢占方法流程图；

图2为本申请实施例一种网络流量抢占装置结构图；

图3为本申请实施例网络流量抢占装置原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例一种网络流量抢占方法流程图。

本申请实施例提供一种网络流量抢占方法，包括以下步骤：

步骤110、确定高优先级数据帧，即E帧；

对数据帧的长度和优先级进行感知，获取数据帧长度的具体字节数，同时将数据帧判定为高优先级或低优先级。从而确定其中的高优先级数据帧，即E帧。

步骤120、按照长度由小到大区分低优先级数据帧为SP帧、P帧和LP帧，其中SP帧为长度小于第一设定阈值，P帧为长度在第一设定阈值和第二设定阈值之间，LP帧为长度大于第二设定阈值；

例如，第一设定阈值为124字节，第二设定阈值为1000字节。

具体为，在所述系统中，流量的优先级共有2种：高优先级和低优先级。所有的数据帧一共可以分为4种类型：E帧、P帧、SP帧、LP帧。所有高优先级数据帧均为E帧；长度在124字节到1000字节之间的低优先级数据帧为P帧；长度小于124字节的低优先级数据帧为SP帧；长度大于1000字节的低优先级数据帧为LP帧。

步骤130、优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

例如，数据帧从入端口进入交换机后，根据上述分类规则，将所有数据帧划分为E帧、P帧、SP帧、LP帧4种类型。

对数据帧进行分类后，将其置于不同的队列中。一共存在2种队列，EP队列和PP队列。所有E帧和P帧被分配至EP队列中，所有SP帧、LP帧被分配至PP队列中。

只要EP队列不为空，则PP队列都需要等待EP队列传输。即，在交换机的出端口，按照严格优先级算法对EP队列和PP队列进行调度，即，若EP队列不为空，则优先调度EP队列，EP队列为空时，才对PP队列进行调度。

进一步地，在EP队列中，E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送。

E帧进入EP队列时，若EP队列中无其他数据帧，则无需等待直接传输；

E帧进入EP队列时，若队列中有P帧正在传输，则E帧对该P帧进行抢占，P帧已传输部分加上帧尾后进行发送，之后对该E帧进行传输，E帧传输完成后，P帧的未传输部分加上帧头继续传输。

进一步地，P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

P帧进入EP队列时，若EP队列中无其他数据帧，则无需等待直接传输；

P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则需要等待先进入队列中的数据帧传输完毕后再传输该P帧。

进一步地，所述SP帧和LP帧组成PP队列。在PP队列中，SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送。

SP帧进入PP队列时，若PP队列中无其他数据帧且EP队列为空，则无需等待直接传输。

SP帧进入PP队列时，若队列中有SP帧正在传输且EP队列为空，则等待前一个SP帧传输完成后再传输该E帧。

进一步地，SP帧对LP帧进行抢占，每个LP帧被抢占的次数不超过1次。

SP帧进入PP队列时，若PP队列中有LP帧(未被抢占过)正在传输，SP帧对该LP帧进行抢占，LP帧已传输部分加上帧尾后进行发送，之后对该SP帧进行传输，SP帧传输完成后，LP帧的未传输部分加上帧头继续传输(若正在传输的LP帧已被其他SP帧抢占过，则该SP帧需等待该LP帧传输完成后再进行传输)。

进一步地，LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。

LP帧进入PP队列时，若PP队列中有其他数据帧在排队且EP队列为空，则需要等待先进入队列中的数据帧传输完毕后再传输该LP帧。

进一步地，在所述步骤110～130之前，还包含以下步骤：

步骤100、对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

流量从入端口进入交换机后首先就需要对数据帧的长度和优先级进行感知，获取数据帧长度的具体字节数，同时将数据帧判定为高优先级或低优先级。

图2为本申请实施例一种网络流量抢占装置结构图。

本申请实施例还提供一种网络流量抢占装置，用于实现上述任意一项实施例所述方法，包括：确定模块201，用于按照数据帧长度和优先级确定E帧、SP帧、P帧和LP帧。优先模块202，用于确定优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

进一步地，还包括：感知模块203，用于对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

感知模块能够对数据帧的长度和优先级进行感知，获取数据帧长度的具体字节数，确定模块将数据帧判定为高优先级或低优先级。

进一步地，还包括：EP队列处理器204，用于E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送。和/或，所述EP队列处理器，用于P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

进一步地，还包含：PP队列处理器205，用于SP帧和LP帧组成PP队列中，SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送。和/或，LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。

图3为本申请实施例网络流量抢占装置原理图。

流量从入端口进入交换机，从出端口被转发至下一节点。网络中的交换机由入端口、感知模块、确定模块、EP队列、PP队列、优先模块和出端口组成。

本申请基于入端口的数据帧长度感知功能，对所有进入系统的数据帧进行分类。将所有E帧与长度在124字节与1000字节之间的P帧分配至EP队列中，E帧的传输将不会受到SP帧的阻塞，能够对队列中的所有P帧进行抢占，优化了E帧的传输时延。将低优先级的SP帧与LP帧分配至PP队列中，能够避免一部分低优先级数据包受到的E帧的影响。此外，在PP队列中，SP帧可以对LP帧进行抢占，能够从一定程度上避免了LP帧过长对SP帧所造成的阻塞，降低了低优先级数据帧的传输时延；规定了LP帧只能被SP帧抢占一次，能够避免因SP帧数量过多对LP帧传输造成的影响。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，所使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当元件被“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术、术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种网络流量抢占方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定高优先级数据帧，即E帧；

按照长度由小到大区分低优先级数据帧为SP帧、P帧和LP帧，其中SP帧为长度小于第一设定阈值，P帧为长度在第一设定阈值和第二设定阈值之间，LP帧为长度大于第二设定阈值；

优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，

在EP队列中，E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，

P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，

所述SP帧和LP帧组成PP队列；

在PP队列中，SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，

LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。

6.如权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，在所述步骤之前，还包含以下步骤：

对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

7.如权利要求1～5任意一项所述方法，其特征在于，SP帧对LP帧进行抢占，每个LP帧被抢占的次数不超过1次。

8.一种网络流量抢占装置，用于实现权利要求1～7任意一项所述方法，其特征在于，包括：

确定模块，用于按照数据帧长度和优先级确定E帧、SP帧、P帧和LP帧；

优先模块，用于确定优先传递E帧和P帧，当E帧和P帧组成的EP队列为空，则传递SP帧或LP帧。

9.如权利要求8所述网络流量抢占装置，其特征在于，还包括：

感知模块，用于对进入交换机的流量的数据帧长度和优先级进行感知。

10.如权利要求8所述网络流量抢占装置，其特征在于，还包括：

EP队列处理器，用于E帧对P帧进行抢占时，P帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对E帧进行传送，E帧传送后，P帧的未传送部分加上帧头继续传送；

和/或，

所述EP队列处理器，用于P帧进入EP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该P帧。

11.如权利要求8所述网络流量抢占装置，其特征在于，还包含：

PP队列处理器，用于SP帧和LP帧组成PP队列中，

SP帧对LP帧进行抢占时，LP帧已传输部分加上帧尾后进行传送，之后对SP帧进行传送，SP帧传送后，LP帧的未传送部分加上帧头继续传送；

和/或，

LP帧进入PP队列时，若队列中有其他数据帧在排队，则等待先进入队列的数据帧传送完成后再传送该LP帧。