CN1310485C - 系统结构中的开环拥塞控制方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种系统结构中的开环拥塞控制方法与系统。所述方法包括：确定每个接收到的网络分组属于哪个流量类别，确定每个分组通过交换结构所采取的路径，基于分组的目的地和通过交换结构的路径将每个分组分类到多个流束之一，基于分组被分类到的流束将每个分组映射到多个队列之一以等待发送，并且调度队列中的分组以通过交换结构发送到下一目的地。

Description

系统结构中的开环拥塞控制方法与系统
技术领域
本发明一般地涉及网络拥塞控制领域，更具体地说，本发明涉及系统结构中的开环拥塞控制。
背景技术
拥塞控制是这样的过程，通过该过程来调整流量源，以避免网络中的流量过载情况或从网络中的流量过载情况恢复过来。一种拥塞控制的方法是从拥塞点到拥塞源提供反馈。这需要一种反馈机制，而该机制对于给定的网络技术和一组系统要求来说很难实现。拥塞控制的另一种方法是预先确定流量流的特性以开发出一种流量规格，它将防止拥塞并且随后调整流量，使其遵循该流量规格。然而，为各种网络标准化这个流量规格是很困难的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种方法，该方法包括：确定每个接收到的网络分组属于哪个流量类别；确定每个分组通过交换结构所采取的路径；基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径将每个分组分类到多个流束(flow bundle)之一；基于所述分组被分类到的所述流束将每个分组映射到多个队列之一以等待发送；并且调度所述队列中的所述分组以通过所述交换结构发送到下一目的地。
本发明还提供了一种装置，包括：分类单元，检查从网络接收到的分组，确定每个分组通过交换结构所采取的路径，并且基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径而将每个分组分类到多个流束之一；映射单元，耦合到所述分类单元，基于所述分组被分类到的所述流束而将每个分组放入多个队列之一；一个或多个流量整形器，耦合到所述映射单元，调整流量移出所述队列的速率；以及调度器，耦合到所述流量整形器，调整所述队列中的分组将通过所述交换结构发送到下一目的地的顺序。
本发明还提供了一种系统，包括：交换机，接收和发送分组；分类单元，检查通过所述交换机从网络接收到的分组，确定每个分组通过交换结构所采取的路径，并且基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径而将每个分组分类到多个流束之一；映射单元，耦合到所述分类单元，基于所述分组被分类到的所述流束而将每个分组放入多个队列之一；调度器，耦合到所述映射单元，调整所述队列中的分组将发送到下一目的地的顺序；以及交换结构，耦合到所述交换机，所调度的分组经由所述交换结构被发送到所述下一目的地。
附图说明
通过参考下面的说明和用来图示本发明的实施例的附图，可以最好地理解本发明，在所述附图中：
图1是图示了包含本发明的系统的一个通用实施例的框图；
图2是更详细地图示了包含本发明的系统的一个通用实施例的框图；
图3图示了根据本发明的一个实施例的网络节点的硬件体系结构；
图4a图示了根据本发明的一个实施例的使用外部交换机在多机架(multishelf)配置中进行的节点互连；
图4b图示了根据本发明的一个实施例的使用网格(mesh)在多机架配置中进行的节点互连；
图5是图示了根据本发明的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
这里描述了在系统结构中的开环拥塞控制系统与方法的多个实施例。在下面的描述中，阐明了许多具体细节。然而应当理解，可以在没有这些具体细节的条件下实施本发明的实施例。在其它的实例中，为了不混淆对该描述的理解，没有详细示出公知的电路、结构和技术。
说明书中引用的“一个实施例”或“实施例”意指所描述的与实施例有关的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在说明书中的各个位置上出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不必都指相同的实施例。此外，可以任何适当的方式将所述的具体特征、结构或特性结合在一个或多个实施例中。
参考图1，框图图示了根据本发明的一个实施例的网络节点100。本领域普通技术人员将理解，网络节点100可以包括比图1中示出的组件更多的组件。然而，为了公开用于实现本发明的示例性实施例，没有必要示出所有的这些一般传统组件。
网络节点100包括交换机104以耦合到交换结构102和诸如106、108和110的多个子系统。子系统106是诸如异步传输模式(ATM)虚拟电路、同步光纤网络(SONET)和以太网的外部流量进出网络节点100的子系统。子系统108标记每个接收到的外部分组，以标识相关联的流，确定每个分组通过交换结构采用的路径，以及基于分组的目的地和通过交换结构102的路径而将每个分组分类到多个流束(flow bundle)之一。子系统110接收已被标记和分类的分组，基于分组所分类到的流束将每个分组映射到适当的队列，从每个队列调度分组用于发送，并且在将分组通过交换机104发送到交换结构102之前，封装分组以形成统一大小的帧。
在一个实施例中，网络节点100还包括执行各种高接触(high-touch)处理功能的一个或多个附属子系统，所述高接触处理功能例如是深度分组检测和信号处理。分组可以路由到内部或外部附属子系统用于处理。附属过程可以是网络处理器核的线程、网络处理器微引擎的线程或者诸如数字信号处理器(DSP)的附属处理器的线程。附属过程可以是在本地节点上或者外部节点上。
尽管图1和图2中示出的示例性网络节点100包括一个交换机104来连接子系统和交换结构，但是在一个实施例中，交换机104可以分成两个交换机。两个交换机之一可以是连接网络节点的各个子系统的本地交换机，两个交换机的另外一个可以是将一个或多个子系统连接到交换结构的结构交换机。
图2更详细地图示了根据本发明的一个实施例的网络节点100的子系统。如所示，子系统106包括输入介质访问控制(MAC)202和输出MAC 204，以和诸如ATM虚拟电路、SONET和以太网的外部网络进行接口。子系统106将进入的数据转换为分组流，并且格式化和成帧化输出的分组流以用于网络接口。
子系统108包括输入MAC 212、输出MAC 206、分类功能208和解封装功能210。如果在子系统108处从交换结构接收到了封装的帧，则它被发送到解封装功能210，在那里帧被解封装为原始分组。如果在子系统108处接收到外部分组，则外部分组被发送到分类功能208以被标记和分类。
分类功能208检查每个外部分组，并且收集有关分组的信息用于分类。分类功能208可以检查分组的源地址和目的地址、与分组相关联的协议(例如UDP、TCP、RTP、HTML、HTTP)和/或与分组相关联的端口。分类功能208从这个信息来确定与分组相关联的特定流，并给该分组加上流标识符(ID)以标识相关联的流。分组随后可以被分类到多个流量类别之一，所述多个流量类别例如是语音、电子邮件或视频流量。分组所采用的通过交换结构的路径被确定。当确定分组将通过交换结构的路径时，考虑负载平衡。负载平衡意指为不同的流选择不同的路径以平衡路径上的负载，并且使由局部网络故障造成的对吞吐量的损害降到最小。
分组被分类到多个流束之一，其中一个流束中的每个分组具有相同的目的地和通过网络的路径。在一个实施例中，流束的每个分组也具有系统的优先级。在一个实施例中，通过去除在传输通过系统期间不需要的头部和层封装，可以进一步编辑分组。在分组被标记和分类之后，它被发送回交换机104以路由到子系统110。
子系统110包括输出MAC 214、输入MAC 222、映射元件216、流量整形器226(traffic shaper)、调度器218和封装元件220。映射元件216检查每个分组，并且基于分组所分类到的流束来确定该分组属于多个队列的哪一个。分组随后被排入适当的队列以等待通过交换结构向下一目的地的发送。队列中的所有分组属于相同流束。因此，队列的分组具有通过网络的共有目的地和共有路径。在一个实施例中，队列的分组还具有共有优先级。调度器218调度队列中的分组用于发送。调度器218使用各种信息来调度来自队列的分组。该信息可以包括占有策略(occupancystatistics)、经由管理接口配置的流规格信息和来自交换机功能的反馈。多种算法可以用于调度，例如最长延迟优先(Longest Delay First)、步进式服务质量(QoS)调度器(SQS)、简单轮循(Round Robin)和加权轮循。
流量整形器226用于调整分组移出队列的速率。各种算法可以用于流量整形，例如令牌桶(token bucket)整形器。一般而言，流量整形规格规定了诸如平均流量速率和峰值流量速率等参数，每个队列的流量将遵照这些参数。
在分组已经退移出队列并且已被调度用于发送之后，调度器218将分组发送到封装元件220。封装元件220通过聚集小分组并且分割大分组将所调度的分组转换为统一大小的帧。可以由在系统中使用的交换结构技术的消息传输单元(MTU)来确定帧的大小。小分组可以使用复用(multiplexing)合并在一起，而大分组可以使用分割与重组装(SAR)来分割开。封装还包括运输头部(conveyance header)，其含有将帧解码回原始分组所需的信息。头部还可以包括帧中的分组的序列号和标志字段(color field)，所述序列号有助于差错检测，所述标志字段用来指示流是否遵守它的流规格。
已封装的帧被发送到输入MAC 222，其将每个帧转变为与交换结构技术相一致的格式，并且随后将每个帧发送到与为该帧所选择的路径相一致的交换结构端口。在系统中可以使用不同的交换结构技术与实现，包括以太网、快速外围组件互连(PCI-Express)/高级交换和无限带宽(InfiniBand)技术。
下文是由在子系统106处接收的外部分组所采取的通过网络节点100的路径的示例。在子系统106中的输入MAC 202处从外部网络接收到外部分组，分组被发送到交换机104，交换机104将分组转发到子系统108用于分类。分组到达子系统108中的MAC 206，MAC 206将分组转发到分类功能208。分类功能208检查分组，确定与分组相关联的流，给分组加上流ID，确定分组所采取的通过交换结构的路径，并且基于分组的目的地和通过交换结构的路径将分组分类到多个流束之一。已被标记和分类的分组随后被发送到MAC 212，其将分组转发回交换机104。交换机104将分组104发送到子系统110。分组到达子系统110中的MAC 214，其将分组转发给映射元件216。映射元件216检查分组的标记标识符，并且基于分组被分类到的流束来确定分组属于哪一队列。分组随后被排入适当的队列以等待通过交换结构向下一目的地的发送。调度器218调度队列中的分组用于发送。流量整形器226确保从每个队列流出的流量符合配置规范，并且没有超出预先确定的流量速率。当分组被调度以用于发送并且退移出队列时，由封装功能220封装分组，以通过在分组较小的情况下聚集分组或者在分组较大的情况下分割分组来形成统一大小的帧。帧随后被发送到MAC 222，其将帧转变为与交换结构技术一致的格式，并且随后将帧发送到与该帧所选择的路径一致的交换结构端口。分组随后可以到达与发送该分组相类似的另一网络节点。
下文是由接收自交换结构102的帧采取的通过网络节点100的路径的示例。在交换机104处接收到该帧。该帧随后被发送到子系统108中的MAC 206，其将该帧转发到解封装功能210。解封装功能210将该帧解封装为原始的一个或多个分组。这些分组随后被发送回交换机104以在本地或向外部转发。例如，交换机可以将分组发送到用于高接触处理的附属子系统，或将分组发送到子系统106以向外部网络发送。
图3图示了根据本发明的一个实施例的网络节点300的硬件表示。节点的中心是交换机302，其经由交换结构304而将节点连接到网络的其余部分，并且将节点连接到位于基板(baseboard)或中层板(mezzanineboard)之上的各种处理元件。在这个示例性实现中使用了快速PCI/高级交换节点。然而，可以在其它实施例的网络节点中使用诸如以太网和无限带宽技术等其它网络技术。在一个实施例中，子系统106和外部附属子系统可以位于中层板之上，而子系统108与110和内部附属子系统位于基板之上。
图4a根据本发明的一个实施例，示出了网络节点是怎样在可扩展(scalable)系统中互连到网络的附加交换节点的。图4b根据本发明的一个实施例，示出了网络节点是怎样在可扩展系统中与直接以网格连接的各个板进行互连的。各个板不需要垂直地相连，并且在本发明其它实施例中，其它网格设置可以用来连接板。
图5图示了根据本发明的一个实施例的方法。在500处，作出有关每个接收到的网络分组属于哪个流量类别的决定。在一个实施例中，基于包括与分组相关联的协议的因素来确定该分组所属的流量类别。在502处，确定每个分组通过交换结构所采用的路径。在一个实施例中，确定每个分组所采用的路径的一个考虑事项是负载平衡。在504处，基于分组的目的地和通过交换结构的路径，每个分组被分类到多个流束之一。在一个实施例中，流束分类还基于分组的优先级。在一个实施例中，每个分组还加上了用来标识相关联的流和流束的信息。在506处，基于分组被分类到的流束，每个分组被映射到多个队列之一以等待发送。在508处，调度队列中的分组以通过交换结构发送到下一目的地。可以使用多种算法调度分组，例如最长延迟优先或轮循算法。在一个实施例中，流量移出队列的速率由流量整形算法调整。在一个实施例中，分组被转发到与交换结构相耦合的交换机以发送到下一目的地。
尽管已经根据几个实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员将意识到本发明不限于所描述的实施例，而是在所附权利要求的精神和范围内可以对本发明作出修改和变化以实施。因而所作描述应当认为是示例性而非限制性的。

Claims (19)

1.一种方法，包括：
确定每个接收到的网络分组属于哪个流量类别；
确定每个分组通过交换结构所采取的路径；
基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径将每个分组分类到多个流束之一；
基于所述分组被分类到的所述流束将每个分组映射到多个队列之一以等待发送；以及
调度所述队列中的所述分组以通过所述交换结构发送到下一目的地。
2.如权利要求1所述的方法，其中调度所述队列中的所述分组以通过所述交换结构发送到下一目的地包括使用流量整形算法来调整流量移出队列的速率。
3.如权利要求1所述的方法，其中确定每个分组通过交换结构所采取的路径包括：基于负载平衡来确定每个分组通过交换结构所采取的路径。
4.如权利要求1所述的方法，其中将每个分组分类到多个流束之一包括用标识相关联的流和流束的信息来标记每个分组。
5.如权利要求1所述的方法，其中将每个分组分类到多个流束之一包括：基于所述分组的目的地、通过交换结构的路径和优先级，将每个分组分类到多个流束之一。
6.如权利要求1所述的方法，其中调度所述队列中的所述分组用于发送包括：使用轮循调度算法来调度所述队列中的所述分组用于发送。
7.如权利要求1所述的方法，其中调度所述队列中的所述分组用于发送包括：使用最长延迟优先算法来调度所述队列中的所述分组用于发送。
8.如权利要求1所述的方法，其中调度所述队列中的所述分组用于发送包括：使用步进式服务质量调度器来调度所述队列中的所述分组用于发送。
9.如权利要求1所述的方法，其中确定每个接收到的网络分组属于哪个流量类别包括：基于与所述分组相关联的协议，确定每个接收到的网络分组属于哪个流量类别。
10.如权利要求1所述的方法，其中调度所述队列中的所述分组以通过所述交换结构发送到下一目的地包括将所述分组转发到与所述交换结构相耦合的交换机，以发送到所述下一目的地。
11.一种装置，包括：
分类单元，检查从网络接收到的分组，确定每个分组通过交换结构所采取的路径，并且基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径而将每个分组分类到多个流束之一；
映射单元，耦合到所述分类单元，基于所述分组被分类到的所述流束而将每个分组放入多个队列之一；
一个或多个流量整形器，耦合到所述映射单元，调整流量移出所述队列的速率；和
调度器，耦合到所述流量整形器，调整所述队列中的分组将通过所述交换结构发送到下一目的地的顺序。
12.如权利要求11所述的装置，还包括访问单元，耦合到所述分类单元以接收来自和发往所述网络的分组。
13.如权利要求11所述的装置，还包括交换机，耦合到所述调度器以将所调度的分组发送到所述交换结构。
14.如权利要求11所述的装置，其中所述分类单元包括负载平衡元件，以基于负载平衡来确定每个分组通过交换结构所采取的路径。
15.如权利要求11所述的装置，其中所述分类单元包括标记元件，以给每个分组加上用来标识相关联的流和流束的信息。
16.一种系统，包括：
交换机，接收和发送分组；
分类单元，检查通过所述交换机从网络接收到的分组，确定每个分组通过交换结构所采取的路径，并且基于所述分组的目的地和通过所述交换结构的路径而将每个分组分类到多个流束之一；
映射单元，耦合到所述分类单元，基于所述分组被分类到的所述流束而将每个分组放入多个队列之一；
调度器，耦合到所述映射单元，调整所述队列中的分组将被发送到下一目的地的顺序；和
交换结构，耦合到所述交换机，所调度的分组经由所述交换结构被发送到所述下一目的地。
17.如权利要求16所述的系统，还包括一个或多个流量整形器，耦合到所述调度器以调整流量移出所述队列的速率。
18.如权利要求16所述的系统，其中分类单元包括负载平衡元件，以基于负载平衡来确定每个分组通过所述交换结构所采取的路径。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述分类单元包括标记元件，以用标识相关联的流和流束的信息来标记每个分组。
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