CN1668026A - 网络品质服务系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种网络品质服务系统包括：一入口端驱动器，用于接收来自非差分服务网络的数据包；一分类器，用于将数据包按照包头内容进行分类；一计量器，用于根据流量调节协议规定的要求计量被分类器所选定数据包流的时间特性；一标记器，用于对分类后的数据包重新标记；一流量调节器，用于根据流量调节协议的要求丢弃部分或全部的数据包；一分类服务器，用于提供不同优先级别的数据包不同的品质服务；一出口端驱动器，用于发送数据包到差分服务网络。本发明网络品质服务系统可保证优先级别高的数据包优先传输并提供相应的带宽保证。

Description

网络品质服务系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种网络品质服务(Quality of Service，QoS)系统及方法，尤其涉及一种提供网络差分服务(Differentiated Service)的系统及实现方法。

【背景技术】

随着网络的不断发展，在网络上传输的信号不仅仅局限于数字信号，还包括语音、视频等多种信号，且网络的传输流量也越来越大，需要的带宽不断增加。因此，需要网络根据不同类数据包的传输要求提供不同的传输服务，并更加有效的利用现有的带宽。基于此网络工程任务组制定了差分服务协议。根据此协议，现有技术已能提供基本的硬件架构，来实现差分服务协议的基本功能。

一种能够提供差分服务的硬件架构，可参阅2002年12月19日公开的美国第2002/0191622号专利，该专利公开了一种用于路由器的差分服务队列的方法及系统，它采用给所有数据包之数据包头重新标记的方法提供数据包差分服务，并且只能对优先级较高的数据包提供相应带宽保证，对于优先级别低的数据包则长时间被阻塞，甚至不能被发送，不能起到合理利用带宽的作用。

【发明内容】

针对上述不足，本发明的主要目的在于提供一种网络品质服务(Quality of Service，Qos)系统及方法，可按照要求给在网络中传输的各种数据包提供不同级别的传输服务，并按照各种数据包的优先级别提供相应的带宽保证。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种网络品质服务系统，其包括：一入口端驱动器，用于接收来自非差分服务网络的数据包；一分类器，用于将接收到的数据包按照包头内容进行分类，例如，源地址、目的地址、差分服务编码点(Differentiated Service Code Point，DSCP)、优先级标签、协议ID、源端口号及目的端口号；一计量器，用于根据流量调节协议(Traffic Conditioning Agreement，TCA)中规定的要求计量被分类器选定的数据包流的时间特性，若不符合要求，则发送到流量调节器，对于有特殊优先权要求的数据包发送到标记器重新标记；一标记器，对分类后的数据包重新标记差分服务编码点值或IEEE802.1p优先级标签值或同时标记两者的值；一流量调节器，为达到流量调节协议要求丢弃部分或全部的数据包；一分类服务器，用于将不同优先级别的数据包排列到若干个不同优先级别的队列，并提供两种不同的队列执行机制：严格优先队列(Strict PriorityScheduling，SPQ)机制和加权循环(Weighted Round Robin，WRR)机制。可保证提供各种优先级别的数据包相应的带宽。

本发明所提供的网络品质服务方法包括有如下步骤：(a)接收来自非差分服务网络之数据包；(b)根据过滤规则对数据包进行分类；(c)判断数据包是否有指定的优先级，如果有指定的优先级，直接发送到分类服务器中相应的队列，如果没有则继续判断是否要限定数据包流量；(d)判断是否要限定数据包的流量，如果要限定流量，则计量数据包的传送率，如果不需要则重新标记；(e)计量被分类器选定数据包流的时间特性；(f)判断数据包是否有特殊优先级要求，如果有特殊优先级要求，则重新标记数据包，如果没有则丢弃；(g)丢弃不符合流量调节协议要求的部分或全部的数据包；(h)重新标记有特殊优先级要求的数据包，即给数据包头重新标记一个IEEE802.1p优先级标签值或差分服务编码点值或同时标记两者的值；(i)选择队列的执行机制，其包括严格优先队列机制和加权循环机制；(j)按照优先级别的高低将数据包排列成若干个队列；(k)执行若干个队列中的任务以及(l)发送数据包到差分服务网络。

采用本发明的网络品质服务系统及方法，可利用数据包分类使提供给同一类数据包不同级别的传输服务较单一提供每一数据包不同级别的传输服务更加有效，并且实现按照优先级别的高低传输数据包，提供相应的带宽保证。

【附图说明】

图1是本发明网络品质服务的系统架构图。

图2是本发明网络品质服务系统的分类服务器的内部结构图。

图3是本发明网络品质服务的方法流程图。

【具体实施方式】

参阅图1，是本发明网络品质服务(Quality of Service，Qos)的系统架构图。该网络品质服务系统包括：入口端驱动器110、分类器120、计量器130、标记器140、流量调节器150、分类服务器160及出口端驱动器170。入口端驱动器110接收来自非差分服务网络100的数据包，并传送到分类器120。

分类器120与入口端驱动器110相连，在分类器120中包含有一过滤器列表210和一个政策引擎220。在过滤列表中又包含有若干个过滤器入口211、212、213和214等。入口端驱动器110把数据包发送到分类器120，分类器120根据包头的内容，把数据包依次匹配到过滤器列表210相应的过滤器入口211、212、213或214。在政策引擎220中包含用户事先定义好的各种指令及用户与服务提供者之间订立的服务层协议(Service Level Agreement，SLA)。当用户要求限定某类数据包的流量，根据用户要求，分类器120就将此类数据包发送到计量器130；当用户要求某类数据包有特殊的优先级时，分类器120就将此类数据包发送到标记器中140中；当某类数据包事先有指定的优先级，分类器120就将此类数据包直接发送到分类服务器160中相应的优先级队列中。

计量器130与分类器120相连，在计量器130中又包含一传送率限制器310和一个丢弃/标记选择模块320。当分类后的数据包经过政策引擎220后，根据用户的要求部分数据包可能被发送到相应的计量器130。当数据包进入计量器130后，将由传送率限制器310根据令牌桶(Token Bucket)算法计量数据包流是否符合流量调节协议(TrafficConditioning Agreement，TCA)要求。随后，数据包从传送率限制器310发送到丢弃/标记选择模块320时，对于用户要求有特定的优先级的数据包，发送到标记器140。若无上述要求数据包将被发送到流量调节器150。

标记器140与分类器120和计量器130相连，在标记器140中包含有一802.1p标记器410和一DSCP标记器420。用于对有特殊优先级要求的数据包重新标记差分服务编码点值(Differentiated Service CodePoint，DSCP)或者IEEE802.1p优先级标签值，或同时标记两者的值。差分服务编码点值用来把数据包添加到一特定的差分服务行为聚集(Behavior Aggregate，BA)中并决定其对应的逐点行为(Per-Hop-Behavior，PHB)。优先级标签值被用来指定数据包的服务等级。同时标记两者的值，可同时实现上述两个目的。当分类后的数据包经过政策引擎220后，根据用户的要求数据包可能被发送到相应的标记器140。通过计量器130的部分数据包也被传送到标记器140重新标记。当数据包被发送到802.1p标记器410时，数据包可选择被重新标记或不被重新标记802.1p优先级标签值。随后，数据包被发送到DSCP标记器420时，数据包也可选择被重新标记或不被重新标记差分服务编码点值。从而实现给数据包重新标记802.1p优先级标签值或差分服务编码点值或同时标记两者的值。

流量调节器150与计量器130和标记器140相连，用于根据流量调节协议要求将部分或全部的数据包丢弃。

分类服务器160与分类器120和流量调节器150相连，用于提供不同优先级别的数据包不同的品质服务，并有效的利用有限的带宽。在第五图中将对分类服务器150进行进一步的描述。出口端驱动器170与分类服务器160相连，用于发送数据包到差分服务网络。

参阅图2，是分类服务器160的内部结构图。分类服务器160包括有队列管理器510、严格优先队列机制520、加权循环机制530。在本实施方式中严格优先队列机制520中又包含四个队列541、542、543和544，其中队列541对应最高优先级队列551，队列542和队列543对应较高优先级队列552，队列544对应最低优先级队列553。在本实施方式中加权循环机制530中也包含四个队列分别为545、546、547和548，其中队列545对应最高优先级队列554，队列546和队列547对应较高优先级队列555，队列548对应最低优先级队列556。当数据包从分类器120或流量调节器150到达分类服务器160中的队列管理器510，队列管理器510的默认的队列执行机制为严格优先队列机制520，用户根据需要也可把队列执行机制设置为加权循环队列执行机制530。当队列执行机制为严格优先队列机制520时，它支持四个分等级服务的队列，按照数据包的优先级别不同，被分别排放在四个不同的队列当中，先执行优先级最高队列的任务，直到该队列为空时，执行次高优先级队列的任务，每一队列在执行任务时占用全部的带宽。当队列执行机制为加权循环机制520时，与严格优先队列机制530不同的是它同时执行每个队列的任务，按照每一队列的权值不同分配不同的任务，优先级较高的队列相应的权值较高分配的带宽较多。

参阅图3，是本发明网络品质服务的方法流程图。首先，入口端驱动器110接收来自非差分服务网络100的数据包，然后传送数据包到分类器120(步骤701)。分类器120根据包头中的内容对数据包进行分类(步骤702)。由政策引擎220判断数据包是否有指定的优先级，如果有接下来执行步骤709，如果没有接下来执行步骤704(步骤703)。同样也是由政策引擎220判断是否要限定数据包的流量，如果要限定数据包的流量，接下来执行步骤705，如果不需要限定数据包的流量，接下来执行步骤708(步骤704)。当数据包被传送到计量器130中，由计量器130中的传送率限制器310计量数据包流的时间特性(步骤705)。接下来由丢弃/标记选择模块320判断数据包是否有特殊优先级要求，对于有特殊优先级要求的数据包接下来执行步骤708，对于没有优先级要求的数据包接下来执行步骤707(步骤706)。流量调节器150根据流量调节协议的要求丢弃部分或全部的数据包(步骤707)。对来自分类器120或计量器130的数据包重新标记，即对数据包重新标记802.1p优先级标签值或差分服务编码点值或同时标记两者的值(步骤708)。接下来由分类服务器160中的队列管理器510选择队列执行机制，一般情况下即用户没有特殊的要求时，默认的队列执行机制为严格优先队列机制520，用户也可根据需要将队列执行机制设置成加权循环队列机制530。(步骤709)。然后，按照数据包优先级别的高低排成四个队列(步骤710)。根据相应的队列执行机制执行各队列中的数据包传送任务(步骤711)。最后，由出口端驱动器将数据包发送到差分服务网络(步骤712)，整个流程结束。

Claims (18)

1.一种网络品质服务系统，其包括：

一入口端驱动器，用于接收来自非差分服务网络之数据包；

一分类器，其与入口端驱动器相连，用于根据包头内容将数据包分类；

一计量器，其与分类器相连，用于计量指定数据包流的时间特性；

一标记器，其与分类器相连，用于给数据包头重新标记差分服务编码点值或IEEE802.1p优先级标签值或同时标记两者的值；

一流量调节器，其与计量器和标记器相连，用于将不符合流量调节协议要求的数据包流的部分或全部的数据包丢弃；

其特征在于该网路品质服务系统还进一步包括有：

一分类服务器，其与流量调节器和分类器相连，用于分等级处理数据包；

一出口端驱动器，其与分类服务器相连，用于传送数据包到差分服务网络。

2.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于分类器进一步包括一过滤器列表，用于将数据包分类。

3.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于分类器进一步包括一政策引擎，用于将数据包根据用户指令和服务层协议将分类后的数据包发送到计量器或标记器或分类服务器。

4.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于计量器进一步包括一传送率限制器，用于计量指定数据包流的时间特性。

5.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于计量器进一步包括一丢弃/标记选择模块，用于将用户要求重新标记的数据包发送到标记器，否则将数据包发送到流量调节器。

6.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于标记器进一步包括一802.1p标记器，用于对数据包重新标记一802.1p优先级标签值。

7.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于标记器进一步包括DSCP标记器，用于对数据包重新标记一差分服务编码点值。

8.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于分类服务器中进一步包括一队列管理器，用于选择队列的执行机制。

9.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于分类服务器中进一步包括严格优先队列机制。

10.如权利要求9所述的网络品质服务系统，其特征在于严格优先队列机制中进一步包括若干队列，用于按照不同的优先级别排列数据包。

11.如权利要求10所述的网络品质服务系统，其特征在于上述若干队列被分为至少三个优先级：

一最高优先级队列，优先传送此队列数据包；

一次高优先级队列，当最高优先级队列数据包传送完毕，传送此队列数据包；

一最低优先级队列，当比此队列优先级高的队列的数据包传送完毕，传送此队列数据包。

12.如权利要求1所述的网络品质服务系统，其特征在于分类服务器中进一步包括加权循环机制。

13.如权利要求12所述的网络品质服务系统，其特征在于加权循环机制中进一步包括若干队列，用于按照不同的优先级别排列数据包。

14.如权利要求13所述的网络品质服务系统，其特征在于上述若干队列被分为至少三个优先级：

一最高优先级队列；

一次高优先级队列；

一最低优先级队列；

同时发送各队列的数据包，优先级别越高，指定的权值越高，分配的带宽越宽。

15.一种网络品质服务方法，其适用于权利要求1所述的网路品质服务系统，其特征在于包括如下步骤：

(a)接收来自非差分服务网络之数据包；

(b)将数据包根据包头的内容分类；

(c)判断数据包是否有指定的优先级，若有则直接发送到分类服务器中；

(d)判断是否要限定数据包的流量，若需要则发送数据包到计量器，若不需要则发送数据包到标记器；

(e)计量指定数据包流的时间特性；

(f)判断数据包是否有特殊优先级要求，如果有则发送到标记器，如果没有则发送到流量调节器；

(g)按照流量调节协议的要求丢弃部分或全部的数据包；

(h)标记数据包，将数据包重新标记一个802.1p优先级标签值或差分服务编码点值或同时标记两者的值；

(i)选择队列的执行机制；

(j)按照优先级别把数据包排成若干队列；

(k)根据队列执行机制执行若干队列中的数据包传送任务；

(l)发送数据包到差分服务网络。

16.如权利要求15所述的网络品质服务方法，其特征在于步骤(f)进一步包括：

(f1)计量选定数据包流是否符合流量调节协议要求；

(f2)如果用户要求数据包有特殊的优先级，传送这些数据包到标记器；

(f3)如果用户没有特殊的要求，传送这些数据包到流量调节器。

17.如权利要求15所述的网络品质服务方法，其特征在于步骤(g)进一步包括：

(g1)根据用户要求，重新标记一802.1p值；

(g2)根据用户要求，重新标记一差分服务编码点值；

(g3)根据用户要求，同时标记802.1p值和差分服务编码点值。

18.如权利要求15所述的网络品质服务方法，其特征在于队列执行机制包括严格优先队列机制和加权循环机制。

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