CN1725729A - 在分组环上传送报文的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在分组环上传送报文的方法，所述分组环包括多个节点及连接相邻节点的物理链路，其中，每个节点都可以作为上环业务的源节点或者下环业务的目的节点，所述方法包括：在分组环的各节点上按照不同的源节点地址及优先级建立不同优先级的源节点队列；分别将节点上来自于分组环路的报文及上本节点的报文按照各自报文的源节点地址和优先级存入对应的源节点队列中；分别将相同优先级内的源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中；按预定方式将优先级输出队列发送到分组环路中。利用本发明，可以简单高效地对分组环上各节点的上节点业务实现公平调度。

Description

在分组环上传送报文的方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体涉及一种在分组环上传送报文的方法。

背景技术

由于以太网技术配置简单、组网灵活、价格低廉，而且技术本身已经被大多数人所熟悉和接受，因此以太网组网技术得到很大发展。以太网在局域网中表现出的种种优势，正在逐渐使其成为城域网甚至广域网中的承载网络。为了保证业务的可靠传输和节约光纤资源，通常采用以太环网提供主备用链路来实现。以太环网有几个重要特点：一是必须能够实现环上各节点共享环上带宽，并可实现公平的使用；二是实现基于环上业务的保护；三是可以实现业务优先级的处理，以开展以太网租用线业务。目前实现以太环网功能，主要有两种方式：一种是基于二层交换方式予以实现，一种是通过内嵌的RPR(弹性分组环)环网实现。

基于二层交换可以实现业务优先级和一定的带宽控制功能。一般是通过对IEEE802.1p帧格式信号的处理实现。另外可以基于端口或VLAN(虚拟局域网)设置速率限制(如最小保证带宽和最大带宽)，这样就使系统有了一定带宽控制机制，对于环上富裕的带宽通过竞争接入。如果系统支持基于VLAN的多生成树协议，多个VLAN生成树在一个环上，可以有效利用被单生成树禁用环段的带宽，结合COS(业务分级)业务分类，CIR(承诺信息速率)和端口限速的技术，可以在一定程度上解决环网的带宽公平性。

基于二层交换实现的以太环网有比较大的局限性。从环网带宽利用看，并不能实现带宽粒度的灵活指配，同一等级的流量对带宽的竞争缺乏完善的公平算法。从业务优先级来看，对输入信号优先级划分只能按照百分比切割，并不科学，因此，严格意义上二层实现的以太环网并不是真正的“分组环”。

通过RPR模块实现以太环网是目前许多设备制造商的选择，RPR可以实现业务优先级处理和带宽的公平使用。RPR技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型MAC(媒体接入控制)层协议，能够适应多种物理层，如SDH(同步传输体系)、以太网、DWDM(波分复用)等，可有效地传送数据、话音、图像等多种业务类型。它融合了以太网技术的经济性、灵活性、可扩展性等特点，同时吸收了SDH环网的50ms快速保护的优点，并具有网络拓扑自动发现、环路带宽共享、公平分配、严格的业务分类等技术优势，目标是在不降低网络性能和可靠性的前提下提供更加经济有效的城域网解决方案。

由于RPR环的统计复用性质，其带宽的管理和控制是分布式的。为保证各节点的业务均有平等享有带宽的权利，RPR采用基于流量消息的调度机制，当环路节点发生拥塞时，向各节点发布该节点拥塞消息，其他节点收到该消息后，通过一个公平算法计算出本节点允许发送的数据流量，根据该流量控制本节点数据的发送速率，从而使环路总流量达到一个新的平衡，较好地实现了各节点公平共享环路资源。由于该方法采用的是流量消息机制和公平算法来实现的，公平算法实现复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种在分组环上传送报文的方法，以克服现有技术中采用RPR技术进行公平调度时实现复杂的缺点，简单高效地对分组环上各节点的上节点业务实现公平调度。

为此，本发明提供如下的技术方案：

一种在分组环上传送报文的方法，所述分组环包括多个节点及连接相邻节点的物理链路，其中，每个节点都可以作为上环业务的源节点或者下环业务的目的节点，所述方法包括：

A、在所述分组环的各节点上分别按照不同的源节点地址及优先级建立不同优先级的源节点队列；

B、分别将所述节点上来自于分组环路的报文及上本节点的报文按照各自报文的源节点地址和优先级存入对应的所述源节点队列中；

C、分别将相同优先级内的所述源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中；

D、按预定方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

所述步骤C包括：

C1、配置所述源节点队列中的每个报文的权值；

C2、根据所述源节点队列中的每个报文的权值，通过加权轮循方式将相同优先级内的所述源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中。

所述步骤C1具体为：根据所述源节点队列中每个报文的目的节点配置其权值。

所述步骤D具体为：按照加权轮循方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

所述步骤D具体为：按照严格优先级方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

所述步骤C1还包括：

当所述分组环的拓扑结构发生变化后，重新配置所述源节点队列中的每个报文的权值。

由以上本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过在每个节点建立不同优先级的源节点队列，将需要经过该节点发送的所有报文根据其源地址存入对应的源节点队列中，并根据其目的地址为该报文分配相应的权值，通过加权轮循的方式将这些不同源节点队列中的报文调度到一个对应其优先级的输出队列中，从而在整个分组环上实现了对同一个优先级内不同源节点报文的公平调度。本发明基于队列的调度方式，实现简单、调度速度快，有效地提高了分组环上报文的传输速率。

附图说明

图1是分组环结构示意图；

图2是分组环节点上报文组成示意图；

图3是本发明方法的实现流程图；

图4是在分组环的一个节点上建立的源节点队列示意图；

图5是分组环上节点权值配置示意图；

图6是链路发生故障后的分组环结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于在分组环的各节点上，按照不同的源节点及优先级建立不同优先级的源节点队列；将来自分组环路上的报文及上本节点的报文按源节点地址及优先级分别入各自的源节点队列；在同一个优先级内按一定的方式将报文从源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中，使报文在该阶段实现同一优先级内的不同源节点报文的公平调度，通过该调度将不同源节点相同优先级的报文合并为一个优先级输出队列；然后，再按照预定的方式对这些不同优先级的输出队列进行调度，将其发送到分组环路中。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，图1是分组环结构示意图：

通常，分组环为环状结构，具有由物理链路连接的多个节点。在该图所示的分组环中，具有四个节点，分别为：节点A、节点B、节点C和节点D。这四个节点都可以作为上环业务的源节点或者下环业务的目的节点，每个节点同时还可能作为环路业务的中继节点。相邻节点之间通过物理链路相连。

在实际应用中，分组环采用双向单环结构。所有数据流可以通过环路的东向或西向发送到达目的节点，通常采用离目的节点最近的环路方向路径发送。由于故障原因造成节点间的链路中断(如采用光纤链接时，光纤意外断裂等)时，分组环认为这两节点间的路径为无穷大，从而将环路的另外一个方向计算为通过该路径的分组报文到达目的节点的最短路径。因此，即使环路中断，环路上的业务(即数据转发)也不会中断，从而提高了环路的可靠性。

参照图2，一个典型的分组环路节点由以下几种报文组成：分组环路上其他节点发送过来的报文，其中包括：发送到分组环路上其他节点的报文和发送到本节点的报文；本节点发送到分组环路上的报文。

为了在分组环路上实现公平共享带宽资源，也就是要使来自分组环路上的报文和本节点发送到分组环路上的报文公平地共享分组环路的带宽，为此，本发明按照优先级顺序建立不同源节点队列来实现对这些报文的调度，从而在各节点使不同的报文实现公平共享分组带宽资源。

图3示出了本发明方法的实现流程，包括以下步骤：

首先，在步骤301：在分组环的各节点上按照不同的源节点地址及优先级建立不同优先级的源节点队列。

参照图1所示分组环，有四个节点，分别为节点A、节点B、节点C和节点D。对于节点A来说，其报文有来自分组环路上节点B、节点C和节点D的报文，这些报文中有发送到环路上除节点A以外其他节点的报文，也有发送到节点A的报文，此外，还有上节点A并发送到环路上的报文。假设所有这些报文共有2个优先级，因此，建立如图4所示的代表不同优先级的源节点队列，这些队列中包括：高优先级的四个源节点队列，低优先级的四个源节点队列。除此之外，为目的节点为A节点的报文单独建立一个下节点队列，该队列不涉及报文的发送，在此可以不作考虑。

当分组环上有多个节点及多个优先级时，可以依此类推，也就是说总共要建立M×N个源节点队列，其中M为环路上节点数，N为优先级个数。

这些队列建立好后，进到步骤302：分别将该节点上来自于分组环路的报文及上本节点的报文按照各自报文的源节点地址和优先级存入对应的源节点队列中。当源节点队列中不能再存放报文时，丢弃后进入节点的报文。

然后，进到步骤303：分别将相同优先级内的源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中。

报文在该阶段实现同一个优先级内的不同源节点的公平调度。

首先，为各源节点队列中的每个报文分配一个权值，该权值可以根据整个分组环网的流量及报文的目的节点来综合考虑。比如，当某个节点为中心节点(如服务器时)，访问该节点的流量相对其他节点可能会较大，因此，可以将目的节点为该节点的报文的权值配置的较大些。

然后，就可以根据源节点队列中的每个报文的权值，通过一定的调度方式将相同优先级内的多个源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中。

调度算法可以选择WRR(加权轮循)算法，当然也可以采用其他类似的调度算法。

这样，通过该步骤分别将不同优先级的多个源节点报文合并成了一个优先级输出队列，也就是说，有几个优先级就对应几个优先级输出队列。

然后，进到步骤304：按预定方式将不同的优先级输出队列发送到分组环路中。输出队列按一定方式进行调度发送，比如，可以按照WRR、严格优先级等方式对这些不同的优先级输出队列进行调度，并发送到分组环路。

为了更好地理解本发明，下面对各源节点队列中报文权值的配置作详细说明。

假设分组环由N个节点组成，环路工作在各节点完全共享带宽的状态，即各节点公平共享环路带宽资源，此时需要在各节点配置的公平调度算法为WRR，各源节点的分配权值按以下公式配置：

本节点配置源节点队列权值为：N-1；

发送到本节点的上一相邻节点的源节点队列权值为：N-2；

依此类推，...；

倒数第二个节点的源节点队列权值为：1；

最后一个节点(也就是本节点的下一个目的节点)的源节点队列权值为：0。

总权值为：0+1+...+(N-1)＝(N-1)*(N-2)/2；

因此，本节点的权值比例为：2*(N-1)/((N-1)*(N-2))；

依此类推，...；

倒数第二个节点的源节点队列权值比例为：2/((N-1)*(N-2))；

最后一节点，即本节点的下一个目的节点的源节点队列权值比例为：0。

参照图5所示分组环：

该分组环共有8个节点，分别为节点A、节点B、节点C、节点D、节点E、节点F、节点G、节点H。

对于逆时针方向发送的数据流，根据以上公式，在A节点上配置的各源节点队列的权值比例如下：

A节点队列：7/21，表示以A节点为源地址的报文可能发送到其余7个节点上；

B节点队列：6/21，表示以B节点为源地址的报文可能发送到其余6个节点上；

C节点队列：5/21，表示以C节点为源地址的报文可能发送到其余5个节点上；

D节点队列：4/21，表示以D节点为源地址的报文可能发送到其余4个节点上；

E节点队列：3/21，表示以E节点为源地址的报文可能发送到其余3个节点上；

F节点队列：2/21，表示以F节点为源地址的报文可能发送到其余2个节点上；

G节点队列：1/21，表示以G节点为源地址的报文可能发送到其余1个节点上；

H节点队列：0/21，表示以H节点为源地址的报文不可能再发送到A节点以外的其他节点上。

对上述同一优先级内的不同源节点队列按照其权值通过加权轮循方式调度到一个输出队列中。这样，有几个优先级，就对应了几个输出队列，然后，再将这些不同优先级的输出队列按照预定的方式进行发送。具体可采用WRR、严格优先级等调度算法进行调度，发送到分组环路。

WRR就是将几个输出优先级队列，以各队列配置的权值为比例轮流调度各队列中的报文发送出去。例如，A、B、C三个队列，按1∶3∶4分别配置A、B、C队列的权值，则权值的公倍数为1*3*4＝12，A、B、C的发送权值计数器分别为cnt_A、cnt_B、cnt_C，其初始值为0，开始由于各计数器相等，可以任意选择一个队列发送一个报文，若A队列发送了100字节，则cnt_A＝cnt_A+100*12/1＝1200，再比较cnt_A、cnt_B、cnt_C数值较小的队列发送报文，若B发送500字节，则cnt_B＝cnt_B+500*12/3＝2000，依此类推，计数器小者发送，最小发送粒度为一个报文。

严格优先级就是高优先级的队列先发送。高优先级的队列为空时发送次优先级的队列，每次发送一个报文后从高优先级队列到低优先级队列查询，如果查询到队列有报文需要发送，则发送该报文。

本技术领域人员知道，在实际应用中，分组环采用双向单环结构。在上述对本发明方法的描述中，只描述了一个方向的报文传送过程。另外一个方向的报文处理过程相同，即在分组环的每个节点上分别建立东、西向的不同优先级的源节点队列，对东向和西向环路上的报文分别按照上述方法进行调度，使东向、西向环路均实现同一优先级内的不同源节点报文的公平调度。

如果分组环上某个节点的一侧链路发生故障，此时，环路的拓扑结构发生变化，为了实现同样的公平性，须重新配置环路各节点的源节点队列的权值。

比如，图5所示分组环上节点A和节点H之间的链路发生故障，整个环路的拓扑结构可以用图6来描述。

参照图6，从任何一个节点上来看，在一个节点的各源节点队列可能发送的目的节点数是一样的，因此，配置各源节点队列的权值为1∶1∶...∶1。这样各源节点仍然公平共享环路带宽资源。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (6)

1、一种在分组环上传送报文的方法，所述分组环包括多个节点及连接相邻节点的物理链路，其中，每个节点都可以作为上环业务的源节点或者下环业务的目的节点，其特征在于，所述方法包括：

A、在所述分组环的各节点上分别按照不同的源节点地址及优先级建立不同优先级的源节点队列；

B、分别将所述节点上来自于分组环路的报文及上本节点的报文按照各自报文的源节点地址和优先级存入对应的所述源节点队列中；

C、分别将相同优先级内的所述源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中；

D、按预定方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

C1、配置所述源节点队列中的每个报文的权值；

C2、根据所述源节点队列中的每个报文的权值，通过加权轮循方式将相同优先级内的所述源节点队列调度到一个对应的优先级输出队列中。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C1具体为：根据所述源节点队列中每个报文的目的节点配置其权值。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体为：按照加权轮循方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体为：按照严格优先级方式将所述优先级输出队列发送到所述分组环路中。

6、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C1还包括：

当所述分组环的拓扑结构发生变化后，重新配置所述源节点队列中的每个报文的权值。

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