CN1738294A - 一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法，其特点在于，对局域网用户进行编码，唯一标识每个局域网用户，在源局域网用户到目的局域网用户所经过的路径上的虚拟交换机上生成服务质量策略，所述虚拟交换机根据所述编码和所述服务质量策略对来自不同局域网用户的数据包进行相应处理。本发明将服务质量和智能虚交换技术有效地结合起来，扩大并完善智能虚交换技术在实际组网中的应用，同时提高了对虚拟交换网络的控制管理力度。

Description

一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法

技术领域

本发明涉及使用智能虚交换技术的计算机领域，特别是涉及使用智能虚交换技术与服务质量技术相结合的网络通信技术领域。

背景技术

智能虚交换(IV-Switch)技术是一种建立虚拟电路的方法，在中国专利CN 1538682A阐述了IV-Switch技术。在IV-Switch中，通过入端口号和入VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)ID号来选择出端口号和出VLAN ID号，该技术可以有效抑制网络中的广播流量，避免广播风暴的发生，更有效解决了VLAN ID数目不够的问题，同时跟目前其他解决VLAN ID数目不够技术相比较，比多协议标签交换二层虚拟专网(MPLS L2 VPN)或虚拟专用局域网交换(VPLS)技术以及通过三层组网划分IP网段减小二层网络规模的技术都要简单，对系统设备的要求低，更容易理解掌握，对运维的成本要求也更低。

该技术能够填补目前的网络在纯二层能力上的不足，使传统以太网能作为真正的多业务平台应用于大型公用电信网环境，提供电信级的业务。既可以大幅降低网络建设和维护成本，又可以使业务提供商迅速经济地提供用户所需的高速数据传送和应用业务。目前该技术已引起国内外电信运营商和设备制造商极大的关注。

IV-Switch技术可以在整个网络环境中，无论通过手工配置还是通过协议自动学习，都可以建立基于入端口和VLAN ID的虚拟交换电路，然后根据所建立的虚拟交换电路对数据包进行交换转发，但根据该专利要求在实现整网解决方案的时候，会存在一定的问题，特别是当用户非常多，业务量非常大，业务种类不同的时候，尤其是当网络出现异常，存在错误流量的时候，对整个网络的稳定性要求就大大增大，而且各种业务的需求也不尽相同，此时单单靠所建立的虚拟交换电路就无法满足客户的需求，更会由于网络的不稳定而增加运维的成本和难度。譬如在图1的简单组网示意图，仅仅依靠现有的IV_Switch技术就无法满足需求了。

在附图1中，当普通业务用户(A-1、A-2)121、122间的业务流量非常大，达到中间智能虚交换设备101至102间链路的带宽时，那么一般的普通业务用户和重要的实时业务用户数据流在进入智能虚交换设备101准备从端口106往智能虚交换设备102发送时，就会出现拥塞，无法全部发送出去，就会对业务用户间的流量产生影响，出现丢弃数据包的现象，特别是如果当前组网环境中是利用动态协议学习来建立虚拟交换电路的话，甚至会造成虚电路学习报文无法发送，智能虚交换设备的对端就无法维护虚拟交换电路的稳定性，从而出现业务流的时断时续，更无法保证重要的实时业务的时延在客户要求范围内。上面的情况尤其是当网络出现异常，出现突发业务流的时候更容易对重要用户业务造成非常大的负面影响。同时对普通业务用户的流量控制更是显得力不从心。特别是当组网更为复杂，业务更加多样的时候，对于网络中间核心地位的智能虚交换设备(譬如图1的设备102)，对具体业务的控制参与的就更少了，并且无法保证某类用户不去抢占其他用户的网络资源。

服务质量(QoS)技术是目前在网络中应用的区分网络业务流量并进行差别服务的技术，主要包括了业务流量区分的技术、业务流量标识继承及重置技术、业务流量控制技术、拥塞避免技术、流量整形技术和队列调度技术。

在智能虚交换网络中应用服务质量技术，则完全能够避免前面提到的缺陷，并且能够给用户提供更加完善的服务。考虑到智能虚交换技术中是基于入端口和VLAN ID进行交换转发的，完全可以利用VLAN部分的802.1P字段作为实施服务质量(QoS)中有关优先级技术的基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法，解决现有智能虚交换技术无法对用户需求区别对待，不能保证重要用户的网络资源的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法，其特点在于，对局域网用户进行编码，唯一标识每个局域网用户，在源局域网用户到目的局域网用户所经过的路径上的虚拟交换机上生成服务质量策略，所述虚拟交换机根据所述编码和所述服务质量策略对来自不同局域网用户的数据包进行相应处理。

上述的方法，其特点在于，通过在所述虚拟交换机上建立包括入虚拟局域网标识、入端口号以及对应的出端口号、出虚拟局域网标识的交换表项，来完成所述编码。

上述的方法，其特点在于，所述虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习来建立所述交换表项，并且所述交换表项以所述入虚拟局域网标识和所述入端口号为索引。

上述的方法，其特点在于，所述虚拟交换机中，对于直接跟局域网用户相连的边界虚拟交换机和只用于连接所述边界虚拟交换机的核心虚拟交换机建立不同的服务质量策略。

上述的方法，其特点在于，所述虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习建立所述服务质量策略。

上述的方法，其特点在于，所述服务质量策略包括：流分类、流标识继承或重置、流量控制、拥塞避免、流量整形和/或队列调度。

上述的方法，其特点在于，进一步包括如下步骤：

步骤一，源局域网用户到目的局域网用户所经过路径上的所有虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习，建立所述交换表项，交换表项以入虚拟局域网标识和入端口号为索引选择一个出端口和出虚拟局域网标识；

步骤二，在所述路径上的每个虚拟交换机上，生成相应的服务质量策略；

步骤三，判断所述虚拟交换机是边界虚拟交换机还是核心虚拟交换机，边界虚拟交换机转到步骤四，核心虚拟交换机转到步骤五；

步骤四，边界虚拟交换机对入虚拟局域网标识和入端口不同的用户赋予不同的802.1P标识，作为从相应出虚拟局域网标识和出端口交换出去时的队列优先级，同时实现对业务流的区分标记，转入步骤六；

步骤五，核心虚拟交换机根据边界虚拟交换机发送来的数据流中的802.1P字段值的不同进行分类，并且能够对多个虚拟交换机来的数据流重新分类及重新标记802.1P，或者对所述802.1P直接进行继承；

步骤六，判断虚拟交换机配置的服务质量策略的类型，并根据所述服务质量策略的类型相应处理当前虚拟交换网络的各种业务数据包。

上述的方法，其特点在于，所述步骤六中进一步包括：

步骤a，判断虚拟交换机是否配置了流量控制策略，是则根据配置的流量控制策略，对符合条件的业务数据流实施流量控制，保证该业务用户只获得相应网络资源，避免抢占其他业务用户的网络资源，否则直接执行步骤b；

步骤b，判断虚拟交换机是否配置拥塞避免策略，是则当相应出端口流量超过端口带宽时，相应队列的拥塞避免技术生效，低优先级包文优先丢弃，保证高优先级包文能够获得出口带宽资源被交换转发出去；否则直接跳入步骤c；

步骤c，判断虚拟交换设备是否配置队列调度流量整形策略，是则根据已完成的数据流分类策略，将当前各种业务流分成不同的优先级，进入不同的端口队列，对于高优先级的重要业务流，优先进行队列发送，保证相应队列业务流的时延在要求范围内，而对于低优先级的业务数据流则不提供时延保证，并根据配置的调度策略进行具体的调度转发；否则直接跳入步骤d；

步骤d，根据业务情况变化、具体的服务质量策略生效实施情况与当前网络环境，对步骤a至步骤c中的服务质量策略进行及时调整。

上述的方法，其特点在于，所述步骤c中，高优先级的重要业务流为实时业务数据队列。

本发明的技术效果在于：

本发明将服务质量(QoS)和IV-Switch技术有效地结合起来，扩大并完善IV-Switch技术在实际组网中的应用，同时提高对虚拟交换网络的控制管理力度。采用本发明所述方法，可以对整体网络运营提供更加完善更加稳定可控的网络解决方案，既能够保证高优先级用户业务的稳定性，又能满足重要业务对网络资源的要求，还能够对各种业务用户进行更加有效的控制管理。另外，从后面的具体实施例中将可以看出，采用本发明可以使得对智能虚交换网络的整网解决方案更加完善，对保证网络的稳定性，保证重要用户的业务连续性等都是必不可少的。

附图说明

图1是IV-Switch应用QoS策略前后的一种业务组网图；

图2是本发明的流程示意图；

图3是应用本发明后，报文转发的处理流程示意图；

图4是本发明在IV-Switch整网解决方案中的作用体现示例图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。

图1是IV-Switch的一种应用组网图，应用本发明的前后对用户提供的服务是不一样的，通过下面的比较可以看出本发明的优势和先进性显而易见的。下面从单个方向的业务流情况进行详细比较说明，其比较结果同样适用于双向业务流，对于更复杂的组网环境则更能够体现本发明的优越性。

应用本发明前，没有应用QoS策略时：

首先，图1中各种类型用户121、131(A-1、B-1)，其业务流对虚拟交换设备101、102、103都是没有区别的，边界虚拟交换设备101同样对待A-1、B-1发来的业务数据流，中间的虚拟交换设备102，更无法区分虚拟交换设备101发送过来的数据流，那些是次要的用户121(A-1)那些是重要的用户131(B-1)，只能同等对待。

然后，当用户非常多，业务流非常大，特别是一般用户121(A-1)的业务流非常大，或者出现病毒等大量非友善数据包时，必然会抢占边界虚拟交换设备101对应出端口(端口106)的网络带宽资源，一端超过端口带宽，就会出现数据包丢弃现象，对重要用户131(B-1)的业务数据包执行同样的丢弃操作，必然对该重要业务产生坏的影响，甚至造成业务的中断；同时由于一般用户121抢占了端口106过多的带宽资源，必然会对虚拟交换机间有关路径学习等协议数据包的交互产生影响，而这些重要的协议数据包交换路径的稳定非常重要。当协议数据包的交互产生影响时，特别是当网络环境更加复杂，虚拟交换设备存在很多的时候，对整个网络的影响就更大了，其后果是非常严重的，甚至造成业务中断、网络瘫痪等。

而应用本发明，使用相应的QoS策略后：

首先，与用户直接连接的边界虚拟交换机101，就能够区分一般用户121(A-1)和重要用户131(B-1)的数据流，对这两种不同业务流分别标记不同的802.1P值。如果有流量控制策略，则进行流量限制，保证一般业务流121(A-1)不去抢占其他重要业务流131(B-1)的网络资源；即使出现流量突发，象病毒等大量非友善数据包时，也只会影响到普通用户121的业务，对重要业务用户131流量没有影响；既限制了影响范围，又保证了整个网络的稳定；

而且，边界虚拟交换机101根据用户121、131优先级不同发送到对应出端口(端口106)的不同队列中，根据配置的队列调度算法，优先交换转发高优先级的重要业务131；而中间的核心虚拟交换设备102和目的虚拟交换设备103收到设备101交换过来的数据流后，仍然能够根据VLAN 802.1P值的不同，区分出用户121、131(A-1、B-1)的业务流的不同，从而对高优先级的用户131的业务流优先交换转发，从而保证了重要业务用户131的(B-1)业务流能够更快得到达目的地用户132(B-2)，保证其时延。

在上面这个简单的组网环境中，应用QoS策略的前后差异是显而易见的，当网络环境更加复杂，边界虚拟交换机和核心虚拟交换机更多的时候，QoS策略对整个网络稳定性的作用就更重要了，而且运营商能够提供给用户更加完善的服务，其对网络的控制性更强。

如图2实现本发明的方法包括以下步骤：

步骤201：对每个局域网用户编码，唯一标示每个局域网用户；

步骤202：确定从源局域网用户到目的局域网用户之间的路径信息，将源虚拟交换机作为当前虚拟交换机；

步骤203：静态配置或动态学习，根据入VLAN ID和入端口与对应的出VLAN ID和出端口建立相应交换表项；源局域网用户对应的虚拟交换机(如图1的智能虚交换设备101和103称为是虚拟交换网络的边缘虚拟交换机(Border-VS)；对于虚拟交换网络内部的虚拟交换机(如图1的智能虚拟交换设备102)称为虚拟交换网络的核心虚拟交换机(Core-VS)；

步骤204：根据当前虚拟交换设备为Border-VS或Core-VS，分别配置不同的QoS策略，包括流分类，流标识继承或重置，流量控制，拥塞避免，流量整形及队列调度等。这些QoS策略根据需要进行选择，并配置相应的应用细节；

步骤205：源Border-VS经过(或不经过)Core-VS，到达目的Border-VS，都建立相应的入VLAN ID和入端口跟出VLAN ID和出端口间的交换表项，从而在整个网络中从源局域网用户到目的局域网用户间建立起完整的虚拟交换电路；

步骤206：在虚拟交换网络运行过程中，如果用户需求变化或网络业务流量发生变化，则进入步骤207，否则进入步骤208；

步骤207：根据相应虚拟交换设备的地位，及目前新需求的变化重新调整相应虚拟交换设备的QoS策略，以满足当前新的需求；

步骤208：虚拟交换网络稳定运营

如图3所示，应用本发明后进行报文转发的处理流程包括：

步骤301：取数据包入端口号和数据包最外层VLAN ID号，并用数据包入端口号和最外层VLAN ID号查找IV-Switch转发表。

步骤302：转发表项查找成功转步骤304，失败继续步骤303。

步骤303：查找转发表失败则丢弃，并结束。

步骤304：如果配置QoS限速，则进入步骤305，否则跳到步骤309。

步骤305：符合限速的条件，步骤306，否则跳到步骤309。

步骤306：执行限速策略，并且返回控制动作。

步骤307：控制动作为丢弃则进入步骤308，否则跳到步骤309。

步骤308：限速返回动作为丢弃，则直接丢弃该数据包，结束。

步骤309：如果配置了QoS策略的流标记继承或重置，则步骤310，否则跳到步骤311。

步骤310：根据配置的策略对802.1P字段进行继承或重新赋值，给该类型数据包赋予指点的优先级。

步骤311：数据包转发，进入出端口中对应的转发交换队列。

步骤312：对相应出端口配置了QoS的队列相关策略，则进入步骤313，否则跳到步骤316。

步骤313：数据流属于实时高优先级队列，继续步骤314，否则跳到步骤315。

步骤314：对实时高优先级队列直接转发，保证其对时延的要求，跳到步骤321结束。

步骤315：对于非实时高优先级队列，其他队列则根据配置的策略进行调度，并且进入步骤316。

步骤316：出端口有拥塞，则进入步骤317，否则跳到步骤321。

步骤317：如果配置了队列拥塞策略，则跳到步骤319，否则步骤318。

步骤318：没有配置队列拥塞策略时，直接对队列实施尾部丢弃策略，对应队列满直接丢弃；未满则进入队列，等待调度发送。跳到步骤321结束。

步骤319：配置了队列拥塞策略，则根据配置的策略管理队列，队列未满则入队，等待调度发送；队列满的话则在达到最大值前要根据策略实施丢弃操作。跳到步骤321结束。

步骤320：队列无拥塞，全部都发送出去，进入步骤321。

步骤321：处理结束。

图4是本发明在IV-Switch整网解决方案中的作用体现示例图。根据各个智能虚交换设备的位置及重要性的不同，可以分配配置不同的QoS策略，在图4中，对于骨干网的IV-Switch(401、402、403)在配置QoS策略的时候，重点队列快速调度、尽快转发等；对于承载网的IV-Switch(411、412、413、414)则更多的是业务流聚合，包括优先级的继承、重置及整合；对于接入网IV-Switch，即Border-VS(421、422、423、424)设备，其QoS策略则更多的配置流量控制，业务数据流优先级的标识等，为承载网的IV-Switch设备更好的利用QoS策略服务做准备，最外围的用户431~438连接接入网。

由上可知，本发明通过在整个虚拟交换网络中应用QoS技术，不仅能够保证网络的稳定性，更有利于对网络进行控制，特别是能够为不同用户提供更加全面更加有保障的有区分服务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。

Claims (9)

1、一种智能虚交换中应用服务质量技术的方法，其特征在于，对局域网用户进行编码，唯一标识每个局域网用户，在源局域网用户到目的局域网用户所经过的路径上的虚拟交换机上生成服务质量策略，所述虚拟交换机根据所述编码和所述服务质量策略对来自不同局域网用户的数据包进行相应处理。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在所述虚拟交换机上建立包括入虚拟局域网标识、入端口号以及对应的出端口号、出虚拟局域网标识的交换表项，来完成所述编码。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习来建立所述交换表项，并且所述交换表项以所述入虚拟局域网标识和所述入端口号为索引。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述虚拟交换机中，对于直接跟局域网用户相连的边界虚拟交换机和只用于连接所述边界虚拟交换机的核心虚拟交换机建立不同的服务质量策略。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习建立所述服务质量策略。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述服务质量策略包括：流分类、流标识继承或重置、流量控制、拥塞避免、流量整形和/或队列调度。

7、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：

步骤一，源局域网用户到目的局域网用户所经过路径上的所有虚拟交换机通过静态规划配置或者通过动态学习，建立所述交换表项，交换表项以入虚拟局域网标识和入端口号为索引选择一个出端口和出虚拟局域网标识；

步骤二，在所述路径上的每个虚拟交换机上，生成相应的服务质量策略；

步骤三，判断所述虚拟交换机是边界虚拟交换机还是核心虚拟交换机，边界虚拟交换机转到步骤四，核心虚拟交换机转到步骤五；

步骤四，边界虚拟交换机对入虚拟局域网标识和入端口不同的用户赋予不同的802.1P标识，作为从相应出虚拟局域网标识和出端口交换出去时的队列优先级，同时实现对业务流的区分标记，转入步骤六；

步骤五，核心虚拟交换机根据边界虚拟交换机发送来的数据流中的802.1P字段值的不同进行分类，并且能够对多个虚拟交换机来的数据流重新分类及重新标记802.1P，或者对所述802.1P直接进行继承；

步骤六，判断虚拟交换机配置的服务质量策略的类型，并根据所述服务质量策略的类型相应处理当前虚拟交换网络的各种业务数据包。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤六中进一步包括：

步骤a，判断虚拟交换机是否配置了流量控制策略，是则根据配置的流量控制策略，对符合条件的业务数据流实施流量控制，保证该业务用户只获得相应网络资源，避免抢占其他业务用户的网络资源，否则直接执行步骤b；

步骤b，判断虚拟交换机是否配置拥塞避免策略，是则当相应出端口流量超过端口带宽时，相应队列的拥塞避免技术生效，低优先级包文优先丢弃，保证高优先级包文能够获得出口带宽资源被交换转发出去；否则直接跳入步骤c；

步骤c，判断虚拟交换设备是否配置队列调度流量整形策略，是则根据已完成的数据流分类策略，将当前各种业务流分成不同的优先级，进入不同的端口队列，对于高优先级的重要业务流，优先进行队列发送，保证相应队列业务流的时延在要求范围内，而对于低优先级的业务数据流则不提供时延保证，并根据配置的调度策略进行具体的调度转发；否则直接跳入步骤d；

步骤d，根据业务情况变化、具体的服务质量策略生效实施情况与当前网络环境，对步骤a至步骤c中的服务质量策略进行及时调整。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤c中，高优先级的重要业务流为实时业务数据队列。

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