CN1764159A - 分析数据报的处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分析数据报的处理装置和方法。路由器的多播设施被用来标记接收到的分组，以转发到中央处理资源，中央处理资源被配置为例如执行与经采样的分组相关的测量。

Description

分析数据报的处理装置和方法
技术领域
本发明涉及如下类型处理装置，该处理装置例如处理由诸如路由器之类的分组转发装置接收到的分组。本发明还涉及处理数据报的方法和多播设施的使用。
背景技术
在通信网络领域中，通信网络的操作员需要收集有关网络的数据，以便管理网络。在这方面，所收集到的数据被用来监控网络的当前操作和“健康”，并且精确地识别出网络中的可能流量瓶颈，以及网络的未来增长趋势。所收集到的数据来源于整个网络中的许多源。
已知使用简单网络管理协议来提取关于流过路由器接口的分组的低层统计，例如分组和字节计数。另外，诸如由Cisco Systems公司生产的NetFlow之类的系统支持较高层的基于流的网络流量监控。然而，这种集成系统可能给诸如路由器之类的用来提供监控统计的网络设备带来极大的负担。因此，为了避免网络设备性能问题，某些网络操作员部署了探针(probe)。一种这种已知的网络探针是Remote Monitoring(RMON)探针，如“SNMP，SNMPv2，SNMPv3和RMON 1和2”(WilliamStallings，Addison Wesley)中所述。RMON探针用在需要网络流量的详细视图的情况中，尤其是问题诊断时。然而，这种探针比较昂贵，因此只部署在选择出的少量位置中。结果，当故障发生时，它们不是总发生在有探针的地方。
因此，对于维持诸如路由器之类的网络设备，尤其是路由器的线路卡中的监控功能，存在争议。然而，迄今为止，支持这种设备的额外监控来实现对分组流量的详细测量导致极大地影响了路由器的线路卡的分组转发速率。此外，为了添加由NetFlow系统或RMON探针执行的类型的较高层分析能力，要求并非无足轻重的处理组件分析每个接收到的分组，并且生成适当的统计；添加网络处理器或现场可编程门阵列(FPGA)形式的硬件来执行这种分析，但是这是非常高昂的。此外，如果给定的路由器使用大量的线路卡，则这种问题急剧恶化。
发明内容
根据本发明第一方面，提供了一种用于对与由分组转发装置接收到的分组相关联的可分离获取的多播字段进行处理的处理装置，该处理装置包括：分组选择器，用于响应于与要被监控的分组流相对应的接收到的分组而对可分离获取的多播字段执行预定修改，从而标记接收到的分组，以转发到中央处理资源。
该分组选择器可以被配置为以预定采样速率选择接收到的分组，并且接收到的分组是经采样后的接收到的分组。
可分离获取的多播字段的预定修改是修改可分离获取的多播字段中的预定位，以便识别与可分离获取的多播字段相关联的接收到的分组，以转发到中央处理资源，要被监控的流包括接收到的分组。
根据本发明第二方面，提供了一种分组转发装置，其包括与本发明第一方面相关的上述处理装置。
该装置还可以包括中央处理资源、耦合到中央处理资源中的每个的交换构架以及分组转发器；其中分组转发器被配置为响应于检测到对可分离获取的多播字段的预定修改而将接收到的分组的拷贝转发到中央处理资源。
该装置还可以包括分组分类器，其用于识别另一个分组转发装置以接收所接收到的分组，该分组分类器包括处理装置，并且该分组转发器被配置为：在被使用时，该分组转发器将接收到的分组发送到另一个分组转发装置。
中央处理资源可以被配置为执行与从分组转发器接收到的非控制分组相关的统计分析。
根据本发明第三方面，提供了一种用于分析分组转发装置的分组的方法，该方法包括下述步骤：接收要被转发的分组；以及响应于与要被监控的分组流相对应的接收到的分组而对与接收到的分组相关联的可分离获取的多播字段执行预定修改，从而标记接收到的分组，以转发到中央处理资源。
该方法还可以包括下述步骤：检测对可分离获取的多播字段的预定修改；以及响应于检测到该预定修改而转发接收到的分组的拷贝，以用于被中央处理资源所接收。
该方法还可以包括下述步骤：接收包括接收到的分组在内的多个分组；以及根据预定速率，有选择地修改与这多个分组相关联的各个可分离获取的多播字段，以对分组进行采样。
根据本发明第四方面，提供了一种计算机程序代码元件，其包括计算机程序代码装置，用于致使计算机执行与本发明的第三方面相关的上述方法。
该计算机程序元件可以被包含在计算机可读介质中。
根据本发明第五方面，提供了一种对与由分组转发装置接收到的非控制分组相关联的可分离获取的多播字段的用法，用于将接收到的分组转发到分组转发装置的中央处理资源，以监控与接收到的分组相关联的流量流。
从而，可以提供有助于改进分组监控的嵌入式监控装置及其方法，同时使处理开销最小化。因此，装置成本未显著增加，并且部署外部探针的需求的确可以被最小化。通过将测量处理转移到网络设备内的集中式处理器，未对分组的转发速度造成不利的影响，并且可以减少线路卡的成本。
附图说明
现在将仅仅作为示例来参考附图描述本发明的至少一个实施例，在附图中：
图1是用于与构成本发明实施例的装置一起使用的路由器体系结构的示意图；
图2是使用由构成本发明实施例的装置应用的分组处理机制的图1的路由器体系结构的线路卡的示意图；
图3是更详细示出的图2的分组处理机制的示意图；
图4是图2的分组处理机制的更详细的示意图；
图5是用于与图4的装置一起使用的方法的流程图；
图6是用于与图4的装置一起使用的另一种方法的流程图；以及
图7是用于与图1的管理处理器一起使用的方法的流程图。
具体实施方式
在下面所有描述中，相同的标号用来标识相似的部分。
参考图1，分组转发装置(例如路由器100)包括耦合到中央处理资源(例如管理处理器102)和多个线路卡104(例如，第i线路卡106、第k线路卡108)的交换构架101。这多个线路卡中的每个至少分别支持一个到通信网络的接口。
多个线路卡104中的每个(例如第i线路卡106)包括分组分类器集成电路(IC)110(下文称作“分类器芯片”)，其耦合到分组转发器IC112(下文称作“转发器芯片”)。分类器芯片110识别一个或多个用于向其发送接收到的分组的接口，以将接收到的分组向前传输到一个或多个各自的路由器，其中这些路由器作为接收到的分组从源IP地址到一个或多个目的地IP地址的旅程中的一段或多段的一部分。因此，分类器芯片110支持多播和其他已知功能，例如，将传入分组映射成适当的分组流，区分分组优先级，以及允许控制上下文。
转到图2，分类器芯片110能够向转发器芯片112提供数据200，该数据与接收到的分组201的处理有关。数据200包括接收到分组的身份、多播字段202、流ID 204、以及适于指引与接收到的分组201和其他接收到的分组相关的路由处理的其他字段。
多播字段202具有许多位的位置，这些位的位置对应于用于上述接收到的分组201的接口。例如，多播字段202具有第i位的位置206和第k位的位置208，第i位的位置206对应于由第i线路卡106支持的第i接口，第k位的位置208对应于由第k线路卡108支持的第k接口。另外，多播字段202还包括管理处理器位的位置209，用于要被转发到管理处理器102的分组。
分类器芯片110包括分类器单元210。在本示例中，分类器单元210是可编程处理器件的编程单元，例如，专用集成电路(ASIC)。分类器单元210被耦合到内容可寻址存储器(CAM)212，CAM 212按照其中的关键字(在图2中未示出)存储数据200。分类器单元210还经由第一数据总线(未示出)耦合到由转发器芯片112支持的转发器单元214。
参考图3，分类器单元210还包括耦合到查找单元302的关键字生成单元300，查找单元302通过第二数据总线(未示出)耦合到分组采样单元304。分组采样单元304包括能够访问本地存储306的采样器305，本地存储306用于存储要被监控的流的流ID列表、关联的采样速率和分组计数，采样器305耦合到位修改单元308，在本示例中位修改单元308是OR逻辑门。分组采样单元304还耦合到分类器单元210的输出，用于将数据传输到转发器单元214。
在操作中(图4)，概括看来，分类器单元210接收到包括接收到的分组201的分组流400，并且修改对应于接收到的每个分组的数据200的各自的多播字段202。多播字段是根据下述策略而被修改的，所述策略涉及路由器100对形成分组流400的分组的处理。在这方面，如果接收到的分组201仅仅要被转发到一个接收线路卡104，则只针对该接收到的分组201(在这种情况下是单播分组)设置多播字段202的一位。
在本示例中，分类器单元210能够标识管理分组来例如提供路由协议更新。在本领域中已知，在检测到控制分组之后，分类器单元210首先对从CAM 212获取的数据的多播字段202的涉及控制分组处理的预定位的位置进行修改，例如第0位的位置209。多播字段202被修改来指示转发器单元214，控制分组应当被转发到管理处理器102以集中处理。此后，转发器单元214响应于修改的多播字段，将控制分组转发到管理处理器102。应当理解，术语“控制分组”是要指这样的任何分组：该分组被发送到给定路由器，以控制该给定路由器的行为或者关于该给定路由器的当前状态的请求信息，例如下述管理分组：开放最短路径优先(OSPF)、中间系统-中间系统(ISIS)或边界网关协议(BGP)路由控制协议分组，或者简单网络管理协议(SNMP)分组。
正是这个到管理处理器102的“隧道”被用来向中央处理器102转发非控制流量，例如来自要被监控的流的分组。在这方面，如果接收到的分组201是要被采样的分组，例如其具有对应于要被监控的流的流ID，并且所接收到的分组是在根据对应于要被监控的流的采样速率分组应被采样的时刻被接收到的，则最初(第0)位的位置209被采样单元304所修改。修改多播字段202的第0位的位置209将接收到的分组201标记为需要被转发到管理处理器102，以及在CAM 212中记录的由多播字段202的其他位的位置206、208所标识出的任何线路卡。
此后，转发器单元214接收到数据200，并且将接收到的分组201转发到在多播字段202中标识出的路由器100的一个或多个线路卡104，并且如果第0位的位置209指示出，则还将分组201转发到管理处理器102。因此，转发器单元214转发的分组离开转发器单元214，作为到线路卡104的第一输出流402和到管理处理器102的第二输出流404。在接收到的分组201已被采样的情形中，对于必须处理接收到的分组201的每个线路卡104(即对于第一输出流)，转发器单元214对接收到的分组201复制足够多次，并且额外的拷贝构成想去往管理处理器102的第二输出流404的一部分。因此可见，多播字段202的预定位的位置可以被用于管理处理器，或者用于采样的分组的中央处理资源、信道。
为了实现上面概括的功能，分类器单元210等待接收到分组，在接收到分组之后，关键字生成单元300从接收到的分组201的头部抽取许多字段，并且生成对应于与接收到的分组201相关联的一个或多个标准的关键字310。例如，取决于路由器100执行的路由策略，关键字生成单元300可以使用目的地IP地址、和/或流量类型(例如，由端口号所指示的)来生成关键字310。概括接收到的分组201的路由需求的关键字310被关键字生成单元300传递到查找单元302，然后查找单元302访问CAM 212。作为查找活动的结果，查找单元302获取对应于接收到的分组201的数据200，并且经由第二数据总线(未示出)将数据200传输到采样单元304。
参考图5，内嵌位于分类器单元210和转发器单元214之间的采样单元304等待(步骤500)接收由查找单元302输出的数据200。然后，采样单元304分析(步骤502)来自数据200的流ID 204，以确定(步骤504)数据200的流ID是否对应于要被监控的流。然后，采样单元304访问本地存储306，并且在要被监控的流ID的列表中查找数据200的流ID，从而作出该确定。此外，如上所述，包含在本地存储306中的每个流ID具有存储在其中的各自的采样速率，以及关于所存储的每个流ID维护的关联分组计数。然而，在不存在给定流ID的特定采样速率的情况下，可以分配默认采样速率。实际上，采样速率被如此设置，从而以在管理处理器102的处理能力之内的速率向包括管理处理器102的处理资源提供经采样的分组。在这方面，当路由器100对服务质量(QoS)敏感时，线路卡104跟踪流速率，而流速率数据可以在设置采样速率时被使用。当然，对于小量流(例如信令流量)，可以使用高采样速率而将小量流中的大多或全部分组多播到管理处理器102。
如果数据200的流ID 204未列在流ID存储中，则采样单元304经由第一数据总线(未示出)将数据200传递(步骤506)到转发器单元214，以根据转发器单元214的常规已知处理过程进行处理。相反，如果数据200的流ID 204被列在流ID的本地存储306中，则采样器305更新与流ID 204相关联的分组计数，并且然后通过参考所存储的相关联的采样速率和所存储的分组计数来确定(步骤508)接收到的分组201是否需要被采样。如果来自对应于流ID 204的流量流的分组不需要被采样，则采样单元304经由第一数据总线(未示出)再次将数据200传递(步骤506)到转发器单元214，以根据转发器单元214的常规已知处理过程进行处理。然而，如果接收到的分组201需要被采样，则采样器305向位修改单元308发送逻辑高信号，即，二进制“1”(步骤506)。数据200也再次经由第二数据总线(未示出)传递通过采样单元304而到达转发单元312，但是响应于采样器305向位修改单元308发送逻辑高信号(步骤506)，在多播字段202的第0位传递通过位修改单元308时，数据200的多播字段202的第0位被修改(步骤510)，从而导致第0位位置209处于逻辑高，或者说二进制“1”状态。上述分组计数可以是任何合适的分组计数技术，例如，当达到对应于采样速率的预定值时被重置的递增计数。或者可以采用递减方法，从而计数器(未示出)可以被设置为对应于采样速率的预定值，然后在每次接收到作为要被监控的流的一部分的分组时递减，当该计数器达到0时对分组进行采样。此后，计数器被重置为预定值。
在转发器单元312处(图6)，接收(步骤600)到数据200。此后，除了其他以外，转发器单元312根据转发器单元312的常规操作检查(步骤602)多播字段202。因此，将不再进一步描述接收到的分组201的拷贝到线路卡104的分发。然而，与多播字段202的第0位的位置209相关，转发器单元312将接收到的分组201识别(步骤604)为需要转发到管理处理器102，因此接收到的分组201的拷贝经由交换构架101被传递(步骤606)到管理处理器102。
转到图7，在管理处理器102处接收到(步骤700)分组，管理处理器102将这些分组中的某些识别(步骤702)为管理分组，并且作出相应的处理(步骤704)。然而，某些接收到的分组将会是要被监控的分组(例如接收到的分组201)，并且被管理处理器102识别为要被监控的分组，例如非管理分组。被识别为要被监控的分组被传递(步骤706)到分离的监控进程，以对来自监控的流的分组执行测量(步骤708)，分离的监控进程或者由管理处理器102支持，或者由额外的处理器(未示出)支持。额外的处理器可以单独构成处理资源，或者管理处理器102结合额外的处理器也可以构成处理资源。然后，测量结果被传输(步骤710)到中央监控站。当然，如果要避免提供额外的昂贵处理硬件，则不需要应用额外的处理器，并且线卡104的分类器单元210的采样速率可以被管理为在管理处理器102的处理能力内工作。
使用例如简单网络管理协议(SNMP)从外部管理站(未示出)配置监控进程。在本示例中，监控进程具有少量可被改变的参数，例如，要被监控的流的流ID、期望的监控精度、或者采样速率，采样速率是通过管理处理器102向采样单元304传输更新的采样速率而被更新的。
在上面的示例中，尽管要被监控的分组被传递到监控进程，以使得监控进程可以处理所有经采样的分组，从而简单地生成与经采样的分组相关的统计，但是监控进程可以被配置为将一个或多个预定流的经采样的分组的头部，或者甚至整个分组转发到外部监控站。
尽管在上面的示例中已提供了分类器芯片110和转发器芯片112，但是应当理解，作为向分类器芯片110提供采样单元304的功能的替代，可以提供分离的采样器IC来支持采样单元304，该采样器IC被内嵌布置在分类器芯片110和转发器芯片112之间。
尽管已在分组通信的上下文中描述了上面的示例，但是应当理解，术语“分组”应当理解为包含分组、数据报、帧、信元和协议数据单元等，并且应当理解这些术语是可互换的。
本发明的替换实施例可以被实现为与计算机系统一起使用的计算机程序产品，该计算机程序产品例如是存储在有形数据记录介质上或者包含在计算机数据信号中的一系列计算机指令，有形数据记录介质例如是盘、CD-ROM、ROM、或者固定的盘，计算机数据信号经由有形介质或诸如微波或红外线之类的无线介质被传输。这些计算机指令序列可以构成全部或部分上述功能，并且还可以被存储在任何存储器件中，不管是易失性的还是非易失性的，例如半导体、磁、光或者其他存储器件。

Claims (11)

1.一种用于对与由分组转发装置接收到的分组相关联的可分离获取的多播字段进行处理的处理装置，所述处理装置包括：
分组选择器，其用于响应于与要被监控的分组流相对应的接收到的分组而对所述可分离获取的多播字段执行预定修改，从而标记所述接收到的分组，以转发到中央处理资源。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述分组选择器被配置为以预定采样速率选择接收到的分组，并且所述接收到的分组是经采样后的接收到的分组。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述可分离获取的多播字段的预定修改是修改所述可分离获取的多播字段中的预定位，以便识别与所述可分离获取的多播字段相关联的所述接收到的分组，以转发到所述中央处理资源，所述要被监控的流包括所述接收到的分组。
4.一种分组转发装置，其包括如权利要求1所述的处理装置。
5.如权利要求4所述的装置，还包括中央处理资源、耦合到所述中央处理资源中的每个的交换构架以及分组转发器；其中
所述分组转发器被配置为响应于检测到对所述可分离获取的多播字段的预定修改而将所述接收到的分组的拷贝转发到所述中央处理资源。
6.如权利要求5所述的装置，还包括分组分类器，其用于识别另一个分组转发装置以接收所述接收到的分组，所述分组分类器包括处理装置，并且所述分组转发器被配置为：当所述分组转发器被使用时，将所述接收到的分组发送到所述另一个分组转发装置。
7.如权利要求5所述的装置，其中，所述中央处理资源被配置为执行与从所述分组转发器接收到的非控制分组相关的统计分析。
8.一种用于分析分组转发装置的分组的方法，所述方法包括下述步骤：
接收要被转发的分组；和
响应于与要被监控的分组流相对应的接收到的分组而对与所述接收到的分组相关联的可分离获取的多播字段执行预定修改，从而标记所述接收到的分组，以转发到中央处理资源。
9.如权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：
检测所述对可分离获取的多播字段的预定修改；和
响应于检测到所述预定修改而转发所述接收到的分组的拷贝，以用于被所述中央处理资源所接收。
10.如权利要求8所述的方法，还包括下述步骤：
接收包括所述接收到的分组的多个分组；和
根据预定速率，有选择地修改与所述多个分组相关联的各个可分离获取的多播字段，以对分组进行采样。
11.一种对与由分组转发装置接收到的非控制分组相关联的可分离获取的多播字段的用法，用于将接收到的分组转发到所述分组转发装置的中央处理资源，以监控与所述接收到的分组相关联的流量流。
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