CN1770740A - 城域以太网中用户网络接口处的带宽配置文件管理方法 - Google Patents

城域以太网中用户网络接口处的带宽配置文件管理方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种诸如城域以太网的通信网络中的流量管理方法，在该通信网络中，在不同虚连接之间共享通信资源，每个所述虚连接承载与一个或多个虚拟网络有关的并且由包括标签的数据单元组成的数据流，所述标签包含该流所涉及的虚拟网络的标识符和分配给该流的服务等级的标识符，并且在该通信网络中，在接收节点拥塞的情况下，暂停消息被反向发送到发送节点，以暂时停止传输。为了在虚连接层以及可能地在服务类层进行选择性停止，在暂停消息中引入虚拟网络标识符，并且还可能引入服务等级标识符。

Description

城域以太网中用户网络接口处的 带宽配置文件管理方法
技术领域
本发明涉及计算机通信系统，并且更具体地，本发明涉及一种计算机通信网络中的流量管理(traffic management)方法和实现该方法的网络节点以及包含所述节点的网络。
优选但不唯一地，本发明适用于基于以太网规范的网络，特别适用于在城域以太网的入口用户网络接口(UNI)处的带宽配置文件管理(bandwidthprofile management)。
背景技术
以太网是被广泛使用的通信介质，它允许通过不同接口、以最高达到Gbit/s(比特/秒)的不同速率进行通信。数以千计的用户已经在使用以太网服务，并且他们的数目正在迅速增长。这些用户被以太网服务的益处所吸引，包括：
-易于使用
-成本效率
-灵活性
目前，城域以太网论坛(MEF)正在定义基于以太网的城域网络(城域以太网)。城域以太网实质上是由例如因特网服务提供商的单个管理员所控制的公共可接入的城域网络。
本发明特别感兴趣的城域以太网的一个重要特性是它们能够被不同的客户网络所共享，并且这些客户网络中的每一个都不知道其它客户网络对该城域网络的使用。每个这样的网络被称为一个虚拟局域网(VLAN)。
由城域以太网论坛于2003年11月10日出版的技术规范MEF 1.0“Ethernet Service Model，Phase 1”公开了用于定义城域以太网提供的服务的模型。
城域以太网管理员(“提供商”)向客户提供按照一些性能等级(服务类，简写为CoS)区分的服务，这些性能等级例如涉及帧丢失和帧延时。在提供商和客户之间商定的性能等级在所谓的服务等级协议(SLA)和服务等级规范(SLS)中定义。
保证这一性能等级意味着在网络节点(通常被称为“交换机”或“路由器”)处使用流量管理机制。
用户网络接口(UNI)被定义为服务提供商责任与客户责任之间的划分点，在UNI处，流量管理功能特别基于所谓的带宽配置文件，带宽配置文件是流量参数的集合，其决定了期望的客户流量的到达模式(pattern)。
在例如上述的MEF技术规范和其它MEF文档(文档D00029，“TrafficManagement Specification，Phase I，Draft v.7.0”，出版于2003年3月1日)中可以找到关于带宽配置文件的更多信息。
如在这些文档中所公开的，存在将带宽配置文件应用在城域以太网的入口处的三种方式：
-每个入口UNI，
-每个EVC(以太网虚连接，它是两个或两个以上UNI的关联，其将服务帧的交换限制在属于本EVC的UNI)，和
-每个EVC和CE-VLAN CoS(CE表示客户边缘，它是在UNI的客户方的设备)；
每个入口UNI的入口带宽配置文件应用于UNI处的所有入口服务帧，而不考虑这些帧属于哪个EVC。
每个EVC的入口带宽配置文件为给定EVC提供应用于所有服务帧的带宽配置文件。
每个EVC和CE-VLAN CoS的入口带宽配置文件提供应用于所有服务帧的带宽配置文件，所述服务帧在给定EVC中具有特定的CoS。
由于带宽配置文件是SLS/SLA的一部分，因此应该由提供商的网络实施。当违反该配置文件时，例如由于短期的暂时超负荷情况，服务提供商必须采取特定的操作。
根据上面提到的MEF文档D00029，可以通过三种不同的色彩标识服务帧符合带宽配置文件的等级，而所述操作可以是对帧重新着色或丢弃帧。
可以采取的替代操作是通过发送PAUSE帧对上游设备施加反压力(backpressure)，以通过暂时中止传输来限制来自该客户(多个)的流量。在IEEE标准802.3中公开了暂停帧的使用。暂停功能(即近端流控制(nearflow control))被设计来防止交换机在短期暂时超负荷情况下由于输入缓冲器溢出而不必要地丢弃帧。
但是，该标准中所定义的暂停机制存在这样的缺点，即，它只能应用于在UNI的所有帧。考虑到来自不同VLAN的、具有不同服务类的以太网流在UNI上多路复用，这一机制使得那些没有导致溢出的来自VLAN和/或具有服务类的流也被停止并且被不必要地延迟。
因此，出现了对暂停机制的选择性管理的需要。
出于这个目的，在美国专利申请2004095882中公开了一个建议。该文档公开了一种在提供商网络层运行的机制。接收节点从造成拥塞的帧中读取入口节点和出口节点的标识符，并将入口节点和出口节点的地址包含在暂停帧中。在发送节点，当接收到暂停消息时，只暂时停止那些具有暂停帧中所指定的入口节点地址和出口节点地址的帧。
现有技术所提供的选择性仍然不能令人满意。
发明内容
本发明提供一种通信网络中的流量管理方法，在所述通信网络中，在不同虚连接之间共享通信资源，所述每个虚连接承载来自一个或多个虚拟网络的数据流，并且其中每个流中的数据单元包括标签，其包含该流所涉及的虚拟网络的标识符和该流所需的服务等级的标识符。在该网络的接收节点，所述数据流被暂时存储，并且在检测到拥塞时，向发送节点发送暂停消息，以便暂时停止数据传输；
根据本发明，该方法特征在于如下步骤：
-在所述接收节点读取所述标签；
-向暂停消息中引入与至少一个具有给定服务等级特性的虚拟网络(例如其流具有最低优先级的虚拟网络)相关联的虚拟网络标识符；
-在所述发送节点从所述暂停消息中读取虚拟网络标识符；以及
-选择性地停止属于在暂停消息中所标识的虚拟网络的流的传输。
本发明还涉及一种具有实现所述方法的控制器的节点和包含所述节点的网络。
优选地，该网络为城域以太网，并且在入口UNI接口处执行所述流量管理。
如果流量管理提供应用每个虚连接或每个服务类的入口带宽配置文件，则根据包含在暂停帧中的标签选择性地停止传输与一个或多个特定虚连接或者一个或多个特定服务类相关。
这样，就得到了比在现有技术中公开的更具选择性的暂停机制的管理。
附图说明
现在，将参考附图公开通过非限制的举例方式给出的本发明的优选实施例，附图包括：
图1是本发明的应用情形的示意表示；
图2A、2B、2C是入口带宽配置文件应用于城域以太网中的UNI的不同规则的图形表示；
图3示出了传统暂停帧的结构；
图4和5示出了根据本发明的两个实施例的暂停帧的结构；
图6和7是本发明的应用的两个例子；以及
图8和9是在接收节点生成暂停帧和在发送节点处理暂停帧的原理图。
具体实施方式
下面将参照在城域以太网入口处在UNI层的优选应用公开本发明。
图1描述了相关情形。图中示出了实现了多个VLAN VL1、VL2...的客户网络CN。来自VLANVL1、VL2...的以太网流在客户边缘CE处多路复用到UNI接口U上。接口U将该流传输给在城域以太网MN入口处的提供商边缘PE，然后从该处，以太网流被转发到有关的节点队列，Q1和Q2示出了其中两个节点队列。
根据以太网规范，在CE将VLAN VL1、VL2...的帧映射到多个跨越UNI的EVC中。这些帧可以包含标签(VLAN标签)，其具有允许识别特定流所涉及的VLAN的信息。可以给同一VLAN的帧的不同集合(例如属于不同服务的帧的集合)分配不同的服务类，从而具有不同的优先级。所述标签的一部分包含标识不同服务类的优先级比特。
为了更好地理解本说明，图2A(每个入口UNI的配置文件)、图2B(每个EVC的配置文件)和图2C(每个EVC和CE-VLAN CoS的配置文件)中再现了在PE处应用带宽配置文件的不同方式。那些图是从上述MEF文档D00029中得到的。在本说明书的背景介绍部分已经阐明了这三种配置文件管理的本质特征，并且没有必要进一步详细说明，详细的说明能够在所述文档D00029中找到。
仍然为了更好地理解本说明，图3再现了传统暂停帧的结构。如图所示，该帧被组织为多个字段，即：目的地址和源地址字段F1、F2(每个6字节)；控制字段(在图中被组合在F3中，并且包含全部6字节)，表征该帧为控制帧，具体为暂停帧，并且指明暂停持续时间；4字节的帧校验序列字段F4。由于以太网帧的标准最小长度为64字节，40字节的字段F5保留作将来使用，余留在字段F3和F4之间。
在图1所描述的情形中，基于图3所示的暂停帧的流量管理对应于图2A所示的带宽配置文件应用(每个入口UNI的配置文件)。因此，其应用意味着停止来自整个客户网络CN的传输。期望一种选择性操作，它能够仅基于帧重新着色或丢弃。
为了选择性地应用基于暂停帧的近端流控制机制，如图4所示，根据本发明的帧消息还包含字段F6，其意欲包含VLAN标签(更具体地，包含VLAN标识符)。VLAN标签(2字节)能够占据保留字段中的同等长度字节。也有可能插入VLAN标签的列表以替代单个VLAN标签。
为了使用修改的暂停帧，下游设备(图1中的PE)应该包含控制器，在查看不同输入缓冲器的填充状态的同时，该控制器还能够从接收帧中提取VLAN标签并插入到暂停帧中。类似地，下游设备(图1中的CE)应该包含能够从接收的暂停帧中提取VLAN标签并选择性地作用于不同VLAN的控制器。
但是，所提出的解决方案与实现现有近端流控制的交换机兼容。事实上，任何这种交换机在从下游交换机接收到具有如图4所示的VLAN标签的暂停帧时，都会因为没有配备用于解释字段F6的装置而简单地忽略该字段的内容，并且将继续停止所有入口以太网帧。
可以采用相同的原理管理如图2C所示的带宽配置文件应用情形。在这种情况下，暂停帧还包含字段F7(如图5所示)，意欲包含VLAN标签的优先级比特。字段F7也占据保留字段的相应部分。
在这种情况下，也可以引入VLAN/优先级列表。
此外，当使用字段F7时，字段F6甚至可以采用其意义为“所有VLAN”的特定值。在这种情况下，仅仅通过优先级识别流。
现在将参考图8和7说明使用本发明的一些例子。在对这些例子的说明中，将与标准流量管理策略进行比较。
在图6的例子中，三个交换机或路由器S1、S2和S3生成各自的以太网流，并将它们发送到另一个交换机S4。在图中以太网流用双线箭头表示。该流可以是未被标记的流，或者是已经用VLAN标签作了标记的流。在后一种情况中，我们假定分别使用VLAN标签“A”、“B”和“C”标记来自S1、S2和S3的流。如果这些流中的任何一个未被标记，则将由交换机S4添加适当的标签A、B或C。
被标记的流被交换机S4多路复用到同一个传输介质上，并被转发到交换机S5，交换机S5对入口中的流执行管制(policing)。流通过VLAN标签进行区别。因此，在本例中，交换机S5正接收三个不同的流。假设必须以不同的方式管理每个流：例如与来自交换机S2的流相比，来自交换机S1的流具有较高的优先级，并且后者的优先级高于来自S3的流。
假设交换机S5检测到拥塞，当前标准功能能够执行两种可能的操作：
-考虑由SLA定义的优先级，丢弃来自交换机S4的以太网帧；或者
-向交换机S4发送暂停帧，从而不考虑优先级而停止所有以太网流。
通过使用本发明，能够停止具有最低优先级(由给定VLAN标签标识，此处为标签“C”)的以太网流(没有被丢弃)，而不影响具有较高优先级的以太网流。
因此，在拥塞情况下，必须执行下列操作：
-交换机S5向交换机S4反向发送在字段F6中具有VLAN标签“C”的暂停帧；
-交换机S4向交换机S3反向发送暂停帧，以便停止帧传输。
图中明确指示了暂停帧，并且以单线箭头显示。
在图7所示的例子中，工作站S6将被标记的帧发送到交换机S7。假设交换机S7管理三个不同的服务类(例如三种不同的服务模型)：
-快速转发(Expedite Forwarding，EF)，用于诸如VoIP(基于IP协议的语音传输)或视频的实时应用；
-保证转发(Assuring Forwarding，AF)，用于具有约定带宽的服务；以及
-尽力而为(Best Effort，BE)，用于使用可用带宽。
以太网帧内部的VLAN优先级表示给定以太网帧所属的服务类。
假设交换机S7检测到拥塞，当前的标准流量管制可以执行两种可能的操作：
-考虑服务类优先级，丢弃来自工作站S6的以太网帧；
-向工作站S6发送暂停帧，从而不考虑优先级，停止所有以太网流(在这种情况中不能确保实时应用)。
通过使用本发明，能够停止具有最低优先级(在本例中为尽力而为流量)的以太网流(没有被丢弃)，而不会影响具有较高优先级的以太网流(例如VoIP)。因此，在拥塞的情况中，交换机S7必须向工作站S6反向发送具有适当VLAN优先级标识符的暂停帧，以便停止该最低优先级以太网流。
另一种可能的情况是与一个CoS相关联的以太网带宽超过了SLA中所规定的带宽。当前标准功能可以执行两种可能的操作：
-丢弃超过SLA中所规定的带宽的以太网帧，或者
-承载该以太网帧，并且在拥塞的情况中丢弃超过指定带宽的帧。
再一次，例如在拥塞情况中，本发明允许停止超过SLA中所规定的带宽的流，而不会造成帧丢失。
在第一应用例子的一个变体中，VLAN优先级可以被用于区别不同的以太网流，并且，在第二应用的一个变体中，VLAN标签可以被用于区别不同服务的服务类。
图8示出了节点中控制器的接收方部分CR的工作原理的方框图。节点中的输入缓冲器IB接收属于不同VLAN或具有不同CoS的多个以太网流FLOW1...FLOWn。在传统方式中，缓冲器IB可以被虚拟细分为不同的部分，每个部分都与一个流相关联。从流FLOW1...FLOWn中提取流的标签TAG1...TAGn并存储在各自的寄存器R1...Rn中。拥塞检测器DE识别在一个或多个缓冲器部分中发生的拥塞，并将拥塞用信号通知选择逻辑SE。当发生拥塞时，选择逻辑SE根据特定的标准选择与一个或多个流关联的标签(多个)，并将它(它们)发送给暂停消息生成器PG，以便插入暂停帧的适当字段。用于标签选择的标准可以与例如上述例子中所公开的分配给数据流的优先级相关。此处的术语“标签”可以仅仅是VLAN标识符(见图4)，或者可以包含VLAN标识符和优先级标识符两者(见图5)。从缓冲器IB输出的流没有被示出，原因在于它们与暂停生成的理解无关。
图9示出了根据本发明的、在被设置为处理暂停帧的节点中控制器的发送方部分CT的工作原理的方框图。暂停接收器PR接收具有标签的暂停帧，并提取标签和有关中止时间的信息。标签解码器TD对提取出的标签解码，并从而生成命令STOP1...STOPm，以通过输出缓冲器OB暂时停止相关流FLOW1...FLOWm的传输。
概括来说，本发明允许管理不同的流量配置文件(例如VoIP、尽力而为、...)而不丢帧，保证协商的等待时间。此外，UNI接口能够承载用VLAN标签区别的几个客户的流量。根据SLS(SLA)，交换机能够以不同方式管理不同客户的流量：例如在过预订(over-subscription)的情况下有可能停止某些客户的以太网流量并且不丢帧地传送其它一些流量。
很显然，上述说明仅仅是通过非限制的举例方式给出的，并且在不脱离本发明的范围的前提下允许改变和修改。
因此，虽然具体参照在城域以太网的入口处的流量管理说明了本发明，但是相同的思想可以被用于网络中的任何节点，在该网络中，在由各自的标签所标识的不同VLAN之间共享资源、和/或管理要求由各自优先级标识符所标识的不同服务类(例如不同优先级)的服务以及接收节点能够通过暂停消息对发送节点施加反压力。

Claims (19)

1、一种通信网络中的流量管理方法，在所述通信网络中，在不同虚连接之间共享通信资源，每个所述虚连接承载来自一个或多个虚拟网络(VL1、VL2)的数据流，其中每个流中的数据单元包括标签(TAG1…TAGn)，该标签包含该流所涉及的虚拟网络的标识符和该流所需的服务等级的标识符，所述方法包括步骤：
从发送节点(CE；S4；S6)接收并在接收节点(PE，S5，S7)暂时存储所述数据流(FLOW1…FLOWn)，并且
在所述接收节点(PE，S5，S7)检测拥塞，并从而向发送节点(CE；S4；S6)发送暂停消息，以便暂时停止数据传输；
其特征在于该方法还包括步骤：
在所述接收节点(PE；S5；S7)从到达流(FLOW1…FLOWn)中读取标签(TAG1…TAGn)，
向暂停消息的第一补充字段(F6)中引入其数据流要求给定服务等级的至少一个虚拟网络(VL1，VL2)的标识符；
在所述发送节点(CE；S4；S6)从所述暂停消息中读取虚拟网络标识符，
选择性地停止属于在暂停消息中所标识的至少一个虚拟网络(VL1，VL2)的流的传输。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述引入步骤包含向所述暂停消息的第一补充字段(F6)中引入要求给定服务等级的虚拟网络的标识符列表，并且，所述选择性停止步骤包含停止属于由所述标识符列表所标识的虚拟网络(VL1，VL2)的数据流的传输。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述引入步骤还包含向暂停消息的第二补充字段(F7)中引入至少一个服务等级的标识符，并且所述选择性停止步骤包含停止属于在暂停消息中所指定的虚拟网络的并且要求在暂停消息中指定的至少一个服务等级的数据流的传输。
4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述引入步骤包含向所述第二补充字段(F7)中引入所述服务等级标识符的列表，并且所述选择性停止步骤包含停止要求由所述标识符列表标识的服务等级的流的传输。
5、如任一个前述权利要求所述的方法，其特征在于：根据服务等级标识符对不同虚拟网络的流的传输执行所述选择性停止。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述引入步骤包含向所述第一补充字段(F6)中引入具有其意义为“所有虚拟网络”的预定值的标识符。
7、如权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：根据虚拟网络标识符对要求特定性能等级的数据单元执行所述选择性停止。
8、如任一个前述权利要求所述的方法，其特征在于：引入到暂停消息的第一和第二补充字段(F6、F7)中的虚拟网络标识符和服务等级标识符是与向其分配了最低优先级的流相关联的标识符。
9、如任一个前述权利要求所述的方法，其特征在于：所述流是以太网流。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述接收节点是城域以太网(MN)的提供商边缘节点(PE)，并且所述发送节点是客户网络(CN)的客户边缘节点(CE)。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述提供商边缘节点(PE)通过应用对不同虚连接不同的入口带宽配置文件来提供流量管理。
12、如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述提供商边缘节点(PE)通过应用对相同虚连接中的不同服务等级不同的入口带宽配置文件来提供流量管理。
13、一种通信网络的节点，在所述通信网络中，在不同虚连接之间共享通信资源，每个所述虚连接承载来自一个或多个虚拟网络(VL1、VL2)的数据流，所述数据流由包括标签的数据单元组成，所述标签包含该流所涉及的虚拟网络的标识符和该流所需的服务等级的标识符；所述节点包括控制器(CR，CT)，该控制器在流接收方，包括用于检测拥塞和用于向上游节点(CE；S4；S6)发送暂停消息的装置(DE，PG)；所述节点特征在于：所述控制器(CR，CT)在所述流接收方还包括：
用于从接收的数据流中读取所述标签并将其存储的装置(R1…Rn)；和
连接到所述读取装置(R1…Rn)的输出并且由所述拥塞检测装置(DE)控制的装置(SE，PG)，用于在发生拥塞时，选择与具有确定的服务等级要求的至少一个数据流相关联的标签和向暂停消息的第一补充字段(F6)中引入所述至少一个数据流的虚拟网络标识符。
14、如权利要求13所述的节点，其中，所述控制器(CR，CT)在流发送方包含：用于从下游节点(PE；S5；S7)接收暂停消息并且暂时停止去向所述下游节点(PE；S5；S7)的数据传输的装置(PR)，其特征在于：所述控制器(CR，CT)在所述流发送方还包括：连接到所述暂停消息接收装置(PR)的输出的装置(TD)，用于从接收的暂停消息中读取并解释所述虚拟网络标识符，所述读取和解释装置(TD)生成用于选择性地停止属于在暂停消息中所标识的虚拟网络(VL1，VL2)的流(FLOW1…FLOWm)的传输。
15、如权利要求13或14所述的节点，其特征在于：所述引入装置(SE，PG)被设置为向暂停消息的第二补充字段(F7)中引入所述服务等级标识符，并且在发送方的所述读取和解释装置(TD)被设置为选择性地停止要求在暂停消息中所指定的服务等级的流的传输。
16、如权利要求13到15中的任一项所述的节点，其特征在于：它是城域以太网的节点(PE；S1-S5；S6，S7)。
17、如权利要求16所述的节点，其特征在于：它是所述城域以太网络的提供商边缘节点(PE)，提供应用每个虚连接或每个服务类的入口带宽配置文件，其中，所述选择性停止传输与一个或多个特定虚连接或者一个或多个特定服务等级相关。
18、一种包含执行如权利要求1到12中任一项所述的流量管理的节点的通信网络。
19、一种包含如权利要求13到17中任一项所述的节点的通信网络。
CN200510118094.3A 2004-10-25 2005-10-25 城域以太网中用户网络接口处的带宽配置文件管理方法 Pending CN1770740A (zh)

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