CN1781287B

CN1781287B - 用于柔性带宽分配的方法和设备

Info

Publication number: CN1781287B
Application number: CN2004800112798A
Authority: CN
Inventors: 帕沙特·冈赫; 罗伯特·克斯戈; 柯德克·杜斯
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: AU2004300861A1; EP1639769B1; CA2521516A1; US7327682B2; CA2521516C; EP1639769A1; US20050120102A1; ATE546921T1; WO2005006678A1; CN1781287A

Abstract

本发明提供了用于以柔性方式分配网络资源的方法和设备。在某些实现方式中，用户用于特定类型服务的未被使用的资源被分配给另一类型的服务。在其他实现方式中，第一用户的未被使用的资源被分配给第二用户，例如以此交换对第一用户的相对较低的服务费用。未被使用的带宽可以在分层的或不分层的基础上被分配。在优选实施例中，使用令牌桶方法来分配资源。优选地，高优先级的资源不会被分配方案所损害。共享资源或带宽的规则或方式可以以静态方式指定，或者可以使用关于网络中拥塞状态的信息来生成动态(随时间变化)规范。

Description

用于柔性带宽分配的方法和设备

技术领域

本发明涉及网络技术。更具体而言，本发明涉及网络中的资源分配。

背景技术

服务供应商可以选择执行可用于用户的不同等级的服务，这些服务通常具有相应的价格差异。例如，某些用户可能需要比其他用户相对更高的数据传输速率，并且愿意为能够提供这种传输速率的更高服务质量(“QoS”)支付额外费用。而其他用户可能希望对于某些服务(例如语音)接收较高QoS，而对于其他服务(例如非关键性数据)接收较低QoS。服务供应商通常基于分配给不同级别用户的配置文件来区分这些用户。

通常，用户对网络资源的用量是通过测量用户流量在被提交到服务供应商的网络时所消耗的带宽量而被测量或限制的。术语“承诺信息速率”(“CIR”)通常被用于指代在某段时间内测量出的能够被特定用户所消耗的最大带宽量。为了允许被提交到网络的流量流中的波动，还可以定义可允许的“突发度(burstiness)”。这通常被称为“峰值信息速率”(“PIR”)。IETF注释请求2697“A Single Rate Three Color Marker”和IETF注释请求2698“A Two Rate Three Color Marker”描述了示例性的CIR和PIR，这里为了所有目的通过引用将它们结合于此。

由用户提交到服务供应商的流量的带宽(即位数/秒)被用作对该流量穿过服务供应商的网络时将消耗的网络资源量的代理。网络资源可以包括诸如缓冲、CPU周期、存储器、CAM条目等的项。

用户可能具有用于各种类型信息(例如语音、视频、数据等)的聚合CIR和单独的“粒状”CIR和/或PIR。例如，一个特定用户可能具有10Mb/s聚合CIR，其中包括2Mb/s用于语音的粒状CIR、3Mb/s用于数据的粒状CIR和5Mb/s用于视频信息的粒状CIR。

所有这些类型的信息都将可能出现“突发”，这种“突发”意味着在某段时间无信息传输，而在其他时间需要传输大量信息。为了调节突发流量，网络管理员需要确保网络资源以公平而可预测的方式被分配，即，一个用户的流量突发不应该限制由另一用户提交的符合已分配给该用户的资源水平的流量流。

但是，鉴于一旦错过发送数据的机会，就无法再挽回，因此网络资源可以被看作“易腐烂的”量。

因此服务供应商被两个矛盾的力所驱动。第一个是确保资源被公平分割的需求。第二个是使可用网络资源的利用率最大化的需求，这可以关联到可能的收入机会。挑战在于，允许某些用户所提交流量的量突发，而同时确保其他用户在选择发送流量的情况下不会因缺乏资源而感到“饥饿”。

用于调节和调整突发流量模式的常用方法是通过利用“令牌桶”分类数据分组而实现的。这里所使用的术语“分组”、“帧”等将被一般地用于指代极小的信息单元，并且不应该被理解为仅仅指代一个特定的协议、层等等。图1示出了令牌桶180，该令牌桶被用于判断数据分组是“符合”还是“不符合”指定参数。例如，被分类为“符合”的分组可以被传输到其想要去的目的地。而被分类为“不符合”的分组可能根据特定实现方式和服务定义而被丢弃或被给予更低等级的服务。

令牌185可以被看作对发送预定数据单元的授权；因此，令牌通常以位或字节为单位而被测量。在图1中被表示为水滴的令牌185以固定速率R流入令牌桶180，所述速率R以每时间单位中的数据单元(例如位或字节每秒)为单位而被测量。在该示例中，令牌桶180的容量或容积V为190个数据单元。容积V与可以被发送并仍旧符合令牌桶180的最大数据突发有关。

通常，一个或多个令牌桶被用于加强每个带宽分布特性。然后，可以使特定的流量流经历特定的带宽分布特性。从而，一个或多个令牌桶被用于加强用于每个流量流的带宽分布特性。CIR是带宽分布特性的一个属性，并与用户在一个长时间段内可以发送的流量的量有关，并且是所有分组都必须符合的。例如，一个令牌桶可以与用于语音信息的一个CIR关联使用，而另一令牌桶可以与用于数据的一个CIR关联使用。其他令牌桶例如可以与用于每种类型信息的PIR相关联。

分组根据它们是符合的，还是不符合的而被分类。在某些优选实施例中，分组根据例如在上述IETF注释请求中实现的颜色方案(红、黄和绿)而被分配。但是，可以使用任何适当的分类方案。

例如，假设在缓冲器195中等待发送的下一数据分组196的大小为b个数据单元，其中V＞b。如果令牌桶180已满，则数据分组196是“符合的”分组。根据某些实现方式，数据分组196将被标记为“绿色”以指示它是符合的分组。例如，当令牌桶180包含至少用于b个数据单元的令牌时，将得到同样的结果。一旦已经确定分组是符合的，就从令牌桶180中去掉b个令牌185。

但是，如果令牌桶180包含的令牌不够用于b个数据单元，则数据分组196是不符合的。根据某些实施例，不符合的数据分组196可以利用另一颜色(例如黄或红)来标记。

根据特定实现方式，符合和不符合的数据分组可以以各种方式来对待。例如，符合的数据分组196可以立即被发送，而不符合的分组可以被丢弃。

通常，如果用户没在发送数据，令牌桶180则会在相对较短的时间内(例如在秒的数量级上)达到它的容量190。在令牌桶180到达其容量190之后，额外的新令牌(现在被称为超额令牌)被丢弃。这些丢弃的令牌代表未被使用的网络资源。以更有效的方式分配用户的总CIR将是希望看到的。而且，在某些示例中，还希望将一个用户未使用的带宽柔性地分配给另一用户或同一用户的另一服务。

发明内容

本发明的某些实现方式提供了一种在计算机网络中分配资源(例如带宽、缓冲区空间、存储器、CPU周期等)的方法。该方法包括以下步骤：确定第一时间，该第一时间是控制第一带宽分配的第一令牌桶几乎充满第一令牌的时间；以及在第一时间之后，将超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

第一令牌桶可以具有第一容量，第二令牌桶可以具有第二容量，并且第二容量可以在第一时间之后增大。所述第一带宽分配和第二带宽分配可以都专用于单个用户。可替换地，所述第一带宽分配可以专用于第一用户，而所述第二带宽分配可以专用于第二用户。

该方法还可以包括以下步骤：确定第二时间，该第二时间是第二令牌桶几乎充满第二令牌和超额的第一令牌的时间；以及在第二时间之后，将超额的第二令牌分配到控制第三带宽分配的第三令牌桶。

所述第一带宽分配和第二带宽分配可以都包括承诺信息速率和/或峰值信息速率。所述第一令牌桶和第二令牌桶可以是颜色感知令牌桶。

该方法还可以包括以下步骤：确定第二时间，该第二时间是第二令牌桶几乎充满第二令牌，并且第一令牌桶未充满第一令牌的时间；以及在第二时间之后，将额外的第二令牌分配到第一令牌桶。第一令牌桶可以具有第一容量，第二令牌桶可以具有第二容量，并且第一容量在第二时间之后增大。

在计算机网络中分配带宽的替换方法包括以下步骤：确定被添加到控制第一带宽分配的第一令牌桶的第一令牌将是超额的第一令牌；并且将所述超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

在计算机网络中分配带宽的其他方法包括以下步骤：确定控制第一带宽分配的第一令牌桶几乎充满第一令牌；确定网络拥塞的状态；并且当所述网络拥塞的状态在可接受的水平上时，将额外的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。该方法还可以包括以下步骤：当网络拥塞的状态不在可接受的水平上时，将少于全部额外的第一令牌的额外第一令牌分配到第二令牌桶。

本发明的某些实施例提供了一种包含在机器可读介质中的计算机程序。该计算机程序控制网络设备执行以下步骤：确定第一时间，该第一时间是控制第一带宽分配的第一令牌桶几乎充满第一令牌的时间；以及在所述第一时间之后，将超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。所述第一令牌桶和第二令牌桶可以是颜色感知令牌桶。

所述第一带宽分配和第二带宽分配可以都专用于单个用户。可替换地，所述第一带宽分配可以专用于第一用户，而所述第二带宽分配可以专用于第二用户。所述第一带宽分配和第二带宽分配可以都包括承诺信息速率和/或峰值信息速率。

该计算机程序还可以控制网络设备执行以下步骤：确定第二时间，该第二时间是所述第二令牌桶几乎充满第二令牌和超额的第一令牌的时间；以及在所述第二时间之后，将超额的第二令牌分配到控制第三带宽分配的第三令牌桶。

该计算机程序还可以控制网络设备执行以下步骤：确定第二时间，该第二时间是所述第二令牌桶几乎充满第二令牌，并且所述第一令牌桶未充满第一令牌的时间；以及在所述第二时间之后，将额外的第二令牌分配到所述第一令牌桶。

本发明的替换实施例提供了一种用于在计算机网络中分配带宽的网络设备。该网络设备被配置为执行以下步骤：确定控制第一带宽分配的第一令牌桶几乎充满第一令牌；确定网络拥塞的状态；并且当所述网络拥塞的状态在可接受的水平上时，将额外的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

附图说明

图1示出了令牌桶。

图2示出了网络。

图3示出了分配带宽的分层式方法。

图4示出了承诺信息速率的令牌桶和峰值信息速率的令牌桶。

图5的流程图示出了分类分组的3色方法。

图5A的流程图示出了用于处理已根据3色分类方案被标记的分组的颜色感知方法。

图6示出了一种实现方式，其中每种类型的服务由一个承诺信息速率令牌桶和一个峰值信息速率令牌桶控制。

图7示出了用于共享资源的一般性实现方式。

图8示出了可被配置用于实现本发明的某些方法的网络设备的示例。

具体实施方式

在以下描述中，提出了多个具体细节，以便对本发明提供全面理解。但是，本领域技术人员显而易见，在无需这些具体细节中的一些或全部的情况下也可以实施本发明。在其他示例中，没有详细描述公知的过程步骤，以免不必要地模糊本发明。

图2示出了数据网络205，它可以是任意类型的网络，包括有线网络、TCP/IP网络、光纤信道网络等等。在本示例中，信息在网络设备210(例如位于Philadelphia)和网络设备215与220(例如分别位于Hoboken和Washington)之间传播。

网络205可以在同一物理接口上提供多种服务，例如用于语音信息225和视频信息230。为了提供用于分配网络资源和用于对这些资源计费的基础，服务供应商可以基于每种服务或每个用户来实现某种形式的带宽整形和/或策略。例如，服务通常是根据一个或多个带宽分布特性来提供的，而所述带宽分布特性使用上述令牌桶方法被加强。令牌桶例如可以在与网络设备210相关联的硬件和/或软件中被实现。这里，在Washington的用户A，语音信息225被分配了1Mb/s的固定CIR，而视频信息230被分配了4Mb/s的固定CIR，从而总CIR为5Mb/s。在Hoboken的用户B被保证用于各种类型信息的10Mb/s的总CIR。

网络设备210需要能够将信息引导至合适的用户。一般，这通过利用数据分组头部中的目的地地址加以协助。信息可以在任意便利的层(例如第2或3层)中被编码。

在本示例中，在位置210和用户B之间的流量比在位置210和用户A之间的流量相对更多。但是，现有技术的方法没有提供用于从用户A向用户B分配超额带宽的便利方法。类似地，用户A的视频流量与用户A的语音流量相比相对更重。同样，现有方法也没有提供用于从用户A的用于语音信息的CIR向用户A的用于视频信息的CIR分配超额带宽的便利方法。此外，在相对较短的时间段内，每种类型(例如语音和视频)的流量的相对量可能波动。因此，提供资源固定(静态)分配的任意方案都将是次优的。因此，本发明提供了用于在多种类型服务和/或用户之间柔性(就是说，在短时间段内动态变化)分配带宽的方法和设备。

图3示出了一种用于柔性带宽分配的方法。在该示例中，带宽根据预定的分层结构被柔性地分配。在本示例中，令牌桶305控制第一类型的服务(例如语音信息)，令牌桶325控制第二类型的服务(例如关键业务数据)，而令牌桶355控制第三类型的服务(例如尽力而为型数据)。如下面将更详细描述的，令牌桶的数量和类型、服务的类型等等纯粹是示例性的。

令牌301以速率R₁流入令牌桶305，并且不时地被第一类型服务的流量T₁所消耗。但是，将存在其间很少或没有流量T₁存在的时间。在这些时间，当令牌桶305充满时，超额令牌310以(R₁-T₁)的大致平均速率被转移或“赠送”到另一令牌桶中。在本示例中，超额令牌310被转移到令牌桶325中，并使其可以被第二类型的服务所用。一旦令牌被放置在令牌桶中，它就只能通过分组测量所涉及的处理而被从该令牌桶中去除。因此，只有超额令牌会被转移到另一令牌桶中。

同样，令牌321以速率R₂流入令牌桶325，并且不时地被第二类型服务的流量T₂所消耗。但是，当很少或没有流量T₂存在时，超额令牌340将被赠送给另一令牌桶。在本示例中，超额令牌340被赠送给令牌桶355，并使其可以被第三类型的服务所用。由于令牌桶325还正在接收来自令牌桶305的超额令牌310，因此超额令牌340以(R₁+R₂-T₁-T₂)的大致平均速率被赠送给令牌桶355。

根据上述实现方式，存在对超额令牌的分层式分发。在某些这样的实现方式中，超额令牌将被从控制较高优先级服务的令牌桶赠送给控制较低优先级服务的令牌桶。但是，超额令牌可以以任何便利的方式被分发。例如，在其他实现方式中，超额令牌310只被转移到令牌桶355。在另外其他实现方式中，超额令牌310中的一些被赠送给令牌桶325，而其余被赠送给令牌桶355。更一般地，来自任意令牌桶的超额令牌中的一些或全部可以被转移到任意其他的令牌桶。

在优先实现方式中，只有当“捐赠者”令牌桶已满，或至少几乎已满时，令牌才被分类为“超额”令牌。这避免了由捐赠者令牌桶控制的服务中的任意恶化。在本示例中，只有当令牌桶305已满时，令牌310才被分类为“超额的”，并使其可以被一个或多个其他的令牌桶所用。因此，当流量T₁再次开始时，令牌桶305将处于与在令牌310未被赠送给其他令牌桶的情况下它将具有的状况相同的状况：令牌桶305将处于容量满的状态，并处在以速率R₁被重新填充的过程中。类似地，只有在令牌桶355已满时，令牌340才能被其他令牌桶所用。

优选地，根据本发明接收到超额令牌的任意令牌桶的容量是柔性的，以便容纳超额令牌310。在图3所示的示例中，令牌桶325正在接收超额令牌310，从而V₂优选是可变的。在一个这样的实现方式中，当令牌桶325接收到超额令牌310时，令牌桶325的容量增大V₁，即令牌桶305的容量。根据某些实现方式，令牌桶的容量可以随时间变化(例如一天中的时间和/或一星期中的天)。根据其他实现方式，令牌桶的容量可以响应于网络利用率的状态而变化。

根据某些实现方式，为了判断令牌桶325中的令牌是否超额，我们保持跟踪桶中的不同种类的令牌。令V＝X+Y，其中X是用于本地令牌的容量，而Y是用于被赠送令牌的容量。如果桶中存在X个本地令牌，则新的本地令牌是超额的，如果桶中存在Y个被赠送令牌，则新的被赠送令牌是超额的。每次分组被发送时，如果可获得被赠送令牌，则被赠送令牌减1。根据这样的实现方式，当T1繁重时，令牌桶325具有容量X，而当T1缓慢时，令牌桶325具有容量X+Y。例如，如果流量T2是突发性的，则这样的实现方式是有利的。

如上所述，本发明的某些实现方式使用多色令牌桶方案，它可以是在RFC 2698等中所描述的类型。参考图1所描述的令牌桶可以被看作2色的令牌桶，其中符合的令牌被分类为一种颜色(例如绿色)，而不符合的令牌被分类为另一种颜色(例如红色)。但是，可以采用任意颜色数目的分类。

现在将参考图4到6来描述3色令牌桶方案。图4示出了PIR令牌桶405和CIR令牌桶420，在本示例中，这两者都被用于控制一种特定服务。PIR令牌桶405以速率410被填充，并具有容量415。CIR令牌桶420以速率425被填充，并具有容量430，该容量小于容量415。

图5的流程图示出了采用PIR令牌桶405和CIR令牌桶420的3色分类过程。在步骤510中，具有b个数据单元(例如字节)的分组到达。在步骤515中，利用PIR令牌桶来测试该分组。如果该分组不符合PIR桶，则在步骤520中将该分组分类为“红色”，并据此处理分组。例如，分组可以被立即丢弃。

如果该分组符合PIR桶，则在步骤530中，利用CIR令牌桶来测试该分组。如果该分组符合CIR令牌桶，则在步骤535中将分组分类为“绿色”，并据此处理分组(例如发送分组)。从PIR和CIR令牌桶中减去对应于b个数据单元的令牌。如果确定该分组不符合CIR令牌桶，则在步骤540中将该分组分类为“黄色”，并据此处理分组。根据优选实施例，从PIR令牌桶405中减去b个令牌。

根据本发明的某些实现方式，分组在位于网络一个部分中的第一设备中被分类和颜色编码，并被位于网络另一部分中的第二“下游”颜色感知设备所处理。图5A的流程图概括示出可以被“下游”颜色感知设备用于应对3色方案的过程。在步骤550中，经颜色编码的分组到达，颜色编码信息例如可以被包括在分组的头部中。

在步骤555中，经颜色编码的分组被PIR令牌桶所测试。如果该分组被标记为红色，则它在步骤560中将其分类为红色分组，并据此处理分组(例如丢弃分组)。如果分组没有被标记为红色，但是分组不符合PIR桶(分组大小超过PIR桶中的令牌数目)，则在步骤560中，将该分组分类为红色分组。

在步骤565中，经颜色编码的分组被CIR令牌桶所测试。如果分组被标记为黄色，则它在步骤570中将其分类为黄色分组，并据此处理分组。根据优选实施例，从PIR令牌桶405中减去b个令牌。如果分组没有被标记为黄色，但是分组不符合CIR桶(分组大小超过CIR桶中的令牌数目)，则在步骤570中将分组分类为黄色分组，并从PIR令牌桶405中减去b个令牌。否则，在步骤575中将分组标记为绿色，并从PIR令牌桶405和CIR令牌桶420中都减去b个令牌。

一般而言，服务供应商无法依赖用户以可靠方式“着色”它们的分组。因此，在本发明的优选实现方式中，服务供应商将“着色”分组。分组在到达它的最终目的地之前可能穿越多个下游服务供应商。因此，分组可能在其被第一服务供应商监管之后被“着色”。这可以在分组交换机中的线路卡或诸如ASIC之类的集中资源中完成。

当分组到达下游服务供应商时，下游服务供应商可能与第一服务供应商之间具有关于“颜色”标记的含义和可靠性的协议。下游服务供应商现在可以以“颜色感知”模式监控分组。这可以在位于下游服务供应商的网络边缘的分组交换机中的线路卡或中央资源中完成。

颜色感知测量仪可以被第二服务供应商用于向第一服务供应商提供服务。第一服务供应商已标记了来自其用户的分组，并正在从第二服务供应商购买资源。第二服务供应商使用颜色感知测量仪来确保第一服务供应商只获得已付费的资源，而同时确保符合的(绿色)原始用户被赋予高质量的处理。

图6示出了具有参考图4和5描述的类型的3色令牌桶方案的示例。该方法被用于服务类型605、610和615，它们可以是任意类型的服务。例如，服务605可以是关键业务数据，服务610可以是视频，而服务615可以是尽力而为型数据。

但是，在本示例中，服务类型605被具有PIR 625的PIR令牌桶620和具有CIR 635的CIR令牌桶630所控制。优选地，当PIR令牌桶620已满或几乎满时，来自PIR令牌桶620的超额令牌640可以被赠送给其他的PIR令牌桶。这里，超额令牌640仅被赠送给PIR令牌桶645，而来自PIR令牌桶645的超额令牌仅被赠送给令牌桶675。此外，来自令牌桶675的超额令牌被丢弃。

在本实现方式中，用于每种服务类型的CIR令牌桶与用于该服务类型的PIR令牌桶独立地进行操作。优选地，当CIR令牌桶630已满或几乎满时，来自CIR令牌桶630的超额令牌655可以被赠送给其他CIR令牌桶。这里，超额令牌655仅被赠送给CIR令牌桶660，而来自CIR令牌桶660的超额令牌仅被赠送给令牌桶685。来自令牌桶685的超额令牌被丢弃。

但是，本发明的方法可以应用于任意数目的颜色和任意数目的服务类型。此外，如上所述，超额令牌的赠送过程不一定是分层的。例如，来自令牌桶675和685的超额令牌可以被赠送给用于服务类型605和/或610的相应令牌桶。超额令牌670可以被赠送给令牌桶620，而超额令牌680可以被赠送给令牌桶630。超额令牌640可以被至少部分地直接赠送给令牌桶675。类似地，超额令牌655可以被至少部分地直接赠送给令牌桶685。

令牌可以被看作对由特定服务或用户使用网络资源的授权。因此，令牌最初被服务供应商创建或赋予。本发明描述了在多个令牌桶之间重分配或转移超额令牌的后续过程。参与重分配方案的令牌桶可以形成多种拓扑，例如多层的分层结构、有向图等等。在一般情况下，鉴于超额令牌可能以该令牌沿其路径折回的方式从一个令牌桶转移到另一令牌桶，因此在令牌桶之间重分配超额令牌的拓扑可能构成循环。就是说，令牌可能由于路径中的所有令牌桶都已满而因此返回到该令牌之前从其转移出去的那个令牌桶。这会导致超额令牌无穷多次地“按其原路径折回”。在一个实施例中，为了避免这种无休止的循环，当创建每个令牌时，为该令牌附上计数器。该计数器最初例如可以被设置为零。如果该令牌是超额令牌，则在每次该超额令牌被从一个令牌桶转移到另一另牌桶时，该计数器被加1。当计数器达到数目I(该值是可配置的)时，该超额令牌被丢弃。因此，避免了超额令牌无休止地循环的可能性。

图7示出了本发明的多色实现方式。这里，N个测量仪被用于控制N种类型服务的带宽分配，其中N可以是任何便利的正整数。所述测量仪可以是令牌桶，但是也可以是任意适当类型的测量设备，例如与银行相关联的信用额度。

N个测量仪中的每一个都使用M色分类方案，其中M是任何便利的正整数。N个测量仪中的任意一个都可以向任意其他的测量仪赠送超额测量资源(例如令牌)。但是，优选地，如上所述，测量资源中的每一个都是被隔离的。如上述优选实施例之一所描述的，该隔离过程与使超额CIR令牌仅被赠送给其他CIR令牌桶以及使超额PIR令牌仅被赠送给其他PIR令牌桶的过程是平行的。

一般，本发明的技术可以在软件和/或硬件上实现。例如，它们可以被实现在操作系统内核中、分离的用户进程中、绑定到网络应用的库程序包中、专门构建的机器上或网络接口卡上。在本发明的特定实施例中，本发明的技术被实现在诸如操作系统之类的软件中，或运行在操作系统上的应用程序中。

本发明的技术的软件或软件/硬件混合实现方式可以被实现在通用可编程机器上，该通用可编程机器可以被存储在存储器中的计算机程序来有选择地激活或重配置。这样的可编程机器可以是被设计用于处理网络流量的网络设备，例如路由器或交换机。这样的网络设备可以具有多个网络接口，例如包括帧中继和ISDN接口。这种网络设备的具体示例包括路由器和交换机。对于这些机器中的某些的一般体系结构将从以下给出的描述中显现出来。在可替换的实施例中，本发明的技术可以被实现在诸如个人计算机或工作站之类的通用网络主机机器上。此外，本发明可以至少部分地实现在用于网络设备或通用计算设备的卡(例如接口卡)上。

现在参考图8，适用于实现本发明的某些技术的网络设备860包括主中央处理单元(CPU)862、接口868和总线867(例如PCI总线)。

一般，接口868包括适合于与适当介质通信的端口869。在某些实施例中，一个或多个接口868包括至少一个独立的处理器874，并在某些示例中，还包括易失性RAM。独立处理器874例如可以是ASIC或任意其他适当的处理器。根据某些这样的实施例，这些独立处理器874执行这里所述逻辑功能中的至少一些。在某些实施例中，一个或多个接口868控制诸如媒体控制和管理之类的通信密集型任务。通过提供用于通信密集型任务的分离处理器，接口868允许主微处理器862有效地执行其他功能，例如路由计算、网络诊断、安全性功能等等。

接口868通常提供为接口卡(有时被称为“线路卡”)。一般，接口868控制网络上数据分组的发送和接收，并有时支持网络设备860所使用的其他外设。在可以提供的接口中包括FC接口、以太网接口、帧中继接口、电缆接口、DSL接口、令牌环接口等等。另外，可以提供各种甚高速接口，例如快速以太网接口、千兆位以太网接口、ATM接口、HSSI接口、POS接口、FDDI接口、ASI接口、DHEI接口等等。

当在适当软件或固件的控制下动作时，在本发明的某些实现方式中，CPU 862可以负责实现与所需网络设备的功能相关联的具体功能。根据某些实施例，CPU 862在包括操作系统(例如Windows NT)和任意适当的应用软件在内的软件控制下，实现所有这些功能。

CPU 862可以包括一个或多个处理器863，例如来自Motorola微处理器族的处理器或来自MIPS微处理器族的处理器。在可替换的实施例中，处理器863是被特别设计的用于控制网络设备860的操作的硬件。在特定实施例中，存储器861(例如非易失性RAM和/或ROM)也构成CPU862的一部分。但是，存储器可以以很多不同方式被耦合到系统。存储器块861可以被用于各种目的，例如缓存和/或存储数据、对指令编程等。

无论网络设备的配置怎样，它都可以采用一个或多个存储器或存储器模块(例如存储器块865)，这一个或多个存储器或存储器模块被配置用于存储数据、用于通用网络操作的程序指令和/或其他关于这里所述技术的功能的信息。程序指令例如可以控制操作系统和/或一个或多个应用的操作。

因为可以采用这样的信息和程序指令来实现这里所述的系统/方法，因此本发明涉及包括用于执行这里所述各种操作的程序指令、状态信息等的机器可读介质。机器可读介质的示例包括，但不局限于：诸如硬盘、软件和磁带之类的磁介质；诸如CD-ROM盘之类的光介质；磁光介质；和被特别配置以用于存储和执行程序指令的硬件设备，例如只读存储器设备(ROM)和随机访问存储器(RAM)。本发明还可以被包含在通过适当介质传播的载波中，例如无线电波、光线路、电线路等等。程序指令的示例既包括诸如编译器生成的机器码，又包括包含可以由计算机通过使用解释器执行的更高级代码的文件。

虽然图8所示的系统示出了本发明的一个特定网络设备，但是它决不是可以实现本发明的唯一网络设备体系结构。例如，经常使用具有处理通信和路由计算等的单个处理器的体系结构。

用于实现本发明的测量仪可以是系统中的集中功能，如图8所示，或者也可以是分布式的(例如在每个接口和/或线路卡上)。在某些实施例中，测量功能被实现为专用微代码引擎和/或ASIC中的硬线逻辑。

此外，其他类型的接口和介质也可以被用于该网络设备。接口/线路卡之间的通信路径可以是基于总线的(如图8所示)，也可以是基于交换构架的(例如交叉构架)。

其他实施例

虽然这里示出并描述了本发明的示例性实施例和应用，但是可以进行很多落入本发明的概念、范围和精神内的变化和修改，并且这些变化将被本领域普通技术人员阅读本申请之后所获知。

例如，上述某些实施例在多层分层结构的每个层次上仅包括一个对网络资源的请求者。但是，在每个层次上具有多个请求者也是可能的。当令牌溢出层次N上的令牌桶时，可能在层次N+1上将这些令牌分配给多个请求者。用于分配超额令牌的逻辑可以基于多个方案中的任意一个，例如轮叫或加权轮叫(例如两个用于请求者X，一个用于请求者Y)。类似地，如果令牌在层次N+1上的多个令牌桶中的任意一个令牌桶溢出，则这些令牌可以溢出到层次N+2上的多个桶。令牌从一个层次流到另一层次的方式可以以继承链(例如作为树状结构)来描述。在该树中，并非层次N上的所有请求者都必须“继承”来自同一父亲、祖父等的令牌。

此外，还可以使用颜色感知资源共享方案，该方案对标记了不同颜色的分组应用不同的处理。例如，溢出“绿色”桶的令牌可能被提供到“黄色”桶，黄色到红色，以此类推。在一个这样的实现方式中，到达的绿色帧将首先从绿色桶搜索令牌。如果未获得任何令牌，则该帧将从“黄色”桶搜索令牌。如果获得了足够令牌，该帧则将被标记为黄色。但是，到达的黄色帧将从黄色桶中搜索令牌。如果未获得任何令牌，则将从红色桶搜索令牌，以此类推。

本发明的其他实现方式可以使用其他类型的测量算法来控制带宽分布特性。例如，某些实现方式使用类似于在异步传输模式(“ATM”)中使用的“漏桶”。令牌以恒定速率从桶中漏出。在每次发送分组时，将令牌放置到桶中，除非桶溢出。将导致溢出的分组是不符合的。

本发明的另一实施方式使用诸如SMDS所使用的“证书管理器”算法。证书管理器与令牌桶很相似，但是使用证书来取代令牌。另一实现方式使用类似于“帧中继”的证书方案，该方案用于例如对蜂窝电话的使用提供时间间隔证书。在帧中继系统中，在时间间隔结尾处未被使用的证书被丢弃。

本发明的某些实现方式并入了对网络状态的反馈，以便改变令牌溢出方式(速率、令牌接收者等)。例如，如果网络经历拥塞，则有可能令牌溢出分层结构中的某个层次。当拥塞事件过去时，令牌可以继续溢出到其他或所有层次。可替换地，关于网络拥塞的反馈可以致使被赠送到其他令牌桶的令牌流中发生改变(例如减少)。从网络获得反馈的方法可以根据本领域公知的任意方法，例如基于往返时间、窗口尺寸等的方法。

因此，本实施例将被看作示例性的而非限制性的，并且本发明并不局限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等同物内被修改。

Claims

1.一种在计算机网络中分配带宽的方法，该方法包括：

确定第一时间，该第一时间是控制第一带宽分配的第一令牌桶充满第一令牌的时间；以及

在所述第一时间之后，将超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述第一令牌桶具有第一容量；

所述第二令牌桶具有第二容量；并且

所述第二容量在所述第一时间之后增大。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都专用于单个用户。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一带宽分配专用于第一用户，而所述第二带宽分配专用于第二用户。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定第二时间，该第二时间是所述第二令牌桶充满第二令牌和超额的第一令牌的时间；以及

在所述第二时间之后，将超额的第二令牌分配到控制第三带宽分配的第三令牌桶。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都包括承诺信息速率。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都包括峰值信息速率。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一令牌桶和所述第二令牌桶都是颜色感知令牌桶。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定第二时间，该第二时间是所述第二令牌桶充满第二令牌，并且所述第一令牌桶未充满第一令牌的时间；以及

在所述第二时间之后，将额外的第二令牌分配到所述第一令牌桶。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

所述第一令牌桶具有第一容量；

所述第二令牌桶具有第二容量；并且

所述第一容量在所述第二时间之后增大。

11.一种在计算机网络中分配带宽的方法，该方法包括：

确定被添加到控制第一带宽分配的第一令牌桶的第一令牌将是超额的第一令牌；并且

将所述超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

12.一种在计算机网络中分配带宽的方法，该方法包括：

确定控制第一带宽分配的第一令牌桶充满第一令牌；

确定网络拥塞的状态；并且

当所述网络拥塞的状态在可接受的水平上时，将额外的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶。

13.如权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：当所述网络拥塞的状态不在可接受的水平上时，将少于全部额外的第一令牌的额外第一令牌分配到所述第二令牌桶。

14.一种用于在计算机网络中分配带宽的网络设备，包括：

用于确定第一时间的装置，该第一时间是控制第一带宽分配的第一令牌桶充满第一令牌的时间；以及

用于在所述第一时间之后，将超额的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶的装置。

15.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都专用于单个用户。

16.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一带宽分配专用于第一用户，而所述第二带宽分配专用于第二用户。

17.如权利要求14所述的网络设备，所述网络设备还包括：

用于确定第二时间的装置，该第二时间是所述第二令牌桶充满第二令牌和超额的第一令牌的时间；以及

用于在所述第二时间之后，将超额的第二令牌分配到控制第三带宽分配的第三令牌桶的装置。

18.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都包括承诺信息速率。

19.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一带宽分配和所述第二带宽分配都包括峰值信息速率。

20.如权利要求14所述的网络设备，其中所述第一令牌桶和所述第二令牌桶都是颜色感知令牌桶。

21.如权利要求14所述的网络设备，所述网络设备还包括：

用于确定第二时间的装置，该第二时间是所述第二令牌桶充满第二令牌，并且所述第一令牌桶未充满第一令牌的时间；以及

用于在所述第二时间之后，将额外的第二令牌分配到所述第一令牌桶的装置。

22.一种用于在计算机网络中分配带宽的网络设备，该网络设备包括：

用于确定控制第一带宽分配的第一令牌桶充满第一令牌的装置；

用于确定网络拥塞的状态的装置；以及

用于当所述网络拥塞的状态在可接受的水平上时，将额外的第一令牌分配到控制第二带宽分配的第二令牌桶的装置。