CN1859206A - 一种剩余带宽复用的方法及网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种剩余带宽复用的方法，包括：A.设置多个漏桶，该多个漏桶分别对应不同等级的业务；B.将从所述漏桶中溢出的令牌，按业务的等级有序注入到其他等级的业务对应的漏桶中。本发明通过漏桶技术实现用户总的带宽限制以及各种业务的带宽限制的同时，各种业务限制带宽剩余的部分可以为其它业务按优先级别的高低共享使用，实现了带宽的有序复用，解决了传统漏桶技术的不足，提供更为灵活和成本更低的带宽限制和复用。

Description

一种剩余带宽复用的方法及网络设备

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种剩余带宽复用的方法及网络设备。

背景技术

漏桶技术在路由器、以太网交换机中有着广泛使用，通过软件或者硬件都可以实现，在网络流量拥塞时用于流量限制和标记。流量策略的典型作用是限制进入某一网络的某一连接的流量与突发，在报文满足一定条件时，如某个连接的报文流量过大，监管就可以对该报文采取不同的处理动作，例如丢弃报文或重新设置报文的优先级等。通常的用法是使用CAR(Committed Access Rate，承诺访问速率)来限制某类报文的流量，CAR利用令牌桶进行流量控制。

CAR利用令牌桶进行流量控制的基本处理过程如图1所示，流分类后的报文如果没有规定流量特性就直接继续发送，不需经过令牌桶的处理；如果是需要进行流量控制的报文，则会进入令牌桶中进行处理，如果令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则允许报文通过，报文可以被继续发送下去；如果令牌桶中的令牌不满足报文的发送条件则报文被丢弃，这样就可以对某类报文的流量进行控制。

常用的漏桶技术有单速率单桶、单速率双桶等。下面先对漏桶中相关的参数进行说明：

CIR(Committed Information Rate，承诺速率)，漏桶注入令牌的一种速率；

CBS(Committed Burst Size，承诺突发尺寸)，漏桶盛放令牌的容量；

EBS(Excess Burst Size，最大突发尺寸)，单速率双桶中，漏桶E盛放令牌的容量。

图2是单速率单桶的示意图，该技术以固定的速率(CIR)将令牌注入令牌桶中，如果令牌桶中令牌已满(超过CBS)，则将溢出的令牌丢弃。报文到达的时候，需要将令牌桶中的令牌数量与报文自身的长度进行比较，如果令牌桶中的令牌数量小于报文的长度，则报文无法取得足够的令牌，导致报文丢弃；如果报文的长度小于等于漏桶中令牌的数量，则从漏桶中漏下相应的令牌，使报文通过。

对于令牌桶，存在注入令牌和漏下令牌两个独立的过程。注入令牌的数量与时间成正比，因为注入的速率是固定的，乘以时间则为注入的令牌数量。漏下令牌的数量等于通过报文字节的总长度。如果注入令牌的速率大于漏下令牌的平均速率，则漏桶会满，继而溢出。在注入令牌的速率小于漏下令牌的速率时，漏桶中令牌将逐渐消耗，导致报文无法通过，报文不通过的时候不漏下令牌，这样令牌会积攒，直到够一个报文通过。

图3是单速率双桶的示意图，单速率双桶技术对单速率单桶进行了扩展，该技术使用了两个漏桶，分别是C桶和E桶，其盛放令牌容量分别是CBS和EBS。单速率双桶的令牌注入速率是CIR，令牌向C桶注入。对于单速率单桶算法，溢出的令牌将直接丢弃，而对于单速率双桶技术，C桶溢出的令牌将转移到E桶。如果E桶令牌也溢出，则将溢出的令牌丢弃。由此E桶只能接收C桶溢出的令牌，且当E桶满时，将多余的令牌丢弃。

由于双桶技术有两个令牌桶，因此除了能够限制速率以外还能够标记颜色(在数据通信领域，报文的颜色通常表示报文在拥塞情况下的丢弃等级)。标记颜色可以考虑报文的原始颜色，也可以忽略报文的原始颜色，重新进行标记。报文的颜色在数据通信领域约定俗成用绿、黄、红表示，丢弃优先级依次由低到高。双桶技术在对报文进行标记的时候如果考虑报文的原始颜色，则称为色敏感方式，如果不考虑报文的原始颜色，则称为色盲方式。

对于色敏感模式，红色报文已经是最低等级的报文了，因此不进行处理；对于绿色的报文，先判断C桶的令牌数量，如果令牌数量大于等于报文的长度，则报文颜色维持为绿色，同时C桶漏下相应数量的令牌。如果C桶的令牌数量小于报文的长度，则C桶不漏下令牌，同时报文的颜色降为黄色，将之按照黄色的报文进行处理；对于黄色报文，判断E桶中令牌的数量是否大于等于报文的长度，如果大于等于报文的长度，则E桶漏下相应数量的令牌，同时报文颜色维持为黄色，否则E桶不漏下令牌，报文的颜色降为红色。在进行色敏感模式下的单速率双桶处理以前，需要先区分报文的颜色。色盲模式的单速率双桶技术和色敏感方式的基本原理一致，如果进行处理的报文全部认为是绿色报文，则色敏感模式就变成色盲模式了。因此在进行色敏感模式下的单速率双桶处理以前，无一例外地把报文视为绿色报文，然后按照色敏感方式处理即可。经过单速率双桶处理后得到报文的颜色，各种颜色对应的处理可以进行设置，比如，绿色和黄色的通过，而红色的报文丢弃。

IP网络运营商需要通过接入层或者汇集层的路由器或者以太网交换机对用户进行接入。运营商对于接入的用户，经常需要进行带宽限制，带宽的限制取决于用户和运营商之间签订的SLA(Service Level Agreement，服务级别协定)。SLA可以理解为客户和运营商之间关于服务质量的契约和协定，SLA中除了可能规定用户能够享受的总带宽以外，还可能规定用户各个等级的流量分别享受的带宽大小，下面一些例子是采用漏桶技术可以得到解决的应用案例：

1.比如总带宽500Kbps，其中语音业务100Kbps，视频业务200Kbps，数据业务200Kbps。针对这种SLA，可以通过三个单速率单桶模块来分别对语音、视频和数据业务进行100Kbps、200Kbps、200Kbps的带宽限制，这样总的带宽可以保障为500Kbps。

2.又如总带宽500Kbps，其中区分语音和数据业务，语音可以占用全部的带宽，数据只能使用语音剩余的带宽，这种要求则可以通过色敏感模式的单速率双桶技术来解决。将语音标记为绿色，数据标记为黄色。绿色报文速率大于等于CIR时，C桶没有多余的令牌转移给E桶，E桶便不会有令牌漏下，因此黄色的报文无法通过；绿色报文速率小于CIR时，C桶会将慢慢积攒并最终溢出的令牌转移给E桶，这样黄色的报文能够得到部分漏下的令牌，而获得通过。令牌数量尚不够报文长度时，黄色报文将降级为红色报文。通过单速率双漏桶后，标记为红色的报文直接丢弃。

但是，对于如下的业务需求，现有技术中的单速率单桶和单速率双桶技术无法实现：

总带宽限制为500Kbps，其中语音业务限制100Kbps，视频业务限制200Kbps，数据业务限制200Kbps。对业务的优先级进行排序，语音优先级最高，视频其次，数据最低。当某业务的流量不足限制带宽，则剩余的带宽由低一个等级的业务优先抢占。例如，语音实际流量的带宽只有10Kbps，那么语音剩余的90Kbps带宽可以由视频业务超过限制带宽200Kbps的流量进行利用，如果视频业务的带宽也不足200Kbps，则语音和视频剩余的带宽都可以被数据业务所使用。这个需求如果使用单速率单桶技术来实现，则无法实现带宽抢占，单速率双桶也无法解决这个问题。

上面这个需求有实际的应用价值，用户购买的带宽总是不希望浪费，因此对业务划分等级，将剩余的带宽按照等级进行有序复用是一个合理的要求。

由于不支持流队列级联等特性，NP(Network Processor，网络处理器)硬件实现的功能是有限的，硬件功能的完善同时意味着实现的复杂性和成本的大幅增加。

发明内容

本发明提供一种剩余带宽复用的方法，实现更灵活的、成本更低的剩余带宽复用。

本发明提供一种网络设备，实现更灵活的、低成本的剩余带宽复用。

一种剩余带宽复用的方法，包括以下步骤：设置多个漏桶，该多个漏桶分别对应不同等级的业务；将从所述漏桶中溢出的令牌，按业务的等级有序注入到其他等级的业务对应的漏桶中。

其中，高等级业务对应的漏桶溢出的令牌依次注入到低等级的业务对应的漏桶中。

其中，当最低等级业务对应的漏桶溢出时，丢弃溢出的令牌。

其中，采用定时器触发的方法或者报文驱动的方法向所述的多个漏桶注入令牌。

一种网络设备，其特征在于，包括剩余带宽复用装置，该剩余带宽复用装置包括多个漏桶，该多个漏桶分别对应不同等级的业务，各业务的剩余带宽由其他业务按等级进行有序复用。

其中，高等级业务的剩余带宽依次由低等级的业务占用。

其中，所述漏桶中溢出的令牌依次注入到下一等级业务对应的漏桶中。

其中，所述多个漏桶分别具有承诺速率CIR，用于限制各业务的带宽，某一等级业务的带宽最低为0，最大带宽是等级不低于该业务等级的所有业务的限制带宽的总和。

其中，进一步包括流分类器，用于对流量进行分类，以区分不同的业务。

其中，该网络设备是交换机或者路由器。

本发明的有益效果如下：

在本发明中，通过漏桶技术实现用户总的带宽限制以及各种业务的带宽限制的同时，各种业务限制带宽剩余的部分可以为其它业务按优先级别的高低共享使用，实现了带宽的有序复用，解决了传统漏桶技术的不足，提供更为灵活和成本更低的带宽限制和复用。

附图说明

图1为现有令牌桶技术处理过程的示意图；

图2为现有技术单速率单桶的示意图；

图3为现有技术单速率双桶的示意图；

图4是通信网络的功能模块示意图；

图5为本发明网络设备的示意图；

图6为本发明定时器触发的令牌注入流程图。

具体实施方式

本发明是对多种业务的流量，将业务区分优先等级，在分别限制带宽的基础上，通过使用漏桶技术，将剩余的带宽依次提供给超过限制带宽的其他等级业务所使用，从而实现不同业务流量之间的有序统计复用。在本发明中，剩余带宽可以设置成依次为超过限制带宽的下一等级业务所使用，或者设置成依次为超过限制带宽的上一等级业务所使用，主要取决于用户与运营商之间签订的SLA。以下的实施例中，以高等级业务的剩余带宽依次为超过限制带宽的低等级业务所使用为例子，详细阐述本发明的技术方案。

图4所示为通信网络，用户12通过边缘路由器14访问网络，该边缘路由器14从用户12中收集流量并将该流量复用到骨干网中，该骨干网包括多个相互连接的路由器/交换机16。通过使用合适的协议和交换，数据可以在不同用户12之间进行交换，或者资源可以访问和通过用户12。本发明实施例中的剩余带宽复用的方法和装置，可以用在通信网络上的边缘路由器14、路由器/交换机16或者其他的网络元件中。

在将网络流量进行本发明技术方案的技术处理之前，首先要采用流分类器进行流分类，以区分不同的业务。流分类方法可以采用简单流分类，也可以采用复杂流分类，都属于现有技术内容，因此不作具体介绍。以下内容都默认流分类已经完成，不同的业务已经区分出来。

如图5所示，本发明网络设备包括剩余带宽复用装置100，该剩余带宽复用装置100包括多个漏桶30，其中该多个漏桶30分别对应不同类型的业务，比如可以分别对应语音业务、视频业务或者数据业务等。并且，该多个漏桶30对应的业务具有不同的优先等级。该多个漏桶30注入令牌的速率分别是CIR1，CIR2，CIR3...CIRn，其中CIR1至CIRn是用户各种业务各自的限制带宽。此外，每个漏桶30分别具有各自的CBS。定义参数CIR＝CIR1+CIR2+...+CIRn，其中，CIR是用户的总限制带宽，这样除了能够规定用户可以享受的总带宽以外，还能够规定用户各种类型的业务分别享受的带宽大小。

对于业务i(业务i为漏桶i对应的业务)，带宽最低为0，在CIRi以内的流量都能保障通过；其最大的带宽是CIR1+CIR2+......+CIRi，即等级不低于业务i的所有业务限制带宽的总和，前提是等级高于业务i的业务的实际带宽都是0。

以图5为例，说明本实施方式中剩余带宽复用装置100的工作原理。图中，每个漏桶都按对应的CIRi注入令牌，如果相应的漏桶溢出，则将溢出的令牌顺次注入到低一个业务等级的漏桶中。每一种业务均从各自的漏桶中取令牌，即报文只读取一次漏桶中的令牌数。如果漏桶中的令牌数量小于报文长度，则报文丢弃，否则报文通过。对于业务1，当超过CIR1的流量得不到足够的令牌时，报文将被丢弃。如果业务1的流量低于CIR1，则漏桶1会溢出，溢出的令牌注入漏桶2。此时漏桶2除了自身的令牌注入速率外还有漏桶1溢出的令牌，因此业务2可以占用业务1的剩余带宽。同理，业务3可以占用业务1和业务2的剩余带宽；业务n可以占用业务1至业务(n-1)的剩余带宽。

令牌的注入过程可以采用定时器触发、报文驱动等不同方法。采用报文驱动的注入方法，通过记录时间戳，将两次时间间隔乘以注入率计算得到注入的令牌数量。在本发明描述的漏桶技术中，令牌的注入过程采用定时的办法，即每隔几毫秒向漏桶注入令牌。其令牌的周期性注入过程如图6所示，图中，i表示漏桶编号，取值为[1，n]，token_leak表示从i-1的漏桶中溢出的令牌数；token_cir表示以CIRi的速率注入到对应的漏桶i的令牌数。

A、计算溢出的令牌数token_leak。

编号为1的漏桶，其接收到的token_leak＝0，编号为i的漏桶接收到的token_leak＝漏桶i-1溢出的令牌。溢出的令牌依次注入到下一等级的业务对应的漏桶中。

B、计算在定时的时间间隔内，按CIRi速率应该注入的令牌数。

C、token_leak和token_cir相加得到的令牌注入到对应的漏桶中。

D、判断令牌是否溢出，如果令牌溢出，则token_leak＝溢出的令牌；如果令牌没有溢出，则token_leak＝0。

E、重复以上A-D步骤。

报文到达后所进行的操作比较简单，直接判断对应的令牌桶中存放的令牌数量是否小于报文的长度，如果小于则报文丢弃，否则报文通过，同时漏桶漏下相应数量的令牌。

在本发明中，通过漏桶技术实现用户总的带宽限制以及各种业务的带宽限制的同时，各种业务限制带宽剩余的部分可以为其它业务按优先级别的高低共享使用，实现了带宽的有序复用，解决了传统漏桶技术的不足，提供更为灵活的带宽限制和复用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种网络设备，其特征在于，包括剩余带宽复用装置，所述剩余带宽复用装置包括多个漏桶，该多个漏桶分别对应不同等级的业务，其中各业务的剩余带宽由其他业务按等级进行有序复用。

2、如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，高等级业务的剩余带宽依次由低等级的业务占用。

3、如权利要求2所述的网络设备，其特征在于，所述漏桶中溢出的令牌依次注入到下一等级业务对应的漏桶中。

4、如权利要求3所述的网络设备，其特征在于，所述多个漏桶分别具有承诺速率CIR，用于限制各业务的带宽，某一等级业务的带宽最低为0，最大带宽是等级不低于该业务等级的所有业务的限制带宽的，总和。

5、如权利要求1所述的网络设备，其特征在于，进一步包括流分类器，用于对流量进行分类，以区分不同的业务。

6、如权利要求1至5任一权利要求所述的网络设备，其特征在于，该网络设备是交换机或者路由器。

7、一种剩余带宽复用的方法，包括以下步骤：

A、设置多个漏桶，该多个漏桶分别对应不同等级的业务；

B、将从所述漏桶中溢出的令牌，按业务的等级有序注入到其他等级的业务对应的漏桶中。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，高等级业务对应的漏桶溢出的令牌依次注入到低等级的业务对应的漏桶中。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，当最低等级业务对应的漏桶溢出时，丢弃溢出的令牌。

10、如权利要求7所述的方法，其特征在于，采用定时器触发的方法或者报文驱动的方法向所述的多个漏桶注入令牌。

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