EP1856855A1 - Procede et dispositif de gestion de flot dans un reseau de telecommunications par paquets - Google Patents

Procede et dispositif de gestion de flot dans un reseau de telecommunications par paquets

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Publication number
EP1856855A1
EP1856855A1 EP06709504A EP06709504A EP1856855A1 EP 1856855 A1 EP1856855 A1 EP 1856855A1 EP 06709504 A EP06709504 A EP 06709504A EP 06709504 A EP06709504 A EP 06709504A EP 1856855 A1 EP1856855 A1 EP 1856855A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stream
flow
credit
packet
register
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06709504A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sara Oueslati
James Roberts
Nabil Benameur
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of EP1856855A1 publication Critical patent/EP1856855A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/54—Organization of routing tables
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/24—Traffic characterised by specific attributes, e.g. priority or QoS
    • H04L47/2483—Traffic characterised by specific attributes, e.g. priority or QoS involving identification of individual flows
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/32—Flow control; Congestion control by discarding or delaying data units, e.g. packets or frames
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L47/00—Traffic control in data switching networks
    • H04L47/10—Flow control; Congestion control
    • H04L47/39—Credit based

Definitions

  • the present invention relates to a method of managing the flow in a packet telecommunications network, and more particularly in a network embedding the IP (Internet Protocol).
  • IP Internet Protocol
  • the invention applies in a preferred, but not limited, manner to the methods implemented for the purpose of a flow-level admission control mechanism.
  • a stream is identified by a set of attributes present in the header of the packets that compose it (example of attributes: the source and destination IP addresses, the source and destination ports, the protocol, the flow label ,.).
  • a stream is considered active at a given moment if the time elapsed since the observation of its last packet is less than a predetermined extinction duration (typically of the order of a few seconds).
  • the invention proposes a solution for determining with a certain probability whether a received packet, for example at the level of a link, belongs to an active stream or to a new stream.
  • the proposed solution has the following particularity: any flow identified as new is certain.
  • the new flows are identified "on the fly", that is to say during the detection of the packets, and are subject to an admission control implicit, without resorting to signaling.
  • This admission control makes it possible, for example, to reject packets belonging to new streams when a link or a path is in a state of congestion.
  • the invention provides a very low complexity solution to the problem of detecting new flows in the context of implicit admission control. It can possibly be used for other applications, for example for counting flows.
  • This mechanism has a disadvantage in that it is necessary to erase the flows of the list after a period of inactivity greater than the duration of the flow extinction, otherwise there are known risks of saturation and in any case, an increase in the search time of a stream in the list.
  • the present invention makes it possible to overcome the above disadvantages.
  • it aims at a method of managing flows in a packet telecommunication network, a stream being considered as active in the network if the time elapsed since the detection of the last packet of this stream is less than an extinction duration predetermined method, the method comprising: for each packet received, the packet belonging to a given stream,
  • the flow management method is based on a data structure of fixed size, each flow can be addressed directly.
  • This characteristic advantageously makes it possible to limit the search time of a stream in the structure, and moreover to make this time constant.
  • each flow is associated with a credit representative of its activity, this credit being brought down regularly for all flows managed by the process.
  • this method comprises a step of calculating an image value of the identifier of said stream, using a function whose role is to associate with image identifiers the image values belonging to a finite set of values. images to which respective directly addressable inputs correspond in the fixed size data structure.
  • these methods include a step of determining the activity of a stream from the data structure and an admission control step of a packet if it belongs to a new stream.
  • the determination step is a step during which the data structure is read by directly addressing the register of the flow concerned.
  • This direct addressing mode avoids the need to memorize the stream identifier in the data structure and simplifies the search operation of the stream.
  • the invention makes it possible to dispense with the identification of the streams that are no longer active and their deletion. According to the principle of the invention, it is possible that a new stream is not recognized as such if another active stream already uses the corresponding stream register ("false positive" type error).
  • the management method according to the invention can be declined in several variants.
  • the stream register is constituted by a predetermined number of bits.
  • the stream register is constituted by a predetermined number of bits.
  • a first binary value is memorized in each of the bits;
  • a second binary value is memorized in each of the bits taken one by one, cyclically, and at a given frequency, the activity credit being constituted, at a given moment, by the number of bits of the stream register that store the first binary value.
  • the value of a counter increased by a predetermined initial credit is stored in the flow register
  • this counter is incremented cyclically, the activity credit being constituted at a given instant by the difference between the contents of the flow register and the current value of the counter.
  • This second embodiment has the following advantages; it lends itself to simple software and hardware implementations and accommodates a conventional memory (organized in 8xn bit words) for saving the registers of the streams.
  • the invention also relates to a device for managing flows in a packet telecommunication network, a stream being considered as active in the network if the time elapsed since the detection of the last packet of this stream is less than a period of time. predetermined extinction, the device comprising:
  • update means adapted to progressively and simultaneously decrease the activity credits associated with all the streams, so that the credit of the flow expires at the end of the duration of extinction, counted from the initialization credit.
  • the various steps of the flow management method are determined by computer program instructions.
  • the invention also relates to a computer program on an information carrier that includes instructions adapted to implement a flow management method as described above.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
  • the invention also provides for a computer-readable information medium which includes instructions from a computer program.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • FIG. 1 represents a flow management method according to the invention in a preferred embodiment
  • FIGS. 2A and 2B show data structures that can be used in two variants of the management method of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a flow management device according to the invention in a preferred embodiment
  • FIGS. 4A and 4B respectively represent a bistable flip-flop and a set of these flip-flops used in the device of FIG. 3. Detailed description of an embodiment
  • FIG. 1 represents a flow management method according to the invention.
  • a stream is defined here as a series of close-packs over time with common header attributes (IP address, protocol, port number, flow label ,.).
  • a stream is considered active in the network if the time elapsed since the detection of the last packet of this stream is less than a predetermined extinction duration TO.
  • this method comprises two independent processes, namely an initialization process set enoaa / re when detecting a packet of a stream that is taken into account, and a setting process. up to date.
  • FIG. 1 shows, in the form of flowcharts:
  • the management method described here uses a data structure of fixed size.
  • the fixed size data structure is a matrix of bits, called a "bitmap”.
  • bitmap described here is in the form of a matrix of L + 1 lines and N columns.
  • the packet processing process comprises a first step ElO obtaining the IM image of the stream identifier of this packet.
  • the identifier of a stream corresponds to the association of certain invariant fields of the header of its packets.
  • the image of the identifier of the stream is, in this example, an integer between 1 and N, where N is the number of columns of the data structure TA.
  • This image can typically be obtained using a hash function ("hash" in English) applied to the concatenation of certain header fields of the packet.
  • a particular location in the data structure TA is thus determined. This location corresponds to a set of bits (or a set of logical gates) hereinafter called "flow register”.
  • This value contained in this flow register (or the binary result of the logic functions) is used to determine whether a stream is active or not.
  • the L bits of the column indexed by the IM image of this stream are set to 1 in the TA structure. This amounts, in the sense of the invention, to assign maximum credit to the flow of this package.
  • the update process is constituted by a loop mainly comprising:
  • a step F20 consisting of positioning all the bits of an RP line of the array TA with a second binary value 0, and cyclically incrementing the value of this index RP, modulo L.
  • the data structure TA is particularly advantageous because it is sufficient to count the number of bits positioned at the first binary value 1 in the line RP to know the number of active streams at a given instant.
  • step ElO for obtaining an IM image of the identifier of the stream of the packet that has just been detected is followed by an E20 test during which the state of activity is determined. of this flow.
  • this step consists in reading the value stored in the bit at the intersection of the current index line RP (this index being managed by the updating process) and the column determined by the IM image of the identifier of this stream.
  • the stream will be considered active (result of the positive test E20) if this bit stores the first binary value 1.
  • This test is then followed by a step E30 during which the credit representing the activity of this stream is initialized to its value. maximum by setting all the bits of this IM column to the first binary value 1.
  • the data structure TA also comprises an L + lth SA line memorizing the activity synthesis of all the streams.
  • Each element of this extra line SA stores the logical OR of the first L lines of the structure. This line can be read directly to know the activity status of a stream.
  • the decision to take into account a new stream or not is not part of the invention. This precision can be taken depending on the congestion state of a network link and other criteria, such as the service class of the packet being processed.
  • This data structure TB comprises, like the data structure TA described above, N registers, each register can be addressed directly from the image of the identifier of a stream.
  • the data structure TB has only one element per register, each of these elements storing a value representative of the activity credit of a stream.
  • the maximum credit allocated to a stream when detecting a packet belonging to an active stream or when admitting a packet from a new stream is equal to the value of a CR counter increased by a predetermined initial credit L.
  • the counter CR is incremented cyclically during an updating step so that the activity credit of the stream constituted at a given instant by the difference between the contents of the flow register and the current value of the counter expires at the end of the flow-off time (to the value of one cycle).
  • a duration TO / (L-1) is expected.
  • This step FlO delay is followed by a step F20 during which one increments the value of a reference counter CR by one. This incrementation is done cyclically. Assuming that this counter is coded on W bits, the incrementation is modulo 2 W , the reference counter always being between the values 0 and 2 W -1.
  • the step ElO obtaining the image of the identifier of the flow of a packet is identical to that described above. It makes it possible to obtain an integer IM between 1 and N making it possible to directly address the data structure TB.
  • step E20 for determining the activity of the flow is performed by comparing the value stored in the flow register in the column of the data structure TB indexed by the image of the flow IM with the current value of the counter set. day in step F20 previously described.
  • note E [Im] the content of the flow register in the IM column.
  • the activity credit for a stream is constituted, at a given moment, by the difference between the content E [Im] stored in the register of this stream and the current value of the counter CR. This difference is calculated modulo 2 W. During the step E20 of determining the activity of a stream, this difference is calculated and it is considered that the stream is active if this difference is strictly less than 0.
  • the flow credit is initialized in step E30 by resetting the flow register with the new value of the augmented CR counter of L, modulo 2 W.
  • the stream is detected as new, it is connected, as in the case of the previous example, to the admission control step E40 to determine whether this stream should be taken into account or not.
  • step E30 When the stream must be taken into account, the credit of this stream is increased in step E30 by resetting the flow register with the current value of the counter CR.
  • the packet is rejected (step E50) without modification of the data structure TB.
  • the data structure TB contains a second line FL whose each box is initialized with the value 1.
  • the step F20 of the updating process consists of incrementing a counter CR cyclically.
  • the time interval separating two increments of the counter is set by the delay time of the step FlO of the same process.
  • the value of the counter CR increased by an initial credit L predetermined in a register of the TB data structure.
  • This register may, in accordance with the invention, be addressed directly. Its index is calculated as in the variant of FIG. 1A from the image value of the stream identifier of the packet.
  • FIG. 3 represents a flow management device according to the invention in a preferred embodiment.
  • This device can for example be incorporated in a router.
  • It comprises a processor 10 adapted to implement a computer program putting encaivre the flow management method described above.
  • This program is stored in a ROM 20.
  • the device 100 also includes a RAM 21 necessary for the execution of this program.
  • FIG. 3 shows a stream FE of packets entering the device 100.
  • the device comprises means 30 for detecting and receiving these packets.
  • a packet When a packet is received, it is, in the embodiment described here, stored in registers of the random access memory 21.
  • the non-rejected packets are subsequently read from this random access memory. They constitute an FS output stream.
  • the computer program stored in the read-only memory 20 comprises a routine for calculating an image value of the identifier of the flow of a packet.
  • This routine uses for example a hash function applied to the concatenation of certain fields of the header of this packet.
  • the computer program stored in the read-only memory 20 mainly comprises two initialization and update routines for the activity credit of the streams.
  • FIG. 4A represents a flip-flop 50 with two RS inputs and an output O for storing an information bit.
  • logic gates are associated according to the matrix 40 of L rows and N columns represented in FIG. 4B.
  • the data structure TA described above with reference to FIG. 1A is thus embodied in the form of a set of logic gates.
  • the inputs Sl to SN make it possible to reset to 1 (first binary value) all the elements (bits) of a column.
  • the initialization of the activity credit is done by sending a pulse by the initialization routine on the corresponding entry.
  • the inputs R1 to RN make it possible to simultaneously reset (the second binary value) the state of a row of the matrix.
  • the update routine generates a pulse on the corresponding input, which resets the line of the bitmap indexed by the counter RP to zero.
  • the computer program stored in ROM 20 includes a routine for determining the state of activity of a stream.
  • the computer program includes a routine for controlling the admission of a packet if it belongs to a new stream, which amounts to determining whether this stream should be taken into account or not.
  • the computer program implements the activity credit initialization routine for that flow.
  • the update frequency of the activity credits can be modified over time, and in particular increased with the traffic activity to reduce the duration of extinction of the network flows.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Ce procédé de gestion de flot comporte une étape (ElO) de calcul d'une valeur image d'un identificateur de flot ; une étape (E30) d'initialisation d'un crédit représentatif de l'activité du flot dans un registre directement adressable d'une structure de données (TA, TB) ; et une étape (F20) de mise à jour de ce crédit, systématique, de sorte que le crédit du flot expire à l'issue d'une durée d'extinction (TO) prédéterminée.

Description

Procédé et dispositif de gestion de flot dans un réseau de télécommunications par paquets.
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé de gestion de flot dans un réseau de télécommunications par paquets, et plus particulièrement dans un réseau mettant encavre le protocole IP (Internet Protocol).
L'invention s'applique de façon privilégiée, mais non limitative, aux procédés mis en ouvre pour le besoin d'un mécanisme de contrôle d'admission au niveau flot.
Dans la présente invention, un flot est identifié par un ensemble d'attributs présents dans l'entête des paquets qui le composent (exemple d'attributs : les adresses IP source et destination, les ports source et destination, le protocole, le flow label,.).
Tous les paquets comportant les mêmes valeurs de ces attributs constituent un flot.
Un flot est considéré comme actif à un instant donné si le temps écoulé depuis l'observation de son dernier paquet est inférieur à une durée d'extinction prédéterminée (typiquement de l'ordre de quelques secondes).
L'invention propose une solution pour déterminer avec une certaine probabilité si un paquet reçu, par exemple au niveau d'un lien, appartient à un flot actif ou à un flot nouveau.
La solution proposée a la particularité suivante : tout flot identifié comme nouveau l'est avec certitude.
On admet cependant que certains nouveaux flots ne soient pas détectés.
Le problème de la détection de nouveaux flots se pose dans le cadre d'une architecture de réseau dite "flow aware".
Dans une telle architecture, les nouveaux flots sont identifiés "au vol", c'est-à-dire lors de la détection des paquets, et font l'objet d'un contrôle d'admission implicite, sans recourir à la signalisation. Ce contrôle d'admission permet par exemple de rejeter des paquets appartenant à des nouveaux flots lorsqu'un lien ou un chemin est en état de congestion.
L'invention apporte une solution à complexité très réduite à la problématique de détection de nouveaux flots dans le contexte du contrôle d'admission implicite. Elle peut éventuellement servir pour d'autres applications, par exemple pour le comptage des flots.
On connaît, notamment par le document "Non-intrusive TCP Connection Admission Control for Bandwidth Management of an Internet Access Link" publié en mai 2000 dans le IEEE Communication Magazine (Kumar, Hegde et autres) un mécanisme d'identification de flots nouveaux qui repose sur la détection du paquet SYN ou SYNACK qui signale rétablissement d'une connexion TCP. De ce fait, cette méthode ne s'applique qu'aux applications utilisant ce protocole de transport.
On connaît également par le document "Quality of service and flow-aware admission control in the Internet", publié dans le magasine Computer Networks, Vol. 40, pages 57-71 par Benameur et autres, un mécanisme d'identification de nouveaux flots qui repose sur le maintien d'une liste mémorisant l'ensemble des flots en cours.
Ce mécanisme présente un inconvénient en ce qu'il est nécessaire d'effacer les flots de la liste au bout d'un temps d'inactivité supérieur à la durée d'extinction du flot, sans quoi l'on connaît des risques de saturation et, en tout état de cause, un allongement du temps de recherche d'un flot dans la liste.
On connaît également par le document "Designs for High-Speed Routers: Architecture and Performance Evaluation" publié par Singhal et autres dans le document IEEE Transactions on Computers, Vol. 51, N0 9, de septembre 2002, des solutions permettant d'identifier des nouveaux flots en temps réel. Une de ces solutions utilise également une structure de données à taille variable qui ne peut être adressée directement (tableau combiné avec une liste chaînée) de sorte que la recherche d'un flot dans la structure de mémorisation augmente avec le nombre de flots. L'autre solution proposée nécessite l'utilisation de mémoires supplémentaires de débordement lorsqu'il n'est plus possible, faute d'espace, d'insérer un nouveau flot dans la structure de données principale. Objet et résumé de l'invention
La présente invention permet de pallier les inconvénients précédents. A cet effet, elle vise un procédé de gestion de flots dans un réseau de télécommunication par paquets, un flot étant considéré comme actif dans le réseau si la durée écoulée depuis la détection du dernier paquet de ce flot est inférieure à une durée d'extinction prédéterminée, le procédé comportant : pour chaque paquet reçu, le paquet appartenant à un flot donné,
- une étape de détermination, à partir d'un identificateur du flot, de l'emplacement d'un registre de flot dans une structure de données de taille fixe, la structure comportant plusieurs registres de flot,
- une étape d'initialisation au cours de laquelle on mémorise, dans le registre de flot, un crédit initial représentatif de l'activité du flot ; et un processus de mise à jour consistant à diminuer progressivement et simultanément les crédits d'activité, associés à tous les flots, de sorte que Ie crédit du flot expire à lissue de la durée d'extinction, comptée à partir de l'initialisation du crédit.
Ainsi, conformément à l'invention, le procédé de gestion de flots repose sur une structure de données de taille fixe, chaque flot pouvant être adressé directement. Cette caractéristique permet avantageusement de borner le temps de recherche d'un flot dans la structure, et qui plus est de rendre ce temps constant.
En outre, et de façon particulièrement avantageuse, l'étape de purge à proprement parler de la structure n'existe pas. En effet, chaque flot est associé à un crédit représentatif de son activité, ce crédit étant amené à diminuer régulièrement pour tous les flots gérés par le procédé.
Préférentiellement, ce procédé comporte une étape de calcul d'une valeur image de l'identificateur dudit flot, à l'aide d'une fonction ayant pour rôle d'associer à des identificateurs de flot des valeurs images appartenant à un ensemble fini de valeurs images auxquelles correspondent des entrées respectives directement adressables dans la structure de données de taille fixe. Dans un mode préféré de réalisation, ces procédés comportent une étape de détermination de l'activité d'un flot à partir de la structure de données et une étape de contrôle d'admission d'un paquet s'il appartient à un flot nouveau.
De façon très avantageuse, l'étape de détermination est une étape au cours de laquelle on vient lire la structure de données en adressant directement le registre du flot concerné. Ce mode d'adressage direct évite le besoin de mémorisation de l'identifiant du flot dans la structure de données et simplifie l'opération de recherche du flot. En outre, l'invention permet de s'affranchir du repérage des flots qui ne sont plus actifs et de leur suppression. Selon le principe de l'invention, il est possible qu'un nouveau flot ne soit pas reconnu comme tel si un autre flot actif utilise déjà le registre de flot correspondant (erreur de type "faux positif").
En revanche, tout flot signalé comme nouveau l'est effectivement : il n'y a pas d'erreur de type "faux négatif. On notera que pour l'application de contrôle d'admission il est important d'éviter les erreurs faux négatif qui risqueraient d'interrompre un flot en cours, tandis qu'un taux relativement élevé de faux positifs (par exemple jusqu'à 10%) est compatible avec l'objectif essentiel de contrôle de surcharge.
Le procédé de gestion selon l'invention peut être décliné en plusieurs variantes.
Dans une première variante, le registre de flot est constitué par un nombre prédéterminé de bits. Dans cette première variante :
- on mémorise, au cours de l'étape dinitialisation, une première valeur binaire dans chacun des bits ; et:
- au cours du processus de mise à jour, on mémorise, dans chacun des bits pris un à un, cycliquement, et selon une fréquence donnée, une deuxième valeur binaire, le crédit d'activité étant constitué, à un instant donné, par le nombre de bits du registre de flot qui mémorisent la première valeur binaire.
Cette première variante est particulièrement avantageuse car elle se prête bien à une implémentation matérielle du fait de la simplicité des opérations logiques qu'elle implique. De plus, les erreurs de type "faux positif sont uniquement dues à l'utilisation d'une fonction de hachage pour le besoin d'adressage des flots. Dans une deuxième variante de réalisation,
- on mémorise, au cours de l'étape d'initialisation, dans le registre de flot, la valeur d'un compteur augmentée d'un crédit initial prédéterminé, et
- on incrémente, au cours du processus de mise à jour, ce compteur de façon cyclique, le crédit d'activité étant constitué à un instant donné par la différence entre le contenu du registre de flot et la valeur courante du compteur.
Cette deuxième variante de réalisation présente les avantages suivants ; elle se prête à des implémentations logicielles et matérielles simples et s'accommode d'une mémoire classique (organisée en mots de 8xn bits) pour la sauvegarde des registres des flots.
Corrélativement, l'invention vise aussi un dispositif de gestion de flots dans un réseau de télécommunication par paquets, un flot étant considéré comme actif dans le réseau si la durée écoulée depuis la détection du dernier paquet de ce flot est inférieure à une durée d'extinction prédéterminée, le dispositif comportant :
- des moyens de réception de paquets ;
- des moyens de détermination, à partir d'un identificateur de flot d'un paquet, de l'emplacement d'un registre de flot, dans une structure de données de taille fixe, la structure comportant plusieurs registres de flot ;
- des moyens d'initialisation adaptés à mémoriser, dans le registre de flot, un crédit initial représentatif de l'activité du flot ; et
- des moyens de mise à jour adaptés à diminuer progressivement et simultanément les crédits d'activité associés à tous les flots, de sorte que le crédit du flot expire à l'issue de la durée d'extinction, comptée à partir de l'initialisation du crédit.
Selon une implémentation préférée, les différentes étapes du procédé de gestion de flot sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.
En conséquence, linvention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations qui comporte des instructions adaptées à mettre enœvre un procédé de gestion de flots tel que décrit précédemment.
Ce programme peut utiliser nimporte quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans nlmporte quelle autre forme souhaitable.
Llnvention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur qui comporte des instructions d'un programme d'ordinateur.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 représente un procédé de gestion des flots conforme à l'invention dans un mode préféré de réalisation ;
- les figures 2A et 2B représentent des structures de données pouvant être utilisées dans deux variantes du procédé de gestion de la figure 1 ;
- la figure 3 représente un dispositif de gestion de flot conforme à l'invention dans un mode préféré de réalisation ; et
- les figures 4A et 4B représentent respectivement une bascule bistable et un ensemble de ces bascules utilisé dans le dispositif de la figure 3. Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 représente un procédé de gestion des flots conforme à l'invention.
Un flot est défini ici comme une suite de paquets rapprochés dans le temps ayant des attributs d'entêté communs (adresse IP, protocole, numéro de port, flow label,.).
On rappelle qu'un flot est considéré actif dans le réseau si la durée écoulée depuis la détection du dernier paquet de ce flot est inférieure à une durée d'extinction TO prédéterminée.
Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, ce procédé comporte deux processus indépendants, à savoir un processus d'initialisation mis enoaa/re lors de la détection d'un paquet d'un flot qui est pris en compte, et un processus de mise à jour.
Sur la figure 1 on a représenté, sous forme d'organigrammes :
- les principales étapes ElO à E50 du processus d'initialisation; et
- les principales étapes FlO et F20 du processus de mise à jour. Conformément à l'invention, le procédé de gestion décrit ici utilise une structure de données de taille fixe.
Nous allons maintenant décrire une première variante du procédé de gestion utilisant la structure de données TA de la figure 2A.
Dans cette variante de réalisation, la structure de données de taille fixe est une matrice d'éléments binaires, appelée "bitmap".
Le bitmap décrit ici se présente sous forme d'une matrice de L+l lignes et de N colonnes.
Chacune de ces N colonnes correspond à une entrée directement adressable à partir de l'identificateur d'un flot. A cet effet, sur réception d'un paquet, le processus de traitement de paquets comporte une première étape ElO d'obtention de l'image IM de l'identificateur du flot de ce paquet.
Dans le contexte de l'invention, l'identificateur d'un flot correspond à l'association de certains champs invariants de l'entête de ses paquets. L'image de l'identificateur du flot est, dans cet exemple, un entier compris entre 1 et N, N étant le nombre de colonnes de la structure de données TA. Cette image peut typiquement être obtenue en utilisant une fonction hachage ("hash" en anglais) appliquée à la concaténation de certains champs d'entêté du paquet.
L'objectif de cette fonction est d'associer chaque identificateur de flot avec un entier IM uniformément et indépendamment réparti entre l et N.
On détermine ainsi un emplacement particulier dans la structure de données TA. Cet emplacement correspond à un ensemble de bits (ou à un ensemble de portes logiques) appelé ci-après "registre de flot".
La valeur contenue dans ce registre de flot (ou le résultat binaire des fonctions logiques) est utilisée pour déterminer si un flot est actif ou non.
Ainsi, comme nous le verrons ultérieurement, à chaque réception d'un paquet appartenant à un flot actif, ou lors de l'admission d'un paquet d'un nouveau flot, les L bits de la colonne indexée par l'image IM de ce flot sont positionnés à 1 dans la structure TA. Ceci revient, au sens de l'invention, à attribuer un crédit maximum au flot de ce paquet.
Le processus de mise à jour, dont le but est de diminuer régulièrement le crédit du flot de façon à ce que celui-ci expire au bout de la durée d'extinction TO, est constitué par une boucle comportant principalement :
- une étape FlO de temporisation au cours de laquelle on attend TO/(L-1) secondes ; et
- une étape F20 consistant à positionner tous les bits d'une ligne RP du tableau TA avec une deuxième valeur binaire 0, et à incrémenter cycliquement la valeur de cet index RP, modulo L.
Ainsi, si un flot ne reçoit pas de paquet pendant les L dernières opérations de ce type, tous les bits de son registre de flot seront positionnés à 0. Le flot est alors reconnu comme nouveau.
Comme toutes les lignes de la table TA sont positionnées à la deuxième valeur binaire 0 périodiquement, il suffit de tester l'état d'un seul bit, à savoir le bit de la ligne RP et de la colonne indexée par l'image IM d'un flot pour savoir si le flot auquel appartient ce paquet est nouveau ou non, car la valeur de ce bit est égale à cette deuxième valeur binaire 0 si et seulement si tous les éléments de cette colonne le sont. La structure de données TA est particulièrement avantageuse car il suffit de compter le nombre de bits positionnés à la première valeur binaire 1 dans la ligne RP pour connaître le nombre de flots actifs à un instant donné.
Comme indiqué précédemment dans le principe général de l'invention, il est possible de ne pas détecter un nouveau flot si son image coïncide avec l'image d'un flot déjà actif.
En effet, un nouveau flot ne sera pas reconnu comme tel si un autre flot actif utilise le même registre de flot : c'est une erreur de type "faux positif". En revanche, tout flot signalé comme nouveau l'est effectivement : il n'y a pas d'erreur de type "faux négatif. L'homme du métier comprendra que le taux de faux positif peut être contrôlé en choisissant une dimension N suffisamment grande en fonction des paramètres prévus du trafic.
De retour à la figure 1, l'étape ElO d'obtention d'une image IM de l'identificateur du flot du paquet qui vient d'être détecté est suivie par un test E20 au cours duquel on détermine l'état d'activité de ce flot.
Dans le mode de réalisation décrit ici, cette étape consiste à lire la valeur mémorisée dans le bit à l'intersection de la ligne d'index courant RP (cet index étant géré par le processus de mise à jour) et de la colonne déterminée par l'image IM de l'identificateur de ce flot.
Le flot sera considéré actif (résultat du test E20 positif) si ce bit mémorise la première valeur binaire 1. Ce test est alors suivi par une étape E30 au cours de laquelle on initialise le crédit représentatif de l'activité de ce flot à sa valeur maximum en positionnant à la première valeur binaire 1 tous les bits de cette colonne IM.
Au contraire, si la valeur du bit situé à l'intersection de la ligne RP et de la colonne IM est égale à la deuxième valeur binaire 0, on considère que le flot n'est pas actif. Ce test est alors suivi par un test E40 de contrôle d'admission au cours duquel on détermine si ce nouveau flot doit être pris en compte ou non.
Dans une variante de réalisation, la structure de données TA comporte également une L+lème ligne SA mémorisant la synthèse d'activité de tous les flots.
Chaque élément de cette ligne supplémentaire SA mémorise le OU logique des L premières lignes de la structure. Cette ligne peut être lue directement pour connaître l'état d'activité d'un flot.
La décision de prendre ou non en compte un nouveau flot ne fait pas partie de l'invention. Cette précision peut être prise en fonction de l'état de congestion d'un lien réseau ainsi que d'autres critères, comme par exemple la classe de service du paquet en cours de traitement.
Si le flot doit être admis, le résultat du test E40 est positif. Ce test est alors suivi par l'étape E30 d'initialisation déjà décrite.
Sinon, le résultat du test E40 est négatif et le paquet est rejeté sans aucune autre modification de la structure de donnée TA.
Nous allons maintenant décrire une deuxième variante du procédé de gestion de flot utilisant la structure de données TB de la figure 2B.
Cette structure de données TB comporte, à l'instar de la structure de données TA décrite précédemment, N registres, chaque registre pouvant être adressé directement à partir de l'image de l'identificateur d'un flot.
Dans un premier mode de cette variante de réalisation, la structure de données TB ne comporte qu'un seul élément par registre, chacun de ces éléments mémorisant une valeur représentative du crédit d'activité d'un flot.
Comme décrit précisément ci-dessous, le crédit maximum attribué à un flot lors de la détection d'un paquet appartenant à un flot actif ou lors de l'admission d'un paquet d'un nouveau flot est égal à la valeur d'un compteur CR augmentée d'un crédit initial L prédéterminé.
Le compteur CR est incrémenté de façon cyclique au cours d'une étape de mise à jour de façon à ce que le crédit d'activité du flot constitué à un instant donné par la différence entre le contenu du registre de flot et la valeur courante du compteur expire à l'issue de la durée d'extinction du flot (à la valeur d'un cycle près).
Nous allons maintenant décrire à nouveau, en référence à la figure i, les principales étapes du procédé de gestion de flot lorsque celui- ci utilise la structure de données TB de la figure 2B.
Au cours de la première étape FlO de temporisation du processus de mise à jour, on attend une durée TO/(L-1). Cette étape FlO de temporisation est suivie par une étape F20 au cours de laquelle on incrémente d'une unité la valeur d'un compteur de référence CR. Cette incrémentation se fait de façon cyclique. En supposant que ce compteur est codé sur W bits, l'incrémentation se fait modulo 2W, le compteur de référence étant toujours compris entre les valeurs 0 et 2W-1.
L'étape ElO d'obtention de l'image de l'identificateur du flot d'un paquet est identique à celle décrite précédemment. Elle permet d'obtenir un entier IM compris entre 1 et N permettant d'adresser directement la structure de données TB.
L'étape E20 de détermination de l'activité du flot s'effectue en comparant la valeur mémorisée dans le registre de flot dans la colonne de la structure de données TB indexée par l'image du flot IM avec la valeur courante du compteur mise à jour à l'étape F20 précédemment décrite. Dans la description, on notera E[Im], le contenu du registre de flot dans la colonne IM.
Selon cette notation, le crédit d'activité pour un flot est constitué, à un instant donné, par la différence entre le contenu E[Im] mémorisé dans le registre de ce flot et la valeur courante du compteur CR. Cette différence est calculée modulo 2W. Au cours de l'étape E20 de détermination de l'activité d'un flot, on calcule cette différence et on considère que le flot est actif si cette différence est strictement inférieure à O.
Lorsque tel est le cas, on initialise le crédit du flot, à l'étape E30, en réinitialisant le registre de flot avec la nouvelle valeur du compteur CR augmenté de L, modulo 2W.
En revanche, si le flot est détecté comme nouveau, on se branche, comme dans le cas de l'exemple précédent, à l'étape E40 de contrôle d'admission pour déterminer si ce flot doit être pris en compte ou non.
Lorsque le flot doit être pris en compte, on augmente le crédit de ce flot, à l'étape E30, en réinitialisant le registre de flot avec la valeur courante du compteur CR.
Sinon, le paquet est rejeté (étape E50) sans modification de la structure de données TB.
Dans un mode préféré de cette variante de réalisation, et afin de diminuer la probabilité de détecter des faux positifs dus au bouclage du compteur CR, on ajoute une condition supplémentaire pour déterminer l'activité du flot. A cet effet, la structure de données TB contient une deuxième ligne FL dont chaque case est initialisée avec la valeur 1.
On choisira de mémoriser la valeur 0 dans la case FL[Im] d'un flot d'image IM lorsque celui-ci est admis par le contrôle d'admission. En conséquence, au cours de l'étape E20 de détection de l'état d'un flot, un flot sera déterminé comme actif si deux conditions sont réunies, à savoir ;
- CR-E[Im] < 0 ; et
- FL[Im] = 0.
Dans ce mode de réalisation, si lors d'une étape de détermination de l'activité d'un flot, on constate que le flot s'est éteint (CR > E[Im]), la valeur du drapeau FL[Im] est réinitialisée à 1.
Dans cette variante de réalisation, l'étape F20 du processus de mise à jour, dont le but est de décrémenter les crédits d'activité mémorisés dans la structure TB, consiste à incrémenter un compteur CR de façon cyclique.
Plus précisément, l'intervalle de temps séparant deux incrémentations du compteur est fixé par la durée de temporisation de l'étape FlO de temporisation de ce même processus.
Dans cette variante de réalisation, lorsque l'on détecte un paquet d'un flux actif ou pour la prise en compte d'un nouveau flot, on enregistre la valeur du compteur CR augmentée d'un crédit initial L prédéterminé dans un registre de la structure de donnée TB.
Ce registre peut, conformément à l'invention, être adressé directement. Son index est calculé comme dans la variante de la figure IA à partir de la valeur image de l'identificateur de flot du paquet.
La figure 3 représente un dispositif de gestion de flot conforme à l'invention dans un mode préféré de réalisation.
Ce dispositif peut par exemple être incorporé dans un routeur.
Il comporte un processeur 10 adapté à mettre en ceuvre un programme d'ordinateur mettant encaivre le procédé de gestion de flot décrit précédemment. Ce programme est mémorisé dans une mémoire morte 20.
Le dispositif 100 comporte également une mémoire vive 21 nécessaire à l'exécution de ce programme.
Sur la figure 3 on a représenté un flux FE de paquets entrant dans le dispositif 100. Le dispositif comporte des moyens 30 de détection et de réception de ces paquets.
Lorsqu'un paquet est reçu, il est, dans le mode de réalisation décrit ici, mémorisé dans des registres de la mémoire vive 21. Les paquets non rejetés sont ultérieurement lus de cette mémoire vive. Ils constituent un flux de sortie FS.
Conformément à l'invention, le programme d'ordinateur mémorisé dans la mémoire morte 20 comporte une routine permettant de calculer une valeur image de l'identificateur du flot d'un paquet. Cette routine utilise par exemple une fonction de hachage appliquée à la concaténation de certains champs de l'entête de ce paquet.
Le programme d'ordinateur mémorisé dans la mémoire morte 20 comporte principalement deux routines d'initialisation et de mise à jour du crédit d'activité des flots.
Dans le mode de réalisation préféré décrit ici, ces opérations s'effectuent en envoyant des impulsions vers les entrées d'un ensemble 40 de bascules bistables 50 qui va maintenant être décrit en référence aux figures 4A et 4B.
La figure 4A représente une bascule bistable 50 à deux entrées RS et une sortie O pour mémoriser un bit d'information.
De façon connue de l'homme du métier, lorsqu'une impulsion est entrée sur l'entrée S ("set"), ceci induit un signal 1 sur la sortie O ("output").
De même, une impulsion sur l'entrée R ("reset") induit un signal 0 sur la sortie O. Cette sortie passe par la porte OU en commun avec une entrée I ("input").
Ces portes logiques sont associées selon la matrice 40 de L lignes et de N colonnes représentée à la figure 4B. On matérialise ainsi la structure de données TA décrite précédemment en référence à la figure IA, sous forme d'un ensemble de portes logiques.
Les entrées Sl à SN permettent de remettre à 1 (première valeur binaire) tous les éléments (bits) d'une colonne. Ainsi l'initialisation du crédit d'activité s'effectue en envoyant une impulsion par la routine d'initialisation sur l'entrée correspondante.
Les entrées Rl à RN permettent de simultanément remettre à zéro (deuxième valeur binaire) l'état d'une ligne de la matrice. Ainsi à chaque expiration de temporisation, la routine de mise à jour génère une impulsion sur l'entrée correspondante, ce qui repositionne à zéro Ia ligne du bitmap indexée par le compteur RP.
Dans un mode préféré de réalisation, le programme d'ordinateur mémorisé dans la mémoire morte 20 comporte une routine permettant de déterminer l'état d'activité d'un flot.
L'homme du métier comprendra que l'état d'activité d'un flot d'image IM est lu à la sortie Olm qui transporte le résultat de l'opération OU sur tous les éléments d'une colonne du bitmap.
Préférentiellement, le programme d'ordinateur comporte une routine pour contrôler l'admission d'un paquet s'il appartient à un flot nouveau, ce qui revient à déterminer si ce flot doit être pris en compte ou non.
Si tel est le cas, le programme d'ordinateur met en ouvre la routine d'initialisation de crédit d'activité pour ce flot.
Dans le cas contraire (rejet du paquet), la structure de données 40 est inchangée.
De façon avantageuse, la fréquence de mise à jour des crédits d'activité peut être modifiée au cours du temps, et notamment augmentée avec l'activité de trafic pour diminuer la durée d'extinction des flots du réseau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion de flots dans un réseau de télécommunication par paquets, un flot étant considéré comme actif dans ledit réseau si la durée écoulée depuis la détection du dernier paquet de ce flot est inférieure à une durée cfextinction (TO) prédéterminée, ledit procédé comportant : pour chaque paquet reçu, le paquet appartenant à un flot donné,
- une étape (ElO) de détermination, à partir d'un identificateur dudit flot, de l'emplacement d'un registre de flot dans une structure de données (TA, TB) de taille fixe, ladite structure comportant plusieurs registres de flot,
- une étape (E30) d'initialisation au cours de laquelle on mémorise, dans ledit registre de flot, un crédit initial représentatif de l'activité dudit flot ; et un processus de mise à jour consistant à diminuer (F20) progressivement et simultanément les crédits d'activité, associés à tous les flots, de sorte que le crédit dudit flot expire à Ilssue de ladite durée cfextinction (TO), comptée à partir de l'initialisation (E30) dudit crédit.
2. Procédé de gestion selon Ia revendication 1, dans lequel il est prévu une étape (ElO) de calcul d'une valeur image de l'identificateur dudit flot, à l'aide d'une fonction ayant pour rôle d'associer à des identificateurs de flot des valeurs images (IM) appartenant à un ensemble fini de valeurs images auxquelles correspondent des entrées respectives directement adressables dans la structure de données (TA, TB) de taille fixe.
3. Procédé de gestion selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une étape (E20) de détermination de l'état d'activité d'un flot, à partir de ladite structure de données (TA, TB) ; et
- une étape (E40) de contrôle d'admission d'un paquet s'il appartient à un flot nouveau.
4. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, ledit registre de flot étant constitué par un nombre (L) prédéterminé de bits ;
- on mémorise, au cours de ladite étape (E30) d'initialisation, une première valeur binaire (1) dans chacun desdits bits ; et en ce que :
- au cours dudit processus de mise à jour, on mémorise (F20), dans chacun desdits bits pris un à un, cycliquement, et selon une fréquence donnée, une deuxième valeur binaire (0), ledit crédit d'activité étant constitué, à un instant donné, par le nombre de bits dudit registre de flot qui mémorisent ladite première valeur binaire (1).
5. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- au cours de ladite étape (E30) d'initialisation, on mémorise, dans ledit registre de flot (E(Im)), la valeur cfun compteur (CR), augmentée d'un crédit initial (L) prédéterminé ; et en ce que :
- au cours dudit processus de mise à jour, on incrémente (F20) ledit compteur (CR) de façon cyclique, ledit crédit d'activité étant constitué, à un instant donné, par la différence entre le contenu dudit registre de flot (E(Im)) et la valeur courante dudit compteur (CR).
6. Dispositif de gestion de flots dans un réseau de télécommunication par paquets, un flot étant considéré comme actif dans ledit réseau si la durée écoulée depuis la détection du dernier paquet de ce flot est inférieure à une durée d'extinction (TO) prédéterminée, ledit dispositif comportant :
- des moyens (30) de réception de paquets ;
- des moyens (10, 20 21) de détermination, à partir d'un identificateur de flot d'un paquet, de l'emplacement d'un registre de flot, dans une structure de données (TA, TB, 40) de taille fixe, ladite structure comportant plusieurs registres de flot ;
- des moyens d'initialisation (10, 20, 21) adaptés à mémoriser, dans ledit registre de flot, un crédit initial représentatif de l'activité dudit flot ; et
- des moyens (10, 20, 21) de mise à jour adaptés à diminuer progressivement et simultanément les crédits d'activité associés à tous les flots, de sorte que le crédit dudit flot expire à lissue de ladite durée d'extinction (TO), comptée à partir de l'initialisation dudit crédit.
7. Dispositif de gestion selon la revendication 6, comportant des moyens (10, 20, 21) de calcul d'une valeur image (Im) de l'identification dudit flot, à l'aide d'une fonction ayant pour rôle d'associer à des identificateurs de flot des valeurs images appartenant à un ensemble fini de valeurs images auxquelles correspondent des entrées respectives directement adressables dans la structure de données de taille fixe (TA, TB, 40).
8. Dispositif de gestion selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens (10, 20, 21) de détermination de Tétât d'activité d'un flot, à partir de ladite structure de données (TA, TB, 40) ; et
- des moyens (10, 20, 21) pour contrôler l'admission d'un paquet sil appartient à un flot nouveau.
9. Dispositif de gestion selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, ledit registre de flot étant constitué par un nombre (L) prédéterminé de bits :
- lesdits moyens d'initialisation (10, 20, 21) mémorisent une première valeur binaire (1) dans chacun desdits bits ; et en ce que :
- lesdits moyens de mise à jour (10, 20, 21) mémorisent, dans chacun desdits bits pris un à un, cycliquement, et selon une fréquence donnée, lesdits bits avec une deuxième valeur binaire (0), ledit crédit d'activité étant constitué, à un instant donné, par le nombre de bits dudit registre de flot qui mémorisent ladite première valeur binaire (1).
10. Dispositif de gestion selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite structure de données (40) est constituée par un ensemble de bascules bistables (50), chaque bascule (50) comportant deux entrées (R, S) et une sortie (O) pour mémoriser un bit de ladite structure, et en ce que ;
- lesdits moyens d'initialisation (10, 20, 21) sont adaptés à générer une impulsion sur une première entrée (S) pour induire un premier signal, représentatif de ladite première valeur binaire (1) sur ladite sortie (O) ; et en ce que
- lesdits moyens de mise à jour (10, 20, 21) sont adaptés à générer une impulsion sur une deuxième entrée (R) pour induire un deuxième signal, représentatif de ladite deuxième valeur binaire (0) sur ladite sortie (O).
11. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ledit programme étant caractérisé en ce quil comporte des instructions adaptées à mettre en ouvre un procédé de gestion de flots selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
12. Support d'informations lisible par un ordinateur, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions d'un programme d'ordinateur selon la revendication 11.
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