TW201408009A

TW201408009A - 在具有緩衝區的交換機中的方法與系統

Info

Publication number: TW201408009A
Application number: TW102123250A
Authority: TW
Inventors: Bruce Kwan; Puneet Agarwal; Brad Matthews; Mohan Kalkunte; Martin Lund
Original assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-02-16
Also published as: EP2696536A1; KR20140019730A; CN103580910A; KR101451149B1

Abstract

本發明公開了緩衝區統計數據的跟蹤。本文所公開的系統和方法允許包交換網路中的交換機跟蹤緩衝區統計數據且觸發諸如硬體終端或系統快照的事件，以對達到閾值的緩衝區統計數據作出反應，緩衝區統計數據達到閾值表示即將出現問題。因為交換機本身觸發事件以警告網路管理員，所以網路管理員不再需要篩選大量的數據來識別潛在的問題。還有，因為交換機在問題出現之前觸發事件，所以網路管理員可在問題發生之前提供補救行動。這種類型的事件觸發機制使得包交換網路的管理變得更具可管理性。

Description

在具有緩衝區的交換機中的方法與系統

本發明總體上涉及包交換網路，且更具體地，涉及用於跟蹤交換機的緩衝區統計數據的系統和方法。

典型地，在包交換網路中，交換機保存可由網路管理員輪詢的緩衝區統計數據。由此，網路管理員可定期從這些交換機中輪詢緩衝區統計數據以識別需要網路管理員注意的任何潛在問題。替代地，網路管理員會響應於針對特定交換機出現的問題輪詢緩衝區統計數據。然而，對於具有數百個(或者甚至數千個)交換機的大型網路，被輪詢的數據量是驚人的且審閱大量數據可能是一項艱巨的任務。

根據本發明的一個方面，提供了一種在具有緩衝區的交換機中的方法，所述方法包括：(a)確定統計數據類型，所述統計數據類型是選自以下各項組成的組中的至少一項：(a1)當前使用計數；和(a2)最大使用計數；(b)針對所確定的所述統計數據類型跟蹤使用計數，所述使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：(b1)出口使用計數；(b2)入口使用計數；和(b3)裝置使用計數；(c)將所述使用計數與對應的閾值進行比較；以及(d)在所述使用計數超過所述對應的閾值時觸發事件。

優選地，該方法還包括：(e)接收重置命令；以及(f)響應於所述重置命令對所述使用計數進行重置。

根據本發明的一個方面，提供了一種系統，包括：使用計數寄存器，用於儲存與緩衝區相關的使用計數；閾值寄存器，用於儲存與所述使用計數對應的閾值；以及儲存器管理單元(MMU)，用於將所述使用計數與所述閾值進行比較，所述儲存器管理單元用於在所述使用計數超過所述閾值時觸發事件。

優選地，所述使用計數寄存器還用於儲存出口使用計數。

優選地，所述出口使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：出口單播(UC)隊列使用計數；出口隊列組共享使用計數；出口端口使用計數；出口多播(MC)緩衝池(BP)使用計數；出口單播加多播(UC+MC)緩衝池使用計數；以及出口中央處理單元(CPU)隊列使用計數。

優選地，所述使用計數寄存器還用於儲存入口使用計數。

優選地，所述入口使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：入口端口和優先級組(PG)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；入口端口優先級組淨空使用計數；入口端口緩衝池(BP)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；以及入口緩衝池單播加多播(UC+MC)共享使用計數。

優選地，所述使用計數寄存器還用於儲存裝置使用計數。

優選地，所述事件是硬體中央處理單元(CPU)中斷。

優選地，所述事件是停止更新所述使用計數的命令。

優選地，所述事件是經設置以指示所述使用計數超過所述閾值的專用位元。

根據本發明的又一方面，提供了一種在網路交換機中的方法，所述方法包括：跟蹤與緩衝區相關的使用計數；確定所跟蹤的所述使用計數是否超過預定閾值；以及在所述使用計數超過所述預定閾值時觸發事件。

優選地，所述事件的觸發包括：發布中央處理單元(CPU)中斷。

優選地，所述事件的觸發包括：停止更新所述使用計數。

優選地，所述事件的觸發包括：設置專用位元以指示所述使用計數超過所述預定閾值。

優選地，所述使用計數的跟蹤包括：跟蹤出口使用計數。

優選地，所述出口使用計數的跟蹤包括選自以下各步驟組成的組中的至少一個步驟：跟蹤出口單播(UC)隊列使用計數；跟蹤出口隊列組共享使用計數；跟蹤出口端口使用計數；跟蹤出口多播(MC)緩衝池(BP)使用計數；跟蹤出口單播加多播(UC+MC)緩衝池使用計數；以及跟蹤出口中央處理單元(CPU)隊列使用計數。

優選地，所述使用計數的跟蹤包括：跟蹤入口使用計數。

優選地，所述入口使用計數的跟蹤包括選自以下各步驟組成的組中的至少一個步驟：跟蹤入口端口和優先級組(PG)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；跟蹤入口端口優先級組淨空使用計數；跟蹤入口端口緩衝池(BP)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；以及跟蹤入口緩衝池單播加多播(UC+MC)共享使用計數。

優選地，所述使用計數的跟蹤包括：跟蹤裝置使用計數。

110~160‧‧‧步驟

210‧‧‧步驟

310~390‧‧‧步驟

410~490‧‧‧步驟

510~565‧‧‧步驟

610~645‧‧‧步驟

可參考以下附圖更好地理解本發明的多個方面。附圖中的部件不必按比例，而是將重點放在清楚地描述本發明的原理。另外，在附圖中相似參考標號指示通篇數個示圖中相應的部分。

圖1是示出交換機基於緩衝區統計數據來觸發事件的方法的一個實施方式的流程圖。

圖2是示出了選擇用於跟蹤的緩衝區統計數據的方法的一個實施方式的流程圖。

圖3是示出用於在交換機中跟蹤使用計數(use-counts)的方法的一個實施方式的流程圖。

圖4是示出用於在交換機中觸發事件的方法的一個實施方式的流程圖。

圖5是示出用於跟蹤交換機的出口統計數據的方法的一個實施方式的流程圖。

圖6是示出用於跟蹤交換機的入口統計數據的方法的一個實施方式的流程圖。

典型地，在包交換網路中，交換機保存可由網路管理員輪詢的緩衝區統計數據。由此，當交換機碰到問題(例如，隊列長度變得太長)時，網路管理員可從有問題的交換機中輪詢緩衝區統計數據以查出問題並採取補救行動。不幸的是，就在輪詢緩衝區統計數據的時候，問題(例如網路擁塞)已經出現且此時網路管理員的任務就是簡單地修復這個問題(將網路流量重新路由到其他交換機)。

替代地，為了避免這些問題，網路管理員可定期輪詢緩衝區統計數據。簡言之，通過審閱緩衝區統計數據，網路管理員可重新分配可用資源以阻止問題。然而，對於具有幾百個(或者甚至幾千個)交換機的大型網路，被輪詢的數據量是驚人的且審閱大量數據可能是一項艱巨的任務。這是因為針對緩衝區統計數據輪詢所有的交換機導致既要收集針對許多運行正常的交換機的訊息又要收集針對少數即將發生故障的交換機的訊息。由此，為了識別問題耐著性子看完一堆數據是一項費時的任務。

本文所公開的系統和方法允許交換機跟蹤緩衝區統計數據進而觸發事件，例如硬體中斷或系統快照，以對達到可表示將要出現問題的閾值的緩衝區統計數據作出響應。因為交換機自身觸發事件以警告網路管理員，所以網路管理員不再需要耐著性子看完成山的數據來識別潛在的問題。還有，由於交換機在問題出現之前觸發事件，所以網路管理員可在問題出現之前提供補救行動。這種類型的事件觸發機制使得包交換網路的管理工作變得更易於管理。

為了實現事件觸發機制，交換系統包括儲存與交換機緩衝區相關的使用計數的使用計數寄存器。該使用計數可指示出口統計數據、入口統計數據、或裝置統計數據，且能夠以每隊列、每端口或每池為單位進行監測。該系統還包括儲存與每個使用計數相關聯的相關閾值的閾值寄存器。系統中的儲存器管理單元(MMU)將使用計數與閾值進行比較從而確定使用計數是否超過該閾值。並且，在使用計數超過該閾值時，MMU觸發事件。該事件可以是硬體中央處理單元(CPU)中斷，其警告網路管理員該交換機緩衝區已超過特定閾值。還有，該事件可以是當超過閾值時的交換機的快照。該事件還可以是發出命令以阻止更新使用計數。替代地，該事件可僅僅是寄存器內專用位元的設置，當被輪詢時，其將網路管理員的注意力引到已設置該位元的特定交換機。

除了在真實緩衝區上實現報警機制，也可在虛擬隊列上實現相似的機制。由此，並非監測真實隊列(或真實物理端口)，而是可以使用例如令牌桶計(token bucket meter)實現虛擬隊列。由於在本領域令牌桶計為人所知，這裡只作一個簡要的討論。通過隱蔽真實隊列的行為，虛擬隊列模擬真實隊列。然而，因為虛擬隊列可被配置為以比真實隊列更慢的速率消退(drain)，虛擬隊列上的使用計數會比真實隊列上的使用計數累積的更快。這導致更早地檢測到潛在問題，且進一步减少或消除來自隊列建立的任何潛在影響。

已提供一個簡要的概述，現在參考附圖中所示的實施方式進行詳細描述。儘管結合這些附圖描述數個實施方式，但並不旨在將本發明限於本文所公開的實施方式。相反，旨在覆蓋所有替代物、變形例和等價物。

圖1是示出交換機基於緩衝區統計數據來觸發事件的方法的一個實施方式的流程圖。如圖1中所示，該處理開始於110，確定將要被監測的統計數據的類型(例如，當前使用計數、最大使用計數等等)。參考圖2示出用於確定110統計數據類型的處理的一個實施方式。

一旦統計數據的類型已被確定110，針對該交換機(這裡簡稱為交換機自身)的緩衝區統計數據監測機制跟蹤120針對該數據的使用計數。該跟蹤機制可以與順序地增加使用計數的增量計數寄存器一樣簡單。參考圖3示出用於跟蹤120使用計數的方法的一個實施方式。

然後交換機將所跟蹤的使用計數與閾值進行比較130，該閾值儲存在閾值寄存器中。如果使用計數沒有超過該閾值，那麽系統繼續對使用計數進行跟蹤120。替代地，如果使用計數超過該閾值，那麽系統觸發140事件(例如硬體中斷、系統快照等等)。參考圖4示出用於觸發140事件的處理的一個實施方式。

值得注意的是，此時為了獲取可接受的性能，網路管理員或操作員可能需要調整MMU緩衝區准入設置(buffer admission settings)，這些設置通常是依流量而定的。換句話說，事件觸發機制的性能取决於設置合適的閾值。例如，如果閾值設置過高，那麽使用計數可輕易超過警報值而不觸發事件。替代地，如果閾值設置過低，那麽即使可接受的(以及正常的)使用計數也可能不必要地觸發事件。

一旦事件已被觸發140，然後系統等待150網路管理員重置使用計數進而在發出重置命令時重置160使用計數。重置160使用計數後，系統返回至跟蹤120使用計數。

如以上所述，圖2是示出選擇用於跟蹤的緩衝區統計數據的方法的一個實施方式的流程圖。如圖2中所示，系統確定210網路管理員是否希望監測當前的使用計數。如果確實如此，那麽系統跟蹤220當前的使用計數。替代地，如果網路管理員想要基於最大使用計數來觸發事件和警告，那麽系統跟蹤220最大使用計數。參考圖3更詳細地描述對於使用計數的跟蹤。

如圖3中所示，交換機跟蹤出口使用計數310、入口使用計數340、裝置使用計數370或所有這些計數的組合。為了做到這點，交換機决定320其是否應該跟蹤出口使用計數，且如果應該的話，跟蹤330出口使用計數。參考圖5示出用於跟蹤330出口使用計數的方法的一個實施方式。然後交換機决定350其是否應該跟蹤入口使用計數，且如果應該的話，要麽自己要麽聯合對出口使用計數的跟蹤310來跟蹤360入口使用計數。參考圖6示出用於跟蹤360入口使用計數的方法的一個實施方式。然後，交換機决定380其是否應該跟蹤裝置使用計數，且如果應該的話，要麽自己要麽聯合對出口和入口使用計數的跟蹤310、330來跟蹤390裝置使用計數。正如所見，供跟蹤的使用計數參數具有靈活性。

圖4是示出用於在交換機中觸發事件的方法的一個實施方式的流程圖。廣義地，該事件可以是處理器中斷410、系統快照440或僅僅觸發寄存器中的專用位元470。對於一些實施方式而言，該事件可以是伴隨可選系統快照的中斷觸發或者伴隨可選系統快照的設置專用位元(“黏著位元”)。在一個實施方式中，交換機决定420是否應該發布中央處理單元(CPU)中斷，且如果應該的話，發布430 CPU中斷。該中斷向網路管理員警告特定使用計數超過了閾值。接下來交換機確定450其是否應該拍下交換機緩衝區統計數據的快照，且如果應該的話，發布460命令以停止更新使用計數。可單獨或聯合CPU中斷410來進行系統快照440。交換機也可被配置為在寄存器內設置490專用位元以對觸發事件480作出響應。該專用位元指示使用計數超過其相應的閾值。由此，並非將大量的訊息提供給管理員，而是針對每個交換機的單個專用位元提供可管理的訊息量，這種量的訊息易於被網路管理員領會。

圖5是示出用於跟蹤310交換機的出口統計數據的方法的一個實施方式的流程圖。如上述所提，按照每個隊列為單位可以跟蹤多個與出口有關的統計數據。在實現方式中，能夠以每單播(UC)或每多播(MC)為單位進一步劃分該每隊列訊息。圖5提供劃分UC和MC隊列的實施方式。然而，應該理解，通常不需要如此精細等級的粒度。如圖5中所示，監測出口單播(UC)隊列使用計數的决定510引起交換機跟蹤515該出口UC隊列使用計數。相似地，監測出口隊列組共享使用計數的决定520引起交換機跟蹤525出口隊列組共享使用計數。針對出口端口使用計數、出口多播(MC)緩衝池(BP)使用計數、出口UC加MC(UC+MC)BP使用計數、以及出口CPU使用計數的相似决定530、540、550、560引起交換機跟蹤535、545、555、565這些使用計數。換句話說，基於網路管理員的需要或願望跟蹤這些使用計數中的一個或多個。

類似於圖5中如何跟蹤310出口統計數據，通過圖6的流程圖示出入口統計數據跟蹤340。交換機確定610、620、630、640是否應該監測以下使用計數中的一個或多個：入口優先級組(PG)UC+MC使用計數、入口端口PG淨空(headroom)使用計數、入口端口BP UC+MC共享使用計數、入口BP UC+MC共享使用計數。此後，交換機跟蹤615、625、635、645所期望的使用計數。參考圖5注意到，不必分離UC和MC，可替代地以每隊列為單位進行監測。

正如所見，可由交換機監測多個不同的變量。而且，交換機觸發警告網路管理員的硬體事件以對特定變量超過閾值(或警報水平)作出響應。

除了主要描述用於基於緩衝區統計數據觸發事件的方法外，本發明還為計數寄存器提供特定參數以及為實現緩衝區統計數據的跟蹤提供它們的值。可基於1位元寄存器來决定是儲存當前使用計數還是儲存最大使用計數，其中，0值跟蹤當前使用計數，1 值跟蹤最大使用計數。類似地，可設置1位元跟蹤使能位元，以便0值停止更新或捕獲使用計數，而1值繼續更新使用計數。

緩衝區統計數據或使用計數值優選地儲存在寄存器中，其中，寄存器的各個順序增量表示緩衝區單元中使用計數的增加。本領域的技術人員應理解計數器尺寸應足以應付最壞情况下的總緩衝區使用。此外，可使用簡檔索引來識別哪個閾值對應於哪個使用計數值。

也可通過1位元值識別觸發事件中的每一個事件。由此，例如，針對硬體中斷，0值可指示沒有CPU中斷被發布，而1值導致發布CPU中斷。相似地，針對快照的0值可導致使用計數的連續更新，而針對快照的1值可導致使用計數被凍結。

對於每個觸發事件而言，可使用寄存器來表示哪種類型(例如，出口隊列總、出口隊列組共享、出口端口BP共享、CPU隊列總等等)的使用計數觸發事件，而另一個寄存器提供對引起觸發事件的端口、池或隊列的識別。對於基於端口號和緩衝池的觸發，可採用8位元寄存器，其中，前6位元表示端口號，而剩下的2位元表示池編號。正如所見，可定制用於儲存該訊息的寄存器的尺寸以容納所述類型的使用計數、使用計數的最大值、可觸發使用計數的多個裝置等。因為這些使用計數寄存器可配置的方法有無數個，且因為本領域的技術人員可從上述描述中方便地實施使用計數寄存器，所以在這裡省略具有特定位元值的其他實例。

只要說通過實現在其中使用計數被用於觸發事件的進程就足夠的，網路管理員可以在沒有針對所有交換機輪詢所有緩衝區統計數據的情况下容易地按照精細的粒度來檢驗包交換網路如何運行。這種類型的跟蹤機制允許更加流線化的概覽網路性能，從而允許網路管理員重新配置網路部件從而優化系統性能。

可在硬體、軟體、固件或它們的組合物中實施儲存器管理單元(MMU)。在優選的實施方式中，使用下面技術的任何一種或組合在硬體上實施該MMU，這些技術在本領域內為人所熟知：具有用於在數據信號上實施邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有合適組合邏輯門的特定用途集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、現場可編程門陣列(FPGA)等。在替代實施方式中，在軟體或固件上實施MMU，其中軟體後固件儲存在儲存器內且由合適的指令執行系統執行。

任何處理過程的描述或流程圖中的方框應理解為表示代碼的模塊、分段或部分，它們包括一個或多個用於在本處理過程中實施特定邏輯功能或步驟的可執行指令，且替代實施包括在本發明的優先實施方式的範圍內，其中可不按照所示或所討論的順序執行這些功能，這包括幾乎同行執行或按照相反的順序執行，這要取决於所涉及的功能性。對於本發明的技術領域內的技術人員應理解以上所述。

事件的觸發可由硬體或軟體代碼執行，該代碼包括用於實施邏輯功能的有序序列的可執行指令。事件的觸發可在任何計算機可讀介質上具體化，從而供指令執行系統、設備或裝置使用或與他們相關聯，指令執行系統、設備或裝置例如有基於計算機的系統、包含處理器的系統或其他可從指令執行系統、設備或裝置中獲取指令且執行該指令的系統。在本文檔的文章中，計算機可讀介質可是包含、儲存、通訊、傳播或發送程序以供指令執行系統、設備或裝置使用或與他們相關聯的任何裝置。該計算機可讀介質可是例如但不局限於電子、磁、電磁、紅外或半導體的系統、設備、裝置或傳播介質。計算機可讀介質的更多特定實例(非詳盡無遺的清單)將包含下面的方面：具有一個或多個線路的電連接(電子的)、便携式計算機軟盤(磁的)、隨機存取儲存器(RAM)(電子的)、只讀儲存器(ROM)(電子的)、可擦可編程序只讀儲存器(EPROM或閃存)(電子的)、光學纖維(光的)和便携式光盤只讀儲存器(CDROM)(光的)。注意，計算機可讀介質甚至可是紙張或其他適合在其上打印程序的介質，因為可憑藉例如紙張或其他介質的光學掃描電子捕獲程序，如有必要然後以合適的方式編輯、翻譯或其他處理程序且然後將程序儲存在計算機儲存器內。

儘管已經展示和描述多個示例性實施方式，對於本領域的技術人員而言，應清楚的是可對所描述的公布作出多種改變、變型或變更。例如，當在這裡公布使用計數是，應該理解可以相似的方式監測包速率。因此所有這些改變、變型和變更應視作處於本發明的範圍內。

110~160‧‧‧步驟

Claims

一種在具有緩衝區的交換機中的方法，所述方法包括：(a)確定統計數據類型，所述統計數據類型是選自以下各項組成的組中的至少一項：(a1)當前使用計數；和(a2)最大使用計數；(b)針對所確定的所述統計數據類型跟蹤使用計數，所述使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：(b1)出口使用計數；(b2)入口使用計數；和(b3)裝置使用計數；(c)將所述使用計數與對應的閾值進行比較；以及(d)在所述使用計數超過所述對應的閾值時觸發事件。
根據申請專利範圍第1項所述的方法，還包括：(e)接收重置命令；以及(f)響應於所述重置命令對所述使用計數進行重置。
一種系統，包括：使用計數寄存器，用於儲存與緩衝區相關的使用計數；閾值寄存器，用於儲存與所述使用計數對應的閾值；以及儲存器管理單元(MMU)，用於將所述使用計數與所述閾值進行比較，所述儲存器管理單元用於在所述使用計數超過所述閾值時觸發事件。
根據申請專利範圍第3項所述的系統，所述使用計數寄存器還用於儲存出口使用計數。
根據申請專利範圍第4項所述的系統，所述出口使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：出口單播(UC)隊列使用計數；出口隊列組共享使用計數；出口端口使用計數；出口多播(MC)緩衝池(BP)使用計數；出口單播加多播(UC+MC)緩衝池使用計數；以及出口中央處理單元(CPU)隊列使用計數。
根據申請專利範圍第3項所述的系統，所述使用計數寄存器還用於儲存入口使用計數。
根據申請專利範圍第6項所述的系統，所述入口使用計數是選自以下各項組成的組中的至少一項：入口端口和優先級組(PG)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；入口端口優先級組淨空使用計數；入口端口緩衝池(BP)單播加多播(UC+MC)共享使用計數；以及入口緩衝池單播加多播(UC+MC)共享使用計數。
根據申請專利範圍第3項所述的系統，所述使用計數寄存器還用於儲存裝置使用計數。
根據申請專利範圍第3項所述的系統，所述事件是硬體中央處理單元(CPU)中斷。
一種在網路交換機中的方法，所述方法包括：跟蹤與緩衝區相關的使用計數；確定所跟蹤的所述使用計數是否超過預定閾值；以及在所述使用計數超過所述預定閾值時觸發事件。