TW522675B - Buffer management for support of quality-of-service guarantees and data flow control in data switching - Google Patents

Description

等 至 522675 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明涉及在數據傳輸網絡中的數據交換，特 在數據父換節點管理存儲資源的方法。 / 發明背景 在數據父換領域中，參盘數储秦 數據傳輸網絡的數據交換節 點的性能是極其重要的。 供即 在提供數據傳輸服務令，數據在由所用的數據傳輪協 議規定的數據網絡節點之間傳送。一組數據一般由—個源 數據網絡節點所產生，並且由數據交換設備通過相關的互 聯數據傳輸鏈路經過一個數據傳輸網絡向著一個目標數據 網絡節點轉發。該數據被按照相應的數據傳輸協議規範， 用協議數據單元或者有效負荷數據單元（PDU)來封裝。 根據至少一種數據傳輸協議所傳送的數據與路由資訊 一同封裝在PDU中。PDU包括但不限於：信源、幀、數據 包荨專。母個PDU具有一定的大小。信源具有固定的大 小’而幀和數據包的大小可以變化。 每個PDU包括：容納要被傳送的數據體的至少一部分 的有效負荷部分；以及容納路由資訊、PDU處理參數等 的報頭部分。在沿著傳輸路徑的每個數據交換節點參考 少一部分報頭資訊，以確定把PDU向目標數據網絡節點轉 發的一條路徑。可以把該PDU向一組目標數據節點轉發， 正如多點傳送數據業務的情況那樣。 該報頭資訊包括規範的細節：PDU的類型、PDU的大 小、有效負荷的大小、報頭的大小和結構、源數據網絡節 本紙張尺度適用中國國鼻標準（CNS) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) .、一^丨 ·- 5-22675 _ A7 • B7 ，五、發明説明（2 ) < V 點、目標數據網絡節點、在處理PDU中的其他特殊指令， 例如轉發優先級、服務級別，等等。 從數據傳輸網絡來看，在數據網絡節點之間的數據傳 輸期間，數據被在數據傳輸網絡中逐段地傳送。PDU被數 ' 據交換節點通過其所連接的數據傳輸鏈路而接收，並且被 • 處理，以確定把該PDU向著它們的所需目標傳送所經過的 數據傳輸鍵路。 ^ 從數據交換節點來看，數據交換節點是把PDU在輸入 端口和輸出端口之間轉發的多端口網絡節點。PDU的轉發 代表了數據交換節點的交換功能。數據交換節點的基本操 作包括：接收至少一個PDU，當確定一個適當的輸出端口 時在存儲器中存儲PDU，確定該輸出端口，調度用於發送 _ 的PDU，以及通過確定的輸出端口發送PDU。在數據傳輸 . 領域中，這被稱為數據交換節點操作的“存儲和轉發”方 法。儘管數據交換節點的操作在概念上是簡單的，但是這 • 種設備的實現並不簡單。 當輸入端口、輸出端口和交換功能以不同的數據處理 . 速率工作時，在存儲器中PDU的存儲提供一個數據匹配功 能。因此，該存儲器也被稱為存儲緩衝區。 m 在該存儲器中的PDU存儲還能夠進行數據流統計的採 集（統計產生功能），以在數據傳輸資源的使用策略上支援 數據流控制。 該存儲器本身表示在處理PDU中的有限資源，因為它 具有限的大小。如果一個PDU到達一個數據交換節點，並 本紙張尺度適用中國國.家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -----------------------裝------------------tr------------------線 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 522675 A7 _B7___ 五、發明説明（3 ) 且該存儲器資源被用盡，則必須放棄該PDU。有效的數據 傳輸試圖使放棄PDU的情況最少。 春… (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一種解決方案是增加可由數據交換節點所使用的存儲 器資源。增加存儲資源的大小導致如下問題··增加數據交 換節點的設計複雜度；增加開發成本，增加元件成本，增 加維護成本，等等。隨著在數據交換領域中對數據流所施 加的更加嚴格的服務質量（QoS)要求，則需要使數據吞吐 率進一步增加。在數據交換節點增加數據存儲資源只是一 種短期的解決方案。 為了減小放棄PDU情況的出現，數據交換節點必須適 合採用數據流控制。這樣，數據交換節點的統計收集功能 被用於根據相關的數據流而對PDU分類。該數據流被根據 特別可行的數據流參數而傳送。試探法被用於確定是否在 數據交換節點轉發、放棄PDU或者調整數據流。 PDU轉發規則的一個例子規定不應當從良好的數據流 中放棄PDU。獨占存儲資源的數據流被以為是不良的。 典型的數據交換節點設計包括對所有傳送的數據流使 用共用的存儲緩衝區。該方案在本領域中被稱為共用的存 儲交換構架。 由於該設計會導致在本領域中稱為阻塞的現象，因此 共用的存儲緩衝區的使用使得滿足不放棄與良好數據流相 關的PDU的要求變得困難。 當一個特定的數據流使用所有可用的共用存儲資源B寺 存在阻塞的情況，並且強制該數據轉換節點到來的PDU， 本紙張尺度適用中國軋家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 522675 A7 B7 五、發明説明（4 包括與良好的數據流相關的PDU。 當對一個輸入端口進行流量控制並且一個PDU到達具 有有效的存儲資源的數據交換節點時，該接收輸入端口被 指示向上游發送一個流量控制暫停指令消息，使得該數據 交換節點上游的數據網絡節點暫停發送數據。 例如，與在802.3 IEEE標淮1998的附錄31A中的流量控 制執行的當前規範相關，所有通過執行流量控制的輸入端 口傳送數據的數據流受到影響並且被要求暫停發送，包括 良好的數據流。 在支援QoS中，PDU還被根據在PDU報頭中規定的服 務級別/轉發屬性而特性化。由於在流量控制的當前規範中 使用暫停命令使得包括良好數據流在内的所有數據流停止 發送，因此當流量控制有效時，還在數據交換節點上實施 的QoS保証不能得到保証。因此，流量控制在本質上與保 証服務質量（QoS)相抵觸。 作為PDU轉發規則的另一個例子，不應當從具有高的 轉發優選級的數據流中放棄PDU。與上文對良好數據流所 述的情況相同，對於具有·高轉發優選級的數據流存在類似 的問題：由於低轉發優先級的PDU佔用了共用的存儲緩衝 區資源，因此到達擁擠的數據交換節點的高轉發優先級 PDU可能被拋棄。 在1992年由0.861^1^5和11.〇311&861*所出版的“數據網 絡”第二版，pp. 496-498，描述通過定量配給一個共用的緩 衝空間而實現緩衝區管理的理論方法。所述方法是把總的 本紙張尺度適用中國乳家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -----------------------裝------------------、可------------------線. • m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522675 A7 ______B7____ 五、發明説明（5 ) 共用緩衝區空間分為多個保留區域和一個共用區。保留區 域保註用於每個數據流或者服務級別（CoS)的小量緩衝空 間’使得即使在擁擠狀態下，也能使良好數據流具有保言正 的緩衝空間。 儘管本方法提供緩衝區管理的理論方法，但是在實踐 中’ 一旦共用緩衝空間被填滿，所有數據流可能受到堵塞。 在理論上，假設一旦共用緩衝空間被填滿，最有可能傳送 下一個PDU的數據流是一個不良的數據流，因此受到流量 控制。在實踐中，良好的數據流以協議規定的數據吞吐量 級或更低的業務量級傳送數據，並且在大多數情況下具有 比不良數據流更大的呑吐量。包括良好數據流在内的所有 通過數據交換節點的數據流受到吞吐量變化，隨著共用緩 衝空間的用盡，在數據呑吐量中的變化雖然报小，但是使 良好數據流不利地受到流量控制。 因此，需要一種方法和數據交換構架來把阻塞情況減 小到最小程度。 發明概述 根據本發明的一個方·面，提供在多個數據端口之間交 換協議數據單元（PDU)的數據網絡節點。每個pDU具有存 儲報頭的一個報頭以及存儲至少一部分要被傳送的數據的 有效負荷。該數據網絡節點包括··交換PDU的處理器和一 個共享的存儲緩衝區。共享的存儲緩衝區被分為：一個保 留的暫時存儲部分以及一個PDU排隊存儲部分。當在排隊 之前等待報頭信息的初步檢查時，暫時存儲部分保存通過 本紙張尺度適用中國國麥標準（CNS) A4規格（210X297公爱)-- 訂 : : (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 522675 A7 B7 五、發明説明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 多個數據端口的輸入端口接收的PDU。PDU排隊存儲部分 保存等待處理的PDU，以從交換PDU地多個數據端口確定 至少一個輸出端口。該方案通過在排隊之前從與不良數據 流相關的PDU中區分出與良好數據流相關的數據流，從而 減小了放棄PDU的情況。 根據本發明另一個方面，該PDU排隊存儲部分進一步 包括一個服務級別（CoS)PDU排隊部分。該CoS PDU排隊部 分被細分為多個保留的C 〇 S處理單元。當等待處理時，每 個CoS處理隊列保存與在數據網絡節點支援的多個服務級 別的一個相關的PDU，以提供對服務質量保証的支援，保 証在數據網絡節點的用於數據流的最小存儲資源的利用 率0 根據本發明又一個方面，該PDU排隊存儲部分進一步 包括一個共享存儲區部分。在等待處理時，該共享存儲區 部分保存這樣的PDU，該PDU與採用比提供QoS保証的保 留數據率更高的數據率傳送PDU的數據流相關。 根據本發明再一個方面，該PDU排隊存儲部分進一步 包括一個輸入端口 PDU棑隊部分。該輸入端口 PDU排隊部 分進一步被細分為多個保留輸入端口處理隊列。當等待處 理時，每個輸入端口處理隊列保存與該數據網絡節點的多 個輸入端口中的一個端口相關的PDU。每個輸入端口處理 隊列提供對與通過相應的輸入端口傳送PDU的數據流相關 的PDU的額外存儲。對通過一個輸入端口傳送的數據流提 供保護，防止被通過另一個擁擠的輸入端口傳送的不良數 本紙張尺度適用中國風:家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 522675 A7 ------ B7 五、發明説明（7 ) " 一—一 據流堵塞。 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 根據本發明另-個方面，提供一種在數據網絡節點處 理咖的方法。該方法包括在排隊等待處理之前在數據網 絡節點的共享存儲緩衝區㈣留暫時存儲部分中暫時存儲 所接收PDU的步驟。在排隊等待處理之前，在暫時存儲部 分中的所接收PDU的存儲允許進行報頭檢查，以對1>〇1；的 放棄進行資格判定。 根據本發明的處理PDU的方法的另一個方面，隊列根 據保存在所提取的報頭信息中的c〇s規範，接收在相應c〇s 處理隊列中的PDU。CoS處理隊列的使用在數據網絡節點 保言正用於數據流的最小數據呑吐量。 根據本發明的處理PDU的方法的另一個方面，在對應 於分別接收PDU的輸入端口的相應輸入端口處理隊列中對 所接收的PDU排隊。輸入端口處理隊列的使用被作為c〇s PDU排隊存儲資源，並且共享的存儲器部分被用盡，以限 制不良數據流獨占在數據網絡節點的存儲資源。該方案對 通過一個輸入端口傳送的良好數據流提供保護，避免受到 通過另一個輸入數據端口.傳送的不良數據流的堵塞。 從一種緩衝區管理方案中得到該優點，在兩種情沉 下’该方案同樣用於PDU放棄和流量控制環境，並且減小 存儲要求。延遲對PDU放棄進行判斷，直到PDU報頭被檢 查之後為止。只要有可能防止承載良好數據流的端口被堵 塞’就延遲對PDU放棄的判斷。該方法提供存儲資源的最 小利用。 本紙張尺度適用中國國；家標準（CNS) A4規格（21〇><297公釐） -1〇 - 522675 A7 B7 五 、發明説明（ 從下文參照附圖對優選實施例的詳細描述中，本發明 的特點和優點將變得更加清楚。第1圖為示出根據本發明的 優選實施例的部分共享存儲緩衝區的示意圖； 第2圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所執行的PDU接收子過程的處理步驟的流程圖； 第3圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所執行的排隊子過程的處理步驟的流程圖； 第4圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所執行的流量控制子過程的處理步驟的流程圖； 第5圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換綠點所執行的交換子過程的處理步驟的流程圖； 第ό圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所執行的發送子過程的處理步驟的流程圖； 第7圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所執行的脫離隊列子過程的處理步驟的流程圖。 請注意，在附圖中，相似的特徵由相似的標號表示。 t施例詳述 現場測試表明“最起作用，，的數據業務最有可能在數據 父換喊點造成堵塞狀態，導致阻塞情況。增加存儲器容量 作為一種減小在數據交換節點的阻塞情況的方法已經顯示 出為了短期收益而導致不必要地增加成本和複雜度。 根據本發明，在存儲資源的智能管理是一種長期解決 方案的附加條件下，假設缺乏這種智能管理，在此提供一

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝丨 •、可 :線丨 522675 A7 B7 五、發明説明（9 種在數據交換節點使放棄p D U的情況最小化的解決方案。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 防止良好數據流被阻塞，PDU放棄情況最有可能與最起作 用的數據業務相關。 第1圖為示出根據本發明的優選實施例由一個數據交 換節點所使用的部分共享存儲緩衝區的示意圖。 在工作中’當在該數據交換節點（未示出）接收一個 PDU時，其報頭信息還沒有被檢查，以確定一個相關的pDu 處理，例如服務級別（c〇s)和/或相關的轉發優先級。根據 本發明，對是否拋棄PDU的判斷被延遲，至少直到報頭信 息被檢查時為止，而與數據交換節點的擁擠狀態無關。 共旱存儲緩衝區1 00被根據優選的存儲管理方案而分 -& . 為一個保留的暫時存儲部分102和一個PDU排隊存儲部分 104。該暫時存儲部分1〇2被用於在檢查之前存儲所接收的 PDU 〇 暫日τ存儲部分102的大小可以被設計為提供對以所期 望的數據交換節點的PDU處理速率到來的pdu提供存儲。 可以計算該存儲部分的所需存儲容量的上限，從而該存儲 資源不會被用盡。 根據本發明另一個實現方式，其中該數據交換節點的 N個輸入端口中的至少一個端口被用於以可調節的速率進 行發送，可以相應的改變暫時存儲部分102的大小，以能夠 在該數據交換節點最佳地利用存儲資源。 έ亥暫時存儲部分1 〇2的大小可以通過一個與該數據交 換節點相關的控制台、在重新配置該數據交換節點時進行 本紙張尺度適用中國國^家標準（CNs) Α4規格（210X297公釐） 522675 A7 B7 五、發明説明（l〇 ) 的查表法、較高級的管理協議等等來進行手動地改變，而 不與本發明的精神相脫離。 當檢查存儲在暫時存儲部分1〇2中的PDU時，該報頭信 息被提取，其中包括：接收PDU的輸入端口標誌；PDU處 理方法，例如要用於處理PDU的c〇S和/或轉發優先級，但 不限於此；目標數據網絡節點識別字；PDU的大小；由PDU 所傳送的有效負荷的大小，等等。 本發明不限於僅僅處理上述所提取的報頭信息；本領 域内的普通技術人員應當將認識到可以提取多種這樣的參 數，並且被用作為在數據交換節點處理pE>U所必須的，而 不脫離本發明的精神。 下面參照第2圖示出應用於處理到來的pdu的一種優 選PDU交換處理的細節的子過程。 根據上述優選存儲管理方案，PDU排隊存儲部分ι〇4 包括保留的CoS PDU排隊存儲部分丨〇6。

CoS PDU排隊存儲部分1〇6被進一步分割確定保留的 CoS PDU處理隊列1〇8 :每個c〇s處理隊列1〇8與在數據交 換節點支援的Μ個服務級別中的相應一個相關。 根據本發明的一種實現方式，與c〇s無關的數據流被 默認分類為最起作用的業務，並且通過一個c〇s處理隊列 108所處理，例如第]VI個CoS處理隊列1〇8。 在提取報頭信息之後，如果存儲空間可用，則存儲在 暫時存儲部分102中的PDU與相應的CoS處理隊列1〇8相 關。每個CoS處理隊列1〇8具有相關的存儲容量，該存儲容 本紙張尺度適用中國國夢標準(CNS) Μ規格（210X297公釐） ……-------------裝------------------訂------------------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522675 A7 B7 五、發明説明（11 ^:被設置為容納在數據交換節點支援的相應服務級別。 由於每個數據流具有相關的c〇s，它還與數據傳輸期 間相關。每個數據傳輸期間被確定為一個時間段。在數據 交換節點有效使用存儲資源需要慎重地分配該資源。可以 調節的CoS處理隊列108的存儲容量包括但不限於：與數據 交換節點相關的管理控制台的使用、實現服務質量（Q〇s) 保証的較高級的協議，等等。 根據QoS保証傳送的數據流具有預定的最小、可維持 和最大發送數據率。一般在數據傳輸期間設置上，數據交 換節點根據最小保証的發送數據率規範來保留資源，包括 存儲資源，以在任何情況下確保一個保証的吞吐量。最大 數據發送率規定了短期數據脈衝大小的限度，而可維持數 據發送率表示保言正資源的可用性的最大發送速率。當以可 維持的發送數據率或更低的數據率發送時，其可能需要使 用超出C 〇 S處理隊列10 8的保留範圍的存儲資源，數據流被 §忍為是良好的。

CoS處理隊列108的保留保証了在數據交換節點上低 轉發優先級或者造成擁擠狀態的最起作用PDU不能夠獨占 所有可用的存儲資源。通過一個CoS處理隊列1〇8的最起作 用的數據業務的處理保証了要被分配的最小吞吐量。根據 本發明的一個優選實現方式，存儲在CoS處理隊列1〇8中的 PDU被如此標記。可以使用各種標記PDU的方法而不脫離 本發明的精神，其中包括CoS處理隊列存儲數位的最佳使 用和維護，該數位與在儲在CoS處理隊列1〇8中的一個PDU 本紙張尺度適用中國國：家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 14 ; -* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .訂— 522675 A7 B7 鲁 五、發明説明（I2 相關。 根據上述優選存儲管理方案，該PDU排隊部分104進一 步包括一個共享存儲區部分110。 當CoS處理隊列108超過各自的存儲分配時，共享存儲 區部分110被用作為溢出。 根據本發明另一個實現方式，最起作用的數據業務被 最先通過共享的存儲區部分110處理，而不使用為c〇s處理 隊列108所保留的資源。 根據上述優選存儲管理方案，PDu排隊存儲部分1〇4 進一步包括保留的輸入端口存儲部分112。輸入端口存儲部 分112進一步被分為保留的輸入端口 ρ〇υ處理隊列114，一 個輸入端口處理隊列丨14用於該數據交換節點的N個輸入 端口令的一個。與CoS處理隊列108相類似，輸入端口處理 隊列114避免通過一個輸入端口傳送的良好數據通信流被 通過另一個輸入端口傳送的不良數據通信流所阻塞。 當共享存儲區部分110被用盡時，輸入端口處理隊列 114被用作為溢出存儲空間。 每個輸入端口處理隊列114具有一個相關的存儲容 量。每個輸入端口處理隊列114的存儲容量可以被改變，以 使得在數據交換節點的PDU放棄情況最小。存儲容量的改 變可以通過與數據交換節點相關的一個管理控制台、在數 據交換節點實現流量控制的較高級別的協議級、實現QoS 保証的較高級別協議等等來手動地實現。 當一個輸入端口處理隊列114充滿時，僅僅隨後到來的 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝丨 .、可丨 :線丨 本紙張尺度適用中國®家標準（CNS) M規格（210X297公釐） 15 五、發明説明（l3 ) 與通過相應輸人端口傳送的數據流相關的PDU被撤棄，以 防止其它輸入端口受到堵塞。 在提供流量控财’每個輸人端口處理隊列114具有相 關的t有率的低水印級別（LW)n6和高水印級別（Hw) 118 °實現數據流控制的方法將在下文t參照第4圖進行說 明。 根據本發明的優選實施例，共享的存儲緩衝區100的分 區是虛擬的，並且通過存儲容量計存器和存儲分配計數器 所維持，表示在任何時候有多少存儲空間被分配給每個處 T隊列和暫時存儲部分102。共享存龍部分110的大小補 償共享存儲緩衝區1()〇的大小補償共享存㈣衝區⑽的剩 餘部分。 一 PDU存儲在共旱存儲緩衝區1〇〇中，則與暫時 存儲部分102相關，通過上述存儲分配計數器被更新為存儲 在暫時存儲部分102中的PDU的各種處理隊列和共享存儲 區部分110與PDU排隊存儲部分W4相關。 第2圖為示出根據本發明的優選實施例在通過一個輸 入端口接收一個PDU時由.數據交換節點所執行的處理步驟 的流程圖。 在步驟2 0 2通過一個輸入端口接收p D u，在暫時存儲部 刀102中的共子存儲緩衝區100的一部分被保留（204)用於 該PDU ’並且该pdu被存儲在其中（206)。在步驟208，所 存儲的PDU被檢查以從中提取報頭信息。在步驟21〇確定一 個PDU處理，例如與該PDU相關的c〇s規範和/或轉發優先 A4規格（210X297公釐） 本紙張尺度適用中國國夢標準（CNS) 522675 A7 ____ B7____ •五、發明説明（14 ) 級規範。接著繼續對該PDU排隊。 第3圖為根據本發明的優選實施例示出在對所接收的 PDU排隊中由一個數據交換節點所執行的處理步驟的流程 圖。 在對所接收的PDU排隊時，在步驟302檢查相應的c〇S : 處理隊列是否充滿。 如果相應的CoS處理隊列108沒有滿，在步驟3〇4保留 存儲空間，然後在步驟306把PDU存儲在該存儲空間中。在 步驟308，當PDU被存儲在相應的CoS處理隊列1〇8時，通 過維護與該PDU相關的CoS處理隊列存儲數位，該pDU被 如此標記。在步驟316，用於暫時存儲部分1〇2的相應存儲 空間被返回到暫時存儲部分丨〇2。 如果在步驟302中，相應的c〇S處理隊列1〇8被充滿， 則在步驟3 10檢查是否在共享存儲區部分丨1〇中有可用的存 儲空間。 1 如果在共享存儲區部分11〇中有可用的存儲空間，則在 v驟j 12中，繼續在共享存儲區部分丨丨〇中保留存儲空間， ' 在步驟314中，把PDU存儲在其中，以及在步驟316中，把 ' 該存儲空間保留到暫時存儲部分102。接著交換該PDU。 第4圖為根據本發明的優選實施例示出在實現流量控 制中由數據交換節點所執行的處理步驟的流程圖。 一旦在步驟310令發現共享存儲區部分11〇被充滿，則 在步驟400中檢查在數據交換節點上的流量控制是否有效。 如不该流量控制有效，則在步驟4〇2中檢查與接收pdu 。張尺(CNS) M規格-—--— ...... ...........零-----------------、可------------------緣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 522675 A7 --------B7 _— 五、發明説明（15 ) 的輸入知口相關的輸入端口處理隊列114的占有率是否低 於相應的低水印級別116。 如果輸入端口處理隊列114的占有率低於該低水印級 別116，則在步驟4〇4中檢查一個暫停命令是否生效。 一旦在步驟404中發現該暫停命令有效，則在步驟406 中/月除5玄暫停命令的狀態’在步驟4〇 8中在輸入端口處理隊 列114内保留存儲空間，把PDU存儲在其中（41〇)，以及從 步驟3 16開始把由PDU所占用的存儲資源返回到暫時存儲 部分102。 如果在步驟404中該處理沒有發現生效的暫停命令，則 k步驟4 0 8重新開始。 一旦在步驟402發現輸入端口處理隊列114的占有率高 於低水印級別116，則在步驟412中檢查輸入端口處理隊列 114的占有率是否高於高水印級別11 8。 如果發現輸入端口處理隊列114的占有率不高於該高 水印級別118，則從步驟408重新開始該處理，以為在輸入 端口處理隊列114中的所接收PDU保留存儲空間。 如果在步驟412發現占有率高於該高水印級別11 8，則 在步驟4 14檢查一個暫停命令是否生效。 一旦在步驟414中發現該暫停命令生效，則在步驟420 中檢查輸入端口處理隊列114是否被充滿。 如果輸入端口處理隊列114沒有被充滿，則從步驟408 繼續執行處理。 一旦在步驟420發現輸入端口處理隊列114被充滿，則 本紙張尺度適用中國國#標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -18 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr— 522675 A7 B7 五、發明説明（16 ) 在步驟422放棄該PDU。 一旦在步驟414中發現該暫停命令沒有生效，則在步驟 416啟動泫暫停命令狀態，並且通過一個與接收pDU相關的 相關輸入端口把一個暫停命令發送到數據交換節點的上游 (418)，以調節由此傳送的數據流。從步驟42〇重新開始該 處理，以嘗試在輸入端口處理隊列114中存儲所接收的 PDU。 如果在數據父換節點沒有執行流量控制，則從步驟 重新開始。 上述啟動流量控制的方法延遲了暫停命令狀態的出 現，並且一旦出現該狀態則延遲該狀態的重定，直到大部 分輸入端口處理隊列i 14被釋放為止（滯後作用）。 可以使用包括使用單個占有率閾值在内的其它啟動流 量控制的方法，而不脫離本發明的精神。 第5圖為根據本發明的優選實施例示出在交換一個排 隊的PDU中由網絡節點所執行的處理步驟。 在交換排隊的PDU中，該處理在步驟5〇2中選擇一個要 交換的PDU。存在用於交.換的1>]〇1;選擇方法，包括對轉發 優先級處理提供支援，並且這是在本描述的範圍之外的。 在步驟504確定要把PDU要交換到的一個輸出端口，並且在 步驟州6中調度用於發送的所交換pDU。該處理接著發送該 PDU。 $ ~ 第6圖為示出根據本發明的優選實施例在發送一個排 隊的PDU中由數據交換節點所執行的處理步驟的流程圖。 本紙張尺度適用中國國参標準（哪）A4規格⑵〇χ297公愛） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 袭丨 •訂— :線， 522675 五、發明說明（l7 在步驟602中選擇一個PDU並且在步驟604中發送。所 示的發送子過程600被過分地簡化。在本領域内的普通專業 人員應當涊識到該發送子過程被包括其它步驟，例如··進 一步執行流量控制，在多點傳送中用於重複數據通信的規 疋，進一步數據封裝；等等，而不脫離本發明的精神。在 完成PDU發送時，該PDU被標記，用於脫離隊列。 第7圖為根據本發明的優選實施例示出在使一個發送 的PDU脫離隊列中由一個數據交換節點所執行的處理步 驟。 在使發送的PDU脫離隊列中（702)，在步驟704中使保 留的存儲空間被釋放。該處理隊列1〇8和114具有由上述存 儲容量寄存器所規定的預定存儲容量，並且具有由上述存 儲分配計數器所規定的占有率（第62段）。 如果CoS處理隊列存儲數位被設置（7〇1)，則在步驟7〇8 把釋放的存儲空間返回到對應於所發送{>1)1;的c〇s處理隊 列 108。 如果CoS處理隊列存儲數位沒有被設置（7〇6)，則在步 驟7 1 〇中彳双查對應於接收所發送？〇1^的輸入端口的輸入端 口處理隊列114的占有率。 如果該占有率大於〇，則在步驟712中把被釋放的存儲 空間返回到輸入端口處理隊列114。 如果該占有率等於〇，則在步驟714中把被釋放的存儲 空間返回到共享存儲區部分11〇。 下面進一步參照附錄對本發明進行詳細描述。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

•、可I

20 522675 五、發明說明（is 參 所示的實施例僅僅是舉例說明，並且本領域内的專業 人貝應當認識到可以對所述實施例做出各種變化而不脫離 本發明的精神.。本發明的範圍僅僅由所附權利要求來確定。 附錄 進入和退出緩衝區空間 在此時，數據包被根據如下次序而分配一個緩衝區； 1·全部級別保留的緩衝區 2·共享區緩衝區 3.全部端口保留的緩衝區 換句話說，如果可能的話，該數據包被存儲在對應於 數據包業務級的存儲器的保留區域中。如果該區域被充 滿則數據包可以存儲在共旱區中的任何緩衝區中。作為 最後的手段、如果全部級別保留的緩衝區和共享區緩衝區 被完全占用，則該數據包可以存儲在對應於數據包源端口 的保留存儲區中。通過把適當的緩衝計數器增加以表明新 的占用情況，而實現把數據包存儲在緩衝空間的特定區域 中。 為了使該緩衝區管理方案起作用，該數據包必須攜帶 一個表示該幀是否被存儲在全部級別保留的緩衝中的數 位。 在發送之後，必須更新全部緩衝區的占有率。如果離 開的數據包被存儲在全部級別保留的緩衝區中，則必須減 小相應的全部級別的緩衝計數器。另一方面，如果離開的 數據包;又有被存儲在全部級別保留的緩衝區中，則需要減 本紙張尺度適用中國國麥標準（CNS) A4規格（210X297公愛） 21 --------------------:··裝------------------訂..........,……！線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 522675 A7 B7五、發明説明（丨9 ) 小相應的全部端口的緩衝計數器或共享區的緩衝計數器。 該緩衝區應當根據如下優先次序而返回： 1. 全部端口保留的緩存器 2. 共享區的緩衝區 請注意，在可能時，數據包被存儲在共享缓存區中， 而不是存儲在全部端口保留的緩存區中。相反，如果可能 的話，數據包被返回到全部端口保留的緩衝區而不是返回 到共享的緩衝區。確實，源端口的保留緩衝區很少被使用 並作為最後的手段，並且盡快地返回。 放棄和流量控制 根據緩衝區管理規則，如果由於共享區和保留區都被 使用，使得一個數據包無處可去，則放棄該數據包。 相同的方案可以用於流量控制。當一個端口的全部源 保留緩衝區減小到特定的閾值，則可以啟動流量控制。因 為全部源保留緩衝區僅僅被用作為最後的手段，該方案具 有盡可能少地啟動流量控制的優點。 # J - .* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ·、τ 本紙張尺度適用中國國^家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） 22 522675 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 元件標號對照 100···共享存儲緩衝區 102···暫時存儲部分 104—PDU排隊存儲部分 106."C〇S PDU排隊存儲部分 108".C〇S處理隊列 110···共享存儲區部分 112…輸入端口存儲部分 114···輸入端口處理隊列 116···低水印級別（LW) 118···高水印級別（HW) _ -----------------------裝------------------、可------------------線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國#標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 23

Claims (1)

1. 關 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 絡 522675 六、申請專利範圍 1.-種在多個數據端口之間交換協議數據單元(PDU)的 數據網絡節點，每個PDU具有存儲報頭資訊的_個報頭 以及存儲至少—部分要被傳送的數據的有效負荷，該數 據網絡節點包括： a. 交換PDU的處理器；以及 b. 共用的存儲緩衝區，其中包括： 1 .一個保留的暫時存儲部分，當在排隊之前等 待報頭資訊的初步檢查時，該暫時存儲部分 保存通過多個數據端口的輪入端口接收的 PDU，以及 U·—個PDU排隊存儲部分，用於保存等待處理 的PDU，以從交換PDU地多個數據端口確定 至少一個輸出端口， 由此，該方案通過在排隊之前從與不良數據流相… 的PDU中區分出與良好數據流相關的數據流，從而減々 了放棄PDU的情況。 2·如申請專利範圍第丨項所述的數據網絡節點，其特徵在 於暫呤存儲部分具有設計為在該網絡節點適應的 吞吐量的存儲容量。 3·如申請專利範圍第2項所述的數據網絡節點，其特徵在 於暫呀存儲部分的存儲容量被固定為適應指定的數據 (如H利制第2項所述的數據網絡節點，其特徵在 於暫時存健部分的存儲容量可調節為適應在數據網 本紙張尺度_ t目國-p票準（CNS)A4_i：k (210 X 297公爱） ^ ··· --------^-------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 24 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ~— D8_ …申請專^ --- 節點傳送的數據吞吐量，該數據網絡節點進一步包括至 一夕個具有可調節的數據傳輸速率的數據端口。 女申％專利範圍第4項所述的數據網絡節點，其特徵在 於暫時存储部分的存儲容量被通過與該數據網絡節點 相關的管理控制臺而改變。 6·如申請專利範圍第4項所述的數據網絡節點，其特徵在 於在改變具有可調節數據傳輸速率的至少一個數據端 口的數據傳輸速率之後，暫時存儲部分的存儲容量被通 過一個查找表更新。 7. 如申請專利範圍第4項所述的數據網絡節點，其特徵在 於較高級的協議監控在數據網絡節點的數據吞吐量，並 且調整與數據網絡節點的總計數據吞吐速率相關的暫 時存儲部分的存儲容量。 8. 如申請專利範圍第丨項所述的數據網絡節點，其特徵在 於’忒PDU排隊存儲部分進一步包括一個服務級別 (CoS)PDU排隊部分，其中包括多個保留的c〇s處理單 疋，當等待處理時，每個CoS處理隊列保存與在數據網 絡節點支援的多個服務級別中的一個相關的p D u，以提 供對服務質置保証的支援，保証在數據網絡節點的用於 數據流的最小存儲資源的利用率。 9. 如申請專利範圍第8項所述的數據網絡節點，其特徵在 於，CoS處理隊列被指定用於存儲和處理沒有特定服務 級別的PDU(最起作用的數據業務pdu)。 本紙張尺度適用中國亂、家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------^---------^ C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 25 522675 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 10.如申請專利範圍第8項所述的數據網絡節點，其特徵在 於至少一個CoS處理隊列具有可調節的存儲容量。’仏 η·如申請專利範圍第Η)項所述的數據網絡節點=特徵在 於至少一個c〇s處理隊列的存儲容量被通過如下二式 中的-種來調節：管理控制臺和執行服務 ： 証的較高級協議。 12.如申請專利範圍第8項所述的數據網絡節點，其特徵在 於該數據網絡節點進一步包括多個c〇s處理隊列存儲 數位，每個CoS處理隊列存儲數位與存儲在c〇s處理隊 列中的一個PDU相關。 13·如申請專利範圍第丨項所述的數據網絡節點，其特徵在 於，該PDU排隊存儲部分進一步包括一個共用存儲區 分，在等待處理時，該共用存儲區部分保存這樣1 PDU，該PDU與採用比提供QoS保証的保留數據率更高 的數據率傳送PDU的數據流相關。 14·如申請專利範圍第13項所述的數據網絡節點，其特徵在 於共用的存儲區部分進一步保存並暫停處理沒有特定 的服務級別的PDU(最起作用的數據業務pdu)。 15·如申請專利範圍第1項所述的數據網絡節點，其特徵在 於，該PDU排隊存儲部分進一步包括一個輸入端口 pDlJ 排隊部分’其中包括多個保留輸入端口處理隊列，當 待處理時，每個輸入端口處理隊列保存與該數據網絡 點的多個輸入端口中的一個端口相關的PDu，提供對與 通過該輸入端口傳送PDU的數據流相關的PDU的額 部 的 等 卽 外 — 1111111 — — — I 1 I 1 1 I 1 — — — ——1 — — · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 各紙張尺度適用中國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 26

   、申請專利範 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於 有 存儲’對通過該輸入端口傳送的數據流提供保護，防止 破通過另一個擁擠的輸入端口傳送的不良數據流堵塞。 16·如申請專利範圍第15項所述的數據網絡節點，其特徵在 於至少一個輸入端口處理隊列具有可調節的存儲容量。 女申明專利範圍第16項所述的數據網絡節點，其特徵在 於至一個輸入端口處理隊列被通過如下方式中的一種 而改史.管理控制臺、執行服務質量（QoS)保註的較高 級協議以及執行流量控制的較高級協議。 18·如申請專利範圍第15項所述的數據網絡節點，其特徵在 於每個輸入端口處理隊列具有一個相關的高水印級 別，用於與執行輸入端口流量控制的輸入端口流量控制 處理隊列的佔有率相比較。 19·如申請專利範圍第1 8項所述的數據網絡節點，其特徵在 於至少一個高水印級別是可調節的。 20. 如申請專利範圍第19項所述的數據網絡節點，其特徵在 於南浮水印級別的數值被通過如下方式中的一種而調 節：管理控制臺、執行服務質量（Qos)保証的較高級協 議以及執行流量控制的較高級協議。 21. 如申請專利範圍第丨8項所述的數據網絡節點，其特徵在 於每個輸入端口處理隊列具有相關的低水印級別，用 與執行輸入端口流量控制的輸入端口處理隊列的佔 率相比較。 22. 如申請專利範圍第2 1項所述的數據網絡節點，其特徵在 於至少一個低水印級別是可調節的。 t紙張尺度適用『國國:家標準（CNS〉A4規格⑽X 297公髮〉 --------I----* - I - I - I - ^ · I------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522675 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C8 -----—-----—_____ —__六、申請專利範圍 23·如申請專利範圍第22項所述的數據網絡節點，其特徵在 於低水印級別的數值被通過如下方式令的一種而調 節··管理控制臺、執行服務質量（Q〇s)保証的較高級協 Λ以及執行流量控制的較高級協議。 24. -種在具有交換PDU的處理器和共料存儲緩衝區的 數據網絡節點處理協議數據單元（pDU)的方法，咳方、去 包括如下步驟： &通過數據網路節點的一個輸入數據端口接收 PDU ； b·在共用存儲緩衝區的保留暫時存儲部分中暫時 存儲所接收的PDU ; c.從所存儲的PDU中提取報頭資訊； d·有選擇地對用於處理的pdu排隊； e. 交換該PDU ; f. 通過數據網絡節點的輸出數據端口.發送pDu;以 及 ， g·解除分配由所發送的PDU使用的資源， 從而在首部檢查之前在暫時存儲部分中存儲所接 收的PDU提供要在拋棄PDU中作出資格判定。 &如申請專利範圍㈣項所述的方法，其特徵在於有選擇 地對P D U排隊，該方法進一步包括如下步驟：如果存儲 資源不可用於對要處理的PDU排隊，則抛棄該刚。 26·如申請專利範圍第24項所述的方法，其特徵在於該共用 存儲益進-步包括-個PDU排隊存儲部分，該pDU排隊 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} # · » - .線一 本紙張尺度適用中國國赛標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐y 28 522675 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 存儲部分進一步包括一個服務級別（c〇s)PDu存儲部 分，该CoS PDU存儲部分進一步包括與在該數據網絡節 點支援的一組服務級別相關的多個C〇s處理隊列，以及 有選擇地對要處理的PDU排隊的步驟，該方法進一步包 括如下步驟：如果CoS處理隊列沒有充滿則根據保存在 所提取的報頭資訊中的一個C〇s規範對相應c〇s處理隊 列中的PDIJ排隊。 27·如申請專利範圍第26項所述的方法，其特徵在於在相應 的CoS處理隊列中對PDU排隊，該方法進一步包括設置 對應於每個排隊的PDU的相關CoS處理隊列存儲數位 的步驟。 28·如申請專利範圍第26項所述的方法，其特徵在於pDU 排隊存儲部分進一步包括一個共用的存儲區部分以及 有選擇地對要處理的PDU排隊的步驟，該方法進一步包 括如下步驟.如果對應於該PDU的CoS處理隊列被充 滿’則對共用的存儲區部分中的PDU排隊。 29·如申請專利範圍第28項所述的方法，其特徵在於該方法 進一步包括如下步驟：最初在共用的存儲區部分中對沒 有特定的服務級別的PDU(最起作用的數據業務pDU) 進行排隊。 30.如申請專利範圍第28項所述的方法，其特徵在於該pDU 排隊存儲部分進一步包括一個輸入端口 PDU排隊存儲 部分，該輸入端口 PDU排隊存儲部分進一步包括多個輸 入端口處理隊列，每個輸入端口處理隊列與該數據網絡 本紙張尺度適用中國國:家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 n I— IB1 n n n m n n n n I · n an n n n HR n 一OJa n flu ϋ ϋ n· ·11 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 29 A8 B8 C8 D8

   522675 六、申請專利範圍 節點的-個輸入端口相關’以及有選擇地對要處理的 酬排隊的步驟，該方法進-步包括如下步驟：如果共 用的存儲區資源沒有被用盡，則 W在對應於接收PDU的輸 入端口的輸人端口處理隊列中對該PDu排隊。 31•如申請專利範圍第30項所述的方法，其特徵在於該方法 進步包括執行輸入端口流量控制的步驟。 32.如申請專利第31項所述的方法，其㈣在於，在執 行輸入端口流量控制時，每個輸人端口隊列具有―個相 關的高水印級別’該高水印級別在執行流量控制時與輪 入端口處理隊列的佔有率相比較。 33·如申請專利範圍第31項所述的方法，其特徵在於，在執 行輸入端口流量控制時，每個輪入端口隊列具有—個相 關的低水印級別，該低水印級別在消除數據網絡節點的 擁擠狀態時與輸入端口處理隊列的佔有率相比較。 34.如申請專利範圍.第24項所述的方法，其特徵在於解除分 配由所發送的PDU所使用的資源之後，該方法進一步包 括如下步驟：如果PDU被排隊用於處理，則把空閒的存 儲空間返回到一個CoS處理隊列。 35·如申請專利範圍第34項所述的方法，其特徵在於把空閒 的存儲空間返回到C 〇 S處理隊列之後，該方法進一步 括如下步驟：確定一個CoS處理隊列存儲數位是否與 前設置的所發送PDU相關。 36·如申請專利範圍第30項所述的方法，其特徵在於解除分 配由所發送的PDU使用的資源之後，該方法進一步包括 本紙張尺度適用中國風家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----I------I I --------訂--------線 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 包 以 30 «2675 A8 B8 C8 〜---------D8 六、申請專利範圍 如下步驟：如果佔有率不為零，則把空閒的存儲空間返 回到相應的輸入端口處理隊列。 37·如申請專利範圍第36項所述的方法，其特徵在於解除分 配由所發送的PDU使用的資源之後，該方法進一步包括 如下步驟：如果相應的流量控制處理隊列佔有率為愛， 則把空閒的存儲空間返回到共用的存儲區部分。 — — — — — — — — — — — —— ' I I I I I I I illlllli — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1