CN103368861A - 一种处理网络拥塞的***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域中对网络拥塞的处理技术，其公开了一种处理网络拥塞的***，解决传统技术中对网络拥塞的处理方式给网络带来额外损耗的问题。在该***中，转发队列构造模块，用于在本地构造转发队列；转发队列监控模块，对转发队列的长度进行监控，当满足流控条件时向源端设备节点发送流控信息，当满足解流控条件时，向源端设备节点发送解流控信息；源端设备的转发控制模块在收到流控信息时，设置本地转发队列禁止发送标志，停止数据包转发并启动定时器模块；此后，源端设备的转发控制模块在收到解流控信息时，解除转发队列的禁止发送标志，继续转发，定时器模块停止计时。此外，本发明还公开了相应的处理方法，适用于对通信网络的拥塞处理。

Description

一种处理网络拥塞的***及方法

技术领域

本发明涉及通信领域中对网络拥塞的处理技术，特别涉及一种处理网络拥塞的***及相应的处理方法。

背景技术

在网络通信中，如果网络中的通信量过大，就会产生网络拥塞。即使通信流量整体上没有超过网络容量，但是，由于通信量的非均匀性，仍然可能存在某一时刻某个局部通路的拥塞。如图1所示，数据流A和数据流B分别从主机A和主机D，经过网络流向主机F，由于节点F需要同时接收两个数据流的数据，其发送通道却只有一个（即节点F到主机F之间的通道），容易造成该通道的拥塞。

传统技术中对于网络拥塞的处理方法是在拥塞点（即网络节点，如交换机或路由器）上丢弃需转发的包。针对图1来说，其拥塞点就是节点F，节点F在进行数据包转发时发现发送队列已满，则将后期接收到的数据包丢弃；或者节点F采用随机早期检测（RED）方式，当发送队列中的排队队列长度到达某个设定阈值时，按包的属性进行选择性丢包。

然而，在传统技术对网络拥塞的处理方式中，不论是采取上述哪种丢包方式，由于无效数据包（即被丢弃的数据包）并没有在进入网络的入口点（节点A、节点D）时丢弃，而是到达拥塞点（节点F）时才丢弃，如此会造成无效数据包（在拥塞点被丢弃的数据包）在拥塞点之前的数据流经过的节点上（节点A、B、C、D、E）正常转发，白白浪费网络资源，给网络带来额外损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种处理网络拥塞的***及方法，解决传统技术中对网络拥塞的处理方式中无效数据包在拥塞点之前的数据流经过的节点上正常转发，造成浪费网络资源，给网络带来额外损耗的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：一种处理网络拥塞的***，应用于通信网络的各个节点设备中，其包括：

转发队列构造模块，用于在本地构造转发队列，将需要转发的数据包添加至本地的转发队列中；

转发队列监控模块，用于对本地的当前转发队列的长度进行监控，当判定当前转发队列的长度满足流控条件时，则从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备；当判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，生成解流控消息发送给源端节点设备；

转发控制模块，用于在收到流控消息或解流控消息时判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发或清除本地转发队列的禁止发送标志并继续转发数据包，否则，将该流控消息或解流控消息按照转发路径继续转发。

进一步，所述流控条件为：当前转发队列的长度≥第一阈值；所述解流控条件为：当前转发队列的长度≤第二阈值，所述第一阈值＞第二阈值。

具体的，所述第一阈值为满队列长度的80%，所述第二阈值为满队列长度的20%。

进一步，该***还包括定时器模块，用于在转发控制模块对本地转发队列设置禁止发送标志时进行初始化并开始计时，在清除禁止发送标志时停止计时；

所述转发控制模块还用于在对本地转发队列设置禁止发送标志时启动定时器模块，当定时器模块计时超时，清除本地转发队列的禁止发送标志，继续转发数据包。

进一步，所述转发队列监控模块还用于，若本地的当前转发队列溢出，则丢弃后续的数据包。

本发明的另一目的，在于提出一种相应的处理网络拥塞的方法，其包括以下步骤：

a.各个节点设备的转发队列构造模块在本地构造转发队列，将需要转发的数据包添加至本地转发队列中；

b.各个节点设备的转发队列监控模块对本地的当前转发队列的长度进行监控，当某个节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足流控条件时，从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备，进入步骤c；此后，当该节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，生成解流控消息发送给源端节点设备，进入步骤d；

c.任一节点设备的转发控制模块在收到流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发；否则，将该流控消息按照转发路径继续转发；

d.任一节点设备的转发控制模块在收到解流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发；否则，将该解流控消息按照转发路径继续转发。

进一步，步骤b中，所述流控条件为：当前转发队列的长度≥第一阈值；所述解流控条件为：当前转发队列的长度≤第二阈值，所述第一阈值＞第二阈值。

具体的，所述第一阈值为满队列长度的80%，所述第二阈值为满队列长度的20%。

进一步，步骤c中，在对本地转发队列设置禁止发送标志的同时还启动定时器模块，当定时器模块计时超时，清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发。

进一步，在步骤c中，在判定本地节点为源端节点设备，对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发之后还包括：若本地的当前转发队列发生溢出，则丢弃后续的数据包。

本发明的有益效果是：在发生网络拥塞时把丢包动作提前至源端节点设备，避免了无效数据包在中间节点的转发，从而提高了网络的有效转送效率，节约网络资源。

附图说明

图1为发生网络拥塞的示意图；

图2为本发明中的处理网络拥塞的***实施例的示意图；

图3为拥塞端节点转发数据包的处理流程；

图4为源端节点对流控消息和解流控消息的处理流程；

图5为源端节点转发数据包的处理流程；

图6为定时器超时处理流程。

具体实施方式

本发明公开了一种处理网络拥塞的***及方法，解决传统技术中对网络拥塞的处理方式中无效数据包在拥塞点之前的数据流经过的节点上正常转发，造成浪费网络资源，给网络带来额外损耗的问题。

下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述：

如图2所示，本例中的处理网络拥塞的***包括：

转发队列构造模块，用于构造转发队列，将需要转发的数据包添加至转发队列中；

转发队列监控模块，用于对本地的当前转发队列的长度进行监控，当判定当前转发队列的长度满足流控条件时，则从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备；当判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，则生成解流控消息发送给源端节点设备；这里所述的流控条件为：当前转发队列的长度≥第一阈值；解流控条件为：当前转发队列的长度≤第二阈值；其中第一阈值和第二阈值可以根据网络实际情况设置，但是必须满足第一阈值大于第二阈值，比如：第一阈值可以设置成满队列长度的80%，第二阈值可以设置成满队列长度的20%；

转发控制模块，用于在收到流控消息或解流控消息时判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志同时启动定时器模块并停止数据包的转发或清除本地转发队列的禁止发送标志通知定时器模块停止计时并继续转发数据包，否则，将该流控消息或解流控消息按照转发路径继续继续转发；

定时器模块，用于在转发控制模块对本地转发队列设置禁止发送标志时进行初始化并开始计时，在清除本地转发队列时计时停止。

本发明中的处理网络拥塞的方法，其包括以下步骤：

a.各个节点设备的转发队列构造模块在本地构造转发队列，将需要转发的数据包添加至转发队列中；

b.各个节点设备的转发队列监控模块对本地的当前转发队列的长度进行监控，当某个节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足流控条件时，则从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备，进入步骤c；此后，当该节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，生成解流控消息发送给源端节点设备，进入步骤d；

c.任一节点设备的转发控制模块在收到流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发；否则，将该流控消息按照转发路径继续转发；

d.任一节点设备的转发控制模块在收到解流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发；否则，将该解流控消息按照转发路径继续转发。

为便于理解本发明对于网络拥塞的处理方法，下面结合附图分别从1、拥塞端节点转发数据包的处理流程；2、源端节点对流控消息和解流控消息的处理流程；3、源端节点转发数据包的处理流程；4、定时器超时处理流程几个部分进行具体阐述：

首先来说，各个节点为了对数据流进行转发，需要在本地构造发送队列，对数据流中的数据包进行转发的操作实际上也就是数据包的入队列操作和出队列操作，在正常情况下，一段时间内进行入队列操作的数据包的个数和进行出队列操作的数据包的个数趋于平衡，然而当有多个数据流汇聚在某一个节点而转发通道却只有一个时，会出现一段时间内进行入队列操作的数据包的个数远远大于进行出队列操作的数据包的个数，或者说该节点的转发通道出现瓶颈效应，这时就会出现该节点的转发通道的拥塞，该节点称为拥塞端节点；拥塞端节点一般都会出现在数据包即将流出网络的节点设备上（如图1中的节点F）。

如图3所示，当某个节点接收到数据包时就会根据数据包中的路径信息进行寻路处理，如果是需要转发的数据包，则将数据包添加至本地转发队列中（即进行入队列操作），同时由该节点的转发队列监控模块对本地的当前转发队列的长度进行监控，若当前转发队列的长度满足流控条件（如:当前转发队列的长度≥满队列长度的80%），则说明该节点为拥塞节点（如图1中的节点F），则从进入转发队列的数据包中提取数据流的源端信息，生成流控消息发送给源端节点设备(如图1中的节点A和节点D)，通知源端节点设备停止发送数据包，当前转发队列进入流控状态，在流控状态下，本地转发队列并不丢弃数据包，而是继续将数据包进行入队列操作和出队列操作；随着源端节点设备停止发送数据包，该转发队列中的数据包的排队长度会逐渐减小，若当前转发队列的长度满足解流控条件（如：当前转发队列的长度≤满队列长度的20%），则生成解流控消息发送给源端节点设备，当前转发队列解除流控状态，仍然继续将数据包进行入队列操作和出队列操作。

在拥塞端节点向源端节点设备发送流控消息或解流控消息的过程中，该流控消息或解流控消息可能经过多个中间节点，这些中间节点可以根据流控消息或解流控消息中的路径信息进行转发，直至该流控消息或解流控消息到达源端节点设备。

如图4所示，当源端节点设备接收到流控消息时，对本地转发队列设置禁止发送标志，停止数据包的转发，并启动定时器进行计时，由于源端节点设备（如图1中的节点A和节点D）停止数据包的转发，而数据源设备（如图1中的主机A和主机D）并不知晓源端节点设备已停止数据包的转发，仍然会继续向源端节点设备发送设备，这样会导致源端节点设备本地的转发队列长度越来越长，即进入转发队列的数据包越来越多，直至发生队列溢出而丢弃后续的数据包；此后，当拥塞端节点的本地转发队列长度满足解流控条件时而向源端节点设备发送解流控消息，源端节点设备在收到该解流控消息后清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发，并停止定时器的计时操作。

图5示意了源端节点设备转发数据包的流程：源端节点设备在收到数据包时根据数据包中的路径信息进行寻路处理，如果是需要转发的数据包，还要判断本地转发队列是否有禁止发送标志，如果没有，则将数据包入队列操作正常转发；如果有禁止发送标志，尽管此时源端节点设备本身未发生拥塞，也不能进行转发，只是进行入队列操作，直至本地转发队列溢出而丢弃后续的数据包。

需要说明的是，源端节点设备除了可以在接收到拥塞端节点发送来的解流控消息而清除本地转发队列的禁止发送标志外，如果定时器计时超时，也可以自行清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发，其流程如图6所示；这两种方式结合使用使得对数据包的转发控制更为灵活。

由于在进行拥塞处理时直接将丢包动作提至源端节点设备处，而非在发生拥塞的节点处才丢包，这样可以避免无效数据包在网络中间节点的传输，从而提升网络利用率，节约网络资源。

Claims (10)

1.一种处理网络拥塞的***，应用于通信网络的各个节点设备中，其特征在于，包括：

转发队列构造模块，用于在本地构造转发队列，将需要转发的数据包添加至本地的转发队列中；

转发队列监控模块，用于对本地的当前转发队列的长度进行监控，当判定当前转发队列的长度满足流控条件时，则从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备；当判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，生成解流控消息发送给源端节点设备；

转发控制模块，用于在收到流控消息或解流控消息时判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发或清除本地转发队列的禁止发送标志并继续转发数据包，否则，将该流控消息或解流控消息按照转发路径继续转发。

2.如权利要求1所述的一种处理网络拥塞的***，其特征在于，所述流控条件为：当前转发队列的长度≥第一阈值；所述解流控条件为：当前转发队列的长度≤第二阈值，所述第一阈值＞第二阈值。

3.如权利要求2所述的一种处理网络拥塞的***，其特征在于，第一阈值为满队列长度的80%，所述第二阈值为满队列长度的20%。

4.如权利要求1所述的一种处理网络拥塞的***，其特征在于，该***还包括定时器模块，用于在转发控制模块对本地转发队列设置禁止发送标志时进行初始化并开始计时，在清除禁止发送标志时停止计时；

所述转发控制模块还用于在对本地转发队列设置禁止发送标志时启动定时器模块，当定时器模块计时超时，清除本地转发队列的禁止发送标志，继续转发数据包。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种处理网络拥塞的***，其特征在于，所述转发队列监控模块还用于，若本地的当前转发队列溢出，则丢弃后续的数据包。

6.一种处理网络拥塞的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.各个节点设备的转发队列构造模块在本地构造转发队列，将需要转发的数据包添加至本地转发队列中；

b.各个节点设备的转发队列监控模块对本地的当前转发队列的长度进行监控，当某个节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足流控条件时，从进入转发队列的数据包中获取数据流的源端信息，并生成流控消息发送给源端节点设备，进入步骤c；此后，当该节点设备的转发队列监控模块判定当前转发队列的长度满足解流控条件时，生成解流控消息发送给源端节点设备，进入步骤d；

c.任一节点设备的转发控制模块在收到流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发；否则，将该流控消息按照转发路径继续转发；

d.任一节点设备的转发控制模块在收到解流控消息时，判断本地节点是否为源端节点设备，若是，则清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发；否则，将该解流控消息按照转发路径继续转发。

7.如权利要求6所述的一种处理网络拥塞的方法，其特征在于，步骤b中，所述流控条件为：当前转发队列的长度≥第一阈值；所述解流控条件为：当前转发队列的长度≤第二阈值，所述第一阈值＞第二阈值。

8.如权利要求7所述的一种处理网络拥塞的方法，其特征在于，所述第一阈值为满队列长度的80%，所述第二阈值为满队列长度的20%。

9.如权利要求6所述的一种处理网络拥塞的方法，其特征在于，步骤c中，在对本地转发队列设置禁止发送标志的同时还启动定时器模块，当定时器模块计时超时，清除本地转发队列的禁止发送标志，继续数据包的转发。

10.如权利要求6-9任意一项所述的一种处理网络拥塞的方法，其特征在于，在步骤c中，在判定本地节点为源端节点设备，对本地转发队列设置禁止发送标志并停止数据包的转发之后还包括：若本地的当前转发队列发生溢出，则丢弃后续的数据包。

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