CN111431812B - 一种报文转发控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种报文转发控制方法及装置，用于解决链路拥塞时丢包率过高导的技术问题。本公开实施例中当链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式，若当前转发模式为存储转发SAF模式，则将当前转发模式切换为直通转发CT模式，并启动对报文丢弃事件的监测，当监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件，则将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。本公开在流量拥塞刚开始发生时，将转发模式切换为CT模式，从而充分利用该转发模式的较高的带宽利用率优势，降低链路拥塞导致的丢包。

Description

一种报文转发控制方法及装置

技术领域

本公开涉及通信领域，尤其涉及一种报文转发控制方法及装置。

背景技术

随着云计算的普及，应用架构从集中式走向分布式，已经成为业界的共识。分布式架构带来了服务器间大量的协作，对于分布式计算，协作的方式一般采用MAP/REDUCE过程，即在MAP阶段，把一个大的计算任务分解为多个子任务，每个子任务分发给计算节点处理，在REDUCE阶段，搜集多个计算节点的处理结果，进行汇总；循环往复这两个过程。

在REDUCE阶段，由于流量主要由TCP承载，因此也叫TCP incast。这种多对一的业务模型会在发送端造成流量突发，瞬间超过发送端接口能力，造成拥塞丢包，而且在分布式架构中，每个服务器的角色都是对等的，同时作为发送端和接收端，也就是说，无法通过增加发送端口带宽解决incast突发问题。

目前广泛使用的拥塞避免机制为加权随机先期检测(WRED：Weighted RandomEarly Detection)机制，该机制将随机先期检测与优先级排队结合起来，根据队列占用率情况，决定入队前的随机丢包的概率。当队列拥塞时，WRED算法会按照一定比例将报文直接丢弃，从而导致类似TCP incast流量的TCP重传，在丢包严重的情况下，TCP将经历一个最少持续200ms的超时期，这由TCP最小重传超时(RTOmin)确定，进而导致应用层可见吞吐量与链路容量相比较显著下降。

发明内容

本公开提供一种报文转发控制方法及装置，用于解决链路拥塞时丢包率过高导的技术问题。

基于本公开的一方面，提供一种报文转发控制方法，该方法包括：

当链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式；

若当前转发模式为存储转发SAF模式，则将当前转发模式切换为直通转发CT模式，并启动对报文丢弃事件的监测；

当监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件，则将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

基于本公开的一方面，进一步地，所述判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级的拥塞避免处理时所作的判定；所述启动对报文丢弃事件的监测是指对所述报文所属报文流和/或报文所属报文流所在物理端口启动对报文丢弃事件的监测。

基于本公开的一方面，进一步地，该方法还包括：

当判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，继续判断所述报文所属报文流当前的接收端口Rx的报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率；若大于则执行所述将当前转发模式切换为直通转发CT模式的步骤，并丢弃所述报文；若不大于则直接丢弃所述报文。

基于本公开的一方面，进一步地，该方法还包括：

当链路拥塞，判定所述报文不需被丢弃时，则判断所述报文所属报文流的当前转发模式；

若为存储转发SAF模式，则在判断到所述报文的结束标识EOF被置位时，进行物理层错包检查，然后将所述报文入队列；

若为直通转发CT模式，则直接将所述报文入队列。

基于本公开的一方面，本公开还提供一种报文转发控制装置，该装置应用于数据通信设备的转发面的传输管理单元TM中，该装置包括：

转发模式判断单元，用于在链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式；

模式切换单元，用于在所述转发模式判断单元判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，将当前转发模式切换为直通转发CT模式；

监测单元，用于在所述模式切换单元完成存储转发SAF模式到直通转发CT模式的切换时，启动对报文丢弃事件的监测；

模式回切单元，用于在监测单元监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件时，将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

基于本公开的一方面，进一步地，所述传输管理单元TM采用层次化服务质量HQoS模型进行拥塞避免处理，所述判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级的拥塞避免处理时所作的判定；

所述监测单元启动对报文丢弃事件的监测是指对所述报文所属报文流和/或报文所属报文流所在物理端口启动对报文丢弃事件的监测。

基于本公开的一方面，进一步地，该装置还包括：

所述模式切换单元在判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，还用于继续判断所述报文所属报文流当前的接收端口Rx的报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率；

若大于则执行所述将当前转发模式切换为直通转发CT模式的步骤，并丢弃所述报文；若不大于则直接丢弃所述报文。

基于本公开的一方面，进一步地，该装置还包括：

前置单元，用于在所述转发模式判断单元在链路拥塞，判定所述报文不需被丢弃时，判断所述报文所属报文流的当前转发模式；

若判定为存储转发SAF模式，则还用于继续判断到所述报文的结束标识EOF被置位时，触发物理层错包检查操作；

若判定为直通转发CT模式，则还用于直接将所述报文入队列。

基于本公开的一方面，本公开还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述报文转发控制方法。

基于本公开的一方面，本公开还提供一种数据通信设备，该数据通信设备的转发面中包含上述转发控制装置。

由以上技术方案可见，本公开在流量拥塞刚开始发生时，将转发模式切换为CT模式，从而充分利用该转发模式的较高的带宽利用率优势，降低链路拥塞导致的丢包。

附图说明

为了更加清楚地说明本公开实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对本公开实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据本公开实施例的这些附图获得其他的附图。

图1是为本公开一实施例提供的报文转发控制方法流程示意图；

图2是为本公开一实施例提供的数据通信设备转发面模块示意图；

图3是为本公开一实施中传输管理单元TM中进行报文转发控制的流程示意图。

具体实施方式

在本公开实施例使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本公开实施例。本公开实施例和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开实施例范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，此外，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

发明人对TCP incast问题产生的原因进行了细致的分析后发现，从设备转发面来看，TCP incast问题的本质是因为流量突发导致的队列缓存溢出而产生丢包。

目前数据通信设备的转发模式主要有2种：直通转发Cut-Through模式(简称CT模式)、存储转发Store And Forward模式(简称SAF模式)。通过对CT模式和SAF模式底层转发逻辑进行分析可知，CT模式对队列长度要求相对较低，能够缓解类似TCP incast的流量突发类问题。

表1

表1为SAF模式转发长短报文时的处理模式示意图，在时间片1时，同时从port1、port2分别进入短报文A及长报文B，两者的出口均为port3，且出口调度顺序为先A再B的发送。在Store and Forward模式下，到时间片2才能执行A报文的发送，因为时间片2时A报文才接收完毕；同理，到时间片4才能执行B报文的发送，因为时间片4时A报文才接收完毕，很明显，时间片3这段时间的带宽被浪费掉了。

表2

表2为CT模式转发长短报文时的处理模式示意图，在Cut-Through模式下，则不存在浪费时间片带宽的问题，尤其对于大包占比较高的场景中，例如：在图像识别的分布式计算中，每次交互的模型达到G字节大小，分布式计算服务器之间交互的消息长度越来越大，大包交互的特点较明显。

目前数据通信设备业务较为复杂，转发决策时，某些业务可能需要高层协议L3/L4的报文信息，若再叠加隧道类业务，Cut-Through模式对业务支持度明显不如Store andForward，因此目前主流的转发模式是Store and Forward。

为了解决在链路拥塞时丢包率过高导致业务不稳定、业务延迟甚至中断的技术问题，图1为本公开一实施例提供的一种报文转发控制方法流程示意图，该方法应用于报文转发设备，例如交换机、路由器或具有报文转发功能的服务器等，该方法包括：

S101、当链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式；

S102、若当前转发模式为存储转发SAF模式，则将当前转发模式切换为直通转发CT模式，并启动对报文丢弃事件的监测；

S103、当监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件，则将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

本公开实施例提供的报文转发控制方法对链路拥塞时报文的转发控制机制进行了改进，在拥塞避免机制(例如WRED)判定报文需被丢弃discard时，触发该报文所属流的转发模式由SAF模式切换为CT模式，其中所述流从转发路径角度定义为从一个入端口到一个出端口之间的属于同一转发路径的一系列报文。在本公开另一实施例中，判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级(例如端口Port和/或接口Interface)的拥塞避免处理时所作的判定。

本公开实施例在刚刚发生拥塞的时刻就开始模式切换操作，同时会启动监测watchdog进程，监测针对该报文流或该报文流所在物理级端口的“discard事件”即报文丢弃事件，当监测到报文丢弃事件在预定的时间门限内都没有发生，则将该报文流的转发模式切换回SAF模式。通过上述处理，在流量拥塞刚开始发生时，将转发模式切换为CT模式，从而充分利用该转发模式的较高的带宽利用率优势，缓解拥塞程度的进一步升高。由于在CT模式下物理层错包容易扩散到其他设备，所以在流量拥塞缓解后，再将报文流的转发模式切换回SAF模式。该方法能够充分的利用两种转发模式的优势，使得拥塞避免机制的丢包曲线变得更加平滑，从而缓解类似TCP incast的场景下由于丢包导致的吞吐量降低的情况。

图2为本公开一实施例提供的数据通信设备转发面模块示意图，该实施例中示例了对通信设备转发面所做的改进。本公开主要针对数据通信设备转发面中的传输管理单元TM的功能做来改进，以下结合转发面的其他单元进行描述。

首先，报文以帧的形式进入报文接收单元Rx，报文接收单元Rx将收到的帧发往资源管理单元RM，RM单元存储报文，同时会将数据帧以固定长度的缓存区buffer链的形式进行组织。当该报文的第一个缓存区first buffer准备好后，RM单元生成报文唯一标识PID并将PID发送给报文解析单元PA，PA单元对报文特征进行解析。解析完毕后，PA单元将PID发往报文调度单元PQA，准备调度给报文处理单元PP进行处理。报文在PP单元处理完成后，修改报文内容到RM单元，同时通知PQA单元处理完成，可以发送报文。报文发送前先经过保序单元OU进行保序操作，最后发往传输管理TM单元。

该实施例中，在TM单元中新增了上述步骤S101-S103的报文转发控制功能，从而实现在链路拥塞的情况下，执行转发模式的切换，并在链路拥塞缓解后，进行转发模式的回切操作。

上述实施例中的步骤S101-S103的报文转发控制功能由TM中的拥塞避免机制的丢包事件所触发，但考虑到TM子单元中层次化服务质量(Hierarchical Quality ofService，HQoS)模型有多处均有拥塞避免处理措施，在何处触该报文转发控制功能？需要结合TM的拥塞避免机制进一步详细分析。

HQoS模型将拥塞避免处理层次划分为6个级别，分别为：

第一级针对流Flow：可对应某用户(例如：虚拟局域网VLAN、标签交换路径LSP、永久虚拟电路PVC等)的一种业务进行拥塞避免处理。

第二级针对类Class：可对应某用户的所有业务进行拥塞避免处理。

第三级针对子端口Subport：可对应用户组(例如：所有金牌用户)进行拥塞避免处理。

第四级针对端口Port：可对应物理端口进行拥塞避免处理。

第五级针对接口Interface：可对应接口进行拥塞避免处理。

第六级针对全局Global：可对应TM单元进行全局的拥塞避免处理。

基于HQoS模型的拥塞避免机制分层结构，由于本公开主要解决的是流量突发导致的出端口队列丢包，因此本公开实施例选择在物理端口级，即Port、Interface级，进行拥塞避免处理时图1的报文转发控制功能，以避免在流量突发导致链路拥塞时出端口队列报文溢出而导致过多的报文丢弃。

图3为本公开一实施中传输管理单元TM中进行报文转发控制的流程示意图，该方法包括：

步骤301、在物理端口级基于服务质量进行拥塞避免处理时，判断报文是否需要丢弃，若判定为丢弃转步骤302，否则转步骤310。

以HQoS模型为例，当报文PID进入TM处理后，经过Flow、Class、Subport三级HQos处理后进入Port和Interface级的拥塞避免处理，在Port级和Interface级进行基于图1流程的报文转发控制处理的方法完全相同。在该步骤判断PID是否被拥塞避免机制判定为需丢弃discard，基于判定结果执行后续处理。

步骤302、判断报文所属流的当前转发模式是否为存储转发模式SAF，若为是则执行步骤303，否则执行步骤307。

若当前不是SAF模式，说明已经切换为CT模式了，这种情况下被判定为丢包，则只能丢包了。

步骤303、判断报文所属流的当前接收端口Rx报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率，若是则执行步骤304，若不是则执行步骤307。

如果当前为SAF模式，需进一步判断该报文所属流的Rx接口速率是否大于Tx接口速率，如果是的话，则将该报文所属流的转发模式切换为CT模式，否则不能切换，仍然保持SAF模式，以防止Tx发送还没被接收完全的残包，此时只能丢弃报文。

步骤304、将报文所属流的当前的转发模式切换为直通转发CT模式，同时启动监测任务并丢弃报文。

切换为CT模式的同时，需针对报文所属流和/或物理级端口(例如port、interface)启动监测任务监测多长时间基于HQoS的拥塞避免机制未判断到有报文丢弃，例如启动看门狗watchdog程序循环检测，如果超过预设的时间门限，例如1秒中，则将报文所属流的转发模式回切到存储转发SAF模式。

步骤305、监测任务监测在指定时间门限内是否有报文丢弃？如果仍有报文丢弃则继续监测，如果没有报文丢弃，则执行步骤306。

在CT模式下，如果在预定时间门限内都没有检测到有报文丢弃，则说明报文所属流和/或报文所属流所在的物理级端口的报文拥塞已经缓解，可以回切到SAF模式了。

步骤306、将当前报文所属流的转发模式切回存储转发SAF模式。

到步骤306为止，完成了一次完整的SAF模式到CT模式，再由CT模式回切到SAF模式的操作。在回切到SAF模式后，当再次接收到报文并判断链路拥塞时，将再次执行步骤301。

步骤310、在物理端口级基于服务质量进行拥塞避免处理时，若当前为未判断到有报文丢弃则，则进一步先判断当前是否为SAF模式，若是则执行步骤311，否则执行步骤313。

若报文所属流当前转发模式为CT模式，则表明是切换为CT模式之后的处理过程，可直接入队等待调度。

步骤311、判断PID对应的报文结尾标志EOF是否置1，若是则执行步骤312，否则循环等待该标志位被置1；

步骤312、当判定PID对应的报文的EOF置1后，进行报文物理层错包检查，然后执行步骤313。

步骤313、将PID对应的报文入报文队列等待调度。

本公开提供的实施例可以实现在刚开始发生接口拥塞时，立即条件触发切换当前的转发模式为直通转发CT模式，来加快报文的发送效率，相对于现有的拥塞避免机制，例如WRED机制，直接丢包策略更加平滑，可以改善类似TCP-incast因为丢包导致的吞吐量下降问题。

本公开另一实施例提供了一种报文转发控制装置，该装置应用于数据通信设备的转发面的传输管理单元TM中，装置包括：

转发模式判断单元，用于在链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取该报文所属报文流的当前转发模式。

模式切换单元，用于在转发模式判断单元判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，将当前转发模式切换为直通转发CT模式。

监测单元，用于在模式切换单元完成存储转发SAF模式到直通转发CT模式的切换时，启动对报文丢弃事件的监测；

模式回切单元，用于在监测单元监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件时，将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

基于上述实施例，本公开另一实施例中，传输管理单元TM采用层次化服务质量HQoS模型进行拥塞避免处理，所述判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级的拥塞避免处理时所作的判定；监测单元启动对报文丢弃事件的监测是指对报文所属报文流和/或报文所属报文流所在物理端口启动对报文丢弃事件的监测。

基于上述实施例，本公开另一实施例中，模式切换单元在判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，还用于继续判断所述报文所属报文流当前的接收端口Rx的报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率。若大于则执行所述将当前转发模式切换为直通转发CT模式的步骤，并丢弃所述报文；若不大于则直接丢弃所述报文。

基于上述实施例，本公开另一实施例中，该报文转发控制装置还包括：

前置单元，用于在所述转发模式判断单元在链路拥塞，判定所述报文不需被丢弃时，判断所述报文所属报文流的当前转发模式；若判定为存储转发SAF模式，则还用于继续判断到所述报文的结束标识EOF被置位时，触发物理层错包检查操作；若判定为为直通转发CT模式，则还用于直接将所述报文入队列。

以上所述仅为本公开的实施例而已，并不用于限制本公开。对于本领域技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种报文转发控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式；

若当前转发模式为存储转发SAF模式，则将当前转发模式切换为直通转发CT模式，并启动对报文丢弃事件的监测；

当监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件，则将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级的拥塞避免处理时所作的判定；

所述启动对报文丢弃事件的监测是指对所述报文所属报文流和/或报文所属报文流所在物理端口启动对报文丢弃事件的监测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，继续判断所述报文所属报文流当前的接收端口Rx的报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率；若大于则执行所述将当前转发模式切换为直通转发CT模式的步骤，并丢弃所述报文；若不大于则直接丢弃所述报文。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当链路拥塞，判定所述报文不需被丢弃时，则判断所述报文所属报文流的当前转发模式；

若为存储转发SAF模式，则在判断到所述报文的结束标识EOF被置位时，进行物理层错包检查，然后将所述报文入队列；

若为直通转发CT模式，则直接将所述报文入队列。

5.一种报文转发控制装置，其特征在于，所述装置应用于数据通信设备的转发面的传输管理单元TM中，所述装置包括：

转发模式判断单元，用于在链路拥塞，判定报文需被丢弃时，获取所述报文所属报文流的当前转发模式；

模式切换单元，用于在所述转发模式判断单元判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，将当前转发模式切换为直通转发CT模式；

监测单元，用于在所述模式切换单元完成存储转发SAF模式到直通转发CT模式的切换时，启动对报文丢弃事件的监测；

模式回切单元，用于在监测单元监测到预定时长门限内都未发生报文丢弃事件时，将当前转发模式切换回存储转发SAF模式。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述传输管理单元TM采用层次化服务质量HQoS模型进行拥塞避免处理，所述判定报文需被丢弃是在层次化服务质量HQoS模型中的物理端口级的拥塞避免处理时所作的判定；

所述监测单元启动对报文丢弃事件的监测是指对所述报文所属报文流和/或报文所属报文流所在物理端口启动对报文丢弃事件的监测。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述模式切换单元在判定当前转发模式为存储转发SAF模式时，还用于继续判断所述报文所属报文流当前的接收端口Rx的报文接收速率是否大于发送端口Tx的报文发送速率；

若大于则执行所述将当前转发模式切换为直通转发CT模式的步骤，并丢弃所述报文；若不大于则直接丢弃所述报文。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

前置单元，用于在所述转发模式判断单元在链路拥塞，判定所述报文不需被丢弃时，判断所述报文所属报文流的当前转发模式；

若判定为存储转发SAF模式，则还用于继续判断到所述报文的结束标识EOF被置位时，触发物理层错包检查操作；

若判定为直通转发CT模式，则还用于直接将所述报文入队列。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

10.一种数据通信设备，其特征在于，该数据通信设备的转发面中包含所述如权要求5-8中任一项所述的报文转发控制装置。

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