CN112887218B - 一种报文转发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本说明书提供一种报文转发方法及装置，所述方法包括：在确定所述网络设备发生拥塞时，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值；当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文。本说明书提供了一种动态调整队列门限的方法和装置，动态设置的门限值可以平衡当前网络环境的时延及吞吐量，达到最优门限设置。

Description

一种报文转发方法及装置

技术领域

本说明书涉及通信技术领域，尤其涉及一种报文转发方法及装置。

背景技术

在RFC(Request For Comments)3168中定义了显式拥塞通知ECN(ExplicitCongestion Notification)的设计目标，是通过传输控制协议TCP(Transmission ControlProtocol)发送端和接收端以及中间路由器的配合，感知中间路径的拥塞，并主动的减缓TCP的发送速率，从而从早期避免拥塞而导致的丢包，实现网络性能的最大利用。能够解决的问题如下：

所有TCP发送端能够早期感知中间路径拥塞，并主动放缓发送速率，预防拥塞发生。

在中间交换机上转发的队列上，对于超过队列门限的TCP报文进行ECN标记，并继续进行转发，不再丢弃报文。避免了报文的丢弃和TCP的重传。

由于减少了丢包，TCP不需要经过几秒或者几十秒的重传定时器出发报文重传，提高了时延敏感应用的用户感受。

与没有部署ECN功能的网络相比，网络的利用率更好，不存在在过载和轻载之前来回震荡的情况。

标记ECN需要由交换机来进行，但是针对不同的网络拥塞状况，目前交换机只有一种提前预先设定的高低门限进行ECN的标记控制。该高低门限值不能够随着网络拥塞状况的变化来调整，这就会导致不同的网络拥塞情况出现时延和吞吐量的差异。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种报文转发方法及装置。

根据本说明书实施例的第一方面，提供一种报文转发方法，所述方法包括：

在确定所述网络设备发生拥塞时，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；

确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；

根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值；

当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文。

可选的，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量，包括：

获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，所述第一预设值表征该报文为所述端口在入方向上接收到的报文；

获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，所述第二预设值表征该报文为所述第二端口在出方向上接收到的报文。

可选的，所述获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，包括：获得所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量；

所述获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，包括：获得所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量。

可选的，确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例，包括：

根据获得的所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量、以及获得的所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量确定入方向接收的流量和出方向接收的流量比例。

可选的，根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值，包括：

根据所述预设值以及所述比例值，确定所述端口对应的队列的门限值。

可选的，根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值，具体包括，若所述比例值大于预设阈值，则将队列对应的门限值调小，若所述比例值小于等于预设阈值，则将所述队列对应的门限值调大。

按照所述比例值与所述队列对应的门限值为反比关系调整所述门限值。

根据本说明书实施例的第二方面，提供一种报文转发装置，所述装置包括：判断模块、获取模块、确定模块、调整模块、转发模块；

判断模块用于在判断所述网络设备是否发生拥塞，若发生拥塞，则获取模块获取网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；

确定模块用于确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；

调整模块用于根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值；

转发模块用于当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文。

可选的，所述获取模块具体用于获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，所述第一预设值表征该报文为所述端口在入方向上接收到的报文；获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，所述第二预设值表征该报文为所述第二端口在出方向上接收到的报文。

可选的，所述获取模块具体用于获得所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量；获得所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量。

可选的，所述确定模块具体用于根据获得的所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量、以及获得的所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量确定入方向接收的流量和出方向接收的流量比例。

可选的，所述确定模块还用于根据所述预设值以及所述比例值，确定所述端口对应的队列的门限值。

本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开提供的方法可以动态设置的门限值，进而可以平衡当前网络环境的时延及吞吐量。具体的，上述比例值高时，设置低的队列的门限值，保证队列低时延性。上述比例值低时，设置高的队列门限，以保证队列的高吞吐性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。

图1是本公开提供的一种网络架构的示意图；

图2是本公开提供的报文转发方法的信令交互图；

图3是本公开提供的报文转发装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在相关技术中，IP首部的TOS(Type of Service，服务类型)字段中的第7和8bit的保留字段被重新定义为ECN字段，其中有四个取值，在RFC3168中描述：

(1)00代表该报文并不支持ECN，所以将该报文按照原始非ECN报文处理即可，即：过载丢包；

(2)01和10这两个值针对路由器来说是一样的，都表明该报文支持ECN功能，如果发生拥塞，则ECN字段的这两个将修改为11来表示报文经过了拥塞，并继续被交换机转发。所以交换机转发侧要支持ECN，需要有以下新增功能：

当拥塞发生时，针对ECN＝00的报文，走原有普通非ECN流程；

当拥塞发生时，针对ECN＝01或ECN＝10的报文，都需要修改为ECN＝11，并继续转发流程。

当拥塞发生时，针对ECN＝11的报文，需要继续转发。

为了保证与不支持ECN报文的公平性，在队列超过一定长度时，需要考虑对支持ECN字段的报文的丢弃。

而相关技术中，针对主机侧的修改，首部将bit8和bit9的保留字段修改为CWR(Congestion Window Reduced：拥塞窗口减少)和ECE(ECN Echo)。在RFC3168中的设计如下：

1、在TCP接收端接收到IP报文头中的ECN＝11标记，并在回复ACK时将ECE字段置1。并在后续的ACK中均将ECE字段置为1。

2、在TCP发送端接收到ECE字段置1的ACK报文时，需要将自己的发送速率减半，并在发送下一个报文时，将CWR字段置为1。

3、在TCP接收端接收到CWR字段置为1的报文时，后续的ECE字段将不再置1。直到再次收到IP首部ECN＝11时，重复上述过程。

4、TCP发送端在收到一个ECE＝1时，缩小发送窗口，并且在本次RTT(Round-TripTime，往返时间)时间内将不再再次缩小发送窗口。

5、TCP接收端向发送端回应ACK时，如果该ACK是一个不带数据的“纯”ACK，那么必须使IP首部ECN＝00，因为TCP没有机制对纯ACK进行响应，就无法针对纯ACK发送拥塞通知。

6、对于支持ECN的主机，TCP层在发送报文时需要将IP首部中的ECN置为01或10。

目前，交换机设备上实现拥塞标记ECN，是与缓存结合起来使用的。

在设备上开启ECN功能后，交换机的拥塞管理功能将按如下方式对报文进行处理：

如果队列长度小于下限，不丢弃报文，也不对ECN域进行识别和标记。

如果队列长度在上限(HighLimit)和下限(LowLimit)之间，当设备根据丢弃概率计算出需要丢弃某个报文时，将检查该报文的ECN字段。如果ECN字段显示该报文由支持ECN的终端发出，IP报文头部中的差分服务代码点DSCP(Differentiated Services CodePoint，简称DSCP)字段有2Bit用于标识ECN。这2个Bit分别是：ECT(ECN CapableTransport)和CE(Congestion Experienced)。设备会将报文的ECT位和CE位都标记为1，然后转发该报文；如果ECN字段显示报文传输路径中已经经历过拥塞(即ECT和CE位都为1)，则设备直接转发该报文，不对ECN域进行重新标记；如果ECT位和CE位都为0，设备会将该报文丢弃。

如果队列长度超过上限，将队列中所有报文的ECN域都标记为11，当队列长度达到队列尾丢弃门限后,报文将被丢弃。

对于ECN标记，是需要交换机来进行的，为了解决相关技术中存在的队列的门限值固定的问题，本公开提供的了一种可以调整队列的门限值的方法，在网络流量为N对一通信的Incast模型时，为了尽可能的保证无损业务的不丢包转发，设备根据网络流量N对1的Incast聚播值(N越大说明Incast值越大，对缓存产生的突发压力越大)来动态调整无损队列的ECN门限。本公开中的incast值用于表征交换机在入方向的流量和出方向的流量的比例值。

N对一通信的Incast模型的一种典型应用是类似于图1所示的网络架构中，当一个客户端发送数据请求，经过交换机的中间处理，多条链接竞争同一交换机的出口缓冲区容易导致缓冲区溢出，产生丢包。例如，如图1所示，当交换机接收到的流量为100G规格的超大流量时，在出方向上，即发往接收端的方向上，交换机的出接口可能每个接口只能发送出25G的流量，即总共发送出75G的流量，剩余的25G流量则备丢弃。这个问题通常称为传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)聚播(incast)。

该方法包括：

步骤201，在确定所述网络设备发生拥塞时，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量。

本实施例以网络设备为交换机为例进行说明，但应当理解的是，网络设备也可能为路由器等用于中转报文的设备。

在交换机上，可以周期性的对所有接口接收的报文进行访问控制列表ACL匹配，确定出网络设备的端口在入方向上的流量和出方向的流量。

对于网络设备而言，需要判断哪些报文是入方向的报文，哪些报文是出方向的报文。

以图3中的交换机的两个端口A、B端口为例。其中，A端口接收发送端发送的报文，通过B端口向接收端转发了报文，并经过B端口接收接收端发送的响应报文。也就是此时交换机需要区分哪些是从入方向接收的流量，哪些是从出方向接收的流量。

入方向指的是从发送端接收报文的方向，出方向指的是向接收端发出报文的方向。

交换机对于入方向和出方向流量的区分，一种可选的实施方式为：对于不同方向的流量携带不同的标识，从而，可以通过识别标识来区分接收到的流量究竟是从入方向接收的还是从出方向接收的。例如，可以在发送端发送的报文中携带第一预设值，在接收端发送的报文中携带第二预设值。

相应的，交换机可以通过获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量来确定网络设备的端口在入方向上接收的流量的数量；交换机可以通过获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量确定在出方向上接收的流量的数量。

在上述TCP/IP报文的支持ECN的情况下。在一种更为具体的实现方式中，交换机可以通过发送端发送的携带CWR位为1的报文确定出交换机在接收方向的报文数量，交换机可以通过接收端发送的携带ECE位置为1的报文确定出交换机在发送方向接收的报文的数量。

步骤203，确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例。

步骤205，根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值。

在确定出入方向接收的流量和出方向接收的流量比例之后(本实施例中该比例值也可以称为incast值)，确定出的incast值例如可能为1：1，2:1，4:1，8：1等，从而可以根据该incast值调整网络设备中的队列的门限值。

按照所述比例值与所述队列对应的门限值呈反比关系调整所述队列的门限值。

具体的，若所述比例值大于预设阈值，则将队列对应的门限值调小，若所述比例值小于等于预设阈值，则将所述队列对应的门限值调大。

Incast值高时，设置低的ECN门限值，保证队列低时延性。Incast值低时，设置高的ECN门限，以保证队列的高吞吐性。

步骤207，当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文。

本公开提供的方法中，提供了一种动态调整队列门限的方法，动态设置的门限值可以平衡当前网络环境的时延及吞吐量，达到最优门限设置。

为了更好的说明本公开提供的报文转发方法，本实施例再以图3所示的信令交互图为例对本公开的完整实现过程进行阐述。

如图3所示，该方法包括：

步骤301，发送端发送携带ECN标识的报文；

步骤302，交换机若识别出当前报文的转发发生拥塞，则将报文的ECN标识更改为11，发送给接收端；

步骤303，接收端在回复ACK(响应报文)时将ECE置为1。

步骤304，交换机将ACK报文发送给发送端。

步骤305，发送端接收到ECE置为1的ACK时，将自己的发送速率减半，并在发送下一个报文时，将CWR位置为1发送给交换机；

步骤306，交换机将CWR为1的报文转发至接收端。

步骤307，接收端将ECE置为0，直至再次接收到ECN标识为11的报文。

本公开的方法，可以在接收到步骤303以及步骤305的报文时，根据对应的标识位识别出报文是从哪个方向接收到的。

进而根据得到的incast值，确定队列的门限，进而确定是需要转发报文还是要抛弃报文。

在上述实施例的基础上，本公开还提供一种报文转发装置，用于执行上述交换机执行的报文转发方法，图3示出了一种报文转发装置的结构示意图，如图3所示，该装置包括：判断模块401、获取模块402、确定模块403、调整模块404、转发模块405；

判断模块401用于在判断所述网络设备是否发生拥塞，若发生拥塞，则获取模块402获取网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；

确定模块403用于确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；

调整模块404用于根据所述比例值确定调整所述端口对应的队列的门限值；

转发模块405用于当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文。

可选的，所述获取模块402具体用于获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，所述第一预设值表征该报文为所述端口在入方向上接收到的报文；获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，所述第二预设值表征该报文为所述第二端口在出方向上接收到的报文。

可选的，所述获取模块402具体用于获得所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量；获得所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量。

可选的，所述确定模块403具体用于根据获得的所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量、以及获得的所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量确定入方向接收的流量和出方向接收的流量比例。

所述确定模块还用于根据所述预设值以及所述比例值，确定所述端口对应的队列的门限值。

本实施例提供的装置，用于执行上述实施例中交换机所执行的方法，具体的详细执行过程在此不再赘述，可以参照方法的实施例。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

应当理解的是，本说明书并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本说明书的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书，凡在本说明书的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种报文转发方法，应用于网络设备，其特征在于，包括：

在确定所述网络设备发生拥塞时，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；

确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；

根据所述比例确定调整所述端口对应的队列的门限值；

当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文；

根据所述比例确定调整所述端口对应的队列的门限值的步骤包括：

若所述比例大于预设阈值，则将队列对应的门限值调小，若所述比例小于等于预设阈值，则将所述队列对应的门限值调大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量，包括：

获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，所述第一预设值表征该报文为所述端口在入方向上接收到的报文；

获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，所述第二预设值表征该报文为所述第二端口在出方向上接收到的报文。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，包括：获得所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量；

所述获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，包括：获得所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例，包括：

根据获得的所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量、以及获得的所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量确定入方向接收的流量和出方向接收的流量比例。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述比例确定调整所述端口对应的队列的门限值，包括：

根据所述预设阈值以及所述比例，确定所述端口对应的队列的门限值。

6.一种报文转发装置，其特征在于，包括：判断模块、获取模块、确定模块、调整模块、转发模块；

判断模块用于在判断网络设备是否发生拥塞，若发生拥塞，则获取模块获取网络设备的端口在入方向上接收的流量和出方向接收的流量；

确定模块用于确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例；

调整模块用于根据所述比例确定调整所述端口对应的队列的门限值；

转发模块用于当再接收到流量时根据所述门限值确定如何转发报文；

确定所述入方向接收的流量和出方向接收的流量的比例时，所述调整模块具体用于：

若所述比例大于预设阈值，则将队列对应的门限值调小，若所述比例小于等于预设阈值，则将所述队列对应的门限值调大。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于获得第一端口接收到的携带有第一预设值的报文数量，所述第一预设值表征该报文为所述端口在入方向上接收到的报文；获得第二端口接收到的携带有第二预设值的报文数量，所述第二预设值表征该报文为所述第二端口在出方向上接收到的报文。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于获得所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量；获得所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于根据获得的所述第一端口接收到的携带有CWR位为第一预设值的报文数量、以及获得的所述第二端口接收到的ECE位为第二预设值的报文数量确定入方向接收的流量和出方向接收的流量比例。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，根据所述比例确定调整所述端口对应的队列的门限值时，所述调整模块具体用于：

根据所述预设阈值以及所述比例，确定所述端口对应的队列的门限值。

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