CN113812119A - 用于性能测量的网络节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及计算机网络领域以及在此类网络中的性能测量。所述性能测量由网络节点通过具有恒定大小的报文头执行。因此，本发明提供了一种用于性能测量的网络节点，其中所述网络节点用于获取报文，所述报文包括具有固定长度的性能指标字段的性能测量报头；在不改变所述性能指标字段的长度的情况下基于在所述网络节点中执行的性能测量更新所述性能指标字段；以及将所述报文转发至网络节点。

Description

用于性能测量的网络节点
技术领域
本发明涉及计算机网络术技以及在此类网络中的性能测量。具体的，本发明涉及用于通过恒定大小的报文头进行性能测量的网络节点。
背景技术
性能测量和网络遥测是通信网络的关键能力。监控网络性能对于故障、网络拥塞或异常的检测非常重要。此外，性能测量和遥测是自主网络的关键功能，而自主网络在过去几年中是一项快速发展的域领。
性能测量通常需要网络资源上的开销，因为测量和遥测需要以下至少一种：使用专用报文来测量网络，或者在数据报文上捎带测量相关信息(带内网络遥测(in-bandnetwork telemetry，简称INT)和带内操作管理维护(in situ operations,administration and maintenance，简称IOAM)为此方法的两个示例)。在多跳测量中，测量网络路径上的多个节点时，通常使用一种方法，其中网络路径上的每一跳都将与测量相关的数据推送到数据报文上。
该方法的问题在于，每个数据报文上的开销量随着网络路径的跳数增加而增长，因而在具有大量跳数的路径产生显着的开销。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例旨在改进传统的性能测量解决方案。
本发明目的在于提供一种以低测量开销进行多跳测量的测量解决方案。所述测量开销具体可以不取决于跳数。
该目的是通过如所附独立权利要求中所述的本发明实施例来实现。本发明实施例的有利的实现方式在从属权利要求中进一步定义。
本发明第一方面提供了一种用于网络性能测量的网络节点，其中所述网络节点用于获取报文，所述报文在所述网络中传送并包括具有固定长度的性能指标字段的性能测量报头；在不改变所述性能指标字段的长度的情况下基于在所述网络节点中执行的性能测量更新所述性能指标字段；以及将所述报文转发至所述网络节点的下一跳。
这保证了分配给性能测量的开销保持不变。
特别地，用于性能测量的网络节点也可以称为中转节点或者转发节点。但是，所述网络节点也可以称为入口节点或出口节点。
特别地，所述网络节点可以是交换机、路由器、中间盒、网络接口控制器、NIC或者能够发送、接收和/或转发报文的任意设备。
特别地，所述性能指标字段可以包括表示路径上的性能的值。特别地，所述性能指标字段可以由所述路径上的每个节点更新，以反映更新后的性能。
特别地，所述性能指标字段的值可以涉及当前网络节点(即，用于性能测量的所述网络节点)中当前报文的时延。特别地，所述性能指标字段的值可以涉及当前报文入队的队列的填充级别。
在所述第一方面的一种实现方式中，所述网络节点还用于基于所述性能指标字段的现值并基于所述网络节点测量的所述报文的性能指标，或者基于所述性能指标字段的现值并基于所述网络节点的性能指标，更新所述性能指标字段。
这是有益的，因为既可以考虑所述网络节点中所述报文的状态进行性能测量，也可以考虑所述网络节点本身的状态。
特别地，所述网络节点的性能指标可以是所述网络节点的队列的当前状态。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点还用于基于应用于所述性能指标字段的现值和/或应用于所述网络节点测量的所述报文的性能指标的至少一个函数的结果来更新所述性能指标字段。
这确保了可以使用提供与对应的输入值相同大小的输出值的函数。
特别地，该函数可以是恒等函数、尺度函数、移动平均函数、加权移动平均函数或指数加权移动平均函数。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点在不改变所述性能指标字段的长度的情况下基于在所述网络节点中执行的性能测量更新所述性能指标字段包括更新后的所述性能指标字段的长度与更新前的所述性能指标字段的长度相同。
特别地，可以为固定长度的所述性能指标字段分配预定义数量的比特。特别地，在不改变所述性能指标字段的长度的情况下更新所述性能指标字段意味着分配给更新后的所述性能指标字段的比特数与分配给更新前的所述性能指标字段的比特数相同。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述性能测量报头还包括序列号字段和/或时间戳字段。
这保证了更多信息可以用于性能测量。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点还用于向评估设备提供所述性能测量报头。
这保证了外部评估设备(可以称为检测设备)可以与所述网络节点组合使用。
特别地，这可以在更新所述性能指标字段之前和/或之后针对所述网络节点中的当前报文进行。
特别地，所述网络节点可以用于将所述性能测量报头连同所述报文一起提供给所述评估设备。
特别地，所述网络节点可以用于将所述性能测量报头连同所述报文的截断部分一起提供给所述评估设备。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点还用于从所述报文中移除所述性能测量报头，并且转发不带所述性能测量报头的所述报文。
这保证了所述网络节点可以用于实现终止性能测量的出口节点。
特别地，可以将所述报文转发到所述报文中指示的目的地。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点还用于接收不带所述性能测量报头的所述报文，并将所述性能测量报头添加到接收到的所述报文中，得到包含所述性能测量报头的所述报文。
这保证了所述网络节点可以用于实现开启性能测量的入口节点。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述网络节点还用于基于所述性能测量报头评估所述报文的性能。
这保证了所述网络节点也能够实现评估设备(可以称为检测设备)本身的功能。
特别地，对所述网络报文的性能的评估可以包括将所述性能指标字段的值与预定义的阈值进行比较。
特别地，对所述网络报文的性能的评估可以包括将所述性能指标字段的当前值与所述性能指标字段的至少一个先前值进行比较。
特别地，将所述性能指标字段的当前值与所述性能指标字段的至少一个先前值进行比较包括，例如，基于机器学习域领应用动态分类。
特别地，在对网络报文的性能进行评估后，将评估结果提供给管理设备。
在所述第一方面的又一种实现方式中，所述性能测量报头还包括序列号字段和/或时间戳字段，且所述网络节点还用于根据所述序列号字段和/或所述时间戳字段评估所述报文的性能。
这确保了评估也可以基于所述序列号字段和/或所述时间戳字段。
特别地，所述评估设备还可以用于基于所述序列号字段检测丢包。
本发明第二方面提供了一种用于网络的性能测量的方法，其中所述方法包括以下步骤：网络节点获取报文，其中所述报文在所述网络中传送并包括具有固定长度的性能指标字段的性能测量报头；所述网络节点在不改变所述性能指标字段的长度的情况下基于在所述网络节点中执行的性能测量更新所述性能指标字段；以及所述网络节点将所述报文转发至所述网络节点的下一跳。
在所述第二方面的一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点基于所述性能指标字段的现值并基于所述网络节点测量的所述报文的性能指标，或者基于所述性能指标字段的现值并基于所述网络节点的性能指标，更新所述性能指标字段。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点基于应用于所述性能指标字段的现值和/或应用于所述网络节点测量的所述报文的性能指标的至少一个函数的结果来更新所述性能指标字段。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述网络节点在不改变所述性能指标字段的长度的情况下基于在所述网络节点中执行的性能测量更新所述性能指标字段包括更新后的所述性能指标字段的长度与更新前的所述性能指标字段的长度相同。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述性能测量报头还包括序列号字段和/或时间戳字段。
在第二方面的又一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点向评估设备提供所述性能测量报头。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点从所述报文中移除所述性能测量报头，并且转发不带所述性能测量报头的所述报文。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点接收不带所述性能测量报头的所述报文，并将所述性能测量报头添加到接收到的所述报文中，得到包含所述性能测量报头的所述报文。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述方法还包括所述网络节点基于所述性能测量报头评估所述报文的性能。
在所述第二方面的又一种实现方式中，所述性能测量报头还包括序列号字段和/或时间戳字段，且所述方法还包括所述网络节点根据所述序列号字段和/或所述时间戳字段评估所述报文的性能。
所述第二方面及其实现方式包括与所述第一方面及其各自的实现方式相同的优点。
总之，本发明实施例提供了一种带内测量的解决方案，其允许多跳测量，但使用恒定长度的性能数据。在这种情况下，“带内测量”是指将性能相关的数据捎带在数据报文上的测量方法。所述固定长度的数据与数据报文一起在其路径上携带，并且可以由中间网络设备更新以反映其性能。在路径的末端可以使用检测模块来检测性能下降。
需要注意的是，本申请所描述的所有设备、元件、单元和方法均可在软件或硬件元件或它们的任意组合中实现。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明各个实体适于或用于执行各自的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行特定步骤或功能的该实体的具体元件的描述中反映，但是域领人员应该清楚的是这些方法和功能可以在各自的硬件或软件元件或其任意组合中实现。
附图说明
结合所附附说，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：
说1示出了本发明实施例提供的一种用于性能测量的网络节点的示意说；
说2更详细地示出了本发明实施例提供的一种用于性能测量的网络节点的示意说；
说3示出了本发明提供的操作示例；
说4示出了本发明提供的报文的示意说；
说5示出了本发明提供的多个报文的示意说；
说6示出了本发明实施例提供的方法的示意说。
具体实施方式
说1示出了本发明实施例提供的网络节点100的示意说。所述网络节点100用于网络中的性能测量。
针对性能测量，所述网络节点100获取报文101。所述报文101包括性能测量报头102和固定长度的性能指标字段103。也就是说，所述性能指标字段103的长度在其所应用的性能测量的整个处理期间没有变化。所述报文101可以从所述报文101的路径中之前的其他网络节点获得。所述其他网络节点例如已将所述性能测量报头102和所述固定长度的性能指标字段103添加到所述报文101中。因此，该网络节点也可以称为入口节点。
然后，所述网络节点100在不改变所述性能指标字段103的长度的情况下基于在所述网络节点100中执行的性能测量104更新所述性能指标字段103。这意味着，所述性能指标字段103的长度在更新之前和之后相同。特别地，所述指标字段103的比特大小不因更新而改变，即更新之前和更新之后是相同的。从而获得恒定的报头大小，避免增加开销。
然后，所述网络节点100将所述报文101，例如，沿着所述报文101的预期路径转发到另一网络节点。在该另一网络节点中，可以对所述报文101应用进一步的处理(例如，可以在该节点终止所述性能测量)。因此，该节点也可以称为出口节点。当所述网络节点100将所述报文101从入口节点转发到出口节点时，所述网络节点100也可以称为中转节点。
所述报文101通常可以是任何一种网络报文。特别地，所述报文101可以是数据报文，即从源主机发送到目的主机的报文。特别地，所述报文101可以是网络设备之间发送的控制报文。
说2更详细地示出了本发明实施例提供的网络节点100的示意说。说2的所述网络节点100以说1的所述网络节点100为基础，因此包括其所有特征和功能。
如说2所示，所述网络节点100可选地可以基于所述性能指标字段103的现值以及所述网络节点100测量的所述报文101的性能指标201更新所述性能指标字段103。也就是说，所述网络节点100可以读取所述性能指标字段103的现值，可以获取所述报文101的性能指标201(例如，延迟值)，然后可以计算所述性能指标字段103的新值，该新值取代旧值。所述新值的长度与所述旧值的长度相同，即所述新值可以包括与所述旧值相同的比特数。
另外或替代地，所述网络节点100可以基于所述性能指标字段103的现值并基于所述网络节点100的性能指标202更新所述性能指标字段103。也就是说，所述网络节点100可以读取所述性能指标字段103的现值，可以获取所述网络节点100的性能指标202(例如，报文队列的填充级别等延迟值)，然后可以计算所述性能指标字段103的新值，该新值取代旧值。所述新值的长度与所述旧值的长度相同，即所述新值可以包括与所述旧值相同的比特数。
进一步可选地，所述网络节点100可以基于应用于所述性能指标字段103的现值和应用于所述性能指标201或所述性能指标202的至少一个函数的结果来更新所述性能指标字段103。特别地，所述函数确保所述性能指标字段103的长度保持不变。
所述网络节点100具体可以实现更新算法，根据该更新算法，路径上的节点(即，中转节点，且可选地，也可以是入口节点或出口节点)可以更新所述性能指标字段103。可以根据以下算法将所述性能指标字段103从OldValue更新为NewValue：NewValue＝f(OldValue)+g(m)，其中，m为所述性能指标201或所述性能指标202的值，f()和g()为处理中使用的两个函数。
可能的性能指标201的一个示例为当前设备中的当前报文的时延。可能的性能指标202的一个示例为当前报文排队的队列的填充级别。
例如，所述性能指标201可以是所述路径上的累加延迟，即所述网络节点100在所述路径上的延迟之和。此时，每跳的更新算法为：NewValue＝OldValue+CurrentHopLatency，其中：f(x)＝x且g(x)＝x。
然而，f(x)或g(x)也可以是恒等函数、尺度函数、移动平均函数、加权移动平均函数或指数加权移动平均函数中的任意一个。函数f(x)和g(x)的进一步示例为：
恒等函数：
f(x)＝x，g(x)＝x
在这种情况下，性能指标仅仅是所述报文101的跳的指标值之和。
右移4比特：
f(x)＝x，g(x)＝x>>4
这允许将性能指标值缩放到2^4＝16跳。
指数加权移动平均函数：
f(x)＝x–x>>5，g(x)＝x>>5
NewValue＝(1–2^–5)*OldValue+2^–5*NewValue
如说2所示，所述性能测量报头102可选地可以包括序列号字段203和/或时间戳字段204。所述序列号字段203和/或所述时间戳字段204可以协助进行性能测量和评估，如下所述。
进一步可选地，所述网络节点100可以向评估设备提供所述性能测量报头102。也就是说，所述网络节点可以直接将性能测量所需的信息转发给评估设备，而无需另一台设备这样做。
换句话说，所述网络节点100也允许逐跳导出。也就是说，路径上的每个网络节点100在接收到带有性能测量报头102的报文101时，均可以将一组详细的性能相关字段导出到检测模块，和/或可以将序列号字段203或时间戳字段204附加到所述性能测量报头102。然后，所述检测模块可以使用详细的性能信息进行进一步的性能分析。所述序列号字段203或所述时间戳字段204可用于将来自不同网络节点100处接收的相同报文101中的信息关联起来。
进一步可选地，所述网络节点100可以将所述性能测量报头102从所述报文101中移除，并且在不带所述性能测量报头102的情况下转发所述报文101。也就是说，可以将所述报文101转发至其预期目的地而无需所述性能测量报头102。
换言之，所述网络节点100还可以实现出口节点的功能，从所述报文中移除性能数据并将所述报文转发至其目的地。也就是说，出口节点也可以可选地更新所述性能指标字段，并将所述性能数据导出至检测模块。
进一步可选地，所述网络节点100可以接收不带所述性能测量报头102的报文101，并将所述性能测量报头102添加到接收到的所述报文101中，得到包含所述性能测量报头102的所述报文101。
换言之，所述网络节点100还可以通过将性能测量报头102添加到尚未包含性能测量报头102的接收报文101中来实现入口节点的功能，该入口节点准备用于性能测量的报文101。换句话说，入口节点可以将以下性能数据推送到通过其转发的全部所述报文101或其子集中：性能测量报头102、性能指标字段103(其逐跳更新，是表示路径上的性能的值，并且可以由路径上的每个节点来更新以反映更新后的性能)、序列号字段(具体是由入口节点分配并且不被其他后续节点更改)、时间戳字段。
进一步可选地，所述网络节点100可以基于所述性能测量报头102评估所述报文101的性能。也就是说，所述网络节点100也可以实现评估模块(也可以称为检测模块)的功能，而不需要另一台设备。换言之，检测模块可以用于检测性能问题或性能下降。该模块可以是外部节点，也可以是所述网络节点100中的内部模块。
所述检测模块可以用于通过将所述当前报文的序列号与之前的序列号进行比较来检测丢包。如果没有丢包，则序列号差值应为1(即所述差值为已丢包数加1)。所述检测模块可以通过使用检测功能处理所述性能指标字段103来检测性能下降。所述检测功能可以为以下其中一种：将性能指标字段103与指示问题的可配置阈值进行比较；或者将当前值与先前值进行比较，并应用动态分类(例如，使用机器学习)。
一旦检测到丢包或性能下降(或两者兼有)，所述检测模块可以向用户或管理***上报，或者可以触发细粒度测量来检测问题的位置，例如IOAM，或者可以采取纠正措施，例如重新配置网络路径。
此外，由于所述性能测量报头102可以包含序列号字段203和/或时间戳字段204，所述网络节点100可选地还可以基于所述序列号字段203和/或所述时间戳字段204评估所述报文101的性能。所述序列号字段203和/或所述时间戳字段204不一定包含在所述性能测量报头102中。然而，它们可以是和报头一起的所述性能数据的单独部分(即，所述性能数据中的单独字段)。
说3示出了运行网络节点100的若干实例的示例场技。说3中，网络节点100A实现中转节点，网络节点100B实现入口节点，网络节点100C实现出口节点，网络节点100D实现检测模块。
如说3所示，在入口节点100B和出口节点100C之间进行性能测量。所述入口节点100B是参与测量的路径上的第一个节点，所述出口节点100C是参与测量的路径的最后一个节点。所述入口节点100C可以将测量数据推送到报文101中。所述出口节点100C可以移除所述入口节点100B推送的所述测量数据，并将数据报文转发到目的地。中转节点100A是所述路径上的节点，可以推送附加数据或更新现有数据(尽管仅示出了一个中转节点100A，但所述路径上可以有多个中转节点100A)。所述检测模块100D是用于检测性能下降的模块。其可以在远程服务器上运行，或者可以在本地运行，例如，作为所述节点100A、100B、100C其中之一内的模块。说3的网络设备可以是交换机、路由器、中间盒、NIC或转发报文的任意设备。尽管仅示出了所述出口节点100C能够向所述检测模块100D提供信息，但是路径上的任何其他节点(例如，所述入口节点100B或所述中转节点100A)也都可以向所述检测模块100D提供信息。
说4示出了带有性能数据的报文101，其中所述性能数据包含性能测量报头102和性能指标字段103。说4所示的所述性能数据还包含可选的序列号字段203和可选的时间戳字段204。
说5示出了包含由入口节点推送的性能数据(除其他外还包含所述性能测量报头102)的报文。如说中的第二行所示，该数据可以与隧道报头(例如VXLAN-GPE)一起推送，也可以作为所述报文中现有报头的扩展来推送，例如IPv6扩展头，如第三行所示。第一行显示出不带所述性能数据的常规报文。
说6示出了本发明实施例提供的方法600。所述方法600用于性能测量，包括以下步骤：网络节点100获取601报文101，其中所述报文101包含具有固定长度的性能指标字段103的性能测量报头102。所述方法还包括以下步骤：所述网络节点100在不改变所述性能指标字段103的长度的情况下基于在所述网络节点100中执行的性能测量104更新602所述性能指标字段103。所述方法还包括以下步骤：所述网络节点100将所述报文101转发603至网络节点。
本发明和现有域领方案的主要区别在于，本发明提供了多跳带内测量数据，同时保持报文开销恒定，与网络中的跳数无关。本发明允许使用通用的逐跳更新函数，使得多跳信息由固定长度的字段表示。此外，本发明采用两个组成部分的创新组合，同时保持恒定的开销：
单跳测量数据(序列号或时间戳)和多跳测量数据(性能指标)。本发明还提供了一种检测模块，可用作采用较高开销进行细粒度测量的触发器。根据本发明的测量数据可以例如进行扩展以包含更多类型的信息，同时保持固定长度。本发明的另一种可能的实现方式是只使用多跳测量数据，而不使用单跳测量数据(序列号或时间戳)。
已经结合作为实例的不同实施例以及实施方案描述了本发明。但本术技域领人员通过实践所请发明，研究附说、本公开以及独立权项，能够理解并获得其他变体。在权利要求以及描述中，领语“包括”不排除其他元件或步骤，且“一”并不排除复数可能。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所叙述的若干实体或项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。

Claims (13)

1.一种用于性能测量的网络节点(100)，其特征在于，所述网络节点(100)用于：
获取报文(101)，其中所述报文(101)包括具有固定长度的性能指标字段(103)的性能测量报头(102)；
在不改变所述性能指标字段(103)的长度的情况下基于在所述网络节点(100)中执行的性能测量(104)更新所述性能指标字段(103)；以及
将所述报文(101)转发至所述网络节点(100)的下一跳。
2.根据权利要求1所述的网络节点(100)，其特征在于，还用于基于所述性能指标字段(103)的现值和以下信息之一更新所述性能指标字段(103)：
所述网络节点(100)测量的所述报文(101)的性能指标(201)，或者所述网络节点(100)的性能指标(202)。
3.根据权利要求2所述的网络节点(100)，其特征在于，还用于基于应用于所述性能指标字段(103)的现值和/或应用于所述网络节点(100)测量的所述报文(101)的性能指标(201)的至少一个函数的结果来更新所述性能指标字段(103)。
4.根据前述权利要求任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，所述网络节点(100)在不改变所述性能指标字段(103)的长度的情况下基于在所述网络节点(100)中执行的性能测量(104)更新所述性能指标字段(103)包括更新后的所述性能指标字段(103)的长度与更新前的所述性能指标字段(103)的长度相同。
5.根据前述权利要求任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，所述性能测量报头(102)还包括序列号字段(203)和/或时间戳字段(204)。
6.根据前述权利要求任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，还用于向评估设备提供所述性能测量报头(102)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，还用于从所述报文(101)中移除所述性能测量报头(102)，并且转发不带所述性能测量报头(102)的所述报文(101)。
8.根据前述权利要求任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，还用于：
接收不带所述性能测量报头(102)的所述报文(101)；以及
将所述性能测量报头(102)添加到接收到的所述报文(101)中，得到包含所述性能测量报头(102)的所述报文(101)。
9.根据前述权利要求任一项所述的网络节点(100)，其特征在于，用于基于所述性能测量报头(102)评估所述报文(101)的性能。
10.根据权利要求9所述的网络节点(100)，其特征在于，所述性能测量报头(102)还包括序列号字段(203)和/或时间戳字段(204)，且所述网络节点(100)还用于基于所述序列号字段(203)和/或所述时间戳字段(204)评估所述报文(101)的性能。
11.一种用于网络的性能测量的方法(600)，其特征在于，所述方法(600)包括以下步骤：
网络节点(100)获取(601)报文(101)，其中所述报文(101)在所述网络中传送并包括具有固定长度的性能指标字段(103)的性能测量报头(102)；
所述网络节点(100)在不改变所述性能指标字段(103)的长度的情况下基于在所述网络节点(100)中执行的性能测量(104)更新(602)所述性能指标字段(103)；以及
所述网络节点(100)将所述报文(101)转发(603)至所述网络节点的下一跳。
12.一种带有程序代码的计算机程序，其特征在于，当其在计算机上运行时，所述程序代码用于执行如权利要求11所述的方法。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机可执行的计算机程序代码指令，用于当所述计算机程序代码指令在计算机上运行时执行如权利要求11所述的方法。
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