CN1669276B - 控制带宽分配的方法和*** - Google Patents

Abstract

一种以太网交换机(1)，具有管理每个流或流组的信息量的监控单元(9)。监控单元具有存储器，其以硬件形式作为RAM存储器来实现，所述RAM存储器具有用于每个流或流组的部分，并作为流或流组的令牌桶。

Description

控制带宽分配的方法和***

相关申请

本规则是具有相同优先权日的一组五个专利申请。申请PCT/SG02/……涉及具有可配置为8个FE(快速以太网)端口或1个GE(千兆以太网)端口的输入端口的交换机。申请PCT/SG02/……涉及适用于此交换机的分析器。申请PCT/SG02/……涉及适用于将分析器的输出与规则相比较的流控制引擎。本申请涉及用规则和分组的比较结果来监控带宽损耗。申请PCT/SG02/……涉及排列成堆栈的交换机的组合。该组申请中每一个申请各自的主题提出与在其它四个申请中描述的技术的整体内容不同的申请，然而该组中其它申请公开的内容通过参考而被合并。

技术领域

本发明涉及用于识别通过交换机的一个或多个数据流的通信量何时过量并因此采取措施的技术。

背景技术

已知的“带宽管理(bandwidth policing)”技术例如根据用户级别合同(SLA)的条件来限制可以分配给个别用户或用户组的数据通信量。带宽管理技术防止用户使用未付费的资源；在共享特定资源的多用户的情况下，确保一个用户不获得不公平的共享资源。例如，为了最后一英里接入，在接入汇聚器和以太网交换设备用户中提供带宽管理引擎。

带宽管理的一个例子是在MDU(高密度住户区)或MTU(多承租区)的环境中，其中与诸如因特网的通讯网络建立通讯的大量用户使用一个共享交换***(路由器)。

已知的执行带宽管理的运算法则基于“令牌桶(token bucket)”。我们假设一个要受到管理的分组流包括特定用户发送分组。在这种情况下，一个“令牌桶”被分配给那个分组流。以一个均匀速率(称为“补充速率”)向用户名义性地分配“令牌”。无论什么时候用户发送一个分组，他或她用尽和分组长度一样多的令牌。无论什么时候用户尝试发送一个比剩余令牌数大的分组时，通常会选择下面一种类型的动作：

·分组被简单地删除(在诸如TCP之类的传输协议的情况下，分组的发送可以从丢失的分组恢复)。

·“流控制”，一个“背压(back pressure)”被应用于用户，例如指示没有更多分组应在指定时间内被发送的、发送给分组源的信号，或在不能确定的情况下，直到一个允许发送重新开始的信号被发送。

·降低服务质量，例如通过降低用户发送的分组的优先级。

使用此技术，用户能发送分组的最大平均速率被限制为补充速率。在用户不使用他的或她的令牌的情况下，它们积聚在桶中达到一个确定的最大值：“脉冲串量(burst size)”。具有满桶的用户能发送一个具有直到脉冲串量的总量的脉冲串分组信号，与补充速率r无关。

上述技术的一个已知变化是当桶中的令牌数量下降到低于第一级别时，进行第一动作；当令牌数量下降到低于第二级别时，采取第二或更严格的动作。第一级别定义了“桶量”以使一个分组在未经任何动作下总能从满桶中被发送；第二级别定义了“扩展桶量”，其能决定平均发送分组的时间平均最大速率。

通常，上述的带宽控制算法使用路由器中的软件来执行。然而，这导致运算开销并减慢路由器的操作。

发明内容

总的来说，本发明提出在以太网交换机中，使用一个以硬件形式被实现为RAM存储器的带宽监控装置来执行每一个流或流组的带宽控制。此存储器具有用于每一个流或流组部分(section)。

每一个存储器部分具有用来存储一个令牌号的第一段和一个或更多的用来存储指示相应流或流组的控制参数的数据的控制参数指示段。

尤其，此装置进一步包括存储控制参数的多个参数存储寄存器，给定部分的控制参数指示段指示一个或更多参数存储寄存器。例如，如果给定部分的控制参数指示段指示给定的一个或更多的参数存储寄存器，那么基于指示参数寄存器中的控制参数来控制与那个存储器部分相关的流的控制。

如同在本技术领域中通常那样，此处使用的术语“寄存器”和RAM存储器彼此不同，所以寄存器(例如实现为触发器)并不是一种RAM。在实现条件中，RAM存储器实现起来较便宜但灵活性差。

附图说明

现在仅仅为了说明的目的参考下面的附图描述本发明的优选特征：

图1概要地示出了作为本发明实施例的带宽监控***；和

图2是图1所示的监控过程的实例。

具体实施方式

参考图1，其示出了本发明的一个具体实施例，它是一个具有多个连接到用户设备(例如，可能被置于一个单独建筑中)的MAC输入/输出端口3的以太网交换机1。端口5是一个连接比如因特网的外部通信网的输入/输出端口。

以太网交换机进一步包括具有用于检查经过以太网交换机的分组并决定其属于哪个“流”的流引擎7的控制部分4，即，其来自端口3、5中的那个端口，以及并指向端口3、5中的哪一个。注意可选择的任何一个或更多的流可能被联系，以建立流组(group of flow)。例如，从一个给定的端口3中的一个端口到端口5的流，以及从端口5到同一端口3的流会以这种方式被联系。在这种情况下，流引擎7与其确定分组属于哪个确切的流，不如仅仅确定属于那个流组。对通过交换机的每个流分组，流引擎确定并将信息与测量的分组大小一起以流ID的形式，传送给同样位于控制部分4中的监控单元9。

流引擎7可能任意地是具有上文提及的分别的和待决的专利申请的主题的类别，其具有相同申请日，并且其在此通过参考而并入。流引擎有大量的用户定义的“规则”，每一个对应于一个流或流组。流引擎用这些规则比较从分组中分析出的比特位以确定分组服从哪个“规则”，并把分组分配到与那个规则相对应的流或流组。

监控单元9基于下面描述的操作发出管理指令。如下面所提到的，一些管理指令被发送给MAC端口3、5。其它的比如删除分组指令，被发送给根据已知方法执行它们的控制部分4的部分。

监控单元9有一个具有表1所示数据结构的存储器。数据结构有多行，其每行对应于一条规则(例如一个被监控的流或流组)。例如，如果有1024个被监控的流或流组，那么表1如图例所示具有1024行。

规则号	带宽数计数器(32比特)	B/EB选择	速率选择
				规则ID0		3	4
...		...	...
				规则IDX		7	5
...		...	...
				规则ID1023		4	6

表1

对于每一行，存储器包括一个带宽计数器(例如32比特)，其作为相应的令牌桶。

另外，行包括一个或更多的控制参数指示段(portion)。在表2中，有两个这样的段，一个B/EB选择段和一个速率选择段。这些端口的每一个最好具有诸如2到4比特的大小。在举例说明的实施例中每个寄存器长3比特。

监控装置9进一步包括24个可编程的参数存储寄存器，其中16个在表2中示出，8个在表3中示出。24个寄存器中的每一个包含32比特，但是表2和3中(左边空白)未示出它们的值。

B/EB选择	B值	EB值
			0
1
			2
3
			4

B/EB选择	B值	EB值
			5
6
			7

表2

表2的8个寄存器中的每个存储B值，8个寄存器存储EB值。B值和EB值是成对的，并被一个B/EB选择的单独的值索引。这样给定的表1的其中一行的3比特B/EB选择端口指示表2中的一行，从而这依次给出与那个规则(流或流组)联系的B值和EB值。

速率选择
		0
1
		2
3
		4
5
		6
7

表3

表3的8个32比特的寄存器存储一个补充参数r的各自的值，并由表1的速率选择值索引。因此，表1中一个给定的行(例如一个规则、或一个流或一流组)用表1中相应的3比特速率选择值与32比特补充参数r中的一个相联系。

这以相对低的成本提供了一个对于交换机操作者的灵活的特定设计。他能选择将哪个32比特值***表2和3，并且对于每个流或流组在表2和3使用哪个速率。

有3个访问此数据结构的过程，以优先级递减的顺序如下：

1)更新

当流匹配被检测到时发生一次更新，例如流引擎7确定一个分组服从哪个规则，并指示流或流组和到监控单元9的分组的大小(假设，数值L相应于表1的L行)。相应的带宽计数器的值(假设，数值b)被读出，并且确定服从下面的哪个分类：

分类            标准                  动作

1)符合          B≤b-L                转发分组

2)松散地符合    EB≤b-L＜B            管理动作1

3)不符合        b-L＜EB               管理动作2

图2中示出松散地符合分组的情况下的过程。图2示出令牌带宽计数器(桶)有最大值FF-FF-FF-FF(16进制的32比特最大值)，和最小值00-00-00-00。

每个管理选项可包括从下表中选择的一个或多个项目：

0)丢弃分组

1)如果该选项存在，判定相应端口的流控制

2)降低分组的优先级

3)转发分组

如果项目0被选中，那么只有更进一步的项目1与其兼容。项目2和3不能用来与项目1组合。

例如，管理动作1能转发分组但减小它的优先级(项目2)。可选择地，它可以删除分组并判定流控制(项目0和1)。管理动作2可以删除分组并判定流控制(项目0和1)。

如果该动作包括转发分组，则b被重置为b-L。否则，如果该动作包括删除分组，b不重置。

提供松散符合分组的原因是因为，如果在两个长度为L使得b+(Rt/T)-L比B大的两个补充时期(T分离)之间的时刻收到分组，那么如果补充是真正均衡的过程则这样分组会通过。这样的分组被归类为松散地符合，并且如果是一个被用户编程的动作就可能被转发。

全部的读出、相减、比较的操作和存储器的更新能够在2个或3个时钟周期内被运算。

2)补充

带宽计数器(桶)在间隔内被大量的令牌r补充。这可以在每个C周期发生。一个桶在每个C/N周期被补充，而不是在同一时间补充所有的桶，其中N是桶的数量。这样，每个桶在每个C循环被补充，但是对于不同的桶的补充循环，以C/N周期的倍数进行相移。

补充包括下面的步骤：

·读出寄存器值并控制桶的比特

·找到与速率选择值相应的r值

·把r加到计数器值

·将其与FF-FF-FF-FF值比较

·将一个比FF-FF-FF-FF和b+r小的值写入计数器

更新过程具有补充之上的优先级，在这种情况下，补充过程被延期。由于更新和补充不在同一时间发生，可在两个过程之间共享加法器。

3)编程

在此过程中，控制值被写进控制参数指示段。表4示出了此典型速率。可选择地，对调试过程它也可能写入一个数值到计数器字段。

此过程具有最低优先级。

速率	速率设置
		8k比特/秒	1(最小的成形分辨速率
64k比特/秒	8
		100M比特/秒	0x30D4
1G比特/秒	0x1E848
		无速率限制	比0x1E848大

表4

在上面讨论的实施例中提出的一个问题是在期望针对不同的流执行不同的管理动作的情况下怎样实现管理。可能是为给定的相应管理动作的每个流指示存储动作比特位，以使得当发现一个分组松散地符合或不符合时，就检查流控制的动作比特位。然而，这个解决方法明显地增加了对***存储器的需求。更好的解决方法是把表1在垂直方向分成范围，并为每一范围提供足够的编程动作位，以存储不同的管理动作。这意味着限制用户对表1中的连续流的范围应用流控制管理动作。当分组分类引擎把一个分组分类到这些流中的一个，并且发现此分组松散符合或不符合时，检查用于流控制的动作比特位。如果流控制被激活，那么流控制信号被声明(asserted)给相应的MAC。这导致MAC发送一个暂停分组给与它连接着的发送点，指示发送点在一个固定的时间停止发送或直到进一步的通知。暂停帧在IEEE标准802.1x中指定。

如下进行流控制的解除声明(de-asserted)。当为流控制保留补充具有范围内规则ID的桶时，监控单元观察令牌的数目比B少，所以流控制被应用。补充过程检查将在补充后保存的令牌的数量。如果其高于脉冲串量B，流控制被解除声明给相应的MAC。这导致MAC发送一个暂停分组给暂停时间段被设置为0的发送站。因此发送点重新开始发送。

Claims (4)

1.一种在多个端口之间以分组流传送分组的数据交换机，该交换机包括：

流检测装置，用于检测每个分组属于哪个流或流组；和

具有RAM存储器的带宽监控装置，所述RAM存储器具有用于每个流或流组的部分，存储器部分包括用于相应流或流组的带宽计数器，所述带宽监控装置被安排成：

从存储在已检测到的流或流组的带宽计数器中的值中减去分组的大小以得到调整值，

如果调整值等于或小于与第一流或流组相对应的第一预定级别和与第二组流或流组相对应的不同于第一预定等级的第二预定级别，则发送管理指令；

在分组被交换机发送的情况下，用调整值替代已检测到的流或流组的带宽计数器中的值；和

在规则间隔中以预定值补充存储在每个带宽计数器中的值，

以及

其中RAM存储器包括用于每个流或流组的控制参数指示段，所述控制指示段指示存储用于定义所述预定级别的数据的各个寄存器。

2.如权利要求1所述的数据交换机，其中流或流组被分成范围，关于特定流或流组的管理指令依赖于那些流或流组所在的范围。

3.一种管理数据交换机中的分组流以用于在多个端口间传送分组的方法，该方法包括：

把用于每个流或者流组的带宽计数器存储在具有用于每个流的部分的RAM存储器中；

检测每个分组所属的流或流组；

从存储在已检测到的流或流组的带宽计数器中的值中减去分组的大小以得到调整值；

根如果调整值等于或小于与第一流或流组相对应的第一预定级别和与第二组流或流组相对应的不同于第一预定等级的第二预定级别，则发送管理指令；

不管何种管理指令，如果分组被发送，则通过分组的大小来调整存储在已检测到的流或流组的带宽计数器中的值；和

在规则间隔中以预定值补充存储在每个带宽计数器中的值；

以及

其中RAM包括用于每个流或流组的控制参数指示段，所述控制参数指示段指示存储用于定义所述预定级别的数据的各个寄存器。

4.如权利要求3所述的方法，其中流或流组被分成范围，并且一旦确定要发出关于一个特定流或流组的管理指令，则根据所述流或者流组所在的范围生成所述管理指令。

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