專利名稱：控制帶寬分配的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于識(shí)別通過(guò)交換機(jī)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)流的通信量何時(shí)過(guò)量并因此采取措施的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知的“帶寬管理(bandwidth policing)”技術(shù)例如根據(jù)用戶級(jí)別合同(SLA)的條件來(lái)限制可以分配給個(gè)別用戶或用戶組的數(shù)據(jù)通信量。帶寬管理技術(shù)防止用戶使用未付費(fèi)的資源；在共享特定資源的多用戶的情況下，確保一個(gè)用戶不獲得不公平的共享資源。例如，為了最后一英里接入，在接入?yún)R聚器和以太網(wǎng)交換設(shè)備用戶中提供帶寬管理引擎。
帶寬管理的一個(gè)例子是在MDU(高密度住戶區(qū))或MTU(多承租區(qū))的環(huán)境中，其中與諸如因特網(wǎng)的通訊網(wǎng)絡(luò)建立通訊的大量用戶使用一個(gè)共享交換系統(tǒng)(路由器)。
已知的執(zhí)行帶寬管理的運(yùn)算法則基于“令牌桶(token bucket)”。我們假設(shè)一個(gè)要受到管理的分組流包括特定用戶發(fā)送分組。在這種情況下，一個(gè)“令牌桶”被分配給那個(gè)分組流。以一個(gè)均勻速率(稱為“補(bǔ)充速率”)向用戶名義性地分配“令牌”。無(wú)論什么時(shí)候用戶發(fā)送一個(gè)分組，他或她用盡和分組長(zhǎng)度一樣多的令牌。無(wú)論什么時(shí)候用戶嘗試發(fā)送一個(gè)比剩余令牌數(shù)大的分組時(shí)，通常會(huì)選擇下面一種類型的動(dòng)作·分組被簡(jiǎn)單地刪除(在諸如TCP之類的傳輸協(xié)議的情況下，分組的發(fā)送可以從丟失的分組恢復(fù))。
·“流控制”，一個(gè)“背壓(back pressure)”被應(yīng)用于用戶，例如指示沒有更多分組應(yīng)在指定時(shí)間內(nèi)被發(fā)送的、發(fā)送給分組源的信號(hào)，或在不能確定的情況下，直到一個(gè)允許發(fā)送重新開始的信號(hào)被發(fā)送。
·降低服務(wù)質(zhì)量，例如通過(guò)降低用戶發(fā)送的分組的優(yōu)先級(jí)。
使用此技術(shù)，用戶能發(fā)送分組的最大平均速率被限制為補(bǔ)充速率。在用戶不使用他的或她的令牌的情況下，它們積聚在桶中達(dá)到一個(gè)確定的最大值“脈沖串量(burst size)”。具有滿桶的用戶能發(fā)送一個(gè)具有直到脈沖串量的總量的脈沖串分組信號(hào)，與補(bǔ)充速率r無(wú)關(guān)。
上述技術(shù)的一個(gè)已知變化是當(dāng)桶中的令牌數(shù)量下降到低于第一級(jí)別時(shí)，進(jìn)行第一動(dòng)作；當(dāng)令牌數(shù)量下降到低于第二級(jí)別時(shí)，采取第二或更嚴(yán)格的動(dòng)作。第一級(jí)別定義了“桶量”以使一個(gè)分組在未經(jīng)任何動(dòng)作下總能從滿桶中被發(fā)送；第二級(jí)別定義了“擴(kuò)展桶量”，其能決定平均發(fā)送分組的時(shí)間平均最大速率。
通常，上述的帶寬控制算法使用路由器中的軟件來(lái)執(zhí)行。然而，這導(dǎo)致運(yùn)算開銷并減慢路由器的操作。

發(fā)明內(nèi)容
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提出在以太網(wǎng)交換機(jī)中，使用一個(gè)以硬件形式被實(shí)現(xiàn)為RAM存儲(chǔ)器的帶寬監(jiān)控裝置來(lái)執(zhí)行每一個(gè)流或流組的帶寬控制。此存儲(chǔ)器具有用于每一個(gè)流或流組部分(section)。
每一個(gè)存儲(chǔ)器部分具有用來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)令牌號(hào)的第一段和一個(gè)或更多的用來(lái)存儲(chǔ)指示相應(yīng)流或流組的控制參數(shù)的數(shù)據(jù)的控制參數(shù)指示段。
尤其，此裝置進(jìn)一步包括存儲(chǔ)控制參數(shù)的多個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)寄存器，給定部分的控制參數(shù)指示段指示一個(gè)或更多參數(shù)存儲(chǔ)寄存器。例如，如果給定部分的控制參數(shù)指示段指示給定的一個(gè)或更多的參數(shù)存儲(chǔ)寄存器，那么基于指示參數(shù)寄存器中的控制參數(shù)來(lái)控制與那個(gè)存儲(chǔ)器部分相關(guān)的流的控制。
如同在本技術(shù)領(lǐng)域中通常那樣，此處使用的術(shù)語(yǔ)“寄存器”和RAM存儲(chǔ)器彼此不同，所以寄存器(例如實(shí)現(xiàn)為觸發(fā)器)并不是一種RAM。在實(shí)現(xiàn)條件中，RAM存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)起來(lái)較便宜但靈活性差。


現(xiàn)在僅僅為了說(shuō)明的目的參考下面的附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選特征圖1概要地示出了作為本發(fā)明實(shí)施例的帶寬監(jiān)控系統(tǒng)；和圖2是圖1所示的監(jiān)控過(guò)程的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，其示出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，它是一個(gè)具有多個(gè)連接到用戶設(shè)備(例如，可能被置于一個(gè)單獨(dú)建筑中)的MAC輸入/輸出端口3的以太網(wǎng)交換機(jī)1。端口5是一個(gè)連接比如因特網(wǎng)的外部通信網(wǎng)的輸入/輸出端口。
以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)一步包括具有用于檢查經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)的分組并決定其屬于哪個(gè)“流”的流引擎7的控制部分4，即，其來(lái)自端口3、5中的那個(gè)端口，以及并指向端口3、5中的哪一個(gè)。注意可選擇的任何一個(gè)或更多的流可能被聯(lián)系，以建立流組(group of flow)。例如，從一個(gè)給定的端口3中的一個(gè)端口到端口5的流，以及從端口5到同一端口3的流會(huì)以這種方式被聯(lián)系。在這種情況下，流引擎7與其確定分組屬于哪個(gè)確切的流，不如僅僅確定屬于那個(gè)流組。對(duì)通過(guò)交換機(jī)的每個(gè)流分組，流引擎確定并將信息與測(cè)量的分組大小一起以流ID的形式，傳送給同樣位于控制部分4中的監(jiān)控單元9。
流引擎7可能任意地是具有上文提及的分別的和待決的專利申請(qǐng)的主題的類別，其具有相同申請(qǐng)日，并且其在此通過(guò)參考而并入。流引擎有大量的用戶定義的“規(guī)則”，每一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)流或流組。流引擎用這些規(guī)則比較從分組中分析出的比特位以確定分組服從哪個(gè)“規(guī)則”，并把分組分配到與那個(gè)規(guī)則相對(duì)應(yīng)的流或流組。
監(jiān)控單元9基于下面描述的操作發(fā)出管理指令。如下面所提到的，一些管理指令被發(fā)送給MAC端口3、5。其它的比如刪除分組指令，被發(fā)送給根據(jù)已知方法執(zhí)行它們的控制部分4的部分。
監(jiān)控單元9有一個(gè)具有表1所示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有多行，其每行對(duì)應(yīng)于一條規(guī)則(例如一個(gè)被監(jiān)控的流或流組)。例如，如果有1024個(gè)被監(jiān)控的流或流組，那么表1如圖例所示具有1024行。

表1對(duì)于每一行，存儲(chǔ)器包括一個(gè)帶寬計(jì)數(shù)器(例如32比特)，其作為相應(yīng)的令牌桶。
另外，行包括一個(gè)或更多的控制參數(shù)指示段(portion)。在表2中，有兩個(gè)這樣的段，一個(gè)B/EB選擇段和一個(gè)速率選擇段。這些端口的每一個(gè)最好具有諸如2到4比特的大小。在舉例說(shuō)明的實(shí)施例中每個(gè)寄存器長(zhǎng)3比特。
監(jiān)控裝置9進(jìn)一步包括24個(gè)可編程的參數(shù)存儲(chǔ)寄存器，其中16個(gè)在表2中示出，8個(gè)在表3中示出。24個(gè)寄存器中的每一個(gè)包含32比特，但是表2和3中(左邊空白)未示出它們的值。

表2表2的8個(gè)寄存器中的每個(gè)存儲(chǔ)B值，8個(gè)寄存器存儲(chǔ)EB值。B值和EB值是成對(duì)的，并被一個(gè)B/EB選擇的單獨(dú)的值索引。這樣給定的表1的其中一行的3比特B/EB選擇端口指示表2中的一行，從而這依次給出與那個(gè)規(guī)則(流或流組)聯(lián)系的B值和EB值。

表3表3的8個(gè)32比特的寄存器存儲(chǔ)一個(gè)補(bǔ)充參數(shù)r的各自的值，并由表1的速率選擇值索引。因此，表1中一個(gè)給定的行(例如一個(gè)規(guī)則、或一個(gè)流或一流組)用表1中相應(yīng)的3比特速率選擇值與32比特補(bǔ)充參數(shù)r中的一個(gè)相聯(lián)系。
這以相對(duì)低的成本提供了一個(gè)對(duì)于交換機(jī)操作者的靈活的特定設(shè)計(jì)。他能選擇將哪個(gè)32比特值插入表2和3，并且對(duì)于每個(gè)流或流組在表2和3使用哪個(gè)速率。
有3個(gè)訪問(wèn)此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程，以優(yōu)先級(jí)遞減的順序如下
1)更新當(dāng)流匹配被檢測(cè)到時(shí)發(fā)生一次更新，例如流引擎7確定一個(gè)分組服從哪個(gè)規(guī)則，并指示流或流組和到監(jiān)控單元9的分組的大小(假設(shè)，數(shù)值L相應(yīng)于表1的L行)。相應(yīng)的帶寬計(jì)數(shù)器的值(假設(shè)，數(shù)值b)被讀出，并且確定服從下面的哪個(gè)分類分 類標(biāo) 準(zhǔn)動(dòng) 作1)符合B≤b-L轉(zhuǎn)發(fā)分組2)松散地符合 EB≤b-L＜B管理動(dòng)作13)不符合 b-L＜EB 管理動(dòng)作2圖2中示出松散地符合分組的情況下的過(guò)程。圖2示出令牌帶寬計(jì)數(shù)器(桶)有最大值FF-FF-FF-FF(16進(jìn)制的32比特最大值)，和最小值00-00-00-00。
每個(gè)管理選項(xiàng)可包括從下表中選擇的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目0)丟棄分組1)如果該選項(xiàng)存在，判定相應(yīng)端口的流控制2)降低分組的優(yōu)先級(jí)3)轉(zhuǎn)發(fā)分組如果項(xiàng)目0被選中，那么只有更進(jìn)一步的項(xiàng)目1與其兼容。項(xiàng)目2和3不能用來(lái)與項(xiàng)目1組合。
例如，管理動(dòng)作1能轉(zhuǎn)發(fā)分組但減小它的優(yōu)先級(jí)(項(xiàng)目2)?？蛇x擇地，它可以刪除分組并判定流控制(項(xiàng)目0和1)。管理動(dòng)作2可以刪除分組并判定流控制(項(xiàng)目0和1)。
如果該動(dòng)作包括轉(zhuǎn)發(fā)分組，則b被重置為b-L。否則，如果該動(dòng)作包括刪除分組，b不重置。
提供松散符合分組的原因是因?yàn)?，如果在兩個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)使得b+(Rt/T)-L比B大的兩個(gè)補(bǔ)充時(shí)期(T分離)之間的時(shí)刻收到分組，那么如果補(bǔ)充是真正均衡的過(guò)程則這樣分組會(huì)通過(guò)。這樣的分組被歸類為松散地符合，并且如果是一個(gè)被用戶編程的動(dòng)作就可能被轉(zhuǎn)發(fā)。
全部的讀出、相減、比較的操作和存儲(chǔ)器的更新能夠在2個(gè)或3個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)被運(yùn)算。
2)補(bǔ)充帶寬計(jì)數(shù)器(桶)在間隔內(nèi)被大量的令牌r補(bǔ)充。這可以在每個(gè)C周期發(fā)生。一個(gè)桶在每個(gè)C/N周期被補(bǔ)充，而不是在同一時(shí)間補(bǔ)充所有的桶，其中N是桶的數(shù)量。這樣，每個(gè)桶在每個(gè)C循環(huán)被補(bǔ)充，但是對(duì)于不同的桶的補(bǔ)充循環(huán)，以C/N周期的倍數(shù)進(jìn)行相移。
補(bǔ)充包括下面的步驟·讀出寄存器值并控制桶的比特·找到與速率選擇值相應(yīng)的r值·把r加到計(jì)數(shù)器值·將其與FF-FF-FF-FF值比較·將一個(gè)比FF-FF-FF-FF和b+r小的值寫入計(jì)數(shù)器更新過(guò)程具有補(bǔ)充之上的優(yōu)先級(jí)，在這種情況下，補(bǔ)充過(guò)程被延期。由于更新和補(bǔ)充不在同一時(shí)間發(fā)生，可在兩個(gè)過(guò)程之間共享加法器。
3)編程在此過(guò)程中，控制值被寫進(jìn)控制參數(shù)指示段。表4示出了此典型速率?？蛇x擇地，對(duì)調(diào)試過(guò)程它也可能寫入一個(gè)數(shù)值到計(jì)數(shù)器字段。
此過(guò)程具有最低優(yōu)先級(jí)。

表4在上面討論的實(shí)施例中提出的一個(gè)問(wèn)題是在期望針對(duì)不同的流執(zhí)行不同的管理動(dòng)作的情況下怎樣實(shí)現(xiàn)管理。可能是為給定的相應(yīng)管理動(dòng)作的每個(gè)流指示存儲(chǔ)動(dòng)作比特位，以使得當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)分組松散地符合或不符合時(shí)，就檢查流控制的動(dòng)作比特位。然而，這個(gè)解決方法明顯地增加了對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)器的需求。更好的解決方法是把表1在垂直方向分成范圍，并為每一范圍提供足夠的編程動(dòng)作位，以存儲(chǔ)不同的管理動(dòng)作。這意味著限制用戶對(duì)表1中的連續(xù)流的范圍應(yīng)用流控制管理動(dòng)作。當(dāng)分組分類引擎把一個(gè)分組分類到這些流中的一個(gè)，并且發(fā)現(xiàn)此分組松散符合或不符合時(shí)，檢查用于流控制的動(dòng)作比特位。如果流控制被激活，那么流控制信號(hào)被聲明(asserted)給相應(yīng)的MAC。這導(dǎo)致MAC發(fā)送一個(gè)暫停分組給與它連接著的發(fā)送點(diǎn)，指示發(fā)送點(diǎn)在一個(gè)固定的時(shí)間停止發(fā)送或直到進(jìn)一步的通知。暫停幀在IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.1x中指定。
如下進(jìn)行流控制的解除聲明(de-asserted)。當(dāng)為流控制保留補(bǔ)充具有范圍內(nèi)規(guī)則ID的桶時(shí)，監(jiān)控單元觀察令牌的數(shù)目比B少，所以流控制被應(yīng)用。補(bǔ)充過(guò)程檢查將在補(bǔ)充后保存的令牌的數(shù)量。如果其高于脈沖串量B，流控制被解除聲明給相應(yīng)的MAC。這導(dǎo)致MAC發(fā)送一個(gè)暫停分組給暫停時(shí)間段被設(shè)置為0的發(fā)送站。因此發(fā)送點(diǎn)重新開始發(fā)送。
權(quán)利要求
1.一種在多個(gè)端口之間以分組流傳送分組的數(shù)據(jù)交換機(jī)，該交換機(jī)包括流檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)輸入分組屬于哪個(gè)流或流組；和具有RAM存儲(chǔ)器的帶寬監(jiān)控裝置，所述RAM存儲(chǔ)器具有用于每個(gè)流或流組的部分，所述帶寬監(jiān)控裝置被設(shè)置成根據(jù)分組的大小和存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器中的帶寬計(jì)數(shù)器發(fā)出管理指令。
2.一種在多個(gè)端口之間以分組流傳送分組的數(shù)據(jù)交換機(jī)，該交換機(jī)包括流檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)每個(gè)分組屬于哪個(gè)流或流組；和具有RAM存儲(chǔ)器的帶寬監(jiān)控裝置，所述RAM存儲(chǔ)器具有用于每個(gè)流或流組的部分，存儲(chǔ)器部分包括用于相應(yīng)流或流組的帶寬計(jì)數(shù)器，所述帶寬監(jiān)控裝置被安排成從存儲(chǔ)在帶寬計(jì)數(shù)器的值中減去分組的大小以得到調(diào)整值，并根據(jù)調(diào)整值與一個(gè)或更多預(yù)定級(jí)別的關(guān)系發(fā)送管理指令；在分組被交換機(jī)發(fā)送的情況下，用調(diào)整值替代帶寬計(jì)數(shù)器中的值；和在間隙中補(bǔ)充存儲(chǔ)在帶寬計(jì)數(shù)器中的值。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其中預(yù)定級(jí)別對(duì)不同的流不同，并由存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)來(lái)確定。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其中RAM存儲(chǔ)器包括用于每個(gè)流或流組的控制參數(shù)指示段，所述控制指示段指示存儲(chǔ)用于定義所述預(yù)定級(jí)別的數(shù)據(jù)的各個(gè)寄存器。
5.如前述權(quán)利要求任何之一所述的數(shù)據(jù)交換機(jī)，其中流或流組被分成范圍，關(guān)于特定流或流組的控制指令依賴于那些流或流組所在的范圍。
6.一種管理數(shù)據(jù)交換機(jī)中的分組流用于在多個(gè)端口間傳送分組的方法，該方法包括把用于每個(gè)流或者流組的帶寬計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)在具有用于每個(gè)流的部分的RAM存儲(chǔ)器中；檢測(cè)每個(gè)分組所屬的流或流組；從存儲(chǔ)在帶寬計(jì)數(shù)器中的值減去分組的大小以得到調(diào)整值；根據(jù)調(diào)整值關(guān)于預(yù)定級(jí)別的位置發(fā)出基于該調(diào)整值的控制指令；不管何種管理指令，如果分組被發(fā)送，則通過(guò)分組的大小調(diào)整存儲(chǔ)在帶寬計(jì)數(shù)器中的值；和在間隔中補(bǔ)充存儲(chǔ)在每個(gè)帶寬計(jì)數(shù)器中的值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中預(yù)定級(jí)別對(duì)于不同的流是不同的，并由存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)來(lái)確定。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中RAM包括用于每個(gè)流或流組的控制參數(shù)指示段，所述控制參數(shù)指示段指示存儲(chǔ)用于定義所述預(yù)定級(jí)別的數(shù)據(jù)的各個(gè)寄存器。
9.如權(quán)利要求6到8的任何之一所述的方法，其中流或流組被分成范圍，并且一旦確定要發(fā)出關(guān)于一個(gè)特定流或流組的管理指令，根據(jù)所述流或者流組所在的范圍生成所述管理指令。
全文摘要
一種以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，具有管理每個(gè)流或流組的信息量的監(jiān)控單元(9)。監(jiān)控單元具有存儲(chǔ)器，其以硬件形式作為RAM存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述RAM存儲(chǔ)器具有用于每個(gè)流或流組的部分，并作為流或流組的令牌桶。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1669276SQ02829574
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者什里達(dá)爾·穆巴拉克·米什拉, 普拉莫德·庫(kù)馬爾·潘迪, 古魯帕斯達(dá)·阿德海娜里 申請(qǐng)人:因芬奈昂技術(shù)股份有限公司