专利名称：在分组交换数据网络中控制拥塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在分组交换数据网络中控制拥塞的方法以及使用 这种方法的网纟备。
背景技术：
在路由器、交换机或者网桥中对緩沖区大小的优化是很难实现的。 过大的緩沖区对于包括它们的那些网络组件来说导致了较高的成本，同 时导致诸如大延迟之类的性能问题。相反，小的緩沖区较便宜，但也增 加了对于不可预测的突发流量的丢包。对于例如用于文件传输和网页浏
览的如传输控制协议(TCP)的较高层应用来说，丢包引发了通信发送 率的降低。这反过来引起较低的吞吐量和较大的文件下载时间及响应时 间。根据流量和网络结构，緩沖区大小对TCP性能的影响取决于多个参 数和特定环境。D. Wischik和N. McKeown在ACM SIGC0MM Computer Communicat ion Review, Volume 35， Number 2， July 2005的题为"Part 1: Buffer Sizes for Core Routers"的论文讨论了在确定适合緩冲区大 小时所涉及的一些考虑，其内容作为引用结合于此。
以太网背压是逐跳(hop-by-hop)拥塞控制^/L制。在发生拥塞时， 如果节点没有足够的緩沖区容量来容纳正被发送的所有流量，则拥塞节 点会利用PAUSE消息告知其上游相邻节点停止传送数据，如IEEE标准 802. 3-2 005的31B. 3中"Detailed specif icat ion of PAUSE operation" 所述。PAUSE消息命令上游发送节点停止传送一设定的时间段。如果由 于临时停止其传送，上游节点也发生拥塞，则上游节点也向其上游的节 点传送PAUSE消息，以此类推。因此，如果发生拥塞，可能导致在多个 节点处利用緩沖区来保存数据包。存在一种风险，即在有些情况下，利 用PAUSE机制可能随着PAUSE指令在多个节点上向上游传输，引起整个 网络的拥塞。
发明内容
根据本发明的第 一方面， 一种在分组交换数据网络中控制拥塞的方
法，包括步骤在网络的第一节点处检测拥塞；当检测到拥塞时，向第 一节点上游的第二节点发送暂停消息，以在一段时间内停止向第一节点 发送数据，并且向第二节点发送指示了緩解拥塞所需的緩冲区空间量的 信息；以及如果第二节点的緩冲区容量小于该所需的緩沖区空间量，则 执行操作以减小拥塞。暂停消息可以是遵循以太网协议的PAUSE消息， 但是本发明对于利用其他操作协议的网络也是适用的。本发明的最宽的 范围仅仅需要的是，暂停消息使得来自发送节点的数据传输停止一段时 间。本发明的应用提供一种方法来控制以太网背压拥塞控制机制，以及 为分组交换网络中的多个节点提供灵活的緩冲区空间。
第二节点可以丢包来减小拥塞。在根据本发明的另一变型中，如果 第二节点的緩沖区容量小于所需的緩沖区空间量，则向第二节点上游的 第三节点发送暂停消息，从而执行操作以减小拥塞。如果第二节点的緩 冲区容量也小于所需的緩沖区空间量，则向第三节点发送指示了计入第 二节点的緩冲区容量的，所需的缓冲区空间量的信息。因为根据所涉及 的多个节点的容量来改变所需的緩沖区大小，并且只有在链条中的特定 节点不能满足该所需的容量时才向上游发送暂停消息，该暂停消息不太 可能以不受控制的方式传播。因此，通过利用本发明，减小了整个网络 发生拥塞的可能性。
暂停消息可以自身还包括指示了所需緩冲区空间量的信息。如果暂 停消息是遵循以太网协议的PAUSE消息，则它可能包括IEEE 802. 3x标 准规定的帧结构的附加位，用来指示存在拥塞和所需緩沖区容量。
在根据本发明的另 一方法中，以不同于暂停消息类型的消息发送指 示了所需緩冲区空间量的信息。因此，暂停消息可以被独立于指示了所 需緩冲区容量的消息而发送。
可以明确或隐含地将节点处存在拥塞状态告知上游节点。通过连同 或者作为暂停消息的一部分，或者伴随暂停消息而又与其分开的緩冲区 大小需求一起发送消息，上游节点可以推断出下游节点已经注意到拥 塞。然而，在根据本发明的一些方法中，例如通过包括拥塞信息专用消 息位明确地提出存在拥塞。这种拥塞信息可以仅指示是否存在拥塞。在 其他情况下，可以通过从多个拥塞代码中选择出适当的一个来包括所涉及的拥塞类型。例如，指出许多TCP连接正引起拥塞并且这些连接是同 步的，其中丢包同时对所有这些连接产生影响，是有用的。另一类型的 拥塞可能发生在只有部分同步的情况。在另一类型中，持续流的存在可 能引起拥塞。
在根据本发明的另一方法中，还可以包括管理系统。管理系统可以 具有网络体系结构、流量流和处理能力的总览，以评估在一个或多个拥 塞节点处緩解拥塞所需的緩冲区大小。拥塞节点可以向管理系统发送指 示了存在拥塞的消息，该消息还可以包括正在经历的拥塞的类型的指示 符。管理系统随后可以将緩解拥塞所需的緩冲区大小的指示和网络路径 中的至少之一，这可以取决于有关拥塞的类型，回复给拥塞节点。网络
路径例如可以由引起拥塞的流量在其上通过的那些节点ID来指定。在
此情况下，可以仅沿着该路径来传送暂停消息。管理系统还可以发送拥 塞节点应该将暂停消息和緩沖区大小的指示发送到哪个上游节点的指示。
根据本发明的另 一方面，数据网络具有根据上迷方法的拥塞控制机制。
现在将仅以示例方式并参考附图来描述本发明的一些实施例，其
中
图1示意性地示出了根据本发明的数据网络；
图2示意性地示出了根据本发明的方法与图1所示网络的第一节点 相关的步骤；
图3示意性地示出了根据本发明的方法与图l所示网络的第二节点 相关的步骤；
图4示意性地示出了根据本发明的另一方法与图1所示网络的第一 节点相关的步骤；以及
图5示意性地示出了根据本发明的另一数据网络。
具体实施例方式
参考图1,遵循以太网协议运行的数据网络1包括多个节点2、 3和 4，每个节点包括在其中临时存储帧的緩沖区。每个节点具有指示器用于检测被占用的緩冲区容量和处于空闲可用来保存流入的数据包的量。 这些节点可以是路由器、交换机、网桥或者要求保存数据包的其他网络
组件。第一节点2位于第二节点3的下游，从其接收数据包。类似地， 第二节点3位于第三节点4的下游。实际上，节点可以连接到上游或下 游方向上的一个以上的其它节点。
第一节点2从第二节点3接收帧或者数据包。如果以太高速率发送 这些帧或数据包，则由于在第一节点2没有留下足够的緩沖区空间，所 以第一节点2发生拥塞。可以采用各种不同方法确定拥塞的存在。例如， 当由于緩沖区没有足够空间容纳哪怕再一个数据包，所以第 一节点不能 接收另一数据包时，拥塞可以被选择为存在，或者拥塞的存在可以基于 流入的数据包的接收速率，或者通过根据流量管理原则的计算，或者如 果队列占用超过某一阈值，或者通过测量平均队列占用并且如果该平均 队列占用超过某一预定阈值。
当在第一节点2检测到拥塞时，如图2中步骤5所示，在步骤6， 将解决拥塞状况所需的緩沖区空间量B与第一节点2的緩沖区容量bl 进行比较。选择B的值从而加以优化来解决网络拥塞，且为固定值。在 根据本发明的其他替代方法中，B的值是可变的。如果第一节点的緩沖 区容量bl大于或等于B,则不采取动作，如步骤7所示。然而，如果緩 沖区容量bl小于B,则向第一节点2的上游第二节点3发送PAUSE消息， 如步骤8所示。PAUSE消息命令第二节点3在一段固定时间内停止向第 一节点2发送。PAUSE消息遵循IEEE 802. 3-2005并且在F字段还包括 附加位来指示新值Bl,其中B1-B-bl。
第二节点3接收并读取PAUSE消息，如图3的步骤9所示。因此计 入第一节点2处可用的容量，将值B重新设置为Bl。在步骤10，第二 节点将B的新值与其自身的緩沖区容量b2进行比较。如果緩冲区容量 b2大于或等于B,则不进行进一步操作，如步骤11所示。然而，如果 b2小于B，则第二节点随后在步骤12判断它是否发生拥塞。如果它发 生拥塞,则它向上游的第三节点4发送PAUSE消息，其F字段中包括B1 的新值，即B1-B-b2,如步骤13所示。
对其他上游节点重复这种机制直到拥塞緩解为止。
在参考图2和3的上述方法中，没有特别提到拥塞状态存在，因为 这由在PAUSE消息中包括Bl的值来指示。然而，在其他方法中，还与PAUSE消息一起发送存在拥塞的指示。这对于可能存在不同类型的拥塞 状况并且想要对它们进行区分的情况会是有用的。可以根据所涉及拥塞 的类型来选择B1的值。
在根据本发明的另一方法中，如图4所示，在步骤14发送的PAUSE 消息不包括关于緩冲区大小或拥塞的信息。在步骤15从第一节点2向 第二节点3发送单独的消息，而这包括緩沖区大小B并且在该特定方法 中还包括拥塞类型指示符C。
参考图5,数据网络16包括节点17、 18和19以及管理系统20。 在根据本发明的一种方法中，第一节点17向管理系统20发送拥塞警报 消息。管理系统20具有网络拓朴结构、其路径上的流量流等的总览。 管理系统20向拥塞节点回送B的值以及对于最佳性能所需的緩沖区空 间。可以在拥塞节点计入拥塞特征来调整B的值。管理系统还可以指定 第一节点17要向其发送PAUSE消息的上游节点。管理系统20还可以回 送给第一节点17关于存在的拥塞类型，用于向前传输。
尽管在上述示例中参考了遵循以太网协议的PAUSE消息，但是在以 太网布置中实施本发明方法对于本发明来说并非是必要的。暂停消息可 以具有将关于停止数据包的传输 一 段时间的信息传达到节点的任何适 当的结构。可选地，管理系统还可以指定引起问题的流量流在其上通过 的，由一串节点及它们的ID构成的整个网络路径。在此情况下，仅将 PAUSE消息传送到该指定路径上的节点。为了实现像这样的方法，管理 系统可以连同所涉及的节点的ID (以太网MAC地址或IP地址) 一起将 特定消息发送到拥塞节点。
在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，可以采用其他特定形 式来实施本发明，并且可以采用其他方法来实现本发明。无论从哪方面 说，所述实施例和方法将仅视为说明性的并且是非限定性的。因此，本 发明的范围仅由所附权利要求而并非前面描述来表示。在权利要求的意 图以及等效范围内的所有变化都将包含在权利要求的范围内。
权利要求
1. 一种在分组交换数据网络中控制拥塞的方法，包括步骤在网络的第一节点处检测拥塞；当检测到拥塞时，向第一节点上游的第二节点发送暂停消息，以在一段时间内停止向第一节点发送数据，并且向第二节点发送指示了缓解拥塞所需的缓冲区空间量的信息；以及如果第二节点的缓冲区容量小于所需的缓冲区空间量，则执行操作以减小拥塞。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中第二节点丢包以减小拥塞。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，如果第二节点的緩沖区容 量小于该所需的緩冲区空间量，则通过向第二节点上游的第三节点发送 暂停消息来执行操作以减小拥塞。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，如果第二节点的緩沖区容 量小于该所需的緩沖区空间量，则向第三节点发送指示了计入第二节点 的緩冲区容量的，所需的緩冲区空间量的信息。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中暂停消息是遵循以太网协议 的PAUSE消息。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中暂停消息包括指示了所需緩 沖区空间量的信息。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中暂停消息是遵循以太网协议 的PAUSE消息，并且遵循IEEE 802. 3x的PAUSE消息帧包括用来指示存 在拥塞和所需緩冲区容量的附加位。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中以不同于暂停消息类型的消 息发送指示了所需緩沖区空间量的信息。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中从第一节点向流量管理系统发送指示了存在拥塞的信息，并且流量管理系统将緩解拥塞所需的緩冲 区空间量和緩解拥塞所需的网络路径中的至少之一告知第 一 节点。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，如果第一节点被告知所述 网络路径，则仅沿着所述网络路径来传送暂停消息。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中緩解拥塞所需的緩沖区空间 量取决于拥塞的类型。
12. —种具有根据权利要求1所述的方法的拥塞控制机制的数据网络。
全文摘要
一种在分组交换网络中控制拥塞的方法，包括向拥塞节点的上游节点发送暂停消息，以命令其停止发送一段时间。拥塞节点还向上游节点发送信息告知缓解拥塞所需的缓冲区大小。如果上游节点的缓冲区容量大于或等于被告知的所需的量，则不采取进一步操作。如果上游节点的缓冲区容量小于所需的量，则它反过来向它的上游节点发送暂停消息，以及计入可从发送节点得到的量的，减小拥塞所需缓冲区大小的指示。
文档编号H04L12/56GK101453419SQ20081017979
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月6日
发明者R·马尔霍特拉 申请人:卢森特技术有限公司