用信号通知拥塞制造技术

公开了用信号通知在例如互联网的通信网络中的例如路由器的网络元件处接收到的例如分组的数据项导致的或者由从共享资源请求服务或者容量的项所造成的拥塞的方法和装置。方法的优选实施方式涉及识别在网络元件处接收到的接收数据项是否能够携带例如ECN标记的拥塞指示，以及对于能够的数据项，根据基于队列长度的基本上当前的、瞬时的测量结果的队列长度特征向数据项分配拥塞指示，而对于不能够的数据线，根据基于队列长度的当前的、近来的以及较早的测量结果的加权移动平均数的不同的队列长度特征可以施加例如丢弃的制裁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用信号通知拥塞
本专利技术涉及用信号通知在通信网络(例如互联网)中的网络元件(例如路由器)接收到的数据项(例如分组)所造成的或者由从共享资源其它请求服务或者容量的项所造成的拥塞的方法和装置。
技术介绍
我们首先提出一些基本概念，以便于对那些以后提出的多个监控技术的理解。分组数据发送方通常将待发送的数据分成被称为分组的小单位。每个分组由报头和携带待传递的数据的载荷组成。报头包含由相关的通信协议所限定的字段。目前，由商业网络所携带的绝大多数分组都是所称的IP分组。IP是互联网协议。这保证了路由器的网络可以将任何分组从源头转发到其目的地。IP是无连接协议-这意味着对路由器而言，每个分组内的报头信息是充分自给的(self-contained)，以独立于其它分组对其进行传递；每个分组甚至可以采取不同的路线到达该目的地。分布式带宽共享和拥塞穿过互联网的数据由各种路由协议控制沿着一连串路由器之间的路径。每个路由器寻求移动分组以更接近其最终目的地。当使用网络路径时，如果过多的业务流穿过网络内同一路由器，则路由器会出现拥塞并且分组开始遭遇过多的延迟。如果源头坚持通过该路由器发送业务流，则它会变得严重超载(拥塞)，甚至丢弃业务流(当其缓冲区溢出时)。如果源头仍坚持通过瓶颈发送业务流，则它可能迫使更多路由器变得拥塞，而如果此现象持续蔓延，这可能导致整个互联网拥塞崩溃——这在80年代中期经常发生。该问题的解决方案曾经是保证源头通过实施拥塞控制机制来对它们通过互联网发送数据的速率负责。源头监测来自接收方的表征路径拥塞的度量的反馈，从而检测何时它们的数据正在沿袭的路径变得拥塞，在那种情况下，它们通过减少它们的吞吐量而做出反应——当路径不存在变得拥塞的迹象时，可能缓慢地提高它们的速率。源头监测的典型的路径特征度量是数据路径的平均往返时间(RTT)、往返时间的偏差(抖动)以及路径上的拥塞程度。拥塞程度可以或隐含地(通过当其缓冲区溢出时或者为了自行保护，而丢弃分组的拥塞的路由器)或明显地(通过例如显式拥塞通告的机制——参见下一小节)用信号通知。目前，最常见的选项是隐含用信号通知。使用TCP的源头能够检测到丢失，因为分组丢失导致序列中的间隙；每当TCP源头检测到丢失，它应该减半其数据传输速率，但每个往返时间不超过一次，其减轻了在瓶颈处路由器的拥塞。DEC-比特方案DEC-比特方案是现代机构的前身，通过向源头提供显式拥塞通告来在分组网络内中传达拥塞通告。这在Ramakrishnan和Jain的名为“ABinaryFeedbackSchemeforCongestionAvoidanceinComputerNetworks”的论文中进行了讨论，为方便起见，该论文将被称为[RAN90a]。以下“参考文献”章节中提供了本文献和其它现有技术文献的文献细节。利用该方案，当路由器检测到拥塞时，它在每个分组中设置比特(CI)，然后接收方将此信息传送回给在其确认中的发送方，并且发送方相应地调整其的传输速率。在路由器中，拥塞检测算法是基于平均队列长度。源头对在确认中DEC-比特的反应是加性增加乘性减少(AddictiveIncreaseMultiplicativeDecrease，AIMD)响应，其意味着在缺乏拥塞反馈的情况下拥塞窗口按线性速率增长，并且针对每个拥塞反馈事件积性地(即，指数地)下降。显式拥塞通告显式拥塞通告(ECN)[RFC3168]通过在IP报头中两比特的ECN字段在TCP/IP网络中传达拥塞，无论是在IPv4(参见图1)还是在IPv6(参见图2)中。在引入ECN之前，这两个比特在这两种类型的IP报头中存在，但始终被设置v为零。因此，如果这些比特均为零，则队列管理处理假定分组来自于不理解ECN协议的终端系统的传输协议，因此它仅使用丢弃而非ECN，来用信号通知拥塞。两个ECN比特的全部四种组合的含义在图3中示出。如果任一比特为一，则其告诉队列管理处理分组来自将理解ECN标记以及丢弃作为拥塞的信号的ECN-支持传输(ECT)。当队列管理处理检测到拥塞时，对于非零ECN字段的分组，其设置ECN字段为经历拥塞(CE)码点。在收到这样的经标记的分组后，TCP接收方在TCP报头中设置经历拥塞回响(ECE)标志位，TCP源头将该TCP报头解释成好像出于控制其速率的目的，该分组已被丢弃。丢弃和拥塞信号不是相互排斥的信号，并且支持ECN的流具有检测和响应这两种信号的潜力。至于在IP中所采用的ECN理念，之前在帧中继和ATM中采用，但在后两份协议中，网络在内部设置拥塞信号的反馈并且网络强制执行业务流限制，以防止拥塞积聚[ITU-TRec.I.371]。当到达交换机的单元导致超出拥塞阈值，则其EFCI比特被设置。IEEE已经标准化显式拥塞方案，其中以太网交换机(而非终端系统)设置以反馈拥塞信号，虽然在发送系统上的以太网设备被希望通过响应于该信号而降低其速率来进行合作。该方法专用于同类数据中心环境。在之前的方案中，每帧(或分组)仅携带二进制标志位并且拥塞信号的强度依赖于被标记的帧的比例——在0和1的流中拥塞信号的有效一元编码。然而，IEEE方案在每个反馈帧中用信号通知拥塞的多比特程度，因此其名称：量化拥塞通告简称QCN[IEEE802.1Qau]。随机早期检测(RED)从历史上看，当路由器处于完全饱和(即，当路由器的缓冲区不能容纳业务流突发时)时，它们将丢弃分组——该策略被称为尾部丢弃。随机早期检测(RED)[RED]是旨在使TCP流失去同步性的改进(当多个TCP流同时增加和减少其传输窗口时发生同步)。RED是主动队列管理(AQM)处理，其监测缓冲区内的平均队列长度并且当其高于给定的阈值时，路由器开始按随着平均队列超过阈值的过量长度而增加的概率丢弃/标记分组。RED被广泛用于当今的互联网，因为其允许源头更及时地对初期的拥塞做出反应，并且使队列免于增长得不必要地长。设备厂商已经实施了RED的变体，例如，思科专有的实施方案是加权随机早期检测(WRED)。但是，众所周知的是RED对参数设定是非常敏感的。在RED参数设置对其敏感性研究的实验工作的过程中，RED对队列进行平均化的时间刻度进行了研究，并且在一种情况下，至少平均化被完全地停用，改为使用瞬时队列[RED-PARAMS]。使用随机早期检测(RED)的主动队列管理(AQM)技术的使用将参照图4进行描述。RED按依赖于经平滑的队列qave的概率p随机丢弃/标记分组。在基于RED的AQM中，经平滑的队列qave通过实际队列q的指数加权移动平均(EWMA)来连续估计：qave←(1-wq)qave+wqq其中wq是赋予实际队列长度的权重；实际队列和平滑的队列随时间演化的关系的示例，参见图4a)。当经平滑的队列大小qave低于最小阈值q0时，则未丢弃/标记分组。当qave是介于q0和q1之间时，则按介于0和p1之间的与qave成线性比例的概率p放弃分组。当qave大于阈值q1时，则按在p1和pmax之间范围内的增加的概率(其仍线性地依赖于qave)继续概率性的丢弃/标记。这也被称为RED算法[GRED]的温和变体(参见图4b))。其行为不同于介于q1和qmax之间的原始RED：GRED按照按最大概率pmax线性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用信号通知由在通信网络中的网络元件处接收到的数据项所导致的拥塞的方法，该网络元件具有队列，该队列具有长度，该方法包括以下步骤：对多个接收到的数据项中的每个数据项识别所述数据项能否携带拥塞指示；确定第一队列长度特征，所述第一队列长度特征根据依赖于对在多个不同时间所述队列的长度进行推断的测量结果的第一函数确定；确定第二队列长度特征，所述第二队列长度特征根据依赖于对所述队列的长度进行推断的当前或者近来的测量结果的第二函数确定，在所述第二函数中最近的队列长度被赋予比其在所述第一函数中高的权重；根据所述第一队列长度特征，对被识别为不能携带拥塞指示的数据项施加制裁；以及根据所述第二对列长度特征，向被识别为能够携带拥塞指示的数据项分配拥塞指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.09 EP 12250053.1;2012.11.02 GB 1219826.31.一种用信号通知拥塞的方法，所述拥塞由在通信网络中的网络元件处接收到的数据项所导致，该网络元件具有队列，该队列具有长度，该方法包括以下步骤：对多个接收到的数据项中的每个数据项识别所述数据项能否携带拥塞指示；确定第一队列长度特征，所述第一队列长度特征根据依赖于对在多个不同时间所述队列的长度进行推断的测量结果的第一函数确定；确定第二队列长度特征，所述第二队列长度特征根据依赖于对所述队列的长度进行推断的当前或者近来的测量结果的第二函数确定，在所述第二函数中最近的队列长度被赋予比其在所述第一函数中高的权重；根据所述第一队列长度特征，对被识别为不能携带拥塞指示的数据项施加制裁；以及根据所述第二队列长度特征，向被识别为能够携带拥塞指示的数据项分配拥塞指示。2.根据权利要求1所述的用信号通知拥塞的方法，其中，所述第一函数使得所述第一队列长度特征被确定为在多个不同时间所述队列的长度的移动平均数。3.根据权利要求2所述的用信号通知拥塞的方法，其中，所述第一队列长度特征被确定为所述队列的长度的加权移动平均数，所述第一函数使得所述队列的长度的越近的测量结果被赋予越高的权重。4.根据权利要求3所述的用信号通知拥塞的方法，其中，所述第一队列长度特征被确定为所述队列的长度的指数加权移动平均数。5.根据前述权利要求中任一项所述的用信号通知拥塞的方法，其中，所述第二函数使得所述第二队列长度特征是当前或者最近的队列长度，或者指示当前或者最近的队列长度。6.根据权利要求1至4中任一项所述的用信号通知拥塞的方法，其中，所述第二函数使得所述第二队列长度特征被确定为在多个不同时间所述队列的长度的加权移动平均数，所述第二函数对所述队列的长度的最近的测量结果赋予充分的权重从而指示当前队列长度。7.根据权利要求1至4中任一项所述的用信号通知拥塞的方法，其中，在特定时间所述队列的长度指示在该时间要求由所述网络元件处理和/或转发的数据项的积压的大小。8.根据权利要求1至4中任一项所述的用信号通知拥塞的方法，其中，对被识别为不能携带拥塞指示的数据项施加制裁的步骤包括：根据所述第一队列长度特征，对所述数据项中的一个或者多个执行以下动作中的一项或者多项：丢弃、截去、延迟、去优先、改变路线、转发到预期目的地以外的目的地、发出带外拥塞通告。9.根据权利要求1至4中任一项所述用信号通知拥塞的方法，该方法还包括：在不对被识别为不能携带拥塞指示的相应数据项施加制裁的情况下，将这些相应数据项转发到这些相应数据项的预期目的地。10.根据权利要求1至4中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·约翰·布里斯科，卡拉·迪卡伊拉诺吉尔费德尔，
申请(专利权)人：英国电讯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB