[發(fā)明專利]一種Linux環(huán)境下基于用戶和業(yè)務(wù)的QoS系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910199428.2
• 申請(qǐng)日: 2009-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN102082765A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘志浩;顧蔚;張之遠(yuǎn);陳云寰;顧鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種QoS系統(tǒng)，尤其是涉及一種Linux環(huán)境下基于用戶和業(yè)務(wù)的QoS系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前的IP網(wǎng)絡(luò)承載多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用，如多媒體業(yè)務(wù)、IPTV業(yè)務(wù)、VoIP業(yè)務(wù)、P2P業(yè)務(wù)，其中P2P業(yè)務(wù)尤為突出。因此，基于業(yè)務(wù)的流量控制必不可少。與此同時(shí)，一個(gè)大型局域網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)用戶必定會(huì)根據(jù)不同的身份或職位而分為許多等級(jí)，針對(duì)這些不同等級(jí)的用戶，其網(wǎng)絡(luò)帶寬的分配也將不同。這一需求需要一種比較理想的構(gòu)架來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Linux內(nèi)核從Kernel?2.1.105版本開始已經(jīng)支持QoS，其工作機(jī)制是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞時(shí)，根據(jù)用戶的配置，在數(shù)據(jù)輸出端針對(duì)不同的數(shù)據(jù)流建立不同的輸出隊(duì)列，進(jìn)行不同的調(diào)度和處理，從而實(shí)現(xiàn)流量控制。這將從一定程度上解決由于早期IP網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)先出FIFO機(jī)制而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題。分組進(jìn)入采用Linux的接收系統(tǒng)后的處理流程如圖1所示。

在Linux系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)分組進(jìn)行流量控制過(guò)程中所執(zhí)行的一系列操作，可以將Linux的流量控制模塊分為三大元素，如圖2所示。Linux系統(tǒng)的流量控制是對(duì)以下三大對(duì)象的有機(jī)組合：

1)隊(duì)列規(guī)則(Queue?Discipline)：控制隊(duì)列中的數(shù)據(jù)包的發(fā)送過(guò)程；

2)分類(Classes)：對(duì)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)包根據(jù)其QoS屬性(如速率、優(yōu)先級(jí)等)，將數(shù)據(jù)包劃分為不同的類別；

3)過(guò)濾器(Filters)：根據(jù)數(shù)據(jù)包的包頭信息(如IP地址、ToS值、協(xié)議類型、端口等)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類。

QoS的調(diào)度算法有很多種。不同的調(diào)度算法根據(jù)控制目標(biāo)的不同而具有不同的算法思想和算法復(fù)雜度。常見的有調(diào)度算法有以下幾種：

1)先進(jìn)先出隊(duì)列FIFO：這是一種從實(shí)現(xiàn)角度而言最簡(jiǎn)單的隊(duì)列調(diào)度算法，按照分組進(jìn)入隊(duì)列的順序出隊(duì)。

2)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PQ：分組在通過(guò)分類器后被安排進(jìn)入到擁有不同優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中。調(diào)度思想是首先調(diào)度高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列直到該隊(duì)列中沒有分組了才調(diào)度次高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列。因此也稱為嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。

3)加權(quán)公平隊(duì)列WFQ：將分組按照流進(jìn)行分類，每個(gè)流安排一個(gè)隊(duì)列并賦一個(gè)優(yōu)先級(jí)值，根據(jù)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)值進(jìn)行帶寬分配，使得系統(tǒng)可以對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)流進(jìn)行精細(xì)的控制，但同時(shí)也增加算法復(fù)雜度。

4)權(quán)值循環(huán)輪轉(zhuǎn)WRR：將分組按照不同等級(jí)的業(yè)務(wù)進(jìn)入到不同的隊(duì)列，根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低為隊(duì)列分配權(quán)值，調(diào)度時(shí)輪詢每個(gè)隊(duì)列，保證每個(gè)隊(duì)列都得到一定的服務(wù)時(shí)間。

WFQ雖然能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文進(jìn)行基于流的精細(xì)控制，但其算法復(fù)雜度也相對(duì)增加許多，而WRR的算法執(zhí)行思想比較符合本系統(tǒng)的隊(duì)列結(jié)構(gòu)，算法復(fù)雜度也相對(duì)簡(jiǎn)單許多。但是WRR算法在處理等長(zhǎng)報(bào)文時(shí)能夠體現(xiàn)出較好的運(yùn)算性能，而對(duì)于非等長(zhǎng)報(bào)文則一籌莫展，而網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文長(zhǎng)度幾乎各不相等，這就需要采用WRR的演進(jìn)算法DWRR了，以克服WRR算法對(duì)變長(zhǎng)報(bào)文的隊(duì)列不能提供精確控制的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種Linux環(huán)境下基于用戶和業(yè)務(wù)的QoS系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種Linux環(huán)境下基于用戶和業(yè)務(wù)的QoS系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括過(guò)濾規(guī)則庫(kù)、過(guò)濾器、分類規(guī)則庫(kù)、分類器、隊(duì)列維護(hù)模塊，所述的過(guò)濾規(guī)則庫(kù)與過(guò)濾器連接，所述的分類規(guī)則庫(kù)與分類器連接，所述的過(guò)濾器、分類器、隊(duì)列維護(hù)模塊依次連接，所述的隊(duì)列維護(hù)模塊采用多級(jí)隊(duì)列+LLQ結(jié)構(gòu)，所述的隊(duì)列維護(hù)模塊調(diào)度發(fā)送報(bào)文時(shí)采用DWRR算法。

所述的過(guò)濾規(guī)則庫(kù)包括五元組、ToS值信息。

所述的分類規(guī)則庫(kù)包括類別號(hào)、隊(duì)列號(hào)。

所述的多級(jí)隊(duì)列+LLQ結(jié)構(gòu)為在多級(jí)隊(duì)列的三級(jí)隊(duì)列中增加一條LLQ隊(duì)列，其中該LLQ隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)高于三級(jí)隊(duì)列中的其他任何隊(duì)列，通過(guò)令牌桶為L(zhǎng)LQ隊(duì)列分配一個(gè)最大預(yù)留帶寬，若網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生擁塞時(shí)，進(jìn)入LLQ的報(bào)文第一時(shí)間被轉(zhuǎn)發(fā)，而網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，進(jìn)入LLQ的報(bào)文則將被限速，對(duì)于超出規(guī)定流量的報(bào)文將被丟棄，系統(tǒng)總是優(yōu)先發(fā)送LLQ中的報(bào)文直到LLQ中沒有報(bào)文時(shí)或者超過(guò)為L(zhǎng)LQ配置的最大預(yù)留帶寬時(shí)，才調(diào)度發(fā)送三級(jí)隊(duì)列中其他隊(duì)列的報(bào)文。

所述的DWRR算法具體步驟如下：

1)為每個(gè)隊(duì)列設(shè)置一個(gè)差值計(jì)數(shù)器DC，DC的值就是調(diào)度器每次可以發(fā)送的字節(jié)總數(shù)；

2)根據(jù)隊(duì)列權(quán)值的大小比例，為每個(gè)隊(duì)列設(shè)置一個(gè)quantity變量，變量代表的是分配給隊(duì)列的字節(jié)發(fā)送量；