[發(fā)明專利]基于硬件多級(jí)表的輸出流量控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110003670.5
• 申請(qǐng)日: 2011-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN102075423A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐勇;陳曙暉;李韜;蘇金樹;王勇軍;趙國(guó)鴻;宣蕾;陸華彪;陸華彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/56
• 分類號(hào): H04L12/56
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

1.一種基于硬件多級(jí)表的輸出流量控制方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，構(gòu)建高速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)，高速網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)由輸入卡、輸出卡、控制主機(jī)、后端分析系統(tǒng)組成；輸入卡中增加優(yōu)先級(jí)模塊，優(yōu)先級(jí)模塊與硬件DPI模塊和輸入卡的輸出端口相連，它從硬件DPI接收經(jīng)深度報(bào)文檢測(cè)處理的報(bào)文，確定報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，然后將確定了優(yōu)先級(jí)的報(bào)文傳送給輸出卡；輸出卡與輸入卡、控制主機(jī)、后端分析系統(tǒng)相連，一個(gè)輸出卡有一個(gè)輸入端口和若干輸出端口，在輸出卡各輸出端口增加流量控制模塊，各輸出端口的流量控制模塊與輸出卡的輸入端口、控制主機(jī)、后端分析系統(tǒng)相連，流量控制模塊決定對(duì)報(bào)文發(fā)送或丟棄；控制主機(jī)與輸出卡相連，其上運(yùn)行流量控制軟件，流量控制軟件統(tǒng)計(jì)流量，設(shè)置丟棄標(biāo)志位，控制流量控制模塊進(jìn)行流量控制；

優(yōu)先級(jí)模塊由控制邏輯和優(yōu)先級(jí)表組成，控制邏輯分為報(bào)文取頭邏輯和加報(bào)文頭邏輯，報(bào)文取頭邏輯接收硬件DPI模塊輸出的頭部帶有規(guī)則ID號(hào)的報(bào)文，將其頭部的規(guī)則ID號(hào)取出，并查找優(yōu)先級(jí)表，獲得規(guī)則ID與優(yōu)先級(jí)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出該規(guī)則ID對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)號(hào)，再由加報(bào)文頭邏輯將優(yōu)先級(jí)號(hào)加在報(bào)文頭部；優(yōu)先級(jí)表的每個(gè)表項(xiàng)包括規(guī)則ID值和優(yōu)先級(jí)號(hào)兩個(gè)域，規(guī)則ID值是此報(bào)文匹配的規(guī)則號(hào)，優(yōu)先級(jí)號(hào)是此規(guī)則ID值對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，一個(gè)規(guī)則ID值對(duì)應(yīng)一個(gè)優(yōu)先級(jí)號(hào)，優(yōu)先級(jí)號(hào)越小表示優(yōu)先級(jí)越高，這兩個(gè)域的項(xiàng)數(shù)均為P個(gè)，P為正整數(shù)；

輸出卡的每一個(gè)輸出端口對(duì)應(yīng)一個(gè)流量控制模塊，每一個(gè)流量控制模塊由流量控制邏輯和P個(gè)流控表組成，即每一個(gè)優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)流控表；流控表的每一項(xiàng)由序號(hào)ID、字節(jié)數(shù)bytes和丟棄標(biāo)志位discard三個(gè)域構(gòu)成；序號(hào)ID由源IP的最后n位和目的IP的最后k位共n+k位來確定，n、k均為大于等于1小于等于32的正整數(shù)；字節(jié)數(shù)表示某一個(gè)表項(xiàng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的流量大小，丟棄標(biāo)志表示此表項(xiàng)是丟棄還是轉(zhuǎn)發(fā)，0為轉(zhuǎn)發(fā)，1為丟棄；每個(gè)輸出端口的流量控制模塊的流量控制邏輯與輸出卡的輸入端口、P個(gè)流控表、后端分析系統(tǒng)相連，它從輸出卡的輸入端口接收輸入的報(bào)文并根據(jù)該報(bào)文的優(yōu)先級(jí)確定該報(bào)文對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)的流控表，然后根據(jù)該報(bào)文的源IP地址和目的IP地址查找此流控表的表項(xiàng)，讀取丟棄標(biāo)志位discard以決定對(duì)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)還是丟棄，并對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)出去的報(bào)文更新其所在表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)bytes；?

第二步，硬件DPI根據(jù)流入輸入卡的報(bào)文的五元組進(jìn)行規(guī)則匹配，每條規(guī)則都有自己的規(guī)則ID號(hào)，當(dāng)一個(gè)報(bào)文匹配上某條規(guī)則時(shí)，就將此規(guī)則的ID加在報(bào)文頭部，轉(zhuǎn)發(fā)給優(yōu)先級(jí)模塊，優(yōu)先級(jí)模塊根據(jù)報(bào)文頭部的ID值在優(yōu)先級(jí)表中查找相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)號(hào)，并加在報(bào)文頭部，將帶有優(yōu)先級(jí)號(hào)的報(bào)文送給輸出卡；

第三步，輸出卡的流量控制模塊根據(jù)每個(gè)報(bào)文頭部攜帶的優(yōu)先級(jí)號(hào)確定該報(bào)文對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)的流控表，然后根據(jù)報(bào)文源IP地址的最后n位和目的IP地址的最后k位共n+k位，查找此流控表的第2^(n+k)?個(gè)表項(xiàng)，然后查看這個(gè)表項(xiàng)的丟棄標(biāo)志位，若丟棄標(biāo)志位為0，則轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文；若丟棄標(biāo)志位為1，則丟棄該報(bào)文；用???????????????????????????????????????????????表示輸出端口A_i的優(yōu)先級(jí)為j的流控表，1≤i≤Z，1≤j≤M，?表示輸出端口A_i的優(yōu)先級(jí)為j的流控表的第m項(xiàng)的字節(jié)數(shù)的值，表示輸出端口A_i的優(yōu)先級(jí)為j的流控表的第m項(xiàng)的丟棄標(biāo)志位的值，用表示流控表中丟棄標(biāo)志位為0的表項(xiàng)的集合，流量控制模塊的流量控制邏輯按以下步驟對(duì)流量進(jìn)行控制：?

3.1根據(jù)輸入報(bào)文的優(yōu)先級(jí)號(hào)確定該報(bào)文所屬優(yōu)先級(jí)的流控表；

3.2按輸入報(bào)文的源IP地址的最后n位與目的IP地址的最后k位共n+k位查找3.1所述流控表的第2^(n+k)項(xiàng)；

3.3判斷3.2所述流控表的第2^(n+k)項(xiàng)的是否為1，如果為1，則丟棄報(bào)文；否則，將報(bào)文發(fā)送出去；

3.4將發(fā)送出去的報(bào)文的大小加在該報(bào)文對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)一項(xiàng)上，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

第四步，流量控制軟件定時(shí)讀取輸出卡各輸出端口的流量控制模塊的所有流控表，對(duì)所有丟棄標(biāo)志位為0的表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)域求和，計(jì)算當(dāng)前輸出流量，如果當(dāng)前輸出流量超過設(shè)定的端口流量限制，則以優(yōu)先級(jí)從低到高的順序?qū)⒘骺乇碇械娜舾杀眄?xiàng)的丟棄標(biāo)志位置1，增加硬件丟棄的流量；如果當(dāng)前流量小于端口流量限制，則以優(yōu)先級(jí)從高到低的順序?qū)⒘骺乇碇械娜舾杀眄?xiàng)的丟棄標(biāo)志位置0，減少硬件丟棄的流量：

對(duì)于有A₁、A₂、……A_z?Z個(gè)報(bào)文輸出端口的輸出卡，A₁、A₂、……A_z的限定流量分別為B₁、B₂、……B_z，A₁、A₂、……A_z分別維護(hù)P個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的流控表，流量控制軟件的流程是：?

4.1經(jīng)過時(shí)間間隔T，T小于等于60秒?，流量控制軟件從輸出端口A_i的P個(gè)優(yōu)先級(jí)的流控表中讀取丟棄標(biāo)志位為0的各表項(xiàng)中字節(jié)數(shù)的值并求和，即，1≤i≤Z，S_i是當(dāng)前輸出端口A_i實(shí)際輸出總流量，若S_i＞B_i，則轉(zhuǎn)步驟4.2，否則轉(zhuǎn)步驟4.3；

4.2此時(shí)輸出端口A_i的總輸出流量超過了其負(fù)載限制，采取快丟棄的策略，執(zhí)行步驟如下：

4.2.1?將優(yōu)先級(jí)j置為1；

4.2.2設(shè)超過部分的流量為＝S_i－B_i，采用多項(xiàng)式時(shí)間的近似算法APPROX_SUBSET_SUM（G，t）在流控表中選擇若干表項(xiàng)的丟棄位置1，使得這些表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)之和為，從而恰好將超過部分的流量丟棄；算法輸入為（G，t），G為流控表表項(xiàng)的集合，t是超負(fù)載流量，輸出為G的一個(gè)子集，使得G中表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)之和盡可能大但不超過t；如果APPROX_SUBSET_SUM(,)返回空集，則轉(zhuǎn)4.2.2.1；如果APPROX_SUBSET_SUM(,)返回，即全部丟棄也不能滿足要求，則轉(zhuǎn)4.2.2.3；否則轉(zhuǎn)4.2.2.2；

4.2.2.1?不需要再丟棄流量，轉(zhuǎn)4.2.3；

4.2.2.2判定當(dāng)前優(yōu)先級(jí)的流控表是否能夠完成流控要求，即對(duì)所有丟棄標(biāo)志位為0的表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)一項(xiàng)求和，設(shè)這個(gè)和為Q，再將Q和超負(fù)載的流量作比較，若Q≥，將APPROX_SUBSET_SUM(,)返回的集合中所有表項(xiàng)的丟棄標(biāo)志位置1；轉(zhuǎn)4.2.3；否則，執(zhí)行4.2.2.3；

4.2.2.3當(dāng)前優(yōu)先級(jí)的流控表不能完成流量丟棄要求，首先將當(dāng)前優(yōu)先級(jí)流控表的所有表項(xiàng)的丟棄標(biāo)志置1，從而丟棄掉此表中的全部流量；剩余的待丟棄流量需要在更高級(jí)流控表中進(jìn)行丟棄，令＝－Q，Q為當(dāng)前優(yōu)先級(jí)的流控表中丟棄標(biāo)志位為0的所有表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)之和，j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)4.2.2；?

4.2.3?完成本次流控，轉(zhuǎn)4.4；

4.3此時(shí)輸出端口A_i的總輸出流量小于其負(fù)載能力，采取慢恢復(fù)的策略，設(shè)此時(shí)輸出端口A_i有丟棄標(biāo)志位被置1的所有流控表中優(yōu)先級(jí)最高的為H，并設(shè)這個(gè)優(yōu)先級(jí)為H的流控表中有F₁、F₂、……F_L個(gè)表項(xiàng)丟棄標(biāo)志位被置1，1≤L≤2^(n+k)，則選取這些表項(xiàng)中字節(jié)數(shù)最少的一項(xiàng)，即min｛,?,……｝，設(shè)為，1≤Y≤L，令此項(xiàng)的丟棄標(biāo)志位為0，即＝0；轉(zhuǎn)4.4；

4.4清空所有流控表表項(xiàng)的字節(jié)數(shù)，重新開始統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)4.1。