[發(fā)明專利]一種虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)限速方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011405147.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112671667B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曄;姜海洋;謝高崗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H04L47/215
• 分類號(hào): H04L47/215;H04L47/24;H04L12/46
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國(guó)

本發(fā)明提出一種虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)限速方法及系統(tǒng)，包括通過(guò)測(cè)量得到服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)平均數(shù)據(jù)包大小和流數(shù)目作為流量特征，該服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)包含虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和多個(gè)租戶，使用流量生成工具生成符合該特征的流量，通過(guò)在該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中轉(zhuǎn)發(fā)該流量的數(shù)據(jù)包并測(cè)量達(dá)到各個(gè)帶寬所用于轉(zhuǎn)發(fā)的CPU資源，構(gòu)建CPU資源和帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)各租戶的基礎(chǔ)帶寬需求以及該對(duì)應(yīng)關(guān)系，為各租戶分配基礎(chǔ)CPU資源，并得到該服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)在滿足該基礎(chǔ)CPU資源后剩余的CPU資源，以為每一位租戶按照權(quán)重再分配空閑CPU資源，每位租戶用于轉(zhuǎn)發(fā)的最終CPU資源為其分配的基礎(chǔ)CPU資源和空閑CPU資源之和；該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備使用該最終CPU資源對(duì)其對(duì)應(yīng)的租戶完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及限速方法，提出了一種軟件轉(zhuǎn)發(fā)下隔離性增強(qiáng)的限速方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向通用化和高性價(jià)比方向演進(jìn)，軟件轉(zhuǎn)發(fā)逐漸取代了傳統(tǒng)的硬件交換機(jī)、路由器，在很多場(chǎng)景下如云計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)中被大量使用。隨著網(wǎng)絡(luò)流量的劇增、流量類型的豐富，在這些虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中對(duì)不同流量在性能上的隔離性提出了更高的要求。

軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與硬件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的功能類似，為網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包根據(jù)其五元組信息轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的端口或鏈路上，典型的實(shí)現(xiàn)有虛擬交換機(jī)(vSwitch)、虛擬路由器(vRouter)等。軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的運(yùn)行模式通常為啟動(dòng)若干輪詢(PMD)線程來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)流量，這些PMD線程被綁定到通用服務(wù)器上若干專用的CPU核來(lái)提供能轉(zhuǎn)發(fā)所需的物理計(jì)算資源。因此，軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)性能，即帶寬上限，是由專用于轉(zhuǎn)發(fā)的CPU和來(lái)提供的。

但是這些CPU所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)能力是不固定的，在不同特征流量情況下，所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)速率/帶寬也不同。比如說(shuō)，一個(gè)CPU核能夠?qū)笮?518字節(jié)的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)至10Gbps，但是其轉(zhuǎn)發(fā)64字節(jié)包大小的數(shù)據(jù)流卻只能轉(zhuǎn)發(fā)到2Gbps帶寬。這就給租戶的帶寬保障帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

目前已有的限速方法都是基于端口速率的，即直接按照帶寬指標(biāo)來(lái)限速，高于指標(biāo)的流量不放行，例如廣泛使用的基于每秒比特?cái)?shù)(BPS)或每秒數(shù)據(jù)包數(shù)(PPS)的令牌桶策略，在軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中根據(jù)令牌來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)流量，但是這種方法很容易因?yàn)榱髁哭D(zhuǎn)發(fā)任務(wù)對(duì)于CPU資源的競(jìng)爭(zhēng)而失效。很常見(jiàn)的現(xiàn)象就是，當(dāng)一個(gè)流突然改變數(shù)據(jù)包大小(比如從1518字節(jié)更改為64字節(jié))，在軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中，雖然該流的帶寬/轉(zhuǎn)發(fā)速率依然保持不變且沒(méi)有超過(guò)限制，但是該流的CPU資源消耗會(huì)增加幾倍，這就搶占了原本屬于別的流的轉(zhuǎn)發(fā)CPU資源，使得別的流可用的CPU資源下降，進(jìn)而降低帶寬。

這種現(xiàn)象會(huì)造成一些流會(huì)因?yàn)閯e的流更改了流量特征而被干擾，帶寬不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)性能的隔離性差。而已有的限速方法在實(shí)現(xiàn)上都沒(méi)有考慮流量對(duì)CPU資源的競(jìng)爭(zhēng)和軟件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備不穩(wěn)定的處理能力。因此一種資源隔離性好的軟件轉(zhuǎn)發(fā)限速方法亟待提出。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)限速方法，其中包括：

步驟1、通過(guò)測(cè)量得到服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)平均數(shù)據(jù)包大小和流數(shù)目作為流量特征，該服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)包含虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和多個(gè)租戶，使用流量生成工具生成符合該特征的流量，通過(guò)在該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中轉(zhuǎn)發(fā)該流量的數(shù)據(jù)包并測(cè)量達(dá)到各個(gè)帶寬所用于轉(zhuǎn)發(fā)的CPU資源，構(gòu)建CPU資源和帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

步驟2、根據(jù)各租戶的基礎(chǔ)帶寬需求以及該對(duì)應(yīng)關(guān)系，為各租戶分配基礎(chǔ)CPU資源，并得到該服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)在滿足該基礎(chǔ)CPU資源后剩余的CPU資源，以為每一位租戶按照權(quán)重再分配空閑CPU資源，每位租戶用于轉(zhuǎn)發(fā)的最終CPU資源為其分配的基礎(chǔ)CPU資源和空閑CPU資源之和；

步驟3、該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備使用該最終CPU資源對(duì)其對(duì)應(yīng)的租戶完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。

所述的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)限速方法，其中該步驟3包括：該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備利用該最終CPU資源對(duì)租戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包進(jìn)行限速，超過(guò)該最終CPU資源時(shí)的數(shù)據(jù)流量將等待或被丟棄。