对缓冲器空间受优先级影响的再分配

摘要

本发明提出一种对在多个端口之间所共享的缓冲器空间的受优先级影响的再分配。当再分配之时，分配给一个端口的缓冲器空间的份额被通过清空所占用的缓冲器空间而减小。对所占用的10个缓冲器空间的清空是依照通信量优先级而执行的。刚一清空，就把该缓冲器空间再分配给另一个端口。本发明顾及到以缓冲器空间的动态分配来改进系统中对业务通信量质量的处理。

说明书

本发明涉及一种用于对在多个端口之间共享的缓冲器空间进行再 分配的方法和网络设备。

在联网和远程通信领域中，缓冲器普遍地被用于通信量(traffic)整形 或者通信量工程中。由于数据通信量倾向于是突发式的，所以缓冲器常 常都是强制性地要使用的，目的是为了确保高效的数据传输。

现代的数据网络会顾及对不同类型的通信量进行类型依赖的处 理。例如，与处理传统的数据通信量相比，采用不同的方式来处理实时 通信量。通常，要用到优先级或者优先次序这一概念，目的是为了把不 同类型的通信量相互区别开来，例如通过引入不同的业务(service)级 别或者业务类别来区别它们。尽管传统的数据通信量并不怎么受到延迟 (或者等待时间)和抖动的影响，但是对于数据单元的丢失仍然会有比 较严格的要求。因此，缓冲仍然要依照通信量类型而加以执行。

在网络设备中(其中各端口必然要在不同类型的通信量之间所共 享)，缓冲器管理器被是用来规定通信量类型依赖的处理方式。当缓冲 器管理器需要为大量的流(源)提供服务时，最普遍采用的实现方式是 基于共享缓冲器体系结构。在此体系结构中，大小有限的缓冲器被在不 同端口和/或流之间动态地共享。在许多具有共享缓冲器体系结构的系统 中，端口带宽是可变化的，这样就使缓冲器空间的分配必要要对端口带 宽的变化而做出响应。图1给出了一个例子，在该例子中，缓冲器空间 在两个端口(实际上，端口的数目则趋向于相当的大)之间划分了优先 次序。缓冲器大小为BS的缓冲器被在两个端口(端口A和端口B)之 间共享。这两个端口的平均通信量传输速率分别是Pa和Pb。因此，端 口A就被分配了BS*(Pa/(Pa+Pb))的缓冲器空间，而端口B就被分 配了BS*(Pb/(Pa+Pb))的缓冲器空间。实际上，缓冲器优先次序的 划分主要是通过依照所分配的缓冲器空间配置一个每端口的阈值集合 来实现的。在每个端口上，所分配的缓冲器空间就被在具有不同优先级 的流之间所共享。

当端口带宽要被改变时，来自共享缓冲器空间池的缓冲器空间就需 要再分配。缓冲器资源的这一再分配可能需要把缓冲器空间的份额降低 到实际的填充级别以下，即，目的是为了清空该缓冲器空间的一部分。 按照惯例，在此种情况下，再分配是采用以下的方式而执行的。在阻塞 缓冲器的入口之后，占用率是通过清空或者清洗缓冲器空间而得到降低 的。接着，执行再分配，然后再次打开该缓冲器。

在采用以上方式前进到再分配缓冲器空间的过程中，数据丢失就发 生在清洗该缓冲器之时。数据丢失对传输业务的影响则依赖于业务或者 通信量的类型。当受丢失影响的业务(通信量类别)需要得到支持时(这 可能也受到业务级别保证的控制)，动态再分配则常常要被放弃。于是， 人们则诉诸于固定缓冲器再分配，即，共享缓冲器空间在系统初始化就 被分配只此一次。即使端口带宽发生了变化，也决不执行再分配。固定 缓冲器再分配的主要劣势在于具有较差的缓冲性能，这是由于端口带宽 和所分配的缓冲器空间可能不成比例(即，它们相互不对应)这一事实 而引起的。

本发明的目的是提供改进的动态缓冲器分配，特别是鉴于当前方法 所给出的训诫而提供。

本发明提出以受优先级影响的方式来再分配在多个端口之间所共 享的缓冲器空间。在共享缓冲器体系结构中，网络设备的每个端口均分 配有一份缓冲器空间。改变缓冲器空间的优先次序(即再分配)可能需 要释放分配给一个端口的所占用的缓冲器空间，这样就可以把此所释放 的缓冲器空间分配给另一个端口。依照本发明，对缓冲器空间的释放或 者清空是依照通行量优先级而执行的。

通信量优先级通常是通过通信量类别来实现的，在此术语通信量类 别应解释为对通信量的优先级的指派。在相关文献中所见的其他术语， 诸如优先级类别或者优先级级别应该理解成是等效的或者是更具体 的。当使用通信量类别时，所占用的通信量空间就可以按照优先级类别 的次序从最低优先级类别开始而被清空，由此就把最低优先级指派给了 对于最不受通信量丢失影响的那个通信量类别。

本发明考虑到受优先级影响的再分配。优先级类别能够被从较低向 较高这样相继地处理。因此，高优先级通信量仅仅在没有充足的较低优 先级通信量的情况下才被丢弃，用以解放或者释放出了缓冲器空间以再 分配。对于质量受到数据丢失最大影响的通信量类别而言能够把通信量 丢失最小化，并且通信量丢失在通过丢弃较低优先级通信量而能够释放 充足的缓冲器空间的情况下完全能够避免发生。因此，本发明改进了能 够被提供给高优先级通信量的业务质量。本发明能够适用于数据单元 (诸如分组、信元、或者帧)-例如IP(网际协议)分组、ATM(异步 传输模式)信元或者以太网帧被缓冲这样的所有系统中。

能够采用以下方式来除去来自一个通信量类别的通信量。首先，把 此优先级类别的入局通信量给阻塞了。然后，把此优先级类别的通信量 给除去，例如借助于提供关于通信量所存储在的地址的信息的链表来除 去此优先级类别的通信量。此优先级类别的通信量的清空完成在已经有 充足的空闲缓冲器空间可用之时或者在完成此优先级类别的所有通信 量都已经被从最初分配给该一个端口的缓冲器空间的份额中被除去了 之时。在清空缓冲器空间的过程期间，可用的空闲缓冲器空间的量可以 被监视，并且可以被与再分配所需要的空闲缓冲器空间的量相比较。一 旦这一量的空闲缓冲器是可用的，那么就停止对缓冲器空间的清空，然 后就再分配该空闲缓冲器空间。

本发明还包括一种网络设备，该网络设备适用于贯彻执行所提出的 受优先级影响的缓冲器空间分配，该网络设备例如是网桥、路由器、网 关或者交换机。为了在网络设备上实现本发明的方法，可以利用软件装 置来增强共享缓冲器体系结构，该软件装置用于识别属于相同通信量类 别的通信量和选择性地丢弃缓冲器内容，例如链表、搜索例程等等。

在下面，提供了本发明的一个实施例，该实施例参照附图举例说明 了本发明的原理。在附图中：

图1示出了共享缓冲器概念的示意性图示。

图2示出了动态缓冲器空间再分配。

图3示出了对缓冲器内容进行受通信量类型影响的处理的作为结果 的缓冲器空间再分配。

在图1中，示出了共享缓冲器概念。从技术角度来讲，用于提供存 储多个业务类别的共享缓冲器常常使用链表。图2示出了在两个输出端 口(端口A和端口B)之间共享的缓冲器。该缓冲器被分成段，各段填 充有一种业务类别的数据。填充有相同业务类别的数据的段通常借助于 这些段的索引表而链接起来(在图2中用箭头指示)(链表：在图2中 未示出)。链表使该系统能够跟踪存储的次序和业务类别并且能够把优 先级类别区别开来。在该实施例之内，有三个不同的业务类别的通信量 被提供了服务；类别为A的通信量，类别为B的通信量和类别为C的 通信量。在下面，假设类别为A的通信量所具有的优先级要高于类别为 B的通信量，并且类别为B的通信量所具有的优先级要高于类别为C的 通信量。例如，这些类别可以对应于三个不同的通信量流。以下，这一 假设也适用。

例如，图2图示了在端口A和端口B之间所共享的缓冲器空间的再 分配。最初，端口B具有13个缓冲器的最大大小，而端口A则具有9 个缓冲器的最小大小。端口B含有来自三个流A、B和C的数据。流A 占用5个缓冲器段，流B占用7个缓冲器段，流C占用1个缓冲器段。 再分配包括把端口A的份额从9个缓冲器段增加到14个缓冲器段。然 后，把端口B的份额从13个缓冲器段降低到8个缓冲器段。

再分配依照以下步骤来执行。

1.如果端口的份额的占用的缓冲器段的数目小于所请求的新的缓冲 器的大小，则该缓冲器就能够被立即再分配。在此，来自端口B的通信 量需要被清洗。

2.流C(即最低优先级的通信量)被阻塞，结果导致任何新的流C 通信量都不能够进入该缓冲器。因此，具有流C通信量的缓冲器段的数 目就不能够增长。

3.具有要在端口B分派的流C通信量的缓冲器段的全部都被清空。 数据就被丢弃了。

4.一旦具有流C通信量的缓冲器段被除去了，那么具有流B通信量 的缓冲器段就被清空，直到达到了所请求的缓冲器大小为止。

图3示出了在再分配之前和之后缓冲的占用或者占有率。最初，分 配给端口A的缓冲器空间包含4个填充有类别为A的通信量的缓冲器 段、4个填充有类别为B的通信量的缓冲器段以及1个空的缓冲器段。 因为端口A的份额被增加了，所以没有任何数据需要被丢弃。在再分配 之后，5个附加的空缓冲器段就可用于端口A的通信量。

分配给端口B的份额被降低了。在再分配之前，类别为A的通信量 占有5个缓冲器段，类别为B的通信量占用7个段，而类别为C的通信 量占用1个段。这样就没有任何空的段了。具有类别为C的通信量的段 首先被清空。因为对此段取消分配并不足以把端口B的份额降低到所请 求的量，所以具有类别为B的通信量的段就被清空，直到有足够数目的 段是空闲的以供再分配为止。在再分配之后，该份额具有5个类别为A 的通信量的缓冲器段和3个类别为B的通信量的缓冲器段。这样就不再 剩有任何具有类别为C的通信量的段和任何空闲的段了。