一种基于可编程交换机的网络资源的双层隔离方法

摘要

本发明公开了一种基于可编程交换机的网络资源的双层隔离方法，该方法将网络资源分为聚流层和流层，在聚流层调度时为每一个聚流预留指定带宽，在流层调度时让聚流内的多个流根据其权重竞争带宽。本发明使用低成本的NetFPGA硬件设备，实现了网络资源的灵活、公平且可控的分配，降低了网络资源分配的实现成本，其实现方法简便，手段灵活，网络服务质量能得到显著保证，且与网络层协议无关。

主权项

一种基于可编程交换机的网络资源的双层隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：数据包通过8个输入端口之一进入可编程交换机：可编程交换机共有8个输入端口，包括4个1G以太网端口和4个DMA端口；交换机采用轮询方式轮流从8个输入端口之一选择数据包进入网络层；步骤二：网络层协议根据路由表，按照数据包头部选择数据包的输出端口，并在数据包头部标记对应的输出队列；步骤三：使用双层的网络资源隔离方法对标记了输出队列的数据包进行调度；该步骤通过以下子步骤来实现：（3.1）获得数据包的流号：若从网络层输出的数据包不带VLAN标签，认为该数据包的流号为0；若从网络层输出的数据包带VLAN标签，则使用VLAN的VID字段的低2位标识其流号：不带VLAN标签或者VID低2位为00的数据包被识别为流0，VID末2位为01的数据包被识别为流1，VID末2位为02的数据包被识别为流2，VID末2位为03的数据包被识别为流3；（3.2）为每个流建立一条调度队列，将数据包根据流号送入对应的队列；（3.3）对流进行分组，一个或多个流组合成一个聚流；（3.4）使用加权时间片轮转方式分配每一个聚流的带宽：设一次轮转的时间片总数为N，任意一个聚流i的指定带宽为b_i，总带宽为b，则给每一聚流在一次轮转中分配时间片为b_i / b * N；当轮到一个聚流i接受服务时，它的时间将被属于聚流i的所有流使用；当时间片使用完时，聚流i停止接受服务，切换至下一个聚流接受服务；（3.5）在聚流i分配到的服务时间内，按照流的权重分配属于每一个流f的服务时间：一个聚流内的多个流排队接受轮询，为每一个流设置一个差额计数器；当一个流开始接收服务时，依据该流的权重，给这个流的差额计数器加上一个差额，差额与权重大小成正比；对于一个正在被发送的流来说，每发送一个数据包，差额计数器就会减少该数据包的字节数，当差额计数器用完或者该流的队列为空时，就切换至下一个流；流的增加与减少会使得每个流得到的带宽改变，这样使得聚流内的带宽能被内部存在的流充分利用；（3.6）当某个队列中的数据包充满队列，当有新数据包进入该队列时，该队列就会丢弃该队列中最老的数据包；步骤四：经过调度的数据包进入输出队列：可编程交换机共有8个输出端口，包括4个1G以太网端口和4个DMA端口；根据步骤二中添加的输出端口标记，送入指定队列。