專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于混合的ip－atm網(wǎng)絡(luò)中擁塞管理的基于ecn的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總地涉及一個(gè)混合的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議-異步轉(zhuǎn)移模式(IP-ATM)網(wǎng)絡(luò)，特別是涉及一種將IP顯式擁塞通知(ECN)與ATM擁塞控制相結(jié)合的方法和設(shè)備。
相關(guān)技術(shù)描述今天，一個(gè)機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為其循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)將臺(tái)式工作站、服務(wù)器和主機(jī)組合成局域網(wǎng)(LAN)社區(qū)。這些局域網(wǎng)被連接到其它局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)(WAN)。不論一對(duì)系統(tǒng)處在網(wǎng)絡(luò)中的什么位置，它們必須能通信已經(jīng)成為每天必須的操作。
在早期的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，專(zhuān)有聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)。但是，由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的發(fā)展導(dǎo)致了增強(qiáng)的互通程度，它允許最終用戶(hù)的應(yīng)用能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)之間很好地工作。其實(shí)現(xiàn)基于許多計(jì)算機(jī)廠商、硬件元件廠商及獨(dú)立軟件公司中的志愿者所提出的書(shū)面標(biāo)準(zhǔn)。
在過(guò)去的十年中，LAN的數(shù)量在激增。這重新引發(fā)了一個(gè)必須由網(wǎng)絡(luò)管理者解決的問(wèn)題，即如何最小化擁塞及優(yōu)化吞吐量。早期的一個(gè)解決方案是簡(jiǎn)單地將局域網(wǎng)劃分成多個(gè)為較少的對(duì)象服務(wù)的較小網(wǎng)絡(luò)。這些分區(qū)被用橋連接以形成一個(gè)單一的局域網(wǎng)，對(duì)于每個(gè)分區(qū)其業(yè)務(wù)被在本地隔離。
新網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型和廣域網(wǎng)的發(fā)展引發(fā)了對(duì)路由器的需要。例如，互聯(lián)網(wǎng)是由網(wǎng)關(guān)連接的一組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)有時(shí)也被稱(chēng)作路由器。路由器增加了過(guò)濾和防火墻能力以提供在廣播域中更多的控制，它限制了廣播業(yè)務(wù)及增強(qiáng)了安全性。由于嵌入的智能，一臺(tái)路由器能夠選擇通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑。這一增加的智能也允許路由器在可能的情況下建立到目的地的冗余路徑。然而，由嵌入式智能帶來(lái)的最佳路徑選擇能力所增加的復(fù)雜性增加了路由器的端口費(fèi)用并導(dǎo)致了很大的等待時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。包含分布式客戶(hù)/服務(wù)器數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、擴(kuò)充的用戶(hù)對(duì)象和更復(fù)雜應(yīng)用的共享媒體網(wǎng)絡(luò)引起了新的帶寬瓶頸。這樣的擁塞產(chǎn)生了不可預(yù)知的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間、使得無(wú)法支持對(duì)延遲敏感的應(yīng)用和導(dǎo)致更高的網(wǎng)絡(luò)故障率。
互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)是一個(gè)在互聯(lián)網(wǎng)中路由數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議被設(shè)計(jì)成使得能夠適應(yīng)使用不同廠商所制造的主機(jī)和路由器、包含不斷增加的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型、使得在不中斷服務(wù)器的情況下能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，及支持高層會(huì)話和面向消息的服務(wù)。IP網(wǎng)絡(luò)層允許局域網(wǎng)“島”的集成。
傳輸控制協(xié)議(TCP)是TCP/IP協(xié)議族的一部分，由于互聯(lián)網(wǎng)的成功，TCP/IP協(xié)議族已經(jīng)取得了世界上最重要的數(shù)據(jù)通信協(xié)議之一的地位。TCP在使用TCP/IP協(xié)議的設(shè)備間提供了可靠的數(shù)據(jù)連接。TCP在IP之上操作，IP被用于將數(shù)據(jù)打包成被稱(chēng)作數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)分組，并使其在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。
不過(guò)，IP不合有任何流量控制或重傳機(jī)制。這就是一般要在其上使用TCP的原因。尤其是，TCP利用確認(rèn)來(lái)檢測(cè)丟失的數(shù)據(jù)分組。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)可能是當(dāng)今所有網(wǎng)絡(luò)中最重要的，且它們可以操作在幾個(gè)(物理)網(wǎng)絡(luò)之上。這些基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)可以提供一些有關(guān)網(wǎng)絡(luò)條件和業(yè)務(wù)的信息，這些信息可以被用來(lái)提供關(guān)于擁塞的反饋。
異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)由于能夠在其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上傳送傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(主要是IP)而成為一種成功的和受歡迎的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ATM是面向連接的，即在雙方能互相發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須在它們之間建立一條連接。一旦連接被建立，它們之間的所有數(shù)據(jù)都是沿這條連接路徑被發(fā)送的。相反，IP是無(wú)連接的，所以不需要連接且每個(gè)IP分組都基于逐段轉(zhuǎn)發(fā)而被路由器獨(dú)立轉(zhuǎn)送。當(dāng)我們需要在一個(gè)ATM網(wǎng)絡(luò)中傳輸IP業(yè)務(wù)時(shí)，我們有兩種選擇。一種是按要求在雙方之間建立一條新的連接，一種是使數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)先被配置的一條或多條連接轉(zhuǎn)送。采用第一種方式，則當(dāng)要被傳送的數(shù)據(jù)量較小時(shí)，建立和拆除一條連接的昂貴費(fèi)用是不合理的。另一方面，采用第二種方式，則被預(yù)先配置的一條或者多條路徑可能不是最佳的且該路徑可能被傳送的數(shù)據(jù)量所淹沒(méi)。
此外，服務(wù)質(zhì)量(QoS)是ATM網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的概念。QoS包括諸如一條連接的帶寬和延遲要求這樣的參數(shù)。這些要求被包含在用來(lái)建立一條連接的信令消息中。不過(guò)，目前的IP(IPv4)沒(méi)有這樣的概念且每個(gè)分組被路由器基于盡力傳送原則來(lái)轉(zhuǎn)送。為了利用ATM網(wǎng)絡(luò)的有QoS保證的優(yōu)點(diǎn)，IP協(xié)議需要被修改以包含那個(gè)信息。
當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)中的擁塞控制已經(jīng)日益成為一個(gè)重要的問(wèn)題。諸如萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)這樣的應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)已將當(dāng)前的技術(shù)推到了它的極限，而且很明顯，需要更快的傳送和被改進(jìn)的擁塞控制機(jī)制。因此，許多設(shè)備提供者和業(yè)務(wù)提供者正在轉(zhuǎn)向ATM技術(shù)以提供對(duì)于有關(guān)的復(fù)雜的資源管理問(wèn)題的恰當(dāng)解決方案。同時(shí)，在IP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)也在做出非常大的共同努力以改善業(yè)務(wù)的提供。這可以由IPv6協(xié)議規(guī)范(即下一代IP)和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)中的被集成和區(qū)分的業(yè)務(wù)模型的出現(xiàn)所證明。因此，有利的是，設(shè)計(jì)一種互通方案，它能夠最佳平衡ATM技術(shù)的先進(jìn)特征從而在ATM網(wǎng)絡(luò)上增強(qiáng)出現(xiàn)的下一代IP業(yè)務(wù)的操作。
當(dāng)今的IP網(wǎng)絡(luò)不能夠明確降低過(guò)載的數(shù)據(jù)資源的速率，甚至是向其指明擁塞。例如，普遍存在的TCP協(xié)議依靠隱含的、形式為分組丟棄的擁塞通知來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞，即或者是超時(shí)或者是雙重確認(rèn)分組的接收。同時(shí)，UDP協(xié)議甚至缺少這種粗糙的指示方法。不過(guò)最近互聯(lián)網(wǎng)組織正在提出對(duì)于下一代互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使用更高級(jí)的、更快速的擁塞控制機(jī)制。來(lái)自于IETF的這類(lèi)建議的一個(gè)關(guān)鍵是被區(qū)分的業(yè)務(wù)，即DiffServ范例。在一個(gè)很高的等級(jí)上，這個(gè)方法依賴(lài)于分組分類(lèi)(在入口處)以便將分組標(biāo)記為屬于幾個(gè)丟棄優(yōu)先級(jí)中的某一個(gè)。然后網(wǎng)絡(luò)路由器依靠這些標(biāo)簽在過(guò)載時(shí)有選擇地處理，即緩沖、丟棄等。標(biāo)簽是通過(guò)在IPv6頭標(biāo)中規(guī)定的業(yè)務(wù)類(lèi)型(TOS)字節(jié)中被稱(chēng)作DS字節(jié)的5比特域被識(shí)別的。此外，這個(gè)字節(jié)的2個(gè)比特，即CU(當(dāng)前未被使用的)比特，被預(yù)留用于以后分配。更特定的是，這些是用來(lái)做顯式擁塞通知(ECN)方案實(shí)驗(yàn)的。ECN試圖將網(wǎng)絡(luò)后向反饋包含在IPv6協(xié)議中。類(lèi)似的策略已經(jīng)在ATM和幀中繼規(guī)范中可獲得。
例如，Sally Floyd和K.K.Ramakrishnan已經(jīng)提交了一個(gè)題為“將顯式擁塞通知(ECN)增加到IPv6和TCP中的建議”的互聯(lián)網(wǎng)草案，它建議使用兩個(gè)CU比特以提供一個(gè)擁塞指示一個(gè)比特被用來(lái)標(biāo)識(shí)有ECN能力的設(shè)備，一個(gè)比特被用來(lái)實(shí)際地標(biāo)識(shí)擁塞?？傮w上，ECN-TCP的結(jié)果表明對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)而言，特別是在關(guān)于端到端的分組延遲上提高了性能。通過(guò)更有效地指明擁塞，隊(duì)列等級(jí)被維護(hù)在合理的操作等級(jí)上，從而減少緩沖延遲。
但是上面描述的建議是直接針對(duì)TCP的，仍需要用于將來(lái)協(xié)議的更一般的應(yīng)用。例如，一個(gè)類(lèi)似的有額外的基于互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議(ICMP)的擴(kuò)展的單比特IP ECN方法已經(jīng)被提出。不過(guò)，在IPv6頭標(biāo)中至今還沒(méi)有比特被正式預(yù)留用于ECN用途。
可以看出需要一種用來(lái)將IP ECN與ATM擁塞控制相結(jié)合的方法和設(shè)備。
還可以看出需要一種用來(lái)用最小的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度來(lái)擴(kuò)展IP ECN到ATM裝置的方法和設(shè)備。
還可以看出需要用來(lái)提高ATM上的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能而不需要在ATM層進(jìn)行分組重構(gòu)的方法和設(shè)備。
發(fā)明概要為了克服上面描述的先有技術(shù)的局限性，并為了克服在閱讀和理解本發(fā)明時(shí)會(huì)變得明顯的其他局限性，本發(fā)明公開(kāi)了一種用來(lái)將IP ECN與ATM擁塞控制相結(jié)合的方法和設(shè)備。
本發(fā)明通過(guò)用最小的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度將IP-ECN擴(kuò)展到ATM裝置來(lái)解決上面描述的問(wèn)題。這樣，不需要在ATM層進(jìn)行分組重構(gòu)就可以提高在ATM上的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能。
根據(jù)本發(fā)明的原理的一種方法，包括在ATM信元中使用AAL5分組尾標(biāo)以檢測(cè)用來(lái)識(shí)別一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元的分組邊界，確定一個(gè)ATM信元是否能夠使用顯示擁塞通知來(lái)指示擁塞，并在一個(gè)有這種能力的ATM信元中設(shè)置一個(gè)顯式擁塞通知指示符以向源節(jié)點(diǎn)指示擁塞。。
根據(jù)本發(fā)明的原理的一種系統(tǒng)的其他實(shí)施方案，可以包括替代的或可選的附加方面。本發(fā)明的這樣一個(gè)方面是使用分組尾標(biāo)還包含監(jiān)視一個(gè)用來(lái)指示一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的結(jié)束的標(biāo)志。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是該方法還包括重置分組結(jié)束標(biāo)志到關(guān)狀態(tài)，以使得下一個(gè)ATM信元被看作是一個(gè)分組的第一個(gè)信元并發(fā)送該信元。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是該方法還包括判定下一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是該方法還包括當(dāng)下一個(gè)ATM信元不是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元時(shí)，發(fā)送該ATM信元。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是方法還包括判定是否ATM擁塞與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是該方法還包括當(dāng)擁塞不與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)時(shí)，發(fā)送該下一個(gè)ATM信元。
表征本發(fā)明的這些和其它各種新穎的優(yōu)點(diǎn)和特征被利用附加于此并成為其一部分的權(quán)利要求中具體指出。不過(guò)，為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，和通過(guò)它的使用所達(dá)到的目的，需要參考在此成為其另一部分的附圖，以及附隨的描述內(nèi)容，其中示例和描述了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的特定示例。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在來(lái)討論附圖，其中相同的參考編號(hào)表示相應(yīng)的部分

圖1舉例說(shuō)明了ATM網(wǎng)絡(luò)中的開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)物理層；圖2舉例說(shuō)明了AAL格式；圖3舉例說(shuō)明了AAL5 CPCS-PDU；圖4舉例說(shuō)明了一個(gè)TCP/IP協(xié)議棧；圖5舉例說(shuō)明了一個(gè)分組流和一個(gè)TCP滑動(dòng)窗；圖6舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明將IPv6分組轉(zhuǎn)換成AAL5分組；圖7舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明利用AAL5的IPv6分組封裝；圖8舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明在混合IP-ATM網(wǎng)絡(luò)中用于擁塞管理的基于ECN的方法的流程圖；且圖9舉例說(shuō)明了本發(fā)明的硬件實(shí)現(xiàn)的方塊圖。
發(fā)明詳述在下面對(duì)于示范實(shí)施方案的描述中，參考了在此形成其一部分的附圖，其中通過(guò)可實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施方案來(lái)給出說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，其它實(shí)施方案也可以被使用作為結(jié)構(gòu)變換。
本發(fā)明提供一種將IP ECN與ATM擁塞控制相結(jié)合的方法和設(shè)備。這樣不需要在ATM層進(jìn)行分組重構(gòu)就可以用最小的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度將IP-ECN擴(kuò)展到ATM裝置。
圖1舉例說(shuō)明了ATM網(wǎng)絡(luò)100的開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)物理層。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)必須處理諸如視頻110、語(yǔ)音112、數(shù)據(jù)文件114和交互數(shù)據(jù)116的多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)。ATM適配層(AAL)120是通過(guò)適配用戶(hù)業(yè)務(wù)到一種信元格式來(lái)提供業(yè)務(wù)給更高層的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的集合。AAL120被劃分成為匯聚子層(CS)和拆裝(SAR)子層(未表示出)。ATM層130是ATM協(xié)議棧模型100中用來(lái)構(gòu)造和處理ATM信元的的第二層。ATM層130的功能還包括用戶(hù)參數(shù)控制(UPC)及對(duì)于服務(wù)質(zhì)量(QoS)等級(jí)的支持。最后，物理層140是ATM協(xié)議參考模型100的最下層。物理層140被分成兩個(gè)子層傳輸匯聚(TC)和物理媒體(PM)(也未表示出)。物理層140提供在互連ATM裝置的物理接口上被發(fā)送的ATM信元。
圖2舉例說(shuō)明了AAL200的格式。AAL200是數(shù)據(jù)鏈路層的與業(yè)務(wù)相關(guān)的子層。為了使ATM支持有不同鏈路特征和系統(tǒng)要求的多種業(yè)務(wù)，需要將不同應(yīng)用類(lèi)型適配到ATM層。AAL200從不同應(yīng)用接受數(shù)據(jù)并以48字節(jié)ATM凈荷段格式提供給ATM層。
如圖2所示，AAL是包括匯聚子層(CS)210和拆裝(SAR)子層220。CS進(jìn)一步分為業(yè)務(wù)特有匯聚子層(SSCS)212和公用匯聚子層(CPCS)214。SAR220將上層的PDU分割成48字節(jié)的塊后填入ATM層以產(chǎn)生53字節(jié)信元。CPCS214提供諸如填充和CRC校驗(yàn)的服務(wù)。CPCS214從SSCS212獲得PDU，如果需要的話添加填充，然后添加一個(gè)8字節(jié)的尾標(biāo)，這樣所得到的PDU的總長(zhǎng)度是48的倍數(shù)。尾標(biāo)由預(yù)留的2字節(jié)、指示分組長(zhǎng)度的2字節(jié)和CRC的4字節(jié)構(gòu)成。SSCS212是與業(yè)務(wù)相關(guān)的且可以提供諸如基于重傳的保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。
CCITT(現(xiàn)在是ITU-T)最初建議了四種類(lèi)型的AAL。其中的兩種(3和4)現(xiàn)在被合并成為一種，即AAL3/4。簡(jiǎn)單地說(shuō)四種AAL是AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。AAL1支持面向連接的、要求恒定比特率和有特定定時(shí)和延遲要求的業(yè)務(wù)。例如類(lèi)似DS1和DS3傳輸?shù)暮愣ū忍芈蕵I(yè)務(wù)。AAL2支持面向連接的但不要求恒定比特率的業(yè)務(wù)。換句話說(shuō)，就是類(lèi)似一些視頻方案的可變比特率應(yīng)用。AAL3/4用于無(wú)連接和面向連接的可變比特率業(yè)務(wù)。最初的兩個(gè)不同的適配層AAL3和4，由于歷史原因被合并成為一個(gè)單一的AAL，稱(chēng)為AAL3/4。
最后，AAL5支持面向連接的可變比特率業(yè)務(wù)。圖3舉例說(shuō)明了AAL5CPCS-PDU300。AAL5300與AAL3/4相比較，在錯(cuò)誤恢復(fù)及嵌入重傳的代價(jià)方面，基本上是一個(gè)更簡(jiǎn)單的AAL。這個(gè)折衷提供了小一些的帶寬開(kāi)銷(xiāo)、簡(jiǎn)單一些的處理需求，并降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。一些組織提出了用于面向連接和無(wú)連接業(yè)務(wù)的AAL5。
如圖3所示，凈荷域310包含最多到216-1字節(jié)(65535字節(jié))的用戶(hù)信息。PAD域312填充CPCS-PDU以便正好適合ATM信元，這樣由SAR子層產(chǎn)生的最后48字節(jié)信元凈荷有在信元中恰恰合理的CPCS-PDU尾標(biāo)。CPCS-UU(用戶(hù)到用戶(hù)指示)域314被用來(lái)透明傳輸CPCS用戶(hù)到用戶(hù)信息。CPCS-UU域314在多協(xié)議ATM封裝下沒(méi)有功能且可以被設(shè)置成任意值。CPI(公用標(biāo)識(shí)符)域316用于調(diào)整CPCS-PDU尾標(biāo)為64比特。長(zhǎng)度域318以八位字節(jié)指示凈荷域的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度域的最大值是65535個(gè)八位字節(jié)。編碼為0×00的長(zhǎng)度域被用于異常中止功能。CRC域320保護(hù)除了CRC域本身以外的整個(gè)CPCS-PDU。
為了指示擁塞，顯式擁塞通知(ECN)被使用，其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在IP分組頭標(biāo)中設(shè)置一個(gè)比特。過(guò)去，ECN被用于基于分組和基于ATM信元的網(wǎng)絡(luò)。這通常是由能夠可靠檢測(cè)擁塞的更先進(jìn)的路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，這樣的擁塞檢測(cè)功能已經(jīng)開(kāi)始在產(chǎn)品線上出現(xiàn)，即隨機(jī)早期檢測(cè)(RED)路由器。
最初的ECN建議中的一個(gè)是針對(duì)提高TCP協(xié)議的性能。圖4舉例說(shuō)明了一個(gè)TCP/IP協(xié)議棧400。如上面所提到的，TCP層410是由于互聯(lián)網(wǎng)的成功而取得了世界上最重要的數(shù)據(jù)通信協(xié)議之一的地位的TCP/IP協(xié)議族中的一部分。TCP層410在使用TCP/IP協(xié)議的裝置之間提供可靠的數(shù)據(jù)連接。TCP層410在IP層420之上操作，IP層420被用于將數(shù)據(jù)打包成被稱(chēng)作數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)分組，并通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)430傳輸這些分組。
不過(guò)，IP協(xié)議不包含任何流量控制和或重傳機(jī)制。這就是一般要在IP層420之上使用TCP層410的原因。相反，TCP協(xié)議提供檢測(cè)丟失數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)。根據(jù)IP協(xié)議，擁塞的網(wǎng)絡(luò)路由器在通過(guò)的IP分組的頭標(biāo)中設(shè)置ECN比特。這些比特設(shè)置隨后被利用已修改的ECN-TCP客戶(hù)返回給源，即在返回的ACK分組中。一旦接收到帶有ECN比特設(shè)置的TCPACK分組(即IP)，TCP源就恰當(dāng)?shù)販p小其窗口尺寸以設(shè)置傳輸速率。
圖5舉例說(shuō)明了一個(gè)分組流500和一個(gè)TCP滑動(dòng)窗510。TCP源的其中一個(gè)主要特征是它使用一個(gè)滑動(dòng)窗510來(lái)確定在從接收器接收到一個(gè)確認(rèn)之前被發(fā)送的字節(jié)乃至IP分組。這使得有可能調(diào)整源的有效傳輸速率。
當(dāng)TCP源增大滑動(dòng)窗510的尺寸時(shí)，其平均傳輸速率也就增加了。滑動(dòng)窗510在八位字節(jié)12-19之上。最多到11個(gè)的八位字節(jié)已經(jīng)被發(fā)送且滑動(dòng)窗510已移過(guò)它們。在滑動(dòng)窗510中，有兩個(gè)八位字節(jié)組520、522。第一個(gè)八位字節(jié)組520是從12到16的八位字節(jié)，它們已經(jīng)被發(fā)送530?；瑒?dòng)窗510中的第二個(gè)八位字節(jié)組522是八位字節(jié)17-19，它們還沒(méi)有被發(fā)送。第二個(gè)八位字節(jié)組522可以被立即發(fā)送540。最后，八位字節(jié)20及以上的八位字節(jié)550不能被發(fā)送560。在八位字節(jié)20被發(fā)送之前八位字節(jié)12必須被確認(rèn)且滑動(dòng)窗口要向前滑動(dòng)。這樣，TCP利用這個(gè)TCP滑動(dòng)窗510提供對(duì)于丟失數(shù)據(jù)分組的重傳和流量控制?；瑒?dòng)窗510實(shí)際上是接收器發(fā)送的窗口通告的擁塞窗口的最小值。
圖6舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明將IPv6分組轉(zhuǎn)換成AAL5分組600。IPv6分組610包括一個(gè)數(shù)據(jù)凈荷612、擴(kuò)展頭標(biāo)614和一個(gè)IPv6頭標(biāo)616。IPv6分組610被轉(zhuǎn)換成為一個(gè)ATM信元流620，其中每個(gè)ATM信元622-630包括一個(gè)凈荷640和一個(gè)AAL5分組尾標(biāo)650。AAL5分組尾標(biāo)650被用來(lái)識(shí)別IPv6分組610的結(jié)束。
為了在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳送分組數(shù)據(jù)，ATM適配層(AAL)功能被要求將IP分組610轉(zhuǎn)換成為ATM信元622-630及進(jìn)行相反方向轉(zhuǎn)換。盡管AAL5方案被規(guī)定用于傳送非實(shí)時(shí)分組數(shù)據(jù)，它也在逐漸被用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。AAL5在被分割的IP分組610的最后一個(gè)ATM信元626的尾標(biāo)650中使用一個(gè)分組定界符標(biāo)志用來(lái)指示分組邊界。
在使用ECN方案的情況中，比特被標(biāo)記在通過(guò)的IP分組的IPv6頭標(biāo)中，即層3指示。對(duì)于通過(guò)一個(gè)以ATM為骨干的網(wǎng)絡(luò)的IP分組，沒(méi)有用于過(guò)載的有ECN能力的IP流的、“直接”指示ATM擁塞(即信元級(jí))的方法。一種可能是在被擁塞的ATM交換機(jī)中臨時(shí)重組完整的IP分組，然后設(shè)置它們的ECN比特去使源降低速率。不過(guò)很清楚，由于涉及分組重構(gòu)的過(guò)量的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，這是很難實(shí)施的。此外，由于IP分組可能包含很多ATM信元，額外的緩沖需求也將出現(xiàn)。
圖7舉例說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明利用AAL5的IPv6分組封裝。如圖7所示，AAL5 ATM信元700包括一個(gè)ATM信元凈荷702。該ATM信元凈荷702包括一個(gè)IPv6擴(kuò)展頭標(biāo)或數(shù)據(jù)凈荷712、一個(gè)目的地址714、一個(gè)源地址716、一個(gè)跳躍限制718、下一個(gè)頭標(biāo)域720、一個(gè)凈荷長(zhǎng)度域722、一個(gè)流量標(biāo)簽域724、一個(gè)業(yè)務(wù)類(lèi)型域726和一個(gè)版本號(hào)域728。ATM信元702還包括一個(gè)ATM信元頭標(biāo)730。
IPv6頭標(biāo)704包括一個(gè)目的地址714、一個(gè)源地址716、一個(gè)跳躍限制718、下一個(gè)頭標(biāo)地址720、一個(gè)凈荷長(zhǎng)度域722、一個(gè)流量標(biāo)簽域724、一個(gè)業(yè)務(wù)類(lèi)型域726和一個(gè)版本號(hào)域728。業(yè)務(wù)類(lèi)型域726的長(zhǎng)度是8比特且包括一個(gè)目前未被使用的2比特域740、一個(gè)5比特每一跳躍行為域742、和一個(gè)單比特指示符744。
參考圖6和7，在AAL5上傳送IPv6分組610的一個(gè)ATM虛連接(VC)中，ECN標(biāo)志比特在IP分組610的頭標(biāo)616中，它們最有可能落在特定分組610的AAL5信元流620的第一個(gè)ATM信元622的凈荷640中，即48字節(jié)的信元凈荷覆蓋了40字節(jié)的基本IPv6頭標(biāo)。如前面所提到的，AAL5在被分割的IP分組610的最后一個(gè)ATM信元626的尾標(biāo)650中使用一個(gè)分組定界符標(biāo)志來(lái)指示分組邊界。所以很清楚，有被設(shè)置的AAL5分組定界符標(biāo)志的ATM信元626之后的信元628是后來(lái)的IP分組660的第一個(gè)信元。這個(gè)信元628包含ECN比特，所以在擁塞時(shí)可以被直接修改。業(yè)務(wù)類(lèi)型域726中的2比特域740可以被用于ECN。例如，一個(gè)比特可以被設(shè)置來(lái)指示一個(gè)有ECN能力的信元而另一個(gè)比特可以被用來(lái)指示擁塞。
圖8舉例說(shuō)明了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的在混合IP-ATM網(wǎng)絡(luò)800中用于擁塞管理的基于ECN的方法的流程圖。首先，當(dāng)一個(gè)ATM信元被發(fā)送后且另一個(gè)信元在信元緩沖器中時(shí)810，下一個(gè)要被發(fā)送的ATM信元被從隊(duì)列中取出812。然后，判定是否所述下一個(gè)信元包括AAL5(IPv6)分組的結(jié)束820。如果該下一個(gè)信元是AAL5分組的結(jié)束824，則用于指示IPv6分組已經(jīng)結(jié)束的標(biāo)志被設(shè)置成ON狀態(tài)830且被從隊(duì)列中取出的ATM信元被發(fā)送880。
如果該下一個(gè)信元不是AAL5分組的結(jié)束822，則判定該下一個(gè)信元是否是在AAL5定界符標(biāo)志被設(shè)置后的第一個(gè)信元840。如果所述被從隊(duì)列中取出的ATM信元不是在AAL5定界符標(biāo)志被設(shè)置后的第一個(gè)信元842，則該信元被發(fā)送880。如果它是在AAL5定界符標(biāo)志被設(shè)置后的第一個(gè)信元844，則標(biāo)志被重置成OFF狀態(tài)以便為下一個(gè)分組清除標(biāo)志846。
然后，判定是否存在ATM擁塞850。這可以通過(guò)任何合適的量度被完成。如果ATM擁塞不存在852，則該被從隊(duì)列中取出的ATM信元被發(fā)送880。如果ATM擁塞存在854，則在IPv6頭標(biāo)中檢查協(xié)議類(lèi)型和ECN能力。如果該信元不是用于一個(gè)IPv6分組的或沒(méi)有ECN能力862，則該被從隊(duì)列中取出的ATM信元被發(fā)送880。如果該信元是用于一個(gè)IPv6分組的并且它有ECN能力864，則ATM凈荷中的ECN比特被設(shè)置870。然后，該被從隊(duì)列中取出的ATM信元被發(fā)送880。
圖9舉例說(shuō)明了一個(gè)本發(fā)明的硬件實(shí)現(xiàn)900的方塊圖。根據(jù)本發(fā)明的一臺(tái)ATM交換機(jī)包括處理器910和可能包含隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其它任何存儲(chǔ)器配置的存儲(chǔ)器或緩沖器912。處理器910在一個(gè)操作系統(tǒng)(未標(biāo)示出)的控制下操作且被配置執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序，所述程序在圖9中由指示處理器910的塊中的“盒子”930表示。一般地，計(jì)算機(jī)程序930可以被有形地包含在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的媒體或載體中940。參考圖6-8，如上面所討論的，計(jì)算機(jī)程序930被從計(jì)算機(jī)可讀的媒體或載體940下載到存儲(chǔ)器912中以便被處理器910執(zhí)行。計(jì)算機(jī)程序930包括指令，當(dāng)這些指令被處理器910讀出并執(zhí)行時(shí)，會(huì)使得處理器910完成那些執(zhí)行本發(fā)明的步驟或單元所需要的步驟。在處理器910的控制下，ATM信元通過(guò)端口942被接收，并被緩存到存儲(chǔ)器912中，且通過(guò)端口942被發(fā)送，參考圖6-8，這提供了如上面所討論的擁塞管理。因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到，存儲(chǔ)器912可以是運(yùn)行程序930和緩存ATM信元的獨(dú)立的存儲(chǔ)器裝置，或者是一個(gè)單獨(dú)的存儲(chǔ)器裝置。此外，盡管圖9舉例說(shuō)明了一個(gè)示范系統(tǒng)配置，那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到多種完成類(lèi)似功能的不同的配置都可以根據(jù)本發(fā)明而被使用。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)單比特標(biāo)志被要求與簡(jiǎn)單邏輯一起來(lái)跟蹤分組邊界(即AAL分組標(biāo)志)以便驗(yàn)證IPv6分組中的協(xié)議頭標(biāo)。由于AAL5分組定界符標(biāo)志和ECN比特各自的位置是通過(guò)預(yù)先定義的分組格式固定的，所以可以計(jì)算簡(jiǎn)單的偏移以便訪問(wèn)各自的比特。此外，由于IP分組頭標(biāo)沒(méi)有被包含在校驗(yàn)和計(jì)算中，或由IPv6安全特性加擾，所以不需要其它特別的考慮。很清楚，可以在任何發(fā)生擁塞的ATM節(jié)點(diǎn)進(jìn)行這樣的ECN比特標(biāo)記，不管該ATM節(jié)點(diǎn)是ATM接入節(jié)點(diǎn)還是ATM骨干設(shè)備。此外，這種方法可以與任何下面一個(gè)ATM承載能力，即CBR、VBR、ABR、UBR一起使用。
AAL5定界符標(biāo)志檢測(cè)能力已經(jīng)在許多商用ATM廠商設(shè)備中被廣泛提供。特別是，這個(gè)功能被要求來(lái)實(shí)現(xiàn)眾所周知的分組丟棄方案，即早期和部分信元丟棄。這些方案也監(jiān)視AAL5分組定界符，在擁塞時(shí)(或即將擁塞時(shí))利用它們丟棄整個(gè)IP分組，從而降低分組分段的有害影響。因此，分組丟棄和ECN擁塞通知方法可以被用于ATM節(jié)點(diǎn)。
對(duì)于多等級(jí)隊(duì)列，閾值可以被用來(lái)表示不同擁塞等級(jí)。在發(fā)生輕微擁塞的時(shí)段，IP分組中的ECN比特可以利用本發(fā)明被設(shè)置。如果擁塞持續(xù)或加劇，則可以改而進(jìn)行分組丟棄。盡管擁塞指示符的選擇還未被最終確定，但為了保證與先進(jìn)的IPv6類(lèi)型路由器可靠地配合動(dòng)作，可以使用諸如RED的技術(shù)。這有助于限制虛假通知。對(duì)于下面是ABR連接的特殊情況，ECN比特指示也可以被與顯式速率(ER)控制機(jī)制結(jié)合。
不過(guò)，分組分段影響對(duì)ECN類(lèi)型方案提出了問(wèn)題。IPv6協(xié)議允許分組“通過(guò)隧道傳輸”以在路由改變時(shí)減輕分組分段的影響。這基本上意味著被封裝的分組的DS字節(jié)被復(fù)制到輸出IP分組(在隧道的入口處)的頭標(biāo)中。但是，目前的標(biāo)準(zhǔn)不要求在隧道的出口處將DS字節(jié)復(fù)制回被封裝的分組的頭標(biāo)中，這樣ECN信息就被丟失。因此，當(dāng)分組分段出現(xiàn)時(shí)，簡(jiǎn)單地在最外面的封裝層中設(shè)置ECN比特還不能使過(guò)載的源降低速率。盡管如此，由于這個(gè)問(wèn)題在任何方式下都不是特定于ATM的，所以IP標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行自我修改作為一個(gè)解決方案。此外，分組分段可能很少，特別是在能夠處理更大分組尺寸的先進(jìn)的IPv6路由器越來(lái)越常見(jiàn)的情況下。同樣，如果IP主機(jī)被直接連接到ATM子網(wǎng)，即沒(méi)有通過(guò)ATM承載多協(xié)議(MPOA)解決方案的中間IP子網(wǎng)，分組分段問(wèn)題就不會(huì)出現(xiàn)。
總之，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)，新的業(yè)務(wù)定義開(kāi)始出現(xiàn)，其目的是為了提高IP網(wǎng)絡(luò)上端到端用戶(hù)性能。這樣的一個(gè)例子是被建議的區(qū)分業(yè)務(wù)范例，它也很可能包括在擁塞期間直接通知源的ECN能力。同時(shí)，正在進(jìn)行的ATM技術(shù)的發(fā)展意味著ATM承載IP正在成為一個(gè)日益重要的問(wèn)題。這種集成帶來(lái)的問(wèn)題是由于重建開(kāi)銷(xiāo)等，對(duì)于基于信元的ATM交換機(jī)，很難修改IP分組中的擁塞控制信息。不過(guò)，對(duì)于ECN-ATM指示的情況，由于擁塞信息是最小的，即一個(gè)比特，所以直接的ATM級(jí)的結(jié)合是可行的。根據(jù)本發(fā)明，ECN方案被規(guī)定允許ATM網(wǎng)絡(luò)參加IP級(jí)的ECN通知方案。該方案的復(fù)雜度最小且使用AAL5分組尾標(biāo)來(lái)檢測(cè)分組邊界并在轉(zhuǎn)換IPv6分組時(shí)定位恰當(dāng)?shù)腅CN比特。所要求的功能是獨(dú)立于基礎(chǔ)ATM承載靈活性的且在ATM接入設(shè)備和骨干節(jié)點(diǎn)中都可以被實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的ECN方案帶來(lái)了ATM網(wǎng)絡(luò)上有ECN能力的IP業(yè)務(wù)的性能的提高。
上面對(duì)于本發(fā)明的示范實(shí)施方案的描述是用來(lái)示例和描述目的的。這并不意味著它就是詳盡的，也不意味著將本發(fā)明限制在所公開(kāi)的精確形式上。根據(jù)上面的示教，可以進(jìn)行許多修改和變更。本發(fā)明的范圍并不局限于這里的詳細(xì)描述，它是被所附加的權(quán)利要求所限制的。
權(quán)利要求
1．一種用于混合的IP-ATM網(wǎng)絡(luò)中的擁塞管理的方法，它包括在ATM信元中使用AAL5分組尾標(biāo)來(lái)檢測(cè)用以識(shí)別一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元的分組邊界；判定一個(gè)ATM信元是否能夠使用顯式擁塞通知來(lái)指示擁塞；以及在一個(gè)有這種能力的ATM信元中設(shè)置一個(gè)顯式擁塞通知指示符以向源節(jié)點(diǎn)指示擁塞。
2．權(quán)利要求1的方法，其中使用分組尾標(biāo)還包括監(jiān)視一個(gè)用來(lái)指示一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的結(jié)束的標(biāo)志。
3．權(quán)利要求2的方法，還包括重置分組結(jié)束標(biāo)志到關(guān)狀態(tài)，以使得下一個(gè)ATM信元被看作是一個(gè)分組的第一個(gè)信元并發(fā)送該信元。
4．權(quán)利要求3的方法，還包括判定下一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元。
5．權(quán)利要求4的方法，還包括當(dāng)下一個(gè)ATM信元不是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元時(shí)，發(fā)送該ATM信元。
6．權(quán)利要求4的方法，還包括判定是否ATM擁塞與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)。
7．權(quán)利要求6的方法，還包括當(dāng)擁塞不與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)時(shí)，發(fā)送該下一個(gè)ATM信元。
8．一臺(tái)ATM交換機(jī)，包括用來(lái)在其上接收ATM信元的接收端口；被連接到接收端口用來(lái)存儲(chǔ)要處理的ATM信元的緩沖器；被連接到緩沖器用來(lái)控制ATM信元處理的處理器；以及被連接到緩沖器用來(lái)發(fā)送緩沖器中的ATM信元的發(fā)送端口；其中處理器提供混合的IP-ATM網(wǎng)絡(luò)中的擁塞管理，處理器在接收到的ATM信元中使用AAL5分組尾標(biāo)以檢測(cè)用來(lái)識(shí)別一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元的分組邊界，判定一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元是否能夠使用顯式擁塞通知來(lái)指示擁塞并在一個(gè)有這種能力的ATM信元中設(shè)置一個(gè)顯式擁塞通知指示符以向源節(jié)點(diǎn)指示擁塞。
9．權(quán)利要求8的ATM交換機(jī)，其中使用的分組尾標(biāo)還包括監(jiān)視一個(gè)用來(lái)指示一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的結(jié)束的標(biāo)志。
10．權(quán)利要求9的方法，還包括重置分組結(jié)束標(biāo)志到關(guān)狀態(tài)，以使得下一個(gè)ATM信元被看作是一個(gè)分組的第一個(gè)信元并發(fā)送該信元。
11．權(quán)利要求10的方法，還包括判定下一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的第一個(gè)信元。
12．權(quán)利要求11的方法，還包括當(dāng)下一個(gè)ATM信元不是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元時(shí)，發(fā)送該ATM信元。
13．權(quán)利要求11的方法，還包括判定是否ATM擁塞與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)。
14．權(quán)利要求13的方法，還包括當(dāng)擁塞不與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)時(shí)，發(fā)送下一個(gè)ATM信元。
15．用于基于處理器的ATM交換機(jī)的制造的產(chǎn)品，它包括一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體，該媒體中具有使處理器完成包含如下步驟的方法的指令在ATM信元中使用AAL5分組尾標(biāo)來(lái)檢測(cè)用以識(shí)別一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元的分組邊界；判定一個(gè)ATM信元是否能夠使用顯式擁塞通知來(lái)指示擁塞；以及在一個(gè)有這種能力的ATM信元中設(shè)置一個(gè)顯式擁塞通知指示符以向源節(jié)點(diǎn)指示擁塞。
16．權(quán)利要求15的方法，其中使用分組尾標(biāo)還包括監(jiān)視一個(gè)用來(lái)指示一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的結(jié)束的標(biāo)志。
17．權(quán)利要求16的方法，還包括重置分組結(jié)束標(biāo)志到關(guān)狀態(tài)，以使得下一個(gè)ATM信元被看作是一個(gè)分組的第一個(gè)信元并發(fā)送該信元。
18．權(quán)利要求17的方法，還包括判定下一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的第一個(gè)信元。
19．權(quán)利要求18的方法，還包括當(dāng)下一個(gè)ATM信元不是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元時(shí)，發(fā)送該ATM信元。
20．權(quán)利要求18的方法，還包括判定是否ATM擁塞與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)。
21．權(quán)利要求20的方法，還包括當(dāng)擁塞不與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)時(shí)，發(fā)送該下一個(gè)ATM信元。
全文摘要
一種將IP ECN與ATM擁塞控制相結(jié)合的方法和設(shè)備被公開(kāi)。本發(fā)明用最小的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度將IP－ECN擴(kuò)展到ATM裝置。這樣,ATM上的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的性能被提高,而不要求在ATM層進(jìn)行分組重構(gòu)。該方法包括在ATM信元中使用AAL5分組尾標(biāo)來(lái)檢測(cè)用以識(shí)別一個(gè)IP分組中的第一個(gè)信元的分組邊界,判定是否一個(gè)ATM信元能夠使用顯式擁塞通知來(lái)指示擁塞,以及在一個(gè)有這種能力的ATM信元中設(shè)置一個(gè)顯式擁塞通知指示符以向源節(jié)點(diǎn)指示擁塞。分組尾標(biāo)的使用還包括監(jiān)視一個(gè)用來(lái)指示一個(gè)ATM信元是否是分組的結(jié)束的標(biāo)志。該方法還包括重置分組結(jié)束標(biāo)志到關(guān)狀態(tài),以使得下一個(gè)ATM信元被看作是一個(gè)分組的第一個(gè)信元并發(fā)送該信元(880)。判定下一個(gè)ATM信元是否是一個(gè)分組的第一個(gè)信元。當(dāng)下一個(gè)ATM信元不是一個(gè)分組的第一個(gè)ATM信元時(shí),發(fā)送該ATM信元。然后判定是否ATM擁塞與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)。當(dāng)擁塞不與下一個(gè)ATM信元相關(guān)聯(lián)時(shí),發(fā)送該下一個(gè)ATM信元。
文檔編號(hào)H04Q11/04GK1323472SQ99812139
公開(kāi)日2001年11月21日 申請(qǐng)日期1999年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月13日
發(fā)明者S·迪克西特, N·漢尼 申請(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)公司