以太网流量监控方法研究
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第 1 种算法只能统计黄 、绿流量的总和 ,即 G + y = PBS + PIR ×T ,无法准确将其分开 ;而第 2 种算 法的黄 、绿流量可以准确地单独统计 ,即 G = CBS + CIR ×T , Y = EBS + EIR ×T 。由此可看 ,对以太网的 流量管理优选第 2 种算法 。
(下转第 16 页)
进入网络带有标记的信息包可根据网络运行状态确
定其采取的措施 ,如红色信息包立即丢弃 ,黄色信息 包尽力而为地传输 ,遇到网络拥塞时进行选择性丢 弃 ,绿色信息包按照最小的包丢失概率全力以赴地 传输 。
另外 ,根据流量监控的位置 ,接入到本监控点的 信息包可能已被标记 ,也可能未被标记 ,据此有 2 种
(上接第 5 页)
2 实现逻辑流程
采用
CIR/ EIR 方式 实现双令牌
桶三速率标
记算法的逻
辑流程如图 3 所示 。在图 3 中 ,设定初始 t0 时 刻 2 个 令牌桶中可 用的存储空
图 3 双速率三颜色令牌桶算法流程图
间为 : B c ( t0) = CBS , B e ( t0) = EBS , 在特定的时间间 隔 T 内 ,以太网数据包陆续到达流量监控点 , 设定 T = tj - tj - 1 。
选择方式 ,即盲颜色方式和识别颜色方式 。盲颜色 方式对接入到令牌桶的流量重新测量 、打标记 ,而识 别颜色方式对信息包进行检测后 ,绿色包可能变为
红 、黄 、绿 ,黄色可能变为黄和红 。
112 CIR/ EIR 算法
与 PIR/ CIR 算法不同 ,CIR/ EIR 算法的 2 个令牌
桶采用并联方式工作 ,即信息速率不大于 CIR 或大于
收稿日期 :2005211222
4 2006 Radio Engineering Vo1136 No15
信息系统与网络
根据以上 6 个流量监控或业务带宽成形参数 , 对以太网信息包的带宽测量可以有 2 种算法 , 即 PIR/ CIR 算法和 CIR/ EIR 算法 , PIR/ CIR 算法包括 4 个参数 : PIR 、PBS、CIR 和 CBS , CIR/ EIR 算法包括 4 个参 数 : CIR 、CBS、EIR 和 EBS。在 算 法 当 中 , PIR/ PBS、CIR/ CBS、EIR/ EBS 分别构成一个令牌桶 , 由此可看 ,每种算法都包括 2 个令牌桶 ,所以这 2 种 算法又称为双令牌桶算法 。下面对 2 种算法进行具 体分析和比较 。
2006 年 无线电工程 第 36 卷 第 5 期 5
信息系统与网络
5 结束语
可变中心组网通信是今后区域远距离无线通信
的发展方向 ,其较强的系统抗毁性和使用灵活性是
现代战争必不可少的 。本文通过对采用散射通信进
行可变中心组网的研究分析 ,结合不同传输手段的
通信特点 ,提出几种可行的无线 、超视距 、可变中心
为了检测下一时刻到达数据包的流量合法性 , 需要对 CIR、EIR 两个令牌桶的允许存储空间进行计 算以判断通过容许度 ,2 个令牌桶的允许存储空间 按照时间间隔 T 进行定时更新 。
CIR/ CBS、EIR/ EBS 的允许存储空间计算公式分 别如式 (1) 和式 (2) 所示 。
Bc ( tj) = min
信息系统与网络
以太网流量监控方法研究
刘增辉
( 中国电子科技集团公司第 54 研究所 ,河北 石家庄 050081)
摘 要 通过研究帧中继 、IP、ATM 等分组业务的流量监控算法 ,提出了可适用于光传输网络的以太网流量的 2 种监控算 法 :PIR/ CIR 和 CIR/ EIR。通过比较发现 CIR/ EIR 算法的可控性和准确性比 PIR/ CIR 高 。最后通过计算机仿真和 ATM 平台移 植对理论分析进行了验证 。
图 2 以 太 网 流 量 监 控 算 法 ( CIR/ EIR)
图 2 中同时标出了盲颜色和识别颜色的 2 种工
作方式 ,对于识别颜色方式 ,黄色数据包直接到第
2 个令牌桶检测 ,颜色不变或输出为红色 ,绿色和未
打标记数据包输入到第 1 个令牌桶按照盲颜色方式
重新进行颜色标记 。
113 Baidu Nhomakorabea较
上述 2 种算法的参数很相似 , 如 PIR = CIR + EIR ,使用时都要求 CBS、PBS、EBS 要大于最大的以 太网包长 ,即不小于 1 518 bytes。同时 2 种算法又有 不同点 ,第 1 种算法所有信息包需要进行 2 个令牌 桶的 2 级监测 ,占用资源且效率相对较低 。另外 ,当 混合的黄色和绿色信息流通过 PIR/ PBS 令牌桶检测 时 ,如果黄色信息包长度瞬间超过令牌桶空间深度 时会造成本来应为绿色信息包的拥塞 ,即便在 CIR/ CBS令牌桶有足够的存储空间 ,PIR/ PBS 令牌桶 也将标记该信息包为红色 ;第 2 种算法令牌桶由串 连改为并联后 ,绿色和黄色输入信息包经过了分流 处理 ,不存在黄色信息包与绿色信息包争用存储空 间的问题 ,因此流量统计比较清晰 ,带宽参数的可调 整性和准确性明显优于第 1 种算法 。
长度超过 CBS ,则此类
信息包被标记为黄色 ,
小于 CIR 速 率 或 大 于
CIR 速率且瞬间到达信
息包长度小于 CBS 时
的信息包标记为绿色 。
PIR/ CIR 算法示意图如 图 1 以太网流量监控算法
图 1 所示 。
( PIR/ CIR)
经过 2 个令牌桶检测后的所有信息包都被打上 了红 、黄 、绿标记 ,该标记通过信息包的特定比特位 指示 ,因此该算法也叫做双速率三颜色标记算法 。
111 PIR/ CIR 算法
PIR/ CIR 算法中的 2 个令牌桶按照串连方式对 信息流量进行监控和测量 , 当信息流量速率大于 PIR 且瞬间到达的信息包长度大于 PBS 时 ,符合该 条件的信息包被标记为红色 ,此类信息包不再经过 第 2 个令牌桶检测 ;当信息流量大于 PIR 且瞬间到 达的信息包长度小于 PBS 或信息速率小于 PIR 时 , 满足此类的信息包继续通过第 2 个令牌桶进行检 测 。到达第 2 个令牌桶的信息包如果速率超过 CIR 且瞬 间 到 达 信 息 包 的
0 引言
以太网是最成熟的局域网互连技术 ,在园区网 、 校园网等网络中得到了广泛应用 。因直接传输的距 离限制 ,组建城域网 、城际网时必须借助 NNI 承载技 术才能实现 ,相应标准 ITU - T 已做了规定 ,对于商 用网络 ,为防止网络拥塞及信息费率统计之需要 ,在 UNI 和 NNI 接口上需要对进入网络的以太网流量进 行签约 、监控和测量 。目前在流控和监测方面应用 较多的是双令牌桶算 法 , 如 ITU - T 制 定 的 有 关 ATM 流控的 GCRA 算法 ,MEF 制定的有关帧中继流 控的 CIR/ EIR 算法和 IETF 制定的有关 IP 流控的 PIR/ CIR 算法 。ATM 是定长信息包的流量监控 ,帧 中继 、IP 是变长信息包处理 ,因此 ,对变长的以太网 信息包进行监控时需要借鉴帧中继和 IP 的流控方 法 。在国际电联研究的有关以太网服务 、传输 、流 控 、维护和管理等建议中 ,就以太网流量管理也正在 研究 、完善和修改中 ,下面对这些算法进行比较 、总 结并提出合理建议 。
1 算法定义和比较
分组网中影响业务服务质量 QoS 的主要参数 有 :分组丢失率 、分组时延和分组抖动 ,电路型业务
如话音 、传真 、实时视频等经过分组网传输时 ,要求 分组丢失率小 、低时延和低抖动等 ,而对于基于 IP 的网络浏览 、文件传送 FTP、电子邮件等分组型业务 经过网络传输时 ,因其高层有差错控制 、人机互动等 操作而对分组丢失率 、传输时延 、抖动等参数要求相 对较低 。多种信息在分组网上同时传输时 ,一旦网 络拥塞 ,网络就可根据业务的服务质量参数进行有 选择的丢弃和处理 ,因此需要在网络的 UNI、NNI 接 口根据业务服务参数定义网络测的监控参数 。
关键词 承诺速率 CIR ;额外速率 EIR ;峰值速率 PIR ;令牌桶 ;双速率三颜色标记算法 中图分类号 TN91312 文献标识码 A
Study on Traffic Metering Algorithms for Ethernet Services
LIU Zeng2hui
( The 54 th Research Institute of CETC , Shijiazhuang Hebei 050081 , China) Abstract This paper presents two traffic metering algorithm PIR/ CIR and CIR/ EIR which are suitable to ethernet transmitting over optical network based on the study of a lot of the traffic metering algorithms of packet traffic such as Frame Relay , IP and ATM services. By comparing these two algorithms , it shows that CIR/ EIR has better characteristics than PIR/ CIR. Finally , we validate the theoretical analysis by computer simulation and transportability over ATM network. Key words promised information rate ;excess information rate ;peak information rate ;token bucket ;two2rate three2color marker
组网方案 ,部分组网方式已在实际中应用 ,下一步的
工作重点是使用散射通信手段实现更快速的组网 ,
以期得到更广泛的应用 。
±
参考文献 [1 ] 刘圣民 ,熊兆飞编. 对流层散射通信技术 [ M] . 北京 : 国
防工业出版社 ,1982. [2 ] 木下和彦. 多点对多点通信的路径控制与网络设计 [J ] .
信学论 ,1999 ;J82 - B (10) :1773 - 1781. [3 ] 李亮 ,李伟生. 网络设备仿真系统的设计与实现 [J ] . 无
线电工程 ,2005 ,35 (7) :20 - 22.
作者简介 张涛 男 , (1968 - ) ,中国电子科技集团公司第 54 研究所高级
工程师 。主要研究方向 :无线通信 。
网络侧的主要参数有 : ·峰值信息速率 PIR :带宽允许时的瞬间最大信 息传输速率 (bit/ s) ; ·峰值信息突发长度 PBS : 带宽允许时以超过 PIR 速率传输的最大信息长度 (byte) ; ·承诺信息速率 CIR :确保服务质量的最大信息 传输速率 (bit/ s) ; ·承诺信息突发长度 CBS :瞬间超过 CIR 速率但 能确保服务质量的最大信息长度 (byte) ; ·额外信息速率 EIR :峰值信息速率与承诺信息 速率之差 (bit/ s) ; ·额外信息突发长度 EBS :网络可接受的瞬间额 外信息长度 (byte) 。
CBS , B c ( tj -
1)
+
CIR 8
×(
tj
-
tj - 1)
(1)
Be ( tj) =
EBS , B e ( tj - 1)
+
EIR 8
×(
tj
-
tj - 1)
+
] CF ×O ( tj)
(2)
O ( tj)
CIR 且瞬间达到信息包长度小于 CBS 的信息包直接
标记为绿色 ,不需要通过第 2 个令牌桶检测 ,当信息
速率大于 CIR 且又不满足 CBS 要求时 ,通过第 2 个令
牌桶继续检测 ,当信
息包速率大于 CIR 和
EIR 之和且瞬间到达
包长度大于 EBS 时 ,
则这 些 包 标 记 为 红
色 ,否则信息包被标 记为黄色 ,该算法示 意图如图 2 所示。
(下转第 16 页)
进入网络带有标记的信息包可根据网络运行状态确
定其采取的措施 ,如红色信息包立即丢弃 ,黄色信息 包尽力而为地传输 ,遇到网络拥塞时进行选择性丢 弃 ,绿色信息包按照最小的包丢失概率全力以赴地 传输 。
另外 ,根据流量监控的位置 ,接入到本监控点的 信息包可能已被标记 ,也可能未被标记 ,据此有 2 种
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2 实现逻辑流程
采用
CIR/ EIR 方式 实现双令牌
桶三速率标
记算法的逻
辑流程如图 3 所示 。在图 3 中 ,设定初始 t0 时 刻 2 个 令牌桶中可 用的存储空
图 3 双速率三颜色令牌桶算法流程图
间为 : B c ( t0) = CBS , B e ( t0) = EBS , 在特定的时间间 隔 T 内 ,以太网数据包陆续到达流量监控点 , 设定 T = tj - tj - 1 。
选择方式 ,即盲颜色方式和识别颜色方式 。盲颜色 方式对接入到令牌桶的流量重新测量 、打标记 ,而识 别颜色方式对信息包进行检测后 ,绿色包可能变为
红 、黄 、绿 ,黄色可能变为黄和红 。
112 CIR/ EIR 算法
与 PIR/ CIR 算法不同 ,CIR/ EIR 算法的 2 个令牌
桶采用并联方式工作 ,即信息速率不大于 CIR 或大于
收稿日期 :2005211222
4 2006 Radio Engineering Vo1136 No15
信息系统与网络
根据以上 6 个流量监控或业务带宽成形参数 , 对以太网信息包的带宽测量可以有 2 种算法 , 即 PIR/ CIR 算法和 CIR/ EIR 算法 , PIR/ CIR 算法包括 4 个参数 : PIR 、PBS、CIR 和 CBS , CIR/ EIR 算法包括 4 个参 数 : CIR 、CBS、EIR 和 EBS。在 算 法 当 中 , PIR/ PBS、CIR/ CBS、EIR/ EBS 分别构成一个令牌桶 , 由此可看 ,每种算法都包括 2 个令牌桶 ,所以这 2 种 算法又称为双令牌桶算法 。下面对 2 种算法进行具 体分析和比较 。
2006 年 无线电工程 第 36 卷 第 5 期 5
信息系统与网络
5 结束语
可变中心组网通信是今后区域远距离无线通信
的发展方向 ,其较强的系统抗毁性和使用灵活性是
现代战争必不可少的 。本文通过对采用散射通信进
行可变中心组网的研究分析 ,结合不同传输手段的
通信特点 ,提出几种可行的无线 、超视距 、可变中心
为了检测下一时刻到达数据包的流量合法性 , 需要对 CIR、EIR 两个令牌桶的允许存储空间进行计 算以判断通过容许度 ,2 个令牌桶的允许存储空间 按照时间间隔 T 进行定时更新 。
CIR/ CBS、EIR/ EBS 的允许存储空间计算公式分 别如式 (1) 和式 (2) 所示 。
Bc ( tj) = min
信息系统与网络
以太网流量监控方法研究
刘增辉
( 中国电子科技集团公司第 54 研究所 ,河北 石家庄 050081)
摘 要 通过研究帧中继 、IP、ATM 等分组业务的流量监控算法 ,提出了可适用于光传输网络的以太网流量的 2 种监控算 法 :PIR/ CIR 和 CIR/ EIR。通过比较发现 CIR/ EIR 算法的可控性和准确性比 PIR/ CIR 高 。最后通过计算机仿真和 ATM 平台移 植对理论分析进行了验证 。
图 2 以 太 网 流 量 监 控 算 法 ( CIR/ EIR)
图 2 中同时标出了盲颜色和识别颜色的 2 种工
作方式 ,对于识别颜色方式 ,黄色数据包直接到第
2 个令牌桶检测 ,颜色不变或输出为红色 ,绿色和未
打标记数据包输入到第 1 个令牌桶按照盲颜色方式
重新进行颜色标记 。
113 Baidu Nhomakorabea较
上述 2 种算法的参数很相似 , 如 PIR = CIR + EIR ,使用时都要求 CBS、PBS、EBS 要大于最大的以 太网包长 ,即不小于 1 518 bytes。同时 2 种算法又有 不同点 ,第 1 种算法所有信息包需要进行 2 个令牌 桶的 2 级监测 ,占用资源且效率相对较低 。另外 ,当 混合的黄色和绿色信息流通过 PIR/ PBS 令牌桶检测 时 ,如果黄色信息包长度瞬间超过令牌桶空间深度 时会造成本来应为绿色信息包的拥塞 ,即便在 CIR/ CBS令牌桶有足够的存储空间 ,PIR/ PBS 令牌桶 也将标记该信息包为红色 ;第 2 种算法令牌桶由串 连改为并联后 ,绿色和黄色输入信息包经过了分流 处理 ,不存在黄色信息包与绿色信息包争用存储空 间的问题 ,因此流量统计比较清晰 ,带宽参数的可调 整性和准确性明显优于第 1 种算法 。
长度超过 CBS ,则此类
信息包被标记为黄色 ,
小于 CIR 速 率 或 大 于
CIR 速率且瞬间到达信
息包长度小于 CBS 时
的信息包标记为绿色 。
PIR/ CIR 算法示意图如 图 1 以太网流量监控算法
图 1 所示 。
( PIR/ CIR)
经过 2 个令牌桶检测后的所有信息包都被打上 了红 、黄 、绿标记 ,该标记通过信息包的特定比特位 指示 ,因此该算法也叫做双速率三颜色标记算法 。
111 PIR/ CIR 算法
PIR/ CIR 算法中的 2 个令牌桶按照串连方式对 信息流量进行监控和测量 , 当信息流量速率大于 PIR 且瞬间到达的信息包长度大于 PBS 时 ,符合该 条件的信息包被标记为红色 ,此类信息包不再经过 第 2 个令牌桶检测 ;当信息流量大于 PIR 且瞬间到 达的信息包长度小于 PBS 或信息速率小于 PIR 时 , 满足此类的信息包继续通过第 2 个令牌桶进行检 测 。到达第 2 个令牌桶的信息包如果速率超过 CIR 且瞬 间 到 达 信 息 包 的
0 引言
以太网是最成熟的局域网互连技术 ,在园区网 、 校园网等网络中得到了广泛应用 。因直接传输的距 离限制 ,组建城域网 、城际网时必须借助 NNI 承载技 术才能实现 ,相应标准 ITU - T 已做了规定 ,对于商 用网络 ,为防止网络拥塞及信息费率统计之需要 ,在 UNI 和 NNI 接口上需要对进入网络的以太网流量进 行签约 、监控和测量 。目前在流控和监测方面应用 较多的是双令牌桶算 法 , 如 ITU - T 制 定 的 有 关 ATM 流控的 GCRA 算法 ,MEF 制定的有关帧中继流 控的 CIR/ EIR 算法和 IETF 制定的有关 IP 流控的 PIR/ CIR 算法 。ATM 是定长信息包的流量监控 ,帧 中继 、IP 是变长信息包处理 ,因此 ,对变长的以太网 信息包进行监控时需要借鉴帧中继和 IP 的流控方 法 。在国际电联研究的有关以太网服务 、传输 、流 控 、维护和管理等建议中 ,就以太网流量管理也正在 研究 、完善和修改中 ,下面对这些算法进行比较 、总 结并提出合理建议 。
1 算法定义和比较
分组网中影响业务服务质量 QoS 的主要参数 有 :分组丢失率 、分组时延和分组抖动 ,电路型业务
如话音 、传真 、实时视频等经过分组网传输时 ,要求 分组丢失率小 、低时延和低抖动等 ,而对于基于 IP 的网络浏览 、文件传送 FTP、电子邮件等分组型业务 经过网络传输时 ,因其高层有差错控制 、人机互动等 操作而对分组丢失率 、传输时延 、抖动等参数要求相 对较低 。多种信息在分组网上同时传输时 ,一旦网 络拥塞 ,网络就可根据业务的服务质量参数进行有 选择的丢弃和处理 ,因此需要在网络的 UNI、NNI 接 口根据业务服务参数定义网络测的监控参数 。
关键词 承诺速率 CIR ;额外速率 EIR ;峰值速率 PIR ;令牌桶 ;双速率三颜色标记算法 中图分类号 TN91312 文献标识码 A
Study on Traffic Metering Algorithms for Ethernet Services
LIU Zeng2hui
( The 54 th Research Institute of CETC , Shijiazhuang Hebei 050081 , China) Abstract This paper presents two traffic metering algorithm PIR/ CIR and CIR/ EIR which are suitable to ethernet transmitting over optical network based on the study of a lot of the traffic metering algorithms of packet traffic such as Frame Relay , IP and ATM services. By comparing these two algorithms , it shows that CIR/ EIR has better characteristics than PIR/ CIR. Finally , we validate the theoretical analysis by computer simulation and transportability over ATM network. Key words promised information rate ;excess information rate ;peak information rate ;token bucket ;two2rate three2color marker
组网方案 ,部分组网方式已在实际中应用 ,下一步的
工作重点是使用散射通信手段实现更快速的组网 ,
以期得到更广泛的应用 。
±
参考文献 [1 ] 刘圣民 ,熊兆飞编. 对流层散射通信技术 [ M] . 北京 : 国
防工业出版社 ,1982. [2 ] 木下和彦. 多点对多点通信的路径控制与网络设计 [J ] .
信学论 ,1999 ;J82 - B (10) :1773 - 1781. [3 ] 李亮 ,李伟生. 网络设备仿真系统的设计与实现 [J ] . 无
线电工程 ,2005 ,35 (7) :20 - 22.
作者简介 张涛 男 , (1968 - ) ,中国电子科技集团公司第 54 研究所高级
工程师 。主要研究方向 :无线通信 。
网络侧的主要参数有 : ·峰值信息速率 PIR :带宽允许时的瞬间最大信 息传输速率 (bit/ s) ; ·峰值信息突发长度 PBS : 带宽允许时以超过 PIR 速率传输的最大信息长度 (byte) ; ·承诺信息速率 CIR :确保服务质量的最大信息 传输速率 (bit/ s) ; ·承诺信息突发长度 CBS :瞬间超过 CIR 速率但 能确保服务质量的最大信息长度 (byte) ; ·额外信息速率 EIR :峰值信息速率与承诺信息 速率之差 (bit/ s) ; ·额外信息突发长度 EBS :网络可接受的瞬间额 外信息长度 (byte) 。
CBS , B c ( tj -
1)
+
CIR 8
×(
tj
-
tj - 1)
(1)
Be ( tj) =
EBS , B e ( tj - 1)
+
EIR 8
×(
tj
-
tj - 1)
+
] CF ×O ( tj)
(2)
O ( tj)
CIR 且瞬间达到信息包长度小于 CBS 的信息包直接
标记为绿色 ,不需要通过第 2 个令牌桶检测 ,当信息
速率大于 CIR 且又不满足 CBS 要求时 ,通过第 2 个令
牌桶继续检测 ,当信
息包速率大于 CIR 和
EIR 之和且瞬间到达
包长度大于 EBS 时 ,
则这 些 包 标 记 为 红
色 ,否则信息包被标 记为黄色 ,该算法示 意图如图 2 所示。