專利名稱：電信網中的信息流控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及電信網中的信息流控制。具體地說，本發(fā)明涉及分組交換電信網中尤其是采用傳輸控制協(xié)議(TCP)作為傳送層協(xié)議的網絡中的擁塞控制。
眾所周知，TCP是數(shù)據傳送的最通用的傳送層協(xié)議。在兩個進行通信的主機之間，它提供了一種面向連接的可靠的數(shù)據傳送。(主機是指連接到網絡的計算機，或者是任何可以連接到一個網絡以便為另一個連接到同一網絡的主機提供服務的系統(tǒng))。TCP采用了多種技術，通過監(jiān)測各種與連接有關的變量來充分發(fā)揮該連接的性能。例如，TCP包括一種避免擁塞的內部算法。
ATM(異步傳送方式)本身是一種(較新的)面向連接的分組交換技術，國際電信標準化組織ITU-T已將這一技術選作寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(B-ISDN)的目標方案。在ATM網中，通過采用標準長度(53個字節(jié))的短分組(通稱為信元)，已消除常規(guī)分組網所存在的問題。ATM網很快被作為骨干網，用于TCP/IP網(比如因特網)的各個部分。
雖然ATM被設計成用來提供一種端對端傳送級業(yè)務，但將來網絡很可能用這樣一種方式來實現(xiàn)(a)TCP/IP仍將作為事實上的網絡標準和(b)只有部分端對端的連接的路徑采用ATM來實現(xiàn)。因此，即使ATM繼續(xù)被應用，仍需要用TCP來提供端對端傳送功能。
ATM的采用還意味著，實現(xiàn)方式必須能支持廣泛采用TCP作為傳送層協(xié)議的大量傳統(tǒng)的現(xiàn)有數(shù)據應用。為將現(xiàn)有上層協(xié)議移入到ATM網中，以前已考慮了若干種在ATM網中進行擁塞控制的方法。
擁塞控制涉及到分組交換網業(yè)務管理的一般問題。擁塞是指在特定時刻的傳輸請求數(shù)超出了某一網絡點的傳輸容量(稱為瓶頸資源)的情形。通常，擁塞會導致過載狀況。結果，例如緩沖器溢出，從而網絡或者用戶要重發(fā)這些分組。一般而言，擁塞在進入特定鏈路的入局業(yè)務量大于出局鏈路容量時出現(xiàn)。擁塞控制的主要作用是為了確保良好的吞吐量和延時特性，同時保持對用戶合理的網絡資源分配。對于其業(yè)務量的分布情況常常具有高度突發(fā)性的TCP業(yè)務，擁塞控制帶來了一個復雜的問題。眾所周知，分組損失會導致TCP吞吐量嚴重下降。因此，為了具有盡可能好的吞吐量，應當達到最小數(shù)量的分組損失。
本發(fā)明涉及分組交換網中的擁塞控制。由于上述原因，這些網絡大多數(shù)是并且在可預見的將來仍將是TCP網或基于ATM的TCP網(即TCP提供端對端傳送功能而ATM網提供主要“比特管道”的網絡)。下面將簡要描述這些網絡的擁塞控制機制。
ATM專題詳細說明了五種不同的使業(yè)務特征和服務質量(QoS)要求與網絡特性相結合的業(yè)務類型。這些業(yè)務類型是恒定比特率(CBR)、實時可變比特率(rt-VBR)、非實時可變比特率(nrt-VBR)、有效比特率(ABR)和未指定比特率(UBR)。這些業(yè)務類型在保證業(yè)務和所謂的“最大努力業(yè)務”之間分配業(yè)務，后者是在使用了保證業(yè)務后插入到剩余帶寬的業(yè)務。
這種最大努力業(yè)務的一種可行的方案是使用ABR(有效比特率)信息流控制。在ABR信息流控制之后的基本思想是采用專門的信元，所謂的RM(資源管理)信元，以便調整信源速率。ABR信源通過發(fā)送與數(shù)據信元混合在一起的RM信元，定期探測網絡狀態(tài)(諸如帶寬利用率、擁塞狀態(tài)和緊急擁塞等因素)。這些RM信元在目的地處轉向并被送回到信源。沿這一路徑，ATM交換機可將擁塞信息寫在這些RM信元中。一旦接收到返回的RM信元，信源便可以根據這些信元所載帶的信息來提高、降低或保持其速率。
在基于ATM的TCP網中，信源與目的地之間通過一種IP/ATM/IP子網互連。

圖1示出了網絡中的TCP信源A與TCP目的地B之間的連接，其中該連接通路通過了一個采用ABR信息流控制的ATM網。當在ATM網中檢測到擁塞時，ABR速率控制生效，并命令邊緣路由器R1降低其到ATM網的傳輸速率。因此，ABR控制環(huán)的目的在于命令該網絡的ATM信源降低其傳輸速率。如果擁塞仍存在，那么路由器中的緩沖器將達到其最大容量。結果，路由器開始丟棄一些分組，從而使TCP擁塞窗減小(擁塞窗概念將在后面詳述)。
從擁塞控制觀點來看，圖1中的網絡包括兩個獨立的控制環(huán)ABR控制環(huán)和TCP控制環(huán)。然而，這種取決于不同協(xié)議層上的雙擁塞控制方式的擁塞控制可能對網絡的性能產生意外的和不希望有的干擾。為了更精確地處理這種干擾，內控制環(huán)(ABR環(huán))可在外控制環(huán)(TCP環(huán))中產生一些意外的延時。
一種支持這種最大努力業(yè)務的替代方法是采用具有足夠大緩沖器的UBR業(yè)務并使諸如TCP的較高層協(xié)議來處理過載或擁塞情況。圖2示出了這種網絡即基于UBR的TCP網。這種網絡的節(jié)點包括當擁塞出現(xiàn)時丟棄一些分組或信元的分組丟棄機制。當一個分組在網絡中某處被丟棄時，相應的TCP信源接收不到確認。因此，該TCP信源降低其傳輸速率。
UBR業(yè)務沒有采用信息流控制并且沒有提供服務質量的數(shù)值保證；因此，它也是所提供的最小代價的業(yè)務。然而，由于其簡單性，在擁塞的網絡中，沒有足夠緩沖器容量的普通UBR的性能差。
為了消除這一缺點，已提出了一些更完善的擁塞控制手段。一種手段是所謂的早期分組丟棄(EPD)方案。根據這一早期分組丟棄方案，ATM交換機在緩沖器溢出之前減少總的分組。在這種方法中，基于ATM的TCP的吞吐量可大大改進，因為ATM交換機不必發(fā)送具有混雜信元的分組中的信元，即屬于至少一個信元被丟棄的一些分組中的信元(在任何情況下，這些分組可能在分組重組期間被丟棄)。EPD方案的另一個優(yōu)點在于，在ATM交換機中實現(xiàn)起來相對便宜。對這一主題感興趣的人，例如可從文章“A.Romanow &S.Floyd，‘Dynamics of TCP Traffic over ATM Networks’，Proc.ACM SIGCOMM’94，pp.79-88，August 1994”中看到EPD方法的詳細描述。
然而，EPD方法對待用戶仍是不公平的。這是因為，EPD方案丟棄了所有連接中的全部分組，而不考慮它們當前的速率或它們在緩沖器中的相對份額，即不考慮它們對過載情況所起的相對作用。為了彌補這一缺陷，已提出了選擇性刪除方法的若干種變形。其中一種方法如文章“Rohit Goyal，‘Performance of TCP/IP overUBR+’，ATM專題/96-1269”中所述。這種方法在交換機中采用一種FIFO緩沖器，并執(zhí)行某種每虛電路統(tǒng)計以記錄每一虛電路的緩沖器占用率。在這一方法中，只有過載連接中的信元可被刪除，而欠載連接可以提高其吞吐量。
盡管有上述所有改進，現(xiàn)有技術擁塞控制方法仍存在這樣一種主要缺點當在網絡中檢測到過載時無法向信源發(fā)出早期告警。換言之，信源不能迅速得知過載，以便降低其輸出速率。
本發(fā)明的目的是要消除上述缺點并給出一種方法，利用這種方法，可采用一種簡單的實施方式在網絡過載或擁塞的早期就通知信源并要求信源降低其傳輸速率。其目的還在于，本方法使得可采用一種有效方式使TCP與ATM信息流控制機制相配合。
這一目的可用獨立權利要求書中所闡述的方案來達到。
本發(fā)明的基本思想是延時從目的地發(fā)向發(fā)送器的確認。這可以在已檢測到擁塞的同一網絡點實現(xiàn)，或者說，檢測過載或擁塞的一個網絡點可以指定另一網絡點延時這些確認。因此，利用本發(fā)明，擁塞控制可在連接的返回通路上完成，而現(xiàn)有技術系統(tǒng)卻是在正向通路上控制業(yè)務。根據本發(fā)明的網絡不是在正向通路上丟棄分組或信元，而是在返回通路上延時確認，從而使TCP信源降低其輸出速率。
本發(fā)明提供了一種經濟的解決方案，用于向TCP信源發(fā)出在網絡中快要過載或擁塞的一個早期告警。注意到傳送協(xié)議TCP本身不必以任何方式進行修改也是很重要的。為了應用本發(fā)明，網絡中必須引進一種擁塞控制算法，不過，為了這一目的，基于UBR的TCP中的許多現(xiàn)存的控制算法只需稍加修改即可采用。
另外，利用本發(fā)明，可使TCP信源的輸出速率平穩(wěn)變化，這又使得更好地利用了帶寬。再者，由于變化量減小了，因此對緩沖器容量的要求也降低了。
根據本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，來自ATM網絡點的負載電平信息通過RM信元被傳送到提供ATM網接入點的節(jié)點中，然后根據RM信元中所含的信息，在所述接入節(jié)點中延時確認。在這一方式中，TCP與ATM信息流控制機制可互相依賴，從而使它們的作用更有效地相結合。
利用本發(fā)明，可大大改進連接的性能，尤其在長等待時間的網絡中。
下面，將參照附圖中所示的例子來詳述本發(fā)明及其優(yōu)選實施方式，其中圖1示出了通過基于ABR的ATM子網的TCP連接通路，圖2示出了通過基于UBR的ATM子網的TCP連接通路，圖3示出了根據本發(fā)明在基于ATM的TCP網中的信息流控制環(huán)，圖4a示出了在IP交換機中這種新方法的一種可能的實現(xiàn)方式，圖4b是說明圖4a中的實現(xiàn)方式的重要時刻的時序圖，圖5是說明確定延時值的方法的流程圖，圖6a示出了在交換機中確認的延時的另一種可能的實現(xiàn)方式，圖6b示出了一種采用確認緩沖器的替代方式，圖7a示出了將本方法應用于IP網的一種方式，圖7b示出了將本方法應用于IP網的另一種方式，
圖8a示出了將本方法應用于ATM網的一種方式，圖8b示出了將本方法應用于ATM網的另一種方式，圖9示出了根據本發(fā)明優(yōu)選實施方式的TCP與ATM信息流控制環(huán)的互通，圖10示出了在已知的TCP網中信源與業(yè)務目的地之間的分組傳送的例子，圖11示出了采用根據本發(fā)明的方法在TCP網中信源與業(yè)務目的地之間的分組傳送的例子，圖12是說明本方法的另一實施方式的流程圖，和圖13示出了在IP交換機中根據圖12的方法的一種可能的實現(xiàn)方式。
圖3通過示出基于ATM的TCP網中的兩個用戶終端(A與B)即采用TCP作為傳送層協(xié)議的用戶終端之間的連接說明了本發(fā)明的基本原理。除了用戶終端的接入節(jié)點(AN1和AN2)外，只示出了一個中間節(jié)點(N1)和連接這些節(jié)點的傳輸線(TL1、TL2)。
主機A與B之間的TCP連接與任何其他TCP連接一樣通過主機之間的協(xié)商來進行，以打開該連接。這一初始協(xié)商稱作三方信號交接，因為在這一交接期間有三個開放式段被發(fā)送。術語“段”是指TCP傳送到IP(因特網協(xié)議)的信息單元。將IP報頭加到這些TCP段以構成IP數(shù)據報，即這些TCP段在作為IP所使用的信息單元的IP數(shù)據報中被發(fā)送到接收機。在初始交接過程中，主機彼此通知對方例如它們將要接受的最大段的大小。這樣，可以避免TCP段的分段存儲，因為分段存儲會大大降低TCP連接的性能。
初始交接完成后，主機開始通過TCP段來發(fā)送數(shù)據。每個未受損壞的包括交接段的TCP段都被確認。為說明本發(fā)明的基本思想，假定主機A向主機B發(fā)送一個TCP段。在網絡層，主機A將一個IP報頭加到該TCP段以構成一個IP數(shù)據報。這一數(shù)據報在位于ATM網ANW邊緣處的接入節(jié)點AN1中被轉換成標準ATM信元。數(shù)據報的這些信元通過ATM網的路由選擇發(fā)送到主機B的接入節(jié)點AN2。該接入節(jié)點根據所到達的信元重構原始IP數(shù)據報并將該IP數(shù)據報發(fā)送到主機B。主機B去除IP報頭便得到該TCP段。如果正確地接收了該段，那么主機B便向主機A發(fā)回一個確認TCP段ACKl。到此為止，網絡是按已知的方法進行操作的。
在接入節(jié)點AN1中，例如通過監(jiān)測緩沖發(fā)向ATM網的業(yè)務的一個或多個緩沖器的占用率，來監(jiān)測網絡的負載。如果檢測到過載，也就是說，如果緩沖器占用率超過預定值，那么在該節(jié)點中發(fā)送擁塞通知CM，以延時此刻通過交換機傳送到信源的確認。因此，當?shù)湫痛_認(ACK1)通過接入節(jié)點AN1時，如果節(jié)點AN1在這一特定時間段期間處于過載，則延時該確認。
TCP是少數(shù)幾個傳送協(xié)議之一，它當然具有擁塞控制機制。本發(fā)明的方案依賴于這種已知的TCP控制機制，換言之，在信源或目的地中不必需要其他控制機制。因此，下面將簡要描述這種機制。
TCP擁塞控制基于兩個變量接收機的通告窗(Wrcvr)和擁塞窗(CNWD)。接收機的通告窗作為接收機的緩沖器容量的大小被保存在接收機中，而擁塞窗作為網絡容量的大小被保存在發(fā)送器中。TCP信源決不發(fā)送比接收機的通告窗和擁塞窗的最小值更大的段。
TCP擁塞控制方法包括兩個階段慢起動和擁塞免除。在信源中保存一個稱為SSTHRES(慢起動閾值)的變量以便區(qū)分這兩個階段。在慢起動階段，信源通過發(fā)送一個TCP段來起動發(fā)送，即在開始時將CWND的值置1。當信源接收到確認時，它將CWND增加1，結果發(fā)送兩個以上的段。在這種方式中，在慢起動階段，每往返一次CWND的值加倍，因為每個段均被終點端確認。當CWND達到SSTHRES的值時，慢起動階段結束而擁塞免除階段開始。
如果在TCP連接中丟失了一個分組，那么該信源接收不到確認并暫停工作。當分組丟失時，信源將SSTHRES置為CWND值的一半。更確切地說，SSTHRES置為max{2，min{CWND/2，Wrcvr}}，而CWND置為1。從而，信源進入擁塞免除階段。在擁塞免除階段，每當一個段被確認，信源將其CWND增加1/CWND。
由于本發(fā)明不以任何方式改變上述已知的TCP擁塞控制機制，因此這里不再詳述該機制。對此感興趣的人可從一些描述這方面的書中查閱到更詳細的信息。(例如，參見“W.Richard Stevens，TCP/IP Illustrated Volume 1，The protocols，Addison-Wesley，1994，ISBN 0-201-63346-9”)。
根據本發(fā)明，當在某一網絡點檢測到過載或擁塞時，在返回通路上發(fā)向信源的一個或多個確認被延時。在這種方式中，按上述方法工作的TCP信源自動開始減慢其傳輸速率，或者，它至少不象在其他情況下那樣快速地提高其傳輸速率。這是因為，延時減慢了速率，信源以該速率增加其擁塞窗的大小。
圖4a通過一個例子來說明這一原理，在該例子中，這些確認在IP交換機的輸出端口OP處被延時。負載測量單元LMU通過測量緩沖正向通過交換機的業(yè)務的緩沖器的填充率(占用率)，來測量交換機的負載電平。注意，負載電平可用任何已知方法來確定。
反向通過交換機的IP數(shù)據報首先被發(fā)送到它們合適的輸出端口。在這種端口處，所接收的數(shù)據報被存儲在FIFO式輸出緩沖器OB中。
業(yè)務分離器TS從輸出緩沖器中讀出所存儲的分組，讀取方式是從緩沖器的第一存儲器單元ML1開始一次讀取一個分組。業(yè)務分離器按如下方式工作。
如果來自負載測量單元的擁塞信號CS指示交換機的負載低于預定電平，那么業(yè)務分離器將所有數(shù)據報(分組)直接轉發(fā)到出局鏈路OL，而不管這些數(shù)據報是否包括確認。
另一方面，如果擁塞信號CS指示負載電平達到了預定電平，那么業(yè)務分離器開始讀每個IP數(shù)據報中每個TCP報頭的確認比特。如果這一比特有效，即如果該數(shù)據報包括確認，那么業(yè)務分離器將該分組轉發(fā)到確認緩沖器AB。如果這一比特無效，那么業(yè)務分離器將該分組直接轉發(fā)到出局鏈路OL。因此，只有包括確認的分組被延時。
在確認緩沖器中，每個IP數(shù)據報被延時某一時間段。該時間段的長度最好與單元LMU所測量到的當前負載電平成正比。每個出局確認分組的延時時間段過后，分組被發(fā)送到出局鏈路。
如果ACKTi表示當一個具有確認的分組從業(yè)務分離器輸出到確認緩沖器時的時刻，而ACKTo表示當一個分組從確認緩沖器輸出到鏈路時的時刻，那么ACKTo可用下式表示ACKTo(j)＝ACKTi(j)+dj， j＝1，2，...
其中，j為分組序列號，而dj為與序列號為j的分組相應的延時的值。
圖4b分別示出了分組離開業(yè)務分離器和確認緩沖器時的時刻。假定，在ACKTo(7)(直到此時確認還沒有延時)之后檢測到過載。如果延時控制單元DCU接收到的擁塞信號指示負載的電平已超過預定值，那么延時控制單元執(zhí)行一個算法，確定下一個要傳送到鏈路的分組將被延時多久。所計算的值可以取決于一個或多個參數(shù)，比如當前業(yè)務速率，當前緩沖器占用率，或上一延時值(dj-1)。正如圖4b所示，延時的值可以隨分組的不同而不同。
圖5是說明這種算法的一個例子的流程圖，對于每個要從確認緩沖器AB中讀出的分組，延時控制單元都執(zhí)行該算法。
如果檢測到擁塞，那么根據下式來計算當前從確認緩沖器中讀出的分組的延時值dj(即當前分組被存儲在緩沖器中的時間長度)dj＝adj-1+(1-a)dM(1)其中dj-1為上一分組的延時值，dM為所測量的延時值，而a為平滑因子(最好a＜0.5＜1)。所測量的延時是實際延時，它正是在確認緩沖器接收到分組的時刻與從確認緩沖器中讀出分組的時刻之間所測量到的值。這一延時可被測量，作為某一時間段上或某些分組上的平均值。延時控制單元能完成這種測量。
如果檢測到擁塞并且如果dj-1＝0和dM＝0，即如果上一分組未被延時，且在某一預定的上述時間段內在確認緩沖器AB中還沒有分組，那么當前分組的延時值dj得到預定延時參數(shù)的值dinitial，即dj＝dinitial。
當交換機從擁塞或過載狀態(tài)恢復過來時，延時控制單元用下式來計算延時值djdj＝adj-1-(1-a)dM(2)。
(1)式中第二項的作用在于，當檢測到擁塞時平穩(wěn)地增大延時，而(2)式中第二項的作用在于，當網絡從擁塞恢復過來時平穩(wěn)地減小延時。
圖6a示出了在共用緩沖器交換機結構中根據圖4a的方案。在圖6a的實施方式中，在將每一分組發(fā)送到交換機的合適輸出端口OPi之前，所有分組都被緩存在共用緩沖器SB中。在其他方面，圖6a的實施方式與圖4a中所示的實施方式一致。業(yè)務分離器TSi(i＝1...n)也可以構成單獨的單元，該單元每次從共用緩沖器中讀出一個分組并將該分組傳送到合適的端口。延時控制單元DCU(圖6a中未示出)也可以作為所有輸出端口的一個公用單元來實現(xiàn)。
在圖4a和6a的實施方式中，確認緩沖器包含來自各個連接的分組，而所有這些分組根據同一延時算法被延時?；蛘哒f，這些分組可以根據每一連接在每個輸出端口被存儲，即每個IP連接(或每個TCP連接)的數(shù)據分組可存儲在各自的緩沖器中。在這些情況下，每個緩沖器可以是FIFO式緩沖器，因為即使不同的連接以不同的方式被延時，一個信號隊列的分組也不必重新排序。另外，每個連接在正向緩沖器中所占的相對份額也可通過負載電平的測量來確定，并且可根據測量值來延時這些連接。在這種方式中，給網絡加載越重，其連接的確認可延時越長。圖6b示出了這樣的替代實施方式，其中輸出端口有一個緩沖器單元BFU，它包括至少某些連接的各個隊列。
如果不采用與特定連接相關的緩沖器，并且如果不同的連接以不同的方式被延時，那么緩沖器例如可以是移位寄存器式存儲器，從而使分組重新排序，以便欠載連接的分組可以傳送過載連接的分組。
正如較前所述，在分組網中可采用根據本發(fā)明的擁塞控制方法。這意味著，這種網絡包括用戶終端，接入網絡的網絡接入點，以及交換機。用戶終端用作信源和目的地，即用作發(fā)送和接收數(shù)據的站點。交換機可以是分組交換機或ATM交換機。接入點例如可以是路由器，或者接入點可以執(zhí)行分組組合/重組、路由選擇或交換。確認分組的延時最好在這些接入點處進行，但該延時也可以在網絡的交換機中進行，如后面所述。
圖7a和7b示出了在IP網中實現(xiàn)本發(fā)明的兩種不同的方式。在圖7a的實施方式中，擁塞檢測以及確認的延時在接入IP網的接入交換機IPS1中進行。在圖7b的實施方式中，擁塞檢測在接入節(jié)點中進行，而確認的延時在用戶終端UT的TCP/IP協(xié)議棧中進行。擁塞通知CS被發(fā)送到用戶終端，在此，具有確認的分組在其被發(fā)送到TCP信源之前按上述方式被延時。
圖8a和8b示出了結合ATM網實現(xiàn)本發(fā)明的兩種不同的方式。在圖8a的實施方式中，擁塞檢測以及確認的延時在接入節(jié)點AN中進行。該接入節(jié)點可分為一個接口卡單元ICU和一個ATM交換機ASW。接口卡單元包括用于分段和用于IP數(shù)據報重組的ATM適配層(AAL)功能。在節(jié)點的ATM交換機部分中，例如通過監(jiān)測緩沖用戶發(fā)向網絡的業(yè)務的緩沖器的填充率(占用率)，來監(jiān)測擁塞。擁塞通知發(fā)送到接口卡單元，在此，按上述方式來延時重組的IP分組。在圖8b的實施方式中，擁塞在交換機ASW中被監(jiān)測，而確認分組在用戶終端UT的TCP/IP協(xié)議棧中被延時。
圖7a和8a中的實施方式是更優(yōu)的實施方式，因為在單一接入節(jié)點中實現(xiàn)確認的延時要比在用戶處的多個終端中實現(xiàn)確認的延時經濟得多。再者，用戶終端不必作任何方式的修改就能應用本發(fā)明當然再好不過了。
正如較前所述，在連接通路中，一個網絡單元可命令同一通路的另一個網絡單元進行延時。圖9通過示出兩個用戶終端(A和B)之間的連接，將TCP作為傳送層協(xié)議，來說明在基于ATM的TCP網中的這一原理。除了用戶終端的接入節(jié)點(ANS和AND)之外，只示出了一個中間ATM節(jié)點(N1)以及連接這些節(jié)點的傳輸線。假定，這些網絡節(jié)點在兩個方向上均有信道；一個正向信道和一個反向信道。為簡化描述，我們假定數(shù)據分組由終端A經接入節(jié)點ANS、一個或多個ATM交換機和接入節(jié)點AND發(fā)送到終端B(正向)，而確認由終端B經接入節(jié)點AND、一個或多個ATM交換機和接入節(jié)點ANS返回到終端A(反向)。正如前面所述，接入節(jié)點可分為一個接口卡單元ICU和一個ATM交換機ASW。接口卡單元包括用于分段和用于IP數(shù)據報重組的ATM適配層(AAL)功能。如在圖8a的例子中，確認的延時在接口卡單元中進行。然而，在這種情況下，擁塞不是在接入節(jié)點的ATM交換機部分中被監(jiān)測，而是在更遠的ATM網中的一個ATM交換機中被監(jiān)測。在圖9中，命令接入節(jié)點延時確認的所述ATM交換機是交換機N1。
在圖9的網絡中，ABR信息流控制出現(xiàn)在發(fā)送端系統(tǒng)(ANS)與接收端系統(tǒng)(AND)之間。關于在這種雙向ABR連接中的RM信元流，每個端接點既是發(fā)送又是接收端系統(tǒng)。如圖9中所示，對于從接入節(jié)點ANS到接入節(jié)點AND的正向信息流，有一個包含兩個RM信元流的控制環(huán)，一個信元流在正向上，另一個信元流在反向上。接入節(jié)點ANS生成正向RM信元，這些信元在接入節(jié)點AND處轉向并作為反向RM信元發(fā)回到接入節(jié)點ANS。這些反向的RM信元載有這些網絡節(jié)點和/或接入節(jié)點AND所提供的反饋信息。ATM網中的網絡節(jié)點比如節(jié)點N1可以-當反饋控制信息以正向或反向通過該節(jié)點時，將它們直接插入到RM信元中，
-通過將EFCI比特(顯式正向擁塞指示)置于正向傳送的數(shù)據信元(即用戶信元)的報頭，間接地將擁塞通知給信源。這樣，接入節(jié)點AND根據這一擁塞信息來更新反向RM信元，-生成反向RM信元。
因此，在該網絡內的接入節(jié)點中，至少有三種不同的控制確認的延時的方式。
在RM信元中，擁塞信息可以插入到例如45個八位字節(jié)長的“功能特定字段”，或者插入到長度為6比特的連續(xù)的“預訂”部分中。通過RM信元轉發(fā)到具有ABR性能的用戶的業(yè)務參數(shù)如ITU-T技術要求I.371中的第5.5.6.3條所述，而RM信元的結構如所述技術要求中的第7.1條所述，感興趣的讀者可從中查閱到RM信元更詳細的描述。
EFCI比特本身又是ATM信元報頭中的3比特寬的PTI(有效負載式指示器)字段中的正中比特。
根據本發(fā)明的這一優(yōu)選實施方式，當在ATM網絡節(jié)點處檢測到過載或擁塞時，相應的接入節(jié)點接收含有擁塞信息的反向RM信元。根據這一信息，接入節(jié)點的ATM交換機部分調整其發(fā)向ATM網的輸出速率，而信息流控制機制延時以反向信道傳送到信源的確認。在這種方式中，TCP信源自動開始減慢其傳輸速率，或者它至少不象在其他情況下那樣快速地提高其傳輸速率。正如較前所述，這是因為，延時減慢了速率，信源以該速率增大其擁塞窗。
在上述實施方式中，端對端ABR信息流控制無需改變互通TCP協(xié)議就能實現(xiàn)。換言之，可以經濟地實現(xiàn)ATM和TCP信息流控制環(huán)的互通。
圖10和11是說明TCP信源與TCP目的地之間段的交換的時間軌跡。信源示于左側而目的地示于右側。發(fā)送和接收事件用從3開始的序號來標記。
圖10給出了在常規(guī)網絡中(即在連接的返回通路上沒有采用本發(fā)明方法的網絡中)信源與目的地如何工作的一個例子。首先，信源處于慢起動階段。假定，網絡的負載逐漸增大，結果在序號21時刻所發(fā)送的分組P10在過載的網絡點中丟失了。此后，信源仍在發(fā)送分組，因為它接收的確認是按序的。在序號37時刻，信源終于得知所接收的確認序號超出了序列范圍并停止發(fā)送。
在41時刻，信源的計時器停止，信源重新發(fā)送分組P10。同時，信源進至擁塞免除階段。
圖11給出了當網絡采用本發(fā)明方法時數(shù)據交換的一個例子。這里，過載是在目的地發(fā)送了第七個確認(ACK7)后被檢測到。因此，在網絡中，這一確認以及隨后的確認(ACK8...ACK11)被延時。
這可以從圖中看到，在序號24時刻，信源就已開始減慢其輸出速率，但仍處在慢起動階段。如圖所示，常規(guī)網絡以不太平穩(wěn)的方式工作，即開始時信源發(fā)送很多分組，然后當檢測到擁塞時，不再發(fā)送分組。相反，采用了本發(fā)明方法的網絡以平穩(wěn)得多的方式工作。這是因為，延時確認可避免信源如已知網絡中一樣快地增大其擁塞窗。因此，可減小接入網絡的緩沖容量。
上述方法還可以與其他信息流控制機制一起使用。由于上述方法需要一個長確認緩沖器，因此，如果擁塞情形持續(xù)長時間，那么在某些應用中，將這種方法與別的處理更嚴重擁塞情形的機制相結合可能有好處。根據本發(fā)明的又一實施方式，確認的延時與這樣一種方法一起使用，這種方法除了它不是延時確認而是產生復制的確認外，其他方面類似于上述方法。通過復制確認，可使TCP信源減慢其輸出速率，即復制對TCP信源具有與延時同樣的作用。這基于快速重發(fā)和快速恢復算法，信源在接收到一定數(shù)量(一般為3)的復制確認后自動執(zhí)行這些算法。目前，這些算法在各種TCP方案中被廣泛采用。根據這些算法，接收到一定數(shù)量的復制確認后，信源重發(fā)看起來似丟失的段，而無需等待重發(fā)計時器計滿(快速重發(fā)算法)。此后，信源不是進行慢起動，而是進行擁塞免除，從而不急劇減少數(shù)據流(快速恢復算法)。
圖12是說明這種組合方法的流程圖。如果在正向通路上未檢測到擁塞，那么無需延時而是用輸入確認序號來轉發(fā)確認。如果負載測量檢測到正向通路上的負載電平超出預定值(階段111)，那么(在階段112)判斷確認緩沖器的填充率是否超出了預定值。如果是，那么產生復制的確認。否則只延時這些確認。因此，如果只是在短時間內有點擁塞，那么延時確認。然而，如果出現(xiàn)較嚴重的擁塞情形，那么系統(tǒng)總是產生復制的確認。這意味著，網絡節(jié)點向信源發(fā)送M個連續(xù)的確認，在這些確認中，指示目的地想要接收的下一個序號的確認序號彼此相等。
圖13示出了在圖4a的節(jié)點中如何實現(xiàn)這種優(yōu)選實施方式。
正如以上圖4a中情況所述，反向通過交換機的IP數(shù)據報首先被發(fā)送到它們合適的輸出端口。在這種端口處，所接收的數(shù)據報被存儲在FIFO式輸出緩沖器OB中。
業(yè)務分離器從輸出緩沖器中讀出所存儲的分組，讀取方式是從緩沖器的第一存儲器單元ML1開始一次讀取一個分組。
如果來自負載測量單元LMU的擁塞信號CS1指示正向通路上交換機的負載低于預定電平，那么業(yè)務分離器將所有數(shù)據報(分組)直接轉發(fā)到出局鏈路OL，而不管這些數(shù)據報是否包括確認。
另一方面，如果擁塞信號CS1指示負載電平達到了預定電平，那么業(yè)務分離器開始讀每個IP數(shù)據報中每個TCP報頭的確認比特。如果這一比特有效，即如果該數(shù)據報包括確認，那么業(yè)務分離器將該分組轉發(fā)到確認緩沖器AB。如果這一比特無效，那么業(yè)務分離器將該分組直接轉發(fā)到出局鏈路OL。因此，只有包括確認的分組被延時。
在確認緩沖器中，每個IP數(shù)據報被延時某一時間段。該時間段的長度最好與單元LMU所測量到的當前負載電平成正比。每個出局確認分組的延時時間段過后，分組被發(fā)送到出局鏈路。
負載測量單元LMU還測量確認緩沖器AB的填充率。如果填充率超出了預定值，那么負載測量單元向控制單元CU發(fā)送第二擁塞信號CS2，該信號指示控制單元此時應開始產生復制的確認。這種復制例如可以通過修改分組緩沖器OB中確認的確認數(shù)量來完成。還可以通知業(yè)務分離器將所有業(yè)務直接傳送到出局鏈路。這一命令可以由負載測量單元發(fā)出也可以由控制單元發(fā)出。
盡管這里結合附圖中所示的一些例子描述了本發(fā)明，顯然，本發(fā)明并不局限于這些例子，而可以在附屬專利權利要求書所限定的范圍內以多種方式變化。
正如上面所述，用戶終端的先決條件是，正確確認所接收的(即可靠的)數(shù)據部分。因此，原則上，這一思想可應用于任何可以發(fā)送確認并在確認被延時時減慢其輸出速率的其他協(xié)議。用于計算絕對延時值的公式也可以以多種方式變化。測量單元可以以多種方式來通報負載電平；比如ON/OFF式信息，或者可以用一個以上的比特來指示測量到的負載的值。通報負載電平的信號(CS)也可以包含有關以確認的延時為條件的特殊連接的信息，用戶終端也可以無線接入到網絡。
權利要求
1.分組交換網中一種控制過載的方法，該分組交換網包括信源(A)、業(yè)務目的地(B)和網絡節(jié)點(AN、N1)，這種方法包括以下步驟-將數(shù)據部分從信源發(fā)送到業(yè)務目的地，-如果在目的地正確地接收到數(shù)據部分，那么將一個確認從目的地發(fā)送到信源，和-在至少一個網絡節(jié)點中測量負載電平，其特征在于當測量到的負載電平超出了預定值時，延時發(fā)向信源的確認。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在測量負載電平的同一網絡節(jié)點中延時這些確認。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在不是測量負載電平的網絡節(jié)點中延時這些確認。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在提供接入網絡的信源和目的地的接入節(jié)點(AN、ANS、AND)中延時這些確認，并且在至少一個位于網絡中的網絡節(jié)點(N1)中測量負載電平。
5.如權利要求4所述的方法，其中接入節(jié)點之間的網絡是ATM網，其特征在于-將RM信元中的負載電平信息傳送到接入節(jié)點中，和-根據RM信元中所含的信息延時這些確認。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在至少一個網絡節(jié)點中，通過以下方法來延時確認-將以第一方向通過節(jié)點傳送的至少部分數(shù)據分組存儲在第一緩沖器中，-從第一緩沖器中讀出數(shù)據分組(a)包含確認的分組被傳送到第二緩沖器中，而(b)不包含確認的分組被直接傳送到出局鏈路(OL)，-在第二緩沖器中為每個分組確定延時值，和-當為所述分組所確定的延時值過后，從第二緩沖器中讀出發(fā)向出局鏈路的分組。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在第一方向的每個輸出端口中采用該第一和第二緩沖器。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在第二緩沖器中對所有分組都采用同一確定規(guī)則來確定延時值。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，根據上一分組的延時值和根據過去某一時間段上所測量的延時值，來確定一個分組的延時值。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，如果測量到的負載電平超出了預定值，那么只有屬于所選定的連接的確認被延時。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)據部分沿正向通路從信源傳送到業(yè)務目的地，而所述確認沿反向通路從目的地傳送到信源，其特征在于以下步驟-測量正向通路上和反向通路上的負載電平，-當正向通路上的負載電平大于第一預定值而反向通路上測量到的負載電平小于第二預定值時，將確認延時，和-當正向通路上的負載電平大于第一預定值而反向通路上測量到的負載電平大于第二預定值時，發(fā)送復制的確認。
12.分組交換電信網，它包括-通過傳輸線(TL1、TL2)互連的節(jié)點，-連接到這些節(jié)點的用戶終端(UT)，所述用戶終端用作發(fā)送數(shù)據分組的信源和用作接收數(shù)據分組的業(yè)務目的地，和-用于測量節(jié)點中當前負載電平的測量裝置(LMU)，其特征在于，該網絡還包括-延時裝置(AB、DCU)，這些延時裝置操作上與測量裝置(LCU)連接，用于延時從目的地發(fā)向信源的載有確認的數(shù)據分組。
13.如權利要求12所述的網絡，其特征在于，至少一個節(jié)點至少既包括測量裝置又包括延時裝置。
14.如權利要求13所述的網絡，其特征在于，所述至少一個網絡節(jié)點是一個將至少一個用戶終端連接到網絡的接入節(jié)點。
15.如權利要求13所述的IP網，其中，網絡節(jié)點交換IP分組，其特征在于，所述至少一個網絡節(jié)點可以是任何一個或多個網絡節(jié)點。
16.如權利要求12所述的基于ATM的TCP網，其特征在于，延時裝置通過RM信元流與測量裝置連接，所述RM信元載有有關負載電平信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及分組交換網中尤其是采用傳輸控制協(xié)議(TCP)作為傳送層協(xié)議的網絡中一種控制過載的方法。為了在網絡過載或擁塞的及早階段就通知信源,當網絡中的負載電平超出預定值時,將傳送給信源的確認延時。
文檔編號H04L12/54GK1267419SQ98808150
公開日2000年9月20日 申請日期1998年7月14日 優(yōu)先權日1997年7月14日
發(fā)明者馬建 申請人:諾基亞網絡有限公司