封包处理系统及其封包处理方法与流程

1.本发明涉及一种封包处理系统及其封包处理方法，尤指一种可侦测微秒脉冲且据以处理封包的封包处理系统及其封包处理方法。


背景技术：

2.随着网路应用的相关需求与服务不断增加，网路流量也持续增长，从而导致大量封包须于多个交换机之间传送。若大量封包于短时间内送达交换机，将造成雍塞，且易导致封包遗失或延迟。上述问题可称为微秒脉冲(microburst)；举例而言，封包雍塞可发生于微秒尺度的时段内。微秒脉冲具有不易预测的特质，亦不易解决。为了观察微秒脉冲，举例而言，可每隔一段时间对网路撷取快照(snapshot)，且比对多个快照的差异，以侦测微秒脉冲。然而，此方案须被迫使用大量暂存器储存快照，且仍无法即时处理微秒脉冲。此外，前述方案须使用外部装置进行分析，故难以进行网路内(in-network)处理。因此，本领域尚缺适宜的解决方案，以减少微秒脉冲的问题。


技术实现要素：

3.实施例提供一种封包处理系统，包含入口单元、绕道发送器、封包定序器、绕道后处理器及出口单元。该入口单元用以接收封包。该绕道发送器用以根据至少一伫列值侦测微秒脉冲，以据以传送该封包。该封包定序器用以当发生该微秒脉冲时，加附序号至该封包。该绕道后处理器用以当该微秒脉冲结束后，释放该封包。该出口单元用以输出由该绕道发送器、该封包定序器及该绕道后处理器的至少一个处理后的该封包。
4.实施例提供一种用于封包处理系统的封包处理方法。该封包处理系统包含入口单元、绕道发送器、封包定序器及出口单元。该封包处理方法包含该入口单元接收封包；该绕道发送器根据至少一伫列值侦测微秒脉冲，以据以传送该封包；及该出口单元输出由该绕道发送器及该封包定序器的至少一个处理后的该封包。
附图说明
5.图1为实施例中，封包处理系统的示意图。
6.图2为实施例中，伫列值的变化示意图。
7.图3为实施例中，传送封包的线速的示意图。
8.图4为实施例中，于交换机之间传送封包的示意图。
9.图5为实施例中，用于封包处理系统的封包处理方法的流程图。
10.图6为实施例中，侦测微秒脉冲及执行相关操作的流程图。
11.图7至图10为实施例中，处理封包的举例示意图。
12.符号说明：
13.100:封包处理系统
14.110:入口单元
15.120:绕道发送器
16.1210:微秒脉冲侦测器
17.1220:交换机选择器
18.130:封包定序器
19.140:绕道后处理单元
20.150:出口单元
21.p1:封包
22.115:转送规则
23.500:封包处理方法
24.510,520,530,610,620,630,640,650:步骤
25.path1,path2,path3:路径
26.qlen,qlenprev,qlena,qlenb,qlenc,qlend,qlene,qlenf:伫列值
27.sa,sf:序号
28.ta,tb,tc,td,te,tf:时间
29.tf:流分段间隔时段
30.α:门槛值
31.sw1,sw2,swk:交换机
具体实施方式
32.为了处理微秒脉冲的问题，实施例提出一种封包处理系统，及其封包处理方法，如下所述。图1为实施例中，封包处理系统100的示意图。封包处理系统100可包含入口单元110、绕道发送器120、封包定序器130、绕道后处理器140及出口单元150。入口单元110可用以接收封包p1。绕道发送器120可用以根据至少伫列值qlen侦测微秒脉冲，以据以传送封包p1。封包定序器130可用以当发生微秒脉冲时，加附序号至封包p1。举例而言，序号可加附于封包的档头(header)。所述伫列值为封包的伫列长度，例如，当伫列中有三个封包，则伫列值可为三。绕道后处理器140可用以当微秒脉冲结束后，释放封包p1。出口单元150可用以输出由绕道发送器120、封包定序器130及绕道后处理器140的至少一个处理后的封包p1。图1所示的系统可用软体、硬体、或整合软硬体予以实现，且可设置于交换机，以于网路内侦测及处理微秒脉冲，而不另使用网路外部的装置进行分析及控制。如图1所示，入口单元110接收封包p1后，可根据转送规则(forward rules)115转送到绕道发送器120。
33.如图1所示，绕道发送器120可包含微秒脉冲侦测器1210及交换机选择器1220。交换机选择器1220可用以决定目标交换机，从而透过出口单元140输出封包p1至目标交换机。目标交换机可预设为上游交换机，若上游交换机有拥塞情况，则目标交换机可为封包的伫列值最小的交换机。换言之，当发生微秒脉冲时，可将封包p1绕道(detour)传送到目标交换机。根据实施例，可使用伫列深度监控(queue depth monitor，qdm)技术及/或实时排序(real-time sorter，rts)技术，以求得伫列值最小的交换机，作为目标交换机。
34.根据实施例，微秒脉冲侦测器1210可用以当交换机的伫列值大于门槛值α时，判断已发生微秒脉冲，而使绕道发送器120传送封包p1至封包定序器130，透过出口单元140输出封包p1至目标交换机，且目标交换机可于微秒脉冲结束后，将封包p1传至入口单元110；换
言之，当发生微秒脉冲时，可将封包绕道传送至另一交换机，待微秒脉冲结束后，再传回原本的交换机。当发生微秒脉冲，封包p1可沿图1的路径path2传送。
35.根据实施例，封包处理系统100可根据伫列值qlen及伫列值qlenprev，以侦测微秒脉冲，且据以发送警示。伫列值qlen可对应于第一时间，伫列值qlenprev可对应于第二时间，且第二时间可先于第一时间。换言之，伫列值qlen可为当前伫列值，伫列值qlenprev可为先前伫列值，第一时间可为当前时间，且第二时间可为先前时间。
36.图2为实施例中，伫列值的变化示意图。图2仅为举例，用以说明实施例，而非限制实施例。伫列值qlena至qlenf可分别对应时间ta至tf，如箭头所示，时间ta可先于时间tb，时间tb可先于时间tc，依此类推，时间te可先于时间tf。
37.如图2所示，于时间tb及tc之间，伫列值由qlenb增至qlenc，超过门槛值α，故封包处理系统100可警示微秒脉波的发生；此例中，伫列值qlenb及qlenc可对应于前述的伫列值qlenprev及qlen，且时间tc及tb可为上述的第一时间及第二时间。
38.如图2所示，于时间te及tf之间，伫列值由qlene减至qlenf，低于门槛值α，故封包处理系统100可警示微秒脉波的结束；此例中，伫列值qlene及qlenf可对应于前述的伫列值qlenprev及qlen，且时间tf及te可为上述的第一时间及第二时间。藉由观测两伫列值以警示微秒脉波的开始及结束，可避免为了每个封包发送一警示，以减少工作量。
39.根据实施例，在入口单元110，若交换机得知伫列值qlen大于门槛值α，则绕道发送器120可将封包送入封包定序器130做后续的封包绕道处理。若于入口单元110发现伫列值qlen小于门槛值α，此时可从绕道后处理器140储存的结果取出一个值，用以判断当前是处于：(情况1)无微秒脉冲发生，或(情况2)微秒脉冲刚结束且尚未经过一个预定时段，例如传输控制协定(transmission control protocol，tcp)流分段间隔时段，相关细节如下。
40.封包绕道期间，于同一资料流的新封包仍持续地流入交换机，此时假设交换机侦测到微秒脉冲已经结束，并决定立即停止封包绕道，可能发生乱序问题：旧封包及正被绕道中的封包，仍然在交换机之间被传送，对于交换机而言，此情况将导致新旧封包被混杂送进交换机的伫列并被送出，因此又一次将导致封包顺序错乱。
41.为了避免上述问题，根据实施例，可于交换机上，持续记录最新一个收到的封包的抵达时间。当微秒脉冲结束时，持续测量下一个封包与交换机内记录的封包接收时间差。若此封包接收时间差小于一个预定时段(此值可自行定义，例如为tcp流分段间隔时段)，则可持续更新交换机上的纪录时间，并继续绕道封包。若此封包接收时间差大于一个预定时段，则可送出可停止绕道的通知。根据实施例，此机制使绕道须经过至少一预定时段(如流分段间隔时段)，才可停止。实施例的方案可透过此机制，避免绕道机制结束后，新封包与旧封包混杂而导致的封包顺序错乱问题。
42.如图1及图2所示，当第一伫列值qlen小于门槛值α，且封包接收时间差(如上文所述)大于预定时段(例如流分段间隔时段)，微秒脉冲侦测器1210可判断未发生微秒脉冲，而据以传送封包p1至出口单元150，从而输出封包p1。换言之，封包p1可沿图1的路径path1传送。
43.如图1及图2所示，当第一伫列值qlen小于门槛值α，且封包接收时间差小于预定时段(例如流分段间隔时段)，微秒脉冲侦测器1210可判断微秒脉冲刚结束，使绕道后处理器140根据封包p1的序号，透过出口单元150输出封包p1。换言之，封包p1可沿图1的路径path3
传送；此情境中，封包p1可为先前被封包定序器130加附序号，予以绕道后，再回传至入口单元110的封包。
44.图3为实施例中，传送封包的线速(line speed)的示意图。如上述，微秒脉冲结束后，图1的绕道后处理器140可根据封包p1的序号，释放绕道后的封包p1，以避免乱序问题。绕道后处理器140可于流分段间隔时段(flowlet interval)tf中，根据封包p1的序号，透过出口单元150释放封包。
45.图4为实施例中，于交换机之间传送封包p1的示意图。根据实施例，封包p1可预设由交换机sw1传送到下游(downstream)交换机sw2。然而，当交换机sw2的伫列值大于门槛值而侦测到微秒脉冲，则可选择适当的目标交换机，从而绕道传送封包p1至目标交换机。目标交换机可预设为上游(upstream)交换机，例如，对于交换机sw2而言，上游交换机可为交换机sw1，原因为在多对一的流量结构下，此选择可以分散各埠口的流量负担。若上游交换机亦有伫列值过大的拥塞情况，则目标交换机可为封包的伫列值较小的交换机，例如图4的交换机swk。其中，交换机swk可为交换机sw2的邻近交换机。
46.图5为实施例中，用于封包处理系统100的封包处理方法500的流程图。封包处理方法500可包含以下步骤。
47.步骤510：入口单元110接收封包p1；
48.步骤520：绕道发送器120根据至少伫列值qlen侦测微秒脉冲，以据以传送封包p1；及
49.步骤530：出口单元150输出由绕道发送器120及封包定序器130的至少一个处理后的封包p1。
50.如上述，封包处理系统100可根据第一伫列值qlen(当前伫列值)及第二伫列值qlenprev(先前伫列值)，侦测微秒脉冲，因此，步骤520及步骤530可进一步如图6所示。图6为实施例中，侦测微秒脉冲及执行相关操作的流程图。
51.步骤610：伫列值qlen是否大于门槛值α？若是，执行步骤630，若否，执行步骤620；
52.步骤620：封包接收时间差是否小于预定时段？若是，执行步骤640，若否，执行步骤650；
53.步骤630：微秒脉冲侦测器1210判断已发生微秒脉冲，而使绕道发送器120传送封包p1至封包定序器130以加附序号，透过出口单元150输出封包p1至目标交换机(如上所述)以执行绕道，且目标交换机于微秒脉冲结束后，可将封包p1传至入口单元110；
54.步骤640：微秒脉冲侦测器1210判断微秒脉冲刚结束，使绕道后处理器140根据封包p1之序号透过出口单元150输出封包p1；及
55.步骤650：微秒脉冲侦测器1210判断未发生微秒脉冲，而据以传送封包p1至出口单元150，从而输出封包p1。
56.如图1、图5及图6所示，步骤610及620可对应于步骤520。步骤630至650可对应于步骤530，且分别对应于路径path2、path3及path1。门槛值α可根据实验及统计予以决定，亦避免执行绕道的频率过高或过低。步骤620所述的封包接收时间差可为接收封包p1及另一封包(如前一封包)的时间差，且预定时段可例如为流分段间隔时段，或另订的适宜时段。
57.图7至图10为实施例中，处理封包的举例示意图。图7及图8为伫列值qlen大于门槛值α，执行封包绕道的情境；图9及图10为伫列值qlen已下降为小于门槛值α的情境。图7至图
10中，封包被表示为方块图案，序号sa为下一个应被绕道的封包的序号，序号sf为下一个可被出口单元150释放的封包的序号。
58.图7至图10为依时间先后顺序。换言之，图7、图8、图9及图10的情境，为依序发生。图7至图10仅为举例，而非限制实施例。
59.图7中，微秒脉冲发生，封包处理系统100接收新封包，且封包处理系统100因封包的伫列值高于门槛值α，而导致微秒脉冲且输出发生壅塞(congestion)。序号为5的封包为先前绕道后回来且待释放输出的封包。序号为7的封包是当前接收的封包，待绕道。
60.图8中，微秒脉冲仍发生，且封包处理系统100的输出仍壅塞，序号为7的封包已被绕道送往目标交换机，例如可绕道至上游交换机、或伫列值较低的交换机。
61.图9中，序号为7的封包可被送回对应于封包处理系统100的原交换机，以成为下一个可被释放输出的封包。此外，此时序号为8及9的封包，正在被绕道，故待绕道的封包的序号sa可为10。
62.图10中，因序号为7的封包已被释放，故序号为8的封包可为下一个被释放的封包。此外，此时序号为9、10、11及12的封包，可为正在被绕道中。
63.观之图9及图10，经绕道后，可先输出序号为7的封包，再输出序号为8的封包。故藉由管理绕道后归来的封包的序号，可依序释放绕道后的封包，以避免乱序问题。
64.总上，实施例的解决方案可利用有序的封包绕道及流分段的间隔，以实时地纾解资料中心的微秒脉冲。藉由实施例的解决方案，可实现网路内处理，不须外部装置进行大量分析，也不须撷取快照。对于绕道的细节及可能发生的乱序问题，亦有提供解决方案。对于降低本领域长期难解的微秒脉冲问题，实有助益。
65.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。