本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)據(jù)流傳輸方法。

背景技術(shù)：

對于數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)路擁塞一直是應(yīng)用中需要面對的問題。特別是越來越多新型數(shù)據(jù)中心采用大量相對廉價的交換機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的昂貴且不易擴展的設(shè)備后，核心層和匯聚層的交換網(wǎng)路變得更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)擁塞更是亟待解決的問題。

造成數(shù)據(jù)擁塞的原因有多種，最主要是存在多對一的情況（比如，圖1中核心層和匯聚層之間）?，F(xiàn)有的一些路徑選擇等技術(shù)可以減少這種情況發(fā)生，但無法完全避免。

現(xiàn)有提高帶寬利用率的技術(shù)大多為基于軟件的壓縮技術(shù)，缺點為：1）需要占用較多的處理器（CPU）運算時間和帶寬；2）性能往往不如基于硬件的壓縮技術(shù)；3）一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多個端口同時進行壓縮/解壓縮時，處理器的帶寬和運算能力會成為瓶頸（如圖2示例）。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提出一項基于硬件的，在相鄰兩臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路上對數(shù)據(jù)流進行傳輸?shù)姆椒ǎㄟ^提高數(shù)據(jù)帶寬的利用率，從而緩解數(shù)據(jù)擁塞的情況。

具體方案如下：

一種數(shù)據(jù)流傳輸方法，包括步驟：

接收端判斷數(shù)據(jù)流是否需要被壓縮，若是，則建立有效映射關(guān)系，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流寫入映射表，映射表存儲在發(fā)送端和接收端，若否，則不建立有效映射關(guān)系；

發(fā)送端通過查詢映射表判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)流是否能被壓縮，若是，則用可被壓縮數(shù)據(jù)流在映射表中對應(yīng)的索引來壓縮該數(shù)據(jù)流，并發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)流，若否，則直接發(fā)送未被壓縮數(shù)據(jù)流；

接收端接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)流，判斷接收到的數(shù)據(jù)流是否為被壓縮的數(shù)據(jù)流，若是，則在被壓縮數(shù)據(jù)流中提取映射表的索引，并通過查詢映射表獲取被壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容，從而解壓縮數(shù)據(jù)流，若否，則不需要解壓縮數(shù)據(jù)流；

接收端判斷數(shù)據(jù)流是否不再需要被壓縮，若是，則將映射表中相應(yīng)的映射關(guān)系設(shè)為無效，若否，則保持該映射關(guān)系為有效。

進一步的，所述的接收端判斷數(shù)據(jù)流是否需要被壓縮，若是，則建立有效映射關(guān)系，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流寫入映射表，映射表存儲在發(fā)送端和接收端，若否，則不建立有效映射關(guān)系具體包括：

接收端查詢映射表判斷映射表是否具有該數(shù)據(jù)流內(nèi)容，若否且映射表存在空數(shù)據(jù)存儲位，則將該數(shù)據(jù)流內(nèi)容寫入映射表；

獲取接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率；

比較接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率與預(yù)設(shè)的第一閾值的大小，若接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率大于預(yù)設(shè)的第一閾值，則數(shù)據(jù)流需要被壓縮，否則不需要被壓縮；

若數(shù)據(jù)流需要被壓縮，則將映射表中的相應(yīng)映射關(guān)系設(shè)為有效，若數(shù)據(jù)流不需要被壓縮，則該映射關(guān)系無效，對應(yīng)的映射表中的數(shù)據(jù)存儲位仍可用于建立新的映射關(guān)系；

發(fā)送端映射表建立與接收端同樣的映射關(guān)系。

進一步的，所述的發(fā)送端映射表建立與接收端同樣的映射關(guān)系的具體方法是：

接收端發(fā)送注冊包至發(fā)送端，注冊包包含需要壓縮的數(shù)據(jù)流內(nèi)容以及映射表的索引；

發(fā)送端收到注冊包后，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流內(nèi)容寫入映射表相應(yīng)索引處；

發(fā)送端發(fā)送ACK包給接收端。

進一步的，所述的用可被壓縮數(shù)據(jù)流在映射表中對應(yīng)的索引來壓縮該數(shù)據(jù)流的具體方法是：

用索引值替換需要壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容；

在被壓縮數(shù)據(jù)流中設(shè)置相應(yīng)標志位或者標志段，用預(yù)先設(shè)定的不同值，來區(qū)分被壓縮數(shù)據(jù)流和未被壓縮數(shù)據(jù)流。

進一步的，所述的判斷接收到的數(shù)據(jù)流是否為被壓縮的數(shù)據(jù)流的具體方法是：

根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)流中上述標志位或者標志段的值，判斷是否為被壓縮數(shù)據(jù)流。

進一步的，所述的接收端判斷數(shù)據(jù)流是否不再需要被壓縮的具體方法是：

接收端檢測映射表各數(shù)據(jù)存儲位對應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸?shù)念l率，并比較各個壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸頻率與預(yù)設(shè)的第二閾值的大小，若某個壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸頻率小于預(yù)設(shè)的第二閾值，則將接收端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空，即將相應(yīng)的映射關(guān)系設(shè)為無效；

將發(fā)送端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空。

進一步的，所述的將發(fā)送端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空的具體方法是：

接收端發(fā)送注銷包至發(fā)送端；

發(fā)送端收到注銷包后，將發(fā)送端的映射表的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空，停止壓縮該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送ACK包給接收端；

接收端收到ACK包后，也將接收端的映射表的相應(yīng)欄設(shè)為空。

其中，所述的壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容包括但不限于源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、TCP源端口地址和TCP目的端口地址。

優(yōu)選的，所述存儲發(fā)送端映射表的存儲介質(zhì)是寄存器或者三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器，所述存儲接收端映射表的存儲介質(zhì)是寄存器或者靜態(tài)隨機存取存儲器。

本發(fā)明的有益效果如下：通過不斷更新的映射表，形成自適應(yīng)機制對數(shù)據(jù)流進行壓縮傳輸，極大提升了壓縮效果以及傳輸效率，在數(shù)據(jù)包長度較短時，壓縮效果明顯；在鏈路兩端MAC電路之間自動進行，對上層軟件透明，所以數(shù)據(jù)包不需要送到處理器就能完成壓縮和解壓縮，與基于軟件的壓縮技術(shù)相比，該技術(shù)不需要處理器參與；一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多個端口可以同時進行壓縮和解壓縮，而基于軟件的壓縮技術(shù)由于需要處理器參與，在多個端口同時進行壓縮或解壓縮時，處理器帶寬和運算能力都可能成為瓶頸。

附圖說明

圖1為Fat Tree網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為多個端口同時進行壓縮/解壓縮的示意圖；

圖3為以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為IP首部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為TCP首部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為一實施例映射表；

圖7為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包格式示意圖；

圖8為壓縮后的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包示意圖；

圖9為壓縮和解壓縮的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖10為注冊流程圖；

圖11為注銷流程圖。

具體實施方式

為進一步說明各實施例，本發(fā)明提供有附圖。這些附圖為本發(fā)明揭露內(nèi)容的一部分，其主要用以說明實施例，并可配合說明書的相關(guān)描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解其他可能的實施方式以及本發(fā)明的優(yōu)點。現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明的壓縮技術(shù)依據(jù)如下：以TCP/IP協(xié)議來舉例，在實際的應(yīng)用中，兩個終端之間的一個數(shù)據(jù)流會持續(xù)一段時間。同一個數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)包（如圖3所示的以太網(wǎng)幀）有很多欄位是一致的，比如以太網(wǎng)首部中的源/目的MAC地址、IP首部（圖4）中的部分欄位、以及TCP首部（圖5）中的部分欄位。如果相鄰兩臺設(shè)備之間能建立相同的映射表，將相同的數(shù)據(jù)欄位（較長）用標簽位（較短）代替，那就能在相鄰兩臺設(shè)備間實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮，從而提高帶寬利用率。映射表由硬件來實現(xiàn)，通過查對應(yīng)的映射表，可以快速有效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮。

基于上述的壓縮依據(jù)，本發(fā)明提出一種數(shù)據(jù)流傳輸方法，包括步驟：

接收端判斷數(shù)據(jù)流是否需要被壓縮，若是，則建立有效映射關(guān)系，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流寫入映射表，映射表存儲在發(fā)送端和接收端，若否，則不建立有效映射關(guān)系；

發(fā)送端通過查詢映射表判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)流是否能被壓縮，若是，則用可被壓縮數(shù)據(jù)流在映射表中對應(yīng)的索引來壓縮該數(shù)據(jù)流，并發(fā)送壓縮后的數(shù)據(jù)流，若否，則直接發(fā)送未被壓縮數(shù)據(jù)流；

接收端接收發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)流，判斷接收到的數(shù)據(jù)流是否為被壓縮的數(shù)據(jù)流，若是，則在被壓縮數(shù)據(jù)流中提取映射表的索引，并通過查詢映射表獲取被壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容，從而解壓縮數(shù)據(jù)流，若否，則不需要解壓縮數(shù)據(jù)流；

接收端判斷數(shù)據(jù)流是否不再需要被壓縮，若是，則將映射表中相應(yīng)的映射關(guān)系設(shè)為無效，若否，則保持該映射關(guān)系為有效。

進一步的，所述的接收端判斷數(shù)據(jù)流是否需要被壓縮，若是，則建立有效映射關(guān)系，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流寫入映射表，映射表存儲在發(fā)送端和接收端，若否，則不建立有效映射關(guān)系具體包括：

接收端查詢映射表判斷映射表是否具有該數(shù)據(jù)流內(nèi)容，若否且映射表存在空數(shù)據(jù)存儲位，則將該數(shù)據(jù)流內(nèi)容寫入映射表；

獲取接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率；

比較接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率與預(yù)設(shè)的第一閾值的大小，若接收到該數(shù)據(jù)流內(nèi)容的頻率大于預(yù)設(shè)的第一閾值，則數(shù)據(jù)流需要被壓縮，否則不需要被壓縮；

若數(shù)據(jù)流需要被壓縮，則將映射表中的相應(yīng)映射關(guān)系設(shè)為有效，若數(shù)據(jù)流不需要被壓縮，則該映射關(guān)系無效，對應(yīng)的映射表中的數(shù)據(jù)存儲位仍可用于建立新的映射關(guān)系；

發(fā)送端映射表建立與接收端同樣的映射關(guān)系。

進一步的，所述的發(fā)送端映射表建立與接收端同樣的映射關(guān)系的具體方法是：

接收端發(fā)送注冊包至發(fā)送端，注冊包包含需要壓縮的數(shù)據(jù)流內(nèi)容以及映射表的索引；

發(fā)送端收到注冊包后，將需要壓縮的數(shù)據(jù)流內(nèi)容寫入映射表相應(yīng)索引處；

發(fā)送端發(fā)送ACK包給接收端。

進一步的，所述的用可被壓縮數(shù)據(jù)流在映射表中對應(yīng)的索引來壓縮該數(shù)據(jù)流的具體方法是：

用索引值替換需要壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容；

在被壓縮數(shù)據(jù)流中設(shè)置相應(yīng)標志位或者標志段，用預(yù)先設(shè)定的不同值，來區(qū)分被壓縮數(shù)據(jù)流和未被壓縮數(shù)據(jù)流。

進一步的，所述的判斷接收到的數(shù)據(jù)流是否為被壓縮的數(shù)據(jù)流的具體方法是：

根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)流中上述標志位或者標志段的值，判斷是否為被壓縮數(shù)據(jù)流。

進一步的，所述的接收端判斷數(shù)據(jù)流是否不再需要被壓縮的具體方法是：

接收端檢測映射表各數(shù)據(jù)存儲位對應(yīng)的壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸?shù)念l率，并比較各個壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸頻率與預(yù)設(shè)的第二閾值的大小，若某個壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸頻率小于預(yù)設(shè)的第二閾值，則將接收端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空，即將相應(yīng)的映射關(guān)系設(shè)為無效；

將發(fā)送端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空。

進一步的，所述的將發(fā)送端映射表中該壓縮數(shù)據(jù)內(nèi)容對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空的具體方法是：

接收端發(fā)送注銷包至發(fā)送端；

發(fā)送端收到注銷包后，將發(fā)送端的映射表的數(shù)據(jù)存儲位設(shè)為空，停止壓縮該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包，并發(fā)送ACK包給接收端；

接收端收到ACK包后，也將接收端的映射表的相應(yīng)欄設(shè)為空。

其中，所述的壓縮數(shù)據(jù)流內(nèi)容包括但不限于源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、TCP源端口地址和TCP目的端口地址。

優(yōu)選的，所述存儲發(fā)送端映射表的存儲介質(zhì)是寄存器或者三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器，所述存儲接收端映射表的存儲介質(zhì)是寄存器或者靜態(tài)隨機存取存儲器。

以下為基于本發(fā)明方法一實施例的具體實現(xiàn)過程：

同一個數(shù)據(jù)流中，數(shù)據(jù)包的源/目的MAC地址（共12字節(jié)）、源/目的IP地址（共8字節(jié)）、以及TCP源/目的端口地址（共4字節(jié)）都是相同的，總共有24字節(jié)。通過將這24字節(jié)映射到更短的字段，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。具體的映射方法為：根據(jù)交換機的一個端口上可能運行的數(shù)據(jù)流數(shù)目，設(shè)定一個最多能壓縮的數(shù)據(jù)流數(shù)目，比如8。建立一張相應(yīng)深度為8的映射表，將這24字節(jié)內(nèi)容映射成3比特的索引（index），如圖6所示，在本實施例中，SA = 源MAC地址; DA = 目的MAC地址; SIP = 源IP地址; DIP =目的IP地址;SP=TCP源端口地址; DP = TCP目的端口地址，其中，每一組需要被壓縮的內(nèi)容（比如，{SA5, DA5, SIP5, DIP5, SP5, DP5}）分別對應(yīng)一個索引（比如，5）。

表的深度越深，能同時容納的不同數(shù)據(jù)流就越多，能被壓縮的內(nèi)容也就越多。但表的深度越深，被壓縮內(nèi)容對應(yīng)的索引所需的比特位就越多，而且建立表所需的硬件開銷也相應(yīng)更大。需要根據(jù)實際應(yīng)用情況設(shè)定最合適的深度。

建立映射表后，下一步是如何用索引來替換需要被壓縮的內(nèi)容，以下舉例說明一種替換方式：

圖7為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包格式。其中源MAC地址有個特點，即多播地址不可以作為源MAC地址。正常的數(shù)據(jù)包都不會違反這個規(guī)定。利用這個特點，我們可以通過讓壓縮后的數(shù)據(jù)包違反這個規(guī)定，從而使得接收端能分辨出經(jīng)過壓縮的數(shù)據(jù)包和未經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)包。

舉例來說，如果原始的數(shù)據(jù)包滿足{SA5, DA5, SIP5, DIP5, SP5, DP5}，映射表中對應(yīng)的索引為5。那數(shù)據(jù)包經(jīng)過壓縮之后可以變成如圖8所示的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，其中，前導(dǎo)碼、幀開始符：保持不變；目的MAC地址：前面5字節(jié)可以填充任意數(shù)值，最后1字節(jié)插入索引（0x05）；源MAC地址：保留1字節(jié)，第一比特位為’1’即可，如0xFF。這樣就違反了源MAC地址不能為多播地址的規(guī)定，從而接收端就能辨認出這是壓縮后的數(shù)據(jù)包；長度/類型：保持不變；負載：原始數(shù)據(jù)中扣除源/目的IP地址（SIP5/DIP5），以及TCP源/目的端口地址（SP5、DP5）；校驗：保持不變。

通過這個變換，數(shù)據(jù)包長度縮短了17字節(jié)。原始數(shù)據(jù)包越短，壓縮效果越明顯。

圖9是壓縮和解壓縮的整體結(jié)構(gòu)圖。發(fā)送端（TX端）的映射表因為需要將被壓縮內(nèi)容和表中的每一項內(nèi)容進行比較，需要用寄存器或者TCAM實現(xiàn)。接收端（RX端）因為只需要根據(jù)索引讀取被壓縮內(nèi)容，所以可以用寄存器或者SRAM實現(xiàn)。

在發(fā)送端，通過查表將 {MAC地址、IP地址、端口地址} 映射到索引，從而壓縮數(shù)據(jù)包。在接收端，通過查表將索引映射到{MAC地址、IP地址、端口地址}，恢復(fù)（解壓縮）成原來的數(shù)據(jù)包。需要說明的是，壓縮功能可以開啟或關(guān)閉。

結(jié)合圖10和圖11，映射表的具體建立過程如下：

1)當(dāng)RX端接收到一個具有新的{MAC地址、IP地址、端口地址}組合的數(shù)據(jù)包，且表格中有空閑時，將這個新的{MAC地址、IP地址、端口地址}寫入到映射表中。持續(xù)觀察一段時間，根據(jù)收到具有這個組合的數(shù)據(jù)包的速率，與一個靜態(tài)或動態(tài)設(shè)定的閾值比較，來決定是否需要對該數(shù)據(jù)流進行壓縮。

2)若RX端決定對該數(shù)據(jù)流進行壓縮，則將映射表的該欄設(shè)成有效，并發(fā)送一個注冊包給TX端。注冊包包含索引和{MAC地址、IP地址、端口地址}組合。TX端收到注冊包后將內(nèi)容填入到映射表的相應(yīng)欄中，并回復(fù)ACK包給RX端。

3)當(dāng)一個映射關(guān)系在TX端和RX端都寫入映射表后，就可以開始對后續(xù)的數(shù)據(jù)包進行壓縮和解壓縮。

4)在RX端對映射表的每一個欄進行速率檢測，若命中某個欄的壓縮包速率低于要求（意味著對該數(shù)據(jù)流進行壓縮不再有意義），則發(fā)送注銷包給TX端。

5)TX端收到注銷包后，將映射表的相應(yīng)欄設(shè)為空，停止壓縮這個流的數(shù)據(jù)包。并發(fā)送ACK包給RX端。

6)RX端收到注銷ACK包后，也將映射表的相應(yīng)欄設(shè)為空。空出來欄可以用來添加新的{MAC地址、IP地址、端口地址}組合。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。