[發明專利]基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法

有效

• 申請號: 201510198276.X
• 申請日: 2015-04-23
• 公開（公告）號: CN104767826B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 錢柱中;溫開源;陸桑璐
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/803;H04L1/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 許丹丹

1.一種基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法，其特征在于：

該方法在源主機端維護具有自衰老機制的路徑擁塞表，所述路徑擁塞表記錄了從該源主機出發可達的所有路徑的擁塞程度；該方法包括基于端的路徑狀態評估和自適應的負載均衡，所述基于端的路徑狀態評估通過路徑擁塞表為自適應的負載均衡提供實時選路指導，所述基于端的路徑狀態評估調用自適應的負載均衡為每個基本負載單元選路；

所述基于端的路徑狀態評估包括：利用至少包含TCP數據流中的ACK到達時間和ACK確認的數據量的信息來評估當前路徑的擁塞程度；利用TCP中的快重傳和RTO超時事件來及時地獲取故障路徑的信息；將獲取到的路徑擁塞程度和故障信息插入到當前主機的擁塞表中；

所述自適應的負載均衡包括：以TCP流中的擁塞窗口作為基本負載單元，利用主機擁塞表中的路徑狀態執行雙向的細粒度負載均衡機制，包括防止路徑震蕩的正向數據段路由機制和反向ACK路由機制；

其中，所述自適應的負載均衡包括以下步驟：

在TCP層檢測當前的TCP擁塞窗口，使用源路由技術控制每個基本負載單元的發送路徑的步驟；

在發送數據段之前，記錄當前發送的擁塞窗口的起始序列號Seq_beg、終止序列號Seq_end及其發送路徑pid為元組(Seq_beg,Seq_end,pid)的步驟；

當發送ACK報文時，從當前的主機擁塞表中選取具有最小擁塞程度的路徑作為其發送路徑的步驟；

所述基于端的路徑狀態評估包括以下步驟：

1)在源主機發送每個擁塞窗口前，調用自適應的負載均衡為當前的負載單元選路，并記錄當前發送的擁塞窗口為元組(Seq_beg,Seq_end,pid)；

2)目的主機接收到數據段之后，回復ACK對當前接收到的數據段進行確認；

3)如果源主機未接收到新的ACK從而產生RTO超時或者觸發快重傳，則進入步驟7)；否則進入步驟4)；

4)源主機接收到ACK報文后，根據其確認號ackno查找滿足Seq_beg≤ackno≤Seq_end的元組，得到當前ACK確認的數據的發送路徑pid，并同時在緩存中刪除所有滿足條件Seq_end≤ackno的元組；

5)源主機根據接收到的ACK的到達時間和所確認的數據評估路徑pid上的擁塞程度CL(pid)；

6)將源主機針對路徑pid的評估結果CL(pid)插入到其自身所維護的路徑擁塞表中，結束；

7)從TCP層獲取當前最高的數據確認號ackno_high，在主機端緩存的元組中查找滿足條件Seq_beg≤ackno_high≤Seq_end的元組，并根據該元組獲取當前發生故障的路徑ID為pid；

8)將故障路徑的擁塞值設為CL_m，并將其插入到該主機的擁塞表中，其中CL_m表示當前該路徑正發生嚴重擁塞或者發生鏈路錯誤，結束。

2.根據權利要求1所述的基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法，其特征在于：所述路徑擁塞表具有的自衰老機制為：一旦擁塞表中的某條路徑的擁塞信息超過預設時間段未被更新，該路徑的擁塞程度將會逐漸的降為0。

3.根據權利要求1所述的基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法，其特征在于：所述在TCP層檢測當前的TCP擁塞窗口，使用源路由技術控制每個基本負載單元的發送路徑的步驟包括：在TCP層檢測當前的TCP擁塞窗口，并將每個擁塞窗口內的數據作為一個基本的負載單元，針對每個基本的負載單元，首先從當前主機的擁塞表中隨機的選取一半路徑放入備選路徑集，然后從備選路徑集中選取具有最小擁塞程度的路徑作為當前負載單元的發送路徑。

4.根據權利要求1所述的基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法，其特征在于：所述源主機根據接收到的ACK的到達時間和所確認的數據評估路徑pid上的擁塞程度的步驟中，評估方法為：

CL(pid)=tsi+1-tsi(acknoi+1-acknoi)*8]]>

其中，CL(pid)為路徑pid上的擁塞值，ts_i表示接收到第i個ACK的時間戳，ackno_i表示接收到的第i個ACK報文的確認號。