[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

技術領域

本發明涉及數據中心中流量負載均衡方法，具體是一種基于端的分布式負載均衡機制。

背景技術

對于計算的可擴展性需求和規模效應所帶來的巨大收益推動了數據中心技術的發展。當前的數據中心典型地包含成千上萬級別的主機。通過采用Fat-tree,BCube等拓撲結構，數據中心網絡為應用通訊提供了豐富的路徑冗余。盡管這種路徑富余從理論上提高了數據中心的對剖帶寬，其實際性能仍然極大地依賴于底層的負載均衡機制。如果不能提供有效利用路徑多樣性的機制，數據中心網絡通訊的整體性能仍會收到很大的影響。當前典型數據中心多借助于Equal-Cost-Multipath(ECMP)的技術來實現流量負載均衡。由于ECMP技術是一種將數據流和傳輸路徑進行隨機映射的方式，其不能有效地感知路徑上的負載情況。這種負載均衡的盲目性可能導致大量的流沖突，從而極大地影響網絡的整體性能。盡管當前已經提出部分適應性的負載均衡策略來改善ECMP的缺點，但其不適用于產生網絡故障的場景，或者需要特定的硬件支持。

發明內容

發明目的：本發明為了解決現有的數據中心負載均衡技術的不足，提供了一種基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的基于端的故障容忍的分布式數據中心負載均衡方法，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，以及反向ACK路由機制。

優選的，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。

優選的，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。