[發明專利]一種數據中心網絡中基于數據包優先級的傳輸控制方法

有效

• 申請號: 201710272301.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107018086B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 王建新;阮昌;黃家瑋;張韜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L12/855
• 分類號: H04L12/855;H04L12/865;H04L12/801;H04L12/807
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 楊萍

本發明公開了一種數據中心網絡中基于數據包優先級的傳輸控制方法，發送方主動發送具有高優先級的控制包，并根據數據包和控制包的ACK接收順序來調整窗口大小，控制網絡擁塞。此外，通過保證至少有一個高優先級控制包處于鏈路中，發送方可快速地重傳可能丟失的數據包，最終極大地消除了TCP超時現象。本發明不需任何硬件更新，并能夠較好地解決數據中心網絡TCP Incast、TCP Outcast和長的查詢完成時間等問題，提高了鏈路的利用率，從而改善應用性能。

技術領域

本發明涉及一種數據中心網絡(DCN,Data Center Network)中基于數據包優先級的傳輸控制方法。

背景技術

現在，大規模數據中心作為云計算的基礎架構建立起來，以提供各種分布式應用服務，如Web搜索、社交和推薦系統。這些數據中心通常包含成千上萬臺服務器，并由數據中心網絡(Data Center Networks，DCN)連接起來。由于這些服務器通常位于同一建筑物內，物理距離近，所以在DCN中往返延遲(Round Trip Time,RTT)低，約數十微妙；同時，為了節約成本，數據中心網絡通常更偏好使用廉價的、淺緩存的交換機來組建。盡管DCN的這些特性與Internet不同，但是DCN中部署的應用服務仍然采用傳統的TCP進行流控，結果TCP遭受了嚴重的性能問題，網絡利用率下降。

TCP Incast問題出現在采用分聚模型架構的應用服務中。當多個服務器同時向一個接收端發送數據時，容易引起淺緩存交換機處大量地丟包，最終導致TCP超時，而TCP默認的超時重傳時間為毫秒級別，比RTT大幾個數量級。此時，網絡的吞吐量因TCP超時會嚴重下降。TCP Outcast是另外一個TCP遭受的問題。當從交換機不同端口進來的流都同時要從相同端口出去時，有可能一個進端口的流一直搶占出端口，而另一個進端口的流因競爭不到該出端口而不斷丟包，直到發生超時，即發生了所謂的“端口封鎖”現象。在這種情況下，發生超時的流的吞吐量受到了嚴重影響。最后，采用TCP傳輸的查詢流會遭受長的查詢完成時間。查詢流的大小為幾十KB，正常情況下，可以在微秒時間內完成。如果TCP發生超時，查詢流需要等待數百毫秒的時間，嚴重影響了查詢流的性能。總之，TCP超時是TCP性能問題的原因。

針對數據中心網絡中TCP暴露的問題，許多文獻都提出了相應的處理辦法。如著名的DCTCP協議，它的思想是利用交換機進行ECN標記，多個包攜帶ECN信息來反應網絡的擁塞程度，發送方根據該擁塞程度信息來更好地調節發送速率來控制交換機隊列占用量，以達到減小超時的目的。但是，ECN機制不是所有的廉價交換機都支持，而且隨著并發數的增加，DCTCP仍然發生丟包甚至超時，導致DCTCP遭受TCP同樣的問題。TIMELY通過精確地測量RTT來控制擁塞，但是實現RTT的精確測量需要特殊的硬件支持。

由于目前文獻中提出的解決方案還存在上述缺點，因此，有必要設計一種新的擁塞控制防范，能夠滿足以下要求：(i)有效性。擁塞控制協議應在網絡發生擁塞時緩解網絡擁塞以避免丟包防止超時發生；同時，在發生丟包時，能迅速地恢復丟失的包以避免代價高昂地超時。(ii)部署性。協議需要在不修改交換機硬件的前提下能在數據中心中部署。

發明內容

本發明所解決的問題是，針對現有技術的不足，提供一種數據中心網絡中基于數據包優先級的傳輸控制方法，通過插入高優先級的控制包來進行擁塞控制和迅速恢復以盡可能減少TCP超時，且有利于在數據中心中的部署。

本發明的技術方案為：

一種數據中心網絡中基于數據包優先級的傳輸控制方法，發送方主動發送具有高優先級的控制包，并根據數據包和控制包的ACK接收順序來調整窗口大小，控制網絡擁塞。

所述方法具體包括以下步驟：