[發(fā)明專利]一種用于數(shù)據(jù)中心的可選擇性顯式擁塞通知標(biāo)記方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810027469.2
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108270691A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周攀;虞紅芳
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L12/833
• 分類號: H04L12/833;H04L29/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種用于數(shù)據(jù)中心的可選擇性顯式擁塞通知標(biāo)記方法(簡稱SECN)，SECN實現(xiàn)分為兩個部分：1.發(fā)送端將估計的流速率寫入數(shù)據(jù)包的頭部；2.交換機通過讀取數(shù)據(jù)包頭部的速率值來判斷流的速率等狀態(tài)，交換機標(biāo)記發(fā)送速率高的流。本發(fā)明即SECN是第一個區(qū)分流狀態(tài)的ECN標(biāo)記方法，并且是低負(fù)載的。本發(fā)明可明顯提高鏈路吞吐量，降低流完成時間，并提高多瓶頸流的吞吐量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)中心技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種用于數(shù)據(jù)中心的可選擇性顯式擁塞通知標(biāo)記方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今數(shù)據(jù)中心中，計算機集群支撐許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如網(wǎng)頁搜索、社交網(wǎng)絡(luò)、推薦系統(tǒng)等。用戶對這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)速度非常敏感，需要計算機集群在規(guī)定的時間內(nèi)完成用戶的應(yīng)用請求。

在數(shù)據(jù)中心中，這些應(yīng)用往往會被分解為許多小任務(wù)，這些小任務(wù)分布于計算機集群中不同的服務(wù)器上，并行執(zhí)行。服務(wù)器之間進行頻繁的數(shù)據(jù)交互，相互配合，才能完成這些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這樣計算機集群的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能對應(yīng)用的響應(yīng)速度影響巨大。為了提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)必須同時提供低延遲、高吞吐的數(shù)據(jù)傳輸性能。

計算機集群在數(shù)據(jù)交互的過程中，往往使用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)傳輸往往具有并發(fā)性，造成數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)擁塞，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸性能下降，影響網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)速度。為了解決這個問題，數(shù)據(jù)中心往往采用ECN(Explicit Congestion Notification，即顯式擁塞通知)信號，顯式通知發(fā)送端降低其發(fā)送速率，以緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)。

流(flow)是指一段時間內(nèi)具有相同五元組<源IP地址，源端口，目的IP 地址，目的端口和傳輸層協(xié)議>的一系列數(shù)據(jù)包，發(fā)送端以流為對象，控制流的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞。

在數(shù)據(jù)中心中，采用ECN作為擁塞信號的擁塞控制方法有很多，其原理是：數(shù)據(jù)中心中交換機的某一個端口的瞬時隊列長度超過預(yù)設(shè)的閾值，交換機就會對到達該端口的數(shù)據(jù)包進行ECN標(biāo)記，接收端接收到ECN標(biāo)記的包，就會通過ACK應(yīng)答包，將擁塞信息反饋給發(fā)送端，發(fā)送端接收到擁塞信號后，降低被標(biāo)記的數(shù)據(jù)包所在的流的發(fā)送速率，緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞。

由于數(shù)據(jù)中心中，數(shù)據(jù)流具有很強的并發(fā)性，往往將ECN標(biāo)記的閾值設(shè)得很低，一方面可以減小數(shù)據(jù)包排隊延遲，另一方面可以容納更多的并發(fā)流的數(shù)據(jù)包，從而降低網(wǎng)絡(luò)延遲、減少丟包率，達到提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的目的。但是，這種方式存在兩個方面的不足：第一，過低的閾值往往會觸發(fā)很多的ECN擁塞信號，導(dǎo)致發(fā)送端過度反應(yīng)，造成網(wǎng)絡(luò)吞吐量的損失，反而降低了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸性能；第二，這種基于瞬時隊列長度的ECN標(biāo)記方法，是流狀態(tài)不可知的 ECN標(biāo)記方法，該方法不管該數(shù)據(jù)包所在的流的狀態(tài)如何，只要超過閾值的數(shù)據(jù)包都會被打上ECN標(biāo)記，這樣就會導(dǎo)致低速的數(shù)據(jù)流雖然不是造成擁塞的主要原因，卻會被打上ECN標(biāo)記，被發(fā)送端降低發(fā)送速率，這對于低速流是很不公平的，會導(dǎo)致低速流的完成時間大大增加。更糟糕的是，數(shù)據(jù)中心中的大部分流是隨機到達的短流，這些數(shù)據(jù)流的持續(xù)時間很短，并且發(fā)送速率很低，一旦這些流被標(biāo)記上ECN擁塞信號，其發(fā)送速率會被迫降低，導(dǎo)致這些流的完成時間大大增加，從而增加了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)時間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于數(shù)據(jù)中心的可選擇性顯式擁塞通知標(biāo)記方法，只對速率較高的流進行ECN標(biāo)記，這樣通過提高低速流和短流的完成時間，減少網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)時間。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明用于數(shù)據(jù)中心的可選擇性顯式擁塞通知標(biāo)記方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、在發(fā)送端，將當(dāng)前TCP擁塞窗口值作為發(fā)送速率的估計值填入TCP 報文頭部的TCP選項字段；