[發明專利]數據中心網絡中基于編碼的包散射方法

有效

• 申請號: 201810069489.6
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108282402B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 黃家瑋;胡晉彬;呂文俊;劉敬玲;王建新
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L12/725
• 分類號: H04L12/725;H04L29/06
• 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編碼的包散射方法，發送端根據流的已發送字節數區分長短流，對長流分組的包頭進行標記后直接發送，對短流分組則以TCP發送窗口為單位進行編碼后發送。交換機根據分組的包頭標記識別長短流，根據五元組哈希算法選擇出端口發送長流分組，用隨機包散射技術發送短流分組。接收端直接提交長流分組到TCP層，對短流分組解碼后再提交TCP層。本發明能解決隨機包散射技術中的亂序和長流阻塞短流的問題，有效降低數據中心網絡中延時敏感的短流完成時間，提升了用戶體驗。

技術領域

本發明涉及數據中心網絡中基于編碼的包散射方法。

背景技術

近年來，數據中心已成為云計算、大規模數據存儲和數據交互的基礎設施，越來越多的企業和個人把在線應用服務遷移到數據中心。目前，數據中心存在大量對延時敏感的實時交互式應用，比如網頁搜索和查詢業務、各種社交網站和零售業務等，這些應用經常產生大量的突發短流，為了提高各項應用性能和服務質量，考慮用戶體驗感，就需要盡可能減小這些突發短流的完成時間。同時數據中心也存在最新時效數據更新、數據挖掘和備份等應用，這些應用則會產生數據量很大的長流，這樣就出現了在數據中心長短流長期并存的現象。很多文獻的研究表明數據中心的流量分布呈現重尾分布，即約90％的數據量僅由約10％的流提供，而約90％的流只提供了約10％的數據量。也就是說數據中心的短流數量占絕大多數，但每條短流的數據量基本不超過100KB。此外，數據中心普遍采用clos網絡等拓撲結構，使得分組可以通過多條等價路徑到達目的地。

目前數據中心網絡廣泛使用的等價多路徑傳輸協議(ECMP)，是以流為單位通過哈希算法選擇不同的路徑傳輸，存在長流碰撞現象，容易造成熱點，導致重負載路徑上短流延時增加。近年，針對上述問題提出的隨機包散射技術(RPS)，是一種基于包的轉發機制，在交換機上從所有最短路徑中隨機選擇一個端口轉發分組，充分利用等價多路徑，有效提高了吞吐量。隨機包散射技術已經在部分商用交換機上實現了。但是隨機包散射技術沒有考慮上述數據中心長短流并存的流量特性，使得短流不能更快傳輸，嚴重影響了用戶體驗感，降低了服務質量，導致運營商財政收入受損，原因有二。

其一，隨機包散射技術僅限于在每條等價路徑延時相同的情況下才能達到很好的效果。而在實際數據中心網絡中，各等價路徑的延時、擁塞和丟包率等各參數都普遍存在差異，使得每條流內部的分組不能按序到達接收端，即出現亂序現象，而且各等價路徑之間的延時差異越大，亂序現象越嚴重。而TCP傳輸協議并不能區分亂序和擁塞，當收到3個重復ACK后會重傳分組并進行減窗操作，造成短流的完成時間增加，長流的吞吐量減小。

其二，當長流分組散射到各路徑并占據了緩存時，則很容易造成突發短流的分組由于隊列構建被阻塞在長流后面，甚至造成隊列溢出，導致丟包和網絡擁塞，從而增加了短流的隊列延時，也增加了短流的平均完成時間，并且這種現象在負載不均衡的情況下會使短流的平均完成時間增大得更多。

目前，已經有一些研究工作是針對如何減小短流的完成時間，Freeway從路徑上動態隔離長短流，使長短流不走同一條路徑從而避免短流被長流阻塞。Repflow則是簡單的復制所有短流，利用在多路徑傳輸發送冗余流來降低流完成時間。然而，這些協議是以流為級別的多路徑傳輸，鏈路利用率不高，且多條長流走同一路徑仍然會有熱點問題。

因此，避免數據中心網絡中的亂序和長流阻塞短流現象，降低短流的完成時間是一個亟待解決的問題。

發明內容

為了解決上述數據中心網絡中隨機包散射技術的亂序和長流阻塞短流的問題，本發明提供了一種數據中心網絡中基于編碼的包散射方法。

本發明的技術方案包括以下步驟：

一種數據中心網絡中基于編碼的包散射方法，包括以下步驟：

發送端按以下步驟進行操作：

步驟11：初始化流長度閾值、短流編碼單元內的源分組數目和最優編碼分組數目；