[發明專利]一種數據中心網絡中基于優先級隊列的公平帶寬分配方法、交換機及可讀存儲介質

有效

• 申請號: 202010733230.4
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111756586B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 黃家瑋;劉敬玲;蔣寧;李威赫;李釗毅;王建新
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/865;H04L12/867;H04L12/873
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

本發明公開了一種數據中心網絡中基于優先級隊列的公平帶寬分配方法、交換機及可讀存儲介質，其包括：交換機接收數據分組，并識別數據分組所屬流是否是活躍流，若是，獲取所屬流中上一數據分組的隊列，并作為當前數據分組的暫定隊列；若不是，將當前優先級最高的隊列作為當前數據分組的暫定隊列；在每個隊列中均分配緩存份額給每條活躍流；判斷暫定隊列中是否還存在對應流未使用的緩存份額以及暫定隊列是否占滿，若存在且未占滿，數據分組進入暫定隊列，并更新隊列的緩存信息，否則，按照優先級尋找其他隊列作為暫定隊列，直至找到可用隊列，或沒找到可用隊列，則將數據分組丟棄。本發明提高了分配帶寬給每條流的公平性，同時充分利用了網絡資源。

技術領域

本發明屬于數據中心網絡技術領域，具體涉及一種數據中心網絡中基于優先級隊列的公平帶寬分配方法、交換機及可讀存儲介質。

背景技術

現代數據中心運行著多種應用，這些應用生成行為多樣的流量。由于不同應用共享網絡資源，隨著應用增加，當網絡需求不能滿足應用需求時，將引起應用之間的資源競爭。為了保護保守流量不受激進流量的影響，鏈路帶寬應公平地分配給所有流量。特別地，數據中心流量具有高扇入、高突發和同步性等特點，增加了公平帶寬分配的難度。

大多數擁塞控制協議如TCP和DCTCP需依賴于端到端的擁塞信號，并且要求終端主機進行協作以實現公平網絡分配，其效率低且公平分配效果不明顯。交換機是數據中心網絡中不可或缺的網絡設備，可快速感知網絡狀態，常被用于提升網絡性能。現代數據中心中的大多數交換機的端口具有多隊列的特點。經典公平帶寬分配方案公平隊列(FQ)利用多隊列實現流量的公平分配。FQ將每條流分配至一個獨立的隊列中，隊列以逐包輪詢的服務方式轉發分組以實現公平。由于數據中心流量的高并發性，FQ需要大量隊列支持所有數據流。然而交換機中每個端口的隊列數量有限，使得FQ無法在現有的數據中心部署。

于是，許多基于交換機端口多隊列的公平帶寬分配方案，僅利用有限數量的隊列來實現公平帶寬分配的效果。隨機公平隊列(SFQ)將各條流哈希到一組固定的隊列中，各隊列以赤字輪詢的方式發送分組。SFQ定期修改哈希函數以確保大部分流量的公平性。但是，隨著流數的增加，當活躍流的數量超過隊列數量時，SFQ的性能會顯著降低，會存在兩個或以上的流在一個隊列中，且采用的是輪詢出包的方式。近似公平隊列(AFQ)采用優先級隊列實現公平帶寬分配以支持高并發流量。AFQ將每條流在各優先級隊列中分配一個數據包，各個隊列按優先級排空，以實現各流的公平。然而，由于交換機端口中隊列數量的限制，一個流的一個數據包在一個隊列中，當數據包個數超過隊列數時，AFQ將遭遇丟包問題。

因此，針對上述在一定的網絡環境下都可以很好地實現公平帶寬分配的方案，其公平性保證與隊列數量緊密相關。因此，在數據中心商用交換機中和高并發的流量特性下，其不能同時保證高資源利用率和公平的帶寬分配，因此，如何利用有限數量的隊列，為高并發流量實現公平的帶寬共享并確保高網絡利用率是一個值得研究的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有數據中心網絡中交換機有限數量的隊列無法保證高并發流量的公平帶寬分配問題，本發明提供一種數據中心網絡中基于優先級隊列的公平帶寬分配方法，其提高了每條流的公平性，同時充分利用了網絡資源。

一方面，本發明提供一種數據中心網絡中基于優先級隊列的公平帶寬分配方法，包括如下步驟：

步驟1：交換機接收數據分組，并識別所述數據分組所屬流是否是活躍流，若是，獲取所屬流中上一數據分組入隊的隊列，將其作為當前數據分組的暫定隊列；若不是，將當前優先級最高的隊列作為當前數據分組的暫定隊列；

其中，在每個隊列中均分配緩存份額給每條活躍流；