[發明專利]基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法

有效

• 申請號: 202011395285.5
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112468405B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 董德尊;白洋;胡鼎煌;黃山;廖湘科;羅章;歐洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04L47/11
• 分類號: H04L47/11;H04L47/12
• 代理公司: 北京豐浩知識產權代理事務所(普通合伙) 11781
• 代理人: 董超

1.一種基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法,其特征在于，其步驟包括：

其所采用的信用包的大小設定為84B，網絡鏈路容量的5％用于信用信息發送，而網絡鏈路容量的剩余95％用于數據包信息發送；在交換機處，其將數據通路和信用通路在物理信道上分開；信用包數據使用信用通路進行傳輸，正常數據包使用數據通路進行傳輸；當發送端要發送數據給接收端時，首先會通過信用通路發送一個信用請求給接收端，這個信用請求中包含了需要發送的數據流的大小和源地址信息；接收端在接收到信用請求后會給發送端發送信用包，發送端根據收到的信用包發送數據，一個信用包只能調度一個數據包；當未檢測到網絡處于擁塞狀態時，采用基于主動型擁塞控制協議的信用反饋控制方法，即在鏈路容量允許的范圍內盡可能多地發送數據包；當檢測到網絡處于擁塞狀態時，采用基于顯式擁塞控制ECN的反饋控制方法，進入低發送速率模式：在交換機上部署合理的ECN閾值，當網絡中存在其他非主動型流量時，交換機中的數據隊列長度將超過ECN閾值，交換機對數據包進行ECN標記，接收端在接收到帶有ECN標記的數據包后，接收端立即自動降低發送速率；當在多個數據包往返時間RTT中，接收端不再收到帶有ECN標記的數據包時，接收端將發送更多的信用信息；

當采用主動型協議的數據流量與網絡中的其他采用反應型協議的數據流量共存時，且交換機隊列長度超過擁塞閾值時，數據包將被交換機打上擁塞的ECN標記；在接收端實現基于ECN的反饋擁塞控制方法；當數據包到達接收端時，接收端通過檢測其接收的數據包是否標記有擁塞經歷代碼點來檢測擁塞；ECN_ratio是被標記ECN的數據包數量與所有數據包數量的比值；當ECN_ratio值大于0時，判定數據鏈路為擁塞狀態，否則判定數據鏈路為正常狀態。

2.如權利要求1所述的基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法，其特征在于，其步驟包括：

網絡擁塞狀態的檢測，使用ECN來檢測數據隊列的網絡擁塞，使用瞬時數據隊列長度作為ECN打標的判定基礎；具體來說，在交換機數據隊列中設定兩個隊列長度閾值Kmax和Kmin，將Kmin值設置為5KB，將Kmax值設置為200KB；如果交換機中的數據隊列長度值在Kmin以下，數據被當作普通數據進行轉發操作，即進行擁塞標記的概率為0；如果交換機中的數據隊列長度在Kmax以上，交換機會認為網絡中發生了擁塞，數據包會被打上擁塞標記，即數據包被標記擁塞的概率為1；如果交換機中的數據隊列長度大于Kmin同時小于Kmax，則對數據包被標記擁塞的概率進行模擬計算，并根據計算結果概率來對數據包進行擁塞標記；

假定隊列長度為Kmax時被標記擁塞的概率為Pmax，如果當前瞬時隊列長度為X，且KminXKmax，那么數據包被打上擁塞標記的概率為：Pmax×(X-Kmin)/(Kmax-Kmin)。

3.如權利要求1所述的基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法，其特征在于，其步驟包括：

所述的對數據包進行擁塞標記，其具體方式為，修改數據包IP頭數據的數值，數據包IP頭數據中包含用于表示差分服務的TOS域，TOS域中的兩個空閑數值位用于進行擁塞標記；當發送主機不支持ECN功能時，數據包中剩余的這兩個數值位被標記為00；當發送主機支持ECN功能時，數據包中剩余的這兩個數值位被標記為01或者10；當數據包經歷擁塞時，數據包中剩余的這兩個數值位被標記為11。

4.如權利要求1所述的基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法，其特征在于，

在判定數據鏈路為擁塞狀態后，接收端啟動基于ECN的反饋擁塞控制方法，其具體過程包括：

當判定網絡處于正常狀態時，即沒有數據包被打上ECN標記時，則使用主動型擁塞控制協議方法，通過信用包來調度數據包；在最初的幾個RTT中，網絡趨向于以鏈路速率發送數據流量，在經過多個RTT之后，如果未獲得任何帶有ECN擁塞標記的數據包，并判定網絡中沒有其他采用反應型協議的數據流量；在這一階段中，同時檢測信用信息的丟包率，當信用信息丟包率小于設定的信用丟包閾值target_loss時，網絡進入增速階段，其相應的信用發送速率采用如下方式進行計算：

w＝(w+wmax)/2，

cur_rate＝(1-w)*tmp_rate+w*max_rate，

其中，w為計算因子，cur_rate為當前信用發送速率，tmp_rate為上一輪信用發送速率，max_rate為信用的最大發送速率，target_loss是設定的信用丟包閾值，為了減少部署初期的攻擊性，將target_loss值設置為0；wmax的取值范圍為0.04≤wmax≤0.07；

當信用信息丟包率大于設定的信用丟包閾值target_loss時，網絡進入減速階段，其相應的信用發送速率采用如下方式進行計算：

cur_rate＝(1-credit_loss_rate)*tmp_rate，

w＝max(wmin,w/2)，

max()表示取其括號中的兩個變量的最大值，credit_loss_rate為信用包的實際丟包率；

當檢測到ECN_ratio大于被打上ECN擁塞標記的數據量的閾值target_ECN_ratio時，判定網絡處于擁塞狀態，進行如下操作：

ECN_a＝(1-g)*ECN_a+g*ECN_ratio，

tmp_rate＝(1-(target_ECN_ratio+ECN_a)/2)*cur_rate，

其中，ECN_a為中間計算量，g為設定的權重值，其取值為0.5；在淺緩沖交換環境中，為確保交換機中的平均隊列長度在ECN閾值左右，target ECN ratio設置為0。