[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

一種基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法，其步驟包括：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；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；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；當檢測到網絡處于擁塞狀態時，采用基于顯式擁塞控制的反饋控制方法，進入低發送速率模式。本方法通過使用ECN作為擁塞信號，打破了數據隊列和信用利率限制器之間的隔離；基于ECN的新型高效反饋控制算法可以保證CCRP的高性能，而不會干擾網絡中的其他流量。

技術領域

本發明涉及數據中心網絡領域，尤其涉及一種基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法。

背景技術

最近幾年中，數據中心網絡(DCN)的規模和鏈接速度在迅速增長。大型數據中心使用由Clos網絡組成的淺層緩沖交換機來連接100,000多臺計算機。在過去的十年中，其鏈接速度從10Gbps穩步提高到100Gbps。DCN的這些發展使數據中心的低延遲和高帶寬通信成為可能，同時，其也對擁塞控制提出了一系列挑戰。

針對DCN的擁塞控制問題，目前已經提出了很多反應性擁塞控制方法，反應性擁塞控制方法使用擁塞信號，例如數據包丟失，顯式擁塞通知(ECN) 和網絡延遲等，在擁塞發生后做出準確的響應，從而可以在長流量情況下保持系統良好的平均時延性能。但是，由于網絡擁塞檢測速度較慢，因此反應性協議方法很難在每個流程中都獲取合適的速率。

針對該問題，主動擁塞控制方法近年來受到了很多關注。主動型擁塞控制協議方法(ExpressPass方法)具有零數據丟失，快速收斂，低緩沖區占用率和高利用率的優點。但是，當前的DCN，例如谷歌和亞馬遜，仍主要部署基于ECN的反應性協議，因此，將主動型擁塞控制方法逐步部署到DCN中是未來數據中心的重要技術方向。盡管如此，在DCN中部署主動型基于信用的協議會給帶寬分配的公平性帶來很多挑戰，特別是在多租戶DCN中，如果將主動型方法與部署在實際DCN中的反應性協議方法進行簡單混合，會造成嚴重的問題。

因此，在當前DCN中應用主動型協議方法面臨著很多嚴峻挑戰，其根本原因是由于檢測網絡擁塞的方法不同。反應性協議基于數據隊列中使用的間接和被動擁塞信號來檢測網絡擁塞，例如丟包，ECN和網絡延遲。以常見的反應型擁塞控制協議(DCTCP)為例，當隊列長度超過交換機中的ECN 閾值時，數據包將使用擁塞經歷(CE)代碼點進行標記。然后，DCTCP可以通過簡單地識別數據包是否在端主機上標記了ECN來檢測擁塞。但是，主動型擁塞控制協議方法從信用隊列獲取擁塞信息。主動型擁塞協議下數據隊列和信用隊列之間存在明顯的物理隔離，使用信用丟失率作為擁塞指標。當檢測到擁塞時，會降低接收方的信用發送速率。因此，如果將主動型流量和反應型流量混合在網絡中，則主動型的基于信用的擁塞控制機制無法檢測到數據隊列中的網絡擁塞，即使隊列長度超過了交換機中的緩沖區大小，也將以全速傳輸數據包。相反，反應型擁塞控制方法將連續降低其發送速率，直到其帶寬占用率接近零為止，因為在數據隊列中可能會使用CE代碼點標記大量數據包。

基于信用的擁塞控制方法只能通過信用隊列檢測網絡擁，導致其與反應式協議方法發生沖突，因此，本發明通過優化主動型協議方法的擁塞檢測機制，使其也可以檢測到擁塞，實現基于信用的協議和反應性協議方法的融合。

發明內容

針對數據中心網絡中基于信用的擁塞控制方法通過信用隊列檢測網絡擁，導致其與反應式協議方法發生沖突的問題，本發明公開了一種基于信用和反應型的數據中心網絡擁塞控制方法(CCRP)，其步驟包括：