CN108881010A - 基于损益评估的拥塞路径调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于损益评估的拥塞路径调整方法，本着最大收益原则调整那些处于拥塞路径的流，将其调整到更合适的路径传送(其中评估调整后无明显收益的流将仍被保留在原路径传送)。在该方法基础上，本发明提供一种避免拥塞、故障路径的路由方法和系统。本发明提供了高收益重路由方案，在这些方案“聪明的”选路指导下，流量负载分配更加趋于均衡。

Description

基于损益评估的拥塞路径调整方法

技术领域

本发明涉及多路径负载均衡技术领域；具体地，涉及一种基于损益评估的拥塞路径调整方法；在其基础上，本发明提供一种避免拥塞、故障路径的路由方法和系统。

背景技术

传统的路由协议通常是一种单路径路由的方式；简单地讲，即从源主机端到目的端，所有的包都通过一条路径传送的(如工作的最优路径出现了问题，才考虑下一条最优路径)，其他路径都处于备份状态或无效状态，而且在动态路由环境下，调整路径后是需要一定时间才能达到原发送速度。那么，问题来了：一是单一路径路由下，网络在面临过多的流量请求时是显得无能为力的；二是单一路径路由使得很多路径处于相对空闲状态。因此，本领域技术人员提出了多路径路由而的概念。这样的路由方式在现有硬件条件下也是被支持的。

多路径网络，不仅可以为不同的服务质量要求提供不同的路径，还可以为同一种类型的服务提供多条路径，经聚集可实现更高的服务质量；在多路径网络下，主机对路径有自主的选择使用权，通过探测各路径获取的信息评估路径状态，据此调整对各路径的使用，从而提高网络的利用率。多路径网络已经被广泛应用；例如，Clos网络就是一种优秀的多路径网络，其被广泛应用在网络通信(如数据中心网络)等领域中。

目前，多路径路由通常选择ECMP、WCMP等多路径选择算法实现。在流量动态分配(即负载均衡)时，一般是以流为粒度分配负载的。这样做是因为基于包为粒度的路由虽能够做到更精确的负载分担，但是对每个包都进行路由查表和路由操作会影响网络通信效率，更糟糕的是，同属于一条流中的包会经过不同路径到达目的端，可能会造成接收方的乱序接收，影响正常使用。

在基于流粒度的多路径网络负载分配，虽然避免了乱序问题，但当出现大象流时，如仍按现有算法(如ECMP)分发流量，由于流的大小及网络路径状态不尽相同，这种突发的大数据流极容易造成路径拥塞。如何处理那些处于拥塞路径的流呢？将其调整到负载更低的路径上(即重路由，Rerouting)看起来是一种不错的选择。但是，事实上，并不是将所有的处于拥塞路径的流调整到低负载的路径上都是有收益的选择。重路由会导致包乱序，降低流发送速度；那么，这些流即使被重路由到一条负载低的路径上，其发送速度要重新恢复(以及进一步超过)原水平，也是需要一定时间的。正是因为这一原因，从收益结果来看，如果是大象流，调整其到负载路径更低的路径时，往往是正收益的；如果是老鼠流，则很难得出同样的结论了(如果是一条传送即将完成的流，调整路径显然是很糟糕的选择)。

因此，经过损益评估后做出的谨慎的重路由，才是有利于提高网络传输效率的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于损益评估的拥塞路径调整方法，本着最大收益原则调整那些处于拥塞路径的流，将其调整到更合适的路径传送(其中评估调整后无明显收益的流将仍被保留在原路径传送)；在该方法基础上，本发明提供一种避免拥塞、故障路径的路由方法和系统。

一方面，本发明提供一种基于损益评估的拥塞路径调整方法，该方法包括：

获取自源主机端出发所达的全部路径的拥塞状态；

获取自源主机端发出传送中的流的信息；

根据所述的流信息，从处于拥塞路径的流中选择拟调整的流；

根据所述的路径状态，选出明显优于所述拟调整流当前所处拥塞路径的路径集合；

若所述集合不为空(即存在所述明显优于所述当前路径的路径)，则将所述拟调整的流调整到所述集合中负载最低的路径；若所述集合为空，则仍将所述拟调整的流在原路径传送。

结合所述的第一方面，在其所述方法中，

优选的，所述的流信息包括流的发送速度、未发送部分大小；所述的拟调整的流是根据所述的流的发送速度和未发送部分大小评估获得的。

一条流的未发送部分的大小很难被采集到，其通常是根据该流的已发送部分的大小评估获得的。因此，评估一条处于拥塞路径的流是否未所述的拟调整的流，也可以根据所述流的发送速度和已发送部分大小评估获得。

优选的，所述的拥塞状态，是通过结合RTT、ECN信号评估获得的；

进一步，更优选的，所述的明显优于当前的路径，也是根据所述当前拥塞路径与之的RTT、ECN差值大于对应的预设门限值而选出的。

优选的，所述的拟调整的流到新的路径后，为减少重复传送，以包为最小调整粒度，继续发送该流的未发送部分(以发送的部分则不再发送)。

另一方面，结合所述第一方面的基于损益评估的拥塞路径调整方法，本发明提供一种避免拥塞、故障路径的路由方法。该方法包括：

获取自源主机端出发所达的全部路径的拥塞、故障状态；

获取自源主机端发出传送中的流的信息；

根据所述路径状态和流信息，指导路由/重路由：

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照所述第一方面的方法重路由。

结合所述的第二方面，在其所述的路由方法中，

为减少重复传送，进一步提高路径利用率，优选的，提供一种包为最小调整粒度的路由/重路由，其过程如下：

检测从源主机端发出的包对应的流，

若所述包属于一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则将其根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若所述包属于处于拥塞路径中的流，则如流重路由那样，将该包重路由到所述明显优于当前的路径集合中负载最低的路径；当所述集合为空时，则仍将所述包在原路径传送。

又一方面，结合所述第一、第二方面的方法，本发明还提供一种避免拥塞、故障路径的路由系统，其部署在源主机端。该系统包括：

路径评估模块，用于获取自源主机端出发所达的全部路径的拥塞、故障状态；

流评估模块，用于获取自源主机端发出传送中的流的信息，并对其评估；

路由模块，用于根据所述路径状态和流评估结果，决策和执行路由/重路由；其中，

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照所述第一方面的方法重路由。

结合所述的第三方面，在其所述的路由系统中，

为减少重复传送，进一步提高路径利用率，优选的，提供一种包为最小调整粒度的路由/重路由，其过程如下：

检测从源主机端发出的包对应的流，

若所述包属于一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则将其根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若所述包属于处于拥塞路径中的流，则如流重路由那样，将该包重路由到所述明显优于当前的路径集合中负载最低的路径；当所述集合为空时，则仍将所述包在原路径传送。

相对现有技术，本发明提供的技术方案具有诸多的有益效果，如：

一，高收益的重路由，经过收益评估后对调整处于拥塞路径的流做出是否调整以及若调整则将其调整到最合适的路径传送，这些都使得多路径网络带宽得到合理运用；

二，及时的重路由，而以包为粒度的调整，能够及时对拥塞的流做出应对。

附图说明

为更加清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明中一部分实施例或现有技术描述中涉及的附图做简单介绍。

图1展示了现有技术中的一种多路径网络(叶脊拓扑结构的Clos网络)示意图；

图2揭示了图1中的网络容易发生拥塞的缺陷；

图3为本发明一实施例提供的一种基于损益评估的拥塞路径调整方法的流程示意图；

图4为本发明另一实施例提供的避免拥塞、故障路径的路由方法中的算法示例。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为一种多路径网络，其能够为网络中的每一对主机终端提供多条路径。通过这种多路径网络传输数据流量时，本领域技术人员都会追求严格的流量负载均衡，以最大限度地利用带宽并行传输流量。但是，难免个别的交换机、路由器等设备出现故障；更需要本领域技术人员注意的是，在数据流量动态传输过程中，拥塞本就无法根本避免，在多路径网络下，现有的路由算法会是拥塞情况变得更为复杂。正如图2所示，拥塞可能出现在网络的任何地方。一般来说，但单路径下，通过拥塞控制可在一定程度上缓解网络拥塞。但是，多路径网络提供了丰富的路径冗余，将拥塞的流调整到不是那么拥塞的路径看上去是一种不错的选择。

但是，事实上，并不是将所有的处于拥塞路径的流调整到低负载的路径上都是有收益的选择。重路由会导致包乱序，降低流发送速度；那么，这些流即使被重路由到一条负载低的路径上，其发送速度要重新恢复(以及进一步超过)原水平，也是需要一定时间的。

针对上述问题，本发明的一部分实施例提供一种基于损益评估的拥塞路径调整方法，如图3所示，该方法包括：

获取路径状态，即获取自源主机端出发所达的全部路径的拥塞状态；

获取流信息，即获取自源主机端发出传送中的流的信息；

选择拟调整的流，即根据所述的流信息，从处于拥塞路径的流中选择拟调整的流；

路径调整，即根据所述的路径状态，选出明显优于所述拟调整流当前所处拥塞路径的路径集合；

若所述集合不为空(即存在所述明显优于所述当前路径的路径)，则将所述拟调整的流调整到所述集合中负载最低的路径；若所述集合为空，则仍将所述拟调整的流在原路径传送。

在上述的实施例中，部分实施例提供一种优选的实现方式，所述的流信息包括流的发送速度、未发送部分大小；所述的拟调整的流是根据所述的流的发送速度和未发送部分大小评估获得的。若一个流其为发送的部分大于对应的预设值(可视情况设定，通常设定在100KB-800KB间的一个数值)，且其最大发送速度低于发送速度门限值(通常设定为最大路径链接容量的20-40％)，即判断其应该被调整。

在上述的实施例中，部分实施例提供一种优选的实现方式，一条流的未发送部分的大小很难被采集到，其通常是根据该流的已发送部分的大小评估获得的。这是因为一些流量中的流，是随机算产生的，并不能预知其大小，故很难采集和简单推断出其大小。而前面也提到大象流容易造成路径拥塞，而这种流通常仅占总流量的10％(但大小却占90％)。故，可以通过已发送部分的大小评估一条流的未发送部分。因此，评估一条处于拥塞路径的流是否未所述的拟调整的流，也可以根据所述流的发送速度和已发送部分大小评估获得。

在上述的任一实施例中，部分实施例提供一种优选的实现方式，通过结合RTT、ECN信号评估获得路径拥塞状态。

进一步，上述实施例中的一些，其基础上，通过将当前拥塞路径与其他路径的RTT、ECN差值与对应的预设门限值对比，若上述差值均大于所述门限值，则认为该路径明显优于当前拥塞路径。

在上述的实施例中，部分实施例提供一种优选的实现方式，当拟调整的流到新的路径后，为减少重复传送，以包为最小调整粒度，继续发送该流的未发送部分(以发送的部分则不再发送)。虽然，上述做法可能造成一定程度的包乱序，但因为调整路径是根据拥塞程度做出的，故通过新路径到达顺序未必受到较大影响。故以上程度的包乱序是能够容忍的。

本发明的另一部分实施例提供一种避免拥塞、故障路径的路由方法。该方法包括：

获取自源主机端发出传送中的流的信息；

根据所述路径状态和流信息，指导路由/重路由：

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照所述第一方面的方法重路由。

在上述的任一实施例中，为减少重复传送，进一步提高路径利用率，部分实施例提供一种优选的实现方式，即提供一种包为最小调整粒度的路由/重路由，其中，图4为其一个算法示例。通过图4，我们可以看出，其过程如下：

检测从源主机端发出的包对应的流，

若所述包属于一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则将其根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若所述包属于处于拥塞路径中的流，则将该包重路由到所述明显优于当前的路径集合中负载最低的路径；当所述集合为空时，则仍将所述包在原路径传送。

本发明的又一部分实施例提供一种避免拥塞、故障路径的路由系统，其部署在源主机端。该系统包括：

路径评估模块，用于获取自源主机端出发所达的全部路径的拥塞、故障状态；

流评估模块，用于获取自源主机端发出传送中的流的信息，并对其评估；

路由模块，用于根据所述路径状态和流评估结果，决策和执行路由/重路由；其中，

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照上述实施例中提供的拥塞路径调整方法重路由。

在上述的实施例中，部分实施例提供一种优选的实现方式，即在拟调整的流到新的路径后，为减少重复传送，以包为最小调整粒度，继续发送该流的未发送部分(以发送的部分则不再发送)。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。

Claims (10)

1.一种基于损益评估的拥塞路径调整方法，其特征在于，

获取自源端出发所达的全部路径的拥塞状态；

获取自源端发出传送中的流的信息；

根据所述的流信息，从处于拥塞路径的流中选择拟调整的流；

根据所述的路径状态，选出明显优于所述拟调整流当前所处拥塞路径的路径集合；

若所述集合不为空，则将所述拟调整的流调整到所述集合中负载最低的路径；若所述集合为空，则仍将所述拟调整的流在原路径传送。

2.根据权利要求1所述的拥塞路径调整方法，其特征在于，

所述的流信息包括流的发送速度、未发送部分大小；所述的拟调整的流根据所述的流的发送速度和未发送部分大小评估获得。

3.根据权利要求1所述的拥塞路径调整方法，其特征在于，

所述的流信息包括流的发送速度、已发送部分大小；所述的拟调整的流根据所述的流的发送速度和已发送部分大小评估获得。

4.根据权利要求1所述的拥塞路径调整方法，其特征在于，

所述的拥塞状态，通过结合RTT、ECN信号评估获得。

5.根据权利要求4所述的拥塞路径调整方法，其特征在于，

所述的明显优于当前的路径，根据所述当前拥塞路径与之的RTT、ECN差值对比对应的门限值获取。

6.根据权利要求1所述的拥塞路径调整方法，其特征在于，

所述的拟调整的流到新的路径后，以包为最小调整粒度，继续发送该流的未发送部分。

7.一种避免拥塞、故障路径的路由方法，其特征在于，

获取自源端出发所达的全部路径的拥塞、故障状态；

获取自源端发出传送中的流的信息

根据所述路径状态和流信息，指导路由/重路由：

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据所述路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照权利要求1-5任一所述方法重路由。

8.根据权利要求7所述的路由方法，其特征在于，

所述的路由/重路由，为包为最小调整粒度的路由/重路由：

检测从源端发出的包对应的流，

若所述包属于一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则将其根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若所述包属于处于拥塞路径中的流，将该包重路由到所述明显优于当前的路径集合中负载最低的路径，所述集合为空时，则仍将所述包在原路径传送。

9.一种避免拥塞、故障路径的路由系统，部署在源端，其特征在于，

路径评估模块，用于获取自源端出发所达的全部路径的拥塞、故障状态；

流评估模块，用于获取自源端发出传送中的流的信息，并对其评估；

路由模块，用于根据所述路径状态和流评估结果，决策和执行路由/重路由；其中，

若是一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则根据所述路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若是处于拥塞路径中的流，则按照权利要求1-5任一所述方法重路由。

10.根据权利要求9所述的路由系统，其特征在于，

所述的路由/重路由，为包为最小调整粒度的路由/重路由：

检测从源端发出的包对应的流，

若所述包属于一条新的流，或传送超时的流，或处于故障路径的流，则将其根据路径状态选择当前负载最低的路径路由；

若所述包属于处于拥塞路径中的流，将该包重路由到所述明显优于当前的路径集合中负载最低的路径，所述集合为空时，则仍将所述包在原路径传送。