CN113938432B - 一种高速互连网络拥塞控制打标方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有的高速网络拥塞控制的问题，本发明公开了一种高速互连网络拥塞控制打标方法及装置，本发明高速互连网络拥塞控制打标方法包括检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度；基于端口缓冲队列长度的梯度为报文进行拥塞控制打标，本发明通过检测端口缓冲队列长度的梯度来判断队列的变化趋势，并通过队列长度变化趋势和队列长度两个指标综合确定是否进行拥塞打标，通过检测队列变化趋势(增长或减少速度)预判大量报文的出现和消退，通过调整打标判定标准快速调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。

Description

一种高速互连网络拥塞控制打标方法和装置
技术领域
本发明涉及网络数据传输领域的高速网络拥塞控制技术，具体涉及一种高速互连网络拥塞控制打标方法和装置。
背景技术
现有的高速网络拥塞控制主要是基于拥塞打标(ECN)的方法。如图1所示，现有拥塞打标方法检测交换机端口的缓冲队列长度，如果超过一定的打标阈值则认为该端口发生拥塞，对该端口流出报文的ECN域进行打标(ECN＝1，如图1中阴影部分所示)，后续通过ECN标记通知源节点降低报文发送速度，从源端解决网络的拥塞问题。但是拥塞打标方法只能针对缓冲队列的瞬时长度进行检测和打标，如果在短时间内出现大量报文同时发往该端口，或者发往该端口的大量报文突然消失，现有的拥塞控制方法无法及时反应，则可能造成队列长度剧烈增大或减小，很容易造成缓冲区上溢、下溢或队列振荡。如果发生上溢，可能造成拥塞传播，增加报文延时；如果发生下溢，可能造成链路利用率低，浪费网络带宽；如果发生队列振荡，可能造成带宽和延迟的振荡和不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种高速互连网络拥塞控制打标方法和装置，为了解决现有的高速网络拥塞控制的问题，需识别和检测队列长度的变化趋势，如果检测出队列长度快速增加或降低，及时做出相应的反应，并尽快反馈到源端进行速率调整，从而防止或减轻缓冲区上溢、下溢和队列振荡。基于上述原理，本发明通过检测端口缓冲队列长度的梯度来判断队列的变化趋势，并通过队列长度变化趋势和队列长度两个指标综合确定是否进行拥塞打标，通过检测队列变化趋势(增长或减少速度)预判大量报文的出现和消退，通过调整打标判定标准快速调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高速互连网络拥塞控制打标方法，包括：
1)检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度；
2)基于端口缓冲队列长度的梯度为报文进行拥塞控制打标。
可选地，步骤1)包括：在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T+τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段。
可选地，步骤2)包括：若端口缓冲队列长度的梯度G大于预设的梯度上阈值Gth1，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。
可选地，步骤2)包括：若端口缓冲队列长度的梯度小于预设的梯度上阈值Gth2，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。
可选地，若端口缓冲队列长度的梯度G小于等于预设的梯度上阈值Gth1且大于等于预设的梯度下阈值Gth2，步骤2)之后还包括根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤。
可选地，所述根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤包括：若当前时刻的端口缓冲队列长度Q大于等于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。
可选地，所述根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤包括：若当前时刻的端口缓冲队列长度Q小于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。
此外，本实施例还提供一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的网络报文处理器和报文缓冲，所述网络报文处理器被编程或配置以执行所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有用于被计算机设备或网络设备执行以实施所述高速互连网络拥塞控制打标方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、现有的拥塞打标方法只通过判断队列长度确定是否进行ECN打标，队列长度只能反映队列的瞬时状态，无法反映队列的变化趋势。本发明引入了队列长度变化梯度，并将其与队列长度结合进行ECN打标的判断，能够更加准确地进行ECN打标；
2、现有的拥塞打标方法只判断队列长度，整个空间分为2个区域(队列长度未超过阈值，队列长度超过阈值)，本发明的方法引入了队列长度变化梯度，并根据队列长度和队列长度变化梯度将整个空间划分为4个区域(梯度超过上阈值，梯度低于下阈值，梯度处于上下阈值间且队列长度未超过阈值，梯度处于上下阈值间且队列长度超过阈值)，进行ECN打标的判断；
3、采用本发明的方法，当队列长度变化梯度大于上阈值时，队列长度快速增大，此时无论队列长度是否超过阈值，都进行ECN打标，从而使得源端可以尽早进行速率限制，防止缓冲区上溢；当队列长度变化梯度小于下阈值时，队列长度快速减小，此时无论队列长度是否低于阈值，都不进行ECN打标，从而使得源端可以尽早进行速率增加，防止缓冲区下溢；同时也可减轻队列长度震荡，从而降低报文延时，提高网络带宽。
4、本发明方法只需在现有的ECN打标方法上进行很小的改动，仅增加队列长度变化梯度计算逻辑和打标判断逻辑，不会改变现有网络交换芯片的其它软硬件，不会对性能、实现方法和实现成本造成影响。
附图说明
图1为现有拥塞控制打标方法的原理示意图。
图2为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图3为本发明实施例打标方法的原理示意图。
具体实施方式
参见图2，本实施例高速互连网络拥塞控制打标方法包括：
1)检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度；
2)基于端口缓冲队列长度的梯度为报文进行拥塞控制打标。
参见图2，本实施例步骤1)包括：在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T+τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段(取值比较小)。参见图2可知，假定在时刻T检测端口缓冲队列的长度，记为Q1；在时刻T+τ检测端口缓冲队列的长度，记为Q2；则计算梯度G＝Q2–Q1。
参见图2，本实施例步骤2)包括：若端口缓冲队列长度的梯度大于预设的梯度上阈值Gth1，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。即：如果G>Gth1(梯度上阈值)，拥塞控制标记ECN位为1，如图3所示，梯度上阈值Gth1取值为正值。参见图2，本实施例步骤2)包括：若端口缓冲队列长度的梯度小于预设的梯度上阈值Gth2，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。即：如果G<Gth2(梯度下阈值，为负值)，ECN位为0，如图3所示，梯度下阈值Gth2取值为负值。
参见图2，本实施例还包括与现有根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的方法进行融合的步骤。具体地，本实施例中若端口缓冲队列长度的梯度G小于等于预设的梯度上阈值Gth1且大于等于预设的梯度下阈值Gth2，在步骤2)之后还包括根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤，即：如果满足Gth2≤G≤Gth1，则根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标。通过优先基于端口缓冲队列长度的梯度为报文进行拥塞控制打标，然后再根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标，可有效地实现与现有根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的方法进行融合，既可以发挥本实施例方法的优势，又可以兼具现有根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的方法的优点。
参见图2，本实施例根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤包括：若当前时刻的端口缓冲队列长度Q大于等于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。即：如果Q≥Qth(队列长度阈值)，拥塞控制标记ECN位为1。
参见图2，本实施例根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标的步骤包括：若当前时刻的端口缓冲队列长度Q小于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。即：如果Q<Qth，拥塞控制标记ECN位为0。
综上所述，为了解决现有的高速网络拥塞控制的问题，需识别和检测队列长度的变化趋势，如果检测出队列长度快速增加或降低，及时作出相应的反应，并尽快反馈到源端进行速率调整，从而防止或减轻缓冲区上溢、下溢和队列振荡。基于上述原理，本发明通过检测端口缓冲队列长度的梯度来判断队列的变化趋势，并通过队列长度变化趋势和队列长度两个指标综合确定是否进行拥塞打标，通过检测队列变化趋势(增长或减少速度)预判大量报文的出现和消退，通过调整打标判定标准快速调整报文发送速率，从而防止队列缓冲上溢或下溢，降低延时并提高利用率，减小队列振荡，提高收敛性。
此外，本实施例还提供一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的网络报文处理器和报文缓冲，所述网络报文处理器被编程或配置以执行所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有用于被计算机设备或网络设备执行以实施所述高速互连网络拥塞控制打标方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高速互连网络拥塞控制打标方法，其特征在于，包括：
1）检测当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度；
2）基于端口缓冲队列长度的梯度为报文进行拥塞控制打标，包括：
若端口缓冲队列长度的梯度G大于预设的梯度上阈值Gth1，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标；
若端口缓冲队列长度的梯度G小于预设的梯度下阈值Gth2，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标；
若端口缓冲队列长度的梯度G小于等于预设的梯度上阈值Gth1且大于等于预设的梯度下阈值Gth2，则根据当前时刻的端口缓冲队列长度Q为报文进行拥塞控制打标：若当前时刻的端口缓冲队列长度Q大于等于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为1，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标；若当前时刻的端口缓冲队列长度Q小于预设的长度上阈值Qth，则将拥塞控制标记ECN赋值为0，并根据拥塞控制标记ECN为当前传输的报文进行拥塞控制打标。
2. 根据权利要求1所述的高速互连网络拥塞控制打标方法，其特征在于，步骤1）包括：在T时刻获取端口缓冲队列的长度Q1，在T + τ时刻获取端口缓冲队列的长度Q2，将长度Q2减去长度Q1，得到当前时刻的端口缓冲队列长度的梯度G，其中τ为预设的时间段。
3.一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的网络报文处理器和报文缓冲，其特征在于，所述网络报文处理器被编程或配置以执行权利要求1或2所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
4.一种高速互连网络拥塞控制打标装置，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1或2所述高速互连网络拥塞控制打标方法的步骤。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有用于被计算机设备或网络设备执行以实施权利要求1或2所述高速互连网络拥塞控制打标方法的计算机程序。
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