CN114760252A - 数据中心网络拥塞控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种数据中心网络拥塞控制方法及系统，方法包括：周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文；将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使终端获取对应的暂停发送时间并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。本申请能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，并能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，降低交换机端口的队列堆积，进而能够提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及数据中心网络技术领域，尤其涉及数据中心网络拥塞控制方法及系统。
背景技术
数据中心网络中的传输层协议已经引起了学术界和工业界的广泛关注。传输层协议旨在为应用提供高吞吐、低延迟的网络数据传输服务，而拥塞控制协议则是传输层协议的研究重点。
目前，在早期TCP协议的改进方案的基础上，一些更加高效的拥塞控制协议被提出，他们多采用除了丢包信号之外的拥塞信号以更好地适应数据中心网络环境。例如DCQCN、Timely或HPCC等拥塞控制机制，然而，这些拥塞控制机制均存在拥塞信号需要较长的时间回传回到发送端以及需要多轮调整才能收敛到公平速率的问题，因此易造成数据中心网络拥塞控制过程的耗时长以及交换机端口的队列堆积等问题。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供了数据中心网络拥塞控制方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本申请的第一个方面提供了一种数据中心网络拥塞控制方法，包括：
周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；
若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文，其中，该拥塞通知报文包含有产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识；
将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使接收到所述拥塞通知报文的终端根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
在本申请的一些实施例中，所述周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度，包括：
实时更新本地的数据统计表，其中，该数据统计表用于存储数据中心网络中各个终端各自发送的数据包的标识、长度及对应的目的终端的标识；
在本地的数据统计表中周期性获取与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度。
在本申请的一些实施例中，在所述若监测到所述数据包总长度超过拥塞阈值，则生成对应的拥塞通知报文之前，还包括：
根据各个所述目的终端的链路带宽容容纳量，分别生成各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
在本申请的一些实施例中，所述根据各个所述目的终端的链路带宽容容纳量，分别生成各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值，包括：
获取预设的目标倍数，其中，该目标倍数大于1；
根据所述目标倍数分别与各个所述目的终端的链路带宽容容纳量之间的乘积，得到各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
本申请的第二个方面提供了一种数据中心网络拥塞控制方法，包括：
若接收到一交换机发送的拥塞通知报文，则读取该拥塞通知报文中的多余数据包标识，其中，所述拥塞通知报文是所述交换机预先在监测到目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值后生成的，所述数据包总长度是数据中心网络中的与交换机连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的数据包总长度；
根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
在本申请的一些实施例中，所述根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，包括：
根据所述多余数据包标识对应的数据包及对应的链路带宽生成对应的暂停发送时间；
基于所述暂停发送时间实时更新本地的暂停发送时间表，其中，所述暂停发送时间表用于存储数据中心网络中各个终端与暂停发送时间之间的对应关系。
在本申请的一些实施例中，还包括：
若交换机没有检测到拥塞，则持续运行所述数据中心网络内预设的拥塞控制算法。
本申请的另一个方面提供了一种数据中心网络拥塞控制系统，包括：交换机和终端；
所述交换机用于实现上述第一方面所述的数据中心网络拥塞控制方法；
所述终端用于实现上述第二方面所述的数据中心网络拥塞控制方法。
本申请的另一个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的数据中心网络拥塞控制方法，或者，实现上述第二方面所述的数据中心网络拥塞控制方法。
本申请的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的数据中心网络拥塞控制方法，或者，实现上述第二方面所述的数据中心网络拥塞控制方法。
本申请提供的数据中心网络拥塞控制方法，周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文，其中，该拥塞通知报文包含有产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识；将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使接收到所述拥塞通知报文的终端根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送，通过交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的效率；作为数据包发送端的终端使用直接暂停额外数据包发送的机制，能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
本申请的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本申请实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本申请能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本申请实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为DCQCN协议中接收端向对应的发送端发送CNP(拥塞告知)包的举例示意图。
图2为本申请一实施例中由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法的总流程示意图。
图3为本申请一实施例中由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法的具体流程示意图。
图4为本申请一实施例中由终端执行的数据中心网络拥塞控制方法的总流程示意图。
图5为本申请一实施例中由终端执行的数据中心网络拥塞控制方法的具体流程示意图。
图6为本申请另一实施例中的交换机的结构示意图。
图7为本申请另一实施例中的终端的结构示意图。
图8为本申请应用实例提供的数据中心网络拥塞控制方法的技术路线图。
图9为本申请应用实例提供的数据中心网络拓扑架构的举例示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本申请做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本申请关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本申请的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
近年来，在盛行的网络应用(如搜索、在线零售和云计算等)的需求驱动下，数据中心在全球范围内以前所未有的速度和规模发展建立起来。特别的，为了保障数据连接，提升用户使用体验，数据中心网络中的传输层协议引起了学术界和工业界的广泛关注。而数据中心网络与传统的因特网有着不一样的特点(如单一的控制和同构的网络架构)，这给数据中心网络中的传输层协议设计带来了极大的机遇和挑战，相应的一系列的传输协议被设计提出。
数据中心通常采用商用器件，将服务器和交换机通过精心设计的网络互联，从而以更经济更便捷的方式达到计算和海量存储等需求。相较于因特网这类复杂多变且不完全可控的异构网络，数据中心网络是一个单一自治域下的同构网络环境。单一自治域意味着端主机以及其使用的网络协议以及应用对网络服务的需求等都是相对可控可预测的。同构性表现在数据中心网络的拓扑架构具有一定的规律(具有可预测的RTT，相对一致的链路带宽)。而这些特点也为传输层协议的设计带来了许多的机遇，例如，数据中心内的设备具有相对一致的拥塞信号，拓扑内所有的设备都具有可控性等。
传输层协议旨在为应用提供高吞吐、低延迟的网络数据传输服务。传输层协议包括无连接的尽力传输协议，以用户数据报协议UDP为代表；面向连接的可靠传输协议，以传输控制协议TCP为代表。在大多数网络场景中，应用层使用的传输协议以面向连接的可靠传输协议为主。拥塞控制协议则是传输层协议的研究重点。
拥塞控制协议的设计一直以来都是数据中心网络方向研究的重点，这些年来相应的也有很多拥塞控制协议被提出。早期在因特网的背景下，一些TCP协议的改进方案例如TCP Tahoe、TCP Reno、TCP Vegas等。但这些方案都是基于TCP协议的思想，利用网内的丢包信号作为拥塞信号，发送端进行速率的调整。这些相关的方案通过改变发送端速率调整机制进而提升算法性能。
但是这些方案都以数据包丢包作为信号，当发送端发现数据包有丢包发生时，网络内通常已经有了较为严重的拥塞问题。另一方面，除了以丢包作为拥塞信号的方式，在数据中心内部有着更为丰富的拥塞信号(一些信号在因特网上无法获取或者是波动较大)，例如交换机的ECN(拥塞告知信号)标记、端到端的RTT时延以及INT(带内网络遥测技术)技术。通过使用这些信号，发送端可以更加快捷的或者网内的拥塞状况并进而更加快速的调整速率以减少数据包的排队。
近年来，一些更加高效的拥塞控制协议被提出，他们多采用上述的拥塞信号以更好地适应数据中心网络环境。
参见图1，DCQCN在交换机处使用ECN信号，当交换机发现相应端口队列长度超过一定阈值时，会在数据包报头添加ECN标记，接收端在收到带有ECN标记的数据包后，会向对应的发送端发送CNP(拥塞告知)包。发送端在接收到CNP包之后，会调整发送速率以降低交换机端口的队列长度。
Timely将RTT信号作为拥塞信号。数据中心网络相较于因特网具有更加统一的拓扑架构，因此每个数据包的RTT波动也较小，通过在端侧测量RTT与基准RTT的差值可以获得网络内的拥塞程度，并随后相应的修改发送速率。
HPCC通过使用INT技术，当数据包经过每一跳交换机的时候，都会在数据包的包头添加此交换机的端口队列、端口速率等信息。当数据包回传回发送端时，发送端根据数据包携带的相关链路的链路信息，计算链路使用率并根据使用率调整发送速率。
然而，上述拥塞控制协议均存在以下问题：
(1)拥塞信号需要较长的时间回传回到发送端。根据上述相关拥塞信号的分析，现有的拥塞信号例如RTT或者INT都需要至少一个完整的链路回传时间才能发送回发送端，而ECN拥塞信号需要在交换机端口队列积累到一定程度时才能进行标记。随着时间的发展，现有的数据中心的链路速率已经从10Gbps逐渐发展到了100Gbps，即使拥塞信号触发只需要一个链路回传时间，这段时间内也会有大量的额外数据包被发送到网络中去，从而加重网络内拥塞的程度。
(2)现有拥塞控制方案需要多轮调整才能收敛到公平速率。DCQCN算法采用加性与乘性增减相结合的方式调整发送速率，其中加性增加速率需要至少五轮的时间。Timely算法根据RTT变化的梯度值相应的更改速率，与DCQCN的收敛速率相似。HPCC算法通过实时链路速率与理想链路速率的比值乘性的改变发送速率，相较于DCQCN算法能够更快的收敛。但是其仍然需要至少五轮时间(HPCC论文算法默认)才能收敛。在收敛到公平速率之前，发送端依旧会发送超过链路承受能力的数据包，而这些数据包也将在交换机端口积累，使得拥塞信号过度产生，发送端过度收敛从而导致链路带宽没有被充分利用。
在本申请的一个或多个实施例中，CC(Congestion Control)是指拥塞控制；RTT(Round-Trip Time)是指往返时间；ECN(Explicit congestion notification)是指显示拥塞告知；INT(Inband Network Telemetry)是指带内网络遥测；CNP(CongestionNotification Packet)是指拥塞告知包。
基于此，本申请实施例提供一种可以由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法，参见图2，所述数据中心网络拥塞控制方法具体包含有如下内容：
步骤100：周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；
可以理解的是，交换机周期性统计一定时间内，连接到此交换机的终端(更下一层)发送到相同目的终端的数据包总长度。
步骤200：若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文，其中，该拥塞通知报文包含有产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识。
在步骤200中，当交换机监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，交换机认为对应的目的终端处产生了拥塞。随后向与此交换机连接的所有终端发送拥塞通知报文，并在拥塞通知报文内携带对应的产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识。
步骤300：将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使接收到所述拥塞通知报文的终端根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
可以理解的是，终端收到了拥塞通知报文的时候，终端对拥塞通知报文内含有的交换机统计得到的多余数据包进行计算得到暂停时间。当终端有新的数据包要发送的时候，会查看对应的剩余暂停时间，如果剩余的暂停时间已经结束的话，发送对应的数据包。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的效率；作为数据包发送端的终端使用直接暂停额外数据包发送的机制，能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
为了进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，在本申请实施例提供的一种由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法中，参见图3，所述数据中心网络拥塞控制方法中的步骤100具体包含有如下内容：
步骤110：实时更新本地的数据统计表，其中，该数据统计表用于存储数据中心网络中各个终端各自发送的数据包的标识、长度及对应的目的终端的标识；
步骤120：在本地的数据统计表中周期性获取与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度。
可以理解的是，数据中心网络拓扑架构通常为fat-tree架构。本发明在所有的ToR交换机处都维护一个网内信息的数据统计表Statistic_table，这张数据表以此数据中心网络拓扑内所有的终端为键值，统计了一定时间内，连接到此ToR交换机的终端(更下一层)发送到相同目的终端的数据包总长度。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过采用交换机本地的数据统计表，能够有效实现交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性；另外，只需要在交换机处维护一个网内信息的数据表，对现有的数据中心网络设备做微小的改动，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的实用性，具有良好的创新性和研究意义。
为了进一步提高拥塞阈值的应用可靠性及有效性，在本申请实施例提供的一种由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法中，参见图3，所述数据中心网络拥塞控制方法中的步骤200之前还具体包含有如下内容：
步骤010：根据各个所述目的终端的链路带宽容容纳量，分别生成各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
可以理解的是，理想情况下，一定时间内发送到相同目的终端的数据包总长度不应该超过此目的终端的链路带宽容容纳量。因此，我们将此链路带宽容纳量作为阈值。当ToR交换机内的数据统计表Statistic_table对应的值超过此阈值时，ToR交换机认为对应的目的终端处产生了拥塞。随后向与此ToR交换机连接的所有终端发送拥塞通知报文，并在拥塞通知报文内携带对应的Statistic_table的值。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过预先根据目的终端的链路带宽容容纳量生成拥塞阈值，能够有效提高拥塞阈值的应用可靠性及有效性，进而能够有效提高监测目的终端是否发送拥塞的可靠性及有效性。
为了使得当有少量超过链路容量的数据包被发送的时候不会启动算法而导致对拥塞的过度反应，在本申请实施例提供的一种由交换机执行的数据中心网络拥塞控制方法中，所述数据中心网络拥塞控制方法中的步骤010具体包含有如下内容：
步骤011：获取预设的目标倍数，其中，该目标倍数大于1。
步骤012：根据所述目标倍数分别与各个所述目的终端的链路带宽容容纳量之间的乘积，得到各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
可以理解的是，为了避免算法对拥塞的过度处理，我们希望在交换机处维持少量的队列以保证网络链路一直被充分利用。因此，我们在计算ToR交换机的阈值时，应该将其设置为链路容量的1.1倍，使得当有少量超过链路容量的数据包被发送的时候不会启动算法而导致对拥塞的过度反应。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过根据大于1的目标倍数分别与各个所述目的终端的链路带宽容容纳量之间的乘积生成拥塞阈值，使得当有少量超过链路容量的数据包被发送的时候不会启动算法而导致对拥塞的过度反应，进而能够有效避免算法对拥塞的过度处理，有效提高数据中心网络拥塞控制过程的智能化程度。
另外，本申请另一实施例还提供的一种由终端实现的数据中心网络拥塞控制方法中，参见图4，所述数据中心网络拥塞控制方法具体包含有如下内容：
步骤400：若接收到一交换机发送的拥塞通知报文，则读取该拥塞通知报文中的多余数据包标识，其中，所述拥塞通知报文是所述交换机预先在监测到目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值后生成的，所述数据包总长度是数据中心网络中的与交换机连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的数据包总长度；
步骤500：根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的效率；作为数据包发送端的终端使用直接暂停额外数据包发送的机制，能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
为了进一步减少在收敛过程中额外数据包的发送，在本申请实施例提供的一种由终端实现的数据中心网络拥塞控制方法中，参见图5，所述数据中心网络拥塞控制方法中的步骤500还具体包含有如下内容：
步骤510：根据所述多余数据包标识对应的数据包及对应的链路带宽生成对应的暂停发送时间。
步骤520：基于所述暂停发送时间实时更新本地的暂停发送时间表，其中，所述暂停发送时间表用于存储数据中心网络中各个终端与暂停发送时间之间的对应关系。
可以理解的是：当ToR交换机检测到拥塞，终端收到了拥塞通知报文的时候，终端同样会维护一个数据包发送的Schedule_table,键值为数据中心网络内所有的终端。当收到拥塞通知报文的时候，终端对拥塞通知报文内含有的ToR交换机统计得到的多余数据包进行计算，将多余数据包Btx除以链路带宽linerate得到暂停时间并记录在Schedule_table当中。当终端有新的数据包要发送的时候，会在Schedule_table中查看对应的剩余暂停时间，如果剩余的暂停时间已经结束的话，发送对应的数据包。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过设置终端本地的暂停发送时间表，能够有效实现直接暂停额外数据包发送的机制，能够进一步减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
为了进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的适用全面性及广泛性，在本申请实施例提供的一种由终端实现的数据中心网络拥塞控制方法中，参见图5，所述数据中心网络拥塞控制方法还具体包含有如下内容：
步骤600：若交换机没有检测到拥塞，则持续运行所述数据中心网络内预设的拥塞控制算法。
可以理解的是：当ToR交换机没有检测到拥塞时，终端使用数据中心网络内现有的拥塞控制算法。数据中心网络内的拥塞可能来自于同一个ToR交换机或者是不同的ToR交换机，本发明在ToR交换机内维护的Statistic_table只能检测到同一ToR交换机内终端产生的拥塞，而对来自于不同的ToR交换机的拥塞只能起到抑制的作用。因此，当拥塞产生于不同的ToR交换机时，我们使用DCQCN、HPCC或者是其他的拥塞控制算法进行控制。
也就是说，如果一个ToR交换机内产生拥塞，那么交换机一定能捕捉到这一特征。当ToR1交换机内只有一条流发向目的地Host1并且有来自其他的ToR交换机的流同时发向这个Host1时，ToR1并不能检测到拥塞，但是Host1能通过预设的拥塞控制算法检测到拥塞。在本申请中，源端主机一直运行数据中心网络内预设的拥塞控制算法，当ToR交换机检测到本交换机内部产生拥塞时，则会暂停数据包的发送，否则其他情况都运行预设的拥塞算法。
从上述描述可知，本申请实施例提供的数据中心网络拥塞控制方法，通过针对若本地产生拥塞且获知当前无交换机发生拥塞或者本地产生拥塞且获知该拥塞来自于多个交换机进行对应的处理，能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的适用全面性及广泛性，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的智能化程度。
从软件层面来说，本申请还提供一种用于执行图2或图3所述数据中心网络拥塞控制方法中全部或部分内的交换机，参见图6，所述交换机具体包含有如下内容：
长度获取模块10，用于周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；
拥塞监测模块20，用于若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文，其中，该拥塞通知报文包含有产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识；
报文发送模块30，用于将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使接收到所述拥塞通知报文的终端根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
本申请提供的交换机的实施例具体可以用于执行上述图2或图3对应的实施例中的数据中心网络拥塞控制方法的实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述图2或图3对应的数据中心网络拥塞控制方法实施例的详细描述。
从上述描述可知，本申请实施例提供的交换机，通过交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的效率；作为数据包发送端的终端使用直接暂停额外数据包发送的机制，能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
从软件层面来说，本申请还提供一种用于执行图4或图5所述数据中心网络拥塞控制方法中全部或部分内的终端，参见图7，所述终端具体包含有如下内容：
报文接收模块40，用于若接收到一交换机发送的拥塞通知报文，则读取该拥塞通知报文中的多余数据包标识，其中，所述拥塞通知报文是所述交换机预先在监测到目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值后生成的，所述数据包总长度是数据中心网络中的与交换机连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的数据包总长度；
暂停发送模块50，用于根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
所述终端进行数据中心网络拥塞控制的所有的操作都在客户端设备(即终端)中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器，用于数据中心网络拥塞控制的具体处理。
上述的客户端设备可以具有通信模块(即通信单元)，可以与远程的服务器进行通信连接，实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。
上述服务器与所述客户端设备端之间可以使用任何合适的网络协议进行通信，包括在本申请提交日尚未开发出的网络协议。所述网络协议例如可以包括TCP/IP协议、UDP/IP协议、HTTP协议、HTTPS协议等。当然，所述网络协议例如还可以包括在上述协议之上使用的RPC协议(Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用协议)、REST协议(Representational State Transfer，表述性状态转移协议)等。
从上述描述可知，本申请实施例提供的终端，通过交换机在本地直接监测拥塞，并直接向终端发送拥塞告知报文，能够大大缩短拥塞信号的反馈时间，使得作为数据包发送端的终端能够更加快速地响应网内拥塞，进而能够有效提高数据中心网络拥塞控制过程的效率；作为数据包发送端的终端使用直接暂停额外数据包发送的机制，能够有效减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步降低交换机端口的队列堆积，进而能够进一步提高数据中心网络拥塞控制过程的效率及可靠性，以提高数据中心网络中数据传输的稳定性。
另外，基于上述交换机及终端的实施例，本申请还提供一种数据中心网络拥塞控制系统的实施例，该数据中心网络拥塞控制系统具体包含有如下内容：
所述交换机用于实现图2或图3所示的数据中心网络拥塞控制方法；
所述终端用于实现图4或图5所示的数据中心网络拥塞控制方法。
为了进一步说明本方案，本申请还提供一种数据中心网络拥塞控制方法的具体应用实例具体可以为一种基于数据包快速暂停机制的数据中心内拥塞控制算法。通过在交换机处直接检测网内拥塞状况，并且直接向发送端发送拥塞告知报文，大大缩短了拥塞信号的反馈时间，使得发送端能够更加快速的对网内拥塞作出响应。而在发送端使用直接暂停额外数据包发送的机制，减少在收敛过程中额外数据包的发送，进一步的降低了交换机端口的队列堆积。本申请应用实例只需要在交换机处维护一个网内信息的数据表，并稍微改动发送端网卡的发送策略。参见图8，所述数据中心网络拥塞控制方法具体包含有如下内容：
(1)交换机算法
参见图9，数据中心网络拓扑架构通常为fat-tree架构。本申请应用实例在所有的ToR交换机处都维护一个网内信息的数据统计表Statistic_table，这张数据表以此数据中心网络拓扑内所有的终端为键值，统计了一定时间内，连接到此ToR交换机的终端(更下一层)发送到相同目的终端的数据包总长度。理想情况下，一定时间内发送到相同目的终端的数据包总长度不应该超过此目的终端的链路带宽容容纳量。因此，我们将此链路带宽容纳量作为阈值。当ToR交换机内的数据统计表Statistic_table对应的值超过此阈值时，ToR交换机认为对应的目的终端处产生了拥塞。随后向与此ToR交换机连接的所有终端发送拥塞通知报文，并在拥塞通知报文内携带对应的Statistic_table的值。
为了避免算法对拥塞的过度处理，我们希望在交换机处维持少量的队列以保证网络链路一直被充分利用。因此，我们在计算ToR交换机的阈值时，应该将其设置为链路容量的1.1倍，使得当有少量超过链路容量的数据包被发送的时候不会启动算法而导致对拥塞的过度反应。
(2)终端算法
终端算法整体分为两种情况：
当ToR交换机没有检测到拥塞时，终端使用数据中心网络内现有的拥塞控制算法。数据中心网络内的拥塞可能来自于同一个ToR交换机或者是不同的ToR交换机，本申请应用实例在ToR交换机内维护的Statistic_table只能检测到同一ToR交换机内终端产生的拥塞，而对来自于不同的ToR交换机的拥塞只能起到抑制的作用。因此，当拥塞产生于不同的ToR交换机时，我们使用DCQCN、HPCC或者是其他的拥塞控制算法进行控制。
当ToR交换机检测到拥塞，终端收到了拥塞通知报文的时候，终端同样会维护一个数据包发送的Schedule_table,键值为数据中心网络内所有的终端。当收到拥塞通知报文的时候，终端对拥塞通知报文内含有的ToR交换机统计得到的多余数据包进行计算，将多余数据包Btx除以链路带宽linerate得到暂停时间并记录在Schedule_table当中。当终端有新的数据包要发送的时候，会在Schedule_table中查看对应的剩余暂停时间，如果剩余的暂停时间已经结束的话，发送对应的数据包。
综上，本申请应用实例提供的上述方法，提出的基于数据包快速暂停机制的数据中心内拥塞控制算法。并提出的终端调度数据包机制，设计了一种基于数据包快速暂停机制的数据中心内拥塞控制算法。仿真和真实实验环境表明，本申请应用实例可以更加快速有效的降低交换机端口队列长度，并在不同的网络条件下表现出一致的高性能，具有更强的实用性。
本申请实施例还提供了一种计算机设备(也即电子设备)，该计算机设备可以包括处理器、存储器、接收器及发送器，处理器用于执行上述实施例提及的数据中心网络拥塞控制方法，其中处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，以通过总线连接为例。该接收器可通过有线或无线方式与处理器、存储器连接。所述计算机设备与数据中心网络拥塞控制系统之间通信连接，以自所述无线多媒体传感器网络中的传感器接收实时运动数据，并自所述视频采集装置接收原始视频序列。
处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的数据中心网络拥塞控制方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的数据中心网络拥塞控制方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述处理器执行时，执行实施例中的数据中心网络拥塞控制方法。
在本申请的一些实施例中，用户设备可以包括处理器、存储器和收发单元，该收发单元可包括接收器和发送器，处理器、存储器、接收器和发送器可通过总线系统连接，存储器用于存储计算机指令，处理器用于执行存储器中存储的计算机指令，以控制收发单元收发信号。
作为一种实现方式，本申请中接收器和发送器的功能可以考虑通过收发电路或者收发的专用芯片来实现，处理器可以考虑通过专用处理芯片、处理电路或通用芯片实现。
作为另一种实现方式，可以考虑使用通用计算机的方式来实现本申请实施例提供的服务器。即将实现处理器，接收器和发送器功能的程序代码存储在存储器中，通用处理器通过执行存储器中的代码来实现处理器，接收器和发送器的功能。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述数据中心网络拥塞控制方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
本申请中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，包括：
周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度；
若监测到所述目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值，则生成针对该目的终端的拥塞通知报文，其中，该拥塞通知报文包含有产生拥堵的目的终端对应的多余数据包标识；
将所述拥塞通知报文分别发送至与自身连接的各个所述终端，以使接收到所述拥塞通知报文的终端根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
2.根据权利要求1所述的数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，所述周期性获取数据中心网络中的与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度，包括：
实时更新本地的数据统计表，其中，该数据统计表用于存储数据中心网络中各个终端各自发送的数据包的标识、长度及对应的目的终端的标识；
在本地的数据统计表中周期性获取与自身连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的当前数据包总长度。
3.根据权利要求1所述的数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，在所述若监测到所述数据包总长度超过拥塞阈值，则生成对应的拥塞通知报文之前，还包括：
根据各个所述目的终端的链路带宽容容纳量，分别生成各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
4.根据权利要求3所述的数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，所述根据各个所述目的终端的链路带宽容容纳量，分别生成各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值，包括：
获取预设的目标倍数，其中，该目标倍数大于1；
根据所述目标倍数分别与各个所述目的终端的链路带宽容容纳量之间的乘积，得到各个所述目的终端各自对应的拥塞阈值。
5.一种数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，包括：
若接收到一交换机发送的拥塞通知报文，则读取该拥塞通知报文中的多余数据包标识，其中，所述拥塞通知报文是所述交换机预先在监测到目的终端的数据包总长度超过该目的终端对应的拥塞阈值后生成的，所述数据包总长度是数据中心网络中的与交换机连接的各个终端发送数据包到相同目的终端的数据包总长度；
根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，并在该暂停发送时间的计时期内暂停数据包的发送。
6.根据权利要求5所述的数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，所述根据所述多余数据包标识获取对应的暂停发送时间，包括：
根据所述多余数据包标识对应的数据包及对应的链路带宽生成对应的暂停发送时间；
基于所述暂停发送时间实时更新本地的暂停发送时间表，其中，所述暂停发送时间表用于存储数据中心网络中各个终端与暂停发送时间之间的对应关系。
7.根据权利要求5所述的数据中心网络拥塞控制方法，其特征在于，还包括：
若交换机没有检测到拥塞，则持续运行所述数据中心网络内预设的拥塞控制算法。
8.一种数据中心网络拥塞控制系统，其特征在于，包括：交换机和终端；
所述交换机用于实现权利要求1至4任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法；
所述终端用于实现权利要求5至7任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法，或者，实现如权利要求5至7任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法，或者，实现如权利要求5至7任一项所述的数据中心网络拥塞控制方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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