[发明专利]数据中心网络中基于延时差异性的多路径传输方法

说明书

本发明公开了一种数据中心网络中基于延时差异性的多路径传输方法，发送端根据路径延时和流大小为各路径动态分配数据包，将先发送的数据包发往高延时路径，后发送的数据包发往低延时路径，从而减少拖尾流的完成时间。本发明可以让数据中心应用更加合理地使用多路径的可用带宽，减少流的完成时间，从而提升应用性能。

技术领域

本发明涉及数据中心网络(DCN，Data Center Network)中基于延时差异性来最小化流完成时间的多路径传输方法。

背景技术

随着在线搜索、社交网络、电子商务等网络应用的高速发展，越来越多的在线应用系统被迁移到数据中心，利用大规模的计算和存储资源为用户提供网络服务。通常情况下，数据中心网络流量具有高并发和低延时的特征。这些在线实时网络应用，以满足大规模用户对访问的低延时性能需求为目标。目前研究已经提出了很多优化方法策略，主要从传输层和网络层两个方面进行改进和优化。在传输层，主要以拥塞控制为核心技术，通过衡量拥塞程度适时地进行流速控制，为用户提供高效、公平、可靠的数据传输服务。在网络层，主要以路由协议和调度算法为核心技术，针对不同路径上的拥塞程度来调度数据包和选择最优传输路径，最终为用户提供高效的服务。

当前数据中心网络主流的拥塞控制协议DCTCP使用显式拥塞通告(ECN)标记的方法实现拥塞控制。在交换机设置缓存队列阈值K。当交换机队列长度大于K时，数据包被标记，并利用ACK反馈进行速率调节。DCTCP的缺点是采用单路径传输，不能充分利用空闲的带宽，网络资源利用率低，负载不均衡，当高并发时在核心Spine交换机容易形成热点问题。

近年来，研究学者们提出一些新型的数据中心网络拓扑结构如Fat-tree和Leaf-Spine，这些网络拓扑中存在丰富的多路径资源。为了利用多路径资源，ECMP利用数据包头携带的五元组信息在交换机使用哈希算法实现负载均衡，提高了网络资源利用率。但是当多条流被哈希函数分发到交换机同一个出端口时，就形成哈希碰撞。而RPS为了避免哈希碰撞问题，采用了包级别的路由机制。当数据包达到交换机时，RPS将数据包随机分发到交换机的出端口来实现负载均衡。MPTCP是依据ECMP实现的多路径传输协议，将数据流分成多个子流在不同路径上并行传输。总体而言，以上的多路径路由机制都能提升了网络利用率，但也存在一个共同的问题：没有考虑到不同路径可能存在延时差异。如果最后发送的数据包或过多的数据包被发往高延时路径将增加整条流的完成时间，降低网络传输效率。

因此，如何充分利用数据中心网络多路径资源来最小化流的完成时间，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种数据中心网络中基于延时差异性的多路径传输方法，可以让数据中心应用更加合理地使用多路径的可用带宽，减少流的完成时间。

本发明的技术方案包括以下步骤：

一种数据中心网络中基于延时差异性的多路径传输方法，发送端在其发送的数据包头部写入端口号，Leaf交换机读取数据包头部的端口号并按该端口号向输出端口转发数据包，实现多路径传输；发送端在收到ACK包时，计算该ACK包的接收时间与其所对应数据包的发送时间之间的差值，将此差值作为该ACK包所对应的传输路径的RTT值；根据路径对应的端口号和RTT值建立路径信息表(包括端口号字段和RTT字段；其中端口号字段用于标识路径，不同端口号对应不同路径；RTT字段记录路径往返延时值大小，发送端收到来自不同路径的ACK包后及时更新表中路径的RTT值)，将先发送的数据包发往路径信息表中RTT值较大的(高延时)路径，后发送的数据包发往路径信息表中RTT值较小的(低延时)路径。

进一步地，接收端接收到发送端发送的数据包后，将其可用缓存大小写入ACK包的保留字段，并反馈给接收端；

所述将先发送的数据包发往路径信息表中RTT值较大的路径，后发送的数据包发往路径信息表中RTT值较小的路径具体包括以下步骤：