[发明专利]一种用于数据中心的可选择性显式拥塞通知标记方法

说明书

本发明公开了一种用于数据中心的可选择性显式拥塞通知标记方法(简称SECN)，SECN实现分为两个部分：1.发送端将估计的流速率写入数据包的头部；2.交换机通过读取数据包头部的速率值来判断流的速率等状态，交换机标记发送速率高的流。本发明即SECN是第一个区分流状态的ECN标记方法，并且是低负载的。本发明可明显提高链路吞吐量，降低流完成时间，并提高多瓶颈流的吞吐量。

技术领域

本发明属于数据中心技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于数据中心的可选择性显式拥塞通知标记方法。

背景技术

当今数据中心中，计算机集群支撑许多网络应用，如网页搜索、社交网络、推荐系统等。用户对这些网络应用的响应速度非常敏感，需要计算机集群在规定的时间内完成用户的应用请求。

在数据中心中，这些应用往往会被分解为许多小任务，这些小任务分布于计算机集群中不同的服务器上，并行执行。服务器之间进行频繁的数据交互，相互配合，才能完成这些网络应用，这样计算机集群的网络数据传输性能对应用的响应速度影响巨大。为了提高网络应用的响应速度，数据中心网络必须同时提供低延迟、高吞吐的数据传输性能。

计算机集群在数据交互的过程中，往往使用TCP协议传输数据，这些数据传输往往具有并发性，造成数据中心的网络拥塞，导致网络传输性能下降，影响网络应用的响应速度。为了解决这个问题，数据中心往往采用ECN(Explicit Congestion Notification，即显式拥塞通知)信号，显式通知发送端降低其发送速率，以缓解网络拥塞状态。

流(flow)是指一段时间内具有相同五元组<源IP地址，源端口，目的IP 地址，目的端口和传输层协议>的一系列数据包，发送端以流为对象，控制流的数据发送速率，缓解网络拥塞。

在数据中心中，采用ECN作为拥塞信号的拥塞控制方法有很多，其原理是：数据中心中交换机的某一个端口的瞬时队列长度超过预设的阈值，交换机就会对到达该端口的数据包进行ECN标记，接收端接收到ECN标记的包，就会通过ACK应答包，将拥塞信息反馈给发送端，发送端接收到拥塞信号后，降低被标记的数据包所在的流的发送速率，缓解网络的拥塞。

由于数据中心中，数据流具有很强的并发性，往往将ECN标记的阈值设得很低，一方面可以减小数据包排队延迟，另一方面可以容纳更多的并发流的数据包，从而降低网络延迟、减少丢包率，达到提高网络传输性能的目的。但是，这种方式存在两个方面的不足：第一，过低的阈值往往会触发很多的ECN拥塞信号，导致发送端过度反应，造成网络吞吐量的损失，反而降低了网络数据的传输性能；第二，这种基于瞬时队列长度的ECN标记方法，是流状态不可知的 ECN标记方法，该方法不管该数据包所在的流的状态如何，只要超过阈值的数据包都会被打上ECN标记，这样就会导致低速的数据流虽然不是造成拥塞的主要原因，却会被打上ECN标记，被发送端降低发送速率，这对于低速流是很不公平的，会导致低速流的完成时间大大增加。更糟糕的是，数据中心中的大部分流是随机到达的短流，这些数据流的持续时间很短，并且发送速率很低，一旦这些流被标记上ECN拥塞信号，其发送速率会被迫降低，导致这些流的完成时间大大增加，从而增加了网络应用的响应时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于数据中心的可选择性显式拥塞通知标记方法，只对速率较高的流进行ECN标记，这样通过提高低速流和短流的完成时间，减少网络应用的响应时间。

为实现上述发明目的，本发明用于数据中心的可选择性显式拥塞通知标记方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在发送端，将当前TCP拥塞窗口值作为发送速率的估计值填入TCP 报文头部的TCP选项字段；