[发明专利]一种数据中心网络中基于优先级队列的公平带宽分配方法、交换机及可读存储介质

说明书

本发明公开了一种数据中心网络中基于优先级队列的公平带宽分配方法、交换机及可读存储介质，其包括：交换机接收数据分组，并识别数据分组所属流是否是活跃流，若是，获取所属流中上一数据分组的队列，并作为当前数据分组的暂定队列；若不是，将当前优先级最高的队列作为当前数据分组的暂定队列；在每个队列中均分配缓存份额给每条活跃流；判断暂定队列中是否还存在对应流未使用的缓存份额以及暂定队列是否占满，若存在且未占满，数据分组进入暂定队列，并更新队列的缓存信息，否则，按照优先级寻找其他队列作为暂定队列，直至找到可用队列，或没找到可用队列，则将数据分组丢弃。本发明提高了分配带宽给每条流的公平性，同时充分利用了网络资源。

技术领域

本发明属于数据中心网络技术领域，具体涉及一种数据中心网络中基于优先级队列的公平带宽分配方法、交换机及可读存储介质。

背景技术

现代数据中心运行着多种应用，这些应用生成行为多样的流量。由于不同应用共享网络资源，随着应用增加，当网络需求不能满足应用需求时，将引起应用之间的资源竞争。为了保护保守流量不受激进流量的影响，链路带宽应公平地分配给所有流量。特别地，数据中心流量具有高扇入、高突发和同步性等特点，增加了公平带宽分配的难度。

大多数拥塞控制协议如TCP和DCTCP需依赖于端到端的拥塞信号，并且要求终端主机进行协作以实现公平网络分配，其效率低且公平分配效果不明显。交换机是数据中心网络中不可或缺的网络设备，可快速感知网络状态，常被用于提升网络性能。现代数据中心中的大多数交换机的端口具有多队列的特点。经典公平带宽分配方案公平队列(FQ)利用多队列实现流量的公平分配。FQ将每条流分配至一个独立的队列中，队列以逐包轮询的服务方式转发分组以实现公平。由于数据中心流量的高并发性，FQ需要大量队列支持所有数据流。然而交换机中每个端口的队列数量有限，使得FQ无法在现有的数据中心部署。

于是，许多基于交换机端口多队列的公平带宽分配方案，仅利用有限数量的队列来实现公平带宽分配的效果。随机公平队列(SFQ)将各条流哈希到一组固定的队列中，各队列以赤字轮询的方式发送分组。SFQ定期修改哈希函数以确保大部分流量的公平性。但是，随着流数的增加，当活跃流的数量超过队列数量时，SFQ的性能会显著降低，会存在两个或以上的流在一个队列中，且采用的是轮询出包的方式。近似公平队列(AFQ)采用优先级队列实现公平带宽分配以支持高并发流量。AFQ将每条流在各优先级队列中分配一个数据包，各个队列按优先级排空，以实现各流的公平。然而，由于交换机端口中队列数量的限制，一个流的一个数据包在一个队列中，当数据包个数超过队列数时，AFQ将遭遇丢包问题。

因此，针对上述在一定的网络环境下都可以很好地实现公平带宽分配的方案，其公平性保证与队列数量紧密相关。因此，在数据中心商用交换机中和高并发的流量特性下，其不能同时保证高资源利用率和公平的带宽分配，因此，如何利用有限数量的队列，为高并发流量实现公平的带宽共享并确保高网络利用率是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有数据中心网络中交换机有限数量的队列无法保证高并发流量的公平带宽分配问题，本发明提供一种数据中心网络中基于优先级队列的公平带宽分配方法，其提高了每条流的公平性，同时充分利用了网络资源。

一方面，本发明提供一种数据中心网络中基于优先级队列的公平带宽分配方法，包括如下步骤：

步骤1：交换机接收数据分组，并识别所述数据分组所属流是否是活跃流，若是，获取所属流中上一数据分组入队的队列，将其作为当前数据分组的暂定队列；若不是，将当前优先级最高的队列作为当前数据分组的暂定队列；

其中，在每个队列中均分配缓存份额给每条活跃流；