[发明专利]一种面向数据中心的编码网络系统及其工作方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及数据中心（Data Center）网络系统，在目的节点所需信息是多个源节点上信息的某种编码形式的应用场景下，通过同步各个源节点和中间路由，组建一个编码网络系统，使得编码报文能够在中间路由进行编码，以降低数据中心网络的负载，增加网络资源利用率。编码网络系统由多个网络协议组成的CNP/CTP协议族和若干个软件模块组成，编码网络能够在编码传输的应用场景下，通过报文寻路找到最小代价的编码树，并在上层的编码传输协议的控制下进行编码传输。 

背景技术

随着云计算相关技术的迅猛发展，数据中心作为云计算的后台，提供高可靠的、高效的云计算服务。目前的研究表明，数据中心的网络资源已经很大程度上成为了数据中心运算效率的瓶颈，另一方面，网络编码（Network Coding）在理论上强大的优势在实际的应用中还未得到广泛的发挥，因此，本发明结合网络编码技术，在数据中心的编码传输应用场景下，通过软件协议族的模式组建一个编码网络，提供高效的编码网络通信，提高网络资源利用率，降低数据中心的网络负载。 

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是在数据中心中提供一系列网络协议族构建一个编码网络系统，该网络系统支持多个源节点与单个目的节点组建一个编码网络系统，并在这个编码网络系统中提供编码传输服务和缓存管理工作。此外，本发明还提供了该系统的工作方法。 

本发明所述的面向数据中心的编码网络系统，主要由数据中心中的多台数据服务器、连接这些数据服务器的编码路由器及数据链路，以编码路由器和数据服务器作为通信节点，其特征在于，在每个通信节点上都构建有： 

TCP/IP协议栈模块：用来作为数据中心普通应用程序的网络协议支持；

编码网络协议模块：使编码网络协议平行于IP协议，基于网络编码技术在数据中心中提供数据报文的编码传输；

编码网络生成树协议模块：为每一个通信特征码标识的编码数据通信构建一个逆向多播树，以支持编码传输协议；

编码传输协议模块：对于每个通信特征码标识的编码数据通信，根据编码网络生成树协议所生成的逆向多播树，同步各个叶子节点和中间编码路由器，使得数据由叶子节点同步的传输到根节点，并在中间过程的交汇点做编码操作；

编码缓存管理模块：对于每个逆向多播树的交汇节点，为每一个通信特征码管理通信节点的缓存，完成编码同步和内存的申请释放；

Socket复用模块：将编码传输协议注册到Socket通信列表中，使得上层的应用程序能够调用该协议做编码传输，编码传输首先调用编码网络生成树协议，生成一个逆向多播树，并在各个交汇节点做记录，之后再同步启动编码传输协议。

此外，本发明此还提供了所述的面向数据中心的编码网络系统的工作方法，具体包括以下步骤： 

1）编码网络协议的实现及其向数据链路层的注册，其具体步骤包括：

11）实现编码接收函数cnp_rcv()，编码接收函数在接受到数据报文后，通过本地的通信特征码集，来确定对该数据报文的缓存操作操作还是转发操作等，通信特征码集由CNSTP协议维护。

111）编码网络协议对转发到数据报文直接调用cnp_output()函数，该函数根据情况将数据报文转发到下一个通信节点或者转交到上层的编码网络生成树协议、编码传输协议等。 

112）编码网络协议对需要编码的数据报文调用cnp_code()函数，该函数将数据报文缓存到编码缓存管理模块分配的内存中，如果缓存中有需要编码的数据报文，则将两个数据报文进行编码之后存储并更新编码报文个数，在达到该节点所需编码的报文个数之后，则标志着本通信节点的编码任务完成，然后再对编码报文调用cnp_output()函数将之发送出去。 

12）实现CNP协议的的cnp_output()函数的插口结构，供上层的CNSTP和CTP协议等调用CNP协议注册时使用。 

13）将实现好的CNP接收函数cnp_rcv()及选择好的类型协议码等组建成一个packet_type类型变量，然后调用dev_add_pack()函数注册到底层的数据链路层中。 

14）实现CNP的数据报文发送函数cnp_queue_xmit()，该函数首先添加CNP协议的报文头部，之后调用数据链路层的dev_queue_xmit()函数将数据报文发送到数据链路层。 

2）编码网络生成树协议的实现与向编码网络协议的注册，其具体步骤包括：