[发明专利]一种SDN环境下基于调节通告窗口的拥塞控制机制方法

说明书

本发明涉及一种SDN环境下基于调节通告窗口的拥塞控制机制方法，其步骤包括:管理员设定与系统运行相关的参数，为控制器管理范围内的业务流指定相应的带宽分配算法；控制器动态收集网络中各个节点的相关信息,根据带宽分配算法为业务流计算对应的期望带宽；控制器依据计算出的期望带宽值计算并下发期望通告窗口值到交换机；交换机使用调节通告窗口方法将网络的实际承载能力传递到源端节点。源端节点根据网络状况，精准地调节数据包发送速率，以便更好地适应网络的变化提升网络资源利率。该方法无需修改源端节点现有拥塞控制实现，能与现有的网络拥塞控制方法兼容，且能够很好地解决ECN与non‑ECN共存时的不公平性问题。

技术领域

本发明涉及SDN(Software-Defined Networking)以及计算机网络技术领域，实现一种SDN环境下基于调节通告窗口的拥塞控制机制方法。

背景技术

网络的吞吐量与通信子网负荷(即通信子网中正在传输的分组数)有着密切的关系。当通信子网负荷比较小时,网络的吞吐量(分组数/秒)随网络负荷(每个节点中分组的平均数)的增加而线性增加。当网络负荷增加到某一值后,若网络吞吐量反而下降,则表征网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中,到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况,从而使这些分组不得不由前一节点重传,或者需要由源节点或源端系统重传。当拥塞比较严重时,通信子网中相当多的传输能力和节点缓冲器都用于这种无谓的重传,从而使通信子网的有效吞吐量下降。由此引起恶性循环,使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态,最终导致网络有效吞吐量接近为零。

传统计算机网络使用拥塞控制和拥塞避免技术来尽量避免上述性能崩溃。在拥塞控制机制中通常TCP/IP网络将丢包作为拥塞的标志，并使用AIMD(Additive Increase andMultiplicative Decrease)算法来调节发送端的行为以期适应网络的实际状况。此方法易于实现，但是算法的精确度比较低，无法精准地反应网络的状态，丢包策略本身对充分利用网络资源也有较大的损害。随着互联网的发展，人们提出了ECN(Explicit CongestionNotification)机制，即中间节点通过对数据包进行标记来反馈拥塞，而无需丢包。这实现了端到端的拥塞反馈，极大的提升了网络的效率。在ECN的基础上，人们还提出了一些拥塞控制算法致力于提升中间节点反馈网络状况的准确度。譬如，DPCP(DistributedCongestion-Control Protocol)使用链式的两个数据包中的四个比特位来描述更多的网络状态；DCTCP(Data center TCP)参照一组数据包中的ECN数据包的比例来反映网络的状况。DPCP，DCTCP这类算法在一定程度上提高了反馈的精确度，但源端获取的依然不是十分精确的网络状况。并且这些算法需要修改现有的TCP/IP实现，导致兼容性问题的出现，从而给应用和推广带来了难度。

目前在SDN网络环境下拥塞控制的主要机制是流量的负载均衡。在该机制中，控制器会检测网络中业务流的数量种类以及网络的拓扑变化。当有业务流进入网络的时候，控制器发送命令控制交换机转发业务流数据包到负载较低的节点。进而将整个网络的负载均衡地分摊到各个交换机上面，以期充分利用网络资源获得更好的网络利用率。但是当整个网络的负载都比较高的时候，SDN网络环境下如何控制拥塞的机制还没有得到充分的研究。

发明内容

本发明主要应用在SDN环境中，涉及的技术主要有:SDN，TCP拥塞控制机制，ECN机制，P4(Programming Protocol-Independent Packet Processors)中间节点编程语言，INT(In-band Network Telemetry)技术，PI机制。

本发明克服了现有技术的局限性，提出了一种SDN环境下基于调节通告窗口的拥塞控制机制方法。本发明应用在SDN环境中，将利用SDN提供的中间节点和控制器的灵活性与可编程性，通过对中间节点和控制器进行编程，使用调节通告窗口的方法将网络的实际承载能力准确地反馈到源端节点，使源端节点能够精准地调节自己的发送速率而实现网络带宽的充分利用。