一种快速简单的量化拥塞通告方法技术

本专利公开了一种快速简单的量化拥塞通告方法。本方法由拥塞点和响应点协同完成。响应点(即源端)将发送速率初始化为链路速率，根据其所接收到的反馈包类型决定是否降速、重置发送速率，或者在没有收到反馈包时采用折半搜索算法调整发送速率。拥塞点(即交换机)初始化变量congested来标识交换机是否经历过拥塞，并根据队列长度、以及队列长度在一个采样周期内的变化量，采样生成反馈包发送给响应点。本专利简化并改进了IEEE 802.1Qau工作组制定的链路层拥塞控制标准协议量化拥塞通告(QCN)，能够快速地获取空余的带宽，尤其适用于数据中心网络环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及链路层拥塞控制算法，特别涉及一种快速简单的量化拥塞通告方法。
技术介绍
现在的数据中心中部署了许多不同的在线应用服务提供给用户使用，比如搜索服务、社交网络服务、游戏服务、文件传输与存储服务等等。这些不同的服务产生的流量类型并不相同，这些不同的流量是由不同的网络承载传输的。比如TCP/IP流量运行于Ethernet中，块存储网络流量运行于光纤通道中，高性能计算流量运行Infiniband网络中。这些不同的组网技术使得数据中心的管理变得复杂，并且增加了数据中心的运营成本。为了处理这些问题，IEEE 802.1数据中心桥接工作组设计了数据中心以太网(Data Center Ethernet，DCE)，又叫增强型以太网(Enhanced Ethernet)。DCE对传统的Ethernet的一个显著改进在于引进了链路层拥塞控制机制，从而为Ethernet提供了低延迟和无丢包的特性。其中，IEEE 802.1Qbb制定的基于优先级流控机制(PFC)可以针对网络中的瞬时拥塞进行控制。它会发送Pause帧到上游设备让其停止发送数据包，从而防止数据包淹没下游的设备缓存。而IEEE 802.1Qau制定的量化拥塞通知(QCN)被用于控制网络中的长时拥塞。QCN的主要思想是将
交换机的缓存队列控制在一个较小目标值附近，既提供了低延迟，又降低缓存溢出的概率，同时保证了高的链路利用率。虽然QCN亦即在2010年被批准为链路层拥塞控制的标准机制，但是我们发现QCN算法存在可以进一步改进的地方。首先是QCN的折半搜索算法源自于BIC-TCP，然而QCN的拥塞探测方法与BIC-TCP不同，这使得QCN有时无法折半搜索算法找到合适的发送速率。因此，除了折半搜索之外，QCN额外添加了主动增长、超主动增长等补充机制，变得非常复杂。其次，QCN面对未知的网络环境时的采用了不同的速率设置方式。在初始发送数据时，QCN直接以链路速率发送数据；而当网络环境变化时，QCN以当前发送速率为起点，逐步地探索带宽。如果网络环境变化时当前发送速率很小，QCN可能会需要很长的时间来探测带宽，使得链路空闲的时间较长。
技术实现思路
针对QCN机制的缺陷，本专利技术设计了一种快速简单的量化拥塞通告算法(FSQCN)。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是一种快速简单的量化拥塞通告方法，包括拥塞点操作和响应点操作：拥塞点操作包含以下步骤：步骤一：初始化，并以预定频率采样通过的数据帧，然后执行步骤二；步骤二：根据拥塞信息来选择发送拥塞反馈包或者速率重置包；当发送速率重置包时，在发送的同时判断是否超时，如果是，则执行
步骤三，否则持续发送速率重置包；步骤三：恢复初始状态，停止发送速率重置包，执行步骤一；响应点操作包含以下步骤：步骤1：初始化发送速率为链路速率；步骤2：判断是否收到拥塞点发回的拥塞反馈包，如果是，则执行减速操作，然后执行步骤4；否则，执行步骤3；步骤3：判断是否收到拥塞点发回的速率重置包，如果是，则根据是否恢复了目标速率来决定是否将当前速率重置为链路速率，执行步骤1；否则，执行步骤4；步骤4：使用折半搜索算法周期性增加发送速率。所述的方法，所述拥塞点的操作步骤一中，所述的初始化为将拥塞点处的拥塞标志位congested初始化为0，即非拥塞状态。所述的方法，所述拥塞点的操作步骤二中，拥塞信息通过以下步骤得到：拥塞点每发送150KB数据则计算一次反映网络拥塞程度的量Fb及队列变化量Qdelta，并根据结果决定是否发送拥塞反馈包；根据Fb、congested及当前队列长度qt来决定是否发送速率重置包，表示如下：其中Fb＝-(Qoff+w·Qdelta)，Qoff＝qt-q0即队列长度相对于q0的偏移量，Qdelta＝qt-qold是队列长度在采样周期内的变化量，qold为上一次采样时的队列长度，q0为目标队列长度，w为常数。所述的方法，所述拥塞点的操作步骤三中：拥塞点连续发送速率重置包，直至满足预设的超时条件后，将congested位置0，并停止发送速率重置包。所述的方法，所述响应点的操作步骤2中：响应点在收到拥塞反馈包后，将当前速率r保存为目标速率u，目标速率u加上一个常数后变为新的目标速率uT，再采用如下乘性减的方式进行减速：r←r(1-GdFb)其中Gd为常数。所述的方法，所述响应点的操作步骤3中，响应点在收到拥塞点发送的速率重置包时，如果当前发送速率恢复到目标速率，亦即r＝uT，则将当前发送速率置为链路速率；如果没有恢复到目标速率，则不进行任何操作。所述的方法，所述响应点的操作步骤4中，响应点按如下折半搜索算法周期性的调整发送速率： u T ← u + β r ← ( r + u T ) / 2 ]]>其中β为常数，周期为发送150KB的数据的时间或15ms，如果r>u，则直接令r＝uT。所述的方法，所述的拥塞点为交换机，响应点为能调节发送速率的源端。本专利技术的技术效果在于，本专利技术通过改进拥塞探测条件，确保折半搜索算法能够找到恰当的发送速率，从而无需使用QCN中那些复杂的补充机制；并且在面临网络环境未知状态时，显式的使用反馈信息
指导源端重置发送速率，从而避免带宽的浪费，适用于流量突发的数据中心网络环境。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为移除QCN补充机制后进行实验时的队列长度。图2为当存在空余带宽时的队列变化情况。图3为本专利技术的拥塞点操作流程图。图4为本专利技术的响应点操作流程图。图5为本专利技术的响应点的状态转换图。图6为本专利技术分段切换线的图形化示意图。图7为本专利技术多对一的单跳测试环境拓扑图。图8为本专利技术只使用折半搜索算法的FSQCN的队列长度的测试效果图。图9为本专利技术当存在突发流时空余带宽获取情况的测试对比图。图10为本专利技术拥塞交换机变化时的多跳测试环境拓扑图。图11为本专利技术拥塞交换机变化时队列长度变化情况的测试对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容及优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的实施方式进行具体的阐述。本专利技术所述的快速简单的量化拥塞通告方法是针对QCN的两个缺点的改进。首先，QCN不能通过折半搜索算法找到正好饱和瓶颈
带宽的合适的发送速率，结果，QCN为折半搜索算法增加了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速简单的量化拥塞通告方法，其特征在于，包括拥塞点操作和响应点操作：拥塞点操作包含以下步骤：步骤一：初始化，并以预定频率采样通过的数据帧，然后执行步骤二；步骤二：根据拥塞信息来选择发送拥塞反馈包或者速率重置包；当发送速率重置包时，在发送的同时判断是否超时，如果是，则执行步骤三，否则持续发送速率重置包；步骤三：恢复初始状态，停止发送速率重置包，执行步骤一；响应点操作包含以下步骤：步骤1：初始化发送速率为链路速率；步骤2：判断是否收到拥塞点发回的拥塞反馈包，如果是，则执行减速操作，然后执行步骤4；否则，执行步骤3；步骤3：判断是否收到拥塞点发回的速率重置包，如果是，则根据是否恢复了目标速率来决定是否将当前速率重置为链路速率，执行步骤1；否则，执行步骤4；步骤4：使用折半搜索算法周期性增加发送速率。

【技术特征摘要】
1.一种快速简单的量化拥塞通告方法，其特征在于，包括拥塞点操作和响应点操作：拥塞点操作包含以下步骤：步骤一：初始化，并以预定频率采样通过的数据帧，然后执行步骤二；步骤二：根据拥塞信息来选择发送拥塞反馈包或者速率重置包；当发送速率重置包时，在发送的同时判断是否超时，如果是，则执行步骤三，否则持续发送速率重置包；步骤三：恢复初始状态，停止发送速率重置包，执行步骤一；响应点操作包含以下步骤：步骤1：初始化发送速率为链路速率；步骤2：判断是否收到拥塞点发回的拥塞反馈包，如果是，则执行减速操作，然后执行步骤4；否则，执行步骤3；步骤3：判断是否收到拥塞点发回的速率重置包，如果是，则根据是否恢复了目标速率来决定是否将当前速率重置为链路速率，执行步骤1；否则，执行步骤4；步骤4：使用折半搜索算法周期性增加发送速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拥塞点的操作步骤一中，所述的初始化为将拥塞点处的拥塞标志位congested初始化为0，即非拥塞状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拥塞点的操作
\t步骤二中，拥塞信息通过以下步骤得到：拥塞点每发送150KB数据则计算一次反映网络拥塞程度的量Fb及队列变化量Qdelta，并根据结果决定是否发送拥塞反馈包；根据Fb、congested及当前队列长度qt来决定是否发送速率重置包，表示如下：其中Fb＝-(Qoff+w·Qdelta)，Qoff＝qt-q0，即队列长度相对于q0的偏移量，Qdelta＝qt-qold是队列长度在采样周期内的变化量，qold为上一次采样时的队列长度,q0为目标队列长度，w为常数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拥塞点的操作步骤三中：拥塞点连续发送速率重置包，直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋万春，阮昌，王建新，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43