本发明专利技术为一种基于连续报文标记的多路径TCP拥塞控制方法，当缓存队列长度大于标记阈值K时，交换机在输出报文加拥塞标记；接收方服务器通过确认报文反馈拥塞标记，发送方服务器接收到确认报文按有无标记更新确认报文矩阵MTi，计算T时段内该矩阵变化量之和当此值大于拥塞阈值θ，计算拥塞因子α，并按α成比例地减小拥塞窗口，α≤1/2，发送报文的拥塞窗口已减标志位置位；不大于θ或接收到确认报文无拥塞标记，根据联合增长算法增大拥塞窗口。本发明专利技术路径的拥塞状态信息在一个RTT内准确反馈给发送方，根据拥塞程度按比例有约束地减小拥塞窗口，充分利用各链路，保证多路径传输的实施，适用于多路径架构的数据中心网络。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据中心网络
，特别涉及数据中心网络中一种基于连续报文 标记的多路径TCP拥塞控制方法。
技术介绍
数据中心网络由成千上万台服务器通过商业交换机互联组成，为企、事业单位提 供网络服务，具有带宽高、延时小、流量规模大以及突发性强的特点。数据中心网络采用多 级网络架构，服务器位于最底层，向上是商业交换机，依次分为接入层、聚合层和核心层。数 据中心网络的多级网络架构的拓扑能够为服务器之间同时提供多条可用路径。比如，在多 级树形（Fat-Tree)架构中，位于不同簇（Pod)之间的两个服务器有k 2/4条等价路径，其中， k是每台交换机的可用端口数。 多路径传输控制协议（Multi-path TCP，MPTCP)是TCP协议的一种扩展，能够充分 利用现有的网络终端中的多个网络接口，在通信主机之间同时建立多条子流进行可靠的数 据传输。然而，当应用到数据中心网络时，协议的适应性不佳，主要体现在流量传输速率慢 且链路带宽利用率低下的问题，这主要是由于MPTCP的默认拥塞控制算法最初是针对因特 网设计的。 针对这个问题，国内外学术界开展了大量的研宄工作，并提出了一些数据 中心网络中拥塞的解决方法。例如文献《多路径传输协议的联合拥塞控制（CoupIed congestion control for multipath transport protocols)〉〉（干丨J 于 RFC6356, 2011、 10月），文献《多路径传输控制协议的机会式线性增长拥塞控制算法（Opportunistic Linked-Increases Congestion Control Algorithm for MPTCP)》， 文献《并行 多路径传输的拥塞控制策略对传输层的影响（On the impact of congestion control for Concurrent Multipath Transfer on the transport layer)))(干丨J 于 ConTEL，IEEE，2011:397-404)，文献《多路径传输控制协议非帕累托最优：性能问题及解决 方法（Mptcp is not pareto-optimal:Performance issues and a possible solution))) (刊于 Networking, IEEE/ACM Transactions on, 2013, 21 (5) : 1651-1665.)，文献《数据中心 网络的的显式多路径拥塞控制机制（Explicit Multipath Congestion Control for Data Center Networks)》，（刊于 Conext, 2013:73-84)等。 上述的拥塞控制方法都能够有效地提高数据中心网络中多路径传输时的协议性 能。但是现有的拥塞控制方法有些是以丢包作为拥塞判断的准则，发送方需要等待重传，定 时器超时，导致拥塞响应速度慢；另一些在拥塞发生时对拥塞窗口的调节过于激进，造成链 路利用率低下，最终导致数据中心网络的通信性能变差。 显式拥塞通知（Explicit Congestion Notification，ECN)是一种通过网络中间 节点（比如：交换机）对缓存队列中的报文进行标记、并将标记信息反馈给发送方服务器 的机制，发送方服务器会据此衡量网络的拥塞状况，调节发送速率以缓解网络中即将发生 的拥塞事件。当前，数据中心网络中的交换机都已支持ECN机制，同样主机的协议栈中也已 经实现。目前整个拥塞控制流程是按如下方式执行的：交换机通过随机早期检测（Random Early Detection，RED)机制的指数加权移动平均（Exponentially Weighted Moving Average，EWMA)算法估计缓存队列的平均长度，然后以一定的概率对报文进行标记；当接 收方服务器接收到被标记的报文时，会通过标记对应确认报文的方式将拥塞信息反馈给发 送方服务器；发送方服务器接收到被标记的确认报文后，将当前拥塞窗口减半，同时，对即 将要发送的报文的拥塞窗口已减（Congestion Window Reduced，CWR)的标志位置位，以此 来通知接收方服务器暂时停止进行报文标记。 但这种拥塞标记的拥塞控制方法只适用于单路径，对于数据网络中心需要另行设 计一套多路径TCP传输的拥塞控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于连续报文标记的多路径TCP拥塞控制方法，本方法 交换机采用显式拥塞通知标记（ECN标记），发送方服务器在统计时间T内，以有拥塞标记报 文的变化量作为拥塞判断的准则，计算拥塞因子，然后根据拥塞因子按照相应比例调节拥 塞窗口。 多路径传输控制协议（MPTCP)能够为每个通信连接同时建立多条子流进行数据 传输，并具备良好的负载均衡特性。本专利技术在数据中心网络中采用多路径传输控制协议 (MPTCP)进行可靠的的数据传输，以相互促进充分发挥网络拓扑和协议的优势。 本专利技术提供的一种基于连续报文标记的多路径TCP拥塞控制方法，具体步骤如 下： I、交换机加拥塞标记 为了更加快速准确地向发送方服务器反馈子流拥塞状态信息，交换机采用显式拥 塞通知（ECN)与随机早期检测（RED)相结合的机制。 交换机用随机早期检测（RED)对其即将输出的TCP报文缓存队列的长度进行检 测，如果瞬时缓存队列长度大于标记阈值K，则对当前即将输出的报文加拥塞标记，否则，不 执行任何标记操作。标记阈值K多CXRTT/7, C表示路径容量或者路径的最大传输速率， RTT为数据在此路径上传输的往返时间；较佳方案为20 < K < 30。 II、接收方服务器反馈拥塞标记 当接收方服务器接收到标记了拥塞的报文时，在该报文的确认报文上加拥塞标记 反馈给发送方服务器； III、发送方服务器对拥塞窗口的处理 m-ι、接收确认报文 在第i时刻发送方服务器的一个子流接收到s个确认报文，当发送方服务器有η 个子流，某子流r接收到新的确认报文时，更新该子流接收到的确认报文数，并记录到多路 径传输控制协议（MPTCP)连接的确认报文矩阵M Ti中：【主权项】1. 一种基于连续报文标记的多路径TCP拥塞控制方法，其特征为具体步骤如下： I、 交换机加拥塞标记 交换机用随机早期检测对其即将输出的TCP报文缓存队列的长度进行检测，如果瞬时 缓存队列长度大于标记阔值K，则对当前即将输出的报文加拥塞标记，否则，不执行任何标 记操作； II、 接收方服务器反馈拥塞标记 当接收方服务器接收到标记了拥塞的报文时，在该报文的确认报文上加拥塞标记反馈 给发送方服务器； III、 发送方服务器对拥塞窗口的处理 111-1、接收确认报文 在第i时刻发送方服务器的一个子流接收到S个确认报文，当发送方服务器有n个子 流，某子流r接收到新的确认报文时，更新该子流接收到的确认报文数，并记录到多路径传 输控制协议连接的确认报文矩阵中：nitj表示第r条子流当前接收到的第j个确认报文，若该确认报文包含拥塞标记位，贝U mtj= 1 ;否则，即该确认报文不包含拥塞标记位，m".= 0 ;矩阵的项数rX本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于连续报文标记的多路径TCP拥塞控制方法，其特征为具体步骤如下：Ⅰ、交换机加拥塞标记交换机用随机早期检测对其即将输出的TCP报文缓存队列的长度进行检测，如果瞬时缓存队列长度大于标记阈值K，则对当前即将输出的报文加拥塞标记，否则，不执行任何标记操作；Ⅱ、接收方服务器反馈拥塞标记当接收方服务器接收到标记了拥塞的报文时，在该报文的确认报文上加拥塞标记反馈给发送方服务器；Ⅲ、发送方服务器对拥塞窗口的处理Ⅲ‑1、接收确认报文在第i时刻发送方服务器的一个子流接收到s个确认报文，当发送方服务器有n个子流，某子流r接收到新的确认报文时，更新该子流接收到的确认报文数，并记录到多路径传输控制协议连接的确认报文矩阵MTi中：MTi=m11m12...m1j...m1sm21m22...m2j...m2s............mr1mr2...mrj...mrs............mn1mn2...mnj...mns]]>mrj表示第r条子流当前接收到的第j个确认报文，若该确认报文包含拥塞标记位，则mrj＝1；否则，即该确认报文不包含拥塞标记位，mrj＝0；矩阵MTi的项数r×s表示该发送方服务器n个子流接收到的确认报文总数；某一时刻i，当发送方服务器的某个子流接收到确认报文时，首先判断是否为有拥塞标记的确认报文，若该确认报文无拥塞标记，mrj＝0；更新该子流接收到的确认报文数，并记录到确认报文矩阵MTi；直接进入步骤Ⅲ‑32；若该确认报文有拥塞标记，停止增大该子流的拥塞窗口，mrj＝1；更新该子流当前接收到的确认报文数，并记录到确认报文矩阵MTi中；进入下一步骤进入步骤Ⅲ‑2；Ⅲ‑2、计算确认报文矩阵变化量计算统计时间T时段内p个时刻相邻两个时间点所记录的确认报文矩阵变化量之和；此值若大于设定的拥塞阈值θ，即拥塞标记报文数增大时，判定拥塞程度增高，进入步骤Ⅲ‑31；此值若等于或小于设定的拥塞阈值θ，判定当前路径状况良好，进入步骤Ⅲ‑32；所述拥塞阈值θ为大于0的任意数；由发送方服务器设定；由第i‑1时刻到第i时刻内、确认报文矩阵的变化量△i＝MTi‑MT(i‑1)，并统计T时段内p个时刻确认报文矩阵变化量之和p是可调节参数，1≤p≤5；若成立，即拥塞标记确认报文数增大，则判定拥塞程度增高，，进入步骤Ⅲ‑31；若成立，则认为当前路径状况良好，进入步骤Ⅲ‑32；Ⅲ‑3、拥塞程度的判定和拥塞窗口的调整Ⅲ‑31、减小拥塞窗口计算拥塞因子调整拥塞窗口值为W′r＝Wr(1‑α)；Ⅲ‑32、增大拥塞窗口根据联合增长算法增大拥塞窗口；Ⅲ‑321、若当前拥塞窗口小于慢启动门限值φ，则直接将当前拥塞窗口更新为W′r＝Wr+1，慢启动门限值φ采用主机的网络协议栈默认值；Ⅲ‑322、若当前拥塞窗口等于慢启动门限值φ，进入拥塞避免阶段，根据联合增长算法的子流耦合思想，计算各子流的拥塞窗口值之和将当前拥塞窗口值更新为W′r＝Wr+min(β/Wtotal,1/Wr)，其中，式中rttr为某个子流r的数据往返时间。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶进，张智卫，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。