一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，在每条HTTP长连接每次进入数据传输阶段之前，通过测量探测包的延时来判断当前的拥塞情况，进而有选择地继承上次数据传输阶段累积的窗口量。同时，在拥塞避免阶段，通过计算每包延时与延时门限的差异来估算网络的拥塞程度并进行相应的降窗操作。本发明专利技术可以提高HTTP高并发数据传输的效率，使网络带宽得以充分利用，同时又有较好地公平性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据中心网络中(DCN,Data Center Network)HTTP高并发数据传输方法。
技术介绍
过去20年里，由于超文本传输协议HTTP在互联网得到了极其广泛的应用，当前数据中心网络仍然有大量的应用服务依然构建在HTTP协议之上，同时这些应用服务也延续使用着请求-应答的服务模式。当一个来自用户端的HTTP请求被送达至数据中心内部的web服务器，这些服务器便立即调用数据中心的计算和存储资源，迅速地产生HTTP应答信息并传回给端用户。为了使应答信息能够更快、更可靠地被传回用户端，web服务器通常会与数据中心后端大量的计算和存储服务器建立大量的HTTP连接来快速地获得应答数据。目前，已经有大量的调查研究指出，私有企业数据中心和大学校园数据中心内部基于HTTP服务的流量分别占各自总流量的85％和50％。因此，HTTP应用服务的性能将直接影响到数据中心运营商的经济收益。HTTP协议本质上使用TCP协议作为其传输层的协议来实现可靠的数据传输。而且，在频繁的请求-应答式的交互过程中，为了避免TCP协议频繁进行三次握手而带来系统和网络开销，HTTP协议一般都会建立TCP长连接来让多次请求和应答进行复用。虽然这种做法很大程度上减少了开销，但是在数据中心内部为了实现并发HTTP数据传输而建立大量并发的TCP长连接，就会对TCP协议的传输性能产生很大的负面影响，原因有二。其一，请求-应答的服务模式，再加上不可预测以及不可控制的用户行为，会在TCP长连接上形成ON/OFF式的流量模式，而这种流量模式又会影响到TCP协议自身的控制逻辑。具体来说，ON/OFF的流量会使TCP长连接上的数据传输过程变成“断断续续”的形式。当TCP长连接已经建立，并正等待用户的请求数据或是服务器的应答数据时，这些TCP连接是处于一种保活但空闲的状态。一旦TCP连接上有新的数据需要传输，这些数据便会自然而然地沿用上一次TCP连接处于忙状态时遗留下来的发送窗口进行传输，从而导致发送速率的急剧增加，给网络带来发生拥塞的潜在威胁。其二，数据中心后端的计算和存储服务器与前端的web服务器之间会形成一种多对一的通信模式。比如为了对一个web search服务的用户请求作出应答，数据中心内部会有数以百计、甚至千计的服务器会参与到服务的计算和通信过程当中。多对一的通信模式，外加交换机使用丢尾式的队列管理策略，就会带来频繁的交换机缓存上溢，进而产生大量丢包。此外，再加上不适当地沿用前次数据传输累积下来的发送窗口，就会让传输HTTP流量的大量并发的TCP长连接的通信性能急剧下降。当前，针对数据中心网络的特征，已经有大量用以缓解并发TCP数据流所产生的网络拥塞的传输控制协议被提出。然而，这些协议在处理HTTP流量的时候，都没有注意到累积窗口会在新一轮传输时被直接使用的问题，从而在高并发的传输过程中产生大量丢包和TCP超时，极大地影响到HTTP应用服务的性能，让运营商的经济收益受损。因此，保证数据中心网络中基于HTTP的应用服务的传输性能是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述数据中心网络中基于HTTP协议的应用服务在高并发传输时性能低下等问题，本专利技术提供了一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法。本专利技术的技术方案包括以下步骤：一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口的初始大小、初始化网络拥塞程度ep，平滑往返延时smooth_RTT0，累计窗口s_cwnd0，最小往返延时min_RTT0和延时门限K0；步骤二：发送端在发送每个数据包(非重传包)之前，检查本次发包与上次发包的时间间隔是否大于平滑往返延时smooth_RTTi-1，如是则保存当前发送窗口cwndi的值至累积窗口s_cwndi【即令s_cwndi＝cwndi】，然后将发送窗口大小设置为2个数据包【即令cwndi＝2】，再将当前发送窗口内的数据包作为探测包发送出去，之后发送端暂停发送数据，转步骤三；否则直接转步骤三；步骤三：发送端对于每个接收到的ACK(非重复ACK)，首先更新平滑往返延时smooth_RTTi，并更新最小往返延时min_RTTj和延时门限Kj，然后判断当前收到的ACK是否为探测包ACK，如是就转步骤四，否则转步骤五；步骤四：判断探测包ACK是否在1个平滑往返延时smooth_RTTi内返回发送端，如果是，则根据s_cwndi来更新发送窗口cwndi，之后发送端恢复数据发送并返回步骤二；否则，直接设置发送窗口cwndi的值为2个数据包，接着发送端恢复数据发送并返回步骤二；步骤五：判断当前往返延时RTT是否大于延时门限Kj，如是则计算拥塞程度ep并使用ep更新发送窗口cwndi，然后返回步骤二；否则直接返回步骤二。所述步骤一包括：发送窗口初始大小按TCP默认方式设置；初始化网络拥塞程度ep＝0；smooth_RTT0的值为当前往返延时；累计窗口s_cwnd0＝0；最小往返延时min_RTT0的值为当前往返延时；延时门限K0的值为当前往返延时的1.5倍。所述步骤三中：对每个收到的ACK，更新平滑往返延时smooth_RTTi的公式为：smooth_RTTi＝(1-α)*smooth_RTTi-1+α*RTT其中，smooth_RTTi-1是上一次计算出的平滑往返延时，α是加权平均系数，取值为1/4，RTT是当前往返延时。对每个收到的ACK，更新最小往返延时min_RTTj的公式为：min_RTTj＝min(min_RTTj-1,RTT)其中，min_RTTj-1为上一次得到的最小往返延时，RTT是当前往返延时，min(·)表示取最小值。对每个收到的ACK，更新延时门限Kj的公式为： K j = m a x ( ( 2 * C * min _ RTT j - 1 ) 2 C , min _ RTT j ) ]]>其中，C为链路带宽，min_RTTj是最近一次更新的最小往返延时，max(·)表示取最大值。所述步骤四中：根据s_cwndi来更新发送窗口cwndi所用公式为： cwnd i = m a x ( s 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口的初始大小、初始化网络拥塞程度ep，平滑往返延时smooth_RTT0，累计窗口s_cwnd0，最小往返延时min_RTT0和延时门限K0；步骤二：发送端在发送每个数据包之前，检查本次发包与上次发包的时间间隔是否大于平滑往返延时smooth_RTTi‑1；如果是，则保存当前发送窗口cwndi的值至累积窗口s_cwndi，然后将发送窗口cwndi的值设置为2个数据包，再将发送窗口内的数据包作为探测包发送出去，之后发送端暂停发送数据，转步骤三；如果不是，则直接转步骤三；步骤三：发送端对于每个接收到的ACK，首先根据当前往返延时RTT，更新平滑往返延时smooth_RTTi，并更新最小往返延时min_RTTj和延时门限Kj；然后判断当前收到的ACK是否为探测包ACK，如果是，则转步骤四，否则转步骤五；步骤四：判断探测包ACK是否在1个平滑往返延时内返回发送端，如果是，则根据s_cwndi来更新发送窗口cwndi的值，之后发送端恢复数据发送并返回步骤二；如果不是，则直接将发送窗口cwndi的值设置为2个数据包，接着发送端恢复数据发送并返回步骤二；步骤五：判断当前往返延时RTT是否大于延时门限Kj，如果是，则计算拥塞程度ep并使用ep更新发送窗口cwndi，然后返回步骤二；否则直接返回步骤二。...

【技术特征摘要】
1.一种数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口的初始大小、初始化网络拥塞程度ep，平滑往返延时smooth_RTT0，累计窗口s_cwnd0，最小往返延时min_RTT0和延时门限K0；步骤二：发送端在发送每个数据包之前，检查本次发包与上次发包的时间间隔是否大于平滑往返延时smooth_RTTi-1；如果是，则保存当前发送窗口cwndi的值至累积窗口s_cwndi，然后将发送窗口cwndi的值设置为2个数据包，再将发送窗口内的数据包作为探测包发送出去，之后发送端暂停发送数据，转步骤三；如果不是，则直接转步骤三；步骤三：发送端对于每个接收到的ACK，首先根据当前往返延时RTT，更新平滑往返延时smooth_RTTi，并更新最小往返延时min_RTTj和延时门限Kj；然后判断当前收到的ACK是否为探测包ACK，如果是，则转步骤四，否则转步骤五；步骤四：判断探测包ACK是否在1个平滑往返延时内返回发送端，如果是，则根据s_cwndi来更新发送窗口cwndi的值，之后发送端恢复数据发送并返回步骤二；如果不是，则直接将发送窗口cwndi的值设置为2个数据包，接着发送端恢复数据发送并返回步骤二；步骤五：判断当前往返延时RTT是否大于延时门限Kj，如果是，则计算拥塞程度ep并使用ep更新发送窗口cwndi，然后返回步骤二；否则直接返回步骤二。2.根据权利要求1所述的数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，所述步骤一包括：发送窗口的初始大小按TCP默认方式设置；初始化网络拥塞程度ep＝0；smooth_RTT0的值为当前往返延时；累计窗口s_cwnd0＝0；最小往返延时min_RTT0的值为当前往返延时；延时门限K0的值为当前往返延时的1.5倍。3.根据权利要求1所述的数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，所述步骤三中：对每个收到的ACK，更新平滑往返延时smooth_RTTi的公式为：smooth_RTTi＝(1-α)·smooth_RTTi-1+α·RTT其中，smooth_RTTi-1是上一次计算出的平滑往返延时，α是加权平均系数，RTT是当前往返延时。4.根据权利要求3所述的数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，所述α取值为1/4。5.根据权利要求1所述的数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，所述步骤三中：对每个收到的ACK，更新最小往返延时min_RTTj的公式为：min_RTTj＝min(min_RTTj-1，RTT)其中，min_RTTj-1为上一次得到的最小往返延时，min(·)表示取最小值。6.根据权利要求1所述的数据中心网络中HTTP高并发数据传输方法，其特征在于，所述步骤三中：对每个收到的ACK，更新延时门限Kj的公式为： K j = max ( ( 2 * C * min _ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建新，张韬，黄家玮，王伟平，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43