一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法技术

本发明专利技术公开了一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，发送端实时测量每个确认包的往返延时，并通过判断是否收到带ECN标记的确认包来决定是否执行降窗操作。在降窗之前，发送端综合考虑当前窗口的往返延时样本以及迄今测得的最小往返延时和标记包最小往返延时来计算降窗量的大小。本发明专利技术可以提升数据流获取可用带宽的速度，使数据流更快地传输完成，同时还能很好地与传统TCP共存。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据中心网络(DCN,DataCenterNetwork)中一种对TCP友好且能快速收敛的调窗方法。
技术介绍
过去十年，网络链路的带宽已经从1Gbps逐渐增长到今天的10Gbps、乃至40Gbps。数据流的传输过程变得更快，往往在很短的时间内就完成。在这一大趋势下，如何让数据流在传输过程中尽可能快地到达其正确的速率就变成了传输协议设计领域的一个重要问题。更确切地说，工作在高速网络的拥塞控制算法，其收敛速度即将变成一个衡量协议性能的重要标准。首先，协议的收敛速度会影响到应用层性能，如数据流完成时间(FlowCompletionTime，FCT)。这是因为在高速链路下，大部分的数据流的传输过程往往只有几个RTT，如果它们需要花很长的时间来收敛，那么其实际的传输时间就要比其真正需要的时间更长，从而产生流的拖尾现象，而且带宽利用率也不理想。其次，数据中心网络内部拥塞瞬态突发的现象非常频繁，在处理这些突发拥塞时，如果拥塞控制算法的收敛速度不够快，数据流就很可能不能及时退避，从而造成拥塞控制失败。另一方面，数据中心网络是一种大规模的异构网络，反向兼容、增值部署、以及对传统协议公平的问题都是必须要考虑的事情，因为任何新的部署操作都不可能将现有的设施全部推倒重来。多种应用服务会同时存在于数据中心网络中，而且它们中的一些很可能由于自身的设计需要而必须使用传统TCP协议，比如，很多使用文件服务器的应用就无法支持新的传输协议。因此，多种应用服务耦合的需求就使得新设计的传输协议必须与传统TCP协议很好地共存。当前数据中心网络的传输控制协议主要分为逐渐流行的基于ECN策略的一类，比如DCTCP等，以及最近出现的基于延时测量的一类，比如DX等。前一类协议依靠交换机给数据包打标记来使发送端感知拥塞并进行退避，而后一类协议则是通过测量端到端的延时变化来感知网络拥塞程度的变化。虽然这些协议都针对数据中心的网络特性在一定程度对TCP协议栈进行了优化，并且也展现了它们在提供高带宽、低延迟传输方面的优秀性能，但是，随着数据中心网络带宽的不断提升，以及现阶段传统应用仍需沿用传统TCP的需求，新设计的传输协议就必须满足快速收敛和TCP友好性的双重需求。在这一点上，上述两类协议都会因为自身所存在的一些问题而无法做到两全其美。具体来说，基于ECN策略的协议使用标记包来作为拥塞反馈信号的做法虽然能够准确地判断网络是否发生拥塞，但是由于其退避操作不够准确和及时，使得协议需要经过很多轮RTT的调整才能收敛。另外，这类协议在与传统TCP协议共存时又由于相对保守的退避操作而表现得过于强势。另一方面，基于延时测量的协议在探测到网络发生拥塞时能够做出及时、精准的退避操作，从而能够快速收敛；然而，由于其对网络是否发生拥塞的判断仅仅依赖于观测充满噪声的端到端延时是否增加，所以其拥塞信号的可信度较低。而且，此类协议多以实现交换机零排队为设计目标，因此在与传统TCP协议共存时就会因为退避过早而表现出竞争力不够的弱点。综上所述，加快超高带宽数据中心网络传输协议的收敛速度并且让其能够和传统TCP很好地共存是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，为了加快超高带宽数据中心网络的传输协议收敛速度以及提高协议的TCP友好性，本专利技术提供了一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法。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对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口初始大小cwnd0、最小往返延时R、最小标记包往返延时E、累积越界排队延时Q0、平均越界排队延时q0和当前发送窗口标记包个数En0；交换机打开ECN机制；初始化发送轮次i＝0；步骤二：发送端每收到一个确认包，则测量当前的往返延时RTT，并根据当前的往返延时RTT更新最小往返延时R；步骤三：检查当前确认包是否被打上了ECN标记，如果是，则更新最小标记包往返延时E，并计算累积越界排队延时Qi，当前发送窗口标记包个数Eni自加1，然后转步骤四；否则直接转步骤四；步骤四：检查当前发送窗口的cwndi个确认包是否全部收到，如果没有全部收到，则直接转步骤二；如果全部收到，则判断已收到的确认包中是否有被打上了ECN标记的确认包，如果有，则执行降窗操作：计算平均越界排队延时qi，并根据qi、最小往返延时R、最小标记包往返延时E计算新一轮发送窗口大小cwndi+1，然后将Qi和Eni清零；否则，新一轮发送窗口大小cwndi+1变为cwndi+1；接着，发送轮次i＝i+1，转步骤二。所述步骤一中：发送窗口初始大小cwnd0按TCP默认方式设置；初始化最小往返延时R＝1000；初始化最小标记包往返延时E＝1000；累积越界排队延时Q0＝0；平均越界排队延时q0＝0；标记包个数En0＝0。所述步骤二中：发送端更新最小往返延时R的公式为：R＝min(RTT,R)其中，R表示迄今为止记录的最小往返延时，RTT表示测得的当前的往返延时，min(·)表示取最小值。所述步骤三中：发送端更新最小标记包往返延时E的公式为：E＝min(RTT,E)其中，E表示迄今为止记录的最小标记包往返延时，RTT表示测得的当前的往返延时，min(·)表示取最小值。所述步骤三中：累积越界排队延时Qi的计算公式为：Qi＝Qi+(RTT-E)其中，E表示迄今为止记录的最小标记包往返延时，RTT表示测得的当前的往返延时，Qi表示当前累积越界排队延时。所述步骤四中：平均越界排队延时qi的计算公式为：qi=QiEni]]>其中，qi表示平均越界排队延时，Qi表示当前累积越界排队延时，Eni表示当前窗口标记包个数。所述步骤四的降窗操作中：新一轮发送窗口大小cwndi+1的计算公式为：cwndi+1=cwndi×R×(E-qi)E2+R×qiE2]]>其中，cwndi表示当前发送窗口大小，R表示迄今为止记录的最小往返延时，E表示迄今为止记录的最小标记包往返延时，qi表示当前发送窗口的平均越界排队延时。有益效果：本专利技术公开了一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，发送端实时测量每个确认包的往返延时，并通过判断是否收到带ECN标记的确认包来决定是否执行降窗操作。在降窗之前，发送端综合考虑当前窗口的往返延时样本以及迄今测得的最小往返延时和标记包最小往返延时来计算降窗量的大小。本专利技术可以提升数据流获取可用带宽的速度，使数据流更快地传输完成，同时还能很好地与传统TCP共存。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2收敛速度测试结果图，其中本专利技术命名为FFC；图2(a)为DCTCP收敛速度测试结果图，图2(b)为DX收敛速度测试结果图，图2(c)为FFC收敛速度测试结果图。图3为TCP友好性测试图，其中本专利技术命名为FFC；图3(a)为DCTCP与TCP共存；图3(b)为DX与TCP共存；图3(c)为FFC与TCP共存。图4为流完成时间测试图，其中本专利技术命名为FFC。图5为同种方法多流间收敛和公平性测试图，其中本专利技术命名为FFC；图5(a)为DCTCP的测试结果；图5(b)为DX的测试结果；图5(c)为FFC的测试结果。图6为与TCP流共存时多流间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口初始大小cwnd0、最小往返延时R、最小标记包往返延时E、累积越界排队延时Q0、平均越界排队延时q0和当前发送窗口标记包个数En0；交换机打开ECN机制；初始化发送轮次i＝0；步骤二：发送端每收到一个确认包，则测量当前的往返延时RTT，并根据当前的往返延时RTT更新最小往返延时R；步骤三：检查当前确认包是否被打上了ECN标记，如果是，则更新最小标记包往返延时E，并计算累积越界排队延时Qi，当前发送窗口标记包个数Eni自加1，然后转步骤四；否则直接转步骤四；步骤四：检查当前发送窗口的cwndi个确认包是否全部收到，如果没有全部收到，则直接转步骤二；如果全部收到，则判断已收到的确认包中是否有被打上了ECN标记的确认包，如果有，则执行降窗操作：计算平均越界排队延时qi，并根据qi、最小往返延时R、最小标记包往返延时E计算新一轮发送窗口大小cwndi+1，然后将Qi和Eni清零；否则，新一轮发送窗口大小cwndi+1变为cwndi+1；接着，发送轮次i＝i+1，转步骤二。

【技术特征摘要】
1.一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：初始化：设置发送窗口初始大小cwnd0、最小往返延时R、最小标记包往返延时E、累积越界排队延时Q0、平均越界排队延时q0和当前发送窗口标记包个数En0；交换机打开ECN机制；初始化发送轮次i＝0；步骤二：发送端每收到一个确认包，则测量当前的往返延时RTT，并根据当前的往返延时RTT更新最小往返延时R；步骤三：检查当前确认包是否被打上了ECN标记，如果是，则更新最小标记包往返延时E，并计算累积越界排队延时Qi，当前发送窗口标记包个数Eni自加1，然后转步骤四；否则直接转步骤四；步骤四：检查当前发送窗口的cwndi个确认包是否全部收到，如果没有全部收到，则直接转步骤二；如果全部收到，则判断已收到的确认包中是否有被打上了ECN标记的确认包，如果有，则执行降窗操作：计算平均越界排队延时qi，并根据qi、最小往返延时R、最小标记包往返延时E计算新一轮发送窗口大小cwndi+1，然后将Qi和Eni清零；否则，新一轮发送窗口大小cwndi+1变为cwndi+1；接着，发送轮次i＝i+1，转步骤二。2.根据权利要求1所述的一种数据中心网络中对TCP友好且能快速收敛的调窗方法，其特征在于，所述步骤一中：发送窗口初始大小cwnd0按TCP默认方式设置；初...

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