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一种基于内容的数据中心网络路由转发方法技术

技术编号:8803068 阅读:286 留言:0更新日期:2013-06-13 07:09
本发明专利技术提出一种基于内容的数据中心网络路由转发方法,其中该方法包括:初始化交换机;转发报文。本发明专利技术以基于内容的数据中心网络为基础,不需要集中控制器参与,通过内容与位置混合式路由转发策略,使得交换机优先选择“距离较近”的缓存主机进行路由转发。路由策略利用数据中心拓扑结构特点,使得交换机仅仅通过端口方向就可以判断出路径的长短。交换机路由转发的同时通过简单的内容版本号匹配查询完成缓存一致性。交换机在基于内容的转发时完成负载均衡。交换机在基于位置的转发时,对于向上的端口采取基于内容的哈希操作,减少冗余存储内容转发表。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数据中心网络
,具体涉及。
技术介绍
随着数据中心规模的扩大,服务器(主机)与交换机数量迅速增多,应用层程序的数量激增且种类呈现多样化,这对于数据中心网络性能提出了严峻挑战。常见的基于内容的数据中心服务如分布式计算引擎MapReduce和分布式文件系统GFS都是高带宽需求型服务,增加可用带宽成为了当前数据中心网络的一个核心问题。现有解决方案大都集中在增加链路数目以及链路带宽。如以交换机为中心的新型拓扑结构=Fat-Tree (胖树),VL2 (虚拟链路层);以主机为中心的拓扑结构:BCube (—种高性能的数据中心拓扑结构),DCell (—种递归定义的数据中心拓扑结构);以及光链路策略:c-Through (—种混合式数据包交换与电路交换拓扑结构)。但是,这些方案同时也带来巨大的硬件开销和能耗开销。采用端缓存机制可以为基于内容的数据中心网络有效的提升可用带宽能力,并且不占用任何网络资源。然而传统的基于IP的路由策略无法有效的适用于基于内容的缓存机制,因此,我们需要设计一种基于内容的路由协议。数据中心网络中的数据流,只有少数的控制包(control packet),通常为I 2个,即开始的请求包(request packet)和最后的结束包(finish packet),其余全都是数据包(data packet)。针对数据包传输遇到的拥塞控制和容错问题,传统的基于IP的TCP传输方式已经解决的非常好。因此,不同于NDN(Named Data Network,内容数据网络)完全摒弃了基于IP的内容转发设计,我们应该保留基于IP的传统TCP传输方式进行内容数据包传输,只是针对内容控制包采取一种基于内容的路由协议,其目的在于为客户主机找到当前数据中心网络拓扑结构中“最近”的数据源,并不干涉数据包的传输。然而,由于数据中心文件系统的集中控制器(controller)负载过高,这种路由协议不能为控制器添加如何额外负担。因此,需要设计一种自适应的基于内容的数据中心网络路由协议方案。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此,本专利技术的目的在于提出,该方法以基于内容的数据中心网络为基础,通过内容与位置混合式路由转发策略,使得交换机优先选择“距离较近”的缓存主机进行路由转发。为了实现上述目的,根据本专利技术实施例的基于内容的数据中心网络路由转发方法,包括:S1.初始化交换机;S2.转发报文,所述转发报文包括以下步骤:S2.1:若所述交换机收到内容请求包Prai,则所述交换机提取所述内容请求包Prai中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败则进入S2.3,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,若匹配失败,则进入S2.3,若匹配成功,则进入S2.2 ;S2.2:若S2.1中匹配成功的所述内容路由转发表项只包含一个输出端口,则直接转发所述内容请求包I中的匹配成功的所述内容路由转发表项包含多个输出端口,优先选择方向向下的输出端口转发所述内容请求包Ρ_,若不存在方向向下的输出端口,则随机选择一个输出端口转发所述内容请求包Prai ;S2.3:查询失败,则以所述内容请求包中的所述内容名称D为基准,删除所述查询失败的内容路由转发表项,匹配失败,则所述交换机提取S2.1中所述内容请求包Prai的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容请求包Prai,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.1中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.4:若所述交换机收到内容回复包Pmp,则所述交换机提取所述内容回复包Pmp中的内容名称D和目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容回复包Pmp,若输出端口的方向为方向向上,则根据所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.5:若所述交换机收到内容完成包Pfin,则所述交换机提取所述内容完成包Pfin中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败,则根据最近最少使用原则为所述内容路由转发表项插入一条新的表项,所述新的表项的内容名称为D,内容版本号为V,输出端口集合中的端口号为所述内容完成包Pfin进入所述交换机端口的端口号,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,将所述内容完成包Pfin进入所述交换机的端口号插入到所述内容路由转发表项的输出端口集合中;S2.6:所述交换机提取S2.5中所述内容完成包Pfin的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容完成包Pfin,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.5中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.7:若所述交换机收到内容拒绝包Praj,则所述交换机提取所述内容拒绝包PMj中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,若匹配失败,则从所述内容路由转发表项中删除所述查询成功内容路由转发表项,若匹配成功,则将所述内容拒绝包P&进入所述交换机的端口号从所述内容路由转发表项的输出端口集合中删除;S2.8:所述交换机提取S2.7中所述内容拒绝包Prej的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容拒绝包P&,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.7中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.9:若所述交换机收到内容数据包Pdata,则根据数据中心网络已有的基于IP的路由协议转发。在本专利技术的实施例中,所述步骤SI进一步包括:S1.1:设定交换机内容路由转发表项,所述交换机内容路由转发表项包括内容名称D、内容版本号V和输出端口集合,初始状态下所述交换机内容路由转发表项为空;S1.2:设定交换机位置路由转发表项,所述交换机位置路由转发表项为传统基于IP的路由转发表项,以IP地址前缀和掩码长度作为查询条件,对应的查询结果为方向向下或者方向向上的输出端口,初始条件下所述交换机位置路由转发表项根据数据中心网络拓扑发现协议自动建立完毕;s1.3:设定交换机端口方向,所述交换机端口方向在胖树网络拓扑结构中,方向向上比方向向下表示更长的传输路径;S1.4:设定交换机基于内容的路由转发策略,所述交换机基于内容的路由转发策略,对于接收到的内容请求包、内容拒绝包和内容完成包,分别设定所述查询以及匹配策略;S1.5:设定交换机基于位置的路由转发策略,所述交换机基于位置的路由转发策略对本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于内容的数据中心网络路由转发方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.初始化交换机;S2.转发报文,所述转发报文包括以下步骤:S2.1:若所述交换机收到内容请求包Preq,则所述交换机提取所述内容请求包Preq中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败则进入S2.3,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,若匹配失败,则进入S2.3,若匹配成功,则进入S2.2;S2.2:若S2.1中匹配成功的所述内容路由转发表项只包含一个输出端口,则直接转发所述内容请求包Preq,若S2.1中的匹配成功的所述内容路由转发表项包含多个输出端口,优先选择方向向下的输出端口转发所述内容请求包Preq,若不存在方向向下的输出端口,则随机选择一个输出端口转发所述内容请求包Preq;S2.3:查询失败,则以所述内容请求包中的所述内容名称D为基准,删除所述查询失败的内容路由转发表项,匹配失败,则所述交换机提取S2.1中所述内容请求包Preq的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容请求包Preq,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.1中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.4:若所述交换机收到内容回复包Prep,则所述交换机提取所述内容回复包Prep中的内容名称D和目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容回复包Prep,若输出端口的方向为方向向上,则根据所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.5:若所述交换机收到内容完成包Pfin,则所述交换机提取所述内容完成包Pfin中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败,则根据最近最少使用原则为所述内容路由转发表项插入一条新的表项,所述新的表项的内容名称为D,内容版本号为V,输出端口集合中的端口号为所述内容完成包Pfin进入所述交换机端口的端口号,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,将所述内容完成包Pfin进入所述交换机的端口号插入到所述内容路由转发表项的输出端口集合中;S2.6:所述交换机提取S2.5中所述内容完成包Pfin的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容完成包Pfin,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.5中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.7:若所述交换机收到内容拒绝包Prej,则所述交换机提取所述内容拒绝包Prej中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,若匹配失败,则从所述内容路由转发表项中删除所述查询成功内容路由转发表项,若匹配成功,则将所述内容拒绝包Prej进入所述交换机的端口号从所述内容路由转发表项的输出端口集合中删除;S2.8:所述交换机提取S2.7中所述内容拒绝包Prej的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容拒绝包Prej,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.7中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发;S2.9:若所述交换机收到内容数据包Pdata,则根据数据中心网络已有的基于IP的路由协议转发。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内容的数据中心网络路由转发方法,其特征在于,包括以下步骤: `51.初始化交换机; ` 52.转发报文,所述转发报文包括以下步骤: S2.1:若所述交换机收到内容请求包Prai,则所述交换机提取所述内容请求包Prai中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败则进入S2.3,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,若匹配失败,则进入S2.3,若匹配成功,则进入S2.2 ; S2.2:若S2.1中匹配成功的所述内容路由转发表项只包含一个输出端口,则直接转发所述内容请求包Prai,若S2.1中的匹配成功的所述内容路由转发表项包含多个输出端口,优先选择方向向下的输出端口转发所述内容请求包Prai,若不存在方向向下的输出端口,则随机选择一个输出端口转发所述内容请求包Prai ; S2.3:查询失败,则以所述内容请求包中的所述内容名称D为基准,删除所述查询失败的内容路由转发表项,匹配失败,则所述交换机提取S2.1中所述内容请求包Prai的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容请求包Ρ_,若输出端口的方向为方向向上,则根据S2.1中的所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发; S2.4:若所述交换机收到内容回复包Pra p,则所述交换机提取所述内容回复包Prap中的内容名称D和目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容回复包Pmp,若输出端口的方向为方向向上,则根据所述内容名称D进行基于内容的哈希操作,选择方向向上的输出端口转发; S2.5:若所述交换机收到内容完成包Pfin,则所述交换机提取所述内容完成包Pfin中的内容名称D和内容版本号V,所述交换机根据所述内容名称D查询本地内容路由转发表项,若查询失败,则根据最近最少使用原则为所述内容路由转发表项插入一条新的表项,所述新的表项的内容名称为D,内容版本号为V,输出端口集合中的端口号为所述内容完成包Pfin进入所述交换机端口的端口号,若查询成功,则所述交换机根据所述内容版本号V对查询成功的所述内容路由转发表项中的内容版本号V进行匹配,将所述内容完成包Pfin进入所述交换机的端口号插入到所述内容路由转发表项的输出端口集合中; S2.6:所述交换机提取S2.5中所述内容完成包Pfin的目的地址A,所述交换机根据所述目的地址A查询本地位置路由转发表项,根据查询结果,若输出端口的方向为方向向下,则直接转发所述内容完成包Pfin,若输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员:李丹祝铭朱晶
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:

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