一种基于SDN的FAST-CNP数据传输方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于SDN的FAST‑CNP数据传输方法及系统，上述数据传输系统包括若干SDN控制器、主机侧系统、智能网卡、交换机系统；其中，所述智能网卡用于解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作；所述交换机系统、主机侧系统和SDN控制器建链接，用于控制类信息的交互；所述交换机系统生成CNP报文，将生成的CNP报文进行VxLAN封装，VxLAN报文目的地址根据CNP报文的目的IP地址查找智能网卡地址映射表获取到指定智能网卡的管理口IP地址，VxLAN报文的源地址采用本交换机的管理口IP地址。本发明专利技术提出了基于SDN的控制转发分离的思想，直接借助控制管理通道，保证关键控制报文能及时送到发送方，避免因为数据通道拥塞而丢弃或者延时。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN的FAST-CNP数据传输方法及系统
本专利技术属于数据中心拥塞算法
，尤其涉及一种基于SDN的FAST-CNP数据传输方法及系统。
技术介绍
DC-QCN算法是基于数据中心TCP(DCTCP)和量化通知算法（QCN）的结合。最初的算法在SIGCOMM'15论文"CongestioncontrolforlargescaleRDMAdeployments"中提出。DC-QCN算法依赖于交换机端的ECN标记。ECN是商用数据中心交换机的普遍特点。在数据包IP头部中的差分服务域中的两个比特位用来提示拥塞。一旦交换机端出现了拥塞，这两个比特位就被置为"11"(CE)。带有ECN标记的数据包被传播到接收方的网卡上。接收方网卡创建一个CNP报文，并把它发送给ECN所标记的数据包的发送方。CNP数据包包括被标记的QP的信息。当CNP被发送方网卡收到时，它会基于相应的算法来降低指定QP的传输速率。简而言之，如果QP基于内部定时器和发送字节计数器，算法会持续的增加发送速率，一旦收到CNP包，就会对指定QP进行降速。根据DC-QCN的实现原理，CNP报文是在目的端网卡接收到携带ECN标记的数据报文后，由目的端网卡生成CNP报文。此时我们发现拥塞点发生在报文传输路径中的交换机节点，但是对拥塞进行反馈的设备却是网络尾部的宿端服务器。过长的拥塞反馈路径使得源端服务器流量不能及时降速，从而导致转发设备缓存可能进一步拥塞恶化，甚至引发整网因PFC流控而暂停流量的发送。快速CNP，即FAST-CNP拥塞通知方案可以很好的解决上述问题，在转发设备上使能快速CNP拥塞通知功能后，转发设备会在转发报文时将报文的信息记录在流表表项中，并在后续收到携带ECN拥塞标记的报文时，基于学习到的流表表项信息向源端服务器发送CNP拥塞通知报文，缩短了拥塞反馈路径，从而及时调整源端服务器的流速，缓解转发设备缓存的拥塞。对于宿端服务器网卡，收到携带ECN拥塞标记的报文，也会向源端发送CNP拥塞通知报文，则会引起源端服务器的过度降速。此时可以通过如下方法进行解决：1.关闭宿端服务器对ECN拥塞标记报文的响应功能，使得宿端服务器收到ECN拥塞标记报文后，不向源端服务器发送CNP拥塞通知报文。2.在交换机上设置发送CNP拥塞通知报文的聚合时间，这样交换机收到下游发送的CNP拥塞通知报文时，会判断与其上一次发送CNP拥塞通知报文的时间差，若小于聚合时间，则丢弃从下游收到的CNP拥塞通知报文。FAST-CNP协议是基于DCQCN协议基础之上的局部优化，即缩短了拥塞反馈路径，但是并未真正考虑CNP报文达到发送方网卡的效率问题，如果CNP报文在传输过程中遭遇到拥塞，那么发送方网卡就不能及时的得到响应降速，从而在短时间内加剧拥塞恶化程度。
技术实现思路
考虑CNP报文在传输过程中因为拥塞丢弃或者延时的问题，本专利技术提出了基于SDN的控制转发分离的思想，直接借助控制管理通道，保证关键控制报文能及时送到发送方，避免因为数据通道拥塞而丢弃或者延时。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术是一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，所述数据传输系统包括若干SDN控制器、主机侧系统、智能网卡、交换机系统；其中，所述SDN控制器用于提供NETCONF协议服务，收集智能网卡、交换机的信息，同时通过NETCONF协议承载智能网卡、交换机信息的下发功能；所述智能网卡用于收集数据信息，对VxLAN信息进行设置，对VxLAN报文进行解封装，获取payload信息，即CNP报文，进而解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作；所述主机侧系统和SDN控制器建立NETCONF链接，获取本主机侧智能网卡管理口和数据口IP地址的映射信息，通过NETCONF协议上送给SDN控制器；同时接收SDN控制器下发的本数据中心其他智能网卡、交换机信息，通过智能网卡的API接口设置生效；所述交换机和SDN控制器建立NETCONF链接，通过NETCONF协议上传本机的管理口IP地址信息，SDN控制器将全量信息下发到交换机系统中存储生效；所述交换机支持生成CNP报文功能，将生成的CNP报文进行VxLAN封装，VxLAN报文目的地址根据CNP报文的目的IP地址查找智能网卡地址映射表获取到指定智能网卡的管理口IP地址，VxLAN报文的源地址采用本交换机的管理口IP地址。所述SDN控制器收集整个数据中心内部所有主机上智能网卡的管理接口IP地址和数据接口IP地址的映射关系信息，所述SDN控制器收集交换机管理口IP信息，将全量信息发给所有的智能网卡和交换机。进一步的，所述智能网卡提供API接口信息给主机侧的系统，获取该智能网卡上的管理口和数据口IP信息；所述智能网卡提供API接口信息给主机侧系统，将数据中心所有智能网卡和交换机信息设置到智能网卡上记录生效；当智能网卡的管理口收到了VxLAN报文，解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作。进一步的，所述主机侧系统作为NETCONF客户端，和SDN控制器建立NETCONF链接，通过NETCONF协议将本主机侧的智能网卡管理口和数据口IP地址映射信息上报给SDN控制器；同时接收SDN控制下发的整个数据中心所有智能网卡、交换机的信息，通过智能网卡的API接口将其设置到本主机侧智能网上生效。本专利技术还提供上述基于SDN的FAST-CNP数据传输系统的传输方法，所述传输方法包括以下步骤：步骤一，交换机系统发现队列拥塞达到触发CNP报文的条件时立即触发生成CNP报文，CNP报文的源目的地址为转发报文的目的地址和源地址；步骤二，所述CNP报文生成后，交换机系统进行VxLAN报文封装操作，VxLAN的目的地址根据CNP报文的目的地址，查找本数据中心所有智能网卡的映射表，找到对应的智能网卡的管理口地址作为VxLAN报文的目的地址，VxLAN报文的源地址采用交换机系统的管理口IP地址，完成VxLAN报文封装后，从本交换机的管理口发送出去；步骤三，VxLAN报文经过数据中心的管理网络传输到发送方智能网卡；步骤四，发送方智能网卡接收到VxLAN报文，进行合法性校验，对的合法的VxLAN报文进行VxLAN报文解封装操作，获取到CNP报文，同时对CNP报文进行合法性校验；步骤五，经过合法性校验的CNP报文，进行CNP报文的解析操作，对相应的QP队列进行降速操作。进一步的，所述的交换机系统的信息上报和下发业务流程，具体包括以下步骤：步骤2.1，在交换机系统上根据配置命令主动和SDN控制器建立NETCONF链接；步骤2.2，配置交换机的管理口IP地址信息，并在交换机上生效；步骤2.3，通过NETCONF通道将本交换机的管理口IP地址信息发送给SDN控制器；步骤2.4，SDN控制器通过NETCONF通道获取到交换机管理口地址信息，并汇总本地存储；步骤2.5，SDN控制器将收集到的本数据中心的所有主机侧智能网卡信息通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统包括若干SDN控制器、主机侧系统、智能网卡、交换机系统；其中，/n所述SDN控制器用于提供NETCONF协议服务，收集智能网卡的管理口和数据口IP地址映射信息、交换机管理口IP地址信息，并且通过NETCONF协议承载智能网卡、交换机信息的下发功能；/n所述智能网卡用于收集数据信息，对VxLAN信息进行设置，对VxLAN报文进行解封装，获取payload信息，即CNP报文，进而解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作；/n所述主机侧系统和SDN控制器建立NETCONF链接，获取本主机侧以及数据中心其他的智能网卡映射信息，对本主机侧智能网卡信息进行设置，并且通过智能网卡对数据中心所有交换机管理口IP地址信息进行设置；/n所述交换机和SDN控制器建立NETCONF链接，通过NETCONF协议上传本机的管理口IP地址信息，SDN控制器将全量信息下发到交换机系统中存储生效；所述交换机支持生成CNP报文功能，将生成的CNP报文进行VxLAN封装，VxLAN报文目的地址根据CNP报文的目的IP地址查找智能网卡地址映射表获取到指定智能网卡的管理口IP地址，VxLAN报文的源地址采用本交换机的管理口IP地址。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统包括若干SDN控制器、主机侧系统、智能网卡、交换机系统；其中，
所述SDN控制器用于提供NETCONF协议服务，收集智能网卡的管理口和数据口IP地址映射信息、交换机管理口IP地址信息，并且通过NETCONF协议承载智能网卡、交换机信息的下发功能；
所述智能网卡用于收集数据信息，对VxLAN信息进行设置，对VxLAN报文进行解封装，获取payload信息，即CNP报文，进而解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作；
所述主机侧系统和SDN控制器建立NETCONF链接，获取本主机侧以及数据中心其他的智能网卡映射信息，对本主机侧智能网卡信息进行设置，并且通过智能网卡对数据中心所有交换机管理口IP地址信息进行设置；
所述交换机和SDN控制器建立NETCONF链接，通过NETCONF协议上传本机的管理口IP地址信息，SDN控制器将全量信息下发到交换机系统中存储生效；所述交换机支持生成CNP报文功能，将生成的CNP报文进行VxLAN封装，VxLAN报文目的地址根据CNP报文的目的IP地址查找智能网卡地址映射表获取到指定智能网卡的管理口IP地址，VxLAN报文的源地址采用本交换机的管理口IP地址。


2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述SDN控制器作为NETCONF协议服务端与主机侧系统建立NETCONF链接；
所述SDN控制器收集整个数据中心内部所有主机上智能网卡的管理接口IP地址和数据接口IP地址的映射关系信息，所述SDN控制器收集交换机管理口IP信息，将全量信息发给所有的智能网卡和交换机。


3.根据权利要求1所述的一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述智能网卡提供API接口信息给主机侧的系统，获取该智能网卡上的管理口和数据口IP信息；所述智能网卡设置数据中心其他智能网卡的管理口、数据口IP映射关系、交换机管理口IP信息到本智能网卡生效；当智能网卡的管理口收到了VxLAN报文，进行VxLAN报文解封装，进而解析CNP报文，进行相应的QP队列降速操作。


4.根据权利要求1所述的一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述主机侧系统作为NETCONF客户端，和SDN控制器建立NETCONF链接，通过NETCONF协议将本主机侧的智能网卡管理口和数据口IP地址映射信息上报给SDN控制器；同时接收SDN控制下发的整个数据中心所有智能网卡、交换机的信息，通过智能网卡的API接口将其设置到本主机侧智能网上生效。


5.根据权利要求1所述的一种基于SDN的FAST-CNP数据传输系统，其特征在于，所述交换机系统作为NETCONF客户端，和SDN控制器建立NETCONF链接，将本交换机的管理口IP信息上送给SDN控制汇总，同时接收SDN控制器发送的整个数据中心的智能网卡管理口和数据口IP地址映射关系信息到本交换机系统存储生效，用作CNP报文封装的数据依据；
当数据报文在交换机系统转发过程中，发生拥塞情况，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华兴，汪硕，黄韬，
申请(专利权)人：网络通信与安全紫金山实验室，
类型：发明
国别省市：江苏;32