数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法技术

本发明专利技术公开一种数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法，应用于数据中心网络的负载均衡，在发送端对路径进行RTT测量，周期性发送带有时间戳选项的检测包，获取网络中各链路的RTT样本信息，之后对获取的RTT样本信息进行路径不对称估算，区分拥塞路径和非拥塞路径，根据路径情况计算流胞粒度的最佳大小，利用流胞粒度的最佳大小平衡乱序率和链路利用率。本发明专利技术采用TCP拥塞控制机制，更容易在大规模网络中部署。本发明专利技术自适应地调整流单元大小以实现低数据包乱序和高链路利用率，减轻高路径不对称下不确定性的影响。径不对称下不确定性的影响。径不对称下不确定性的影响。

【技术实现步骤摘要】
数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法


[0001]本专利技术涉及数据中心负载均衡领域，尤其涉及一种数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法。

技术介绍

[0002]现代数据中心网络拓扑通常采用多根树的形式，通过丰富的平行路径，以提供高带宽。然而，在数据中心网络中，尤其是生产数据中心网络中广泛存在由动态流量，链路故障和异构交换机设备引起的路径多样化，这就使得数据中心中的多路径负载均衡方法应该对路径多样性具有鲁棒性。现有的解决方案主要为细粒度方案和粗粒度方案，其中，细粒度方案如RPS(随机包扩散)和Presto充分利用了可用路径，但它们易在不对称拓扑下数据包产生乱序问题；粗粒方案如ECMP(等价多路径路由策略)和Letflow有效地避免了包乱序，但容易导致多路径的利用率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种能够据路径多样化自适应地调整流胞粒度，以减轻较大非对称性拓扑下的包乱序，同时减少流胞粒度，以在较小非对称拓扑下获得较高的链路利用率的数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1，在发送端对路径进行RTT(往返时延)测量，周期性发送带有时间戳选项的检测包，获取网络中各链路的RTT样本信息；
[0006]步骤2，对步骤1中获取的RTT样本信息进行路径不对称估算以获得实时的拥塞状态，并将路径分为拥塞路径和非拥塞路径；
[0007]步骤3，根据步骤2中分出的路径状态，计算流胞粒度的最佳大小，从而进行流胞粒度大小的调整；
[0008]步骤4，根据步骤3计算的流胞粒度的最佳大小后，在所有路径上通过轮询传输流胞，以平衡乱序率和链路利用率。
[0009]进一步，步骤2中所述的路径不对称估算采用TCP(传输控制协议)拥塞控制机制，当发送方收到ACK(确认字符)包时，根据每个ACK对应的路径传输延迟，坏路径概率计算等于在发送方接收到具有较大传输延迟的ACK包的数量与接收到ACK包的总数之比。
[0010]进一步，步骤3中所述计算流胞粒度的最佳大小，具体包括：
[0011]步骤3
‑
1，确定流胞粒度的大小取值范围：F
size
和gran分别表示TCP流和流胞粒度的大小，流胞的最小粒度是1500KB(1个包)，最大粒度是64KB(44个包)，所以gran的取值范围是1到44，之后按照gran粒度将流切割成个流胞；
[0012]步骤3
‑
2，计算坏路径传输延时与好路径的传输延时比率X：当流胞可以选择并行路径时，这些路径由N
b
个拥塞路径和N
g
个非拥塞路径组成，传播延迟分别为D
b
和D
g
。坏路径
数与好路径数条数之比为R，则R等于则X等于
[0013]步骤3
‑
3，计算流胞的乱序概率P：拥塞路径数N
b
，P
g
和P
b
分别表示流胞在传输过程中选择非拥塞路径和拥塞路径的概率，则可计算选择拥塞路径的概率
[0014]非拥塞路径的概率
[0015]当数据包序列在拥塞路径上传输并且随后发送的流胞在非拥塞路径上传输时，发生乱序事件，此时拥塞路径的乱序概率P计算为：
[0016][0017]非拥塞路径的乱序概率P计算为：
[0018][0019]上式中n为流胞的个数，m为并行路径的个数；
[0020]步骤3
‑
4，计算平均拥塞窗口检测到乱序数据包时，TCP发送方将其拥塞窗口减少一半，在数据传输中，拥塞窗口和流胞的乱序率满足以下关系：
[0021][0022][0023]上式中，W0表示网络拥塞窗口初始值；MaxW表示路径上每轮传输的最大窗口；i表示数据传输中轮数，n
i
表示第i轮流胞的个数；W
i
表示第i轮拥塞窗口；
[0024]之后，计算每轮W
i
的拥塞窗口：
[0025][0026]根据W
i
的值计算总的拥塞窗口数W
S
为：
[0027][0028]当WS首次大于或等于F
size
时，计算平均拥塞窗口
[0029][0030]上式中，r表示数据包传输轮数；
[0031]步骤3
‑
5，最佳流胞粒度gran的计算：通过小粒度的流胞利用更多的路径，进而增加总使用带宽，由于每个流胞随机选择其传输路径，设定每个路径的链路带宽C，则流胞的总带宽n*C，已知平均拥堵则平均端到端的往返时间为：
[0032][0033]根据上述公式(10)得到后，计算整个数据流(FCT)的完成时间为：
[0034][0035]最后，根据上述公式(11)获得流胞粒度gran：
[0036][0037]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：
[0038]1、本专利技术通过路径不对称估算模块和流胞粒度大小调整模块的架构模式，实现具有有限开销的路径延迟的定期收集，从而快速区分拥塞和非拥塞路径，提高多路径的利用率。
[0039]2、本专利技术采用TCP拥塞控制机制，实现与现有传输层协议的兼容，从而更容易在大规模网络中部署。
[0040]3、本专利技术自适应地调整流单元大小以实现低数据包乱序和高链路利用率，减轻高路径不对称下不确定性的影响，通过缩小流胞的大小以避免高尾延迟和数据包乱序，同时使用所有路径来实现高利用率和网络吞吐量，只需要部署在发送端，不需要对端主机或交换机的TCP/IP协议栈做任何修改，性能好且使用便捷。
附图说明
[0041]图1为本专利技术一实施例数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法的架构图；
[0042]图2为图1的数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法算法图；
[0043]图3为本专利技术一实施例的不对称拓扑网络搜索工作负载下性能比较图；
[0044]图4为本专利技术一实施例的不对称拓扑Web服务工作负载下性能比较图。
具体实施方式
[0045]以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0046]参照附图1，本实施提供一种数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法，包括以下步骤；
[0047]步骤1，在发送端对路径进行RTT(往返时延)测量，周期性发送带有时间戳选项的检测包，获取网络中各链路的RTT样本信息；
[0048]步骤2，对步骤1中获取的RTT样本信息进行路径不对称估算以获得实时的拥塞状态，并将路径分为拥塞路径和非拥塞路径；
[0049]步骤3，根据步骤2中分出的路径状态，计算流胞粒度的最佳大小，从而进行流胞粒度大小的调整；
[0050]步骤4，根据步骤3计算的流胞粒度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据中心网络自适应调整流胞粒度的负载均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在发送端对路径进行RTT(往返时延)测量，周期性发送带有时间戳选项的检测包，获取网络中各链路的RTT样本信息；步骤2，对步骤1中获取的RTT样本信息进行路径不对称估算以获得实时的拥塞状态，并将路径分为拥塞路径和非拥塞路径；步骤3，根据步骤2中分出的路径状态，计算流胞粒度的最佳大小，从而进行流胞粒度大小的调整；步骤4，根据步骤3计算的流胞粒度的最佳大小后，在所有路径上通过轮询传输流胞，以平衡乱序率和链路利用率。2.根据权利要求1所述的负载均衡方法，其特征在于，在步骤2中，所述路径不对称估算采用TCP(传输控制协议)拥塞控制机制，当发送方收到ACK(确认字符)包时，根据每个ACK对应的路径传输延迟，坏路径概率计算等于在发送方接收到具有较大传输延迟的ACK包的数量与接收到ACK包的总数之比。3.根据权利要求2所述的负载均衡方法，其特征在于，在步骤3中所述计算流胞粒度的最佳大小，具体包括：步骤3
‑
1，确定流胞粒度的大小取值范围：F
size
和gran分别表示TCP流和流胞粒度的大小，流胞的最小粒度是1500KB(1个包)，最大粒度是64KB(44个包)，所以gran的取值范围是1到44，之后按照gran粒度将流切割成个流胞；步骤3
‑
2，计算坏路径传输延时与好路径的传输延时比率X：当流胞可以选择并行路径时，这些路径由N
b
个拥塞路径和N
g
个非拥塞路径组成，传播延迟分别为D
b
和D
g
。坏路径数与好路径数条数之比为R，则R等于则X等于步骤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：高为民，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：