一种面向广域网的拥塞控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向广域网的拥塞控制方法：当交换机判定拥塞发生时，交换机获取接收缓冲区的网络包并构造拥塞通知报文；交换机直接将拥塞通知报文传递给发送方；其中，所述拥塞通知报文的目的IP地址为网络包的源IP地址，拥塞通知报文的源IP地址为网络包的目的IP地址；拥塞通知报文的目标TCP端口号为流量包的源TCP端口号，拥塞通知报文的源TCP端口号为网络包的目标TCP端口号；TCP头中拥塞窗口减小CWR和显示拥塞通知ECE同时被设置，表示该报文为拥塞通知报文；拥塞通知报文中TCP数据为拥塞状态相关信息。本发明专利技术还公开了一种面向广域网的拥塞控制装置。该方法及装置可以在广域网上传输拥塞通知报文，也可以缩短拥塞产生后的传输路径，提升拥塞控制的效果。提升拥塞控制的效果。提升拥塞控制的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种面向广域网的拥塞控制方法及装置


[0001]本专利技术属于计算机网络
，涉及广域网上端到端的网络拥塞控制，特别涉及一种面向广域网的拥塞控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着网络技术的飞速发展，包括影音播放、在线直播、图片、数据文件传输在内越来越多的应用依赖网络完成。很大程度上，基于互联网的端到端应用系统的性能，依赖于网络传输性能。TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)体系结构和协议是互联网世界连接一切的基石，现有网络基础设施基于TCP/IP体系结构进行设计；然而，在现有基于TCP/IP体系结构的网络基础设施中，网络拥塞现象时常发生，影响网络传输性能。网络拥塞是指网络流量对网络资源(包括链路带宽、存储空间和处理器处理能力等)的需求超过了固有的处理能力和容量，导致网络丢包、网络包乱序、重传等问题，严重地降低了端到端的应用系统性能。为此，很多企业公司和学术研究机构对端到端的网络流量控制机制进行研究，以减缓拥塞现象的产生、拥塞产生后带来的影响等。如公开号为CN104852855A的中国专利公开了一种拥塞控制方法、装置及设备，属于通信
方法包括：当检测到交换设备发生拥塞时，从交换设备的接收缓存中获取第一报文；当所述第一报文的源MAC地址为网关设备的MAC地址时，获取所述第一报文的源IP地址；当所述源IP地址不是所述网关设备的IP地址时，根据所述第一报文的源IP地址，生成第一拥塞控制消息，所述第一拥塞控制消息包括所述网关设备MAC地址、所述交换设备的MAC地址和所述第一报文的源IP地址；向所述网关设备发送所述第一拥塞控制消息。
[0003]QCN(Quantized Congestion Notification，量化拥塞通知)(IEEE.802.11Qau.Congestion notification,2010.)作为数据中心标准的一部分，应用于数据中心场景，其基本原理如下：检测到拥塞发生的交换机会构造一个拥塞通知消息(CNM，Congestion Notification Message)报文，向流量包发送方发送；当发送方收到拥塞通知消息后，进行流量限速，以缓解拥塞的程度(避免因拥塞造成的丢包和队列时延，从而提高网络传输性能)。其中构造的拥塞通知消息报文使用以太网格式，拥塞通知消息报文的目的MAC(Medh Access Control，介质访问控制)为当前采样报文的源MAC，拥塞通知消息报文的源MAC为当前采样报文的目的MAC，以此使得拥塞通知消息能发送给发送方。在QCN机制中，拥塞通知消息报文使用以太网格式，并未采用IP报文格式；通过拥塞通知消息的目的MAC地址，将拥塞通知消息发送给流量发送方，所以QCN机制仅应用于局域网。在广域网络中，当网络报文在三层IP网络间交换时，原始的以太网报头不会保留。所以现有QCN协议机制不能应用于广域网络中。
[0004]DC
‑
QCN(Data Center Quantized Congestion Notification,数据量化拥塞通知)机制综合了DCTCP和QCN机制(Zhu Y,Ming Z,Eran H,et al.Congestion Control for Large
‑
Scale RDMA Deployments[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review,2015,45(5):523
‑
536.)，其基本原理是：发生拥塞的交换机对网络包的IP头中的ECN(ECN
‑
Echo,Explicit Congestion Notification，显示拥塞通知)字段进行CE设置；当带有CE设置的网络包被接收方协议栈处理时，会向发送方返回一个被设置ECN(位于TCP头)的报文；当发送方TCP协议栈收到设置ECE的网络包后，进行流量限速，以缓解拥塞的程度(避免因拥塞造成的网络丢包和网络队列时延，从而提高网络传输性能)。其中并未构造拥塞通知报文，而是通过TCP头中的ECE标记，发送方可以判断网络中是否产生拥塞，是否需要执行流量限速。DC
‑
QCN算法的主要缺陷包括：(1)依赖于数据中心商用交换机上的ECN机制；(2)与QCN不同，DC
‑
QCN的拥塞通知路径较长，会经历历交换机的CE设置、接收方的ECE设置至发送方的ECN处理。长的拥塞通知路径限制了拥塞控制的性能效果。
[0005]因此，如何提供一种适用于广域网的拥塞控制方法是目前本领域的研究热点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种面向广域网的拥塞控制方法及装置，可以在广域网上传输拥塞通知报文，也可以缩短拥塞产生后的传输路径，提升拥塞控制的效果。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种面向广域网的拥塞控制方法，所述拥塞控制方法包括：当交换机判定拥塞发生时，交换机获取接收缓冲区的网络包并构造拥塞通知报文；交换机直接将拥塞通知报文传递给网络包的源头，即发送方；
[0009]其中，所述拥塞通知报文的目的IP地址为网络包的源IP地址，拥塞通知报文的源IP地址为网络包的目的IP地址；拥塞通知报文的目标TCP端口号为流量包的源TCP端口号，拥塞通知报文的源TCP端口号为网络包的目标TCP端口号；TCP头中拥塞窗口减小CWR和显示拥塞通知ECE同时被设置，表示该报文为拥塞通知报文；拥塞通知报文中TCP数据为拥塞状态相关信息。
[0010]具体的，IP地址(Intemet Protocol Address)是指互联网协议地址；CWR Congestion Window Reduced拥塞窗口减小；传输控制协议(TCP，Transmission Control Protocol)。
[0011]针对QCN的拥塞通知仅作用于二层局域网和DC
‑
QCN的较长拥塞通知路径2个问题，本专利技术提供了上述面向广域网的拥塞控制方法。
[0012]在本专利技术中，所述拥塞状态相关信息包括版本、保留字段、标识ID、量化值、长度和附加信息。其中，附加信息表示额外的附加信息，视具体需求而定。
[0013]在本专利技术中，所述交换机/交换设备对缓冲区队列上的网络包进行采样/分析，判定是否拥塞发生以及是否发送拥塞通知。即，交换机需要独立的根据自身的状态来决定是否需要发送拥塞通知。
[0014]在本专利技术中，所述交换机周期性的对缓冲区中队列大小进行采样，根据采样结果计算当前的拥塞状态，拥塞检测的方法为：
[0015]Q
α
＝Q
‑
Q
eq
[0016]Q
β
＝Q
‑
Q
old
[0017]F
b
＝
‑
(Q
α
+w*Q
B
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向广域网的拥塞控制方法，其特征在于，所述拥塞控制方法包括：当交换机判定拥塞发生时，交换机获取接收缓冲区的网络包并构造拥塞通知报文；交换机直接将拥塞通知报文传递给网络包的源头，即发送方；其中，所述拥塞通知报文的目的IP地址为网络包的源IP地址，拥塞通知报文的源IP地址为网络包的目的IP地址；拥塞通知报文的目标TCP端口号为流量包的源TCP端口号，拥塞通知报文的源TCP端口号为网络包的目标TCP端口号；TCP头中拥塞窗口减小CWR和显示拥塞通知ECE同时被设置，表示该报文为拥塞通知报文；拥塞通知报文中TCP数据为拥塞状态相关信息。2.根据权利要求1所述的面向广域网的拥塞控制方法，其特征在于，所述拥塞状态相关信息包括版本、保留字段、标识ID、量化值、长度和附加信息。3.根据权利要求1所述的面向广域网的拥塞控制方法，其特征在于，所述交换机对缓缓冲区队列上的网络包进行采样/分析，判定是否拥塞发生以及是否发送拥塞通知。4.根据权利要求3所述的面向广域网的拥塞控制方法，其特征在于，所述交换机周期性的对缓冲区中队列大小进行采样，根据采样结果计算当前的拥塞状态，拥塞检测的方法为：Q
α
＝Q
‑
Q
eq
Q
β
＝Q
‑
Q
old
F
b
＝
‑
(Q
α
+w*Q
β
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(a)Q表示采样时刻的队列大小；Q
eq
表示期望的队列大小；Q
α
表示采样时刻队列和期望队列的大小差值；Q
β
表示采样时刻队列和上一次采样队列的大小差值；Q
old
表示上次采样的队列大小；F
b
表示拥塞状态的一个量化的值；w表示权重，控制Q
β
在F
b
的比重；当F
b
<0时，说明...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴运翔，常璟飞，施林锋，蒋科，陈光，曾令仿，李勇，程稳，吴洵进，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：