一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法及系统与流程

1.本发明涉及网络传输的技术领域，特别涉及一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法及系统。


背景技术：

2.随着数据中心网络对云计算、大数据和搜索等技术的广泛应用，衍生出的数据中心的应用越来越丰富，用户数量也显著增加，同时数据中心网络的性能也面临着严峻的考验，其中，网络拥塞现象最为突出、亟需解决，网络拥塞问题的产生主要是因为带宽资源和交换设备处理能力有限，存储、计算设备性能有限。
3.数据中心主要利用远程直接数据存取(remote direct memory access，rdma)来构建，rdma在以太网上的传输协议一般是rocev2协议，rocev2协议基于无连接传输协议udp，能够实现传输数据速度快，占用的cpu资源少，但无法保证不丢包，因此，降低了rdma的传输效率；当前基于rdma的拥塞控制算法主要有dc-qcn(data center quantized congestion notification)算法和量化拥塞通知qcn(quantized congestion notification)算法，dc-qcn算法由交换机、接收端提示点和发送端反馈点组成，是基于四层网络的拥塞控制算法，能够实现高带宽利用率，但也对交换机要求高；qcn算法是基于二层网络的拥塞控制算法，通过主动反向通知，降低网络中的丢包率和延时，从而提高网络性能，但对交换机要求高，为解决上述问题，现有技术公开了一种基于优先级流控pfc(priority-based flow control，优先级的流量控制)的拥塞控制方法，该方法通过监测交换机端口的出队列，判断出队列的长度是否超过阈值，如果出队列的长度超过阈值，则证明网络出现拥塞，此时，预测交换机向一些端口发送pfc信号暂停报文，这种方式对交换机要求低，可以实现最基本的拥塞控制，但是发送pfc信号暂停报文是在拥塞产生之后才进行处理，且在拥塞产生过程中会直接停止报文的发送，影响数据中心网络的数据传输，导致网络性能下降。


技术实现要素：

4.为解决现有数据中心网络拥塞控制方法无法均衡协调对交换机的性能要求，导致或对交换机要求高，或对交换机要求低但执行效果差的问题，本发明提出一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法及系统，达到了均衡协调对交换机的性能要求，对交换机要求低且执行效果好的目的。
5.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
6.一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法，包括以下步骤：
7.s1.将数据中心网络开始运行时数据发送方的状态设为稳定状态；
8.s2.在数据发送方业务增加时，确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，若是，交换机向数据发送方发送pfc报文，执行s3；否则，继续确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵；
9.s3.将数据发送方第一次接收到pfc报文时的数据发送速度设为第一发送速度，数
据发送方进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文并运行，执行s4；
10.s4.数据发送方在经过预设时间后进入增加速度的快恢复状态，增加当前数据发送速度，使其恢复至第一发送速度；
11.s5.判断恢复过程中数据发送方是否接收到pfc报文，若是，更新第一发送速度的值，数据发送方进入数据发送的快恢复减速状态，降低当前数据发送速度，直至不再接收到pfc报文，并按该数据发送速度运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，使其恢复至更新后的第一发送速度和当前发送速度之和的值的一半；否则，数据发送方恢复稳定状态，执行s6；
12.s6.判断数据发送方在稳定状态下是否接收到pfc报文，若是，则返回s2；否则，执行s7；
13.s7.数据发送方进入用于增加速度的探索状态并运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则降低数据发送速度，执行s8；否则，继续增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文；
14.s8.数据发送方进入猜测状态，基于降低后的数据发送速度，判断数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则猜测数据发送方未达到稳定状态，退出猜测状态，返回s3；否则，猜测数据发送方达到稳定状态，退出猜测状态。
15.在本技术方案中，数据发送方在数据中心网络开始运行时数据发送方处于稳定状态，随着数据发送方业务的增加，其数据发送速度也会增大，首先基于数据发送方业务的增加，确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，如果交换机内部缓冲区大小超过设定的阈值，交换机会产生pfc报文，数据发送方接收到pfc报文后进入减速状态，使用pfc报文来实现拥塞控制，控制效果好，适用性高，不需要特定交换机来实现拥塞控制，在拥塞产生前能够主动降低速度，以保证稳定运行，在减速至不再接收到pfc报文时，进入增加速度的快恢复状态，使当前发送方的发送速度恢复至第一发送速度，重新恢复稳定状态，如果在速度恢复过程中数据发送方接收到pfc报文，则数据发送方进入快恢复减速状态，降低当前数据发送速度至不再接收到pfc报文，返回快恢复状态增加当前数据发送速度，使其恢复至更新后的第一发送速度和当前发送速度之和的值的一半，随后返回稳定状态，然后在数据发送方稳定运行时需进入用于增加速度的探索状态，探索数据发送方是否接收到pfc报文，在探索状态下实现了主动提升速度，接着进入猜测状态，对当前数据发送方的状态进行猜测，如果数据发送方在猜测状态下接收到pfc报文，数据发送方此时未达到稳定状态，需进行减速，否则数据发送方达到稳定状态，均衡协调对交换机的性能要求，在对交换机要求低时，也能保证执行效果好。
16.优选地，在步骤s2中，若交换机内部缓冲区的大小超过设定的阈值，则交换机内部缓冲区发生拥堵；否则，交换机内部缓冲区不发生拥堵。
17.优选地，在步骤s3中，数据发送方进入减速状态减速的具体过程为：
18.将第一发送速度降低一半，在速度降低后判断数据发送方是否持续接收到pfc报文，若是，则对当前降速后的数据发送速度持续降低一半，直至不再接收到pfc报文；否则，停止降低数据发送速度。
19.优选地，在步骤s4中，增加数据发送速度的具体过程为：
20.先将当前数据发送速度调整为第一发送速度与当前数据发送速度的和的一半，再
对调整后的数据发送速度进行若干次提升，直至恢复第一发送速度。
21.优选地，在步骤s5中，快恢复减速状态中降低数据发送速度的具体过程为：
22.将当前数据发送速度降低1/4，在速度降低后判断数据发送方是否接收到pfc报文，若是，对当前降速后的数据发送速度持续降低1/4，直至不再接收到pfc报文；否则，停止降低数据发送速度。
23.优选地，在步骤s7中，探索状态中数据发送速度的增幅与数据中心网络的初始速度呈正相关，数据发送方接收到pfc报文后数据发送速度的降幅与该增幅保持一致。
24.优选地，一种基于优先级流量控制的拥塞控制系统，所述系统包括：
25.状态设定模块，用于设定数据中心网络开始运行时数据发送方的状态为稳定状态；
26.交换机处理模块，用于确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，若是，交换机向数据发送方发送pfc报文；否则，继续确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵；
27.减速模块，用于将数据发送方第一次接收到pfc报文时的数据发送速度设为第一发送速度，数据发送方进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文并运行，数据发送方在经过预设时间后进入增加速度的快恢复状态；
28.快恢复模块，用于增加当前数据发送速度，使其恢复至第一发送速度；
29.第一判断模块，用于判断恢复过程中数据发送方是否接收到pfc报文，若是，更新第一发送速度的值，数据发送方进入数据发送的快恢复减速状态，降低当前数据发送速度，直至不再接收到pfc报文，并按该数据发送速度运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，使其恢复至更新后的第一发送速度和当前发送速度之和的值的一半；否则，数据发送方恢复稳定状态；
30.第二判断模块，用于判断数据发送方在稳定状态下是否接收到pfc报文，若是，数据发送方进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文；否则，数据发送方进入用于增加速度的探索状态并运行；
31.探索模块，用于在经过预设时间运行后增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则降低数据发送速度，数据发送方进入猜测状态；否则，继续增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文；
32.猜测模块，用于猜测当前数据发送方的状态，基于降低后的数据发送速度，判断数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则猜测数据发送方未达到稳定状态，退出猜测状态，进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文；否则，猜测数据发送方达到稳定状态，退出猜测状态。
33.优选地，在交换机处理模块中，若交换机内部缓冲区的大小超过设定的阈值，则交换机内部缓冲区发生拥堵；否则，交换机内部缓冲区不发生拥堵。
34.优选地，在减速模块中，数据发送方进入减速状态减速的具体过程为将第一发送速度降低一半，在速度降低后判断数据发送方是否持续接收到pfc报文，若是，则对当前降速后的数据发送速度持续降低一半，直至不再接收到pfc报文；否则，停止降低数据发送速度。
35.优选地，在快恢复模块中，增加数据发送速度的具体过程为先将当前数据发送速度调整为第一发送速度与当前数据发送速度的和的一半，再对调整后的数据发送速度进行
若干次提升，直至恢复第一发送速度。
36.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
37.本发明提出一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法及系统，基于数据发送方业务的增加，监听交换机内部缓冲区的大小，确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，如果交换机内部缓冲区发生拥堵，数据发送方接收到pfc报文后进入减速状态，使用pfc报文来实现拥塞控制，控制效果好，不需要特定交换机来实现拥塞控制，在拥塞产生前能够主动降低速度并稳定运行，在减速至不再接收到pfc报文时，进入增加速度的快恢复状态，增加当前数据发送速度至第一发送速度，恢复稳定状态，如果在速度恢复过程中数据发送方接收到pfc报文，则数据发送方进入快恢复减速状态进行减速，返回快恢复状态，然后在数据发送方稳定运行时进入探索状态，增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文，在探索状态下实现了主动提升速度，接着进入猜测状态，对当前数据发送方的状态进行猜测，均衡协调对交换机的性能要求，在对交换机性能要求低时，也能保证执行效果好。
附图说明
38.图1表示本发明实施例1中提出的一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法的流程图；
39.图2表示本发明实施例1中提出的拥塞控制流程图；
40.图3表示本发明实施例2中提出的快恢复减速状态下的减速流程图；
41.图4表示本发明实施例3中提出的一种基于优先级流量控制的拥塞控制系统的结构图；
具体实施方式
42.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
43.为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸，“上”“下”等部位方向的描述非对本专利的限制；
44.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的；
45.附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
46.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
47.实施例1
48.参见图1及图2，一种基于优先级流量控制的拥塞控制方法，包括以下步骤：
49.s1.将数据中心网络开始运行时数据发送方的状态设为稳定状态；
50.随着数据发送方业务的增加，数据发送方的数据发送速度也会增大，如果数据发送方业务增加，数据中心网络的稳定状态将会被打破。
51.s2.在数据发送方业务增加时，确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，若是，交换机向数据发送方发送pfc报文，执行s3；否则，继续确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵；
52.在s2中，为评估交换机内部缓冲区的拥堵情况，先设定交换机内部缓冲区划分大小的阈值，在数据发送方业务增加时，交换机内部缓冲区的大小将发生变化，若交换机内部缓冲区的大小超过设定的阈值，则交换机内部缓冲区发生拥堵；否则，交换机内部缓冲区不发生拥堵。
53.s3.将数据发送方第一次接收到pfc报文时的数据发送速度设为第一发送速度，数据发送方进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文并运行，执行s4；
54.在s3中，由于交换机内部缓冲区发生拥堵，证明数据发送方的发送速度过大，此时数据发送方进入减速状态，将第一发送速度降低一半，在速度降低后判断数据发送方是否持续接收到pfc报文，若是，则对当前降速后的数据发送速度持续降低一半，直至不再接收到pfc报文，执行s4；否则，停止降低数据发送速度，再执行s4，在本步骤中使用pfc报文来实现拥塞控制，控制效果好，适用性高，不需要特定交换机来实现拥塞控制，在拥塞产生前能够主动降低速度，能够稳定运行；
55.s4.数据发送方在经过预设时间后进入增加速度的快恢复状态，增加当前数据发送速度，使其恢复至第一发送速度；
56.在s4中，增加数据发送速度的具体过程为：
57.先将当前数据发送速度调整为第一发送速度与当前数据发送速度的和的一半，再对调整后的数据发送速度进行5次提升，直至恢复第一发送速度；
58.s5.判断恢复过程中数据发送方是否接收到pfc报文，若是，更新第一发送速度的值，数据发送方进入数据发送的快恢复减速状态，降低当前数据发送速度，直至不再接收到pfc报文，并按该数据发送速度运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，使其恢复至更新后的第一发送速度和当前发送速度之和的值的一半；否则，数据发送方恢复稳定状态，执行s6；
59.在恢复过程中如果数据发送方接收到pfc报文，说明数据中心网络环境差，数据中心网络其他网络节点存在占用链路带宽的情况，因此需更新第一发送速度的值，数据发送方进入数据发送的快恢复减速状；否则，说明数据中心网络环境好，数据发送方恢复稳定状态；
60.s6.判断数据发送方在稳定状态下是否接收到pfc报文，若是，则返回s2；否则，执行s7；
61.数据发送方在稳定状态下未接收到pfc报文，说明数据中心网络环境好，数据中心网络其他网络节点存在让出链路带宽的情况，导致数据发送方停止数据传输，因此需要去探索其他网络节点存在让出链路带宽的情况是否存在；
62.s7.数据发送方进入用于增加速度的探索状态并运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则降低数据发送速度，执行s8；否则，继续增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文；
63.在s7中，探索状态是用于增速的一个状态，在探索状态中，每隔一段时间如果没有收到pfc报文就进行一次速度增加，数据发送速度的增幅与数据中心网络的初始速度呈正相关，比如在初始速度100g的网络下，数据发送速度的增幅设为1g，在初始速度200g的网络下，数据发送速度的增幅设为2g；数据发送方接收到pfc报文后数据发送速度的降幅与所设定数据发送速度的增幅保持一致，如果收到pfc就进入猜测状态，否则，继续增加当前数据发送速度，直至数据发送方接收到pfc报文；
64.s8.数据发送方进入猜测状态，基于降低后的数据发送速度，判断数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则猜测数据发送方未达到稳定状态，退出猜测状态，返回s3；否则，猜测数据发送方达到稳定状态，退出猜测状态；
65.在猜测状态中运行，特点时间内如果没有收到pfc，就猜测是数据发送方达到了稳定状态，退出猜测状态，说明数据中心网络环境好，不存在其他网络节点存在让出链路带宽的情况；否则，说明数据中心网络环境差，数据中心网络其他节点存在占用链路带宽的情况，退出猜测状态，返回s3。
66.实施例2
67.参见图3，在步骤s5中，快恢复减速状态中降低数据发送速度具体过程为：
68.s51.记录第一发送速度的值，设定记录的第一发送速度的值为v1、当前数据发送速度增速至某一速度的值为v2，将v1降低1/8，更新为7/8v1，并将v2降低1/4，更新为3/4v2，执行s52；
69.s52.判断数据发送方是否再次接收到pfc报文，若是，则保留v1更新后的值，只对v2降低1/4后的值持续降低1/4，直至不再接收到pfc报文；否则，停止降低数据发送速度。
70.实施例3
71.参见图4，一种基于优先级流量控制的拥塞控制系统，包括以下系统：
72.状态设定模块11，用于设定数据中心网络开始运行时数据发送方的状态为稳定状态；
73.交换机处理模块12，用于确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵，若是，交换机向数据发送方发送pfc报文；否则，继续确认交换机内部缓冲区是否发生拥堵；
74.在交换机处理模块中，若交换机内部缓冲区的大小超过设定的阈值，则交换机内部缓冲区发生拥堵；否则，交换机内部缓冲区不发生拥堵；
75.减速模块13，用于将将数据发送方第一次接收到pfc报文时的数据发送速度设为第一发送速度，数据发送方进入减速状态，将第一发送速度降低一半，在速度降低后判断数据发送方是否持续接收到pfc报文，若是，则对当前降速后的数据发送速度持续降低一半，直至不再接收到pfc报文并运行，数据发送方在经过预设时间后进入增加速度的快恢复状态；否则，停止降低数据发送速度，进入增加速度的快恢复状态；在本模块中，使用pfc报文来实现拥塞控制，控制效果好，适用性高，不需要特定交换机来实现拥塞控制，在拥塞产生前能够主动降低速度，能够稳定运行；
76.快恢复模块14，用于增加当前数据发送速度，增加数据发送速度的具体过程为先将当前数据发送速度调整为第一发送速度与当前数据发送速度的和的一半，再对调整后的数据发送速度进行5次提升，直至恢复第一发送速度；
77.第一判断模块15，用于判断恢复过程中数据发送方是否接收到pfc报文，若是，明数据中心网络环境差，数据中心网络其他网络节点存在占用链路带宽的情况，因此需要更新第一发送速度的值，数据发送方进入数据发送的快恢复减速状态，降低当前数据发送速度，直至不再接收到pfc报文，并按该数据发送速度运行，经过预设时间后增加当前数据发送速度，使其恢复至更新后的第一发送速度和当前发送速度之和的值的一半；否则，数据发送方恢复稳定状态；
78.第二判断模块16，用于判断数据发送方在稳定状态下是否接收到pfc报文，若是，数据发送方进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文；否则，说明数据中心网络环境好，数据中心网络其他网络节点存在让出链路带宽的情况，导致数据发送方停止数据传输，数据发送方进入用于增加速度的探索状态并运行；
79.探索模块17，用于在经过预设时间运行后增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则降低数据发送速度，数据发送方进入猜测状态；否则，继续增加当前数据发送速度，探索数据发送方是否接收到pfc报文；
80.猜测模块18，用于猜测当前数据发送方的状态，基于降低后的数据发送速度，判断数据发送方是否接收到pfc报文，若是，则猜测数据发送方未达到稳定状态，退出猜测状态，进入减速状态，降低当前数据发送速度至其不再接收到pfc报文；否则，猜测数据发送方达到稳定状态，退出猜测状态。
81.显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。