交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法和装置

本发明涉及云数据中心网络，尤其涉及一种交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法和装置。

背景技术：

1、在目前的数据中心网络中，随着网络带宽增加至100gbps甚至400gbps，数据中心的传输能力激增，能够在短时间内传输完成更多的流量，这意味着更多的流能在较短的时间内完成，短流占比加重逐渐成为一种趋势。总的来说，数据中心网络流量模式呈现出长短流混合、流量突发、短流占比加重等一系列特点，其中瞬时突发流量和大量短流给数据中心网络的传输性能带来了很大的考验。具体来说，瞬时突发的流量和大量短流会破坏网络传输原有的稳定性，短时间内大量涌入的数据包会给拥塞检测和控制带来较大的压力。如果这种瞬时拥塞没有得到妥善的处理，就有可能引发网络incast，造成比较严重的拥塞。如果拥塞进一步加剧，在有损网络中有可能造成丢包，在路径层无损的网络中则是会触发pfc暂停帧，无论是丢包引起的数据包重传还是pfc帧造成的拥塞传播，都会大大损害数据中心网络的传输性能。

2、在数据中心网络中，针对长流和突发短流情况下,如何高效实现带宽抢占和拥塞控制，是当前急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对在数据中心网络中，针对长流和突发短流情况下,如何高效实现带宽抢占和拥塞控制的问题，本发明公开了一种交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法和装置。

2、本技术实施例第一方面，公开了一种交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法，利用发送主机、交换机集合和接收主机来实现，所述交换机集合，包括交换机，所述方法包括：

3、s1，获取待发送数据流和传输路径信息；所述传输路径信息，包括若干个路径信息和路径序号；所述待发送数据流，包括若干个数据包和数据包对应的序号；所述待发送数据流的传输路径，是由所述路径按照路径序号进行组合得到；

4、s2，发送主机获取路径拥塞信息和待发送数据流中的数据包；对路径拥塞信息进行计算判别处理，得到发送速率值；根据所述发送速率值，将所述待发送数据流中的数据包依次发送到传输链路上；

5、s3，接收主机接收得到待发送数据流，完成数据中心网络的数据传输。

6、所述发送主机获取路径拥塞信息和待发送数据流中的数据包；对路径拥塞信息进行计算判别处理，得到发送速率值；根据所述发送速率值，将所述待发送数据流中的数据包依次发送到传输链路上，包括：

7、s21，发送主机从待发送数据流中获取第一个数据包；初始化发送速率值；

8、s22，发送主机按照发送速率值，将所获取的数据包发送到传输路径上；

9、s23，传输路径上路由器或接收主机，收到所述数据包后，生成路径拥塞信息，将所述路径拥塞信息发送至发送主机；所述路径拥塞信息，包括路径的交换机标识号，交换机出口端口的路径带宽，时间戳，交换机出口端口累积发送的字节数和交换机出口端口的队列长度；所述交换机出口端口的队列长度，是指交换机的出口端口的队列所存储的数据的长度；所述时间戳，用于记录路径拥塞信息的产生时刻；

10、s24，将发送到传输路径上的数据包从待发送数据流中删除；判断所述待发送数据流是否为空，若所述待发送数据流不为空，执行s25；若待发送数据流为空，执行s3；

11、s25，判断发送主机是否收到路径拥塞信息，若未收到路径拥塞信息，发送主机从待发送数据流中获取当前所获取的数据包的下一个数据包，执行s22；若收到路径拥塞信息，利用拥塞窗口计算模型对路径拥塞信息进行计算处理，对发送速率值进行更新，发送主机从待发送数据流中获取当前所获取的数据包的下一个数据包，执行s22。

12、所述利用拥塞窗口计算模型对路径拥塞信息进行计算处理，对发送速率值进行更新，包括：

13、s251，利用发送速率计算模型，计算得到第i条路径的交换机的出口端口的发送速率txratei；

14、s252，利用第一飞行字节计算模型，计算得到第一链路飞行字节数ilink_i；ilink_i表示在第i条路径中已经由交换机发出的数据包的字节数；

15、s253，利用第i条路径的交换机统计得到iqueue_i；iqueue_i表示在第i条路径中存储于交换机的队列中的数据包的字节数；

16、s254，利用第二飞行字节计算模型，计算得到第i条路径的飞行字节数ii；所述飞行字节数，表示发送主机已经发送的且没有收到接收主机发送的数据确认包的数据包的字节数；

17、s255，利用链路实际带宽利用率计算模型，对当前接收得到的所有路径的路径拥塞信息进行计算处理，得到所有路径的实际带宽利用率；确定出所有路径的实际带宽利用率的最大值umax；

18、s256，利用窗口判别更新模型，对所述最大值umax和发送窗口宽度w进行判别计算处理，得到发送窗口宽度w的更新值；

19、s257，利用发送窗口宽度的更新值w′，计算得到发送速率值的更新值；所述发送速率值更新值的计算表达式为：

20、rate＝w′/t；

21、其中，rate为发送速率值的更新值。

22、所述发送速率计算模型的表达式为：

23、

24、其中，txbytescur_i和txbyteslast_i分别为第i条路径的出口端口的当前时刻的发送字节数和上一个时刻的发送字节数；tscur_i和tslast_i分别为第i条路径的出口端口的当前时刻的时间戳值和上一个时刻的时间戳值；tscur_i和txbytescur_i，从当前时刻的第i条路径的路径拥塞信息中获取；txbyteslast_i和tslast_i，从上一个时刻的第i条路径的路径拥塞信息中获取。

25、所述第一飞行字节计算模型的计算表达式为：

26、ilink_i＝txratei×t，

27、其中，t表示数据包由发送主机发出，到发送主机接收到对应的接收主机发送的数据确认包的时间周期；

28、所述第二飞行字节计算模型的计算表达式为：

29、ii＝ilink_i+iqueue_i，

30、其中，ii为第i条路径的飞行字节数。

31、所述链路实际带宽利用率计算模型的计算表达式为：

32、

33、其中，ui表示第i个路径的实际带宽利用率，bwthi表示第i条路径的交换机出口端口的路径带宽，从第i条路径的路径拥塞信息中获取。

34、所述利用窗口判别更新模型，对所述最大值umax和发送窗口宽度w进行判别计算处理，得到发送窗口宽度w的更新值，包括：

35、判断所述最大值umax是否满足umax＞η，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，利用第一更新模型，计算得到发送窗口宽度w的更新值w′；所述第一更新模型的计算表达式为：

36、

37、其中，wc为发送窗口宽度w的历史值，wai为加性变换因子；

38、若所述第一判断结果为否，利用第二更新模型，计算得到发送窗口宽度w的更新值w′；所述第二更新模型的计算表达式为：

39、w′＝w+wai；

40、其中，wai为加性变换因子。

41、本发明实施例第二方面，公开了一种交换机和主机协同的数据中心网络数据传输装置，所述装置包括：

42、存储有可执行程序代码的存储器；

43、与所述存储器耦合的处理器；

44、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行所述的交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法。

45、本发明实施例第三方面，公开了一种计算机可存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行所述的交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法。

46、本发明实施例第四方面，公开了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的交换机和主机协同的数据中心网络数据传输方法。

47、本发明的有益效果为：

48、1、本发明方法利用交换机早期反馈的方式，能对网络流量进行更细粒度的控制，从而降低了数据中心网络中的队列堆积，保持着较低的队列数据堆积，本发明使用交换机，在流传输的第一个rtt内传递链路负载信息。通过结合交换机路径拥塞信息和主机路径拥塞信息，实现了对流量的超精准、有效的控制。一个rtt内的反馈打破了传统基于路径拥塞信息的解决方案的rtt级别的限制，允许拥塞控制用一种更细粒度的方式管理网络流量。

49、2、本发明实现了对流完成事件的预反馈，并向网络预告即将空闲的带宽，帮助网络中的流尽快抢占网络流量，确保了数据中心网络的高吞吐量和低延迟。本发明方法为大规模高速数据中心网络中基于路径拥塞信息的拥塞控制实现提供了重要的技术基础。