[发明专利]基于LT code的数据中心多对一数据传输协议（LTTP）

说明书

技术领域

数据中心网络 

背景技术

在数据中心网络中，不管是在线应用（如网络搜索）还是后台任务（如以GFS为代表的分布式文件存储系统和以MapReduce为代表的分布式计算等），其通信都具有barrier synchronized特性。然而这种特殊的多对一通信模式使用TCP作为传输层协议，当通信的服务器数量较大时，通信的性能会急剧下降，发生TCP Incast。导致TCP Incast的原因主要有两点：1）当通信的服务器数量增大时，一台服务器会同时接收来自其它所有服务器的数据，这些数据会导致交换机的缓存溢出，从而导致丢包。2）发生丢包会导致TCP触发超时重传。然而TCP超时重传定时器 (RTO) 的值一般为200ms，而数据中心网络中的RTT一般为微秒级。因此一旦发生超时，TCP连接会在相对一段较长时间内处于空闲，从而导致传输性能低下。 

已有的解决方案可以分为两类，其中一类解决方案将RTO的值设为微秒级，但需要升级操作系统和硬件。另一类解决方案采用改进的拥塞控制机制降低对交换机缓存的占用、避免发生超时重传。但不能在通信的服务器数量足够大时避免TCP Incast。本发明的目的在于设计一个用于数据中心网络中多对一通信的数据传输协议，提高数据传输性能。 

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于编码 (LT code) 的传输协议LTTP (LT code based Transport Protocol)，用于数据中心网中的多对一通信，实现数据的高效传输，避免TCP Incast的发生。 

1.本发明的特征在于在数据中心网络中依次按以下步骤实现的： 

步骤（1），构造一个数据中心多对一的数据传输网络拓扑，包含：多台服务器、一台交换机，其中： 

多台服务器由作为客户端的任意一台服务器和作为服务器端的其它服务器组成，其中：客户端和每一个服务器端构成一对一通信通道，配置有一个控制通道和一个数据通道，所述控制通道传输客户端向服务器发出的控制信息，其中包括服务请求信息、用于停止编码的发送结束命令。所述控制通道采用TCP协议传输数据，数据通道采用用户数据报协议UDP传输数据； 

交换机，不同的端口与各个所述服务器端直接或间接相连； 

步骤（2），数据中心网络内的多对一的数据传输网络拓扑依次按以下步骤实现多对一的数据传输： 

步骤（2.1），客户端和各服务器端预置TCP友好速率控制协议TFRC， 

步骤（2.2），客户端与各服务器端建立TCP连接，接通控制通道， 

步骤（2.3），客户端通过各控制通道向对应的各服务器端发送通信请求， 

步骤（2.4），各服务器端收到所述通信请求后，使用数字喷泉码LT Code对原始数据编码，完毕后通过数据通道向客户端发送编码数据， 

步骤（2.5），客户端通过为各服务器预置的基于TCP友好速率控制协议TFRC来控制各服务器端的数据发送速率， 

步骤（2.6），客户端一旦恢复原始数据，就通过控制通道向相应的作为发送方的服务器端发送结束命令， 

步骤（2.7），客户端重复执行步骤（2.6），一直到所有服务器端都发送完数据为止。 

本发明提出的方法的思路在于：导致TCP Incast发生的原因主要是由于TCP的超时重传时钟与数据中心网络中的RTT值不匹配，因此一旦发生超时重传，TCP连接会在相对较长的一段时间内空闲，使性能下降。不同于已有的基于TCP的解决方案，我们提出一种基于LT code的传输协议，使用UDP作为传输协议，从而避免了超时重传对数据传输性能的影响。因为UDP既不能保证数据的可靠传输，也没有提供拥塞控制机制，因此我们分别使用数字喷泉码（LT code）和TFRC (TCP-Friendly Rate Control) 实现数据的可靠传输和拥塞控制。我们称这种基于LT code的传输协议为LT code based Transport Protocol (LTTP)。 

本发明优点包括： 

1）不要求升级硬件或操作系统； 

2）能够有效解决TCP Incast问题，提高多对一数据传输效率； 

附图说明

图1．LTTP的工作流程 

client: 客户端 

switch: 交换机 

server: 服务器端