[发明专利]一种基于服务器的流调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据中心网络中TCP流调度技术和拥塞控制技术。

背景技术

最小化流完成时间（FlowCompletionTimes，简称FCT）是数据中心网络（Data CenterNetworks,简称DCN）中非常重要的一个问题。云服务往往在DCN中产生大量的TCP 流，流的完成速度很大程度上决定了任务的完成时间。任何一个不能及时完成的流都会影 响到任务最后的结果，降低用户体验或带来直接的经济损失。然而，在当前的DCN中，流经常 需要很长时间才能完成传输，甚至超过其理论完成时间的十倍。其主要原因是数据包拥塞 在网络中交换机的输出端口上形成很长的队列，在传输中经历了太久的排队时延。

学者们已经提出了多种最小化FCT的方案，这些方法可以分为两类：速率控制类和 流调度类。速率控制类工作（如DCTCP、D2TCP和HULL）一般是在发送端感知网络的拥塞状况， 不断调整发送速率来保持网络中交换机输出端口队列尽量短，以减小数据包在传输中经历 的排队时延。这类工作在一定程度上减少了排队时延，并且较容易部署，因为它们都是基于 服务器的。但这类工作会让多个流同时传输，共享带宽，无法最小化FCT。最近的研究表明最 小化FCT需要使用流调度的方法（如PDQ，pFabric，PASE和PIAS），也就是按照流的优先级顺 序从高到低（一般采用小流优先的规则）让流一个接一个地完成。pFabric是一种基于交换 机的流调度方案，它是流调度类工作中做得最好的。它在交换机的输出端口队列中按照数 据包的优先级来推出数据包，使得小流中最慢的那个流都几乎能以其理论传输时间完成。 然而，由于pFabric根本性地改变了交换机输出端口先进先出的数据包推出方式，要实现 pFabric，必须对交换机做硬件上的改动。而DCN中有成千上万个交换机，部署pFabric可能 会需要大量的费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于服务器的流调 度方法（Server-basedFlowScheduling,简称SFS），既容易部署，又能在最小化FCT上取得 和pFabric相似的效果。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于服务器的流调度方 法，包括以下步骤：

1）在发送方，TCP流从应用层获得优先级，再将优先级嵌入发送的SYN包和数据包中；在 接收方，所述优先级被拷贝到相应的ACK包中；TCP的拥塞窗口固定为BDP，timeout值固定为 500us，TCP的拥塞避免和快速重传功能被关闭；网络采用1比1收敛比的FatTree网络，并使 用包喷射的路由方式将负载均匀地分配在多条等价路径上；

2）在接收方的TCP/IP协议栈和网卡之间加入反向调度器，反向调度器通过释放/捕获 ACK包来激活/暂停接收方收到的流来实现反向的流调度，同时通过释放ACK包控制网络中 飞行的TCP数据包总量；反向调度器包含一个流表和一个流窗口，从TCP/IP协议栈传来的 ACK包被推入流表中，流表内的流以优先级高低排列，流窗口限制活动的流数，网卡从在流 窗口内的流表表项中抽取ACK包并发送到网络中；

3）在发送方的TCP/IP协议栈和网卡之间加入正向调度器，正向调度器通过释放/捕获 SYN包和数据包来激活/暂停其发送的流来实现正向的流调度；正向调度器包含一个流表， 从TCP/IP协议栈传来的SYN包和数据包被推入到流表中，流表内的流以优先级高低排列，网 卡总是从当前有数据包且优先级最高的表项中抽取数据包并发送到网络中；

4）在所述反向调度器和所述正向调度器中加入协调模块,在发送方和接收方对于某个 流的优先级判断不一致时，协调发送者和接收方，填充链路带宽。

所述协调模块采用最热流协调方法，最热流协调方法包含以下三步，首先，当接收 方当前接收的流被发送方中断时，发送方通知接收方当前传输已中断；然后，接收方激活最 热的流以填充链路接收方；最后，接收方方激活最热的流转变回激活最高优先级的流。

接收方通过流的温度来识别最热的流，流的温度用来衡量接收方在上一次收到此 流的数据包后等待的时间，所述最热的流就是最近传输过的流。