[发明专利]一种面向可重构云架构的可靠端到端通信方法

说明书

本发明公开了一种面向可重构云架构的可靠端到端通信方法，技术方案是构建一种由交换平面、可重构平面、传统服务平面构成的面向可重构云架构的可靠端到端通信装置，可重构平面板卡中的识别分析模块由接收模块和发送模块组成，接收模块由第一时间戳模块、分类检测模块和接收缓存模块组成，发送模块由发送缓存模块、发送控制模块、重传模块、第二时间戳模块、仲裁模块和速率控制模块组成；发送端与接收端建立通信连接完成三次握手后，发送端与接收端进行端对端数据传输，传输时不断调整传输速率，传输完毕进行连接释放。本发明可完成可靠通信，缓解网络拥堵，提高带宽利用率，且不需对交换设备进行修改，硬件资源消耗少。

技术领域

本发明涉及计算机网络通信技术领域，特别涉及一种面向可重构云架构的可靠端到端通信方法。

背景技术

随着计算机网络通信技术的快速发展，用户对计算速度的需求不断增加，大数据、深度学习等新兴应用迅猛发展。为了提升用户的使用体验，数据中心开发商开始在数据中心里使用可重构云架构进行应用加速。因此，面向可重构云架构的端到端数据传输是实现端对端可靠通信的前提。

如图1所示，可重构云架构由交换平面和传统服务平面构成(如微软于2015年部署的异构云，参见Adrian M.Caulfield等.一种云规模加速体系结构[C].MICRO会议,2016,32(3):213-229)，交换平面通过交换机与传统服务平面进行通信。交换平面由多个交换设备组成，交换机设备按照从上到下的拓扑结构为核心层交换机、汇聚层交换机、TOR(top ofrank，柜顶)交换机三层。TOR交换机的数量与传统服务平面中板卡的数量相同，与板卡相连，一台TOR交换机与其相连的板卡一一对应。汇聚交换机与多台TOR交换机和一台核心交换机相连，负责在TOR交换机与核心交换机间转发数据。核心交换机与多台汇聚交换机和路由器相连，负责在汇聚层交换机与路由器之间转发数据。交换平面负责报文的传输，通过TOR交换机与传统服务平面相连接；传统服务平面由计算机终端和内嵌在计算机终端中的板卡(一般是FPGA器件)组成，板卡与其所属的计算机终端一一对应，板卡上部署有可靠端对端交互协议LTL(Lightweight Transport Layer，轻量级传输层)或TCP协议。计算机终端将报文以RDMA(Remote Direct Memory Access，远程直接数据存取)方式传输给其内嵌的板卡，由板卡上部署的LTL或TCP协议完成可靠端对端的数据交互。

然而，基于现有的可重构云架构的可靠端对端交互协议存在以下问题：

(1)在可重构云中部署LTL协议，需要交换设备开启基于优先级流量控制PFC(Priority-based Flow Control)等复杂且具有暂停风暴(网络中所有的流都暂停发送)和受害流(PFC机制在特定情况会强制暂停某个端口的流，这些流中可能有不应该被暂停的流，这些不该被暂停的流称为受害流)风险的机制，需要对现有的交换设备进行修改，使其难以在传统数据中心里大规模部署。

(2)由于TCP协议的设计是面向巨型拓扑，其中许多机制已经不适合在可重构云中部署，多余的机制和复杂化的机制使板卡上部署TCP协议消耗的存储和逻辑资源过多，限制板卡的可扩展性。此外，其中的许多机制(迟钝的拥塞控制，慢启动等)导致传输速率低，且容易丢包，延时、吞吐效率不高，因而也不适合在传统数据中心里大规模部署。

如何在实现数据中心传输目标(小流低延时，大流高吞吐)的前提下，既不需要对现有的交换设备进行修改，又减少硬件资源的消耗，通过根据监测网络拥塞状况实时调整传输速率，缓解网络拥堵，提高带宽利用率，实现端到端的可靠通信是本领域技术人员极为关注的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种面向可重构云架构的可靠端到端通信方法，在不需要对现有交换设备进行任何修改的前提下，实现数据中心小流低延时、大流高吞吐的传输目标，且解决硬件资源消耗过多的问题。

本发明的技术方案是：