[发明专利]多服务队列环境中基于时延的拥塞控制方法和控制装置

说明书

本发明公开了一种多服务队列环境中基于时延的拥塞控制方法和控制装置，包括三个部分：拥塞检测器、空闲带宽检测器和流量控制器。本发明提出在HPCC的基础上融合使用RTT信息来进行拥塞控制，通过传输数据包RTT的变化获得拥塞信号，在拥塞发生时利用RTT携带的拥塞信息精确快速地调整发送速率。仿真平台测试结果表明：本发明可以很好的解决现有技术在多队列环境中存在的带宽分配违反队列调度意图和异构拥塞控制算法共存下的带宽分配不均的问题，在多服务队列环境中实现高吞吐量、低时延、不同队列之间加权公平共享和性能隔离，同时在单队列环境中保持高吞吐量、低时延和公平性的优势。

技术领域

本发明属于数据中心网络技术领域，具体涉及一种多服务队列环境中基于时延的拥塞控制机制。

背景技术

数据中心中运行着各种各样的业务，这些业务对数据中心网络提出了高带宽和低时延的网络传输服务需求，满足这一需求的关键在于一个设计良好的端到端拥塞控制机制。这是因为拥塞控制机制是避免在高流量负载下缓存积累和数据包丢失的主要机制，如果拥塞控制机制频繁失败，网络中拥塞带来的后果有数据传输速率降低、数据传输时延增加、传输过程中丢包增加等，同时基于优先级流量控制(Priority-Based Flow Control，PFC)或数据包重传等备份机制也可能会带来不稳定性和性能下降问题，严重情况下还有可能导致网络瘫痪。

高精度拥塞控制(High Precision Congestion Control，HPCC)是阿里巴巴提出的一种高精度拥塞控制策略，HPCC创新性地应用了交换机设备中带内网络遥测技术(In-band Network Telemetry，INT)功能提供的细粒度链路信息重新设计了一种拥塞控制思路，它可以在单队列网络环境中同时实现高带宽、低时延和高稳定性。HPCC的主要思想是利用INT提供的精确的链路负载信息进行拥塞检测从而在检测到网络中发生拥塞或存在空闲带宽时准确地计算出需要调整的目标速率。HPCC是一个发送方驱动的拥塞控制算法，接收端会对接收到的每个数据包进行确认。它的主要工作流程是：发送端发送数据包，数据包经过链路传输到接受端，在这个过程中，数据包经历的完整路径上的每一个交换机利用其INT功能将链路信息插入到数据包头部，这些链路信息可以反映数据包出口的当前负载，包括队列长度，时间戳，链路带宽容量传输的字节数和传输的字节数等。当接收端收到数据包时，它首先从数据包中分离出交换机插入的链路信息元数据，然后这些信息被插入到生成的确认数据包中，最后将确认数据包返回发送端。发送端接收到带有网络负载信息的确认数据包(Acknowledge character，ACK)后，根据其中携带的负载信息决定每次如何调整其流量。发送方利用队列长度和传输的字节数等负载信息可以计算出经过链路的使用情况，如果超过一定的阈值则判断为该条链路发生拥塞，这时发送方就可以根据链路的实际使用情况和理想状态精确地调整发送速率，而不需要经过多次迭代收敛到最终的目标速率，同时，在链路存在空闲时，HPCC也可以采用同样的方法精确地调整发送速率快速利用可用带宽。

然而，目前数据中心网络中的拥塞控制机制都是基于单服务队列的假设(比如HPCC)，即数据中心交换机的每个端口都只有一个队列。而现在的数据中心网络中往往使用多服务队列结构，即在交换机的各个端口设置多个队列，通过将不同的业务分布在不同的服务队列中来对不同数据中心业务进行性能隔离，服务队列之间采用优先级、轮询等算法进行调度。虽然现有的拥塞控制机制在单服务队列网络环境中表现出了良好的性能，但是，如果将其直接应用于多服务队列网络环境，则会出现带宽分配不合理的问题，主要表现在以下两个方面：

(1)带宽分配违反队列调度意图。在多服务队列环境中，被赋予不同权重的流量共存时，带宽不能按照队列的权重进行分配、在不同队列之间进行加权公平共享。

(2)异构拥塞控制算法共存下的带宽分配不均。数据中心网络中不同业务会产生不同类型的流量，比如基于HPCC的RDMA流量，基于Reno等拥塞控制算法的TCP流量，在这些不同类型的流量共存时，会出现一种流量抢占另一种流量带宽的问题，带宽不能在不同类型的流量之间公平分配。