[发明专利]一种基于拥塞队列长度的TCP拥塞控制方法

摘要

本发明公开了一种数据中心SDN环境下基于拥塞队列长度的TCP拥塞控制方法。该发明通过队列管理模块监控交换机端口的队列长度，当队列长度超过某个阈值时，则认为当前网络处于拥塞状态，并且通过SDN/OpenFlow协议向控制器发送拥塞通告信息，控制器收到该信息后，向该交换机下发流表，修改反向流经该端口的ACK报文，使ACK报文携带网络拥塞点的队列长度信息，发送端收到该ACK报文后，根据ACK报文中的队列长度信息，降低发送端的发送速率，缓解网络拥塞。本发明的方法不仅通过利用网络拥塞点的直接反馈来表征拥塞的程度，可以有效的解决数据中心网络拥塞问题，提高网络吞吐量，同时该方法利用了SDN/OpenFlow技术，使得本发明更加灵活和高效。

主权项

1.一种基于拥塞队列长度的TCP拥塞控制方法，其特征在于，该方法应用于符合SDN架构的数据中心网络中，该数据中心网络包含发送端、交换机、SDN控制器，上述发送端和SDN控制器均与交换机相连接，且它们之间进行数据传递，SDN控制器和交换机间使用OpenFlow协议；该方法具体包括以下步骤：步骤1、对交换机队列进行管理，具体为：网络中的交换机实时监控交换机端口队列长度，当队列长度超过设定的阈值时，也即网络处于拥塞时，交换机向SDN控制器发送拥塞通告信息，该拥塞通告信息包括发生拥塞的交换机编号信息和拥塞端口编号信息；否则，按照正常的交换机队列管理机制进行处理；对交换机队列进行管理具体为：步骤1‑1、实时监控交换机端口的队列长度，将当前队列长度记为Q_cur；步骤1‑2、判断当前队列长度是否超过阈值K，当Q_cur＜K时，表示交换机处于正常状态NOR，设置当前交换机状态State＝NOR，按照正常的交换机队列管理机制进行处理；否则，进入步骤1‑3；步骤1‑3、当K≤Q_cur≤Q_max时，其中Q_max为队列的最大长度，表示交换机处于拥塞状态CNG，设置当前交换机状态State＝CNG，并进入步骤1‑4；否则进入步骤1‑5；步骤1‑4、利用OpenFlow协议生成Packet_In报文，并将发生拥塞的端口号和交换机标识作为Packet_In报文的数据部分，将该报文发送给SDN控制器；步骤1‑5、当Q_cur＞Q_max，交换机丢弃进入该端口的数据报文；步骤2、SDN控制器收到拥塞通告信息后，向发生拥塞的交换机发送流表，该流表的进入接口为发生拥塞的交换机端口号，流表的Actions项为修改ACK报文动作；步骤3、对报文进行处理，当步骤2的流表到达交换机后，交换机根据该流表，对符合流表的ACK报文增加当前队列长度信息；对符合流表的ACK报文增加当前队列长度信息，具体步骤如下：步骤3‑1、当数据报文到达发生拥塞的交换机端口时，判断当前端口队列的状态，如果状态State为CNG，则进入步骤3‑2，否则，进入步骤3‑7；步骤3‑2、查看该报文是否为ACK报文，如果该报文不是ACK报文，则进入步骤3‑7，否则，进入步骤3‑3；步骤3‑3、从该ACK报文中提取拥塞标志字段并赋值为CN，同时提取ACK报文中的队列长度字段的值并赋值为Q_ack，进入步骤3‑4；所述CN表示拥塞标志，Q_ack表示传输路径上拥塞队列长度的总和；步骤3‑4、判断拥塞标志是否为1，如果为1，则表示该传输路径上有其它的拥塞点，进入步骤3‑6，否则进入步骤3‑5；步骤3‑5、设置ACK报文的网络拥塞字段CN＝1，赋值Q_ack＝0，进入步骤3‑6；步骤3‑6、设置ACK报文中队列长度的值为Q_cur+Q_ack，随后进入步骤3‑7；步骤3‑7、报文正常处理和转发；步骤4、发送端收到ACK报文后，重新计算拥塞窗口后调整发送端的发送速率，完成当前周期的TCP拥塞处理，之后返回步骤1进行下一个周期的拥塞处理。