專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ecn機(jī)制的tcp擁塞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)TCP擁塞控制算法使用網(wǎng)絡(luò)中的丟包作為擁塞信號(hào)，當(dāng)丟包發(fā)生時(shí)，算法會(huì)降低連接的數(shù)據(jù)包發(fā)送速度，從而避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布不均的現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，有線數(shù)據(jù)中心的布線問題也越來越復(fù)雜。為了解決這些問題，無線技術(shù)被引入到現(xiàn)有的有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。然而，無線網(wǎng)絡(luò)因其介質(zhì)的不可靠性，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在大量的與擁塞無關(guān)的隨機(jī)丟包。這些隨機(jī)丟包也會(huì)引發(fā)算法降低傳輸速率，引起嚴(yán)重的性能問題。而現(xiàn)有方法中還沒有一種可以同時(shí)處理有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)TCP Incast現(xiàn)象和無線隨機(jī)丟包而引發(fā)的性能下降問題。在現(xiàn)有的TCP擁塞控制方法中，與本申請(qǐng)最為接近的技術(shù)方案為DCTCP方案。該方案在交換機(jī)上進(jìn)行ECN控制，發(fā)送方根據(jù)收到標(biāo)記ECN的ACK占上一窗口發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例來調(diào)整發(fā)送速率。 DCTCP的一個(gè)重要缺陷是當(dāng)沒有ECN標(biāo)記時(shí)，如果出現(xiàn)丟包發(fā)送方就會(huì)將發(fā)送速率減半，因此，無法抵抗無線隨機(jī)丟包問題?，F(xiàn)有的無線TCP擁塞控制方法主要有TCP Veno,TCP Westwood等。這些方法都采取了一定的手段來分辨丟包發(fā)生的原因隨機(jī)丟包或是擁塞丟包。但它們都是以丟包作為基礎(chǔ)的,而如果丟包真的是由于擁塞導(dǎo)致的,則說明此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞已經(jīng)非常嚴(yán)重。這些方法都不能提早進(jìn)行控制，防止擁塞的發(fā)生。所以并不適用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中。本發(fā)明與現(xiàn)有擁塞控制方法的區(qū)別是本發(fā)明可以根據(jù)交換機(jī)緩沖區(qū)隊(duì)列長度提前對(duì)發(fā)送速率進(jìn)行調(diào)整，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。當(dāng)沒有ECN標(biāo)記時(shí)，如果出現(xiàn)丟包，發(fā)送方會(huì)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬來調(diào)整發(fā)送速率，而不是盲目減半，進(jìn)而避免由于無線隨機(jī)丟包而導(dǎo)致的嚴(yán)重的性能問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本申請(qǐng)?zhí)岚敢鉀Q的技術(shù)問題為=DCTCP當(dāng)沒有ECN標(biāo)記時(shí)，如果出現(xiàn)丟包就會(huì)將發(fā)送速率減半，因此，無法抵抗無線隨機(jī)丟包問題。而無線TCP擁塞控制方法都不能對(duì)擁塞提前進(jìn)行控制，無法應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明使用ECN機(jī)制防止擁塞的發(fā)生，在沒有ECN標(biāo)記時(shí)，如果出現(xiàn)丟包會(huì)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬來調(diào)整發(fā)送速率，而不是盲目減半，進(jìn)而避免出現(xiàn)嚴(yán)重的性能問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法，該方法包括有下列處理步驟步驟一交換機(jī)上進(jìn)行ECN標(biāo)記當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，首先判斷當(dāng)前緩沖區(qū)的隊(duì)列長度，如果超過某一個(gè)門限值，則為該數(shù)據(jù)包設(shè)置ECN標(biāo)記位。否則，不設(shè)置；
步驟二 接收方設(shè)置ECN-echo接收方查看收到的數(shù)據(jù)包是否設(shè)置了 ECN標(biāo)記，如果是，則在它所發(fā)送的ACK中設(shè)置ECN-echo位，否則，返回沒有設(shè)置ECN-echo位的ACK ；步驟三發(fā)送方動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口當(dāng)發(fā)送端收到ACK后，首先由BWE計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE和最小往返時(shí)延RTTmin ;然后ECN控制模塊查看該ACK是否設(shè)置了 ECN-echo位，如果是，則設(shè)置ecn_flag表示需要根據(jù)ECN調(diào)整發(fā)送速率，并計(jì)算它收到的帶有ECN-echo標(biāo)記的ACK占上一發(fā)送窗口所發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例α，并根據(jù)α調(diào)整發(fā)送窗口。否則，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)合采用ECN技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬的控制方法。ECN可以在網(wǎng)絡(luò)輕度擁塞時(shí)進(jìn)行控制，避免有線數(shù)據(jù)中心的TCP Incast現(xiàn)象。基于BWE的控制方法在發(fā)生丟包時(shí)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬對(duì)發(fā)送窗口進(jìn)行調(diào)整，可以避免由于無線隨機(jī)丟包而導(dǎo)致的發(fā)送窗口減半。因此，本發(fā)明可以用于有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)中。


圖1是系統(tǒng)發(fā)送端結(jié)構(gòu)；圖2是該發(fā)明發(fā)送端控制過程流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖以及具體實(shí) 施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提出一種基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法，可以同時(shí)用于有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)中。該方法在交換機(jī)上進(jìn)行ECN標(biāo)記，接收方根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中ECN標(biāo)記位的狀態(tài)決定它所發(fā)送的ACK是否應(yīng)該設(shè)置ECN-echo位。發(fā)送方計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬，并根據(jù)收到的ACK中ECN-echo位的狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口。本發(fā)明綜合考慮了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，能夠緩解有線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的TCP Incast現(xiàn)象，同時(shí)避免由于無線丟包而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能下降。本發(fā)明是一種基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法，該方法包括有下列處理步驟 步驟一交換機(jī)上進(jìn)行ECN標(biāo)記當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，首先判斷當(dāng)前緩沖區(qū)的隊(duì)列長度，如果超過某一個(gè)門限值，則為該數(shù)據(jù)包設(shè)置ECN標(biāo)記位。否則，不設(shè)置。步驟二 接收方設(shè)置ECN-echo接收方查看收到的數(shù)據(jù)包是否設(shè)置了 ECN標(biāo)記，如果是，則在它所發(fā)送的ACK中設(shè)置ECN-echo位，否則，返回沒有設(shè)置ECN-echo位的ACK。步驟三發(fā)送方動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口如圖1所示，發(fā)送端主要包括BWE計(jì)算模塊、ECN控制模塊、丟包控制模塊和發(fā)送速率控制模塊。當(dāng)發(fā)送端收到ACK后，首先由BWE計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE和最小往返時(shí)延RTTmin。然后ECN控制模塊查看該ACK是否設(shè)置了 ECN-echo位，如果是，則設(shè)置ecn_flag表示需要根據(jù)ECN調(diào)整發(fā)送速率，并計(jì)算它收到的帶有ECN-echo標(biāo)記的ACK占上一發(fā)送窗口所發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例α。丟包控制模塊判斷網(wǎng)絡(luò)是否出現(xiàn)丟包以及丟包產(chǎn)生的原因是由于重復(fù)ACK或是超時(shí)。發(fā)送速率控制模塊根據(jù)以上3個(gè)模塊的結(jié)果動(dòng)態(tài)設(shè)置擁塞窗口。具體過程如下如果ecn_flag=true,則根據(jù)α調(diào)整發(fā)送速率，設(shè)置擁塞窗口 麵 、U - T-5 .否則，如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)丟包，則根據(jù)丟包原因及BWE計(jì)算模塊的結(jié)果
動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送速率。否則，增加擁塞窗口。丟包情況下窗口的調(diào)整過程如下如果因?yàn)槭盏?個(gè)重復(fù)ACK而判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)丟包，則設(shè)置慢啟動(dòng)門限ssthresh =(BWEXRTTmin)/seg_size,如果擁塞窗口 cwnd大于慢啟動(dòng)門限ssthresh,則設(shè)置cwnd =ssthresho如果是根據(jù)超時(shí)而判斷網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)丟包，則設(shè)置慢啟動(dòng)門限ssthresh =(BWEXRTTmin)/seg_size，并將 cwnd 設(shè)置為 I。

其中seg_size是TCP數(shù)據(jù)包的載荷長度。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法，其特征在于，該方法包括有下列處理步驟 步驟一交換機(jī)上進(jìn)行ECN標(biāo)記 當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，首先判斷當(dāng)前緩沖區(qū)的隊(duì)列長度，如果超過某一個(gè)門限值，則為該數(shù)據(jù)包設(shè)置ECN標(biāo)記位。否則，不設(shè)置； 步驟二 接收方設(shè)置ECN-echo 接收方查看收到的數(shù)據(jù)包是否設(shè)置了 ECN標(biāo)記，如果是，則在它所發(fā)送的ACK中設(shè)置ECN-echo位，否則，返回沒有設(shè)置ECN-echo位的ACK ； 步驟三發(fā)送方動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口 當(dāng)發(fā)送端收到ACK后，首先由BWE計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE和最小往返時(shí)延RTTmin ;然后ECN控制模塊查看該ACK是否設(shè)置了 ECN-echo位，如果是，則設(shè)置ecn_flag表示需要根據(jù)ECN調(diào)整發(fā)送速率，并計(jì)算它收到的帶有ECN-echo標(biāo)記的ACK占上一發(fā)送窗口所發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例α，并根據(jù)α調(diào)整發(fā)送窗口 ；否則，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和ECN機(jī)制的TCP擁塞控制方法，包括有下列處理步驟步驟一交換機(jī)上進(jìn)行ECN標(biāo)記；步驟二接收方設(shè)置ECN-echo；步驟三發(fā)送方動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)送窗口，當(dāng)發(fā)送端收到ACK后，首先由BWE計(jì)算模塊計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬BWE和最小往返時(shí)延RTTmin；然后ECN控制模塊查看該ACK是否設(shè)置了ECN-echo位，如果是，則設(shè)置ecn_flag表示需要根據(jù)ECN調(diào)整發(fā)送速率，并計(jì)算它收到的帶有ECN-echo標(biāo)記的ACK占上一發(fā)送窗口所發(fā)送數(shù)據(jù)包總數(shù)的比例α。本發(fā)明采用ECN技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)有效帶寬的控制方法，ECN可以在網(wǎng)絡(luò)輕度擁塞時(shí)進(jìn)行控制，避免有線數(shù)據(jù)中心的TCP Incast現(xiàn)象，基于BWE的控制方法在發(fā)生丟包時(shí)根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的有效帶寬對(duì)發(fā)送窗口進(jìn)行調(diào)整，避免無線隨機(jī)丟包而導(dǎo)致的發(fā)送窗口減半。
文檔編號(hào)H04L12/807GK103051555SQ201310003728
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者王靜遠(yuǎn), 蔣云晶, 李超, 熊璋 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)