基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術領域，特別涉及一種基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法及裝置。
【背景技術】
[0002]在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，不管是在線應用(如網(wǎng)絡搜索)還是后臺任務(如以GFS(g00gle File System，Google文件系統(tǒng))為代表的分布式文件存儲系統(tǒng)和以MapReduce為代表的分布式計算等)，都需要大量的帶寬傳輸數(shù)據(jù)。然而傳統(tǒng)樹型拓撲存在可擴展性差、單點失效、超額訂購比較大等缺點，不能較好支撐這些應用。因此，最近幾年提出了很多“富連接”拓撲，例如Fat-Tree，VL2等等。這些新型拓撲的一個顯著特點是任何一對通信端之間存在多條路徑。為了更好地利用豐富的鏈路資源，傳統(tǒng)方法使用ECMP (Equal-CostMultipathRouting,等價多路徑)進行基于流的路由。但ECMP在進行路由時不感知流量，而且會引起哈希沖突，無法高效地利用鏈路資源。
[0003]相關技術中，已有的解決方案可以分為兩類，其中一類解決方案通過周期性地對網(wǎng)絡中的大流進行集中式的路由，開銷較大。另一類解決方案基于分組粒度，隨機選擇下一跳進行路由，然而該方案會加劇接收端的亂序報文的數(shù)量，觸發(fā)很多不必要的快速重傳，導致降低流的吞吐量。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種提高網(wǎng)絡資源利用率和網(wǎng)絡吞吐量的基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法。
[0006]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由裝置
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法，包括以下步驟:
[0008]SI，根據(jù)Fat-Tree網(wǎng)絡構建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲，所述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲包括多臺服務器、多臺邊緣層交換機、多臺聚集層交換機和多臺核心層交換機，其中，所述多臺邊緣層交換機、所述多臺聚集層交換機和所述多臺核心層交換機均采用同構交換機，每臺服務器與所述多臺邊緣層交換機中一臺邊緣層交換機相連，并且所述多臺邊緣層交換機、多臺聚集層交換機和多臺核心層交換機的層次逐步提升；
[0009]S2，配置所述多臺服務器的操作系統(tǒng)中TCP (Transmiss1n Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)的快速重傳門限值為10 ；
[0010]S3，獲取流的發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端通過所有可用路徑向所述接收端發(fā)送數(shù)據(jù)；以及
[0011]S4，通過所述Fat-Tree網(wǎng)絡內交換機進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法，通過構建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲，并且配置服務器的操作系統(tǒng)中TCP的快速重傳門限值，以及獲取流的發(fā)送端和接收端，實現(xiàn)通過Fat-Tree網(wǎng)絡內所有流的發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送和所有交換機的數(shù)據(jù)轉發(fā)，利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲特點，僅引入較小的分組開銷實現(xiàn)源路由，并且能夠均勻地分配流量，無需修改服務器和交換機硬件，以及充分地利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中豐富的鏈路資源，提尚網(wǎng)絡吞吐量。
[0013]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由方法還可以具有如下附加的技術特征:
[0014]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，采用輪詢方式將報文依次分配給可用路徑，并通過源路由將路由信息寫入報文頭部。
[0015]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述多臺服務器、所述多臺邊緣層交換機和所述多臺聚集層交換機被劃分為K個集群，每個集群中服務器、邊緣層交換機和聚集層交換機的數(shù)量分別是K2/4、K/2和K/2，在每一個集群中，每一臺邊緣層交換機使用K/2個端口與K/2臺服務器相連，另K/2個端口與該集群中的K/2臺聚集層交換機相連；所有聚集層交換機剩下的K/2個端口與K2/4臺核心層交換機相連，以確保每臺核心層交換機與每個集群有且只有一個連接。
[0016]其中，在本發(fā)明的一個實施例中，所述通過所述Fat-Tree網(wǎng)絡內所有流的發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)具體包括:
[0017]S301，計算該條流可以使用的路徑集合(用數(shù)組Paths[]表示)，并獲得所述可用路徑的數(shù)量 PathNum = sizeof (Paths)；
[0018]S302，初始化當前選擇路徑的索引index = O ；
[0019]S303，為即將發(fā)送的分組選取路徑Paths [index]；
[0020]S304，更新當前選擇路徑的索引 index = (index+l)mod PathNum ；
[0021]S305，將所述路由信息寫入分組IP頭部的選項字段；
[0022]S306，將分組注入網(wǎng)絡；以及
[0023]S307，重復執(zhí)行所述步驟303至所述步驟306直到所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
[0024]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述通過所述Fat-Tree網(wǎng)絡內交換機進行數(shù)據(jù)轉發(fā)具體包括:
[0025]S401，接收到一個報文；
[0026]S402，判斷所述分組是向更高層次的交換機轉發(fā)還是向更低層次的交換機或主機轉發(fā)，其中，
[0027]如果所述分組應該由低層次的交換機向高層次的交換機轉發(fā)，則執(zhí)行步驟403，否則執(zhí)行步驟404 ;
[0028]S403，從所述分組IP頭部的選項字段中解析出源路由信息，并根據(jù)所述源路由信息實施數(shù)據(jù)轉發(fā)；
[0029]S404，根據(jù)所述分組IP頭部的目的IP地址查找路由表，以獲取路由信息實施數(shù)據(jù)轉發(fā)；
[0030]S405，重復執(zhí)行所述步驟401至所述步驟404直到所述所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。
[0031]本發(fā)明另一方面實施例提出了一種基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源裝置，包括:構建模塊，用于根據(jù)Fat-Tree網(wǎng)絡構建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲，所述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲包括多臺服務器、多臺邊緣層交換機、多臺聚集層交換機和多臺核心層交換機，其中，所述多臺邊緣層交換機、所述多臺聚集層交換機和所述多臺核心層交換機均采用同構交換機，每臺服務器與所述多臺邊緣層交換機中一臺邊緣層交換機相連，并且所述多臺邊緣層交換機、多臺聚集層交換機和多臺核心層交換機的層次逐步提升；配置模塊，用于配置所述多臺服務器的操作系統(tǒng)中TCP的快速重傳門限值為10 ;獲取模塊，用于獲取流的發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端通過所有可用路徑向所述接收端發(fā)送數(shù)據(jù)；以及轉發(fā)模塊，用于通過所述Fat-Tree網(wǎng)絡內交換機進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由裝置，通過構建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲，并且配置服務器的操作系統(tǒng)中TCP的快速重傳門限值，以及獲取流的發(fā)送端和接收端，實現(xiàn)通過Fat-Tree網(wǎng)絡內所有流的發(fā)送端的數(shù)據(jù)發(fā)送和所有交換機的數(shù)據(jù)轉發(fā)，利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡拓撲特點，僅引入較小的分組開銷實現(xiàn)源路由，并且能夠均勻地分配流量，無需修改服務器和交換機硬件，以及充分地利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中豐富的鏈路資源，提尚網(wǎng)絡吞吐量。
[0033]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于包粒度的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡源路由裝置還可以具有如下附加的技術特征:
[0034]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，采用輪詢方式將報文依次分配給可用路徑，并通過源路由將路由信息寫入報文頭部。
[0035]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述多臺服務器、所述多臺邊緣層交換機和所述多臺聚集層交換機被劃分為K個集群，每個集群中服務器、邊緣層交換機和聚集層交換機的數(shù)量分別是K2/4、K/2和K/2，在每一個集群中，每一臺邊緣層交換機使用K/2個端口與K/2臺服務器相連，另K/2個端口與該集群中的K/2臺聚集層交換機相連；所有聚集層交換機剩下的K/2個端口與K2/4臺核心層交換機相連，以確保每臺核心層交換機與每個集群有且只有一個連接。
[0036]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述發(fā)送端用于:計算該條流可以使用的路徑集合(用數(shù)組Paths[]表示)，并獲得所述可用路徑的數(shù)量PathNum = sizeof (Paths)；初始化當前選擇路徑的索引index = O ;為即將發(fā)送的分組選取路徑Paths [index];更新當前選擇路徑的索引index = (index+l)mod PathNum ;將所述路由信息寫入分組IP頭部的選項字段；以及將分組注入網(wǎng)絡，發(fā)送所有數(shù)據(jù)。
[0037]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述交換機用于:接收到一個報文；判斷所述分組是向更高層