一种多租户场景下的网络带宽分配方法、设备和存储介质

本发明属于网络服务，尤其涉及一种多租户场景下的网络带宽分配方法、设备和存储介质。

背景技术：

1、现代数据中心可以提供多种服务，通过虚拟化同时为租户提供基础设施服务。不仅是计算和存储资源，带宽也是网络资源的一个重要组成部分。每个租户的任务的带宽决定了传输的性能和质量以及是否满足服务等级协议(sla)。基于流量的和基于源到目的的分配方式都不适合为租户提供服务。另外，传统的带宽分配方法通常以分配每个流量的带宽为目标。一个租户可以通过恶意增加其流量的数量来增加其带宽份额。基于每个源到目的对的带宽定位可以汇总属于同一源到目的的流量所使用的带宽。同样，它也不能处理租户增加其连接的目的地数量，从而获得比其他租户更多的带宽份额的情况。

2、为了根据租户的sla和更公平地提供带宽，有必要采用按租户分配带宽的方法。同时，属于同一租户的流量可以有不同的带宽需求。为实现数据中心中的网络带宽合理分配，分配工具以及方法必不可少。近年来在数据中心中有许多类似的成果成果较多，一部分的工作是基于在交换机上实现加权公平队列(weight fair queue，wfq)或者优先级队列，通过在交换机上对所通过流量进行控制，来达到对数据中心多租户间的带宽分配。如aifo，hcsfq，gearbox等。它们的控制逻辑通常是使用可编程交换机上有限的计算与存储资源，来近似模拟多个可控队列，来近似实现wfq或者优先级队列。另外还有一部分工作使用基于端测的流量控制，例如：octopus，seawall，eyeq，bwe，vfabric等。这些工作通常是简单粗暴的直接在端测直接进行限速，或者是在端测使用wfq等技术来实现对网络流量的控制。

3、满足带宽分配比例的一个自然方法是为交换机上的每个租户提供一个加权公平队列。然而，对于每个租户来说，在交换机上为wfq提供一个队列是不可行的。租户的数量可能比交换机所能支持的队列数量多出几个数量级(例如，在最新的可编程交换机中，每个端口最多有32/128个队列)。利用可编程交换机和其他新开发的可编程设备上相对有限的资源，出现了许多排队调度设计。aifo试图使用单一的fifo队列来实现优先级队列，但它很难实现加权的带宽公平分配。gearbox试图通过使用一个分层的基于fifo的调度器来接近wfq。然而，其过程相当复杂，不能应用于这一代的可编程交换机。相反，gearbox实现在在智能网卡上，需要对fpga的支持。仅仅应用于主机网卡的wfq显然不足以满足数据中心的网络环境的带宽分配。另外，gearbox的调度时间尺度也受到fifo队列数量的限制。hcsfq需要主动丢弃数据包，直到实现公平性，这可能导致大量的重传。这可能会降低应用层面的性能，通常是不被期待的，特别是对于旨在实现低延迟的任务。此外，近似wfq的解决方案无法支持其他租户的要求，如最小带宽保证。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种多租户场景下的网络带宽分配方法、设备和存储介质。

2、第一方面，本发明提供一种多租户场景下的网络带宽分配方法，包括：

3、根据分配目标以及服务质量任务情况设置并且分配带宽函数到各个主机端；

4、多层级带宽协调器收集各主机端的配置情况并且确定多层级带宽协调器总体的分配情况，得到新的可全局调控的分配方案；

5、开启网络任务，在各个主机端开启字节计数器，局部带宽调控，以及网内拥塞探测机制来进行动态带宽使用情况追踪同时进行网内拥塞情况监测，并进行局部的限速以及带宽管理；

6、各个主机周期性统计带宽分配情况，同时汇报至上级带宽协调器，并且各层级带宽协调器统计带宽分配平衡情况，进行计算平衡且下发下一周期的带宽分配计划；

7、各层级带宽协调器和各主机根据获取的新带宽分配计划，调整局部带宽分配情况，包括限速和调控，以进行下一周期的带宽分配。

8、进一步地，所述根据分配目标以及服务质量任务情况设置并且分配带宽函数到各个主机端，包括：

9、当新的流量到达时，流量控制器对流量进行重新分组，并将重新分组的流量归入单元流；每个单元流对应一个带宽函数；流量的带宽函数是根据源和目的对的权重以及发送器主机上设置的速率限制器初始化的；所述单元流为一组共享相同源和目的二元组的数据包，还具有相同的租户id；单位流是网络数据控制的最小控制单位；

10、构建流量x的带宽函数的表达式：

11、bx(s)＝min(srcweight+dstweight，deviceratelimit)；

12、其中，srcweight表示源主机的权重；dstweight表示目的主机的权重；deviceratelimit表示发送方主机的速率限制；s为公平份额；bx为流量的带宽函数。

13、进一步地，所述多层级带宽协调器收集各主机端的配置情况并且确定多层级带宽协调器总体的分配情况，得到新的可全局调控的分配方案，包括：

14、利用租户层面的租户控制器分配单个租户内的带宽，给租户控制器分配初始带宽函数，在每个周期时间内，通过使用字节计数器收集总的带宽使用量，以及属于相应租户的单元流的带宽函数，租户控制器将流量的带宽函数与所属租户的带宽函数汇总，低层流量的带宽函数被转移到聚合的带宽函数中，并利用聚合函数将高层租户的带宽函数作为输入，得到新的带宽函数。

15、进一步地，所述开启网络任务，在各个主机端开启字节计数器，局部带宽调控，以及网内拥塞探测机制来进行动态带宽使用情况追踪同时进行网内拥塞情况监测，并进行局部的限速以及带宽管理，包括：

16、接收器维护一个记分牌，根据数据包是否有显式拥塞通知标记，计算在固定时间内滑动窗口的时间收到的数据包的字节数；

17、当显式拥塞通知标记的数据包的比例超过预设的阈值时，接收器向发送方发回拥塞信号通知；拥塞信号使用最高优先级来保证及时交付，当发送方收到拥塞信号时，根据分配算法重新对流量的公平份额进行分配；其中分配算法满足：目标公平份额＝平均公平份额×(1+α)，α为加速因子。

18、进一步地，主机只有在收到流量控制器的分配指令的情况下，继续下一个周期的平均分配。

19、第二方面，本发明提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现第一方面所述的多租户场景下的网络带宽分配方法的步骤。

20、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的多租户场景下的网络带宽分配方法的步骤。

21、本发明提供的一种多租户场景下的网络带宽分配方法，使用字节计数器来实时监控每个租户的带宽分配情况；使用网内拥塞探测机制来检测网络内部的拥塞情况；使用租户计数器来探测网内的租户内部拥塞情况。本发明能够达到租户之间的带宽比例分配和最低带宽保证，同时实现带宽工作保证；支持根据租户指定的带宽功能灵活分配带宽；能够降低丢包率和提高网络吞吐量，改善应用层面的性能。