本文選題：高帶寬時(shí)延和有損網(wǎng)絡(luò) + 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)��； 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：高速、無(wú)線和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的普及,使針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有傳輸控制機(jī)制面臨效率和公平性問(wèn)題。此外,互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放性使其遭受大量的攻擊威脅,特別是面向傳輸控制協(xié)議(TCP)的低速率拒絕服務(wù)攻擊。針對(duì)以上問(wèn)題,本文先從路由器的隊(duì)列管理出發(fā),研究增強(qiáng)的主動(dòng)隊(duì)列管理算法以抵抗面向TCP的拒絕服務(wù)攻擊,同時(shí)設(shè)計(jì)了近似公平的隊(duì)列管理機(jī)制；圍繞高帶寬時(shí)延積(Bandwidth Delay Product, BDP)網(wǎng)絡(luò)和有損網(wǎng)絡(luò)中TCP的公平性和傳輸效率問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)融合網(wǎng)絡(luò)擁塞度的自適應(yīng)TCP協(xié)議,并且增強(qiáng)了應(yīng)用于背景流傳輸?shù)牡蛢?yōu)先級(jí)傳輸協(xié)議。此外,本文融合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載因子和流速率因子,提出面向高BDP網(wǎng)絡(luò)的速率抑制的自適應(yīng)異步反饋傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方面,針對(duì)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證和TCP Incast問(wèn)題(即數(shù)據(jù)中心多對(duì)一的傳輸方式導(dǎo)致的吞吐量崩塌),構(gòu)建了動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)編碼和調(diào)度的傳輸框架。概況起來(lái),本文研究主要取得了以下成果：(1)設(shè)計(jì)了抗攻擊和近似公平的路由器主動(dòng)隊(duì)列管理算法。在開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,攻擊事件頻發(fā),而低速率拒絕服務(wù)攻擊則對(duì)TCP性能造成了極大影響,甚至導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰。在流信任建模的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了抗攻擊的隨機(jī)早期檢測(cè)(RED)增強(qiáng)算法。此外,基于流采樣模型和改進(jìn)的最近最久未使用(LRU)的緩存管理策略,設(shè)計(jì)了低復(fù)雜性的近似公平的主動(dòng)隊(duì)列管理(Active Queue Management, AQM)算法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以上算法可有效增強(qiáng)TCP協(xié)議的傳輸性能。(2)設(shè)計(jì)了融合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和流速率因子的異步反饋傳輸協(xié)議。在顯式反饋傳輸協(xié)議方面,負(fù)載感知協(xié)議以其較優(yōu)的性能和簡(jiǎn)單且可部署受到廣泛關(guān)注。但已有研究表明,其存在收斂速度上的不足,需進(jìn)一步探討。針對(duì)該問(wèn)題,本文提出異步反饋的設(shè)想(高負(fù)載時(shí)根據(jù)流的速率因子確定反饋),以保證協(xié)議能快速收斂到高鏈路利用率,同時(shí)提升協(xié)議的不同流之間收斂于公平的速度。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該協(xié)議相比已有研究在效率和公平的收斂速度方面有較好性能。(3)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)虛擬并行傳輸協(xié)議。在高BDP和有損網(wǎng)絡(luò)中,傳統(tǒng)TCP協(xié)議的加性增和乘性減小的不足,以及對(duì)鏈路丟包率的高要求,使其面臨傳輸效率低的問(wèn)題。在利用顯式擁塞通知(ECN)估計(jì)網(wǎng)絡(luò)擁塞度的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了自適應(yīng)虛擬并行的傳輸協(xié)議,利用估計(jì)的擁塞度動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬并行度,以提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男什⒕S持TCP友好性。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能在高BDP和有損網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的吞吐量性能,同時(shí)維持與標(biāo)準(zhǔn)TCP流的公平性。(4)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)的低優(yōu)先級(jí)背景流傳輸協(xié)議。對(duì)于部分實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用,如自動(dòng)備份、軟件更新和P2P應(yīng)用等,由于它們可忍受更長(zhǎng)的完成時(shí)間,使得以往公平的盡力而為的資源共享方式不再是其主要目標(biāo)。因此,低優(yōu)先級(jí)的傳輸控制協(xié)議受到關(guān)注和研究。然而,過(guò)于保守的擁塞窗口調(diào)整策略(如LEDBAT中的線性增長(zhǎng))使得已有低優(yōu)先級(jí)協(xié)議在高BDP和有損網(wǎng)絡(luò)上面臨效率不高的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題,本文在LEDBAT協(xié)議的基礎(chǔ)上,利用前向的單向排隊(duì)時(shí)延測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度,進(jìn)而自適應(yīng)調(diào)整擁塞窗口更新的激進(jìn)性,以達(dá)到提升效率和維持低優(yōu)先級(jí)特性的目標(biāo)。此外,融合非擁塞丟失檢測(cè)機(jī)制,使協(xié)議能應(yīng)用于有損網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如無(wú)線網(wǎng)絡(luò))。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果均表明,該協(xié)議能獲得較優(yōu)的鏈路利用率并維持低優(yōu)先級(jí)傳輸特性。(5)設(shè)計(jì)了快速和高效的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸框架。數(shù)據(jù)中心多對(duì)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其數(shù)據(jù)傳輸存在TCP Incast問(wèn)題,嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)質(zhì)量。已有研究提出修改端主機(jī)協(xié)議、交換機(jī)調(diào)度和融合機(jī)制等加以改善,但仍存在不足�？紤]到流的大小和服務(wù)時(shí)間的限制,本文提出端主機(jī)協(xié)議和交換機(jī)調(diào)度相結(jié)合的傳輸框架。在該框架中,端主機(jī)根據(jù)流的大小和服務(wù)時(shí)間限制計(jì)算流的優(yōu)先級(jí),以合理調(diào)整擁塞窗口；交換機(jī)則根據(jù)流的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行加權(quán)輪詢的調(diào)度算法,以盡可能保證優(yōu)先級(jí)高的流的傳輸,同時(shí)優(yōu)先級(jí)低的流不被“餓死”。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該框架能有效降低服務(wù)時(shí)間限制的流的過(guò)期率,同時(shí)改善Incast造成的吞吐量崩潰問(wèn)題。
[Abstract]:High speed , wireless and data center networks are widely used to solve the problems of efficiency and fairness in the existing transmission control mechanisms for the Internet . In addition , the openness of the Internet makes it suffer a lot of attack threats , especially the low rate denial of service attack of Transmission Control Protocol ( TCP ) . In view of the above problems , this paper studies the enhanced active queue management algorithm from the queue management of the router to resist the TCP - oriented denial - of - service attack , and at the same time , designs an approximately fair queue management mechanism .
In this paper , we design a self - adaptive feedback transmission protocol for dynamic priority coding and scheduling . In this paper , we design an adaptive virtual parallel transfer protocol . In this paper , we design an adaptive virtual parallel transfer protocol based on the flow sampling model and the improved cache management strategy . ( 4 ) The adaptive low priority background streaming protocol is designed and implemented . For some applications such as automatic backup , software update and P2P application for some applications such as automatic backup , software update and P2P application , this paper makes use of forward one - way queuing delay to measure the congestion degree of network .
The simulation results show that the framework can effectively reduce the expiration rate of the flow with limited service time and improve the problem of throughput collapse caused by Incast .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP393.08

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本文編號(hào)：1825676