發(fā)布時間：2018-04-30 18:27

  本文選題：高帶寬時延和有損網(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、無線和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的普及,使針對互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有傳輸控制機制面臨效率和公平性問題。此外,互聯(lián)網(wǎng)的開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。針對以上問題,本文先從路由器的隊列管理出發(fā),研究增強的主動隊列管理算法以抵抗面向TCP的拒絕服務(wù)攻擊,同時設(shè)計了近似公平的隊列管理機制；圍繞高帶寬時延積(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題,本文設(shè)計融合網(wǎng)絡(luò)擁塞度的自適應(yīng)TCP協(xié)議,并且增強了應(yīng)用于背景流傳輸?shù)牡蛢?yōu)先級傳輸協(xié)議。此外,本文融合網(wǎng)絡(luò)負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,針對業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量保證和TCP Incast問題(即數(shù)據(jù)中心多對一的傳輸方式導(dǎo)致的吞吐量崩塌),構(gòu)建了動態(tài)優(yōu)先級編碼和調(diào)度的傳輸框架。概況起來,本文研究主要取得了以下成果：(1)設(shè)計了抗攻擊和近似公平的路由器主動隊列管理算法。在開放互聯(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)計了抗攻擊的隨機早期檢測(RED)增強算法。此外,基于流采樣模型和改進的最近最久未使用(LRU)的緩存管理策略,設(shè)計了低復(fù)雜性的近似公平的主動隊列管理(Active Queue Management, AQM)算法。仿真實驗結(jié)果表明,以上算法可有效增強TCP協(xié)議的傳輸性能。(2)設(shè)計了融合網(wǎng)絡(luò)負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,負載感知協(xié)議以其較優(yōu)的性能和簡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,需進一步探討。針對該問題,本文提出異步反饋的設(shè)想(高負載時根據(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,同時提升協(xié)議的不同流之間收斂于公平的速度。仿真實驗結(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,以及對鏈路丟包率的高要求,使其面臨傳輸效率低的問題。在利用顯式擁塞通知(ECN)估計網(wǎng)絡(luò)擁塞度的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了自適應(yīng)虛擬并行的傳輸協(xié)議,利用估計的擁塞度動態(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。仿真實驗結(jié)果表明,該算法能在高BDP和有損網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)較優(yōu)的吞吐量性能,同時維持與標準TCP流的公平性。(4)設(shè)計和實現(xiàn)了自適應(yīng)的低優(yōu)先級背景流傳輸協(xié)議。對于部分實時性要求不高的應(yīng)用,如自動備份、軟件更新和P2P應(yīng)用等,由于它們可忍受更長的完成時間,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。因此,低優(yōu)先級的傳輸控制協(xié)議受到關(guān)注和研究。然而,過于保守的擁塞窗口調(diào)整策略(如LEDBAT中的線性增長)使得已有低優(yōu)先級協(xié)議在高BDP和有損網(wǎng)絡(luò)上面臨效率不高的問題。針對該問題,本文在LEDBAT協(xié)議的基礎(chǔ)上,利用前向的單向排隊時延測量網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度,進而自適應(yīng)調(diào)整擁塞窗口更新的激進性,以達到提升效率和維持低優(yōu)先級特性的目標。此外,融合非擁塞丟失檢測機制,使協(xié)議能應(yīng)用于有損網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如無線網(wǎng)絡(luò))。仿真實驗和實測結(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)先級傳輸特性。(5)設(shè)計了快速和高效的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸框架。數(shù)據(jù)中心多對一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其數(shù)據(jù)傳輸存在TCP Incast問題,嚴重影響業(yè)務(wù)質(zhì)量。已有研究提出修改端主機協(xié)議、交換機調(diào)度和融合機制等加以改善,但仍存在不足�？紤]到流的大小和服務(wù)時間的限制,本文提出端主機協(xié)議和交換機調(diào)度相結(jié)合的傳輸框架。在該框架中,端主機根據(jù)流的大小和服務(wù)時間限制計算流的優(yōu)先級,以合理調(diào)整擁塞窗口；交換機則根據(jù)流的優(yōu)先級執(zhí)行加權(quán)輪詢的調(diào)度算法,以盡可能保證優(yōu)先級高的流的傳輸,同時優(yōu)先級低的流不被“餓死”。仿真實驗結(jié)果表明,該框架能有效降低服務(wù)時間限制的流的過期率,同時改善Incast造成的吞吐量崩潰問題。
[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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP393.08

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