本文關鍵詞：數(shù)據(jù)中心負載均衡和流量控制技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,云計算作為一種新型的計算模型,正逐漸改變著整個IT領域。越來越多的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè),如Google, Microsoft等開始在世界各地部署大型的數(shù)據(jù)中心用以支撐其遍布全球的云計算服務。作為整個云環(huán)境最重要的硬件平臺,數(shù)據(jù)中心承載了豐富多樣的應用,如網(wǎng)頁搜索,即時消息,科學計算和視頻傳輸?shù)�。這些復雜的應用為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的傳輸技術提出了新的要求。由于數(shù)據(jù)中心的高效運行直接關系到用戶的體驗以及服務提供商的收益,如何提高其網(wǎng)絡的傳輸性能成為了云計算研究領域關注的熱點。目前,大型的數(shù)據(jù)中心多依賴于負載均衡和流量控制兩種技術來提升其網(wǎng)絡性能。其中負載均衡技術關注于帶寬敏感的數(shù)據(jù)流,該技術通過將長數(shù)據(jù)流均勻的分布到不同的傳輸路徑上,來保證網(wǎng)絡中不同路徑利用率的均衡。負載均衡技術充分考慮了數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡拓撲的特性,其基于數(shù)據(jù)流的傳輸狀態(tài),動態(tài)地在多條路徑上進行負載調度,從而提高長數(shù)據(jù)流的吞吐量。相比之下,流量控制技術關注于時延敏感的數(shù)據(jù)流。該技術根據(jù)當前傳輸路徑上的擁塞程度來動態(tài)地調控流發(fā)送速率或者流發(fā)送的優(yōu)先級。其旨在降低時延敏感的數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡中經(jīng)歷的排隊延遲,并減少其丟包率,從而達到加速短數(shù)據(jù)流傳輸?shù)哪康�。上述兩種傳統(tǒng)的方案都能在一定程度上改善數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡傳輸。然而,這兩種方案均不可避免地存在相應的缺陷。一方面,已有的負載均衡技術不能同時滿足快速響應、細粒度、高度魯棒和可快速部署的要求。這決定他們很難應用到生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)中心中。另一方面,當前的數(shù)據(jù)中心傳輸技術將流量控制和負載均衡完全分離,這導致了兩種機制之間很難相互配合,從而影響了網(wǎng)絡性能的進一步提升。上述這些缺點促使我們在本文中設計新型的數(shù)據(jù)中心傳輸協(xié)議來獲得更好的網(wǎng)絡性能。為了實現(xiàn)可部署的負載均衡技術,我們在本文中提出了一種分布式低負載的協(xié)議P athVisor。Path Visor在主機棧中利用TCP層的反饋實現(xiàn)傳輸狀態(tài)的監(jiān)聽。這使其可以實時地感知可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡擁塞和路徑異常現(xiàn)象。為實現(xiàn)細粒度的負載調度,Path Visor引入了基于flier的調度策略和反向負載均衡技術。這兩項技術互相結合使得Path Visor能夠更加高效地運轉。我們將Path Visor整套協(xié)議完全實現(xiàn)在主機端,其不需任何定制的網(wǎng)絡設備支持,因此可以極大地方便在大型數(shù)據(jù)中心中的部署。同時,在PathVisor的設計思想之上,我們提出了一種將負載均衡和流量控制相結合的傳輸方案OmniFlow。相比于已有的傳輸方案,OmniFlow有兩大優(yōu)勢：首先,其可以同時并且精確地檢測任意兩個主機之間所有路徑的隊列延遲。這使得OmniFlow能夠獲取更加詳細的路徑擁塞信息,并獲得對傳輸狀態(tài)更好地控制。其次,OmniFlow能夠適應性地集成負載均衡和流量控制模塊并在他們之間共享相同的傳輸信息�；诓煌木W(wǎng)絡條件,OmniFlow可以動態(tài)地調度數(shù)據(jù)流來充分利用對剖帶寬,或者主動地調整流發(fā)送速率來控制排隊時延。因此,OmniFlow能夠在保證長數(shù)據(jù)流吞吐量的前提下優(yōu)化短數(shù)據(jù)流的傳輸時延。
【關鍵詞】：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡 負載均衡 流量控制
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP308
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡傳輸技術14-16
• 1.3 數(shù)據(jù)中心傳輸技術的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)16-18
• 1.4 研究內容及主要工作18-19
• 1.5 本文組織結構19-21
• 第二章 相關工作21-29
• 2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡背景21-23
• 2.1.1 網(wǎng)絡結構21-22
• 2.1.2 流量模式22-23
• 2.2 數(shù)據(jù)中心負載均衡技術23-26
• 2.2.1 集中式的負載均衡技術23-24
• 2.2.2 基于主機端的負載均衡技術24-25
• 2.2.3 基于路由器的負載均衡技術25
• 2.2.4 數(shù)據(jù)中心負載均衡技術總結25-26
• 2.3 數(shù)據(jù)中心流量控制技術26-28
• 2.3.1 基于ECN的流量控制機制26-27
• 2.3.2 基于在網(wǎng)反饋的流量控制協(xié)議27-28
• 2.3.3 基于延遲測量的流量控制機制28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 基于帶寬測量的負載均衡方案一29-43
• 3.1 PathVisor簡介29-30
• 3.2 基于帶寬測量的擁塞評估機制30-33
• 3.2.1 基于flier的調度30-31
• 3.2.2 路徑擁塞程度評估31-32
• 3.2.3 鏈路錯誤感知32-33
• 3.3 雙向負載均衡33-36
• 3.3.1 基于層次地址的源路由33-34
• 3.3.2 針對flier的路由策略34-35
• 3.3.3 針對反向ACK的路由策略35-36
• 3.4 實驗結果與分析36-41
• 3.4.1 負載均衡效率37-39
• 3.4.2 路徑異常處理39-40
• 3.4.3 擁塞避免策略驗證40-41
• 3.5 本章小結41-43
• 第四章 流量控制與負載均衡相結合的傳輸技術43-59
• 4.1 OmniFlow簡介43-45
• 4.1.1 設計動機43-44
• 4.1.2 OmniFlow整體架構44-45
• 4.2 隊列監(jiān)控機制45-48
• 4.2.1 多路徑的隊列測量機制45-48
• 4.2.2 基于網(wǎng)絡狀態(tài)的決策機制48
• 4.3 擁塞感知的負載均衡機制48-49
• 4.4 基于隊列感知的流量控制機制49-51
• 4.5 實驗結果與分析51-57
• 4.5.1 實驗方法和實驗設置51-52
• 4.5.2 基本結果52-55
• 4.5.3 Incast模式下的吞吐量55-56
• 4.5.4 參數(shù)選擇和負載評估56-57
• 4.6 本章小結57-59
• 第五章 總結與展望59-61
• 5.1 本文總結59-60
• 5.2 前景展望60-61
• 參考文獻61-67
• 致謝67-69
• 簡歷與科研成果69-70

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1 姚

本文編號：323035