本文關(guān)鍵詞：基于等價(jià)多路徑的數(shù)據(jù)中心短流加速技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),隨著云計(jì)算的發(fā)展,大量交互式應(yīng)用,如零售推薦、網(wǎng)頁(yè)搜索和社交網(wǎng)絡(luò)等,部署于數(shù)據(jù)中心。這些應(yīng)用對(duì)時(shí)延有極高的要求,時(shí)延的增加對(duì)用戶體驗(yàn)和服務(wù)提供商的收益產(chǎn)生重大影響。在數(shù)據(jù)中心,這些交互式應(yīng)用大多采用劃分／聚集(Partition/Aggregate)的工作模式,聚集服務(wù)器把用戶的請(qǐng)求分割成小任務(wù),并通過(guò)短TCP連接(短流)交由計(jì)算節(jié)點(diǎn)完成,然后從這些節(jié)點(diǎn)收集結(jié)果并組合成最后的內(nèi)容返回給用戶。交互式的短流的完成時(shí)間大大影響了用戶體驗(yàn)。然而,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中存在一些為了完成數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)挖掘等任務(wù)的吞吐量巨大的TCP流,這些大流的發(fā)送窗口巨大,能夠迅速改變交換機(jī)隊(duì)列的大小。正是因?yàn)檫@些流的存在,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的排隊(duì)時(shí)延波動(dòng)巨大,導(dǎo)致短流的完成時(shí)間甚至超過(guò)理想值十倍以上。為了降低數(shù)據(jù)中心中的短流完成時(shí)間,學(xué)術(shù)界提出很多方案。這些方案中有的使用交換機(jī)的顯式擁塞通知機(jī)制(ECN, Explicit Congestion Notification)通知主機(jī)端網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度,然后調(diào)整報(bào)文的發(fā)送速率,降低隊(duì)列長(zhǎng)度；有的通過(guò)模擬傳統(tǒng)的集中式資源調(diào)度算法,為短流賦予更高的調(diào)度優(yōu)先級(jí)；有的把流在多條等價(jià)路徑之間進(jìn)行負(fù)載均衡；還有的使用冗余技術(shù)針對(duì)一個(gè)任務(wù)使用兩條流獨(dú)立分別完成,取最快的流的結(jié)果。作為一種典型的基于冗余的短流加速技術(shù),RepFlow對(duì)于原本由一條短流傳輸?shù)臄?shù)據(jù),使用兩條短流同時(shí)獨(dú)立傳輸,當(dāng)其中任一條短流的完成數(shù)據(jù)傳輸時(shí),接收端即成功接收所有數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)中心中存在多條等價(jià)路徑,當(dāng)兩條短流通過(guò)不同的路徑到達(dá)接收端時(shí),數(shù)據(jù)傳輸被鏈路擁塞阻礙的可能性大大降低,傳輸效率增加。現(xiàn)有的短流加速方案取得了不錯(cuò)的效果,但是大部分方案需要修改交換機(jī)或者主機(jī)TCP協(xié)議棧,這使得它們很難在數(shù)據(jù)中心中部署。盡管RepFlow能夠?qū)崿F(xiàn)于應(yīng)用層,但是它存在兩個(gè)不足：一是當(dāng)今數(shù)據(jù)中心使用的等價(jià)多路徑協(xié)議有可能把兩條短流路由到同一條路徑(路徑哈希沖突),導(dǎo)致RepFlow的短流加速效果降低；二是RepFlow在所有的流量分布和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下都為短流創(chuàng)建一條復(fù)制流,在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高和短流流量很大時(shí),產(chǎn)生巨大的帶寬開(kāi)銷。為了解決這些問(wèn)題,我們嘗試?yán)脭?shù)據(jù)中心中存在的多條等價(jià)路徑,提出容易部署的短流加速機(jī)制。總的來(lái)說(shuō),我們的工作可以分為下面兩部分：·提出了一種基于冗余的新型數(shù)據(jù)中心短流加速機(jī)制SmartRep。在設(shè)計(jì)SmartRep的過(guò)程中,我們完成了三方面工作：-首先,我們深入研究了現(xiàn)有的基于冗余技術(shù)的短流加速方案的不足。針對(duì)哈希路徑?jīng)_突對(duì)短流加速效果的負(fù)面影響,以及冗余流流量對(duì)冗余技術(shù)的帶寬開(kāi)銷的影響,我們給出了詳細(xì)的理論分析。-其次,我們?cè)O(shè)計(jì)了路徑哈希沖突避免機(jī)制HCA。HCA根據(jù)數(shù)據(jù)中心中的等價(jià)多路徑協(xié)議的原理,利用類似于traceroute的方法,提前發(fā)送具有指定TCP/IP五元組的報(bào)文探測(cè)該五元組對(duì)應(yīng)的路徑。利用這種方法探知指定五元組對(duì)應(yīng)的路徑之后,通過(guò)嘗試不同的源端口號(hào),為冗余流選擇合適的源端口,使得它們通過(guò)不同的路徑,避免路徑?jīng)_突,降低短流完成時(shí)間。-最后,我們?cè)O(shè)計(jì)了冗余流數(shù)量分配機(jī)制RepNumAssigno RepNumAssign是一個(gè)能夠感知數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和流量分布的冗余流數(shù)量分配算法,它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的流量分布和當(dāng)前負(fù)載,調(diào)整冗余流的總流量、限制帶寬開(kāi)銷以避免產(chǎn)生負(fù)面影響,在總流量被限制下,給對(duì)流完成時(shí)間貢獻(xiàn)大的短流分配更多的冗余流流量,以最小化流的完成時(shí)間。SmartRep的實(shí)現(xiàn)不需要交換機(jī)和主機(jī)端的修改,能夠最大限度地簡(jiǎn)化部署。大量的NS2仿真實(shí)驗(yàn)表明,SmartRep能夠在產(chǎn)生很低的帶寬開(kāi)銷的前提下有效降低短流的平均和尾完成時(shí)間,并且能夠和DCTCP協(xié)同工作�！榱诉M(jìn)一步降低現(xiàn)有短流加速方案的帶寬開(kāi)銷和部署難度,提出了基于路徑時(shí)延探測(cè)的短流加速方案PDP。該方案首先設(shè)計(jì)了基于等價(jià)多路徑協(xié)議的主機(jī)端路徑控制機(jī)制,它采用HCA的思想,通過(guò)修改TCP流的源端口改變其路徑。該機(jī)制的實(shí)現(xiàn)對(duì)TCP層完全透明,不需要修改主機(jī)端協(xié)議棧；然后,提出了主動(dòng)路徑時(shí)延探測(cè)機(jī)制,也就是在TCP的握手階段在所有的等價(jià)路徑上請(qǐng)求建立TCP連接,但是只在最先收到回復(fù)的路徑上建立連接；最后,在流的生存期內(nèi),實(shí)施被動(dòng)的路徑時(shí)延探測(cè),也就是隨機(jī)重路由：一條流的報(bào)文不能在預(yù)設(shè)的時(shí)限內(nèi)被確認(rèn),更換其路徑。這些機(jī)制在所有流的前100Kb流量?jī)?nèi)實(shí)施,不需要應(yīng)用程序提供流的大小信息。同時(shí),PDP的實(shí)現(xiàn)也不需要修改交換機(jī)、主機(jī)協(xié)議棧,所以它更加容易部署。大量的NS2仿真實(shí)驗(yàn)表明,相比于現(xiàn)有的基于冗余技術(shù)的短流加速方案,PDP的短流加速效果接近甚至更好,并且?guī)掗_(kāi)銷更低。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) 流完成時(shí)間 復(fù)制技術(shù) 路徑時(shí)延探測(cè)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP308
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-18
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 問(wèn)題分析15-16
• 1.3 本文主要的工作16-17
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)17-18
• 第二章 相關(guān)工作18-24
• 2.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)18-20
• 2.1.1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>18-19
• 2.1.2 等價(jià)多路徑協(xié)議19-20
• 2.1.3 路徑控制20
• 2.2 數(shù)據(jù)中心流加速方案20-24
• 2.2.1 速率控制20-21
• 2.2.2 流調(diào)度21
• 2.2.3 負(fù)載均衡21-22
• 2.2.4 冗余技術(shù)22-23
• 2.2.5 綜合方案23-24
• 第三章 基于冗余的數(shù)據(jù)中心短流加速機(jī)制24-49
• 3.1 背景24-25
• 3.2 動(dòng)機(jī)25-29
• 3.2.1 流的路徑?jīng)_突對(duì)時(shí)延造成的影響25-28
• 3.2.2 創(chuàng)建多條復(fù)制流的利與弊28-29
• 3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概覽29-32
• 3.4 冗余流路徑?jīng)_突避免機(jī)制HCA32-36
• 3.4.1 算法設(shè)計(jì)32-34
• 3.4.2 路徑?jīng)_突避免機(jī)制的開(kāi)銷34-36
• 3.5 冗余流數(shù)量分配機(jī)制RepNumAssign36-41
• 3.5.1 冗余流對(duì)大流的影響36-37
• 3.5.2 復(fù)制流技術(shù)的適用范圍37-38
• 3.5.3 冗余流數(shù)量分配算法38-40
• 3.5.4 冗余流數(shù)量分配機(jī)制的調(diào)用時(shí)機(jī)40-41
• 3.6 仿真實(shí)驗(yàn)41-49
• 3.6.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置41-42
• 3.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-49
• 第四章 基于路徑時(shí)延探測(cè)的短流加速機(jī)制49-59
• 4.1 動(dòng)機(jī)49-51
• 4.2 基于路徑時(shí)延探測(cè)的短流加速機(jī)制51-55
• 4.2.1 機(jī)端路徑控制51-52
• 4.2.2 路徑時(shí)延探測(cè)52-53
• 4.2.3 短流加速原理53
• 4.2.4 實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與開(kāi)銷53-55
• 4.3 仿真實(shí)驗(yàn)55-59
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置55
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 本文總結(jié)59-60
• 5.2 前景展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 簡(jiǎn)歷與科研成果67-68
• 致謝68-69

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 江南;數(shù)據(jù)中心如何應(yīng)付管理挑戰(zhàn)[J];互聯(lián)網(wǎng)周刊;2001年40期

2 ;簡(jiǎn)化管理挑戰(zhàn)——惠普推實(shí)用數(shù)據(jù)中心解決方案[J];每周電腦報(bào);2001年67期

3 李慶莉;去數(shù)據(jù)中心看一看——中國(guó)銀行華北信息中心計(jì)劃處處長(zhǎng)云恩善談數(shù)據(jù)中心運(yùn)行、管理[J];中國(guó)金融電腦;2002年12期

4 馬天蔚;;數(shù)據(jù)中心按需造[J];每周電腦報(bào);2002年25期

5 戚麗,蔣東興,武海平,馮珂;校園數(shù)據(jù)中心建設(shè)與管理方法的探索[J];教育信息化;2002年S1期

6 何俊山;您企業(yè)的數(shù)據(jù)中心2003了嗎?[J];微電腦世界;2003年17期

7 ;挖潛數(shù)據(jù)中心[J];金融電子化;2004年07期

8 王琨月;;數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)就緒[J];每周電腦報(bào);2004年21期

9 包東智;新熱點(diǎn):創(chuàng)建下一代數(shù)據(jù)中心[J];上海信息化;2005年10期

10 ;把握數(shù)據(jù)中心建設(shè)五大看點(diǎn)[J];中國(guó)計(jì)算機(jī)用戶;2005年10期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚

本文編號(hào)：324491