数据中心网络的路由和传输协议优化方案研究

发布时间：2017-11-03 09:31

  本文关键词：数据中心网络的路由和传输协议优化方案研究

  更多相关文章： 数据中心网络 高带宽 低时延 负载均衡 路由选择算法 并发流Incast问题 DCTCP

【摘要】：随着大数据、云计算和高性能计算热潮的兴起及发展,数据中心作为业务应用的载体,已然成为业界应用和学术研究的热点。数据中心网络的特性与传统广域网差异巨大,部署在数据中心中的应用需求以及数据流量的特性千差万别极富变化,这些对数据中心的可用性可靠性提出了新的要求。本文从提升数据中心网络通信的高带宽低时延这两个性能出发,对数据中心常用的胖树拓扑路由方案设计以及数据中心突发同步数据流间的冲突缓解问题这两个细分领域进行探索性的研究。本文研究了数据中心的负载均衡路由问题。Fat-tree网络拓扑具有等分带宽等特性,广泛应用在数据中心。但当前负载均衡的路由选择算法在不同的数据流量模型下各有优劣,并且实现复杂。我们回归到负载均衡思想的根本点出发,采用固定的周期性序列的服务器和顶层交换机连接配置,将数据平均发散到各个顶层交换机,使得系统能达到良好的负载平衡,对数据流量模型不存在任何的依赖性。并且采用固定连接的方案不需要上行的缓存和调度,流控机制简化成单级流控,大大减轻了网络硬件实现和控制信息的复杂性。本文研究了数据中心并发流量导致拥塞丢包的问题。并发数据流同步传输会导致瓶颈汇聚交换机拥塞丢包,从而导致等待超时重传吞吐量下降。DCTCP能一定程度缓解,但具有支持并发流上限。我们在DCTCP的基础上,通过修改协议兼容的ECN协议,将丢包打上特定标志后反向路由回溯到发送端,作为丢包显式通知；在发送端引入基于流的截断二元指数退避重传机制,以达到吞吐量和重传率的有效合理折衷。我们提出的改进型DCTCP在数据中心内多种拓扑以及流量模型下都能以很小的重传取得吞吐量的大幅提升,有效打破DCTCP的上限,消除了超时问题。
【关键词】：数据中心网络 高带宽 低时延 负载均衡 路由选择算法 并发流Incast问题 DCTCP
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP308
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 数据中心的发展背景与新挑战10-11
• 1.2 国内外研究热点问题11-19
• 1.2.1 数据中心网络拓扑11-15
• 1.2.2 胖树fat-tree的负载均衡路由选择算法15-16
• 1.2.3 突发数据流拥塞丢包的TCP incast问题16-19
• 1.3 论文主要贡献19-20
• 1.4 论文结构安排20-21
• 第2章 Fat-tree拓扑的负载均衡路由方案21-39
• 2.1 胖树Fat-tree背景21-24
• 2.1.1 胖树Fat-tree拓扑21-22
• 2.1.2 Fat-tree中的路由22-23
• 2.1.3 选择算法23-24
• 2.2 周期性连接的负载均衡方案24-29
• 2.2.1 上行网络的周期性连接25-26
• 2.2.2 交换机内部连接切换关系26-28
• 2.2.3 上行网络周期性连接的流控机制28-29
• 2.3 仿真结果29-38
• 2.3.1 数据包存储-转发29-34
• 2.3.2 虫洞wormhole switching虚拟通道交换34-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 应对突发数据流incast问题的改进型DCTCP39-55
• 3.1 Data Center TCP39-42
• 3.1.1 Explicit Congestion Notification(ECN)39-41
• 3.1.2 Data Center TCP41-42
• 3.2 改进的DCTCP42-44
• 3.2.1 丢包快速检测显示通知42-43
• 3.2.2 基于流的退避重传算法43-44
• 3.2.3 算法实现复杂度分析44
• 3.3 性能理论分析44-47
• 3.4 仿真结果与分析47-54
• 3.4.1 多到一网络的拥塞情况47-49
• 3.4.2 在高吞吐量背景流下多到一网络的拥塞情况49-51
• 3.4.3 多到多网络的拥塞情况51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 总结与展望55-57
• 参考文献57-60
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文60

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