面向数据中心网络传输时延的性能优化策略

发布时间：2017-03-29 12:04

  本文关键词：面向数据中心网络传输时延的性能优化策略，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数据中心是由成千上万台用于计算和存储的服务器相互连接组成的大规模设施,为网页搜索、社交网络、云计算等大型应用提供支持。随着近年来用户对这类大型应用服务质量需求的增长,越来越多的的资金被投入到对数据中心性能的优化当中来,这催生了工业界和学术界对提升网络性能的大量研究。在使用TCP传输数据的私有数据中心中,经常能观察到流量的爆发式增长,许多流超时重传,大大增加了任务的完成时间。通过对流量爆发场景的仿真实验观察,我们发现超时造成的链路空闲区间是延迟任务完成时间的主要因素,此外,对TCP快重传机制的分析,得出了流的窗口增长的不公平性决定了空闲区间长度的结论。基于这些观察分析,我们提出了保证窗口增长公平性的速率控制算法MIP(Minimizing Idle Period),仿真实验表明,在流量爆发式增长的情况下,MIP依然能够获得近乎最优的任务完成时间。在多租户共享的云数据中心中,时延必须得到保证,而为租户提供最小带宽保证可以做到这一点。带宽保证要求将网络虚拟化并以资源的形式按需提供给租户使用,这主要包含两部分的工作,一方面,对网络虚拟化的模型必须真实地反映租户应用程序的通信特点,另一方面,将租户的请求映射到数据中心物理机的过程必须尽量避免不必要的带宽浪费。而最近的工作没有考虑到中间件(MiddleBox)对时延性能的影响,无法保证网络性能。我们提出了针对中间件的VMBA(Virtual MiddleBox Application)模型以及对应的放置算法MBCloud,仿真实验证明,在相同的虚拟机利用率情况下MBCloud算法比没有考虑中间件的Hadrian算法多接受11.3%的租户请求。本文的主要贡献有以下三点：(1)观察分析了影响数据中心网络时延的因素；(2)针对私有数据中心提出了减少任务完成时间的算法；(3)针对云数据中心提出了保证网络时延性能的中间件和虚拟机放置算法。实验表明,我们的算法很好地保证了时延的性能。
【关键词】：数据中心网络 时延 带宽保证 传输机制
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP308;TP393.06
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景：数据中心网络时延11-13
• 1.2 研究目的及意义：低而且可预测的网络时延13-14
• 1.3 本文的工作14-19
• 1.3.1 数据中心内TCP性能测量与分析14-17
• 1.3.2 低时延数据中心传输机制17-18
• 1.3.3 中间件的虚拟化模型和放置算法18
• 1.3.4 仿真实验18-19
• 1.4 本文组织结构19-21
• 第二章 问题定义21-29
• 2.1 数据中心应用的特性21-22
• 2.2 TCP协议的问题22-24
• 2.3 研究现状24-28
• 2.3.1 基于拥塞控制的算法24-26
• 2.3.2 基于超时处理的算法26-27
• 2.3.3 其他方案27-28
• 2.4 挑战28-29
• 第三章 面向低时延数据中心网络传输协议：MIP29-47
• 3.1 对数据中心内时延的观测29-34
• 3.1.1 TCP超时处理机制31-33
• 3.1.2 影响数据中心网络时延的因素33-34
• 3.1.3 小结34
• 3.2 保证公平竞争的速率控制算法34-38
• 3.2.1 系统设计34-36
• 3.2.2 解决思路36-38
• 3.3 仿真实验验证38-44
• 3.3.1 任务结束时间MCT39-40
• 3.3.2 RTO_(min)的值对MCT的影响40-42
• 3.3.3 交换机缓存大小对MCT的彰响42-43
• 3.3.4 带宽共享的公平性43-44
• 3.4 小结与讨论44
• 3.5 进一步工作44-47
• 第四章 数据中心网络的时延性能保证47-59
• 4.1 网络虚拟化47-48
• 4.2 研究现状48-51
• 4.2.1 Oktopus48-50
• 4.2.2 Hadrian50-51
• 4.2.3 CloudMirror51
• 4.3 面向中间件的租户请求模型及其放置算法51-56
• 4.3.1 对租户请求建模51-53
• 4.3.2 虚拟机放置算法53-56
• 4.4 仿真实验结果56-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 简历与科研成果65-67
• 致谢67-68

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