SIGCOMM論文選摘

性能優(yōu)化

數(shù)據(jù)中心通訊中安全高效的精細(xì)TCP重傳

作者：Vijay Vasudevan, Amar Phanishayee, Hiral Shah, Elie Krevat, David G. Andersen, Gregory R. Ganger, Garth A.Gibson, Brian Muel ler

這篇論文為數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)面臨的高帶寬并發(fā)TCP負(fù)載問題（TCP incast問題）提供了一個(gè)解決方案。在這些網(wǎng)絡(luò)中，接收者在同時(shí)向多個(gè)服務(wù)器用TCP發(fā)送請求的時(shí)候，就會感受到應(yīng)用程序吞吐率的顯著下降。進(jìn)來的數(shù)據(jù)充滿了小交換機(jī)的緩存，導(dǎo)致TCP超時(shí)幾百毫秒。對于很多有臨界并發(fā)需求（比如文件系統(tǒng)讀取和以及并行的密集數(shù)據(jù)查詢）的數(shù)據(jù)中心負(fù)載，吞吐率可能下降90%。對于延遲敏感的應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)中心的TCP超時(shí)給RTT在微秒量級的網(wǎng)絡(luò)增加了幾百毫秒的延遲。

研究者的實(shí)用解決方案使用高分辨力的計(jì)時(shí)器以支持毫秒級的TCP超時(shí)。他們證明這項(xiàng)技術(shù)可以在模擬和真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境中有效地避免TCP incast崩潰。并證明消除最小的重傳超時(shí)限制對于所有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都是安全的，包括廣域網(wǎng)。

ROAR：提高分布式搜索的靈活性和性能

作者：Costin Raiciu, Felipe Huici, Mark Handley, David S. Rosen

為了快速的網(wǎng)絡(luò)搜索，搜索引擎將網(wǎng)絡(luò)索引分塊到很多服務(wù)器上，每處理一個(gè)查詢請求都要查詢每個(gè)分塊。為了提高吞吐率，每臺服務(wù)器都增加了副本。這個(gè)算法的關(guān)鍵是平衡副本和分塊：提高分塊級別會縮短查詢的完成時(shí)間，因?yàn)楦嗟臋C(jī)器參與處理查詢請求；但同時(shí)也帶來了每個(gè)子查詢不可忽略的啟動(dòng)成本。尋找正確的操作點(diǎn)并適應(yīng)它是提高性能和降低成本的關(guān)鍵。

研究者介紹了環(huán)上的聚合（ROAR），一種新的分布式算法，可以在線重新配置分塊級別。ROAR可以在不停止系統(tǒng)的情況下增加和減少服務(wù)器數(shù)量，處理服務(wù)器故障，以及提供好的負(fù)載均衡，即便使用了不同的服務(wù)器池。他們在一個(gè)私有的基于ROAR的搜索應(yīng)用上驗(yàn)證了它的性能。

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

雙重?zé)o線電網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中實(shí)用的分布式路由分配

作者：Aditya Dhananjay, Hui Zhang, Jinyang Li, Lakshminarayanan Subramanian

要充分發(fā)揮多重?zé)o線電網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢面臨兩大挑戰(zhàn)：第一，怎樣給各節(jié)點(diǎn)分配無線電信道以減小干擾；第二，怎樣在有損鏈路、變化的信道條件及有外部負(fù)載的情況下選擇高吞吐率的路由路徑。

這篇論文介紹了ROMA，一個(gè)實(shí)用的分布式信道分配與路由協(xié)議，能夠在雙重?zé)o線電網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間達(dá)到好的多跳路徑性能。ROMA沿著各網(wǎng)關(guān)路徑，給鏈路分配不重疊的信道以消除路徑內(nèi)干擾，同時(shí)，在任何有可能的時(shí)候，通過給到不同網(wǎng)關(guān)的路徑分配不同的信道，以減少路徑間干擾。

在一個(gè)2 4節(jié)點(diǎn)雙重?zé)o線電試驗(yàn)床上的評估試驗(yàn)表明，ROMA可以在不同的情況下達(dá)到高的吞吐率。

無線網(wǎng)絡(luò)

干擾校正與取消

作者：Shyamnath Gol lakota, Samuel David Per li，Dina Katabi

現(xiàn)有的多路輸入多路輸出（MIMO）局域網(wǎng)受限于AP上天線的數(shù)量。這篇論文展示了怎樣克服這個(gè)限制。該文介紹了干擾校正和取消（IAC），這是一種新的給MIMO網(wǎng)絡(luò)中并發(fā)發(fā)送-接收對進(jìn)行解碼的方法。

IAC把干擾校正和干擾取消兩項(xiàng)信息處理技術(shù)綜合起來，并證明這種組合適用于單一一種技術(shù)無法適用的場景。分析表明，IAC幾乎可以達(dá)到MIMO局域網(wǎng)兩倍的吞吐。同時(shí)在GNU-無線電上實(shí)現(xiàn)了IAC，并在2×2的MIMO局域網(wǎng)上進(jìn)行了驗(yàn)證，IAC在下行鏈路上平均提高到1.5倍的吞吐，在上行鏈路上平均提高到2倍的吞吐。

用定向天線提高室內(nèi)無線容量

作者：Xi Liu, Anmol Sheth, Michael Kaminsky, Konstant ina Papagiannaki, Srinivasan Seshan, Peter Steenkiste

室內(nèi)環(huán)境（比如家庭或辦公室）的無線帶寬需求正在快速增長。雖然類似MIMO這樣的無線技術(shù)可以在單鏈路的吞吐率達(dá)到幾百M(fèi)bps（802.11n），但怎樣在有大量密集無線裝置的環(huán)境中高速傳輸仍然是一個(gè)未解的問題。定向天線被認(rèn)為是一個(gè)提高空間利用率的有效途徑，但過去的工作主要關(guān)注于室外環(huán)境，室外無線鏈路間干擾可以被忽略。這個(gè)假設(shè)在密集的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中是不被接受的，因?yàn)槭覂?nèi)部署需要解決強(qiáng)散射和多徑效應(yīng)問題。

這篇論文中介紹了DIRC，一個(gè)在接入點(diǎn)上使用相伴陣列天線以便在密集的室內(nèi)環(huán)境中達(dá)到高吞吐率的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。DIRC的核心是一個(gè)可以提高空間利用率和通過優(yōu)化定向天線網(wǎng)絡(luò)的定向能力來最大化總體網(wǎng)絡(luò)容量的算法。

結(jié)果表明，DIRC提高了室內(nèi)環(huán)境中的總體網(wǎng)絡(luò)容量 ，同時(shí)足夠靈活地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性和變化的流量負(fù)載。

為無線載波檢測辯護(hù)

作者：Micah Z. Brodsky, Rober t T. Mor ris

載波檢測通常被用來對無線MAC協(xié)議中的并發(fā)進(jìn)行整流，平衡干擾防護(hù)與空分復(fù)用。載波檢測被認(rèn)為是不完美的，有很多改進(jìn)的技術(shù)被提出來。那么真的需要為它尋找一個(gè)替代品嗎？

這篇論文介紹了一個(gè)基于無線電傳播理論和香農(nóng)容量的一般兩發(fā)送者載波檢測的理論模型。利用這個(gè)模型的分析，證明載波檢測的性能與自適應(yīng)比特率無線電的理想性能驚人的相似。這個(gè)模型表明，隱藏的和暴露的終端往往造成吞吐量的適度衰減，而不是急劇減少。依據(jù)噪聲基準(zhǔn)，可以選擇一個(gè)固定的在大部分場合表現(xiàn)良好的檢測門限。

互聯(lián)網(wǎng)的新方向

削減網(wǎng)絡(luò)上大規(guī)模的電力開銷

作者：Asfandyar Qureshi, Rick Weber, Hari Balakrishnan, John Guttag, Bruce Maggs

能源支出日益成為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本的重要部分。與此同時(shí)，每單位計(jì)算的能源支持在不同的地區(qū)可能差異很大。這篇論文中描述了由于電價(jià)波動(dòng)帶來的成本變化，并證明現(xiàn)有的分布式系統(tǒng)可以通過利用這種成本變化獲得可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

由于地域需求的差異，傳輸?shù)牡托б约吧a(chǎn)方式的差異，電價(jià)呈現(xiàn)出臨時(shí)的和地域性的變化。論文分析了美國9個(gè)地區(qū)的歷史電價(jià)，以及從AKAMAI的CDN上收集到的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，用仿真的方法量化了實(shí)際流量負(fù)載情況下可能得到的經(jīng)濟(jì)收益。

結(jié)果表明，現(xiàn)有的系統(tǒng)通過利用計(jì)算成本的地區(qū)性差異，每年可以節(jié)省700萬美元的電力成本。

小道路由

作者：P. Brighten Godf rey, Igor Ganichev, Scott Shenkerz,Ion Stoica

這篇論文介紹了一種新的路由協(xié)議——小道路由。通過在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布路徑的片段（即小道），源端把小道拼接成端到端的源地址路由。

直觀上看，小道是高度靈活的建筑模塊，在遵循協(xié)議約束的同時(shí)，可以支持指數(shù)數(shù)量級的路徑選擇。特別的，它還可以模擬BGP、源地址跌幅以及一些新的協(xié)議策略。

小道路由的這種靈活性讓我們解決了網(wǎng)絡(luò)路由的兩大挑戰(zhàn)：可擴(kuò)展性和源端控制路由。當(dāng)一個(gè)路由器的路由策略只有“本地”的約束的時(shí)候，它可以表現(xiàn)為使用少量小道，生成小的轉(zhuǎn)發(fā)表并為發(fā)送者提供很多路由選擇。關(guān)鍵是小道路由并沒有為選擇哪種策略提出全局的要求，而是允許多種策略并存。

因此，這個(gè)協(xié)議在支持和鼓勵(lì)采用生成小的轉(zhuǎn)發(fā)平面和高路徑選擇度的策略的同時(shí)，支持復(fù)雜的路由策略。

路由和轉(zhuǎn)發(fā)

穩(wěn)定而靈活的iBGP

作者：Ashley Flavel, Matthew Roughan

路由震蕩是有害的。它會降低性能，并造成大規(guī)模的更新擾動(dòng)，從而給路由器帶來額外的負(fù)擔(dān)。這個(gè)問題會在多個(gè)提供商之間出現(xiàn)。然而iBGP這種在一個(gè)自治域內(nèi)部使用的路由協(xié)議也會有震蕩的問題。

盡管iBGP由一個(gè)提供商根據(jù)顯而易見的規(guī)則制定，但八年多的研究也沒有解決iBGP震蕩的問題。雖然有很多方案被提出來，但它們都缺乏關(guān)鍵的特性：要么難于實(shí)施，限制了路由的靈活性，要么缺少穩(wěn)定性的保障。這篇論文中提出了一個(gè)非常簡單的與BGP決定策略相似的方法。雖然它很簡單且成本可以忽略不計(jì)，但論文采用代數(shù)形式證明如何避免iBGP震蕩。論文擴(kuò)展了提供路由靈活性的方法，比如遵循MED屬性，而不犧牲網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

PLUG：能在高速路由器上快速部署新協(xié)議的查找模塊

作者：Lorenzo De Car li, Yi Pan, Amit Kumar, Cristian Estan,Karthikeyan Sankaralingam

數(shù)據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)層的新協(xié)議不斷地被提出以解決現(xiàn)有協(xié)議在可擴(kuò)展性、安全性和可管理性上的不足。高速路由器和交換機(jī)為了實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議，傳統(tǒng)上都依賴于高速的ASIC芯片，因?yàn)樗男酒娣e小，功耗低。然而由于這種不靈活的定制化硬件，部署新的協(xié)議必需依靠設(shè)備升級。盡管新的路由器支持靈活的網(wǎng)絡(luò)處理器做數(shù)據(jù)平面處理，但由于功耗和面積的約束，轉(zhuǎn)發(fā)表中的查找依然需要定制化的查找模塊實(shí)現(xiàn)。因此大多數(shù)協(xié)議的部署仍然需要設(shè)備升級。

為了加快新協(xié)議的部署速度，作者提出了靈活的查找模塊PLUG（流水化查找網(wǎng)絡(luò)）?？梢詫?shí)現(xiàn)一致性而不失去效率，因?yàn)楦鞣N定制化查找模塊有相同的基礎(chǔ)功能：內(nèi)存占用的面積，簡單的處理，以及由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定的嚴(yán)格的訪問方式。

在基于數(shù)據(jù)流的編程模塊上，為PLUG實(shí)現(xiàn)了IPv4，Ethernet，Ehane和SEATTLE，并把它映射到由陣列組成的PLUG硬件上。PLUG的吞吐率，功耗和延遲都與那些專業(yè)的查找模塊接近。

網(wǎng)絡(luò)管理

在運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中的端到端業(yè)務(wù)類別策略

作者：Yu-Wei Eric Sung, Carsten Lund, Mark Lyn, Sanjay Rao Subhabrata Sen

業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)方面的考慮促使今天的企業(yè)級VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）中過度地使用服務(wù)區(qū)分。結(jié)果是業(yè)務(wù)類別（CoS）設(shè)計(jì)基于事先約定的應(yīng)用程序優(yōu)先級，帶寬可用率，以及成本因素加入復(fù)雜的策略決斷。

這些內(nèi)在的復(fù)雜的高級策略通過低層的路由配置來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)配置過程是乏味而且容易出錯(cuò)的，因?yàn)镃oS配置本身、實(shí)例化策略的多個(gè)路由器的配置，以及復(fù)雜的準(zhǔn)入列表（ACLS）都是錯(cuò)綜復(fù)雜的。

作者的貢獻(xiàn)包括：第一，用精確的方法根據(jù)路由器配置文件建立CoS策略模型的標(biāo)準(zhǔn)方法；第二，開發(fā)一個(gè)實(shí)用且高效的工具，能夠?qū)碜远鄠€(gè)路由器任意流進(jìn)程進(jìn)行CoS處理；第三，利用150個(gè)不同企業(yè)VPN的路由配置數(shù)據(jù)剖面，驗(yàn)證了相關(guān)的工作，比如錯(cuò)誤診斷、審計(jì)和網(wǎng)絡(luò)范圍的CoS設(shè)計(jì)虛擬化。

這是在CoS配置的建模與分析方面的第一次努力。

大規(guī)模IPTV網(wǎng)絡(luò)中的自動(dòng)性能診斷

作者：Ajay Mahimkar, Zihui Ge, Aman Shaikh, Jia Wang, Jennifer Yates, Yin Zhang, Qi Zhao

IPTV日益普及，并給住宅廣播用戶提供商業(yè)服務(wù)。與傳統(tǒng)的ISP網(wǎng)絡(luò)相比，IPTV分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（1）一般采用分層的而不是網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)；（2）對穩(wěn)定性和性能提出了更嚴(yán)格的要求；（3）擁有不同的發(fā)布協(xié)議（大量使用IP組播）和流量模式；（4）在管理上百萬網(wǎng)絡(luò)元素上面臨更嚴(yán)峻的可擴(kuò)展性的挑戰(zhàn)。這些特點(diǎn)給IPTV網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的高效管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

這篇論文集中討論了在北美的一個(gè)最大的IPTV網(wǎng)絡(luò)上描述和解決性能問題。研究者從很多源那里取得了大量測量數(shù)據(jù)，包括設(shè)備使用和錯(cuò)誤日志，用戶活動(dòng)日志，視頻質(zhì)量告警，以及用戶投訴問題。并開發(fā)了一個(gè)新的診斷工具叫做Giza，專門針對大規(guī)模和分層的IPTV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定制。

Giza采用多精細(xì)度的數(shù)據(jù)分析，以快速地在IPTV分布體系結(jié)構(gòu)中檢測和定位存在嚴(yán)重性能問題的地區(qū)。Giza多種統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以尋找問題并診斷它們的根本原因。

利用實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，證明了Giza在檢測重要性能問題以及鑒定優(yōu)越的依賴性上的正確性。