特約撰稿人│宋向東

日本如何提高100Gbit/s光纖傳輸網(wǎng)流量承載能力

特約撰稿人│宋向東

提高100Gbit/s光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的IP流量承載能力，不僅成本低廉還簡(jiǎn)單快捷，因此具有廣闊發(fā)展前景。

近年來，網(wǎng)絡(luò)IP流量增長(zhǎng)迅猛，據(jù)思科公司調(diào)查顯示，到2016年，世界范圍內(nèi)IP流量將有1.3ZB，每月達(dá)到110EB，而2011年僅約31EB/月，可見從2011年到2016年，網(wǎng)絡(luò)流量增長(zhǎng)近4倍。促使IP流量顯著增長(zhǎng)的因素有設(shè)備數(shù)量增加、寬帶高速發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)視頻增加、Wi-Fi快速擴(kuò)展和互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)激增等諸多因素。

此外，固定連接和移動(dòng)連接同時(shí)產(chǎn)生的IP流量，預(yù)計(jì)在2018年將達(dá)到1.6ZB。到2018年，通過Wi-Fi的流量將超過固定接入網(wǎng)上的流量，HD（高清晰度）視頻流量將超過SD（標(biāo)準(zhǔn)清晰度）視頻流量。

目前100Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)普及，由于IP流量增長(zhǎng)迅猛，現(xiàn)今的傳輸網(wǎng)已不堪重負(fù)，提高現(xiàn)有傳輸網(wǎng)對(duì)IP流量的承載能力，已是擺在業(yè)界面前的重要課題。

提高傳輸網(wǎng)對(duì)IP流量的承載能力有多種方法，如新建400Gbit/s光纖傳輸網(wǎng)，或研發(fā)大于400Gbit/s傳輸速率的光纖傳輸網(wǎng)，亦或提高100Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)IP流量的承載能力。這些方法中提高100Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)提高IP流量承載能力，不僅成本不高還簡(jiǎn)單快捷，因此具有廣闊發(fā)展前景。

圖 涉煙網(wǎng)絡(luò)不知情況

日本研發(fā)出提高光纖傳輸網(wǎng)性能的技術(shù)

在這種背景下，日本研發(fā)出了在現(xiàn)有100Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)上，建立高效率的TCP通信技術(shù)。東京大學(xué)和日本科學(xué)技術(shù)廳于2015年11月在連接?xùn)|京和西雅圖、跨太平洋的“TransPAC/Pacific Wave”網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行了LFTCP（Long Fat pipe TCP）通信試驗(yàn)，取得了73Gbit/s、超過傳統(tǒng)理論極限速率2倍的數(shù)據(jù)傳輸速度，而現(xiàn)在該網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸速率平均只有29Gbit/s。

試驗(yàn)中采用了東京大學(xué)研發(fā)的協(xié)議，稱之為L(zhǎng)FTCP，它不需考慮延遲時(shí)間，能在現(xiàn)有100Gbit/s網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高速通信。在LFTCP中，除了把發(fā)送側(cè)緩沖器相關(guān)的變量擴(kuò)展成64比特外，還要變更數(shù)據(jù)包格式的控制器及定時(shí)改變送出的分組包參數(shù)，傳統(tǒng)的TCP可適用于超寬帶網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)適配器上配置了TCP加速機(jī)制，即使使用傳統(tǒng)的PC，也能夠在現(xiàn)有100Gbit/s網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行73Gbit/s高速通信。

傳統(tǒng)的TCP作為內(nèi)部變量使用32比特，此外，TCP由于數(shù)據(jù)包格式的規(guī)定和實(shí)裝上的限制，有性能的上限，因此現(xiàn)有的100Gbit/s網(wǎng)絡(luò)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量無法實(shí)現(xiàn)高利用率。例如，為了各自確保發(fā)送緩沖器區(qū)域、傳送中間領(lǐng)域和接收緩沖器區(qū)域性能，因此在同一時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)量限制為1G字節(jié)。

試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)情況

該試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)布置情況如圖所示，處在東京試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的PC，經(jīng)路由器通過太平洋里的海底光纜連接到西雅圖的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，再經(jīng)陸地光纜連接到美國(guó)德克薩斯州奧斯汀市舉辦的“SC15(超級(jí)計(jì)算機(jī)2015年)”會(huì)場(chǎng)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接到東京大學(xué)SC15展廳路由器上的PC。

在本次試驗(yàn)中，使用PC的CPU處理器是英特爾的Core i76770K，操作系統(tǒng)采用CentOS的7.1（1503），網(wǎng)絡(luò)適配器為Mellanox公司生產(chǎn)的“ConnectX-4”，數(shù)據(jù)通信軟件“iperf3”安裝在網(wǎng)絡(luò)兩端服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)接口上。發(fā)送側(cè)PC使用LFTCP協(xié)議，但接收側(cè)計(jì)算機(jī)中仍使用常規(guī)的TCP協(xié)議。

這次高速通信是LFTCP通過與精密軟件尋呼組合來實(shí)現(xiàn)的。此外，由于LFTCP也是屬于TCP協(xié)議的一類，即使多個(gè)TCP數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)共享的情況下，也可公平使用分割波段，即使數(shù)據(jù)包丟失也可確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。值得注意的是，LFTCP為開源軟件，在其他研究機(jī)構(gòu)也可采用。

編輯｜刁興玲 diaoxignling@bjxintong.com.cn