亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中基于傳輸速率分配的TCP協(xié)議

        2020-04-07 10:16:00
        關(guān)鍵詞:分配

        (河南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,河南,洛陽(yáng) 471000)

        0 引言

        數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)搜索、在線零售、廣告系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)等方面的推廣與應(yīng)用為用戶提供了高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這些服務(wù)都使用在線交互式應(yīng)用OLDI(online data-intensive)[1],且具有兩大特點(diǎn):1)應(yīng)用程序都具有不同的截止時(shí)限,無(wú)法在截止時(shí)限內(nèi)完成傳輸?shù)牧鲗⒉槐唤y(tǒng)計(jì)在反饋的結(jié)果中;2)這些應(yīng)用采用基于樹(shù)的設(shè)計(jì)模式。通常情況下,用戶的請(qǐng)求會(huì)被分配給多個(gè)工作站并行處理。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的上述特點(diǎn)為傳輸層協(xié)議的設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)。

        針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求,傳輸層協(xié)議設(shè)計(jì)人員提出了兩點(diǎn)目標(biāo):1)降低流的平均完成時(shí)間;2)根據(jù)不同流的截止時(shí)限來(lái)限制發(fā)送窗口。在前述目標(biāo)的指引下,目前面向數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的傳輸層協(xié)議研究的主流方向之一是在傳統(tǒng)的TCP(transmission control protocol)協(xié)議的基礎(chǔ)上,針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的特性進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn),以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的需求。比如:DCTCP(data center TCP)協(xié)議[2]、D3協(xié)議[3]以及很多對(duì)TCP協(xié)議的優(yōu)化[4-7]。上述協(xié)議均從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的特性出發(fā),通過(guò)改進(jìn)TCP協(xié)議的傳輸流程或者優(yōu)化TCP協(xié)議參數(shù),從而提高了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中TCP協(xié)議的性能。但是,上述協(xié)議均未能考慮保障業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(quality of service,QoS)。然而,在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中,如果無(wú)法保障用戶在發(fā)出請(qǐng)求后的截止時(shí)間內(nèi)獲得相關(guān)數(shù)據(jù),則直接影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能以及用戶體驗(yàn),導(dǎo)致用戶的流失以及網(wǎng)絡(luò)收益的下降。

        研究者針對(duì)保障數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的QoS問(wèn)題,提出了不少協(xié)議設(shè)計(jì)的方案[12-15]。但是,這些研究工作主要考慮了單條業(yè)務(wù)流的優(yōu)化,而沒(méi)有考慮到網(wǎng)絡(luò)的整體負(fù)載狀況以及擁塞狀況,無(wú)法滿足用戶QoS需求。針對(duì)目前的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制無(wú)法有效地保障業(yè)務(wù)流QoS的問(wèn)題,本文提出了基于傳輸速率分配算法的TCP協(xié)議(Transmit Rate Allocation based TCP,TRA-TCP)。

        1 相關(guān)工作

        目前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的在線數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用通常使用分割-聚合的設(shè)計(jì)模式,匯聚節(jié)點(diǎn)接收到用戶發(fā)出的請(qǐng)求,分配多個(gè)工作站共同完成工作,在計(jì)算完成后,工作站返回結(jié)果。一般而言,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖1所示:共有4個(gè)工作站,工作站通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)向數(shù)據(jù)中心傳輸數(shù)據(jù)分組,當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)生擁塞之后,則匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)顯示擁塞通告(explicit congestion notification,ECN)機(jī)制向工作站反饋擁塞信息。下面將分別介紹上述兩種數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型。

        圖1 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        在這種分割-聚合的工作模式下,多個(gè)計(jì)算結(jié)果同時(shí)反饋用戶會(huì)造成匯聚節(jié)點(diǎn)的緩存溢出,導(dǎo)致丟包。但是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的在線數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用往往具有軟實(shí)時(shí)性[8],受到截止時(shí)限的約束。不能及時(shí)的返回結(jié)果,大大影響了用戶體驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)商的投資回報(bào)[9]。

        目前,針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的TCP協(xié)議改進(jìn)主要包含兩類方案:無(wú)QoS保障的TCP改進(jìn)協(xié)議以及基于QoS保障的TCP改進(jìn)協(xié)議。

        DCTCP[2]是最早提出的面向數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的TCP改進(jìn)協(xié)議。該協(xié)議利用ECN(explicit congestion notification)[10]機(jī)制,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度調(diào)節(jié)發(fā)送速率,減少了擁塞時(shí)的丟包。在DCTCP的基礎(chǔ)上,D3協(xié)議[3]采用了集中式的調(diào)度和主動(dòng)式的速率請(qǐng)求,交換機(jī)貪婪的在先到先得的原則上分配帶寬。這種貪婪的方式導(dǎo)致了一些離時(shí)限更近的流不能分配到合理的帶寬。文獻(xiàn)[11]針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中因?yàn)镾YN包丟失而引起的TCP連接延遲問(wèn)題,提出了一種基于加權(quán)隨機(jī)早起檢測(cè)的改進(jìn)協(xié)議以優(yōu)化TCP協(xié)議的同步過(guò)程。然而,此類解決方法雖然能夠有效地提升網(wǎng)絡(luò)整體性能,比如:DCTCP降低了網(wǎng)絡(luò)的整體沖突概率,提升了整體的吞吐量,但是,卻沒(méi)有考慮業(yè)務(wù)的QoS需求。

        針對(duì)上述協(xié)議缺乏網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的問(wèn)題,出現(xiàn)了一些以保障數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)QoS的研究。D2TCP(Deadline-aware Data-center TCP)協(xié)議[12]在DCTCP擁塞控制的基礎(chǔ)上考慮了流的時(shí)限感知,以保障業(yè)務(wù)的時(shí)延需求。LSTCP(Least Slack-aware TCP)協(xié)議[13]通過(guò)采用最小空閑時(shí)間優(yōu)化調(diào)度策略對(duì)TCP流進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分,提出了一種基于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)閑時(shí)感知算法,從而減小了短流的完成時(shí)間,并提高了長(zhǎng)流的吞吐量。PD2TCP協(xié)議[14]針對(duì)TCP流無(wú)法在截止時(shí)限內(nèi)完成傳輸?shù)膯?wèn)題,提出了基于優(yōu)先級(jí)時(shí)限感知的TCP改進(jìn)協(xié)議,通過(guò)感知瞬時(shí)隊(duì)列長(zhǎng)度以及ECN標(biāo)記對(duì)于擁塞窗口進(jìn)行調(diào)整。文獻(xiàn)[15]中針對(duì)多媒體業(yè)務(wù)的QoS保障,提出了源端多媒體數(shù)據(jù)流帶寬控制策略以及基于動(dòng)態(tài)部分緩存共享的丟包控制方法,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于TCP協(xié)議擁塞控制機(jī)制的改進(jìn)。

        雖然,已有部分研究成果考慮了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的QoS保障問(wèn)題,但是主要針對(duì)于單TCP流進(jìn)行優(yōu)化以保證單TCP流的QoS,缺乏對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)狀況的考慮。基于此,本文提出了TRA-TCP,從網(wǎng)絡(luò)整體負(fù)載能力方面,根據(jù)高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的比例調(diào)整擁塞窗口,旨在為不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)分配不同傳輸速率,并且保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的QoS。

        2 算法設(shè)計(jì)

        本節(jié)主要描述了TRA-TCP協(xié)議的核心算法以及具體的工作流程。首先采用偽代碼方式描述傳輸速率控制算法的思想和總體流程,其次描述了匯聚節(jié)點(diǎn)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)傳輸速率的方法,最后描述了匯聚節(jié)點(diǎn)為不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)分配傳輸速率的算法以及擁塞窗口的調(diào)節(jié)方法。

        2.1 算法設(shè)計(jì)

        本節(jié)主要描述了論文算法的構(gòu)成及運(yùn)作機(jī)制。算法1中詳細(xì)介紹了算法流程。算法的輸入?yún)?shù)為高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的目標(biāo)傳輸速率以及網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的周期;算法輸出為高優(yōu)先級(jí)以及低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)調(diào)節(jié)后的擁塞窗口。

        算法1:Transmission Rate Control Algorithm

        輸入:target transmit rateα(0≤α≤1), the circle of updating transmit rateα

        Variable definition:

        T(i): transmit rate of high priority serviceF

        g: congestion window of high priority servicei

        T(j): transmit rate of low priority servicej

        W(j): congestion window of high priority servicej

        N: the number of high priority services

        M: the number of low priority services

        β: the percentage of the transmit rate of high priority service to the transmit rate of low priority service

        γ: the improving ratio of high priority services

        η: the reducing ration of low priority services

        輸出:W(i)* andW(j)*

        1)initialization: convergence node collects transmit rate and congestion window information;

        2)convergence node starts updating transmit rate process everyStime;

        3)Thigh=sum(T(i)), andTlow=sum(T(j));

        4)ifThigh≥NT*, go to step 1;

        5)elseβ=Thigh/Tlow;

        6)γ=(NT*-Thigh)/Thigh;

        7)calculate the congestion window the low priority services need to reduceWr;

        8)η=Wr/M;

        9)W(i)*=W(i)×(1+γ);

        10)W(j)*=W(j)×(1-η)。

        2.2 監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的傳輸速率

        對(duì)于匯聚節(jié)點(diǎn)而言,由于其接收所有工作站的業(yè)務(wù)分組,故匯聚節(jié)點(diǎn)可以獲取高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的比例(IP包頭中有優(yōu)先級(jí)標(biāo)志位),并且監(jiān)測(cè)不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率。假設(shè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中存在N個(gè)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù),每個(gè)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)傳輸速率為T(mén)(i),擁塞窗口為W(i),M個(gè)低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù),每個(gè)低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)傳輸速率為T(mén)(j),擁塞窗口為W(j),并且匯聚節(jié)點(diǎn)計(jì)算業(yè)務(wù)傳輸速率的周期為S,即每隔S時(shí)長(zhǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)統(tǒng)計(jì)這段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)到的不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率。

        匯聚節(jié)點(diǎn)獲取到不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率之后,可以定義高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)比例關(guān)系β為:

        (1)

        因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)設(shè)定的高優(yōu)先業(yè)務(wù)的目標(biāo)傳輸速率為T(mén)*,故定義高優(yōu)先業(yè)務(wù)傳輸速率提升系數(shù)γ來(lái)描述當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的配置能否滿足高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率需求。γ的定義如下:

        (2)

        當(dāng)γ大于0時(shí),表示網(wǎng)絡(luò)無(wú)法滿足高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的目標(biāo)傳輸速率,反之表示高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的目標(biāo)傳輸速率得到滿足。因此,當(dāng)γ大于0時(shí),匯聚節(jié)點(diǎn)需要重新進(jìn)行傳輸速率分配。

        此外,匯聚節(jié)點(diǎn)采用主動(dòng)隊(duì)列調(diào)整算法(RED)[16],因此當(dāng)緩存隊(duì)列大于門(mén)限值時(shí)就會(huì)發(fā)生丟包事件,故匯聚節(jié)點(diǎn)還需要記錄網(wǎng)絡(luò)整體的擁塞狀況。根據(jù)文獻(xiàn)[2]定義擁塞參數(shù)α(0≤α≤1)表示網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。α參數(shù)的計(jì)算周期同樣為S,計(jì)算方法如下所示:

        α=(1-g)×α+g×F

        (3)

        其中:F表示S時(shí)間內(nèi)發(fā)生擁塞的分組比例,g表示上一個(gè)α參數(shù)所占權(quán)重比例。

        2.3 傳輸速率分配

        為了滿足網(wǎng)絡(luò)需求以及高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的需求,網(wǎng)絡(luò)需要重新進(jìn)行傳輸速率分配。具體而言,匯聚節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)獲取的不同業(yè)務(wù)的傳輸速率,計(jì)算出不同TCP流擁塞窗口的調(diào)節(jié)方法,從而達(dá)到傳輸速率分配的目的。

        首先需要保障高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率。根據(jù)之前的計(jì)算結(jié)果,可以知道高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)需要提升γ倍的傳輸速率才能滿足QoS需求。因?yàn)閾砣翱谂c傳輸速率的關(guān)系是正比關(guān)系,故高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的擁塞窗口需要提升為之前的(1+γ):

        W(i)*=W(i)×(1+γ)

        (4)

        其次由于網(wǎng)絡(luò)整體發(fā)生了擁塞,根據(jù)DCTCP協(xié)議的建議[2],網(wǎng)絡(luò)整體的擁塞窗口需要降低α/2。另外,由于高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)的擁塞窗口增加到之前的(1+γ)倍,故也需要降低這部分增量。因此,需要減小的總體擁塞窗口值為:

        (5)

        根據(jù)公式(4)化簡(jiǎn)如下:

        (6)

        最終可以得到每個(gè)低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)需要減小的塞窗口數(shù)值為:

        W(j)*=W(j)×(1-η)

        (7)

        其中η等于:

        (8)

        匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)公式(4)和公式(7)可以獲取到高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)擁塞窗口的調(diào)節(jié)方法,之后需要向工作站反饋調(diào)節(jié)結(jié)果。參考DCTCP[2]以及D2TCP[11],匯聚節(jié)點(diǎn)在ACK數(shù)據(jù)包中攜帶擁塞調(diào)節(jié)信息。具體而言,ECN為1表示減小擁塞窗口,ECN為0表示增大擁塞窗口,ACK中的4比特保留位用于攜帶γ以及η參數(shù),即γ和η參數(shù)需要量化為離散值。

        3 仿真實(shí)驗(yàn)

        為了驗(yàn)證TRA-TCP的協(xié)議性能,通過(guò)NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件搭建了相應(yīng)的仿真平臺(tái),主要比較了TRA-TCP協(xié)議與DCTCP協(xié)議以及D2TCP的性能差異,所采用的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為:網(wǎng)絡(luò)吞吐量、平均時(shí)延、丟包率。

        3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

        實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如表1所示。高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)量固定為5,低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)量則為[2,4,6,8,10]。高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)速率均為100 Mbps。

        表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置

        3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        從圖2可以看出,對(duì)于DCTCP協(xié)議以及D2TCP協(xié)議而言,隨著低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)量的不斷增加,高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的吞吐量不斷下降,而低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)吞吐量不斷提升。另外,D2TCP協(xié)議的吞吐量低于DCTCP協(xié)議,這是因?yàn)镈2TCP協(xié)議需要保證業(yè)務(wù)的截止時(shí)間,故降低了吞吐量。相比之下,由于TRA-TCP協(xié)議將高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的傳輸速率目標(biāo)T*設(shè)置為100 Mbps,并通過(guò)擁塞窗口的調(diào)整,保證了高優(yōu)先業(yè)務(wù)流的吞吐量,因而,能夠獲得比DCTCP和D2TCP較高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

        圖2 吞吐量的仿真結(jié)果

        圖3展示了業(yè)務(wù)流的時(shí)延變化情況。從圖中可以看出DCTCP協(xié)議不關(guān)注業(yè)務(wù)的截止時(shí)間,因此其平均時(shí)延最大。D2TCP考慮了業(yè)務(wù)的截止時(shí)間,故能夠一定程度保障業(yè)務(wù)的平均時(shí)延,且高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延低于低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延。對(duì)于TRA-TCP協(xié)議而言,充分保障了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延,但是相對(duì)應(yīng)的低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延較高。

        圖3 平均時(shí)延的仿真結(jié)果

        從圖4可以看出,DCTCP協(xié)議和D2TCP協(xié)議的丟包率都維持在較高水平,特別是高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的丟包率不斷增加。TRA-TCP協(xié)議中的高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)則保持幾乎不丟包的狀態(tài),低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的丟包率則維持較高水平。

        圖4 丟包率的仿真結(jié)果

        4 總結(jié)

        針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)和吞吐量的綜合性能需求,本文提出了一種基于傳輸速率分配的服務(wù)質(zhì)量保障TCP協(xié)議:TRA-TCP協(xié)議。TRA-TCP協(xié)議根據(jù)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)和低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的數(shù)量比例的分配帶寬,調(diào)節(jié)擁塞窗口,保障了高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的吞吐量。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:TRA-TCP協(xié)議不僅能夠有效保障高優(yōu)先業(yè)務(wù)的吞吐量,還能降低高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延以及丟包率。

        猜你喜歡
        分配
        分配正義:以弱勢(shì)群體為棱鏡
        基于可行方向法的水下機(jī)器人推力分配
        應(yīng)答器THR和TFFR分配及SIL等級(jí)探討
        Crying Foul
        遺產(chǎn)的分配
        一種分配十分不均的財(cái)富
        你知道電壓的分配規(guī)律嗎
        績(jī)效考核分配的實(shí)踐與思考
        收入分配視閾下的共享發(fā)展思考
        浙江績(jī)效分配改革觀察
        日韩一区二区三区中文字幕| 精品淑女少妇av久久免费 | 国产熟女av一区二区三区四季| 日产国产亚洲精品系列| 免费人成在线观看| 欧美freesex黑人又粗又大| 免费国产h视频在线观看86| 亚洲一二三四五中文字幕| 日本精品久久久久中文字幕| 国外精品视频在线观看免费| 国产精品白浆视频免费观看| 字幕网中文字幕精品一区| 亚洲无码在线播放| 台湾佬娱乐中文22vvvv | 一本色综合网久久| 三男一女吃奶添下面| 999精品免费视频观看| 亚洲一区免费视频看看| 亚洲综合色无码| 蜜桃精品免费久久久久影院| 久久99久久99精品观看| 久久一区二区三区少妇人妻| 狼人青草久久网伊人| 精品人无码一区二区三区| 男女午夜视频一区二区三区 | 男人扒开添女人下部免费视频| 美女高潮无遮挡免费视频| 中日韩字幕中文字幕一区| 男女av免费视频网站| 国产精品无码一本二本三本色| 国产亚洲AV无码一区二区二三区| 白白在线免费观看视频| 粉嫩av国产一区二区三区| 精品久久久久久久中文字幕| aa视频在线观看播放免费| 亚洲精品国产精品乱码视色| a级毛片高清免费视频就| 中字亚洲国产精品一区二区| 少妇被粗大猛进进出出男女片| 全免费a敌肛交毛片免费| 日韩AV无码免费二三区|