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

        ?

        高能物理網(wǎng)格環(huán)境網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測與優(yōu)化技術(shù)研究

        2021-11-30 02:46:50孫智慧齊法制
        關(guān)鍵詞:高能物理包率鏈路

        孫智慧,齊法制

        中國科學(xué)院高能物理研究所,北京 100049

        定速率的傳輸[1]。如何使用IPv6 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于高能物理實驗數(shù)據(jù)的共享,如何實現(xiàn)面向高能物理合作單位之間高能物理數(shù)據(jù)在IPv4 及IPv6 網(wǎng)絡(luò)鏈路的靈活切換是本文的一項重點工作。本文提出一種面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測及優(yōu)化的方案,采用面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控框架(perfSONAR),部署于高能物理網(wǎng)格環(huán)境的各個站點中,監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)性能狀況,并基于虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建面向高能物理數(shù)據(jù)傳輸?shù)腎Pv4 及IPv6 虛擬專用網(wǎng)絡(luò),通過監(jiān)測高能物理網(wǎng)格環(huán)境中各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)性能,優(yōu)化高能物理數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇,提升廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸效率,保證高能物理傳輸?shù)目煽啃?,為高能物理?shù)據(jù)分析和處理提供良好的網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境。

        1 面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)測量

        網(wǎng)格技術(shù)是將全球地理上分散的計算、存儲資源通過網(wǎng)絡(luò)有機(jī)的整合起來,協(xié)同工作,為大型科學(xué)實驗研究提供計算支持,以便完成單個集群無法實現(xiàn)的大規(guī)模計算任務(wù)[2]。高能物理網(wǎng)格環(huán)境是利用網(wǎng)格技術(shù)把面向高能物理實驗分散的計算、存儲資源有機(jī)的整合起來,支持面向高能物理大型實驗的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享等服務(wù)。目前,全球最大的網(wǎng)格系統(tǒng)是有歐洲核子中心(CERN)主導(dǎo)的全球高能物理網(wǎng)格WLCG (Worldwide LHC Computing Grid)系統(tǒng)[3],WLCG 將全球超過40 個國家和地區(qū)的 150 多個研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來,整合超過50 萬顆 CPU 的計算資源和超過500PB 的存儲資源。高能物理研究所計算中心于2001年加入WLCG,并建成國內(nèi)最大的高能物理計算網(wǎng)格平臺。當(dāng)前高能

        引 言

        近年來隨著科研活動網(wǎng)絡(luò)化的趨勢越來越明顯,高速、高性能科研計算網(wǎng)絡(luò)成為科研項目必須的基礎(chǔ)設(shè)施,基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科研項目或科學(xué)實驗的協(xié)同研究已成為一種必要的科研手段。尤其在高能物理領(lǐng)域,高能物理實驗的開展依賴于大型科學(xué)實驗裝置,如北京正負(fù)電子對撞機(jī)(BEPCII)、中國散裂中子源(CSNS)、歐洲核子中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)、美國散裂中子源(SNS)、德國電子同步加速器(DESY)、日本質(zhì)子同步加速器(J-PARC)等,這些大型科學(xué)實驗裝置分布于不同的國家或區(qū)域,并且實驗的參與者也來自不同的國家或區(qū)域,因此跨地區(qū)、跨區(qū)域的高能物理科研活動成為一種趨勢,需要與之相匹配的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支撐;另一方面這些大型科學(xué)實驗裝置產(chǎn)生大量的實驗數(shù)據(jù),如LHC 每年將產(chǎn)生30PB 的實驗數(shù)據(jù),BEPCII 累計將產(chǎn)生5PB 原始數(shù)據(jù),中國散裂中子源每年約產(chǎn)生數(shù)百TB的原始數(shù)據(jù),這些高能物理實驗數(shù)據(jù)需要傳輸、共享到各個高能物理合作單位之間,以實現(xiàn)最終物理分析的目標(biāo),大批量高能物理實驗數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸是高能物理實驗開展的前提,并直接影響到高能物理實驗數(shù)據(jù)分析工作的進(jìn)程和最終結(jié)果,因此對高能物理合作單位之間高能物理實驗數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能實時監(jiān)測與分析的研究是必要的。

        在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境中,國內(nèi)高能物理網(wǎng)格環(huán)境都已支持IPv4 及IPv6 網(wǎng)絡(luò),在IPv4 網(wǎng)絡(luò)鏈路資源出現(xiàn)不足的情況下,跨域的網(wǎng)絡(luò)傳輸無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的快速、動態(tài)調(diào)整,無法滿足高能物理數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求,難以保證關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)以恒所計算中心正在主導(dǎo)面向國內(nèi)高能物理合作單位之間建立國內(nèi)高能物理網(wǎng)格平臺計劃,目前已有山東大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中師范大學(xué)、中國科學(xué)與技術(shù)大學(xué)等單位加入,因此對國內(nèi)高能物理網(wǎng)格環(huán)境中各個合作單位之間的網(wǎng)絡(luò)性能測量及評估是必要的。

        1.1 網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)

        網(wǎng)絡(luò)測量(Network Measurement)是通過一定的技術(shù)和方法,并使用軟件和硬件工具對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點、鏈路、指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行測量,分析與整理測量數(shù)據(jù),得到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)及運行狀態(tài)的一系列活動總和。網(wǎng)絡(luò)測量為網(wǎng)絡(luò)行為學(xué)的研究提供重要的理論依據(jù)和準(zhǔn)確的驗證平臺,是對理論模型進(jìn)行驗證與修正的重要基準(zhǔn);是檢測網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況、定位網(wǎng)絡(luò)性能瓶頸的關(guān)鍵途徑;是建立網(wǎng)絡(luò)安全防范機(jī)制,保證網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定地運行的前 提[4]。網(wǎng)絡(luò)測量按測量的對象不同,可分為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錅y量、網(wǎng)絡(luò)性能測量和網(wǎng)絡(luò)流量測量。其中對網(wǎng)絡(luò)性能的研究最為集中也最為廣泛,網(wǎng)絡(luò)性能測量按獲取測量報文方式的不同,又分為主動網(wǎng)絡(luò)性能測量(Active Measurement)和被動網(wǎng)絡(luò)性能測量(Passive Measurement)[5]。

        主動網(wǎng)絡(luò)性能測量是通過主動構(gòu)造各種結(jié)構(gòu)的探測報文序列,發(fā)送到被測目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中,通過被測目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的反饋信息或者探測報文傳輸經(jīng)過目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)后攜帶的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)信息來推測網(wǎng)絡(luò)性能[6]。主動網(wǎng)絡(luò)性能測量常用的工具有Ping、Traceroute、Pathload、netperf、iperf 等。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于蒙特卡洛隨機(jī)抽樣的思想探測理論,該方法采用隨機(jī)發(fā)送單個小探測報文計算整條路徑的可用帶寬、鏈路容量及空閑率,進(jìn)而分析得到各路由節(jié)點上的流量變化。 文獻(xiàn)[8]提出了一種易于部署的用戶空間主動測量框架(FlowTrace),該框架利用應(yīng)用程序TCP 流進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬測量從而定位帶寬瓶頸,并且測量開銷較小。文獻(xiàn)[9-11]提出一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的主動發(fā)送探測包的方式來測量網(wǎng)絡(luò)鏈路延遲,且文獻(xiàn)[11]的方法及其設(shè)計的軟件OpenNetMon 也支持對可用帶寬及丟包率的測量。

        被動網(wǎng)絡(luò)性能測量技術(shù)是通過抽取或復(fù)制網(wǎng)絡(luò)真實流量數(shù)據(jù),并按照不同粒度水平記錄和處理,獲取網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。被動網(wǎng)絡(luò)性能測量技術(shù)可以記錄測量節(jié)點最完整的信息,包括從物理層一直到應(yīng)用層的協(xié)議數(shù)據(jù),可以快速地檢測到網(wǎng)絡(luò)錯誤和網(wǎng)絡(luò)失效,了解網(wǎng)絡(luò)的運行狀況。被動網(wǎng)絡(luò)性能測量工具和技術(shù)主要有Sniffer(嗅探器)、Wireshark、WinCap、Network General、SNOR 等。文 獻(xiàn)[12]提出了一種基于對象和應(yīng)用的流量特征統(tǒng)計描述的方法,周期性地導(dǎo)出該信息來描述鏈路流量特征,減少了傳輸和存儲的數(shù)據(jù)量并擁有更高效的存儲組織查詢分析。文獻(xiàn)[13]提出了一種基于支持向量機(jī)的流量分類方法,利用非線性變換和結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化原則將流量分類問題轉(zhuǎn)化為二次尋優(yōu)問題,具有良好的分類準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[14]提出了一種提取大流的算法FEFS,通過在線識別和淘汰小流,把大流信息保存在有限的高速存儲空間中,從而快速提取大流。文獻(xiàn)[15]提出一種基于自適應(yīng)流抽樣的測量方法,通過一個簡單、分組開銷較小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來獲取網(wǎng)絡(luò)性能。文獻(xiàn)[16]提出了 Smart Selection Sampling(S3 )方法,通過利用流長分布信息選擇合適的抽樣函數(shù),能夠調(diào)整抽樣函數(shù),獲得更高的測量精度。文獻(xiàn)[17-18]提出了基于SDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)可用帶寬被動測量方法,但這種方法測量結(jié)果的準(zhǔn)確性受時間估計的影響較大。

        采用主動網(wǎng)絡(luò)性測量方式能夠快速地理解端到端的路徑,并且不需要部署到互聯(lián)網(wǎng)的核心設(shè)備,無需涉及用戶隱私數(shù)據(jù),部署方便、成本較小,但主動測量需要向網(wǎng)絡(luò)中注入流量,增加了被測網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。采用被動網(wǎng)絡(luò)性能測量方式可以不需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送探測數(shù)據(jù)包,不增加和修改通過網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)負(fù)載,因此對網(wǎng)絡(luò)的行為沒有影響,但被動網(wǎng)絡(luò)性能測量難以獲得對網(wǎng)絡(luò)的整體理解。文獻(xiàn)[19-20]采用主被動結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能的測量,這種方式綜合被動測量和主動測量技術(shù)的優(yōu)缺點,可用合理控制減少對網(wǎng)絡(luò)的影響,提高測量的準(zhǔn)確性。跨廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確測量一直是網(wǎng)絡(luò)測量的難點問題,廣域網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能分屬不同的運營商和機(jī)構(gòu),其網(wǎng)絡(luò)狀況也在不斷的發(fā)生變化,測量結(jié)果常常受到時鐘偏差、路徑是否一致等方面因素影響。本研究的目標(biāo)是通過對高能物理網(wǎng)格環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)性能測量,建立一個全局的網(wǎng)絡(luò)性能視圖,從而更改的優(yōu)化和調(diào)整高能物理網(wǎng)格環(huán)境數(shù)據(jù)共享路徑,以期提升網(wǎng)絡(luò)共享效率。采用被動網(wǎng)絡(luò)測量方式難以得到對高能物理網(wǎng)格環(huán)境整體性能的理解,因此本研究采用主動網(wǎng)絡(luò)性能測量方式,通過在高能物理合作單位之間部署網(wǎng)絡(luò)測量探針,獲取高能物理合作單位之間網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù),記錄數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)路由。

        1.2 基于perfSONAR 的網(wǎng)絡(luò)測量

        perfSONAR(performance service-oriented network monitoring architecture),是一個面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控框架,它是由美國能源科學(xué)網(wǎng)絡(luò)(ESnet),GéANT,Internet2 和巴西國家教育與研究網(wǎng)絡(luò)(RNP)共同發(fā)起的,旨在解決跨多域網(wǎng)絡(luò)的路徑上的端到端性能問題[21],主要面向歐洲核子中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)實驗(LHC)網(wǎng)格環(huán)境提供網(wǎng)絡(luò)測量和監(jiān)控工具包。perfSONAR 架構(gòu)中集成ping、traceroute、tracepath、iperf、iperf3、nuttcp 等網(wǎng)絡(luò)測量工具,并對這些測量工具進(jìn)行封裝,實現(xiàn)對被測網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)端到端的可用帶寬、端到端延遲、端到端的丟包率以及連接穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)發(fā)路徑等測量,并將其測量結(jié)果存檔,提供查詢界面以方便檢索測量結(jié)果。截止2020年2月全球300 多個頂級域和1000 多個組織的2000 多個注冊主機(jī)上部署了perfSONAR。

        基于perfSONAR 對網(wǎng)絡(luò)可用帶寬、延遲及丟包率測量的良好集成,本文采用perfSONAR 架構(gòu)進(jìn)行面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)性能測量,通過在高能物理合作單位之間部署perfSONAR 測量探針,主動發(fā)送探測包的方式獲取高能物理網(wǎng)格環(huán)境網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù),如延遲、丟包、可用帶寬等。為方便說明,如圖1 所示,在中國科學(xué)院高能物理研究所(IHEP)、山東大學(xué)(SDU)、上海交通大學(xué)(SJTU)、華中師范大學(xué)(CCNU)四個點部署perfSONAR 網(wǎng)絡(luò)測量探針,通過端到端的網(wǎng)絡(luò)配置,建立Full-Mesh 的IPv4 及IPv6 網(wǎng)絡(luò)測量環(huán)境,并通過網(wǎng)絡(luò)測量可視化平臺來展示四點之間的網(wǎng)絡(luò)測量結(jié)果。

        圖1 網(wǎng)絡(luò)測量架構(gòu)Fig.1 Network measurement architecture

        1.3 網(wǎng)絡(luò)測量可視化平臺

        在面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境中,每個站點都存在高能物理實驗數(shù)據(jù)交換的可能,因此在部署網(wǎng)絡(luò)測量探針時不僅僅是只考慮某一點到其他節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)性能狀況,而是要考慮高能物理網(wǎng)格環(huán)境中任意兩個站點之間的網(wǎng)絡(luò)性能。同時在部署網(wǎng)絡(luò)測量探針時,理論上任意兩點之間的網(wǎng)絡(luò)探針都會有網(wǎng)絡(luò)測量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,這些數(shù)據(jù)的展示其實是一個二維矩陣的圖。本文采用開源的MaDDash(Monitoring and Debugging Dashboard,監(jiān)控和調(diào)試儀表板)軟件構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)性能可視化展示平臺,可以對多個測量點之間網(wǎng)絡(luò)性能構(gòu)建一個可視化的展示矩陣,矩陣的每一點代表橫向與縱向測量點之間網(wǎng)絡(luò)性能狀況,同時用不同顏色標(biāo)記出網(wǎng)絡(luò)性能的狀況,支持對網(wǎng)絡(luò)可用帶寬、網(wǎng)絡(luò)丟包與延遲以及網(wǎng)絡(luò)路徑的可視化展示,可視化矩陣圖展示方式可以更直觀的反映出多個測量點之間的網(wǎng)絡(luò)性能狀況。

        為更好的說明本文搭建的網(wǎng)絡(luò)性能可視化平臺的效果, 以中國科學(xué)院高能物理研究所(IHEP)、山東大學(xué)(SDU)、上海交通大學(xué)(SJTU)、華中師范大學(xué)(CCNU)四個點可用帶寬測量為例,在以上四個節(jié)點部署網(wǎng)絡(luò)測量探針, 其測試結(jié)果如圖2 所示,為一個4×4 的矩陣圖,顏色反映可用帶寬的區(qū)間值,通過此矩陣式可視化展示可以比較直觀的反映出測量點之間的網(wǎng)絡(luò)性能狀況。

        圖2 網(wǎng)絡(luò)性能測量數(shù)據(jù)矩陣圖Fig.2 Network performance measurement data matrix

        2 面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)測量

        廣域網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)可以顯著提升用戶網(wǎng)絡(luò)體驗,一直是研究人員和各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商關(guān)注的熱點。廣域網(wǎng)優(yōu)化的途徑主要包括基于數(shù)據(jù)優(yōu)化的廣域網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)、基于協(xié)議優(yōu)化的廣域網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)以及基于鏈路優(yōu)化的廣域網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)。本研究面向高能物理實驗數(shù)據(jù)網(wǎng)格環(huán)境,在不改變物理學(xué)家獲取的物理實驗數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的前提下,本文采用鏈路優(yōu)化技術(shù)來優(yōu)化面向高能物理合作單位之間網(wǎng)絡(luò)性能,通過構(gòu)建基于SDN 技術(shù)的高能物理合作單位虛擬專用網(wǎng)絡(luò),調(diào)節(jié)高能物理數(shù)據(jù)傳輸路徑來提升數(shù)據(jù)傳輸效率。

        2.1 面向高能物理虛擬專用網(wǎng)構(gòu)建

        本文面向高能物理合作單位之間大批量高能物理實驗數(shù)據(jù)的傳輸需求,同時需要滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院透咝市?,能夠最大限度的利用高能物理合作單位之間現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)鏈路資源。為了更好的利用IPv4、IPv6 鏈路資源,本文的一項工作重點是采用SDN 技術(shù)及虛擬專用網(wǎng)技術(shù)在高能物理合作單位之間構(gòu)建IPv4 及IPv6 虛擬專用網(wǎng)絡(luò),利用SDN 架構(gòu)統(tǒng)一視圖管理、靈活路徑調(diào)整、自定義網(wǎng)絡(luò)需求等優(yōu)勢,在高能物理合作單位之間部署SDN 架構(gòu)網(wǎng)絡(luò),并有統(tǒng)一的控制器進(jìn)行管理。當(dāng)前SDN 技術(shù)在設(shè)備端支持已經(jīng)比較廣泛,大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的網(wǎng)絡(luò)交互設(shè)備基本都支持SDN技術(shù),尤其是OpenFlow 協(xié)議,且當(dāng)前虛擬專用網(wǎng)(VPN)技術(shù)也有廣泛的應(yīng)用。目前常用的虛擬專用網(wǎng)技術(shù)有二層的隧道協(xié)議PPTP( Point to Point Tunneling Protocol, 點對點隧道協(xié)議)、L2F( Layer 2 Forwarding, 二層前向轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議)、 L2TP ( Layer 2 Tunneling Protocol, 二層隧道協(xié)議),三層的隧道協(xié)議IPSec(Internet Protocol Security)、GRE(General Routing Encapsulation)以及應(yīng)用層的SSL(SSH,HTTPS)。本文采用三層GRE 隧道技術(shù),利用支持GRE 隧道技術(shù)的SDN 交換機(jī)部署于高能物理合作單位之間,通過GRE 隧道技術(shù)構(gòu)建高能物理合作單位之間IPv4 及IPv6 虛擬專用網(wǎng)絡(luò),如圖2 所示。通過IPv4overIPv6 技術(shù)充分利用IPv6 鏈路資源解析基于IPv4 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的IPv4 實驗數(shù)據(jù),充分利用高能物理合作單位之間IPv4 及IPv6 鏈路資源。

        為了更好地說明本方案建立的面向高能物理數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用網(wǎng)絡(luò),本文在高能物理研究所、山東大學(xué)、上海交通大學(xué)以及華中師范大學(xué)部署支持GRE 協(xié)議的SDN 交換機(jī),任意兩點之間分別建立IPv4 GRE 隧道及IPv6 GRE 隧道,如圖3 所示,每一點都有6 條路徑與其他三點相連,因此本方案所建立的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)是一個Full-Mesh 的網(wǎng)絡(luò)。在n 個站點的IPv4 及IPv6 融合的Full-Mesh網(wǎng)絡(luò)中,任意兩點經(jīng)過k 個節(jié)點的路徑條數(shù)其實是一個從n-2 個元素中取k 個點的排列問題,路徑條數(shù)為又因每段路徑上都IPv4 網(wǎng)絡(luò)及IPv6 網(wǎng)絡(luò),故n 個節(jié)點中任意兩點經(jīng)過k 個點的路徑條數(shù)為故得到n 個節(jié)點的Full-Mesh 網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點a 到任意一個節(jié)點b 的全部路徑的計算公式為:

        圖3 虛擬專用網(wǎng)架構(gòu) Fig.3 Virtual private network architecture

        對于Full-Mesh 的網(wǎng)絡(luò),隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目的增加,網(wǎng)絡(luò)中的路徑將以指數(shù)倍數(shù)增加,全網(wǎng)路徑的計算和管理對控制器來說有一定的壓力,但在實際環(huán)境中很難做到對全網(wǎng)做到Full-Mesh 的連接,通常情況是對關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行Full-Mesh 連接,面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境的鏈路連接核心在高能物理研究所,其實際節(jié)點數(shù)也是有限的,所以本文的方案在這樣的場景下是適合的。

        2.2 基于SDN 的路徑優(yōu)化技術(shù)

        SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))因其實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離,實現(xiàn)邏輯上的集中控制和開放 API 的協(xié)作,在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)性、開放性、透明性等方面有巨大優(yōu)勢,能夠為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)建立全局統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視圖,方便目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)全局的網(wǎng)絡(luò)策略管理以及靈活的路徑調(diào)整等。本文面向高能物理合作單位之間的高能物理實驗數(shù)據(jù)的傳輸性能,在基于SDN 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建高能物理合作單位之間的虛擬專用網(wǎng),通過SDN 控制器對整個虛擬專用網(wǎng)絡(luò)路徑及路徑性能狀態(tài)的管理,并下發(fā)相應(yīng)的路由流來完成對高能物理合作單位之間路徑的切換過程。本文假定合作單位之間每個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備不對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能做限制的情況下,理論上任意相鄰的兩段路徑網(wǎng)絡(luò)性能較好,其路徑疊加以后,網(wǎng)絡(luò)性能也會較好。本文的方法基于此理論,利用部署在高能物理合作單位之間的網(wǎng)絡(luò)測量探針測量的丟包、延遲及可用帶寬等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù),然后利用提出的路徑選擇算法來計算當(dāng)前高能物理合作單位之間的最優(yōu)路徑,并由控制器下發(fā)相應(yīng)的路由流信息,完成高能物理數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚汕袚Q。本文的路徑選擇算法是利用對網(wǎng)絡(luò)測量參數(shù)丟包率、延遲及可用帶寬的加權(quán)值來計算,值得注意的是加權(quán)參數(shù)值為一個可以配置的數(shù)值,可通過配置界面來由網(wǎng)絡(luò)管理人員修改和配置。

        本文的路徑選擇算法如下:

        (1)定義兩點間可用帶寬為ab(available bandwidth),延遲為rtt(round trip time),丟包率為plr(packet loss rate);

        (2)計算出兩點之間可用帶寬的成本值cost(ab),通過對測量的可用帶寬數(shù)據(jù)按從大到小的順序排列,其排序值為當(dāng)前鏈路可用帶寬的成本值,記作:例如site A 到site B 的可用帶寬為(3)計算出兩點之間延遲的成本值cost(rtt),通過對測量的延遲數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列,其排序值為當(dāng)前鏈路延遲的成本值,記作

        (4)計算出兩點之間丟包率的成本值cost(plr),通過對測量的丟包率數(shù)據(jù)按從小到大的順序排列,其排序值為當(dāng)前鏈路丟包率的成本值,記作

        (5)計算兩點之間路徑的最終成本值cost,cost為可用帶寬、延遲及丟包率的加權(quán)值,記作:例如site A 到site B 的路徑得分為:

        (6)最后對兩點之間可能的所有鏈路的最終成本值進(jìn)行排序,選擇得分最低的為當(dāng)前最優(yōu)路徑。

        為了更好的說明本文提出的算法,如下圖4 所示,三點site A(記作A)、site B(記作B)、site C(記作C)之間路徑選擇為例,A 到B 之間的路徑有六條,即A->B(IPv4 路 徑)、A->B(IPv6 路 徑)、A->C->B(純IPv4 路徑)、A->C->B(純IPv6 路徑)、A->C->B(先IPv4 后IPv6 路 徑) 和A->C->B( 先IPv6 后IPv4路徑)。其中A->C->B 的成本值為:

        圖4 路徑選擇示意圖Fig.4 Path selection diagram

        3 測試結(jié)果

        為了說明本方案提出的面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測與優(yōu)化技術(shù),分別對中國科學(xué)院高能物理研究所(IHEP)、上海交通大學(xué)(SJTU)和山東大學(xué)(SDU)的IPv4 及IPv6 網(wǎng)絡(luò)性能測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。其中表 1 為高能物理研究所、上海交通大學(xué)以及山東大學(xué)之間的IPv4 及IPv6 可用帶寬測試結(jié)果,并對IPv4 及IPv6 可用帶寬進(jìn)行排序,計算出的值;表 2 為高能物理研究所、上海交通大學(xué)以及山東大學(xué)之間的IPv4 及IPv6延遲測試結(jié)果,并對IPv4 及IPv6 延遲進(jìn)行排序,計算出的值;表 3 為高能物理研究所、上海交通大學(xué)以及山東大學(xué)之間的IPv4及IPv6 丟包率測試結(jié)果,并對IPv4 及IPv6 丟包率進(jìn)行排序,計算出的值。需要說明的是由于廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能是隨時段動態(tài)變化,因此對廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的測試也只是在一段時間內(nèi)反映廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的性能。本文中表 1、表 2、表 3 給出的數(shù)據(jù)是在同一時段進(jìn)行測試的結(jié)果,并取 10 次測試結(jié)果的平均值,這樣能很好地降低測試結(jié)果的誤差,比較真實地反映測試時間段廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能;同時表 1、表 2、表3 給出數(shù)據(jù)的目的是對比 IPv4、IPv6 以及本文提出網(wǎng)絡(luò)方案的性能,因此在同一時段做的測試數(shù)據(jù)完全能夠?qū)Ρ疚姆桨妇W(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行評估和說明,因此本文給出某一時段的測試數(shù)據(jù)對本方案的評測是有效的且有意義的。

        表1 IHEP、SJTU、SDU 之間可用帶寬測量結(jié)果(Mb.s-1)Table 1 the measurement result of Available bandwidth between IHEP, SJTU and SDU (Mb.s-1)

        表2 IHEP、SJTU、SDU 之間延遲測試結(jié)果(ms)Table 2 The measurement result of latency between IHEP, SJTU and SDU(ms)

        表3 IHEP、SJTU、SDU 直接丟包率測試結(jié)果(10-5)Table 3 The measurement result of packet loss rate between IHEP, SJTU and SDU (10-5)

        基于對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)場景的不同,所關(guān)注網(wǎng)絡(luò)性參數(shù)也不同的原則,本文面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境中高能物理實驗數(shù)據(jù)的共享需求,在對網(wǎng)絡(luò)性能方面比較關(guān)注,較多關(guān)注丟包及可用帶寬,因此丟包率及可用帶寬的權(quán)值會大一些,在及的前提下,只能取0.1 或別為可用帶寬、延遲及丟包率的權(quán)值,并取保留一位小數(shù))。由于網(wǎng)絡(luò)延遲測量結(jié)果較恒定且高能物理合作單位之間網(wǎng)絡(luò)延遲差別并不大,因此本文選擇同理本文更關(guān)注可用帶寬來提升面向高能物理合作單位之間網(wǎng)絡(luò)傳輸性能,因此本文取

        表4 為以高能物理研究所到山東大學(xué)為例,基于本文提出的方法按照路徑cost值疊加原理得到高能物理研究所到山東大學(xué)所有路徑的cost值,其中cost1的為可用帶寬的權(quán)值為延遲的權(quán)值為丟包率的權(quán)值為的計算結(jié)果為可用帶寬的權(quán)值為延遲的權(quán)值為丟包率的權(quán)值為的計算結(jié)果;cost3為可用帶寬的權(quán)值為延遲的權(quán)值為丟包率的權(quán)值為的計算結(jié)果。從計算結(jié)果來看,任意兩點之間的IPv6 路徑基本好于IPv4 路徑?;趯ost1、cost2、cost3的結(jié)果對比,算法的結(jié)果都顯示高能物理研究所到山東大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)路徑為高能所到山東大學(xué)的IPv6 鏈路,其次為高能所到山東大學(xué)的IPv4 鏈路。而且在算法結(jié)果中,高能所到山東大學(xué)途徑上海交通大學(xué)的鏈路中,純IPv6 鏈路要好于混合鏈路以及純IPv4 鏈路,另外混合鏈路,不論是先IPv4 后IPv6 還是先IPv6 后IPv4 都好于純IPv4鏈路。實際環(huán)境中也是IPv6 鏈路的網(wǎng)絡(luò)性能好于IPv4 鏈路,本文的實驗結(jié)果表明本項目提出的基于權(quán)值的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)優(yōu)化的最優(yōu)路徑選擇算法與實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境想接近,能夠選擇高能物理網(wǎng)格環(huán)境中任意兩點的最優(yōu)路徑,從而提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

        表4 IHEP 到SDU 所有路徑cost 值Table 4 Cost value of all paths from IHEP to SDU

        4 結(jié)束語

        隨著國家級大科學(xué)工程項目的不斷增多,尤其以高能物理為代表的大科學(xué)工程海量實驗數(shù)據(jù)的跨地域傳輸及共享,對現(xiàn)有IPv4 為主的科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)鏈路資源造成極大的挑戰(zhàn)。如何協(xié)同已有的IPv4 及IPv6 鏈路資源來服務(wù)于科研數(shù)據(jù)的共享是一個值得思考的問題。本文面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境提出一種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測及優(yōu)化的方案,基于對高能物理網(wǎng)格環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測數(shù)據(jù),優(yōu)化高能物理數(shù)據(jù)傳輸路徑的選擇,提升面向高能物理網(wǎng)格環(huán)境的高能物理實驗數(shù)據(jù)的傳輸效率,本文的方法也具有普適性,可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域。在與基于數(shù)據(jù)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)以及基于協(xié)議優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)相比,本文提出的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)的優(yōu)勢是不需要設(shè)備特殊功能支持(如數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)去重等),不需要對傳輸協(xié)議及傳輸系統(tǒng)做修改。本文的另一個重要工作是基于SDN 技術(shù)架構(gòu),提出了一種網(wǎng)絡(luò)路徑優(yōu)化及選擇算法,本文的算法是基于節(jié)點間交換設(shè)備不做任何轉(zhuǎn)發(fā)限制的前提下,基于本文提出的權(quán)值的路徑疊加優(yōu)化算法在一定程度上提升了路徑的傳輸效率,后續(xù)還將對基于流的網(wǎng)絡(luò)性能測量以及對路徑選擇算法進(jìn)行非線性優(yōu)化來獲取更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能測量結(jié)果及路徑優(yōu)化與選擇方案。

        誠然,在當(dāng)前國內(nèi)高能物理網(wǎng)格環(huán)境中,本文實現(xiàn)對IPv4 和IPv6 網(wǎng)絡(luò)鏈路測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享路徑的選擇和優(yōu)化,但如何開展基于IPv4 及IPv6 路徑并行數(shù)據(jù)共享是本文下一步工作內(nèi)容,屆時還需要添加更多的節(jié)點及優(yōu)化本文的路徑選擇及優(yōu)化算法來實現(xiàn)高能物理網(wǎng)格環(huán)境中任意節(jié)點之間的高可靠、高效率高能物理科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的傳輸。

        利益沖突聲明

        所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。

        猜你喜歡
        高能物理包率鏈路
        國家高能物理科學(xué)數(shù)據(jù)安全保障體系
        基于智能機(jī)器學(xué)習(xí)的高能物理技術(shù)研究
        科技資訊(2024年24期)2024-02-09 00:00:00
        家紡“全鏈路”升級
        盛宴已經(jīng)結(jié)束
        支持向量機(jī)的船舶網(wǎng)絡(luò)丟包率預(yù)測數(shù)學(xué)模型
        一種基于噴泉碼的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)包算法*
        天空地一體化網(wǎng)絡(luò)多中繼鏈路自適應(yīng)調(diào)度技術(shù)
        移動通信(2021年5期)2021-10-25 11:41:48
        一種新的VANET網(wǎng)絡(luò)鏈路丟包率估計算法
        TCN 協(xié)議分析裝置丟包率研究
        基于3G的VPDN技術(shù)在高速公路備份鏈路中的應(yīng)用
        亚洲老熟妇愉情magnet| 国产精品国产自产拍高清| 亚洲av一二三四五区在线| 国产人妖视频一区二区| 自拍偷拍 视频一区二区| 久久99国产精品久久99果冻传媒| 欧美与黑人午夜性猛交久久久| 91在线精品老司机免费播放| 国产哟交泬泬视频在线播放| 亚洲成AV人片在一线观看| 日本国产一区二区在线观看| 亚洲精品国产精品乱码视色| 色狠狠色狠狠综合天天| 风韵多水的老熟妇| 厨房玩丰满人妻hd完整版视频| 国产精品18久久久久久首页| 国产精品亚洲精品日韩动图| 久久想要爱蜜臀av一区二区三区 | 久久成人国产精品免费软件| 真实国产乱啪福利露脸| 国产V日韩V亚洲欧美久久| 欧美xxxxx精品| 日本一区二区在线播放| 一本一道久久综合久久| 粗大的内捧猛烈进出少妇 | 丝袜人妻无码中文字幕综合网 | 久久综合五月天啪网亚洲精品| 国产又猛又黄又爽| 国产熟人av一二三区| 亚洲精品国产品国语在线app | 国产蜜桃传媒在线观看| а天堂中文地址在线| 欧美牲交a欧美牲交aⅴ免费真| 久久人人爽天天玩人人妻精品| 亚洲电影一区二区| 黄色中文字幕视频网站| 亚洲人成在线播放网站| 四虎影视永久在线观看| 亚洲一区二区三区国产精华液| 久久久久无码中文字幕| 亚洲一二三四区免费视频|