软件定义数据中心网络中的拥塞控制机制研究

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数据中心网络在日益增长的计算与存储需求下扮演着越来越重要的角色,其网络拓扑以树型结构为主,拥有多路径的特点,交换机缓存资源较小。低延时、高带宽、高容忍的流量需求使数据中心网络传输过程中存在着严重拥塞,而传统的拥塞控制机制无法针对性解决数据中心拥塞问题,无法充分利用网络多路径的优势。SDN以集中式控制和可编程化的优势为解决数据中心网络拥塞问题提供了新的思路,在SDN技术下,控制器能够获得全网实时状态,通过网络状态集中调整TCP拥塞参数、动态调度流量,缓解数据中心网络拥塞。本文研究SDN技术在数据中心网络拥塞问题中的应用,提出了一种适用于主机端可修改场景下的集中式混合拥塞控制架构,传统集中式架构只能控制交换机进行相关操作,该集中式混合架构还能够控制主机端,充分利用主机端的优势进行状态采集和拥塞控制,同时大幅减轻交换机的解析开销;该架构具有预配置流表项,定制和替换不同拥塞控制算法的特点;该架构还为后续拥塞控制算法的设计与仿真提供平台基础。在集中式混合拥塞控制架构体系下,为了缓解交换机拥塞造成的队列累积,设计了一种集中式混合TCP拥塞控制算法。该算法通过交换机实时监测端口队列长度,上报队列拥塞状态,控制器通过上报的不同拥塞状态选定需要调整速率的流,然后对流的源端下发控速指令,源端接收到控速指令后会进行TCP拥塞窗口调整,从而控制发送速率并迅速缓解网络中的拥塞问题。仿真结果显示,该算法能够有效的控制队列长度,降低小流平均完成时间。在集中式混合拥塞控制架构体系下,为了解决数据中心网络中链路负载不均造成的拥塞问题,设计了一种基于重路由的拥塞控制算法。该算法通过主机端进行信息采集和周期性信息上报,再利用控制器筛选拥塞链路并识别出待调度的大流,最后通过重路由算法为流量计算新的路径并更新流表项。该算法可以充分利用数据中心网络多条等价路径的优势动态调度流量,从而减轻拥塞链路的负载。仿真结果显示,该算法能够有效的降低网络中最大链路利用率。
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