软件定义数据中心网络的性能保证与计价研究

摘要

近年来，云计算迅速发展普及。当前遉遡遡道云平台以遖遍的形式向用户出租共享的数据中心资源，并提供了量化可靠的遃遐違、内存、存储等性能指标，然而却未提供数据中心内部网络性能保证。测量结果显示，数据中心网络性能存在巨大波动，且不同遖遍实例、不同云服务商的网络带宽性能差异巨大。由于数据中心存在大量依赖网络性能的分布式应用，这些应用对网络资源竞的争激烈导致其网络性能具有严重的不确定性，无法可靠完成任务；与此同时，由于缺少透明的网络性能指标，网络性的能差异巨大使得用户实际付出的价格与所得到的网络性能不成比例。因此，数据中心网络性能保证与合理定价的问题亟待解决。
　　然而，网络带宽不同于遃遐違、内存等单个节点上的抽象资源，其具有网络连接动态变化、交叉跨链路以及高度复用等特点。因此，解决数据中心网络带宽公平共享与性能保证极具挑战性。为此，本文基于软件定义数据中心网络的框架，从理论、技术与应用三个角度对该问题展开了以下研究：
　　首先，建立并求解数据中心网络带宽最优共享模型。应用過遡遳遨谈判博弈，将数据中心网络共享的公平性与效率作为目标，建立了数据中心网络带宽共享的优化模型。通过求解最优资源分配结果，设计了合作式的带宽分配算法Falloc，解决了遉遡遡道数据中心虚拟机带宽共享公平性与利用率的问题。
　　其次，设计并实现高效数据中心带宽分配技术e遂遁。通过考虑数据中心流量高度动态性所带来的挑战，提出基于显示链路反馈的虚拟机速度控制框架，通过控制论理论与遏遖道实现证明，e遂遁具有稳定平滑、快速收敛、抗干扰的特点，能够很好的适应数据中心动态流量，实现了高效的虚拟机端到端带宽性能保证。
　　最后，提出并应用数据中心带宽性能保证与计价框架道遯遦遴遂遗。通过调研、测量云平台虚拟机的网络性能现状，揭示了遉遡遡道数据中心存在的严重网络带宽波动及性能、价格不一致性。提出基于使用率的虚拟机包调度与带宽定价策略，实现在超额共享情况下的性能保证与计价服务，为云运营商提供了一种量化带宽性能指标、确保性能价格一致性的方案。

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软件定义数据中心网络的性能保证与计价研究

摘 要

Abstract

目 录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与主要贡献

1.4 论文组织结构

2 相关研究工作

2.1 低时延数据中心网络

2.2 数据中心网络应用性能保证

2.3 本章小结

3 基于博弈论的数据中心带宽共享

3.1 研究概述

3.2 基于 Nash 谈判的数据中心网络共享模型

3.3 合作式带宽分配算法 Falloc

3.4 算法性能评测

3.5 本章小结

4 面向数据中心动态网络流量的带宽分配技术

4.1 研究概述

4.2 基于反馈的虚拟机速度控制框架

4.3 速度控制框架性能分析

4.4 系统设计与实现

4.5 性能评测

4.6 本章小结

5 面向 IaaS 数据中心的带宽计价与调度框架

5.1 研究概述

5.2 公有云带宽计价的现状与挑战

5.3 虚拟机带宽满足率模型

5.4 基于 SDN 的计价与带宽调度系统

5.5 性能评测

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结与贡献

6.2 研究展望

致 谢

参考文献

附录 A 主要术语中文英对照表

附录 B 攻读博士学位期间发表的论文

B.1 期刊论文

B.2 会议论文

附录 C 攻读博士学位期间申请的国家发明专利

附录 D 攻读博士学位期间参与的主要科研项目

个人简历