基于SDN的广域大规模数据传输控制机制的研究与实现

摘要

随着云计算、物联网等技术的兴起与普及，互联网中的数据规模不断增大，越来越多的企业和科研机构建立起自己的数据中心用于开展大数据应用，因此存在着大量跨数据中心进行端到端长距离大规模数据传输的需求。然而，当前跨数据中心进行端到端长距离大规模数据传输大都采用TCP协议或者UDP协议，在跨数据中心进行长距离大规模数据传输时，基于TCP的传输方式存在发送窗口远小于链路容量，传输效率低、不能及时感知网络拥塞，流量控制不及时、不准确的问题，而基于UDP的传输方式则存在传输可靠性差的问题。因此，本文针对现有传输协议中存在的问题，在不改动上层应用的情况下，通过基于SDN的广域大规模数据传输控制机制加速广域大规模数据的传输，主要工作包括以下几个方面： （1）分析现有传输协议在广域链路上存在的问题，将会话管理引入到传输控制机制中，建立基于会话管理的端到端传输控制模型。通过该模型可以将TCP连接进行分段，在域内使用TCP连接，在域间使用基于UDP的可靠传输机制，并且为研究基于SDN的端到端流量控制机制提供基础。 （2）针对TCP协议在数据中心互联网络的条件下存在发送窗口远小于链路容量，传输效率低以及UDP协议可靠性差的问题，本文结合TCP和UDP的优势，提出基于UDP的可靠传输机制。该机制在UDP的基础上，增加可靠性保证，发挥UDP传输速率快的优势，同时该机制在数据中心互联网络的条件下，将TCP协议中应答机制和重传机制做了针对性的改进，能够实现在数据中心间可靠、高效地传输大规模数据。 （3）针对现有传输控制机制不能及时感知网络拥塞，流量控制不及时、不准确的问题，以及会话管理和基于UDP的可靠传输机制会给网络增加冗余报文，加剧网络拥塞，本文提出基于SDN的端到端流量控制机制，通过对边界交换机进行扩展，可以准确找到瓶颈链路，并根据瓶颈链路容量对发送方进行及时、准确的流量控制，保证发送数据量与瓶颈链路的链路容量匹配，避免网络拥塞。 综上所述，本文对传输协议中存在的问题进行了深入的研究，将会话管理引入到传输控制机制中，建立基于会话管理的端到端传输控制模型，进而分别提出基于UDP的可靠传输机制和基于SDN的端到端流量控制机制，设计相应的仿真实验并实现原型系统，验证本文研究成果的可行性与有效性。

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