数据中心网络分时流调度算法的研究与应用

摘要

随着数据中心技术的不断发展，以及数据中心应用的不断产生，不同数据中心应用对网络提出了不同的性能要求。这导致了许多新的数据中心技术不断被提出。Web应用作为数据中心中的常规应用，经过多年的发展，其变得越来越复杂。渲染一个web页面可能会产生出成百上千的数据中心内部网络流。且这些网络流大小通常都极小，一般为几十KB。为了快速响应用户请求，通常应用对这些网络流具有一定的时延要求。虽然提高数据中心网络带宽能够在一定程度上降低网络的总体时延。但是当带宽提高到一定程度的时候，短数据流的时延将得不到根本的改善。这是由于在数据中心网络这种混合长短数据流的工作环境中，存在着队头阻塞的现象。当短数据流在长数据流之后进入网络时，由于长数据流的数据量远远大于短数据流，这会导致短数据流在交换设备的输出队列中等待长数据流输出完成，从而大大增加了短数据流的流完成时。基于以上观察，本文为了降低网络的延迟，尤其是短数据流的延迟，提出了一种基于优先队列的分时调度算法。对于网络中时延敏感的短数据流，我们为其数据包分配高优先级，从而进入高优先级队列中等待输出。而延迟不敏感的长数据流则在低优先级队列中等待输出。当发送数据包时，调度算法优先发送高优先级队列中的数据。为了防止长数据流因为短数据流的到达率过高而被“饿死”，分时调度算法在发现低优先级队列长时间未被调度的时候，会为其分配一定的时间片来发送数据。
　　本文的主要贡献为提出了一种优先队列分时调度算法以减小网络流的时延，尤其是短数据流的时延。这是一种基于QOS技术的输出队列调度算法。它能明显改善数据中心网络的实时性能，从而为数据中心中的Web应用提供更好的网络服务。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究现状

1．2．1 数据中心网络传输协议

1．2．2 数据中心网络路由协议

1．3 本文的主要工作

1．4 论文的组织结构

1．5 本章小结

2 相关技术基础

2．1 SDN技术概述

2．1．1 SDN起源

2．1．2 SDN结构简介

2．2 OpenFlow协议简介

2．2．1 OpenFlow网络架构

2．2．2 OpenFlow控制器

2．2．3 OpenFlow交换机

2．2．4 OpenFlow交换机的处理细节

2．3 OpenFlow的开源实现(OpenvSwitch)

2．3．1 OpenvSwitch架构及组件

2．3．2 OpenvSwitch的实现细节

2．3．3 OpenvSwitch的工作流程

2．3．4 OpenvSwitch的QOS功能详解

2．4 SDN控制器的开源实现(POX)

2．5 本章小结

3 分时调度算法的设计与实现

3．1 数据中心网络存在的问题

3．2 网络流动态选路模块

3．1．1 问题分析与设计

3．1．2 端口状态统计子模块

3．1．3 动态选路子模块

3．3 交换机输出端口优先队列调度模块

3．3．1 问题分析与设计

3．3．2 网络流状态统计子模块

3．3．3 网络数据包入队子模块

3．3．4 优先队列调度子模块

3．4 本章小结

4 实验评估

4．1 实验方法

4．1．1 网络拓扑

4．1．2 算法实现

4．1．3 Benchmark工作负载

4．2 结果分析

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢