TCP短流在擁塞點(diǎn)上性能研究及其在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用.pdf

1、TCP短流是指始終處在慢啟動(dòng)狀態(tài),傳輸數(shù)據(jù)量在10K字節(jié)左右的TCP流。當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)流量中,有相當(dāng)一部分是HTTP協(xié)議為主的WWW萬維網(wǎng)數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)一個(gè)重要特點(diǎn)是構(gòu)架在TCP協(xié)議之上,同時(shí)一個(gè)TCP連接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少。從已有的對(duì)HTTP數(shù)據(jù)特征的分析中可以看出,絕大部分的HTTP協(xié)議流傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量在20K字節(jié)以內(nèi)。近年來,隨著數(shù)據(jù)中心的興起,TCP短流發(fā)揮的作用也越來越大。研究表明,在目前運(yùn)行著的數(shù)據(jù)中心中,有80％的數(shù)據(jù)流都是TCP

2、短流,其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小于10K字節(jié)。因此,TCP短流的重要性也就越來越突出,有必要對(duì)此做專門的研究。
　　已有對(duì)TCP協(xié)議的研究中,絕大部分針對(duì)承載的數(shù)據(jù)量大,處在穩(wěn)定狀態(tài)的TCP長(zhǎng)流。而對(duì)TCP短流的研究現(xiàn)在可以大致分為兩類,一類以研究TCP短流完成時(shí)間的計(jì)算方法為主。一類以研究調(diào)度協(xié)議,減少短流的隊(duì)列等待時(shí)間為主。針對(duì)TCP短流對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞程度的影響,以及相應(yīng)的TCP短流性能方面的研究還比較缺乏。另一方面,近年來,一些研究指出,

3、可以減少核心路由器的緩沖區(qū),而不會(huì)引起鏈路利用率的明顯下降。這類研究的一個(gè)共同點(diǎn)是認(rèn)為擁塞隊(duì)列由TCP長(zhǎng)流造成,沒有考慮或者忽略了TCP短流對(duì)隊(duì)列的影響。
　　因此,研究TCP短流對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞點(diǎn)擁塞狀態(tài)(即隊(duì)列深度)的貢獻(xiàn),以及在擁塞環(huán)境中TCP短流的性能具有重要的意義。這類研究可以有助于調(diào)度協(xié)議的分析和構(gòu)想,以便減小TCP短流分組的隊(duì)列延時(shí),可以幫助網(wǎng)絡(luò)管理者更好的設(shè)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù),可以用于分析和提高數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)性能等等。

4、>　　TCP短流在擁塞點(diǎn)上的性能是指TCP短流在擁塞點(diǎn)上的隊(duì)列行為特征以及由此對(duì)擁塞隊(duì)列帶來的影響。本文針對(duì)TCP短流的擁塞點(diǎn)行為特性,分析了短流在最優(yōu)情況隊(duì)列深度模型(網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生丟包)和丟包率非0隊(duì)列深度模型下的擁塞點(diǎn)隊(duì)列行為。最后,將分析的結(jié)論應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中。本文的主要工作包括:
　　第一,在現(xiàn)在的隊(duì)列管理機(jī)制下,長(zhǎng)流會(huì)比短流占據(jù)更多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。為了與短流對(duì)擁塞點(diǎn)隊(duì)列的影響做對(duì)比,我們分析了長(zhǎng)流對(duì)擁塞點(diǎn)隊(duì)列深度的影

5、響,發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)流流數(shù)和平均隊(duì)列深度有著線性關(guān)系。
　　第二,在最優(yōu)情況隊(duì)列模型下,對(duì)短流在擁塞點(diǎn)上隊(duì)列行為建模。在分析了各種建模方式后,我們發(fā)現(xiàn)以擁塞窗口為單位建模,利用M/G/1模型,可以很好的描述TCP短流在擁塞點(diǎn)上隊(duì)列行為。通過數(shù)學(xué)分析,我們找到TCP短流對(duì)隊(duì)列深度影響的公式。這個(gè)公式指出,在最優(yōu)模型下,短流所造成的平均隊(duì)列深度與鏈路負(fù)載,短流發(fā)送的數(shù)據(jù)量有著確定的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　第三,分析了短流在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生丟包時(shí)的隊(duì)列行為

6、。我們發(fā)現(xiàn),短流發(fā)生丟包后,實(shí)際上是將一個(gè)慢啟動(dòng)狀態(tài)分解成了多個(gè)慢啟動(dòng)狀態(tài)。同時(shí),在丟包率較小時(shí),可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載沒有發(fā)生明顯變化。這時(shí),只需將分解后的慢啟動(dòng)狀態(tài)代入最優(yōu)公式,依然可以獲得和最優(yōu)模型相似的數(shù)學(xué)結(jié)論。
　　第四,我們對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)論進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,得到兩個(gè)結(jié)論:一是理論模型和仿真數(shù)據(jù)有較好的相似,同時(shí)分析了誤差原因;二是發(fā)現(xiàn)短流的隊(duì)列行為有著特別的類指數(shù)曲線的趨勢(shì)。
　　第五,在總結(jié)了數(shù)據(jù)中心短流數(shù)據(jù)特征和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?/p>