數(shù)據(jù)中心中的一種可擴(kuò)展和高效的可靠組數(shù)據(jù)傳輸方法.pdf

1、可靠組數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)中心中的一個(gè)重要傳輸模式。在可靠組數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)源需要可靠的把數(shù)據(jù)分發(fā)給一個(gè)接收端的集合?？煽拷M數(shù)據(jù)傳輸被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，如GFS、Amazon EC2和Windows AZure。可靠組數(shù)據(jù)傳輸對(duì)這些數(shù)據(jù)中心中的系統(tǒng)的性能起著至關(guān)重要的作用。
　　 在數(shù)據(jù)中心中，可能同時(shí)存在大量的可靠組數(shù)據(jù)傳輸，而且每個(gè)傳輸組可能包含大量的接收者。這些可靠組數(shù)據(jù)傳輸還為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)貢獻(xiàn)了大量的流量。因此，

2、數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸需要具有可擴(kuò)展性和高帶寬利用率。
　　 現(xiàn)有的方法不適用于在數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行可靠組數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)樗鼈兓蛘卟痪哂锌蓴U(kuò)展性（如可靠IP組播），或者不能高效的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬（如基于終端的覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）。另一方面，現(xiàn)有的方法也沒(méi)有針對(duì)數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不能充分的利用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬。
　　 近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有兩個(gè)明顯的趨勢(shì):1）現(xiàn)代的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如BCube、CamCub

3、e）都為可靠組數(shù)據(jù)傳輸提供了多棵邊不相交的Steiner樹(shù);2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了數(shù)據(jù)包緩存能力，因?yàn)樗鼈兗闪薈PU和內(nèi)存。這些網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)為數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的機(jī)會(huì)。
　　 通過(guò)探索這些數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)所提供的設(shè)計(jì)空間，本文提出Datacast來(lái)解決數(shù)據(jù)中心中的可靠組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題。Datacast是一個(gè)集中式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，它的目標(biāo)是在數(shù)據(jù)中心中提供一個(gè)可擴(kuò)展的和具有高帶寬利用率的可靠組數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)

4、。Datacast包括了下列主要工作:
　　 1.針對(duì)現(xiàn)有的方法不能在較短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出數(shù)據(jù)中心中足夠多的邊不相交的Steiner樹(shù)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)多棵邊不相交的Steiner樹(shù)算法。該算法首先根據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)造多棵邊不相交的生成樹(shù)，再對(duì)其進(jìn)行剪枝，最后使用BFS(Breadth First Search)修復(fù)被網(wǎng)絡(luò)故障破壞的Steiner樹(shù)。該算法具有較低的時(shí)間復(fù)雜度，并且可以在存在網(wǎng)絡(luò)故障的情況下計(jì)算出足

5、夠多的邊不相交的Steiner樹(shù)。
　　 2.為了實(shí)現(xiàn)每一棵Steiner樹(shù)上的高效的可靠組數(shù)據(jù)傳輸，本文提出了一個(gè)單速率組播擁塞控制算法。通過(guò)借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)包緩存能力，Datacast擁塞控制算法首次提出以重復(fù)請(qǐng)求包作為擁塞控制信號(hào)，使用基于速率的AIMD（Additive Increase and Multiplicative Decrease）方法進(jìn)行組播的擁塞控制。Datacast擁塞控制算法有效的同步了接收者，幫助

6、Datacast取得了可擴(kuò)展性和高帶寬利用率。Daacast擁塞控制算法簡(jiǎn)單有效的解決了網(wǎng)絡(luò)中的經(jīng)典的單速率組播擁塞控制問(wèn)題。
　　 3.本文對(duì)Datacast擁塞控制算法進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。本文提出的數(shù)學(xué)模型主要針對(duì)Datacast擁塞控制算法的基本方法AIMD進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)這個(gè)模型的分析，本文提出了兩個(gè)定理，分別描述了Datacast對(duì)緩存的需求和其帶寬利用率。本文發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緩存大小大于一個(gè)很小的閾值（如125KB）時(shí)，Data

7、cast可以在全速率工作，并且發(fā)送的重復(fù)數(shù)據(jù)包很少（如1.19％）。這個(gè)模型從理論上證明了Datacast擁塞控制算法幫助Datacast取得了可擴(kuò)展性和高帶寬利用率。
　　 4.針對(duì)在只有部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存情況下Datacast的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，本文提出了Datacast的增量部署方案。在Datacast增量部署方案中，本文首先提出了一個(gè)具有線(xiàn)性時(shí)間復(fù)雜度的Steiner樹(shù)最大傳輸速率改進(jìn)算法，該算法通過(guò)加入原Steine

8、r樹(shù)的反向邊來(lái)使接收者從對(duì)等結(jié)點(diǎn)中獲取數(shù)據(jù)，有效的提高了Steiner樹(shù)的最大傳輸速率。然后，本文提出用增加輔助緩存結(jié)點(diǎn)的方法來(lái)解決虛假的擁塞控制信號(hào)問(wèn)題。Datacast增量部署方案使Datacast可以在只有部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存能情況下高速的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
　　 5.本文在NS3上實(shí)現(xiàn)了Datacast，并使用ServerSwitch平臺(tái)搭建了Datacast。本文通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Datacast。仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都