拥塞信息感知的负载均衡机制设计与实现

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多路径是现代IP网络的一个基本特征。基于多路径的负载均衡机制能有效地提升网络传输性能。经典的负载均衡机制ECMP易产生哈希冲突,从而导致长流吞吐量下降和短流时延增加等问题。近年来大量研究关注并提出新的负载均衡机制。其主要研究维度有:调度粒度、决策信息、调度机制和调度节点四个方面。  本文提出了一种同时适用于广域网和数据中心网络的负载均衡机制,其基于拥塞信息分布式反馈机理设计,具有良好的通用性和高效性。本文的主要工作和贡献包括:  1)分析真实网络链路拥塞特征,为负载均衡算法的参数设定提供参考依据。本文对广域网和数据中心网络中的链路真实流量进行了分析,发现90%的数据流内包间隔时间小于10ms等统计特征。  2)设计一种拥塞信息感知的负载均衡机制DCA。该机制通过转发节点主动反馈方式,周期性地传播网络链路拥塞信息。转发节点通过DCA算法将拥塞信息综合计算后,以Flowlet为调度粒度做出决策。  3)实现负载均衡机制DCA,并进行仿真实验验证及性能评估。本文选用Mininet仿真平台搭建实验环境,使用P4编程语言模拟实现平台内转发节点。构建不同拓扑,模拟广域网和数据中心网络的多种场景,同时使用不同流量模型进行测试。实验结果表明,DCA相比ECMP具有明显性能提升,特定广域网拓扑下平均流完成时间缩短约34%,在数据中心网络多种拓扑下平均流完成时间缩短22%到70%。
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