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数据中心网络负载均衡中的 带宽碎片问题研究

数据中心网络负载均衡中的 带宽碎片问题研究. 学生：刘宇宸 导师：梁阿磊 日期： 2014.1.7. 内容概要. 研究问题 思路与方法 实验与分析 总结与展望. 研究 问题（ 1 ）. 现有的基于流调度的数据中心网络负载均衡 致力于满足流的带宽需求 [1] 将流量均衡分配到多条路径中 [3] 对带宽资源分配的不合理可能导致存在未分配的带宽资源但无法满足流的带宽分配请求 —— 带宽碎片. 研究问题（ 2 ）. 所有链路容量为 1Gbps 有四条带宽需求为 0.5Gbps 的流 如果再有一条从 E1 到 E5 需求为 0.6Gbps 的 流 ？.

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数据中心网络负载均衡中的 带宽碎片问题研究

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Presentation Transcript

  1. 数据中心网络负载均衡中的带宽碎片问题研究 学生：刘宇宸 导师：梁阿磊 日期：2014.1.7

  2. 内容概要 • 研究问题 • 思路与方法 • 实验与分析 • 总结与展望

  3. 研究问题（1） • 现有的基于流调度的数据中心网络负载均衡 • 致力于满足流的带宽需求[1] • 将流量均衡分配到多条路径中[3] • 对带宽资源分配的不合理可能导致存在未分配的带宽资源但无法满足流的带宽分配请求——带宽碎片

  4. 研究问题（2） • 所有链路容量为1Gbps • 有四条带宽需求为0.5Gbps的流 • 如果再有一条从E1到E5需求为0.6Gbps的流？ C1 C2 A1 A2 A3 A4 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8

  5. 研究问题（3） C1 C2 A1 A2 A3 A4 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8

  6. 思路与方法（1） • 以减少带宽碎片为目的，设计流调度算法 • 类比操作系统动态内存分配算法 • 提出带宽最紧匹配路径分配算法（Ashman-BestFit） • 为某条流分配路径的时候，从所有能满足流的带宽需求的路径中，选择剩余带宽最接近流的带宽需求的路径

  7. 思路与方法（2） • 网络拥塞和带宽碎片的权衡 • 集中带宽碎片可能产生负载不均衡 • 提出概率路径分配算法（Ashman-ProbFit） • 所有能满足流的带宽需求的路径中，剩余容量和流的带宽需求越接近，被分配的概率越大

  8. 思路与方法（3） • 流的结束与资源回收 • 释放长期不使用的流表项 • 采用OpenFlowidle_timeout机制 • 释放为已经结束的流所预留的带宽资源 • 周期性执行流调度算法，对带宽资源进行重新分配 • 流的带宽需求估算 • 估算传输速率只受到NIC限制的情况下，流的自然带宽需求 • 在[1]中的方法基础上进行改进 • 将实际传输速率超过阈值的流纳入待估算流集合

  9. 实验与分析（1） • 基于Mininet仿真器的仿真实验 • 包含16台主机的Fattree拓扑结构，所有链路带宽上限为10Mbps • 运行[2]中的benchmark • 测量吞吐率和带宽利用率 • 与[1]中Hedera-FirstFit算法比较

  10. 实验与分析（2） • Stride(i)吞吐率实验结果

  11. 实验与分析（3） • StaggeredProb(EdgeP, PodP)吞吐率结果

  12. 实验与分析（4） • Random吞吐率实验结果

  13. 实验与分析（5） • 带宽利用率实验结果

  14. 总结与展望（1） • 本论文根据现有的基于流的数据中心网络负载均衡方法 • 提出了带宽碎片问题 • 基于OpenFlow，设计并实现了两种路径分配算法 • 基于Mininet的实验结果表明 • 本课题提出的方法相比传统ECMP和[1]中的方法，能够达到更高的吞吐率和带宽利用率 • 当候选路径数量较多时，概率路径分配算法能够达到更高的性能

  15. 总结与展望（2） • 本课题还存在下列不足 • 对问题缺少形式化描述，对于所使用的方法缺少理论论证 • 受到仿真器本身限制，实验网络环境规模较小，无法验证方法的可扩展性 • 后续工作包括 • 使用其它支持更大规模节点的仿真平台进行实验 • 使用合理的数学模型描述问题，并通过形式化方法论证方法有效性 • 在实现方面，采用多控制器并行处理，提高系统可扩展性

  16. 参考文献 • [1] Al-Fares M, Radhakrishnan S, Raghavan B, et al. Hedera: Dynamic Flow Scheduling for Data Center Networks[C]//NSDI. 2010, 10: 19-19. • [2] Al-Fares M, Loukissas A, Vahdat A. A scalable, commodity data center network architecture[C]//ACM SIGCOMM Computer Communication Review. ACM, 2008, 38(4): 63-74. • [3] MudigondaJ, Yalagandula P, Al-Fares M, et al. SPAIN: COTS Data-Center Ethernet for Multipathing over Arbitrary Topologies[C]//NSDI. 2010: 265-280.

  17. 谢谢

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