基于切片的数据中心网络带宽分配机制

In datacenter networks, flows can have different performance objectives. We use a slice to denote all flows of an application that share the same objective. Bandwidth allocation in datacenters should support not only performance isolation among slices but also objective-oriented scheduling among flows within the same slice. This project studies the Multi-App-Multi-Objective (MA-MO) bandwidth allocation problem. To our best knowledge, no existing practical work support performance isolation and objective scheduling simultaneously. We propose to completely take over the congestion control function from the transport layer. This taking over mechanism is transparent to the upper transport protocols and applications. The successful implementation of this project will provide, for next-generation data center network, the critical bandwidth management technology: fine grained and scalable multi-app-multi-objective bandwidth allocation mechanism. This project is of great practical value and theoretical significance.

私有云数据中心中的数据流来自于不同应用。属于同一个应用的数据流也会拥有不同的性能优化指标。本项目面向拥有多应用多目标的数据中心网络，研究基于切片的带宽分配机制。以切片作为网络资源分配的基本对象，该机制需要同时支持切片间的性能隔离和切片内的目标优化。现有数据中心网络带宽分配研究大多聚焦于目标优化。这些机制互相之间会产生巨大的干扰，甚至根本无法共存。而性能隔离相关的研究工作都无法进行单个流级别的带宽分配，无法支持目标优化。本项目第一次系统性的考虑了如何同时支持性能隔离和目标优化两个层级的带宽分配。项目的基本思路是通过对传输层协议拥塞控制的彻底接管来同时实现切片间与切片内的带宽分配，并对操作系统和应用实现了非侵入式的透明控制。本项目的成功实施将为新一代数据中心网络带宽管理提供一个关键技术：细粒度和大规模可扩展的支持多应用多目标的带宽分配管理机制。本项目具有巨大的实际工程应用价值和重要的理论意义。

数据中心随着当今互联网产业的发展，作为云计算，互联网搜索等应用的重要部分，一直是计算机网络领域的热门研究方向。而作为数据中心的主要管理环节，数据中心网络近年来也越来越成为一个炙手可热的话题。由于数据中心的共享，多用户特性，一般的数据中心都是提供给多个租户使用的网络资源，同时由于每个租户的需求以及其所购买的资源多少不同，如何合理，公平的在租户间分配数据中心链路的带宽，也成为了一个很重要的问题。而反观目前的相关研究，还没有提出一个较为适合于数据中心实践的租户间带宽分配方案。在本项目中，我们分析了当前的数据中心带宽分配的研究现状，之后介绍了由我们设计并提出的一种新型的分布式数据中心租户间带宽分配的方案，并且进行了代码和算法的实现，开发出了一个基于ns3网络模拟器的网络系统。经过我们的测试，此系统能够胜任一般网络数据中心的租户间带宽分配任务，同时具有分布式计算，跨租户分配等特点，同时能够保证分配的效率，公平性以及正确性。经过试验以及分析，我们所开发的系统可以说是一个对目前数据中心网络发展有意义的工作。