数据中心网络中面向虚拟化环境的传输控制机制研究

In data center, transmission control mechanism plays a crucial role in guaranteeing the transfer performance and the user experience. With the increasing popularity of virtualization, however, there has been a great change in the end-to-end transmission mode of data center network. Therefore, the existing data center transmission control mechanisms have to face two severe challenges including: (1) how to deal with the coexistence of different TCP variants in data center; (2) what kind of transmission control protocol can fit the new end-to-end transmission mode. This project aims to propose a series of transmission control mechanisms to adapt the development trend of data center virtualization. For this purpose, our works focus on exploring the switch-based and hypervisor-based methods to help the TCPs in data center friendly coexist with each other. Also we investigate a new data center TCP which can fit better to the virtualization environment by converging fast, handling concurrency, and meeting the delay requirement. Achieving these outcomes can obtain a full set of transmission control mechanisms that friendly and efficiently work in the data center network, thus meeting different application requirements and making a better experience for the user.

传输控制机制对于保障数据中心网络传输性能乃至用户服务体验起着至关重要的作用。然而，随着虚拟化服务在数据中心的不断普及，数据中心网络端到端系统的传输模式发生了巨大的变化。我们前期研究发现，现有数据中心传输控制机制在虚拟化环境下存在两大重要问题亟待解决：（1）如何使各种TCP协议友好共存；（2）如何适应新的端到端传输模式。为此，本项目以研究适用于数据中心虚拟化环境下的传输控制关键技术和方法为目标，研究并提出在网络交换设备和虚拟机管理器上能保证各种TCP协议传输性能的友好共存机制，探索针对新的端到端传输模式的传输控制模型，满足快速收敛、控制并发以及感知应用延时等需求，从而保证应用服务的性能。通过本项目的研究，可望提出一整套能够友好、高效地工作在数据中心虚拟化环境，并满足不同应用需求的数据中心网络传输控制机制，从而为数据中心网络提供更好的传输性能，最终让用户获得更好的服务体验。

随着数据中心应用服务规模、种类以及用户数量的激增，提供高效、友好、公平、可靠的数据中心网络传输成为保障用户良好服务体验的关键。本项目针对数据中心网络虚拟化环境下的应用服务需求和流量特性，探索研究了网络传输在虚拟化服务环境下所需解决的两个重要问题，即如何使各种TCP协议友好共存，以及如何适应新的端到端传输模式。主要研究内容包括：（1）提出了TCP收敛及共存的理论模型，设计了基于端到端和网络交换设备的公平传输机制和异构TCP共存机制，满足了数据中心网络虚拟化环境下的TCP传输友好性、公平性与收敛性需求；（2）设计了主动传输和混合传输控制机制，以满足数据中心网络虚拟化环境下异质流量的超低延时、高吞吐量、大并发和感知应用语义的性能需求；（3）面向多并行路径传输环境，设计了基于可变粒度重路由的负载均衡机制和面向乱序避免及缓解的细粒度负载均衡机制，以兼顾和平衡数据中心网络虚拟化环境下异质流量的传输性能需求。本项目的研究成果有助于提升数据中心网络的整体传输性能与服务质量，也为网络传输控制设计及优化提供了重要的理论和技术支持。