基于Openflow解决TCPincast问题的流控机制研究徐建华，张东旭，郭宏翔**5101520253035（北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京市100876）摘要：TCPincast，是在多对一的通信模型中，特定的应用场景下，因链路丢包带来的网络性能急剧下降的问题，主要表现为吞吐率远低于链路带宽，导致链路利用率不足。这种应用场景多出现在数据中心中，如分布式存储，MapReduce，和web-search。本课题研究了基于OpenFlow解决TCPincast问题的集中控制机制，并设计出针对流控机制的OpenFlow协议扩展。在SDN网络中，通过集中控制解决TCPincast是一种灵活有效的方案。关键词：通信网络技术；OpenFlow；流控机制；TCPincast中图分类号：TN915.03ResearchtoFlowControlMechanismforTCPincastbasedonOpenFlowXuJianhua,ZhangDongxu,GuoHongxiang(StateKeyLaboratoryofInformationPhotonicsandOpticalCommunications,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876)Abstract:TCPincast,occurredinmanytoonecommunicationmodel,leadstothenetworkperformancesuffersharpcollapseduetothelinkpacketloss.Afterincasthappens,thethroughputofthesharedlinkisfarbelowthelinkbandwidth.TCPincastappearsinsomespecificapplicationscenariosindatacenter,suchasdistributedstorage,MapReduceandweb-search.OurresearchstudiedcentralizedcontrolmechanismforTCPincastbasedonOpenFlowprotocol,anddesignedtheimplementationofOpenFlow.WefoundthatthemechanismisaflexibleandeffectivesolutiontoincastinSDNnetwork.Keywords:Communicationnetworktechnology;OpenFlow;Flowcontrol;TCPincast0引言数据中心中的TCPincast问题带来的影响逐渐增大，吸引了越来越多业界人士的关注。在多对一的通信模型中，TCPincast带来的问题是链路利用率远低于链路带宽。到目前为止，灵活并且有效的解决方案有待提出。数据中心中，很多应用数据分布式存储到不同的服务器中。当一个客户端发送数据请求，经过中间处理，所有包含请求数据的服务器都会同步向该客户端发送数据。这些链接会经过同一个交换机并利用同一条到达客户端的链路，称为瓶颈链路。多条链接竞争同一交换机的出口缓冲区容易导致缓冲区溢出，产生丢包。在分布式的应用场景下，如MapReduce[1]，集群存储，网页搜索等，只有当所有链接都完成数据传送以后，客户端才会发送下一个请求。图1是TCPincast场景下抽象出的多对一的通信模型，其中一个数据块分为若干个数据请求单元（SRU）存放在不同的服务器中，每个SRU都有特定的标识以区分其他SRU[2]。作者简介：徐建华(1990-)，男，硕士研究生，主要研究方向为基于OpenFlow的光互联数据中心中的跨层调度机制通信联系人：郭宏翔（1978-），男，副教授，主要研究方向为光交换与光互联网络、传感器网络.hxguo@bupt.edu.cn-1-数据块12服务器4034数据请求单元（SRU）图1交换机TCPincast“多对一“通信模型客户端一旦其中一条TCP连接发生了丢包需要重传，其余所有链接将处于空闲状态并等待重传完成。在等待重传的这段时间里，瓶颈链路的利用率远远低于链路本身的带宽，同时使得网络的吞吐量剧烈下降。在相同的网络环境下，随着并发服务器数量的增加，TCPincast与45发送数据块的大小有关系。数据块越大，incast发生得越早。图2展示了随着并发服务器数量增加，TCPincast发生前后的吞吐率变化[3]。图2TCPincast对网络吞吐率的影响超低的吞吐率不仅使得网络性能极低，而且让应用层分布式技术的优点无法凸显，数据50传送效率低。到目前为止，研究者已经提出了若干针对数据中心中TCPincast问题的解决方案，而且证明了对该问题有改善作用。如QCN[4]，DCTCP[5]，ICTCP等，同时也提出了改进型的拥塞控制算法来避免TCP超时[6]。这些存在的解决方案大致可以分为三类，5560应用层级的解决方案，如限制同步发送的服务器数量，调节发送端数据的发送速率。这类方案的缺点是应用层并不知道网络的状态信息，无法降低丢包率。TCP层级的解决方案，如减小TCP的RTOmin值，修改并增强TCP协议以及优化TCP拥塞控制算法，...