[发明专利]高速网络中基于路由器显式虚拟负载反馈的流量控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流量控制和拥塞控制领域。

背景技术

就目前的现状和未来的发展而言，下一代互联网的骨干带宽必将呈现指数增长的趋势。美国的Internet2和欧盟的下一代互联试验网主干网GEANT(Gigabit European AcademicNetwork)的带宽不断升级，并于2002年完成了5Gbps的高速互联。2004年2月，Internet2的独立高速试验床Abilene的骨干带宽从2.5Gbps全面升级到10Gbps。亚太地区高速网络(APAN，Asia-Pacific Advanced Network)联盟也发起了GTRN(Global Terabit ResearchNetwork)计划，旨在推动骨干的升级和实现全球互联。国内也于2001年成功搭建了主干为2.5Gbps的高速研究试验网NSFCNET，并实现了CERNET(中国教育科研计算机网)、CSNET(计算机科学网)、APAN(亚太地区高速网)和Internet2的互联。由此可见：大规模高速下一代互联网试验环境已经形成。未来几年内，互联网骨干也将全面升级到支持近10Gbps的高速链路，而且很有可能持续增长。目前，已经有越来越多的研究人员开始经常利用这些高速试验网络进行海量数据的传输，代表性的应用有量子物理学、地球观察、生物信息科学、射电天文学等领域中数据密集型的网格计算，Web镜像，以及基于push(推)技术的Web高速缓存更新等应用。

虽然互联网的骨干带宽呈现指数性的增长，但实践中上述海量数据传输业务的用户似乎没有身切感受到网络带宽剧增所带来的好处，于是人们开始怀疑高速网络中传输系统的性能。为澄清事实，加州理工大学的Sylvain Ravot通过试验手段分析和评价了Internet上流行的TCP Reno协议的传输性能。在互联GEANT和Internet2的Wave Triangle试验床上，用iperf持续监测Chicago超级计算中心与CERN(欧洲粒子物理研究所)之间1Gpbs的链路，测量结果表明端到端的有效吞吐量(goodput)的确还达不到400Mbps。之后，美国北卡罗来纳州立大学的Lisong Xu借助NS2仿真平台的分析结果也证实：传统的TCP流量控制协议在高速网络中确实存在效率问题。进一步的细致分析将问题症结锁定在TCP流量控制中加性增加乘性减小(AIMD，Additive Increase Multiplicative Decrease)的调节模式及其相关系数上。为方便论述，我们举例说明：假设高速链路带宽是10Gbps，分组大小为1500btyes，往返时延(RTT，Round Trip Time)为100ms，则到达稳定传输时发送端窗口为83333个分组，同时依据AIMD的窗口调整规则，TCP拥塞避免阶段所经历的时间应该是4167秒，约1.2小时，这意味着丰富的带宽资源在长时间内都无法得到充分利用，AIMD调节机制在高速网络环境中显得适应性不强，有些呆板僵硬。此外，传统的TCP流量控制机制还面临着如下问题：依据TCP窗口大小W与丢包率p之间的约束关系，要使窗口大小稳定在83333个分组，丢包率必须等于2×10^-10，这意味着每5×109个分组中只允许1个分组丢失，也就是在将近1.7小时内只允许发生一个丢失事件，即便是当前误码率最低的光通信技术也很难达到这样的苛刻要求，于是，实践中网络传输系统性能低下便成为必然。究其根本原因，主要是传统的TCP流量控制机制无法适应高速网络环境所致。