以額度控制為基礎之雲端交換機封包錯序研究及其改善方法

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姓名

孫崇誠(Tsung-cheng Sun) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系在職專班

論文名稱

以額度控制為基礎之雲端交換機封包錯序研究及其改善方法
(Switch of cloud computing based on the credit of control packet out of sequence and its improvements)

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摘要(中)

雲端運算(Cloud Computing)是描述一種基於網際網路(Internet)的服務，雲端運算不是一種新技術，而是一種虛擬概念的代表，其目的在動態調整資源配置以減少建置成本、提高資源使用率及服務效能、並提供更強的系統備援系統管理自動化等。雲端運算其實就是指網路運算與網路存儲存的概念，其本質承襲自分散式運算(Distributed Computing)。如我們使用的Google的服務，就不會僅是一個超級電腦，而是由一大群電腦所組成的雲端運算，提供所有的服務。雲端運算不是只有分散式運算，還包括大量資料的儲存、備份、與存取。
近年來，在雲端資料存取網路(Storage Area Network, SAN)中，TCP協定特性的關係，被發現其產生的Incast現象影響雲端資料處理效能甚鉅，已有一些文獻提出解決方案。其中Hashed Credits Fair方法提出透過credit與高低優先權佇列方式以平衡各資料流的傳輸量來解決Incast問題。本研究發現其方式有可能造成封包錯序的問題，因此本論文除探入討論其錯序現象外，也提出解決方案，除此之外，並從實驗模擬中觀察到所提方法在高低優先權佇列的使用也比既有方法更為平均。

摘要(英)

Cloud computing, which is not a new technology, a kind of internet services. Basically, it is a concept of virtual concept to flexibly reconfig the network respources to decrease installation cost, increase resource utilization and service performance, data backup and automatic management. Cloud computing is naturally a distributed processing concept and it includes computing and storage management. The virtualization makes the Recently, it was found that, due to the TCP protocol characteristics, the existence of incast issue in the storage area network greatly affects the processing performance of the cloud computing. There are several researches proposed to deal with this issue. Among them, the hashed credits fair (HCF) scheme applies the concept of credit and high/low priority queues to balance the data flows so as to resolve the incast problem. However, we found that the HCF scheme may introduce the out of sequence (OOS) problem. In this thesis, we study and analyze the OOS issue in HCF and propose a scheme to solve it. In addition, we also investigate the queuing behaviors through exhaustive simulations and find that the proposed scheme shows more balance in utilizing the high and low priotity queues.

關鍵字(中)

★ 雲端運算
★ 額度控制
★ 封包錯序
★ 交換機
★ 分散式運算
★ 網路效能

關鍵字(英)

★ Distributed Computing
★ Switch
★ out of sequence
★ HCF
★ Hashed Credits Fair
★ Cloud Computing
★ Congestion Notification
★ Incast

論文目次

中文摘要 i
ABSTRACT ii
致謝辭 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
一、緒論 1
1.1. 研究動機 1
1.2. 研究目的 2
1.3. 研究方法 2
1.4. 研究範圍 3
1.5. 章節安排 3
二、簡介雲端運算 4
2.1. 儲存設備 4
2.2. 網路 7
2.3. 雲端的由來 9
2.4. 雲端運算的特性 9
2.5. 雲端網路 10
三、雲端運算因TCP連線造成網路的效能降低Incast 12
3.1. Incast 的原由 12
3.2. Incast 簡介 12
3.3. Incast與雲端的關係 13
3.4. 檔案在叢集伺服器檔案系統儲存與讀取 14
3.5. Incast發生在叢集伺服器的儲存系統 16
3.6. 由TCP看Incast的發生的原因 18
3.6.1 TCP 概述 18
3.6.2 由接收端看掉包的傳輸效率的影響 19
3.7. 現有改善Incast的方法 21
3.8. 網路避免壅塞 23
3.8.1 802.3x避免網路壅塞通訊協定 23
3.8.2 IEEE 802.1Qau Congestion Notification (CN) 25
3.8.3 Hashed Credits Fair (HCF)簡介 29
3.8.4 HCF演算法 30
3.9. HCF演算法在HQ與LQ產生out of sequence的討論 33
3.9.1 傳送演算法(Packet Departure)造成封包順序錯亂(Out of sequence) 34
3.9.2 封包順序錯亂OOS，在LQ加入旗標來改善 37
四、在Low priority Queue(LQ)加TAG來改善out of sequence (OOS) 40
4.1. 在雲端網路需要改善Incast與封包順序錯亂的原因 40
4.2. Server的數量對OOS的影響: 41
4.3. 在機率總和相等的情況下Server數量對OOS的影響: 43
4.4. 不均勻分佈對OOS的影響 44
4.5. 不均勻與均勻分佈的速率對OOS影響的實驗 45
4.6. 證明TAG能有效改善OOS的問題 48
4.6.1 比較HCF [16]的Priority Queue的程序 48
4.6.2 證明 48
4.7. Credit對OOS與Buffer的影響 51
4.8. Credit對OOS與Buffer的影響在不均勻分佈下 53
4.9. 固定Credit觀察Server與Buffer的關係 59
4.10. 在LQ加TAG的方法來改善以上OOS的影響 62
五、結論 63
5.1. TAG改善OOS的討論 63
5.2. 使用Credit的限制 63
5.3. 未來研究方向 64
六、參考文獻 65

參考文獻

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[19] The Data Center Bridging (DCB) Task Group (TG) is a part of the IEEE 802.1 Working Group. http://www.ieee802.org/1/pages/dcbridges.html
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[23] IEEE P802.3ba 40Gb/s and 100Gb/s Ethernet Task Force. official web site. IEEE. June 19, 2010. Retrieved June 24, 2011.

指導教授

陳彥文(Yan-wen Chen)

審核日期

2012-7-24

推文