Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các giao thức truyền tải cho mạng trung tâm dữ liệu: tổng quan về các vấn đề, giải pháp và thách thức
Tóm tắt
Trong những năm gần đây, các trung tâm dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong học thuật và ngành công nghiệp nhằm hỗ trợ các dịch vụ và ứng dụng đa dạng. So với các mạng IP khác, mạng trung tâm dữ liệu có một số đặc điểm đặc thù như mô hình giao tiếp nhiều-đến-một với băng thông cao, độ trễ thấp, tự động mở rộng, công tắc với bộ đệm nông và kiến trúc cây nhiều gốc. Do những đặc điểm đặc thù này của mạng trung tâm dữ liệu, TCP truyền thống gặp phải sự suy giảm hiệu suất nghiêm trọng. Để cải thiện hiệu suất của TCP trong mạng trung tâm dữ liệu, nhiều giải pháp đã được đề xuất trong những năm gần đây. Bài báo này trình bày một cuộc khảo sát toàn diện về các giải pháp lớp truyền tải hiện có được đề xuất nhằm giảm thiểu các vấn đề của TCP trong mạng trung tâm dữ liệu. Mục tiêu của bài báo này là ba phần: thảo luận về các vấn đề của TCP trong mạng trung tâm dữ liệu; giới thiệu các giải pháp lớp truyền tải khác nhau và cuối cùng là so sánh và thảo luận về những thách thức của các giải pháp hiện có được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất của TCP trong mạng trung tâm dữ liệu.
Từ khóa
#mạng trung tâm dữ liệu #giao thức truyền tải #TCP #băng thông #độ trễTài liệu tham khảo
Chen, K., Chengchen, H., Zhang, X., Zheng, K., Chen, Y., Vasilakos, A.V.: Survey on routing in data centers: insights and future directions. IEEE Netw. 25(4), 6–10 (2011)
Hua, Y., Xue, L., Jiang, H.: ANTELOPE: a semantic-aware data cube scheme for cloud data center networks. IEEE Trans. Comput. 63(9), 2146–2159 (2014)
Kato, M.: Improving Transmission Performance with One-Sided Datacenter TCP. M.S. Thesis, Keio University (2014). http://eggert.org/students/kato-thesis.pdf
Wang, L., Zhang, F., Vasilakos, A.V., Hou, C., Liu, Z.: Joint virtual machine assignment and traffic engineering for green data center networks. SIGMETRICS Perform. Eval. Rev. 41(3), 107–112 (2014)
Zhang, Y., Ansari, N.: On architecture design, congestion notification, TCP Incast and power consumption in data centers. IEEE Commun. Surv. Tutor. 15(1), 39–64 (2013)
Yu, Y.-J., Chuang, C.-C., Lin, H.-P., Pang, A.-C.: Efficient multicast delivery for wireless data center networks. In: 2013 IEEE 38th Conference on Local Computer Networks (LCN), pp. 228–235, 21–24 Oct 2013
Li, D., Wu, J.: On the design and analysis of data center network architectures for interconnecting dual-port servers. In: INFOCOM, 2014 Proceedings IEEE, pp. 1851–1859, 27 April–2 May 2014
Ilyadis, N.: The evolution of next-generation data center networks for high capacity computing. In: 2012 Symposium on VLSI Circuits (VLSIC), pp. 1–5, 13–15 June 2012
Kachris, C., Tomkos, I.: A survey on optical interconnects for data centers. IEEE Commun. Surv. Tutor. 14(4), 1021–1036 (2012)
Li, D., Mingwei, X., Liu, Y., Xie, X., Cui, Y., Wang, J., Chen, G.: Reliable multicast in data center networks. IEEE Trans. Comput. 63(8), 2011–2024 (2014)
Xu, H., Li, B.: RepFlow: minimizing flow completion times with replicated flows in data centers. In: INFOCOM, 2014 Proceedings IEEE, pp. 1581–1589, 27 April–2 May 2014
Zhang, J., Ren, F., Lin, C.: Modeling and understanding TCP incast in data center networks. In: INFOCOM, 2011 Proceedings IEEE, pp. 1377–1385, 10–15 April 2011
Zhang, J., Ren, F., Yue, X., Shu, R., Lin, C.: Sharing bandwidth by allocating switch buffer in data center networks. IEEE J. Sel. Areas Commun. 32(1), 39–51 (2014)
Nagle, D., Serenyi, D., Matthews, A.: The panasas activescale storage cluster: delivering scalable high bandwidth storage. In: Proceedings of the ACM/IEEE Conference on Supercomputing, pp. 53–62 (2004)
Phanishayee, A., Krevat, E., Vasudevan, V., Andersen, D.G., Ganger, G.R., Gibson, G.A., Seshan, S.: Measurement and analysis of TCP throughput collapse in cluster-based storage systems. In: Baker, M., Riedel, E. (eds.) Proceedings of the 6th USENIX Conference on File and Storage Technologies (FAST’08). USENIX Association, Berkeley, CA, USA, Article 12 (2008)
Chen, Y., Griffith, R., Liu, J., Katz, R.H., Joseph, A.D.: Understanding TCP Incast throughput collapse in datacenter networks. In: Proceedings of the 1st ACM Workshop on Research on Enterprise Networking (WREN ’09), pp. 73–82. ACM, New York, NY, USA (2009)
Vasudevan, V., Phanishayee, A., Shah, H., Krevat, E., Andersen, D.G., Ganger, G.R., Gibson, G.A., Mueller, B.: Safe and effective fine-grained TCP retransmissions for datacenter communication. In: Proceedings of the ACM SIGCOMM 2009 Conference on Data Communication (SIGCOMM ’09), pp. 303–314. ACM, New York, NY, USA (2009)
Zhang, J., Ren, F., Tang, L., Lin, C.: Modeling and solving TCP Incast problem in data center networks. IEEE Trans. Parallel Distrib. Syst. 26(2), 478–491 (2015)
Shukla, S., Chan, S., Tam, A.S.-W., Gupta, A., Xu, Y., Chao, H.J.: TCP PLATO: packet labelling to alleviate time-out. IEEE J. Sel. Areas Commun. 32(1), 65–76 (2014)
Zhang, J., Ren, F., Tang, L., Lin, C.: Taming TCP incast throughput collapse in data center networks. In: 2013 21st IEEE International Conference on Network Protocols (ICNP), pp. 1–10, 7–10 Oct 2013
Prakash, P., Dixit, A., Hu, Y.C., Kompella, R.: The TCP outcast problem: exposing unfairness in data center networks. In: Proceedings of the 9th USENIX Conference on Networked Systems Design and Implementation (NSDI’12), pp. 30–30. USENIX Association, Berkeley, CA, USA (2012)
Qin, Y., Shi, Y., Sun, Q., Zhao, L.: Analysis for unfairness of TCP outcast problem in data center networks. In: 2013 25th International on Teletraffic Congress (ITC), pp. 1–4, 10–12 Sept 2013
http://www.cs.cityu.edu.hk/~hxu/dcn.html
Zats, D., Das, T., Mohan, P., Borthakur, D., Katz, R.: DeTail: reducing the flow completion time tail in datacenter networks. In: Proceedings of the ACM SIGCOMM 2012 Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communication (SIGCOMM ’12), pp. 139–150. ACM, New York, NY, USA (2012)
Munir, A., Qazi, I.A., Uzmi, Z.A., Mushtaq, A., Ismail, S.N., Iqbal, M.S., Khan, B.: Minimizing flow completion times in data centers. In: INFOCOM, 2013 Proceedings IEEE, pp. 2157–2165, 14–19 April 2013
https://tools.ietf.org/html/rfc1122
Ming, L., Lukyanenko, A., Tarkoma, S., Yla-Jaaski, A.: MPTCP Incast in data center networks. Commun. China 11(4), 25–37 (2014)
Alizadeh, M., Greenberg, A., Maltz, D.A., Padhye, J., Patel, P., Prabhakar, B., Sengupta, S., Sridharan, M.: Data center TCP (DCTCP). SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 40(4), 63–74 (2010)
Chen, W., Cheng, P., Ren, F., Shu, R., Lin, C.: Ease the queue oscillation: analysis and enhancement of DCTCP. In: 2013 IEEE 33rd International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS), pp. 450–459, 8–11 July 2013
Das, T., Sivalingam, K.M.: TCP improvements for data center networks In: 2013 Fifth International Conference on Communication Systems and Networks (COMSNETS), pp. 1–10, 7–10 Jan 2013
Zhang, J., Wen, J., Wang, J., Zhao, W.: TCP-FITDC: an adaptive approach to TCP Incast avoidance for data center applications. In: 2013 International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC), pp. 1048–1052, 28–31 Jan 2013
Hwang, J., Yoo, J., Choi, N.: Deadline and Incast aware TCP for cloud data center networks. Comput. Netw. 68, 20–34 (2014)
Wang, G., Ren, Y., Dou, K., Li, J.: IDTCP: an effective approach to mitigating the TCP Incast problem in data center networks. Inf. Syst. Front. 16(1), 35–44 (2014)
Fang, S., Foh, C.H., Aung, K.M.M.: Prompt congestion reaction scheme for data center network using multiple congestion points. In: 2012 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 2679–2683, 10–15 June 2012
Haitao, W., Feng, Z., Guo, C., Zhang, Y.: ICTCP: Incast congestion control for TCP in data-center networks. IEEE/ACM Trans. Netw. 21(2), 345–358 (2013)
Hwang, J., Yoo, J., Choi, N.: IA-TCP: a rate based incast-avoidance algorithm for TCP in data center networks. In: 2012 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 1292–1296, 10–15 June 2012
Zheng, F., Huang, Y., Sun, D.: Designing a new TCP based on FAST TCP for datacenter. In: 2014 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 3209–3214, 10–14 June 2014
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ett.1485/abstract
Jiang, C., Li, D., Mingwei, X.: LTTP: an LT-code based transport protocol for many-to-one communication in data centers. IEEE J. Sel. Areas Commun. 32(1), 52–64 (2014)
Stephens, B., Cox, A.L., Singla, A., Carter, J., Dixon, C., Felter, W.: Practical DCB for improved data center networks. In: INFOCOM, 2014 Proceedings IEEE, pp. 1824–1832, 27 April–2 May 2014
Bai, W., Chen, K., Wu, H., Lan, W., Zhao, Y.: PAC: taming TCP Incast congestion using proactive ACK control. In: 2014 IEEE 22nd International Conference on Network Protocols (ICNP), pp. 385–396, 21–24 Oct 2014
Lee, C., Jang, K., Moon, S.: Reviving delay-based TCP for data centers. SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 42(4), 111–112 (2012)
Munir, A., Qazi, I.A., Bin Qaisar, S.: On achieving low latency in data centers. In: 2013 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 3721–3725, 9–13 June 2013
Alizadeh, M., Yang, S., Sharif, M., Katti, S., McKeown, N., Prabhakar, B., Shenker, S.: pFabric: minimal near-optimal datacenter transport. SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 43(4), 435–446 (2013)
Hong, C.-Y., Caesar, M., Godfrey, P.B.: Finishing flows quickly with preemptive scheduling. In: Proceedings of the ACM SIGCOMM 2012 Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communication (SIGCOMM ’12), pp. 127–138. ACM, New York, NY, USA (2012)
Wu, W., Chen, Y., Durairajan, R., Kim, D., Anand, A., Akella, A.: Adaptive data transmission in the cloud. In: 2013 IEEE/ACM 21st International Symposium on Quality of Service (IWQoS), pp. 1–10, 3–4 June 2013
Ding, C., Rojas-Cessa, R.: DAQ: deadline-aware queue scheme for scheduling service flows in data centers. In: 2014 IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 2989–2994, 10–14 June 2014
Vamanan, B., Hasan, J., Vijaykumar, T.N.: Deadline-aware datacenter TCP (D2TCP). In: Proceedings of the ACM SIGCOMM 2012 Conference on Applications, Technologies, Architectures, and Protocols for Computer Communication (SIGCOMM ’12), pp. 115–126. ACM, New York, NY, USA (2012)
Chen, L., Hu, S., Chen, K., Wu, H., Tsang, D.H.K.: Towards minimal-delay deadline-driven data center TCP. In: Proceedings of the Twelfth ACM Workshop on Hot Topics in Networks (HotNets-XII). ACM, New York, NY, USA, Article 21 (2013)
http://queue.acm.org/detail.cfm?id=2208919
Haitao, W., Jiabo, J., Guohan, L., Guo, C., Xiong, Y., Zhang, Y.: Tuning ECN for data center networks. In: Proceedings of the 8th International Conference on Emerging Networking Experiments and Technologies (CoNEXT ’12), pp. 25–36. ACM, New York, NY, USA (2012)
