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与所有数据网络一样,连接巨型服务器场中服务器的网络,或大型组织中的服务器和工作站,都容易出现拥塞。当网络流量很大时,数据包可以在网络路由器上备份或完全丢弃。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理与所有数据网络一样,大型专用网络具有用于在拥塞期间管理网络流量的控制算法。但是因为引导服务器场中流量的路由器需要超高速,所以控制算法硬连线到路由器的电路中。这意味着如果有人开发出更好的算法,网络运营商必须等待新一代硬件才能利用它。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和其他五个组织的研究人员希望改变这种状况,路由器可编程但仍能跟上现代数据网络的速度。研究人员在计算机械协会数据通信特别兴趣小组年会上提交的一对论文中概述了他们的系统。
“这项工作表明,你可以实现许多灵活的流量管理目标,同时保留传统路由器的高性能,”富士通麻省理工学院电子工程和计算机科学教授HariBalakrishnan说。“以前,可编程性是可以实现的,但没有人会在生产中使用它,因为它的速度要慢10倍甚至倍。”
“你需要有能力让研究人员和工程师尝试成千上万的想法,”他补充道。“通过这个平台,您不仅受到硬件或技术限制的限制,而是受到您的创造力的限制。您可以更快地进行创新。”
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理这两篇论文的第一作者是麻省理工学院电子工程和计算机科学研究生AnirudhSivaraman,他是麻省理工学院电子工程和计算机科学的TIBCO职业发展助理教授Balakrishnan和MohammadAlizadeh的建议,他们是这两篇论文的共同作者。。麻省理工学院,华盛顿大学,赤脚网络,微软研究院,斯坦福大学和思科系统公司的同事也加入了他们的行列。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理不同的笔画:由于通过网络传输的不同类型的数据以及不同服务提供的不同类型的性能保证,流量管理可能变得棘手。例如,通过互联网电话,延迟是令人讨厌的,但偶尔丢弃的数据包-这可能会转化为句子中缺少的单词-可以容忍。另一方面,对于大型数据文件,可以容忍轻微延迟,但缺少数据。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理类似地,网络可以保证其用户之间的带宽分配相等。数据网络中的每个路由器都有自己的存储库,称为缓冲区,可以将数据包排队。如果一个用户使用来自单个高清视频的数据包填充路由器缓冲区,而另一个用户尝试下载相对较小的文本文档,则网络可能希望阻止某些视频数据包支持文本,以帮助保证两个用户都有最低数据速率。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理路由器可能还希望修改数据包以传达有关网络状况的信息,例如数据包是否遇到拥塞,何时以及持续多长时间;它甚至可能想为发件人建议新的传输速率。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理计算机科学家提出了数百种流量管理方案,涉及复杂的规则,用于确定哪些数据包允许进入路由器以及丢弃哪些数据包,以什么顺序对数据包进行排队,以及在各种不同的情况下添加哪些附加信息。而在模拟中,由于路由器中的硬件限制,许多这些方案都承诺提高网络性能,其中很少部署过。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理麻省理工学院的研究人员和他们的同事为自己设定了一系列简单的计算元素,可以安排实施各种流量管理方案,同时不会影响当今最好的路由器的运行速度,也不会占用太多的片上空间。
为了测试他们的设计,他们构建了一个编译器-一个将高级程序指令转换为低级硬件指令的程序-他们用它们将七个实验流量管理算法编译到他们提出的电路元件上。如果算法不能编译,或者它需要一个不切实际的大量电路,他们会在他们的调色板中添加新的,更复杂的电路元件。
评估:在两篇新论文中的一篇中,研究人员提供了七种电路类型的规范,每种电路类型都比上一种稍微复杂一些。一些简单的流量管理算法只需要最简单的电路类型,而其他算法则需要更复杂的类型。但即使是最复杂电路的银行也只占路由器芯片面积的4%;最不复杂类型的银行只占0.16%。
除了他们用来设计电路元件的七种算法之外,研究人员还通过编译器运行了其他几种算法,发现它们编译成了简单电路元件的某种组合。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理西瓦拉曼说:“我们相信他们会向更多人推广。”“例如,其中一个电路允许程序员跟踪许多算法所采用的运行总和。”
在第二篇论文中,他们描述了他们的调度程序的设计,即在路由器队列中对数据包进行排序并提取它们以进行转发的电路元素。除了根据优先级对分组进行排队之外,调度器还可以用特定的传输时间对它们进行标记并相应地转发它们。例如,有时,路由器可能会降低其传输速率,以防止网络中的其他地方出现瓶颈,或帮助确保公平的带宽分配。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理最后,研究人员在Verilog中制定了电路规范,Verilog是电气工程师通常用来设计商用芯片的语言。Verilog的内置分析工具验证了使用研究人员电路的路由器足够快,可以支持当今高速网络中常见的数据包速率,每纳秒转发一个数据包。
计算机网络存在许多问题,我们无法以流量实际流过网络的速度解决这个问题,因为网络设备中没有直接支持分析流量或对流量采取行动它到了,普林斯顿大学计算机科学教授詹妮弗雷克斯福德说:这两项工作令人兴奋的是,它们真正指向下一代交换机硬件,它们将更加强大,更重要的是,更具可编程性,因此我们可以真正改变网络的运行方式,而无需更换网络内的设备。
可编程网络路由器提供更灵活的流量管理在网络的边缘,应用程序一直在变化,她补充道。谁知道神奇宝贝Go会发生什么?当应用程序的需求比设备支持它的能力更快地发展数年和数年时,令人难以置信的沮丧。让网络内部的创新时间规模更接近于创新的时间尺度。我认为,申请非常重要。