FITEE|中国科学院冉登宇、宋磊等 | HSDBA:一种面向可编程数据平面的分层可扩展动态带宽分配方法

学术   科技   2024-11-14 12:18   浙江  

中文摘要:
动态带宽分配(DBA)是网络中一项经典问题。快速、准确和公平的带宽分配对于网络服务提供商的服务等级保障(SLA)、链路拥塞缓解和网络攻击应对具有重要意义。然而,现有的带宽分配算法主要在软件定义网络(SDN)范式的控制平面中实现,可能导致较大的探测开销和收敛延迟。此外,当代网络架构需要一个能满足延迟要求的分层带宽分配系统。本文提出HSDBA,这是一种完全在可编程数据面实现的细粒度、可扩展的动态带宽分配方案,消除了数据面与控制器的网络开销和延迟,并能应对随时到来的配置节点加入和退出。本文在协议无关转发软件交换机上探索了HSDBA的可行性。实验结果表明,HSDBA在接收到大约25个数据包内实现带宽的公平分配和隔离性保障。算法收敛速度比最新的近似分层带宽分配算法(AHAB)快0.5倍,并且带宽限制准确率达到98.1%

关键词:
动态带宽分配;软件定义网络;可编程数据平面;协议无关转发交换机(POFSwitch

作者:
冉登宇1,2,陈晓1,2,宋磊1,2

  单位:

1中国科学院声学研究所,国家网络新媒体工程技术研究中心,中国北京市,100190

2中国科学院大学电子电气与通信工程学院,中国北京市,100049


 本文引用格式:

Dengyu RAN, Xiao CHEN, Lei SONG, 2024. HSDBA: a hierarchical and scalable dynamic bandwidth allocation for programmable data planes. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering, 25(10):1337-1352.
https://doi.org/10.1631/FITEE.2300593


本文精要导读:

Fig. 1 Typical five-level bandwidth configuration for polymorphic smart network (PINet)

Fig. 2 Overview of hierarchical and scalable dynamic bandwidth allocation (HSDBA)

Fig. 3 A two-stage finite-state machine for aggregation nodes

Fig. 4 Example of the flow table structure: (a) port-level aggregation; (b) polymorphic-level aggregation; (c) subnet-level aggregation

Fig. 5 Testbed topology for the experiments

Fig. 6 Bandwidth allocation results in single-layer flat mode with a link congestion interval of 30–80 s: (a) equal weight; (b) different weights (References to color refer to the online version of this figure)

Fig. 7 Bandwidth allocation configuration in the multilayer mode

Fig. 8 Bandwidth allocation results in a multilayer mode with a link congestion interval of 30–80 s: (a) L1 equal weight and L2 equal weight; (b) L1 equal weight and L2 different weights; (c) L1 different weights and L2 equal weight; (d) L1 different weights and L2 different weights (References to color refer to the online version of this figure)

Fig. 9 Bandwidth allocation results combined with congestion control algorithms: (a) TCP-Cubic+TCP-Cubic; (b) TCP-Cubic+TCP-BBR; (c) TCP-Cubic+UDP (w/: with; w/o: without. References to color refer to the online version of this figure)

Fig. 10 HSDBA rate enforcement accuracy (100 kb/s to 1 Gb/s)

Fig. 11 HSDBA average forwarding latency compared to queue-based POFSwitch (References to color refer to the online version of this figure)

Fig. 12  HSDBA fair bandwidth allocation in a five-level binary tree (w/: with; w/o: without)

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering(简称FITEE,中文名《信息与电子工程前沿(英文)》,ISSN 2095-9184,CN 33-1389/TP)是信息电子类综合性英文学术月刊,SCI-E、EI收录,最新影响因子2.7,位于JCR Q2分区。前身为2010年创办的《浙江大学学报英文版C辑:计算机与电子》,2015年更为现名,现为中国工程院院刊信息与电子工程领域分刊。覆盖计算机、信息与通信、控制、电子、光学等领域。文章类型包括研究论文、综述、个人视点、评述等。现任主编为中国工程院院士潘云鹤、费爱国。实行国际同行评审制,初次转达意见一般在2~3个月内。文章一经录用将快速在线。

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