高效率AI資料中心在智慧城市藉由解決TCP Incast和封包重傳問題提升資料中心網路校能

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Title:	高效率AI資料中心在智慧城市藉由解決TCP Incast和封包重傳問題提升資料中心網路校能
Authors:	何承遠
Contributors:	資訊電機學院資訊工程學系
Keywords:	TCP Incast；重送與重回覆機制；資料重送；遺失式傳輸控制協定；延遲式傳輸控制協定；壅塞控制機制；AI資料中心網路
Date:	2020
Issue Date:	2023-06-21 02:40:53 (UTC+0)
Abstract:	智慧城市的概念不再局限於科幻小說。但是，完全集大成的智慧城市將給現有基礎架構帶來巨大壓力，尤其是對於AI資料中心而言。從定期收集所有數據與資料到AI驅動的機器學習分析的大量計算需求，龐大的資料流量和處理工作量將迫使資料網路在自身壓力下進行優化升級或面臨崩潰。此外，隨著行動技術的普及，網際網路應用程式也越來越流行，再加上物聯網的興起，資料進出資料中心更加頻繁，並有大量封包同時注入交換機，以爭奪同一輸出端口，造成資料中心網路中多對一傳輸的需求不斷增長。這樣的情況可能會導致緩衝區溢出的瓶頸，出現許多封包丟棄現象，造成TCP Incast問題和網路效能低落。另外，資料中心中的服務器比網際網路中的服務器要近得多，因此封包往返時間非常短。在丟棄封包需要重傳的情況下，如果重傳超時定時器的值設置不正確或是使用過往適合網際網路的數據當預設值，同樣也會造成重傳時間無謂浪費與過久，這也會降低資料中心網路效能。另一方面，AI資料中心網路內部雖為一種同質性的高頻寬網路環境，通常不需要考慮不同TCP 版本間的競爭問題，但是很難確保未來不會發生不同雲端應用服務使用不同TCP版本的情形。可惜的是，在高頻寬網路環境下，無論是何種TCP版本皆被認為無法有效利用頻寬資源且網路傳輸效能低下，再加上，不同TCP版本共存時，遺失式TCP將會搶走大量頻寬而使得其他TCP版本傳輸效能非常不理想。因此，為了解決上述資料中心中TCP Incast、重傳機制設定不當和不同TCP版本間的問題，本計畫的主要設計思想為基於計畫主持人的過往研究成果，動態調整TCP壅塞控制演算法和範圍區間並設計出新型態的TCP機制。本計畫中的TCP機制將包含三個重點：(1)一個更積極增加壅塞窗口的緩啟動階段，使得TCP在傳輸開始時能夠有效地利用頻寬，(2)一個在TCP重送階段時標記曾遺失的封包為重要封包，使得在傳輸過程中確保交換器不會丟棄，(3)一個改良的壅塞控制演算法，能根據目前的網路現況快速且適當地動態調整壅塞窗口的大小。藉由這三種方法提高資料中心網路使用效率並降低封包遺失的機率，進而提升整體資料中心和智慧城市效率。
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