Fine-Grained Queue Measurement in the Data Plane研读笔记

文章信息

X. Chen et al., “Fine-Grained Queue Measurement in the Data Plane,” in Proceedings of the 15th International Conference on Emerging Networking Experiments And Technologies, Orlando, Florida, Dec. 2019, pp. 15–29

文章内容

问题描述

这篇文章研究的问题是, 当数据包在交换机/路由器中因为排队延迟而经历了拥塞的时候, 判断到底是哪一个数据流导致的网络拥塞. 具体而言, 假设数据包 $i$ (其流标识符为 $f_i$)到达和离开交换机的时间分别为 $a_i$和 $d_i$, 且 $d_i - a_i\ge \tau$, 则求 $\alpha$, 其中
$\alpha = \frac{|\{j | (a_i \le d_j < d_i)\&(f_j = f_i)\}|}{|\{j | a_i \le d_j < d_i\}|}$
即 $\alpha$为在时间段 $[a_i, d_i)$内离开交换机的属于数据流 $f_i$的数据包占在相同时间段内离开交换机的数据包总数的比例.

算法描述

假设交换机中的缓冲区长度为 $l$, 出端口带宽为 $r$, 则一个数据包在缓冲区中的最大排队延迟为 $T_{max} = \frac{l}{r}$. 我们取一个对数据包的观测窗口 $T$, 且令 $h=\lceil\frac{T_{max}}{T}\rceil$. 我们建立 $h+2$个CMS (Count-Min Sketch). 每一个数据包在离开交换机之前, 都会挨个经过这些CMS, 同时对这些CMS进行更新. 具体的更新策略为, 当一个数据包 $i$于时间 $d_i$离开交换机的时候, 我们就将这个数据包根据它的流标识符将它映射到序号为 $\lfloor\frac{d_i}{T}\rfloor\%(h+2)$的CMS中, 并将这个数据包添加到这个CMS中.

而对于序号为 $(\lfloor\frac{d_i}{T}\rfloor + 1)\%(h+2)$的CMS, 我们则会将它的哈希桶置零. 将一个CMS置零的方式为, 我们为这个CMS建立一个计数器 $n$. 每当一个数据包到达的时候, 我们就令 $n\gets n + 1$, 然后将这个CMS的每一行中序号为 $n\%C$的哈希桶置零, 其中 $C$是这个CMS的一行中哈希桶的数目. 如果在一个长度为 $T$的时间段, 交换机处理的数据包太少, 导致这个CMS没有被完全置零, 则我们需要请求控制平面的帮助, 通过控制平面的指令将其置零.

对于序号为 $\lceil \frac{a_i}{T}\%(h+2)\rceil, \cdots, (\lfloor\frac{d_i}{T}\rfloor - 1)\%(h+2)$的CMS, 我们需要查询数据流 $f_i$的长度, 并将这些长度聚合起来, 形成数据流 $f_i$在 $[a_i, d_i)$之内离开交换机的数据包数.