日本如何提高100Gbit/s光纤传输网流量承载能力

特约撰稿人│宋向东

日本如何提高100Gbit/s光纤传输网流量承载能力

特约撰稿人│宋向东

提高100Gbit/s光纤传输网络的IP流量承载能力，不仅成本低廉还简单快捷，因此具有广阔发展前景。

近年来，网络IP流量增长迅猛，据思科公司调查显示，到2016年，世界范围内IP流量将有1.3ZB，每月达到110EB，而2011年仅约31EB/月，可见从2011年到2016年，网络流量增长近4倍。促使IP流量显著增长的因素有设备数量增加、宽带高速发展、网络视频增加、Wi-Fi快速扩展和互联网用户数激增等诸多因素。

此外，固定连接和移动连接同时产生的IP流量，预计在2018年将达到1.6ZB。到2018年，通过Wi-Fi的流量将超过固定接入网上的流量，HD（高清晰度）视频流量将超过SD（标准清晰度）视频流量。

目前100Gbit/s的光纤传输网已经普及，由于IP流量增长迅猛，现今的传输网已不堪重负，提高现有传输网对IP流量的承载能力，已是摆在业界面前的重要课题。

提高传输网对IP流量的承载能力有多种方法，如新建400Gbit/s光纤传输网，或研发大于400Gbit/s传输速率的光纤传输网，亦或提高100Gbit/s的光纤传输网IP流量的承载能力。这些方法中提高100Gbit/s的光纤传输网提高IP流量承载能力，不仅成本不高还简单快捷，因此具有广阔发展前景。

图 涉烟网络不知情况

日本研发出提高光纤传输网性能的技术

在这种背景下，日本研发出了在现有100Gbit/s的光纤传输网上，建立高效率的TCP通信技术。东京大学和日本科学技术厅于2015年11月在连接东京和西雅图、跨太平洋的“TransPAC/Pacific Wave”网络上，进行了LFTCP（Long Fat pipe TCP）通信试验，取得了73Gbit/s、超过传统理论极限速率2倍的数据传输速度，而现在该网络上数据传输速率平均只有29Gbit/s。

试验中采用了东京大学研发的协议，称之为LFTCP，它不需考虑延迟时间，能在现有100Gbit/s网络上实现高速通信。在LFTCP中，除了把发送侧缓冲器相关的变量扩展成64比特外，还要变更数据包格式的控制器及定时改变送出的分组包参数，传统的TCP可适用于超宽带网络。由于网络适配器上配置了TCP加速机制，即使使用传统的PC，也能够在现有100Gbit/s网络上进行73Gbit/s高速通信。

传统的TCP作为内部变量使用32比特，此外，TCP由于数据包格式的规定和实装上的限制，有性能的上限，因此现有的100Gbit/s网络可传输的数据量无法实现高利用率。例如，为了各自确保发送缓冲器区域、传送中间领域和接收缓冲器区域性能，因此在同一时间传送的数据量限制为1G字节。

试验网络情况

该试验网络布置情况如图所示，处在东京试验现场的PC，经路由器通过太平洋里的海底光缆连接到西雅图的网络交换机，再经陆地光缆连接到美国德克萨斯州奥斯汀市举办的“SC15(超级计算机2015年)”会场，经网络交换机连接到东京大学SC15展厅路由器上的PC。

在本次试验中，使用PC的CPU处理器是英特尔的Core i76770K，操作系统采用CentOS的7.1（1503），网络适配器为Mellanox公司生产的“ConnectX-4”，数据通信软件“iperf3”安装在网络两端服务器的网络接口上。发送侧PC使用LFTCP协议，但接收侧计算机中仍使用常规的TCP协议。

这次高速通信是LFTCP通过与精密软件寻呼组合来实现的。此外，由于LFTCP也是属于TCP协议的一类，即使多个TCP数据流在网络共享的情况下，也可公平使用分割波段，即使数据包丢失也可确保网络的可靠性。值得注意的是，LFTCP为开源软件，在其他研究机构也可采用。

编辑｜刁兴玲 diaoxignling@bjxintong.com.cn