日本如何提高100Gbit/s光纖傳輸網流量承載能力

特約撰稿人│宋向東

日本如何提高100Gbit/s光纖傳輸網流量承載能力

特約撰稿人│宋向東

提高100Gbit/s光纖傳輸網絡的IP流量承載能力，不僅成本低廉還簡單快捷，因此具有廣闊發展前景。

近年來，網絡IP流量增長迅猛，據思科公司調查顯示，到2016年，世界范圍內IP流量將有1.3ZB，每月達到110EB，而2011年僅約31EB/月，可見從2011年到2016年，網絡流量增長近4倍。促使IP流量顯著增長的因素有設備數量增加、寬帶高速發展、網絡視頻增加、Wi-Fi快速擴展和互聯網用戶數激增等諸多因素。

此外，固定連接和移動連接同時產生的IP流量，預計在2018年將達到1.6ZB。到2018年，通過Wi-Fi的流量將超過固定接入網上的流量，HD（高清晰度）視頻流量將超過SD（標準清晰度）視頻流量。

目前100Gbit/s的光纖傳輸網已經普及，由于IP流量增長迅猛，現今的傳輸網已不堪重負，提高現有傳輸網對IP流量的承載能力，已是擺在業界面前的重要課題。

提高傳輸網對IP流量的承載能力有多種方法，如新建400Gbit/s光纖傳輸網，或研發大于400Gbit/s傳輸速率的光纖傳輸網，亦或提高100Gbit/s的光纖傳輸網IP流量的承載能力。這些方法中提高100Gbit/s的光纖傳輸網提高IP流量承載能力，不僅成本不高還簡單快捷，因此具有廣闊發展前景。

圖 涉煙網絡不知情況

日本研發出提高光纖傳輸網性能的技術

在這種背景下，日本研發出了在現有100Gbit/s的光纖傳輸網上，建立高效率的TCP通信技術。東京大學和日本科學技術廳于2015年11月在連接東京和西雅圖、跨太平洋的“TransPAC/Pacific Wave”網絡上，進行了LFTCP（Long Fat pipe TCP）通信試驗，取得了73Gbit/s、超過傳統理論極限速率2倍的數據傳輸速度，而現在該網絡上數據傳輸速率平均只有29Gbit/s。

試驗中采用了東京大學研發的協議，稱之為LFTCP，它不需考慮延遲時間，能在現有100Gbit/s網絡上實現高速通信。在LFTCP中，除了把發送側緩沖器相關的變量擴展成64比特外，還要變更數據包格式的控制器及定時改變送出的分組包參數，傳統的TCP可適用于超寬帶網絡。由于網絡適配器上配置了TCP加速機制，即使使用傳統的PC，也能夠在現有100Gbit/s網絡上進行73Gbit/s高速通信。

傳統的TCP作為內部變量使用32比特，此外，TCP由于數據包格式的規定和實裝上的限制，有性能的上限，因此現有的100Gbit/s網絡可傳輸的數據量無法實現高利用率。例如，為了各自確保發送緩沖器區域、傳送中間領域和接收緩沖器區域性能，因此在同一時間傳送的數據量限制為1G字節。

試驗網絡情況

該試驗網絡布置情況如圖所示，處在東京試驗現場的PC，經路由器通過太平洋里的海底光纜連接到西雅圖的網絡交換機，再經陸地光纜連接到美國德克薩斯州奧斯汀市舉辦的“SC15(超級計算機2015年)”會場，經網絡交換機連接到東京大學SC15展廳路由器上的PC。

在本次試驗中，使用PC的CPU處理器是英特爾的Core i76770K，操作系統采用CentOS的7.1（1503），網絡適配器為Mellanox公司生產的“ConnectX-4”，數據通信軟件“iperf3”安裝在網絡兩端服務器的網絡接口上。發送側PC使用LFTCP協議，但接收側計算機中仍使用常規的TCP協議。

這次高速通信是LFTCP通過與精密軟件尋呼組合來實現的。此外，由于LFTCP也是屬于TCP協議的一類，即使多個TCP數據流在網絡共享的情況下，也可公平使用分割波段，即使數據包丟失也可確保網絡的可靠性。值得注意的是，LFTCP為開源軟件，在其他研究機構也可采用。

編輯｜刁興玲 diaoxignling@bjxintong.com.cn