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Grupo de Redes y Arquitecturas de Altas Prestaciones

Grupo de Redes y Arquitecturasde Altas Prestaciones

Clusters con soporte a calidad de servicio


• Administración de redes con QoS

• Diseño de componentes para redes con QoS

• Uso de componentes comerciales

Contenidos


Clusters con soporte a QoS

• Arquitectura IBA

Administración de redes con QoS

SW

SW

SW

SW

SW

SW

SW

SWSW

Nodo

RT

RT

Nodo

Nodo

NodoNodo

Nodo

Nodo

Nodo

CA

CA

CACA

CA

CACA

CA

Memoria

DMA

Puerto Puerto Puerto

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

SMAQP

QP

QP

QP

QP

QP



• Encaminamiento en IBA

– Conmutador

– Tablas de encaminamiento(FTs, forwarding tables)


LMC DLID Puerto

Random FT

Máx

imo

48K

entra

das

(uni

cast

)

8 bits 16 bits 3 bits

Puerto

M· scara

Linear FT

0

8 bits

Máximo 256 bits

Máx

imo

48K

entra

das

(uni

cast

) M

áxim

o 16

K en

trada

s (m

ultic

ast)

1

49151

49152

DLID

65535

Conmutación

Puerto Puerto Puerto

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

VL

SMA

FT MT

SW



• Administración de la subred

– Asimilar cambios en la topología de la red

• Detección de cambios

• Exploración de topología

• Cómputo de tablas de encaminamiento

• Distribución

– Proporcionar QoSante dichos cambios

• Reducir el tiempode adaptación

• Reducir el descarte de tráfico de aplicación

• Reducir la cantidadde rutas afectadas

SW

SW

SW

SW

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

Nodo

SW



• Desarrollo del proyecto

Estudio de la especificaciÛn

DiseÒo de componentes

FamiliarizaciÛn con el entornode modelado

Modelado de componentes

ValidaciÛndel modelo

DiseÒo y modelado

de componentes

ErroresErrores

do del mecanismo

Ûn de la subred DiseÒo del mecanismo

ï AdquisiciÛn de topologÌaï DetecciÛn de cambiosï Algoritmos de encaminamientoï ActualizaciÛn de tablas

roresGrupo de Redes y Arquitecturas de Altas Prestaciones




HandoverProcess

Topology Discoveryand Subnet Configuration

Table Distributionand Subnet Activation

TableComputation

Handover Discoverer Builder Distributor

Dispatcher

Networktopology

Forwardingtables

on/off

SM found

end discovery end computation

PendingSMPs

SMP requestSMP response

SMP response(remote) SMP request

SMP response(remote) trap

SMP requesttrap repress

SMP response(LFT/RFT)

SMP request(LFT/RFT)

SMI

SM

HandoverProcess

Topology Discoveryand Subnet Configuration

Table Distributionand Subnet Activation

TableComputation

Handover Discoverer Builder Distributor

Dispatcher

Networktopology

Forwardingtables

on/off

SM found

end discovery end computation

PendingSMPs

SMP requestSMP response

SMP response(remote) SMP request

SMP response(remote) trap

SMP requesttrap repress

SMP response(LFT/RFT)

SMP request(LFT/RFT)

SMI

SM



de modelado



DiseÒo y modelado

de componentes

ErroresErrores

DiseÒo y modelado del mecanismo

de administraciÛn de la subred DiseÒo del mecanismo


Modelado del mecanismo


Errores

Errores

n y supresiÛn

de botella

EvaluaciÛn del mecanismo

OptimizaciÛnde tareas

Mejoras






de modelado



DiseÒo y modelado

de componentes

ErroresErrores

DiseÒo y modelado del mecanismo

de administraciÛn de la subred DiseÒo del mecanismo




Errores

Errores

n y supresiÛn

de botella



Mejoras







DiseÒo y modelado del mecan

de administraciÛn de la sub q p gï DetecciÛn de cambiosï Algoritmos de encaminamientoï ActualizaciÛn de tablas



Errores

Errores

IdentificaciÛn y supresiÛn

de cuellos de botella

Modeladode tareas


ErroresErrores



Mejoras

al

ImplementaciÛndel mecanismos

Estudio delkit de desarrollo









Errores

Errores



Modeladode tareas


ErroresErrores



Mejoras

al



– Descubrimiento

• Total

• Parcial

0 50 100 1500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

# New Nodes

Dis

cove

ry T

ime

(sec

)

15 nodes (8sw / 7hs)30 nodes (16sw / 14hs)46 nodes (24sw / 22hs)53 nodes (32sw / 21hs)112 nodes (48sw / 64hs)146 nodes (64sw / 82hs)

0 50 100 1500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

# New Nodes

Dis

cove

ry T

ime

(sec

)

15 nodes (8sw / 7hs)30 nodes (16sw / 14hs)46 nodes (24sw / 22hs)53 nodes (32sw / 21hs)112 nodes (48sw / 64hs)146 nodes (64sw / 82hs)










Errores

Errores



Modeladode tareas


ErroresErrores



Mejoras

al


Estudio delkit de desarrollo0 50 100 150 200 250

0

1

2

3

4

5

6x 10

4

Subnet Size (nodes)

Tab

les

Com

puta

tion

Tim

e (m

sec)

Final routesProvisional routes

– Cómputo de tablas

• Explícitas

• Parcialmente implícitas










Errores

Errores



Modeladode tareas


ErroresErrores



Mejoras

al



– Distribución de tablas

• Con desactivación generalizada de puertos

• Con desactivación selectiva de puertos

• Con desactivación de dependencias prohibidas

60.75 60.8 60.85 60.9 60.95 610

5

10

15x 10

5 Traffic Received (packets/sec)

Simulation Time (sec)






IdentificaciÛn y supresiÛ


Modeladode tareas


ErroresErrores


Mejoras

ImplementaciÛn

en un entorno real

ImplementaciÛndel mecanismo

ValidaciÛn

Errores


EvaluaciÛn de prestaciones







• Encaminador Multimedia MMR

– Objetivo: Proporcionar QoS mediante soporte hardware, dentro de un elemento de interconexión compacto que funciona al nivel de enlace de datos

Diseño de componentes para redes con QoS



• Encaminador Multimedia MMR

– Ideas clave

• Técnicas de conmutación distintas para el tráfico multimedia y el convencional

– Pipelined Circuit Switching y Virtual Cut-Through

• Recursos diferenciados para cada conexión multimedia

– Un canal virtual por conexión

– Del orden de 100 canales virtuales

• Organización basada en crossbar multiplexado

• Esquemas de planificación del tráfico que regulan el uso del ancho de banda de los enlaces y del conmutador

– Planificación de enlaces: IABP, JBP, SIABP

– Planificación del conmutador: COA, CCA

– Apropiados para implementación segmentada y paralela

– Se ha comprobado como el encaminador MMR, junto con los algoritmos propuestos, es capaz de ofrecer a cada tipo de tráfico el tratamiento adecuado incluso a cargas elevadas (~ 80% ancho de banda de los enlaces)





• Encaminadores IP

– Objetivo

• Minimizar la complejidad de los encaminadores IP actuales, a la vez que se mantienen sus prestaciones

– Idea clave

• Desplazar la complejidad de los elementos de conmutación hacia los adaptadores de entrada

– Para implementar QoS una solución habitual es clasificar los paquetes utilizando canales virtuales o bien colas de acceso aleatorio.

– Implementar esta solución en todas las etapas del encaminador podría ser

redundante




• Idea:

– Aprovechar el trabajo realizado en una primera etapa del

encaminador

– Separar los paquetes entrantes en tres canales virtuales

• Para el tráfico DBTS coger siempre el paquete más

prioritario de las cabezas de las colas

• Para el tráfico DB aplicar un turno rotatorio entre los

enlaces

• Para el tráfico BE, inyectarlo cuando no haya otros

paquetes más prioritarios

– Aplicamos un round robin ponderado entre las distintas

colas de la misma prioridad de los distintos enlaces

• Línea emergente

– Los primeros resultados son prometedores


• Algunos productos comerciales incorporan mecanismos capaces de

proporcionar QoS

– Clases de tráfico

– Tratamiento distinto a distintos flujos de datos

• InfiniBand

– Utilizando adecuadamente los mecanismos

que proporciona el estándar

– Se segrega el tráfico en función de sus necesidades

– Cada flujo recibe un tratamiento distinto

en función de sus necesidades

– Conseguimos garantizar prestaciones a las aplicaciones


Adaptando productos comerciales


– Correspondencia SL a VLDe-M

ux

Physical Link

CA o Switch

CA o Switch

Cada VL tiene un conjunto de buffersdedicado

Mux

LimitOfHighPriority

HighPriority

LowPriority

Tablas de Arbitraje

SL-to-VLMappingTables

– Arbitraje de los puertos de salida


Calidad de servicio en InfiniBand

• InfiniBand proporciona varios mecanismos para proporcionar QoS:

– Niveles de servicio

VLArbitrationTable

High_Priority

Low_Priority

Limit_Of_High_Priority

VL Weight

......VL Weight

......



Calidad de servicio en InfiniBand

• Una petición de conexión con requisito de ancho de banda y latencia máxima, será tratada como una petición de un peso w y una distancia máxima d entre las entradas de la secuencia.

• Las conexiones deben compartir los canales virtuales en base a algún criterio:

– ancho de banda.

– latencia.

• Nuestra propuesta es segregar el tráfico de forma que todas las conexiones que comparten un canal virtual tengan el mismo requisito de distancia:

– Sólo permitimos las siguientes distancias máximas 1, 2, 4, 8, 16, 32 y 64.

– Cualquier petición será transformada en la correspondiente potencia de 2 inmediatamente inferior.

• Hemos desarrollado una teoría formal con una serie de propiedades, teoremas y algoritmos que demuestran que la metodología propuesta consigue garantizar a las aplicaciones la QoS que demandan.



Adaptando productos comerciales

• PCI Express Advanced Switching

– Nuevo estándar propuesto

– Sustituye al tradicional bus PCI

– Puede convertirse en el estándar de facto en los próximos años

– Línea emergente

• Aplicar lo desarrollado para InfiniBand en este nuevo entorno

– Particularizando la metodología a las características concretas de PCI AS.

– Optimizando los algoritmos propuestos.

– Utilizando tráfico de E/S propio de este tipo de entornos.



Calidad de Servicio en PCI Express AS

• PCI Express AS incorpora:

– 8 clases de tráfico (TC)

– Hasta 8 canales virtuales

– Planificación entre:

• entre los distintos CVs

(Egress CSQ Scheduling)

• entre los puertos de entrada

para cada CV de salida

– Connection oriented &

connectionless traffic

– Source rate control mediante

Token Buckets

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