Diseño de mecanismos eficientes para la gestion de redes de interconexion con encaminamiento fuente

Tesis doctoral de Antonio Robles Gomez

Resumen en los últimos años hemos experimentado un impresionante incremento en las prestaciones proporcionadas por los computadores. Como consecuencia, el subsistema de entrada/salida se ha decantado como el indiscutible cuello de botella del conjunto. Así, por ejemplo, uno de los sistemas de interconexión más utilizados, el bus pci, presenta importantes limitaciones en cuanto a escalabilidad y fiabilidad. Es por ello que recientemente han aparecido nuevas propuestas encaminadas a salvar esas limitaciones. Es el caso de pci express, que sustituye el tradicional bus pci por una red conmutada. Con el mismo objetivo han aparecido otras tecnologías de red, como infiniband (iba) y, más recientemente, advanced switching interconnect (asi). En ambos casos, las estructuras topológicas están formadas por conmutadores y enlaces punto a punto. Asi cuenta con la ventaja de ser la expansión natural de pci express, al estar construida sobre las capas físicas y de enlace de dicha tecnología. la línea de interés que nos llevó a iniciar esta tesis doctoral es el diseño de mecanismos de gestión eficientes para redes de interconexión con encaminamiento fuente, que actúen tras la ocurrencia de un cambio en la red. En concreto, tras la detección del cambio, debe descubrirse la configuración topológica resultante. Esta información servirá como punto de partida para obtener un conjunto de rutas que, en el caso de redes con encaminamiento fuente, finalmente serán actualizadas en todos los dispositivos finales de la red. Para la evaluación de nuestras propuestas se ha utilizado el marco de referencia de la tecnología asi, incluyendo su infraestructura de gestión. Esto es, la organización de su espacio de configuración, su forma de acceso al mismo y la comunicación entre entidades de gestión. con objeto de reducir el perjuicio experimentado por la red cuando se produce un cambio, se han desarrollado y evaluado varios algoritmos eficientes de exploración de la topología de red. Posteriormente, se ha implementado un primer mecanismo de gestión tradicional, con el objetivo de identificar sus principales cuellos de botella. A continuación, se ha desarrollado un nuevo esquema que calcula la función de encaminamiento de manera distribuida entre los dispositivos finales de la red. Finalmente, con el fin de eliminar completamente la degradación de prestaciones producida durante el proceso de reconfiguración estático, también se ha propuesto una nueva técnica para ejecutar este proceso de manera dinámica. summary in recent years, computer performance has significantly increased and, as a consequence, data i/o systems have become bottlenecks within systems. To alleviate this problem, new technologies, such as pci express, were developed. Pci express is maturing and shown itself to be the i/o interconnect of choice in single host computing platforms. On the other hand, the trend for cluster platforms is to utilize pci express for i/o subsystem communications, and a second separate interconnect for host-to-host communications. the necessities of a separate interconnect motivated the industry to develop an extension to pci express that supported host-to-host communication; therefore, the advanced switching interconnect special interest group (asi-sig) became a reality. Stargen developed products around asi, including switches that were part of their starfabric cluster products. At the end of 2006, the consortium of industry partners that were behind the asi-sig disbanded and, later, transferred the asi specifications and documentation to picmg (an industry consortium that extends the pci standard), so that it would continue to remain available and can today be found as specification under picmg. Scalable host-to-host cluster communication still remains beyond the scope of pci express. Dolphin interconnects have continued the support for asi and embodied it in their new interconnect technology called dolphin express. Recently, a ten port switch has been developed and released for commercial sale. the original asi specification defines a chip-to-chip and backplane interconnect switched fabric architecture, inheriting most of the physical and link characteristics of pci express, while offering a larger application space, including multiprocessing and peer-to-peer communications. Fabrics are cluster systems that range in size from two up to hundreds of endpoints. An example of endpoint within a cluster is a computer running standard off-the-shelf enterprise applications such as oracle rac and mysql. Fabrics are comprised of links, switches, and endpoints. Each link connects two fabric devices (switches or endpoints), with a specified base link bandwidth of 2.5 gbps in each direction. Switches and endpoints support up to 256 and 4 ports, respectively. the proposals of this phd thesis are tested on a asi model developed by us, but their bases have been designed for any source routing networks. Our goal is to develop and evaluate management mechanisms that can keep a fabric up and running after the occurrence of a topological change. These techniques should also minimize the impact that the change has on network performance. After a change, the management mechanism must re-establish connectivity between each pair of endpoints. To achieve this, new topology information is gathered before a new set of fabric paths is calculated. Finally, the routing information is updated at the endpoints. The extit{fabric manager} (fm) is typically a software entity running on one or more endpoints, and one of its tasks is to synchronize the entire process. The asi specification only describes a set of configuration data structures that each device maintains, and the management packets that the fm employs to access those structures. in particular, we first propose and comparatively analyze several implementations for the discovery process. Next, a new distributed management mechanism is developed with the aim of reducing the time required to calculate the set of routes among endpoints. The main difference between this proposal and a traditional centralized one is that the fm distributes to the network endpoints the topological information gathered during the discovery phase, instead of computing and distributing the path information. Finally, we propose a new dynamic reconfiguration strategy which is based on the up*/down* routing algorithm and is applicable to both source and distributed routing networks.

 

Datos académicos de la tesis doctoral «Diseño de mecanismos eficientes para la gestion de redes de interconexion con encaminamiento fuente«

  • Título de la tesis:  Diseño de mecanismos eficientes para la gestion de redes de interconexion con encaminamiento fuente
  • Autor:  Antonio Robles Gomez
  • Universidad:  Castilla-la mancha
  • Fecha de lectura de la tesis:  29/09/2008

 

Dirección y tribunal

  • Director de la tesis
    • Rafael Casado Gonzalez
  • Tribunal
    • Presidente del tribunal: jose Duato marin
    • Antonio Robles Martinez (vocal)
    • Francisco José Quiles flor (vocal)
    • olav Lysne (vocal)

 

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