Descripcion y Objetivos

La congestión en las redes de interconexión es una seria amenaza para el funcionamiento de los sistemas HPC y los Data-centers. Se origina cuando varios flujos de paquetes solicitan persistente y simultáneamente acceso al mismo puerto de salida de un conmutador. En las redes de interconexión sin pérdidas, los buffers de estos conmutadores acaban llenándose debido a la congestión, que además se propaga a otros conmutadores debido al efecto de del control de flujo a nivel de enlace (por ejemplo PFC en redes Ethernet sin pérdidas). En estas situaciones de congestión, los paquetes bloqueados a lo largo de varios conmutadores afectados por la misma situación de congestión generan una estructura de flujos de tráfico bloqueados, que se denomina árbol de congestión. Por el contrario, en las redes de interconexión con pérdidas la congestión causa que los buffers de los conmutadores se llenen y se descarten paquetes, lo que puede generar retransmisiones de esos paquetes descartados que acabarán introduciendo una latencia adicional.

En tipo de redes (con y sin pérdidas), la congestión produce que los flujos de paquetes que la generan (flujos congestionantes) impidan el avance de otros flujos de tráfico (flujos víctima) que no contribuyen a generarla. Este efecto se conoce como el bloqueo de cabeza de línea o head-of-line (HoL) blocking. Mientras que en una red con pérdidas, el HoL blocking no está muy presente, debido al descarte de paquetes, en una red sin pérdidas es el principal efecto negativo de la congestión, y causante de una degradación de las prestaciones de la red y del sistema. El problema actual de las técnicas más empleadas en el control de la congestión, como DCQCN, DCTCP o ECN, es que no identifican de forma precisa los paquetes congestionantes, ya que basan sus decisiones únicamente en la ocupación de las colas de los buffers de los conmutadores, de modo que las medidas que se toman para luchar contra la congestión pueden aplicarse tanto a flujos congestionantes como a flujos víctima, lo que degrada las prestaciones de la red.

Por tanto, se hace necesario identificar de forma precisa qué flujos de paquetes son los que realmente generan la congestión. En este TFM se proponen nuevos criterios de identificación de paquetes congestiomantes para redes de interconexión de altas prestaciones (tanto con pérdidas como sin pérdidas), basados en un enfoque novedoso que observa la naturaleza de los paquetes almacenados en la cabeza de las colas de los buffers de los puertos de los conmutadores. Estos nuevos criterios se modelarán en un simulador de red de interconexión de altas prestaciones, para evaluar sus prestaciones en comparación con los empleados por otras técnicas.

 

Metodología y Competencias

Para alcanzar los objetivos del TFM, las actividades principales a realizar son las siguientes. Se indica también el tiempo estimado de realización en meses, asumiendo una dedicación total de 225 horas (180 horas de trabajo autónomo y 45 horas de relación con los tutores) a lo largo de 4 meses, y una dedicación de 56,25 horas/mes:

1. Análisis de nuevos criterios de detección de paquetes congestionantes (0,5 meses).
2. Modelado de los nuevos criterios en un simulador de redes de interconexión (1,5 meses).
3. Evaluación de prestaciones, comparando los nuevos criterios con los empleados por DCQCN, DCTCP y ECN (1 mes).
4. Documentación de los resultados (1 mes).

Competencias de la asignatura:

CE1 - Capacidad para la integración de tecnologías, aplicaciones, servicios y sistemas propios de la Ingeniería Informática, con carácter generalista, y en contextos más amplios y multidisciplinares.

CE4 - Capacidad para modelar, diseñar, definir la arquitectura, implantar, gestionar, operar, administrar y mantener aplicaciones, redes, sistemas, servicios y contenidos informáticos.

CE5 - Capacidad de comprender y saber aplicar el funcionamiento y organización de Internet, las tecnologías y protocolos de redes de nueva generación, los modelos de componentes, software intermediario y servicios.

CE9 - Capacidad para diseñar y evaluar sistemas operativos y servidores, y aplicaciones y sistemas basados en computación distribuida.

CE16 - Realización, presentación y defensa, una vez obtenidos todos los créditos del plan de estudios, de un ejercicio original realizado individualmente ante un tribunal universitario, consistente en un proyecto integral de Ingeniería en Informática de naturaleza profesional en el que se sinteticen las competencias adquiridas en las enseñanzas.

 

Medios a utilizar

Los medios a utilizar para el desarrollo del TFM son los siguientes:

• Simulador de red de interconexión INASim, disponible en el grupo RAAP.
• Servidor de GIT y GitLab disponible en el grupo RAAP.
• Ordenador tipo PC.

 

Bibliografía

La bibliografía básica para el desarrollo del TFM es la siguiente:

- Jose Duato, Sudhakar Yalamanchili, and Ni Lionel. 2002. Interconnection Networks: An Engineering Approach. Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, USA.

• Documentación del simulador INASim.
• Pedro Javier García, Jose Flich, José Duato, Ian Johnson, Francisco J. Quiles, Finbar Naven: Dynamic Evolution of Congestion Trees: Analysis and Impact on Switch Architecture. HiPEAC 2005: 266-285
• HOWTO's para lanzar simulaciones de gran tamaño en los clústeres de cómputo GALGO y CELLIA, disponibles en el I3A.

Toda la bibliografía está disponible.