Tecnologías Específicas

Ingeniería de Computadores

Descripcion y Objetivos

Con el rápido crecimiento del procesamiento de datos, cómputo y comunicación en la arquitectura de los sistemas HPC (high-performance computing), las redes TCP/IP tradicionales no pueden satisfacer la gran demanda de prestaciones (alta productividad y baja latencia) de las aplicaciones. Estas redes TCP/IP, como Ethernet, se convierten, por tanto, en el cuello de botella del sistema HPC completo, ya que realizan copias intermedias entre la memoria de usuario del sistema y la memoria del núcleo, lo que conlleva un elevado consumo de la CPU. Por contra, las redes que utilizan el protocolo RDMA (Remote Direct Memory Access), como InfiniBand y RoCE, se emplean habitualmente en sistemas HPC, en lugar de aquellas que usan TCP/IP, con el objetivo de transferir datos de forma rápida entre los hosts de un sistema HPC sin intervención  del kernel del sistema operativo. El uso de RDMA incrementa las prestaciones del nodo, aumentando la productividad y reduciendo la latencia, y disminuyendo el uso de la CPU en las operaciones de comunicación de la red.

Por otro lado, el uso de herramientas de simulación de redes de interconexión está muy extendido en la industria y la academia, ya que permiten el desarrollo y evaluación rápidos de nuevos diseños de la arquitectura de red. Uno de estos simuladores es OMNeT++ que acaba de lanzar su versión 6.0. OMNeT++ es un framework de simulación de redes propósito general, con un motor dirigido por eventos, que funciona incluso de forma paralela. Además, OMNeT++ se usa ampliamente para modelar redes TCP/IP, mediante el famoso modelo INET, ampliamente utilizado en la comunidad Ethernet. El problema es que el modelo INET carece de la funcionalidad de RDMA, que utilizan las redes de altas prestaciones como InfiniBand, RoCE o iWarp.

En este TFG se aborda el modelado del protocolo de transporte RDMA en una herramienta de simulación basada en OMNeT++. Se estudiará en primer lugar el protocolo RDMA y las herramientas de simulación disponibles basadas en OMNeT++, como el modelo INET. Tras este análisis, se desarrollará el código fuente en OMNeT++ necesario para modelar RDMA con precisión, y poder compararlo con TCP/IP. Finalmente, se realizarán varios experimentos para demostrar que el modelo de simulación funciona como se espera.

 

Metodología y Competencias

Para alcanzar los objetivos del TFG, las actividades principales a realizar son las siguientes (se indica el tiempo estimado de realización en meses, asumiendo una dedicación de 8 meses, 37,5 horas/mes y 300 horas de dedicación total al TFG):

1. Conocer el estado del arte de las redes de interconexión en general, y del protocolo RDMA en particular (1 mes).
2. Estudiar las herramientas de simulación existentes basadas en OMNeT++, como el modelo INET que ya dispone del protocolo de transporte TCP/IP (1 mes).
3. Modelar el protocolo RDMA en el modelo INET de OMNeT++ (3 meses).
4. Realizar experimentos de simulación comparando varias configuraciones de red de interconexión que usen TCP/IP y RDMA, y hacer un estudio comparativo de las prestaciones (2 meses)
5. Documentar los resultados (1 mes).

Competencias adquiridas:

• Capacidad de analizar y evaluar arquitecturas de computadores, incluyendo plataformas paralelas y distribuidas, así como desarrollar y optimizar software para las mismas.
• Capacidad de diseñar e implementar software de sistema y de comunicaciones.
• Capacidad para analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y ejecución de aplicaciones y servicios informáticos.
• Capacidad para diseñar, desplegar, administrar y gestionar redes de computadores.

 

Medios a utilizar

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

• Simulador de red de interconexión OMNeT++/INET 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 TFG es la siguiente:

• Diversos libros y artículos sobre redes de interconexión, modelado y simulación.
• Documentación de los simuladores y librerías asociadas.
• 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.