Tecnologías Específicas

Ingeniería de Computadores

Descripcion y Objetivos

Las redes de interconexión son un elemento fundamental en los centros de proceso de datos (CPD) en la era del Big-Data, donde los datos almacenados en todo el planeta se van a multiplicar por diez en los próximos seis años. Los CPDs actuales, formados por decenas de miles de nodos, se dedican a ofrecer servicios a aplicaciones on-line de uso intensivo de datos (OLDI services), deep learning, almacenamiento masivo y cloud computing. Estas aplicaciones manejan enormes volúmenes de datos y al mismo tiempo requieren unos tiempos de respuesta mínimos. En la arquitectura de los CPDs, la red de interconexión es un elemento fundamental, ya que debe ofrecer unas prestaciones mínimas para dar soporte a las operaciones de comunicación que las aplicaciones requieren que se realicen entre los nodos del sistema.

Las redes de interconexión pueden clasificarse en dos tipos muy representativos: las redes sin descarte de paquetes (lossless), que nunca descartan paquetes una vez inyectados en la red, y las redes con descarte de paquetes (lossy), donde los paquetes se descartan en situaciones de congestión en la red, con la posibilidad de retransmitir los paquetes descartados. Mientras en el primer tipo de redes de interconexión podemos encontrar tecnologías de red como InfiniBand o Slingshot de Cray, las redes con descarte se usan, en gran medida, en la tecnología Ethernet, que es más barata y está más extendida (en número de sistemas donde se usa) que otras tecnologías de red. Las redes sin descarte se usan, en general, en entornos de computación de altas prestaciones (HPC), que son más controlados y predecibles, y cuyos muy estrictos requisitos de latencia son incompatibles con los retardos adicionales que pueden introducir las retransmisiones de paquetes descartados. Por otra parte, las redes con descarte se usan habitualmente en CPDs. Aunque es cierto que para las redes tradicionalmente con descarte tipo Ethernet se están diseñando mecanismos para garantizar un funcionamiento sin descarte, los comités de estandarización como la IETF y la IEEE avalan el uso de Ethernet con pérdidas, tal y como demandan muchas empresas.

En el diseño y desarrollo de la arquitectura de red se utilizan habitualmente simuladores como herramientas de soporte, ya que permiten analizar el coste y las prestaciones de las nuevas propuestas arquitectónicas. 

El propósito de este TFG es el diseño e implementación de un modelo de red de interconexión de altas prestaciones con descarte de paquetes, y su integración en un simulador de redes de interconexión ya existente. Además, se modelará la posibilidad de retransmitir o no los paquetes descartados, tal y como hacen algunos protocolos de red como TCP. El modelo de simulación soportará algún mecanismo de inhibición de inyección de cara a comprobar su impacto en el número de paquetes descartados, como Explicit Congestion Notification (ECN), de uso habitual en los estándares de IEEE y IETF.

 

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 con un nivel de detalle adecuado a la carga del TFG el estado del arte de las redes de interconexión de altas prestaciones, sobre todo aquellas con descarte de paquetes, y de las herramientas de simulación, mediante el estudio de la bibliografía y los simuladores disponibles en el grupo RAAP. Familiarizarse con el proceso de desarrollo del simulador INASim (1,5 meses).

2) Modelar la funcionalidad del descarte de paquetes y las retransmisiones en el simulador INASim (2 meses).

3) Modelar mecanismos de inhibición de inyección sencillos como ECN (2 meses).

4) Estudio y evaluación de las prestaciones de los modelos desarrollados en INASim (1,5 meses).

5) Documentación de los resultados y redacción de la memoria de TFG (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 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 TFG es la siguiente:

- Diversos libros y artículos sobre redes de interconexión, modelado y simulación.
- Documentación del simulador INASim.
- 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.