多路线路由本领

2019-07-17 09:58栏目:ca888圈外

新型网管系统Fastpass 可改善网络堵塞

麻省理工学院研究人员成功研制出一款名为Fastpass的新型网络管理系统,研究人员称Fastpass可减少网络出现大面积堵塞时的等待时间。麻省理工学院的研究团队将会在八月中旬召开的ACM数据通信专业组(ACM Special Interest Group on Data Communication)会议上报告其研究结果。

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众所周知,在数据中心里,每当有人发出请求时,一些载有信息的数据包就会经过路由器从一个端口传送到另一个端口。而很多人同时发出请求时,这些数据包有可能会积压在路由器里,原因是路由器会将那些来不及处理的包存放在队列中等候处理。

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图中显示延迟减少(浅蓝:Fastpass,浅红:参考系统)

而Fastpass的系统核心就是一个被称之为“仲裁”(arbiter)的中央服务器。麻省理工学院研究人员表示,每当路由器或其他一些网络节点(如交换机或网桥等)收到用户请求需要发数据时,就会首先将请求发给“仲裁”。“仲裁”的角色有点像个管理所有网络节点和请求的监督员。由于“仲裁”知道网络系统的状况,所以可以根据一些可行的时隙分配和路径分配算法确定最佳的网络路径和发送数据的最佳时间,以防止数据包在网络内的积压。

摘录麻省理工学院研究文章的一段,从技术角度介绍了Fastpass系统:

端点与“仲裁”之间的通信采用Fastpass控制协议(FCP)。FCP协议属于可靠性协议,用于传达端点发给“仲裁”的请求以及将“仲裁”分配的时隙和路径传达给请求的发送者。FCP必须在相互冲突的要求之间找到平衡:包括尽量小地消耗网络带宽、实现低延迟和在不中断端点的通信的前提下处理数据包的丢失和“仲裁”失效的情况。FCP的可靠性采用超时和集中请求(Aggregate demands)的ACK(确认)机制。端点将超过几微秒内的分配请求集中在一个数据包里发给“仲裁”。这样集中发请求数据包后可以降低请求的开销,继而有限度地降低在“仲裁”端的等待时间。——麻省理工学院

据悉,麻省理工学院研究团队在Facebook数据中心测试过Fastpass,结果发现路由器的平均队列长度减少了99.6%。即使在网络繁忙期间,使用Fastpass后也可以将发送请求与收到回应的时间从3.56(微秒)降到0.23微秒​​。

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ECMP总结:

ca888会员登录,ECMP(等价多路径)是一种路由技术,实现将数据包在不同的路径上传输,原理相对简单,首先计算出网络中两个节点的最短路径,如果有多条等价最短路径,则进行负载均衡,这也是ECMP最大局限性所在,表现为:首先在一个网络中,等价最短路径限制太强,再者将流量平均分配到不同路径上没有考虑到网络实际能力,比如两条等价最短路径若带宽不对称,平均分配流量可能造成一条链路拥塞而另一条相对空闲。

6.1 虚拟通道路由器微结构

图示是一个最新的credit-based virtual channel router的微结构。这里假设一个二维mesh结构,因此路由器有5个输入端和5个输出端,对应于4个邻接方向和本地PE端。这个路由器的5个主要组成部分是输入缓冲器(input buffer)、路由计算逻辑(route computation logic)、虚拟通道分配器(virtual channel allocator)、开关分配器(switch allocator)和交叉开关(crossbar switch)。大多数NoC路由器使用输入缓冲,包在输入端被存入缓冲器中,因为输入端缓冲机制下可以使用单端口存储器。这里假设每个输入端有4个VC,每个VC有4个片深度的缓冲队列。

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Router Microarchitecture

片自从其进入路由器起,整个在路由器中停留的时间都保存在这些缓冲器中。这与处理器流水线中将指令在流水线级间的缓冲器中进行锁存(latching)是不同的。如果不使用源路由(source routing),则路由计算逻辑将会计算(或者查找)这个包的正确的输出端。VC分配器和开关分配器(virtual channel allocator and switch allocator)选择片来进入下一个阶段:即通过交叉开关。最终,交叉开关物理上将片从输入端转移到输出端。

接下来几节分别讨论各个组成部分。

  • 大部分情况下其他多数路径都处于空闲状态,不能很好地利用网络资源
  • 当数据量较大时,容易造成网络拥塞
  • 不能很好实现业务驱动网络,由于业务对网络要求不同,如带宽、时延、丢包率等,但单路径路由不会进行区分服务。
    本文主要介绍一下两方面的内容,一是目前主流用到的多路径技术,包括ECMP、WCMP、OSPF-OMP,二是学术界比较有影响的多路径思路

6.4 分配器和仲裁器

一个分配器将N个请求(request)匹配(match)到M个资源(resource),一个仲裁器将N个请求匹配到1个资源。在一个r路由器中,资源是指VC和交叉开关端口。

在一个没有VC的虫孔路由器中中,在每一个输出端处的开关分配器(switch arbiter,SA)将该输出端匹配和授权给发出请求的输入端,因此,有P个仲裁器,分别位于每个输出端,每一个都可以在竞争条件下将P个输入端的请求匹配到其所在的输出端。

在一个多VC的router中,我们需要一个虚拟通道分配器(virtual channel allocator,VA),用以解析对输出 VC的竞争并且把他们授权(grant)给输入VC,以及一个SA来将交叉开关端口授权给输入VC。一个包中仅有头片需要VA,而所有的片都需要在每个周期中通过SA。

具有较高匹配概率的分配器或仲裁器可以使得更多的包成功获得VC并且通过交叉开关,因此可以提高网络的吞吐率(throughput)。在大多数的NoC中,路由器中的分配逻辑(allocation logic)决定了周期的时长(cycle time)。因此,分配器和仲裁器必须是快速的、可流水的,这样使得他们可以在较高的时钟频率下工作。

目前网络中路由方案大多为单路径路由,基于给定限制寻找一条最优路径,只有该路径失效时才会重新计算或者选用备用路径,这种做法有以下三个不足:

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