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Giorgio Ventre » 4.Tecniche ed Architetture per la Quality of Service in Fast Interconnect

Può sembrare strano, ma recentemente la QOS ha ricevuto più attenzione nelle Wide Area Networks che nelle Local Area Network.
Tuttavia, al giorno d’oggi le architetture cluster based sono molto utilizzate per la distribuzione di applicazioni multimediali veloci, affidabili e distribuite.
Di conseguenza c’è un aumento della necessità di possedere meccanismi di QoS anche nelle LAN e nelle reti di interconnessione.

Una Fast Interconnect è utilizzata per collegare più processori/computer all’interno di un’area limitata.
Fino a pochi anni fa, erano utilizzate per la computazione di grossi task in sistemi cluster based dedicati.
Oggi, il cluster computing è utilizzato per servizi appartenenti ad un range più ampio: web, data werehousing, CDN (Content Delivery Network), o un mix di questi.
Da ciò la necessità di implementare protezione sul traffico e differenziazione.

Per Fast Interconnect si intende solitamente una architettura di livello data link, senza alcun hardware per lo scheduling/forwarding dei pacchetti.
Quindi, meccanismi per la QoS vanno ricercati nel livello di comunicazione point-to-point.
Su questo livello è possibile agire su:
- Flow Control
- Congestion Management
- Service Differentiation

Standardizzata nell’Ottobre del 2000 come una fusione del Future I/O e del Next Generation I/O.
È una interconnessione point-to-point seriale full duplex.
Sostituisce i PCI dei server e le FiberChannel nelle storage area network.
Oggi è utilizzata per le intrasystem interconnect (interconnessione intrasistema).

Deriva dal PCI Express I/O, una intrasystem interconnect seriale switchata a banda larga.
Riutilizza lo stesso physical layer e lo stesso link layer.
Aggiunge nuove funzionalità per le comunicazioni peer-to-peer al transaction layer.

È la tecnologia LAN dominante.
È in fase di modifica per l’aggiunta di caratteristiche ottimizzate per le comunicazioni backplane.
IEEE 802.3ap Backplane Ethernet Task Force.
Sono già state eseguite estensioni per la QoS.

Principali caratteristiche

Basato su uno schema a cascata, point-to-point e credit based.
Il lato Downstream di un link tiene conto della porzione di buffer disponibile (credits):
- Nel momento in cui una certa quantità di dati libera dello spazio, il buffer viene deallocato e si ottiene un credito.
- Quando arrivano dati, viene allocato spazio sul buffer ed un credito è consumato.
Il nodo Downstream informa il nodo Upstream della disponibilità di creditia ad intervalli regolari di tempo.

Il Controllo di Flusso viene eseguito per Virtual Lane (corsie virtuali), o anche definite canali.
Ogni link viene splittato in corsie, ogni corsia esegue in maniera indipendente dalle altre:
- Gestione dei buffer
- Controllo di flusso
- Controllo di congestione
Tale meccanismo può essere utilizzato per realizzare reti virtuali costruite su virtual lanes.

Flow Control nell'IBA

Basato anch’esso su uno schema a cascata, point-to-point e credit based.
La principale differenza con l’IBA è che in questo caso viene utilizzato un meccanismo per evitare i deadlock e che quindi si abbia penuria di crediti:
- Una speciale coda: bypassabile.
- Due tipi di pacchetto: bypass e ordered.
- Quando i crediti vengono esauriti per i pacchetti bypass, quelli ordered posso ancora procedere.
- Quando si recuperano crediti, viene data precedenza ai pacchetti sospesi.

È basato su un esplicito meccanismo di tipo On-OFF.
Il messaggio OFF fornisce del tempo per il resuming.
Altrimenti è richiesto un messaggio ON esplicito.
Bisogna tenere in conto il tempo necessario per propagare messaggi di questo tipo e per riservare spazio adeguato all’interno del buffer.
Il controllo è di tipo per-port e non di tipo per-flow o per-channel.

Se una connessione possiede pochi crediti, bisogna chiudere l’intero port.
Di conseguenza anche gli altri flussi subiranno le conseguenze di tale chiusura.

Flow Control in Ethernet

È basato su tre diversi meccanismi:
- FECN – Forward Explicit Congestion Notification
- Static Rate Control
- Head of Queues Drain
L’ FECN opera settando un campo nel pacchetto nel caso di congestione.
La destinazione riceve il flag e segnala l’evento alla sorgente.
Esistono 16 differenti livelli di congestione.

Lo Static Rate Control è utilizzato dai nodi di uscita quando ricevono un flag FECN.
Quanti più FECN vengono ricevuti, tanto più viene ridotto il rate: il rate viene nuovamente incrementato al termine di un timeout.
La testa della coda viene svuotata di carico utile per evitare situazioni di stallo e per evitare quindi che si verifichi penuria di crediti oppure che le Lane non consumino pacchetti.

Congestione Control nell'IBA

In ASI il controllo di congestione è basato sul meccanismo SBFC (Status-Based Flow Control), dove uno switch di downstream può segnalare allo switch di upstream dell’esigenza di ridurre la priorità di alcuni flussi.
Questo meccanismo è implementato selezionando esclusivamente i flussi che provocano la congestione.