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Giorgio Ventre » 3.Tecniche ed Architetture per la Quality of Service in Fast Interconnect


Indice della lezione

  • Cosa si intende per QoS nelle LAN e nelle Fast Interconnects
  • Flow Control (Controllo di Flusso)
  • Congestion Management (Gestione delle Congestioni)
  • Service Differentiation (Differenziazione dei Servizi)

Perché implementare la QoS nelle reti ad interconnessione veloce

  • 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.

Fast Interconnection

  • 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.

Come controllare la QoS nelle FI

  • 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

FI di interesse

  • InfiniBand Architectude (IBA)
  • Advanced Switching Interconnect
  • Ethernet (Backplane Ethernet)

InfiniBand Architecture

  • 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).

Advanced Switching Interconnect (ASI)

  • 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.

Ethernet

  • 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.

Le principali caratteristiche

Principali caratteristiche

Principali caratteristiche


Terminologia

Terminologia

Terminologia


Flow Control nell’IBA

  • 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.

Flow Control nell’IBA

  • 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

Flow Control nell'IBA


Flow Control nell’ASI

  • 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.

Flow Control in Ethernet

  • 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.

Flow Control in Ethernet

  • 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

Flow Control in Ethernet


Congestion Control nell’IBA

  • 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.

Congestion Control nell’IBA

  • 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.
Congestion Control nell’IBA

Congestion Control nell'IBA


Congestion Control in ASI

  • 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.
Congestion Control in ASI

Congestion Control in ASI


Caratteristiche della QoS in IBA, ASI, Ethernet

Tabella comparativa

Tabella comparativa


Advanced Routing in IP – parte I

  • Organizzazione globale di Internet:
    • Esempi di dominio
    • Routing Intra-dominio
  • Le basi del BGP (Border Gateway Protocol).
  • Il BGP in reti di grandi dimensioni.
  • Il Traffic Engineering Inter-dominio col BGP.
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Progetto "Campus Virtuale" dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, realizzato con il cofinanziamento dell'Unione europea. Asse V - Società dell'informazione - Obiettivo Operativo 5.1 e-Government ed e-Inclusion