RDNA: Arquitetura Definida por Resíduos para Redes de Data Centers
Resumo
O design do datacenter caminha rumo ao paradigma da computação de borda, motivado pela necessidade de aproximar os recursos da nuvem aos usuários finais. No entanto, a arquitetura SDN não oferece nenhuma orientação para o design de micro Datacenters suficiente para atender aos requisitos complexos e rigorosos das redes 5G. Isso ocorre porque a SDN canônica não possui uma distinção clara entre as partes funcionais desta rede, como elementos de núcleo e de borda. Além disso, não há desacoplamento entre o roteamento e a política de rede. Na tese, apresentamos a Arquitetura Definida por Resíduos (RDNA) como uma nova abordagem para habilitar recursos-chave como comunicação ultra-confiável e de baixa latência em redes DC. A RDNA explora a programabilidade do Sistema Númerico de Resíduos (RNS) como um conceito fundamental para definir um modelo de encaminhamento minimalista para os elementos de núcleo. Em vez de encaminhar pacotes com base em operações clássicas de pesquisa na tabela, os switches núcleo não possuem tabelas e encaminham os pacotes usando apenas o resto da operação de divisão (módulo). Resolvendo um sistema de congruência de resíduos representando uma topologia de rede, descobrimos os algoritmos e suas propriedades matemáticas para projetar o sistema de roteamento RDNA que: (i) suporta comunicação unicast e multicast, (ii) fornece rotas resilientes com proteção para toda a rota e (iii) é escalável para topologias Clos de 2 camadas. Implementações experimentais em Mininet e NetFPGA SUME mostram que o encaminhamento na RDNA alcança 600 ns de latência por salto com nenhum jitter nos elementos de núcleo e tempo de recuperação de falha em sub-milissegundos.
Referências
da Silva, A. S., Smith, P., Mauthe, A., and Schaeffer-Filho, A. (2015). Resilience support in software-defined networking. Comput. Netw., 92(P1):189-207.
Dominicini, C. K., Vassoler, G. L., Meneses, L. F., Villaca, R. S., Ribeiro, M. R. N., and Martinello, M. (2017). Virtphy: Fully programmable nfv orchestration architec-ture for edge data centers. IEEE Transactions on Network and Service Management, 14(4):817-830.
Filsfils, E. C., Previdi, E. S., Systems, I. C., Decraene, B., Litkowski, S., Orange, Sha-kir, R., and Communications, J. (2014). Segment Routing Architecture. Internet-Draft Segment Routing Architecture draft-ietf-spring-segment-routing-00, Network Working Group. Standards Track.
Garner, H. L. (1959). The residue number system. Transactions on Electronic Computers, pages 140 -147.
Gomes, R. R., Liberato, A. B., Dominicini, C. K., Ribeiro, M. R. N., and Martinello, M. (2016). Kar: Key-for-any-route, a resilient routing system. In 2016 46th Annual IEEE/IFIP International Conference on Dependable Systems and Networks Workshop (DSN-W), pages 120-127.
Hari, A., Lakshman, T. V., and Wilfong, G. (2015). Path switching: Reduced-state flow handling in sdn using path information. In Proceedings of the 11th ACM Conference on Emerging Networking Experiments and Technologies, CoNEXT '15, pages 36:1-36:7, New York, NY, USA. ACM.
Jia, W. K. (2014). A scalable multicast source routing architecture for data center networks. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 32(1):116-123.
Li, X. and Freedman, M. J. (2013). Scaling ip multicast on datacenter topologies. In Proceedings of the Ninth ACM Conference on Emerging Networking Experiments and Technologies, CoNEXT '13, pages 61-72, New York, NY, USA. ACM.
Mahalingam, M., Dutt, D., Duda, K., Agarwal, P., Kreeger, L., Sridhar, T., Bursell, M., and Wright, C. (2013). VXLAN: A Framework for Overlaying Virtualized Layer 2 Networks over Layer 3 Networks. Internet Draft.
Martinello, M., Liberato, A. B., Beldachi, A. F., Kondepu, K., Gomes, R. L., Villaca, R., Ribeiro, M. R. N., Yan, Y., Hugues-Salas, E., and Simeonidou, D. (2017). Program-mable residues defined networks for edge data centres. In 2017 13th International Conference on Network and Service Management (CNSM), pages 1-9.
Martinello, M., Ribeiro, M. R. N., De Oliveira, R. E. Z., and De Angelis Vitoi, R. (2014). Keyflow: A prototype for evolving SDN toward core network fabrics. IEEE Network, 28(2):12-19.
Multicast extensions to ospf. RFC 1584, https://tools.ietf.org/html/rfc1584.
Pansiot, J.-J. (2010). Multicast Routing on the Internet. ISTE.
Rosen, E., Viswanathan, A., and Callon, R. (2001). RFC 3031: Multiprotocol Label Switching Architecture. Technical report, IETF.
Shahbaz, M., Suresh, L., Feamster, N., Rexford, J., Rottenstreich, O., and Hira, M. (2018). Elmo: Source-Routed Multicast for Cloud Services. ArXiv e-prints.
Xia, W., Wen, Y., Foh, C. H., Niyato, D., and Xie, H. (2015). A survey on software-defined networking. IEEE Communications Surveys Tutorials, 17(1):27-51.
