Towards efficient and feasible congestion management techniques for high-performance interconnection networks using distributed routing
- Autores: Jesús Escudero Sahuquillo
- Directores de la Tesis: Pedro Javier García García (dir. tes.), Francisco José Quiles Flor (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2011
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Duato Marín (presid.), Carmen Carrión Espinosa (secret.), María Engracia Gómez Requena (voc.), O. Lysne (voc.), José Ángel Gregorio Monasterio (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
Las redes de interconexión son un elemento crucial en los actuales sistemas de computación paralela, clusters o estaciones de centros de trabajo, entre otros. Ofrecer una baja latencia y una alta velocidad, son requisitos básicos para una red de interconexión de altas prestaciones. Y es que es indispensable que éstas redes ofrezcan unas prestaciones que no limiten el rendimiento global del sistema. En otras palabras, la red de interconexión no debe ser el cuello de botella el sistema del que forma parte. En este sentido, numerosas líneas de investigación se centran en mejorar las prestaciones de la red de interconexión. Una de ellas es el control de la congestión.
La congestión es un antiguo problema que puede afectar gravemente a las prestaciones de las redes de interconexión. En concreto, la congestión se produce cuando el acceso a ciertos recursos de la red (enlaces, puertos de salida) es solicitado de forma simultánea y persistente por varios flujos de paquetes, siendo imposible atender a la vez todas las peticiones. En estas situaciones, y en redes sin descarte de paquetes, las colas donde se almacenan los paquetes implicados se llenarán por completo, y la congestión se expandirá por la red, debido al control de flujo, en forma de árboles de congestión, que pueden aparecer, propagarse y desaparecer de muy diversas formas. En estas condiciones, las prestaciones de la red se degradarán drásticamente, principalmente debido al efecto del bloqueo de cabeza de línea ó Head-of-Line (HoL) blocking, que se produce cuando los paquetes bloqueados en cabeza de una cola impiden el avance de paquetes almacenados en la misma cola, incluso si estos últimos solicitan recursos que están disponibles.
Hasta la fecha, una de las técnicas más ventajosas y satisfactorias para el control de la congestión ha sido RECN Regional Explicit Congestion Notification); una propuesta que consigue eliminar por completo HoL-blocking, dejando sin efecto la congestión que no afectará al rendimiento global de la red. Otras propuestas para el control de la congestión se centran en la eliminación de los árboles de congestión, sin tener en cuenta el HoL-blocking, lo que ocasiona que dichas técnicas no logren unos resultados idóneos. De hecho, hay otras técnicas que también han intentado eliminar el HoL-blocking, pero sin llegar a conseguir resultados aceptables. Por otro lado, los enfoques basados en RECN plantean el inconveniente de que requieren un número reducido de recursos adicionales de control, que se usan para guardar información de la congestión en cada punto de la red hacia donde esta se propaga. Éste es el precio que hay que pagar para RECN obtenga unos resultados muy aceptables. Otro inconveniente de RECN es que ha sido planteado para redes de interconexión con encaminamiento fuente, mientras que las redes con encaminamiento distribuido son muy comunes. Por ejemplo, la especificación InfiniBand usa encaminamiento distribuido.
Esta tesis se centra en proponer nuevos mecanismos de control de congestión para redes de interconexión con encaminamiento distribuido que sean eficientes y sin un coste y complejidad excesivos, de cara a su posible implementación en sistemas reales. En general, se ha intentado con este trabajo llenar una serie de huecos que, en nuestra opinión, estaban sin cubrir dentro del ámbito del control de congestión. En concreto, esta tesis consta de tres partes. En la primera, se proponen dos técnicas de control de congestión muy sencillas que no necesitan recursos adicionales, y que consiguen unas prestaciones bastante aceptables con una complejidad y coste mínimos. Si bien dichas técnicas no consiguen una eliminación completa del HoL-blocking.
En la segunda parte, se proponen otras dos técnicas de control de congestión que maximizan las prestaciones de la red en situaciones de congestión. La idea principal en la que se basan estas propuestas es en el aislamiento de los flujos congestionados en una serie de recursos especialmente habilitados a tal efecto. Puede pensarse que el uso de recursos adicionales supone demasiado coste adicional pero, en nuestra opinión, esto es también una garantía a la hora de eliminar los problemas de la congestión. Además, se ha tratado de optimizar al máximo el uso de estos recursos adicionales. La elección de simplicidad o eficiencia con un coste adicional queda, pues, en manos del diseñador de la red de interconexión.
Finalmente, en la tercera parte de la tesis se propone una nueva estrategia de control de congestión basada en la combinación de las propuestas de la segunda parte de la tesis y las técnicas clásicas de control de congestión basadas en limitación de inyección. De esta combinación surge una nueva propuesta que ofrece muy buenas prestaciones, e incluso reduce la necesidad de recursos adicionales de las técnicas propuestas anteriormente.
