Escalabilidad del enrutamiento en data centers masivos

Abstract

Los Data Centers masivos han tenido un papel fundamental en la transformación gradual que ha sufrido la arquitectura de Internet, desde una red de redes hacia una red dirigida por contenidos. Este tipo de Data Centers brinda diferentes servicios esenciales, como son el poder de cómputo, el almacenamiento masivo y la replicación. A lo largo de los ultimos años, la gran cantidad de datos manejada por los Data Centers, ha obligado a estos últimos a escalar su infraestructura (servidores, switches, routers), creando la necesidad de escalar en la comunicación entre dispositivos y del ancho de banda en varios órdenes de magnitud superior al del tráfico WAN clásico de Internet. Se han propuesto diferentes soluciones al problema del enrutamiento en los Data Centers. Algunas están basadas en protocolos de enrutamiento distribuido ya existentes (BGP, IS-IS), mientras que otras soluciones se han basado en protocolos nuevos (RIFT) adaptados a los problemas que presentan las topologías más comunes de los Data Centers (Fat-Tree). También, se han presentado soluciones basadas en paradigmas de enrutamiento centralizado como las redes definidas por software (SDN, por su sigla en inglés).Este trabajo se centró en estudiar, analizar y comparar el diseño y rendimiento de estas distintas soluciones. Se realizó en primer lugar un análisis teórico de los protocolos BGP y RIFT, estudiando la complejidad de mensajería en el bootstrap. La elección de dichos protocolos se basó, en el caso de BGP, en el hecho de que es el estándar de facto de enrutamiento en el Data Centers, mientras que RIFT fue elegido porque presenta una idea alternativa la cual combina características entre un protocolo de estado de enlace y un algoritmo de vector de distancia. A su vez, es importante destacar que RIFT fue específicamente desarrollada para topologías Fat-Tree, muy comunes en el diseño de los Data Centers hoy en día. Por otro lado, con un enfoque experimental, se diseñó una metodología de experimentación utilizando el framework de Kathará, que permitió analizar y comparar cuantitativamente todos los protocolos que fueron de interés en el presente estudio. En particular, se desarrollaron pruebas para comparar la cantidad de mensajes de RIFT y BGP al realizar el bootstrap de la topología. Los resultados experimentales se compararon con los resultados teóricos, con el objetivo de validar el análisis realizado. A su vez, se observó que si bien RIFT envía una cantidad menor de mensajes relevantes a la convergencia del enrutamiento, BGP en sí genera en total una cantidad menor de mensajes. La metodología de experimentación diseñada se basa en la disección de mensajes, lo cual no era posible en el caso de RIFT al no existir una implementación de inspección para el protocolo. Por dicho motivo, se desarrolló un disector de Wireshark que permitiera la inspección de paquetes RIFT. A su vez, este disector, también fue de utilidad para la depuración del protocolo por parte de los desarrolladores del mismo. Se incursionó también en soluciones de tipo SDN, con el objetivo de compararlas con los protocolos distribuidos analizados. A pesar de que se encontraron fuertes limitaciones en el tipo de topologías que la herramienta para enrutamiento SDN soportaba, las pruebas permitieron comprender mejor dicho paradigma.