Control de tráfico en el data center : Un enfoque experimental

Abstract

Los centros de datos de escala masiva (MSDC, por sus siglas en ingles) se han convertido en un componente clave de la arquitectura de Internet. Con escalas de hasta cientos de miles de servidores, transportar tráfico dentro de estas infraestructuras requiere recursos de conectividad mucho mayores que en las redes de tránsito tradicionales de Internet. Usualmente, los MSCD utilizan topologías de tipo fat-tree, que brindan diversidad de caminos (o rutas múltiples) y un ancho de banda de bisección constante entre servidores. Para explotar las potenciales ventajas de estas topologías, se necesitan protocolos de enrutamiento específicos, con soporte para rutas múltiples y con baja carga de mensajería del plano de control. Estas infraestructuras tienen un alto costo, y por tanto, no es posible utilizarlas para experimentar con nuevos protocolos. Por esta razón, se necesitan entornos de emulación/simulación escalables y realistas que permitan experimentar emulando o simulando el comportamiento de estas grandes infraestructuras. En este trabajo, se revisaron y desarrollaron distintos ambientes de experimentación, tanto de un único host como distribuidos, que permiten analizar las ventajas y desventajas de las diferentes soluciones. Además, centrados en el Border Gateway Protocol (BGP), se ejecutó un conjunto de experimentos del plano de control sobre topologías fat-tree en entornos simulados y emulados. La validación de los resultados experimentales se complementó con un análisis teórico del comportamiento de BGP sobre un conjunto de escenarios seleccionados. Estos resultados experimentales y teóricos, así como la evaluación y desarrollo de los ambientes de experimentación, fueron oportunamente difundidos a la comunidad científica por medio de publicaciones científicas referadas. Todas los desarrollos de los entornos de experimentación realizados en el marco de este trabajo están disponibles y son reproducibles.

Massive Scale Data Centers (MSDC) have become a key component of nowadays content-centric Internet architecture. With scales up to hundred thousands servers, conveying traffic inside these infrastructures requires much larger connectivity resources than traditional broadband Internet transit networks. MSCD uses fat-tree type topologies, which ensure multipath connectivity and constant bisection bandwidth between servers. To properly use the potential advantages of these topologies, specific routing protocols are needed, with multipath support and low control messaging load. These infrastructures are hugely expensive, and therefore, it is not possible to use them to experiment with new protocols. This rises the need for scalable and realistic emulation/simulation environments. In this work, we reviewed and developed several experimental environments, both single-host and distributed, analyzing the benefits and drawbacks of the different solutions. Also, focused on the Border Gateway Protocol (BGP), we ran a comprehensive set of control plane experiments over fat-tree topologies in both simulated and emulated environments. The validation of the experimental results was complemented with a theoretical analysis of BGP behavior over selected scenarios. These experimental and theoretical results, as well as the evaluation and development of the experimental environments, were opportunely disseminated to the scientic community through peer-reviewed scientic publications. All the development of the experimentation environments are available and can be reproduced.