Bus-RSN: Giải pháp tô-pô mạng liên kết dạng lai cho các trung tâm dữ liệu cỡ vừa, tiết kiệm chi phí và đáp ứng không gian mở

Bus-RSN: An Interconnect Topology for Medium-Size Data Centers, Saving in Cable and Fitting to Incremental Expansion to Non-continuous Space

  • Chung Thanh Kieu Trường Cao đẳng nghề Công nghệ cao Hà Nội
  • Son Quang Vu Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
  • Hai Pham Dang Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
  • Khanh-Van Nguyen Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Keywords: Tô-pô mạng, mạng liên kết dạng lai, thuật toán định tuyến, mạng ngẫu nhiên.

Abstract

Xây dựng và phát triển các trung tâm dữ liệu (DC – Data Center) kích thước vừa và nhỏ đang được các doanh nghiệp Việt nam quan tâm. Một thách thức lớn ở đây là thiết kế tô-pô liên kết có chi phí triển khai thấp mà đảm bảo tính linh hoạt cao như dễ mở rộng và đáp ứng điều kiện hạn chế về không gian như: kết hợp nhiều phòng máy chủ có diện tích sàn bị giới hạn, không liền kề (đôi khi ở các tầng khác nhau trong tòa nhà). Các kiến trúc tô-pô mạng liên kết được ứng dụng phổ biến trên thế giới là không thực sự phù hợp cho những điều kiện thực tế đặc thù này. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một giải pháp tô-pô mạng liên kết dạng lai, ký hiệu Bus-RSN, có thiết kế đặc thù phù hợp cho việc lắp đặt các DC cỡ vừa và nhỏ nhằm thỏa mãn các mục tiêu trên. Tô-pô đề xuất được tạo ra bằng cách lai kết hợp tô-pô dạng Bus và tô-pô RSN (random shortcut networks) [7], trong đó thành phần bus đóng vai trò là đường trục kết nối các vùng máy chủ liên tục (tương ứng một phòng hay sàn) mà mỗi vùng được liên kết bằng một cấu trúc RSN, phù hợp với giới hạn không gian riêng biệt của mỗi phòng máy chủ. Qua so sánh với các giải pháp tô-pô hiện có đáng quan tâm thông qua thực nghiệm với công cụ phần mềm [3], chúng tôi thấy giải pháp đề xuất có thể đem lại một lựa chọn có tính thực tiễn cao: giảm được chi phí thiết bị đáng kể trong khi yếu tố hiệu năng quan trọng nhất (đỗ trễ truyền tin) bị ảnh hưởng giảm tương đối nhỏ. Chẳng hạn với một cấu trúc không gian gồm 2 sàn lắp đặt riêng biệt, Bus-RSN có thể tiết kiệm chi phí thiết bị mạng đến 26% so với tô pô hiện đại hàng đầu là JellyFish [1] mà chỉ thua kém 12% về độ trễ truyền tin

References

[1] Singla, A., Hong, C. Y., Popa, L., & Godfrey, P. B., "Jellyfish: Networking data centers randomly.," In Presented as part of the 9th {USENIX} Symposium on Networked Systems Design and Implementation ({NSDI} 12), pp. 225-238, 2012.
[2] Luo, L., Guo, D., Li, W., Zhang, T., Xie, J., & Zhou, X, "Compound Graph Based Hybrid Data Center," Frontiers of Computer Science, vol. 9, no. 6, pp. 860-874, 2015 December 1.
[3] CHUNG, Kiều Thành; THÀNH, Nguyễn Tiến; VĂN, Nguyễn Khanh, "Một tiếp cận thiết kế công cụ phần mềm đánh giá hiệu năng mạng liên kết kích thước lớn," Chuyên san Các công trình Nghiên cứu và Phát triển về Công nghệ thông tin và Truyền thông, 2019.
[4] Al-Fares, M., Loukissas, A., & Vahdat, A., "A scalable, commodity data center network architecture. .," In ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 38, no. 4, pp. 63-74, 2008, August.
[5] Guo, D., Chen, T., Li, D., Liu, Y., Liu, X., & Chen, G., "BCN: Expansible network structures for data centers using hierarchical compound graphs.," Proceedings IEEE INFOCOM, pp. 61-65, 2011.
[6] Guo, C., Wu, H., Tan, K., Shi, L., Zhang, Y., & Lu, S., "Dcell: a scalable and fault-tolerant network structure for data centers.," In ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 38, no. 4, pp. 75-86, 2008, August.
[7] Michihiro Koibuchi, Hiroki Matsutani, Hideharu Amano, D Frank Hsu, and Henri Casanova, "A case for random shortcut topologies for hpc interconnects," ACM Sigarch Computer Architecture News. IEEE Computer Society, vol. 40, pp. 177-188, 2012.
[8] N. Farrington, G. Porter, S. Radhakrishnan, H. H. Bazzaz, V. Subramanya, Y. Fainman, G. Papen, and A. Vahdat, "Helios: A hybrid electrical/optical switch architecture for modular data centers," SIGCOMM, 2010.
[9] Guo, C., Lu, G., Li, D., Wu, H., Zhang, X., Shi, Y., & Lu, S., "BCube: a high performance, server-centric network architecture for modular data centers," ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 39, no. 4, pp. 63-74, 2009.
[10] Gyarmati, L., & Trinh, T. A., "Scafida: A scale-free network inspired data center architecture.," ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol. 40, no. 5, pp. 4-12, 2010.
[11] Wu, H., Lu, G., Li, D., Guo, C., & Zhang, Y., "MDCube: a high performance network structure for modular data center interconnection," In Proceedings of the 5th international conference on Emerging networking experiments and technologies, pp. 25-36, 2009, December.
[12] A. Greenberg, J. R. Hamilton, N. Jain, S. Kandula, C. Kim,P. Lahiri, D. A. Maltz, P. Patel, and S. Sengupta, "VL2: a scalable and flexible data center network.," SIGCOMM, 2009.
[13] J.-Y. Shin, B. Wong, and E. G. Sirer, "Small-world datacenters," ACM Symposium on Cloud Computing (SOCC), 2011.
[14] Y. Yu and C. Qian, "Space shuffle: A scalable, flexible, and high-bandwidth data center network," 2014 IEEE 22nd International Conference on Network Protocols, pp. 13-24, 2014.
[15] I. Fujiwara, M. Koibuchi, H. Matsutani, and H. Casanova, "Skywalk: A topology for hpc networks with low-delay switches," 28th International Parallel and Distributed Processing Symposium (IEEE), pp. 263-272, 2014.
[16] J. Kim, W. J. Dally, S. Scott, and D. Abts, "Technology-driven, highly-scalable dragonfly topology," 2008 International Symposium on Computer Architecture (IEEE), pp. 77-88, 2008.
[17] R. N. Mysore, A. Pamboris, N. Farrington, N. Huang, P. Miri, S. Radhakrishnan, V. Subramanya, and A. Vahdat., "Portland: A scalable fault-tolerant layer 2 data center network fabric," SIGCOMM, 2009.
[18] G. Wang, D. G. Andersen, M. Kaminsky, K. Papagiannaki, T. S. E. Ng, M. Kozuch, and M. Ryan, "c-Through: Part-time optics in data centers," SIGCOMM, 2010.
[19] Mikkel Thorup and Uri Zwick, "Compact routing schemes," Proceedings of the thirteenth annual ACM symposium on Parallel algorithms and architectures, pp. 1-10, 2001.
[20] Thanh, Chung Kieu, Anh Mai The, Cuong Bui, Hai D. Pham, and Khanh-Van Nguyen, "An efficient compact routing scheme for interconnection topologies based on the random model.," In Proceedings of the Eighth International Symposium on Information and Communication Technology, pp. 189-196, 2017.
[21] W. D. Dally and B. Towles, "Principles and Practices of Interconnection Networks," Morgan Kaufmann, 2003.
[22] KIEU, Thanh-Chung, "An interconnection network exploiting trade-off between routing table size and path length," 2016 Fourth International Symposium on Computing and Networking (CANDAR). IEEE, pp. 666-670, 2016.
[23] Aljazzar, Husain, and Stefan Leue, "K⁎: A heuristic search algorithm for finding the k shortest paths.," Artificial Intelligence, vol. 175, no. 18, pp. 2129-2154, 2011.
[24] J. Mudigonda, P. Yalagandula and J. C. Mogul, "Taming the Flying Cable Monster: A topology Design and Optimization Framework for Data-Center Network," in USENIX Annual Technical Conference (USENIX ATC'11), 2011.
Published
2020-09-14
Section
Bài báo