Actas JP2011 - Universidad de La Laguna

Actas XXII Jornadas de Paralelismo (JP2011) , La Laguna, Tenerife, 7-9 septiembre 2011chas técnicas, como pueden ser: Virtual Output Queuesa nivel de red (VOQnet) [2], Virtual Output Queues a nivelde conmutador (VOQsw) [3], Destination-Based BufferManagement (DBBM) [4], Regional Explicit CongestionNotification (RECN) [5], Flow-Based Implicit CongestionManagement (FBICM) [6], Output-Based QueueAssignment (OBQA) [7] o Dynamically Allocated Multiqueues(DAMQS) [8].Entre todas las técnicas mencionadas, probablementelas técnicas que más económica y satisfactoriamente eliminanel HoL blocking son RECN y FBICM. Estas técnicascomparten el mismo planteamiento y son capaces dereducir en gran medida los efectos perjudiciales del HoLblocking sin requerir una gran cantidad de recursos extra.El funcionamiento básico de ambas propuestas será explicadoen la siguiente sección.Sim embargo, ambas técnicas han sido evaluadas casiexclusivamente en redes multietapa. La finalidad de esteartículo es evaluar diversas técnicas para reducir el HoLblocking en topologías directas tipo malla o toro, de caraa comprobar si las ventajas del enfoque seguido porRECN y FBICM se mantienen en estas topologías.El resto del artículo se organiza así: en la sección II,se resume el funcionamiento de las técnicas de controlde congestión RECN y FBICM. Luego, en la sección IIIse verán los resultados de las simulaciones realizadas yse comentarán los resultados obtenidos. Por último, en lasección IV se exponen las conclusiones y las motivacionespara seguir trabajando en esta línea.II. RECN Y FBICMEsencialmente, la diferencia entre las técnicas RECN yFBICM radica en que RECN ha sido propuesto para redesque usan encaminamiento fuente, mientras que FBICMasume el uso de encaminamiento distribuido deterministabasado en tablas. La segunda diferencia más importanteentre ambos recae en la arquitectura de conmutadorusada. Mientras que FBICM ha sido específicamente diseñadopara conmutadores IQ (Input Queued, o colas solamenteen los puertos de entrada), existen versiones deRECN tanto para conmutadores IQ como para conmutadoresCIOQ (Combined Input and Output Queued, o concolas tanto en los puertos de entrada como en los de salida).Aparte de estas diferencias y algún otro detalle, elfuncionamiento básico es el mismo.Ambas propuestas se basan en la misma idea clave:si el HoL blocking es eliminado completamente, puedeser que la congestión siga existiendo en la red, pero esinocua. Hay que tener en cuenta que si los flujos no congestionadosno se ven afectados por los congestionados,todos los flujos de datos de la red cruzarán la red a lavelocidad máxima que ésta permita. Teniendo en cuentaesto, ambas técnicas tratan de eliminar el HoL blockingsiguiendo los mismos procedimientos básicos: se detectaexplícitamente el punto donde se está produciendo lacongestión y luego se separan los flujos congestionadosy los no congestionados asignando dinámicamente colaspara almacenar únicamente los paquetes de los flujoscongestionados. De esta manera se evita el HoL blockingproducido por los paquetes congestionados a los que nolo están. Por otro lado, los paquetes no congestionadospueden seguir compartiendo colas entre ellos sin que elloproduzca un HoL blocking significativo. De esta forma,estas técnicas no requieren demasiadas colas para atacarel problema del HoL blocking, siempre teniendo en menteque al aumentar el tamaño de la red, el número de flujosde paquetes que pasan por un punto de la red aumenta.La detección de la congestión se produce cuando laocupación de una cola en un puerto de entrada de un conmutadoralcanza un cierto nivel, al que llamaremos nivelde detección. Llegar a este nivel indica que puede haberciertos paquetes que no están avanzando tan rápido comodeberían y eso puede llevarnos al desbordamiento de lacola.Una vez detectada la situación de congestión, el procesode aislamiento del flujo de paquetes congestionadoscomienza: se asigna una nueva cola para aquellos paquetescuyo puerto de salida sea el puerto que se ha detectadocomo punto de congestión. Para la gestión de la nueva colase creará también una nueva entrada en una MemoriaDireccionable por Contenido (CAM). Esta CAM almacenarála ruta hasta el punto de congestión, bien de maneraexplícita (RECN) o bien implícita (FBICM).Cuando la congestión persiste durante un largo periodode tiempo, estas nuevas colas creadas para almacenarlos paquetes de los flujos congestionados, pueden, a suvez, llegar a un nivel muy alto de ocupación y sufrir peligrode desbordamiento. Para evitar esta situación se usaun umbral de “Stop”. Una vez que una cola alcanza estepunto, la información de congestión debe ser propagada alos conmutadores precedentes. Con esta información, unconmutador que la recibe sabe que hay un conmutador enel siguiente salto que está al límite de su capacidad paraalmacenar paquetes congestionados de una cola concreta,lo que le lleva a asignar él una cola para almacenar lospaquetes de este flujo congestionado y a parar su envíohasta que se reciba una señal de “Go“. Con este mecanismode propagación conseguimos aislar los flujos depaquetes congestionados a lo largo de su camino hasta elpunto donde son generados, evitando así el HoL blockingque pueden producir los no congestionados.Finalmente, cuando la congestión va desapareciendo,otro mecanismo se encarga de liberar las colas que yano son necesarias. De esta forma estas colas pueden serreutilizadas para almacenar los paquetes de nuevos flujoscongestionados que puedan aparecer.Se ha demostrado que tanto RECN como FBICM eliminande manera eficiente el HoL blocking [5] [6], perotambién cabe decir que estas técnicas han sido evaluadasbásicamente en Redes de Interconexión Multietapa (MultistageInterconnection Networks, MINs). En la siguientesección se evalúa la validez de este enfoque en redes directas.III. EVALUACIÓN EN REDES DIRECTASA. Entorno de simulaciónLos siguiente resultados y figuras han sido obtenidosmediante simulación. Para ello se ha utilizado un simuladorad-hoc, dirigido por eventos, que modela redesde interconexión a nivel de ciclo. Este simulador es capazde modelar las diferentes técnicas de reducción delHoL blocking como VOQnet, VOQsw, DBBM, RECN yJP2011-416