análisis del soporte a qos en infiniband
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Análisis del soporte a QoS en Infiniband
Carlos Miguel Tavares Calafate
Clusters de Computadores Personales, 2002
La arquitectura Infiniband
• Estándar abierto con participación de la indústria
• Definida en el ámbito de una SAN
• Armoniza la comunicación con dispositivos (PCI, SCSI, etc.) y la comunicación en red (Ethernet, Fibre Channel, etc.)
• Son definidos los niveles 1,2,3 y 4 del modelo OSI
La arquitectura Infiniband
• Nivel 1: se definen características eléctricas y mecánicas; canal básico es bidireccional a 2 Gbps
• Nivel 2: paquetes de gestión y de datos; tamaño máximo de 4 Kbytes; 15 canales de datos + 1 gestión; red conmutada
• Nivel 3: utilización del IPv6; escalable y flexíble
• Nivel 4: conexiones y datagramas; servicios fiable y no fiables
La arquitectura Infiniband
• Ejemplo de la estructura de una red Infiniband
HCA: Host Channel Adapter
TCA: Target Channel Adapter
Aspectos relacionados con la QoS
● Las particiones
● El Nivel de Servicio (SL)
● Los Canales Virtuales (VL)
● El mapeo SL-VL
● El arbítrio de VL
El nivel de servicio (SL)
● IBA define 16 niveles de servicio– sin características definidas– interpretados en una subred– transmitidos entre fuente y destino– el valor es colocado en el Local Route Header (Nivel 2)– independiente del canal virtual que le esté asociado
El nivel de servicio (SL)
● Esto va a permitir:– tráfico repartido por categorías– implementación del modelo de servicios diferenciados
Suporte a QoS
Los Canales Virtuales (VL)
● Permiten múltiples conexiones en cada canal físico● Cada VL tiene asociado un buffer de entrada y otro
de salida en cada puerto● Cada puerto puede tener hasta 15 canales virtuales
Son obligatórios:– VL15: Gestión de la subred– VL0: Transmisión de datos
El mapeo SL-VL● Decisión del Subnet Manager (SM)
– inicialmente se utiliza el VL0– cuando el SM determine los VLs soportados por los
extremos de un canal, programa la tabla de mapeo SL-VL
– distintos dispositivos pueden soportar un número diferente de VLs
La elección del VL puede tener en cuenta requisitos de QoS
El arbítrio de VL
Tabla de arbítrio de VL
Alta prioridad
Baja prioridad
Número máximo de paquetes de
alta prioridad enviados en secuencia
Limit_of_High_Priority
VL Weight
.
.. ...
0 - 2550 - 15
VL Weight
.
.. ...
0 - 2550 - 15
Máximo de 64
entradas
Arbítrio Round-Robin
Las particiones
● Conjunto de puertos dentro de una SAN a los que es permitida intercomunicación– cada puerto pertenece a una o más particiones– la asignación de particiones se hace con la entrega de
llaves de partición a los puertos– el SM puede asignar niveles de servicio (SLs) a
determinadas particiones
Aislamento de flujos de tráfico entre particiones
Garantía de ancho de banda para cada partición
Una estratégia para calcular las tablas de arbítrio de VL
Modelado del tráfico
• DB (Dedicated Bandwidth)
• PBE (Preferential Best Effort)
• BE (Best Effort)
• CH (Challenged)
• DBTS (Dedicated Bandwidth Time Sensitive)
Mapeo entre tráfico y SL
SL Tráfico Débito0 DBTS < 64 Kbps1 DBTS 64 Kbps - 1,55 Mbps2 DBTS 1,55 - 64 Mbps3 DBTS > 64 Mbps4 DB < 64 Kbps5 DB 64 Kbps - 1,55 Mbps6 DB 1,55 - 64 Mbps7 DB > 64 Mbps8 PBE -9 BE -
10 CH -11 - -12 - -13 - -14 - -15 Gestión -
Asignación de la tablas de arbítrio a los distintos tráficos
VL Weight
.
.. ...
0 - 2550 - 15
VL Weight
.
.. ...
0 - 2550 - 15Tabla de
alta prioridad
Tabla de baja
prioridad
Tráfico con requisitos de tiempo real (DBTS)
Tráfico sin requisitos de tiempo real (DB, PBE, BE, CH)
Cálculo de la tabla de arbítrio para tráfico sin requisitos de tiempo real
● Se considera que no existe tráfico DBTS● Tamaño máximo de una frame = 64 x 255 slots
– 64: número de entradas en la tabla– 255: valor máximo de cada entrada– cada slot tiene 64 bytes según la IBA
● Se calcula el peso de cada entrada relativamente a ese límite
Una entrada por conexión limitiria a 64 el número de conexiones simultaneas posibles
Se permite agrupar distintas conexiones con un mismo SL en una misma entrada de la tabla
A cada conexión o grupo de conexiones se le puede asignar más de una entrada
Cálculo de la tabla de arbítrio para tráfico sin requisitos de tiempo real
Cálculo de la tabla de arbítrio para tráfico con requisitos de tiempo real
● Existe una dependencia muy fuerte entre latencia y la estructura interna de los switches
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Mult.Crossbar
FullCrossbar
CentralQueue
Latencia (s)
256 bytes
4096 bytes
Swicthes de:
• 8 puertos
• 4 VLs de datos
• Conexiones de 2,5 Gbps
Cálculo de la tabla de arbítrio para tráfico con requisitos de tiempo real
Mecanismo Round-Robin
Estratégia: agregar todos los SLs relativos a tráfico con requisitos de tiempo real en un único VL
Se utiliza apenas una entrada de la tabla de alta prioridad
Existe una dependencia con la separación entre entradas en la tabla relativas a un mismo VL
Cálculo de la tabla de arbítrio para tráfico con requisitos de tiempo real
El peso de esa entrada corresponderá a la proporción requerida entre el tráfico de alta y baja prioridad
Problemas: Ya no se puede garantizar el ancho de banda al tráfico de menor prioridad
Resultados
Modelo de la red
● Switches de 8 puertos (4 terminales + 4 interconexión)
● Crossbar del tipo Full-Crossbar (8x8)● Tamaños de paquete - 256 bytes (mínimo) y 4096
bytes (máximo)● Buffers con tamaño igual a 4 paquetes● Red con 16 switches y canales físicos de 2,5 Gbps
Resultados para tráfico de baja prioridad
SL Débito0 8-64 Kbps1 64 Kbps - 1,55 Mbps2 1,55 - 64 Mbps3 64 - 300 Mbps
Tráfico best-effort: Ancho de banda del 20%
Tráfico DBTS: inexistente
Tráfico DB:
Resultados para tráfico de baja prioridad
• Jitter calculado en relación al IAT (Inter Arrival Time)
Resultados para tráfico de baja prioridad
• Prestaciones de la mejor y peor conexiones en los SLs 2 y 3
El valor de IAT nunca es superado, tal como deseado
Resultados para tráfico de alta prioridad
Tráfico best-effort: Ancho de banda del 20%
Tráfico DBTS:
Ancho de banda del 60%
Tráfico DB:
Ancho de banda del 20%
98% de los paquetes DBTS llegan antes de D/10
(D = Deadline)
Resultados para tráfico de alta prioridad
DBTS DB
• Jitter calculado en relación al IAT (Inter Arrival Time)
Resultados para tráfico de alta prioridad• Prestaciones de la mejor y peor conexiones
Conclusiones
● El algorítmo alcanza los resultados deseados:– El tráfico con requisitos de tiempo real ve cumplida
sus restricciones de latencia– Se hace un tratamiento adecuado del ancho de banda,
cumplindo con las reservas efectuadas– El tráfico best-effort no es comprometido– En la ausencia de tráfico preferente, todo el ancho de
banda es utilizado por tráfico menos prioritário.
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